畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-巴哈賽車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）巴哈賽車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院（系）：專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：

摘要在巴哈賽車的設(shè)計(jì)過程中，為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜的越野道路工況，在不降低賽車其他性能的前提下，需要設(shè)計(jì)一款具有良好的抗側(cè)傾、抗震和耐沖擊性能的懸架系統(tǒng)，此懸架系統(tǒng)還應(yīng)具備足夠大的壓縮行程以提供賽車足夠的通過性。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)首先對(duì)現(xiàn)有的懸架形式進(jìn)行了研究并選取了合適的巴哈賽車懸架形式，前懸架采用雙橫臂式獨(dú)立懸架，后懸架采用多連桿式獨(dú)立懸架；其次通過將大學(xué)本科所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，以理論為基礎(chǔ)，從需求出發(fā)對(duì)巴哈賽車的前、后懸架系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)，并利用CATIA對(duì)懸架結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模；再次，通過計(jì)算機(jī)分析軟件ANSYS和Adams對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行建模和分析，驗(yàn)證了懸架桿件力學(xué)性能的可靠性和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的合理性，最終設(shè)計(jì)出了一款能夠充分滿足設(shè)計(jì)要求的巴哈賽車懸架系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：雙橫臂式獨(dú)立懸架、多連桿式獨(dú)立懸架、CATIA建模、ANSYS分析、Adams仿真

ABSRACTDuringthedesignofBajaracingoff-roadvehicle,inordertothroughthetracks,whichareinacomplexoff-roadconditionsuccessfully,thedesignofsuspensionshouldpossesssuperiorabilityofanti-rolling,againstvibrationandshock.Otherwise,thesuspensionsystemshouldalsohaveenoughcompressiontraveltomeettherequirementoftrafficability.Thisgraduationdesignaimtothroughtheanalysisofnormaltypesuspensionsystem,thenitwasdesignedtousethedouble-wishboneindependentsuspensionasfrontsuspension,themulti-linkindependentsuspensionasrearsuspension.Thenthroughusingthecombinationofbasicknowledgeandprofessionalinformationtocalculatethedimensionsizeandstructure.BuildtheCATIA3Dmodelsofsuspensionbyusingtheparameters.ThenthroughthecomputerassistantsoftwaresuchasANSYSandAdamstosimulatetheworkingconditionandloadcharacteristic.Accordingtotheresultsofanalysisandsimulation,thereliabilityofdesignandtheaccuracyofhardpointhavebeenproved.Finally,thedesignofsuspensionsystem,whichmeetsallthedesignrequirementandcompetitionrules,hadbeencompleted.Keywords:Double-wishboneindependentsuspension;Multi-linkindependentsuspension;CATIAthree-dimensionalmodels;ANSYSanalysis;AdamsSimulation.目錄第1章緒論 11.1、巴哈賽車懸架系統(tǒng)概述 11.1.1、研究背景 11.1.2、國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況和現(xiàn)狀 11.2、研究的內(nèi)容和方法 2第2章巴哈賽車懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析 42.1、巴哈賽車懸架作用 42.2、巴哈賽車懸架的組成 42.2.1、懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 42.2.2、巴哈賽車常用懸架 42.2.3巴哈賽車懸架選型 62.3、巴哈賽車懸架的要求 82.4、本章小結(jié) 9第3章前懸架設(shè)計(jì) 103.1、前懸架設(shè)計(jì) 103.1.1、設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù) 103.1.2、承載特性 103.2、零部件設(shè)計(jì) 123.2.1、螺旋彈簧設(shè)計(jì) 123.2.2、減振器設(shè)計(jì) 163.2.3、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 183.3、前懸架CATIA三維建模 223.4前懸架硬點(diǎn)分析 233.5、運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析 253.6、本章小結(jié) 28第4章后懸架設(shè)計(jì) 294.1、懸架布置位置確定 294.1.1、前搖臂車身固定點(diǎn)選擇 304.1.2、后拉桿車身固定點(diǎn)選擇 304.1.3、減振器車身固定點(diǎn)選擇 314.2、后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 324.2.1、前搖臂設(shè)計(jì) 324.2.2、后拉桿設(shè)計(jì) 334.3、減振器參數(shù)設(shè)計(jì) 354.4、后懸架CATIA建模 374.5、本章小結(jié) 38第5章巴哈賽車懸架系統(tǒng)分析及仿真 395.1、前懸架靜力學(xué)分析 395.1.1、巴哈賽車前懸架上橫臂靜力學(xué)分析 395.1.2、巴哈賽車前懸架下橫臂靜力學(xué)分析 405.1.3、巴哈賽車后懸架前搖臂靜力學(xué)分析 415.2、巴哈賽車前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析 425.2.1、Adams建模思路 425.2.2、Adams建模分析 435.3、本章小結(jié) 45結(jié)論 461、研究結(jié)論 462、設(shè)計(jì)亮點(diǎn) 463、未來展望 46致謝 48參考文獻(xiàn) 49第1章緒論1.1、巴哈賽車懸架系統(tǒng)概述1.1.1、研究背景巴哈大賽起源于1976年的美國(guó)，其名稱取自于西班牙語(yǔ)越野車的意思。參賽隊(duì)伍歷時(shí)數(shù)月自主設(shè)計(jì)、選型、加工、制造、試驗(yàn)等最終完成一臺(tái)符合大賽要求的小型越野賽車，根據(jù)規(guī)定，賽車采用中置后驅(qū)的布置形式。本項(xiàng)賽事面向全國(guó)各類職業(yè)院校及高校低年級(jí)學(xué)生，旨在培養(yǎng)具有實(shí)踐性的車輛工程人才。為了測(cè)試各車隊(duì)賽車的綜合性能，比賽場(chǎng)地通常選取道路情況極為復(fù)雜的路面如坑道、陡坡、水塘等，而在應(yīng)對(duì)此類路面時(shí)，賽車懸架需要承受巨大的沖擊載荷，因此懸架的設(shè)計(jì)對(duì)于賽車的整體性能發(fā)揮起著至關(guān)重要的作用。除此之外，由于巴哈賽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及動(dòng)力性能要求，其結(jié)構(gòu)較為緊湊，尤其是前懸架布置空間，在與車架匹配的同時(shí)，還需要為轉(zhuǎn)向拉桿提供足夠的布置空間。同時(shí)，在巴哈賽車懸架系統(tǒng)的后懸架設(shè)計(jì)中，考慮到中置后驅(qū)的整車布置形式，后懸架需承擔(dān)較大的重量，同時(shí)與驅(qū)動(dòng)軸相連，所以，它還應(yīng)當(dāng)具有使賽車動(dòng)力性正常發(fā)揮的重要作用。因此，巴哈賽車的懸架系統(tǒng)是一個(gè)賽車綜合性能匹配度極高的設(shè)計(jì)，同時(shí)也具有很大的創(chuàng)新空間。1.1.2、國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況和現(xiàn)狀巴哈大賽自2015年引進(jìn)中國(guó)以來，很快受到各大工科院校的歡迎，在巴哈大賽中，不僅可以讓高校學(xué)生學(xué)習(xí)更多更實(shí)際的汽車知識(shí)，同時(shí)也可以增進(jìn)各高校之間的友誼，促進(jìn)學(xué)術(shù)交流。懸架系統(tǒng)作為巴哈賽車的重要總成之一，在面對(duì)惡劣的比賽環(huán)境時(shí)，對(duì)賽車性能有著重大的影響，也是參賽隊(duì)伍設(shè)計(jì)、優(yōu)化的重心。懸架主要分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架，非獨(dú)立懸架雖然在結(jié)構(gòu)和制造成本方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，但左、右側(cè)車輪在遇到不平路面上下跳動(dòng)時(shí)，會(huì)相互牽連，進(jìn)而降低賽車駕駛的穩(wěn)定性和乘坐的舒適性，且對(duì)于其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)而言，各機(jī)構(gòu)自由度小也會(huì)造成駕駛穩(wěn)定性的下降。在懸架形式方面，由于巴哈小型越野車屬于參賽車型，在有效控制成本的情況下，各車隊(duì)盡可能地選用性能優(yōu)秀的懸架形式。因此，在巴哈賽車懸架的設(shè)計(jì)過程中，考慮到前懸架需要承擔(dān)轉(zhuǎn)向作用，但承載力較小，故大多采用雙橫臂獨(dú)立懸架；而對(duì)于后懸架，按照巴哈比賽規(guī)則要求采用的中置后驅(qū)賽車設(shè)計(jì)，后懸架需要承載很大的重量，故各車隊(duì)采用了各自創(chuàng)新的以單縱臂為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的單縱臂多連桿式獨(dú)立懸架，從而使后懸架兼具承載能力強(qiáng)和保證賽車操作穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。1.2、研究的內(nèi)容和方法圖1.1畢業(yè)設(shè)計(jì)整體流程本課題通過對(duì)巴哈大賽比賽規(guī)則和比賽道路情況的研究，結(jié)合懸架系統(tǒng)的基本性能要求和設(shè)計(jì)思路，運(yùn)用所學(xué)過的力學(xué)、機(jī)械學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)懸架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并確定各零部件的材料和幾何尺寸。在參數(shù)、材料確定的基礎(chǔ)上，利用CATIA三維建模軟件建立該懸架的三維模型，并通過ADAMS等軟件進(jìn)行仿真分析，從而獲得一套操作穩(wěn)定性、動(dòng)力性等各項(xiàng)性能符合大賽要求且具有一定競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的巴哈賽車獨(dú)立懸架系統(tǒng)。

第2章巴哈賽車懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析2.1、巴哈賽車懸架作用為應(yīng)對(duì)多變的道路情況，車架與之間需通過懸架進(jìn)行彈性連接，從而衰減沖擊載荷，緩和行駛過程中車輛的劇烈運(yùn)動(dòng)，提高整車的可靠性.其次，懸架系統(tǒng)承擔(dān)著垂直方向上的種種受力，如地面支持力、車身壓力等，此外還包括車身扭轉(zhuǎn)等情況帶來的縱向反力和側(cè)向反力，從而保證巴哈賽車行駛過程中的穩(wěn)定性。最后，懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)如前束角、車輪內(nèi)傾角等還會(huì)影響賽車轉(zhuǎn)向性能和動(dòng)力性能的發(fā)揮。2.2、巴哈賽車懸架的組成2.2.1、懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)懸架根據(jù)左右車輪是否關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)可分為獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架，由于巴哈賽車需具備較高的通過性，即面對(duì)復(fù)雜多變的道路情況，左右車輪的干涉應(yīng)盡可能小。同時(shí)，相比于非獨(dú)立懸架，獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為開放，整體質(zhì)量較輕，因此獨(dú)立懸架形式勢(shì)必成為首選。巴哈賽車懸架系統(tǒng)的組成相較于普通乘用車而言相對(duì)簡(jiǎn)單，但元件及結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成仍然不變主要以搖臂作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以螺旋彈簧減振器總成作為彈性、阻尼元件。通常情況下，搖臂采用萬向節(jié)與立柱相連，從而作用于車輪；在搖臂的內(nèi)側(cè)則通過鉸鏈與車架相連。2.2.2、巴哈賽車常用懸架獨(dú)立懸架的在分類上可根據(jù)其工作特點(diǎn)分為拖曳臂式、單縱臂式、雙橫臂式、多連桿式等，而在巴哈賽車中，較為常見的是雙橫臂式獨(dú)立懸架和多連桿式獨(dú)立懸架（1）雙橫臂式獨(dú)立懸架雙橫臂式懸架是指有兩根橫臂的獨(dú)立懸架系統(tǒng)。雙橫臂式獨(dú)立懸架根據(jù)上下橫臂的長(zhǎng)度相等于不相等又可分為等長(zhǎng)雙橫臂式和不等長(zhǎng)雙橫臂式，如表2.1。表2.1兩種雙橫臂式獨(dú)立懸架的優(yōu)缺點(diǎn)等長(zhǎng)雙橫臂不等長(zhǎng)雙橫臂車輪上下跳動(dòng)時(shí)，主銷內(nèi)傾角有輕微變化在車輪上下跳動(dòng)時(shí)，能保持主銷內(nèi)傾角不變輪距變化較小輪距變化較大，易產(chǎn)生輪胎的磨損巴哈賽車中為了方便比賽過程中的調(diào)整，及與其他系統(tǒng)之間的匹配，同時(shí)保證輪距不會(huì)發(fā)生較大變化，以減小輪胎磨損，多選用不等長(zhǎng)雙橫臂式獨(dú)立懸架。雙橫臂懸架一般用作轎車的前、后懸架，巴哈賽車由于其工作的復(fù)雜道路情況，雙橫臂懸架的選用可以滿足多方位的需求，同時(shí)還可以是整個(gè)前軸的空間布局更具靈活性，如圖2.1所示。圖2.1雙橫臂式獨(dú)立懸架實(shí)體

圖2.1雙橫臂式獨(dú)立懸架實(shí)體圖2.2多連桿式獨(dú)立懸架實(shí)體多連桿式獨(dú)立懸架的縱臂近乎平行于汽車縱向軸線，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、車輪跳動(dòng)時(shí)除主銷后傾角有較大變化外，其他角度無變化。在巴哈賽車中，后懸架的可選用形式相較于前懸架而言更多，且創(chuàng)新和設(shè)計(jì)的可能性更大，因此，單縱臂式獨(dú)立懸架在巴哈賽車的設(shè)計(jì)過程中不再是單一的懸架形式，而是在多連桿是獨(dú)立懸架的基礎(chǔ)上，集成了單縱臂和拖曳臂式獨(dú)立懸架的特點(diǎn)，以在可行范圍內(nèi)，綜合各類懸架形式的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)巴哈賽車后懸架空間緊湊的情形和滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕便、可承載動(dòng)力系統(tǒng)并具有輔助動(dòng)力性和操縱性發(fā)揮的懸架設(shè)計(jì)要求，如圖2.2圖2.2多連桿式獨(dú)立懸架實(shí)體2.2.3巴哈賽車懸架選型巴哈賽車的前懸架需要承受少量載荷，但是前懸架具有輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作的功用，使車輛在轉(zhuǎn)向時(shí)保持良好的操作性和穩(wěn)定性，同時(shí)充分發(fā)揮轉(zhuǎn)向性能和動(dòng)力性能。因此前懸架的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的適應(yīng)性能，同時(shí)為了保護(hù)轉(zhuǎn)向拉桿，應(yīng)盡可能減小橫向載荷，甚至選用一種橫向載荷幾乎為零的懸架形式。另外，為了實(shí)現(xiàn)車身高度的優(yōu)化，盡可能降低巴哈賽車的重心，還應(yīng)當(dāng)選用一種在垂直方向上具有良好匹配性能的懸架形式。因此，在本設(shè)計(jì)中，選用雙橫臂式獨(dú)立懸架。為方便后續(xù)校核計(jì)算，初選搖臂材料為4130結(jié)構(gòu)鋼（30CrMo），其楊氏模量為2.11E+11，泊松比為0.279，以滿足上述需求。相比于前懸架較小的承載需求，由于巴哈賽車采用的是中置后驅(qū)的布置形式，所以車身車架的后部位置需要安裝發(fā)動(dòng)機(jī)、減速器等重要部件，且承載較大，故需要選取具有較強(qiáng)承載能力的懸架形式。另外，為了降低懸架系統(tǒng)的制造和設(shè)計(jì)成本，且使其便于維修和具有較高的維修接近性，所以需選取結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，最好為簡(jiǎn)單連桿構(gòu)成的懸架形式。綜上所述，可選擇的懸架形式包括單縱臂、多連桿和拖曳臂三種形式，但是結(jié)合后懸架位置與車身匹配的關(guān)系，需考慮空間的利用和減振器安裝位置的預(yù)留，僅選用其中一種懸架形式無法完全滿足上述所有要求，故在巴哈賽車的設(shè)計(jì)的過程中需要獨(dú)具創(chuàng)新地開發(fā)一種兼具多種有點(diǎn)、符合盡可能多要求的懸架形式。本次設(shè)計(jì)中，選取單縱臂和多連桿相結(jié)合的懸架形式。在布置過程中，前搖臂選取為具有單縱臂特征的三角形搖臂，后搖臂為具有雙連桿特征的平行四邊形結(jié)構(gòu)搖臂，初選結(jié)構(gòu)同前懸架搖臂為4130結(jié)構(gòu)鋼。

2.3、巴哈賽車懸架的要求在巴哈大賽的賽場(chǎng)中，有許多高低勢(shì)差較大的路面，如坑道，滾木等如圖2.1，在通過此類路面時(shí)，懸架系統(tǒng)的上下跳動(dòng)區(qū)間極大，且需要承受較大的沖擊載荷。如圖2.3（a）在通過炮彈坑時(shí)，應(yīng)盡可能保證車輪不陷入坑能，因此賽車在保證一定速度的前提下，懸架系統(tǒng)需具有一定的抗俯仰性能；在通過諸如泥坑如圖2.3（b）、水塘的路面時(shí)，應(yīng)當(dāng)使賽車具有一定的離地間隙，以避免發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水而導(dǎo)致停轉(zhuǎn)；如圖2.3（c）（d）在通過此類較為顛簸的路面時(shí)，懸架系統(tǒng)應(yīng)該具有良好的抗震性能和衰減振動(dòng)的能力。（a）炮彈坑（b）泥坑（c）石塊路（d）滾木2.3巴哈比賽賽道2.4、本章小結(jié)前懸架在選型和設(shè)計(jì)方面，由于其懸架形式較為典型，且在各類大學(xué)生賽車比賽中運(yùn)用廣泛，因此有大量資料、文獻(xiàn)可供參考。然而，后懸架形式雖然基于普通獨(dú)立懸架，但各車隊(duì)的理解和優(yōu)化方向都有所不同，因此，在設(shè)計(jì)過程中除了基本的設(shè)計(jì)過程以外，綜合車架、動(dòng)力總成的設(shè)計(jì)考慮也是必不可少的。本章在結(jié)合懸架特點(diǎn)和賽車需求的情況下對(duì)前后懸架的形式進(jìn)行了確定。最終前懸架選用雙橫臂式獨(dú)立懸架，后懸架選用多連桿式獨(dú)立懸架。

第3章前懸架設(shè)計(jì)前懸架選用雙橫臂式獨(dú)立懸架，首先利用賽車整體設(shè)計(jì)的主要參數(shù)作為輸入?yún)?shù)，對(duì)懸架的載荷進(jìn)行分析。此后，通過懸架的承載特性對(duì)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。之后對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)建模，以指導(dǎo)硬點(diǎn)分析。通過確定的硬點(diǎn)，分析懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。3.1、前懸架設(shè)計(jì)3.1.1、設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)為使設(shè)計(jì)更貼近實(shí)際，按照巴哈大賽賽車實(shí)際情況選取部分輸入?yún)?shù)如表3.1。表3-1設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)名稱數(shù)值單位車長(zhǎng)2930mm軸距1460mm前軸輪距1340mm后軸輪距1250mm落地前離地間隙350mm落地后離地間隙320mm落地前減振器長(zhǎng)度600mm質(zhì)心高度390mm前后載荷比42:58整車整備質(zhì)量194Kg總質(zhì)量274Kg3.1.2、承載特性為了使前后軸垂向振動(dòng)是相互獨(dú)立，選取巴哈賽車懸架質(zhì)量分配系數(shù)ε=1，并用,表示前后軸的自由振動(dòng)頻率。一般汽車前后懸架偏頻之比約為/=[1]。前，后懸架的偏頻與接近且應(yīng)使略高于，以免發(fā)生較大的車身縱向叫振動(dòng)，對(duì)于前，后懸架靜饒度值和的匹配，推薦?。?.1）該車整車整備質(zhì)量為194kg，因此最大總質(zhì)量為M=194+80=274kg簧上質(zhì)量為總質(zhì)量的78%，計(jì)算簧上質(zhì)量為Kg為了應(yīng)對(duì)懸架在實(shí)際工作過程中的種種不確定因素，因此需在上述質(zhì)量的基本上，預(yù)留過度加載時(shí)的簧上質(zhì)量，從而獲得實(shí)際滿載簧上質(zhì)量為230Kg，前后質(zhì)量載荷比為42：58，簧載質(zhì)量占總質(zhì)量的82%，非簧載質(zhì)量占18%[2]。因此簧載質(zhì)量=274╳82%=224.68Kg。由于前后懸架載荷比42:58得前懸架承載質(zhì)量=96.6Kg非簧載質(zhì)量=274╳18%=49.32Kg前輪單側(cè)非簧載質(zhì)量為12.33Kg，前懸架單側(cè)簧載質(zhì)量為35.97Kg，后懸架=128.08Kg，同理，后輪單側(cè)非簧載質(zhì)量為14.75Kg，后懸架單側(cè)簧載質(zhì)量為44.56Kg。根據(jù)以往車輛的懸架偏頻參數(shù)，初步選取偏頻前懸架=2.6Hz,后懸架偏頻為=2.9Hz./=0.88符合要求。前后載荷比42:58汽車的偏頻的計(jì)算公式如下：（3.2）其中g(shù)=9.8,為前懸架剛度，且QUOTEQUOTE為前后懸架的簧載質(zhì)量。代入數(shù)值計(jì)算得同理得靜撓度計(jì)算（3.3）（2）動(dòng)撓度計(jì)算懸架動(dòng)撓度是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形。取=70（3.4）3.2、零部件設(shè)計(jì)3.2.1、螺旋彈簧設(shè)計(jì)（1）螺旋彈簧類型的選擇本次設(shè)計(jì)選用螺旋彈簧。將彈性元件總成置于車架外部，用以減少車架結(jié)構(gòu)，同時(shí)為轉(zhuǎn)向橫拉桿預(yù)留空間，并實(shí)現(xiàn)彈簧與車架的良好匹配。由于賽車在通過圓木樁、水坑等高低差較大的區(qū)域過程中將遭受較大沖的，因此應(yīng)盡可能調(diào)節(jié)其工作載荷以適應(yīng)此類工況。設(shè)計(jì)時(shí)選取的彈簧最大工作力，并預(yù)設(shè)彈簧的最大變形量為50mm。圖3.1彈簧結(jié)構(gòu)圖表3.2簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量比例關(guān)系（2）選則彈簧材料，確定其許用應(yīng)力因?yàn)榘凸愜噾壹芟到y(tǒng)對(duì)彈性特性要求較高，其載荷較大，工況惡劣，需選擇綜合性能優(yōu)良的彈簧材料，選用硅錳彈簧鋼絲（60Si2MnA），可知=（0.4-0.47）；與d有關(guān)，初選d=8mm，查機(jī)械手冊(cè)得：=1618，=1568=（0.4-0.47）=647.2-760.46，?。?）初選旋繞比表3.3旋繞比選值初選C’=7（4）求出曲度系數(shù)K（3.5）（3.6）綜上，d=8mm無法滿足設(shè)計(jì)要求，需重新選取，取d=10mm，對(duì)應(yīng)=730；C=6。校核后符合強(qiáng)度要求。（5）確定彈簧中徑（3.7）（6）確定有效線圈（3.8）取=7在兩端各一圈支承圈的情況下，彈簧總?cè)?shù)為8。（7）選取完全并緊高（3.9）（3.10）（8）設(shè)計(jì)、（3.11）初步選擇彈簧設(shè)計(jì)載荷高度，懸架高度。（9）確定，（10）計(jì)算、、和為彈簧完全壓緊時(shí)載荷，為懸架跳動(dòng)最大高度時(shí)彈簧的載荷，、為臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)上、下極限位置載荷。（3.12）（3.13）（3.14）（3.15）（11）剪切應(yīng)力，（3.16）（3.17）（3.18）（3.19）（12）校核最大剪切應(yīng)力所以強(qiáng)度符合要求。（13）壽命計(jì)算（3.20）（3.21）（3.22）（14）彈簧自由高和最小工作高度（3.23）（3.24）（15）穩(wěn)定性校核（3.25）彈簧高、徑比小于許用值2.5，所以彈簧穩(wěn)定。3.2.2、減振器設(shè)計(jì)（1）減振器及其形式的選擇減振器主要用以應(yīng)對(duì)巴哈賽車行駛過程中可能承受的各類載荷，在一定程度上衰減振動(dòng)。為應(yīng)對(duì)巴哈大賽時(shí)賽道中的坑洼、圓滾木、水坑等路面彈簧應(yīng)具有良好的抗震、減振效果，同時(shí)也不至于太硬而過度犧牲駕駛平順性。因此本設(shè)計(jì)中巴哈賽車懸架系統(tǒng)選用雙向充氣減震器。（2）確定相對(duì)阻尼系數(shù)其中為阻力，為減振器阻尼系數(shù)。圖3.2減振器的阻力-位移特性與阻力-速度特性（3.26）式中c為懸架剛度，為簧載質(zhì)量值的選取影響懸架減振性能，其值較大時(shí)，振動(dòng)能衰減的快，但無法實(shí)現(xiàn)較好的抗震性能；值過小則傳到車身的沖擊也較小，但振動(dòng)衰減的比較慢。因此，設(shè)計(jì)時(shí)取與的平均值，的范圍時(shí)0.25～0.35。初取=0.30。（3）確定減振器阻尼系數(shù)δ首先根據(jù)如下公式進(jìn)行變型（3.27）（3.28）（3.29）（4）確定最大卸荷力由于減震器為標(biāo)準(zhǔn)件，而本次設(shè)計(jì)的巴哈賽車承載性能要求較小，彈簧工作載荷在較小范圍內(nèi)，因此此處不再贅述卸荷力分析情況（5）減振器尺寸的確定減振器可通過工作缸直徑按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選型。(為減振器工作最大需用應(yīng)力，通常取3～4，為連桿長(zhǎng)度QUOTE與缸筒直徑的比值，通常選取0.4～0.5。取)（3.32）取。綜上分析，巴哈賽車貯油筒直徑取壁厚為,材料為20鋼。巴哈賽車懸架系統(tǒng)減震器工作缸行程，有效行程，減振器總長(zhǎng)。3.2.3、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）巴哈賽車懸架側(cè)傾中心及橫向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案由于巴哈賽車的特殊工況，為了滿足車輛具有極高的通過性和操縱性，巴哈賽車的雙橫臂式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心不能通過一般的分析方法定出。需要通過一系列的試驗(yàn)驗(yàn)證等方式，結(jié)合比賽實(shí)際情況和比賽規(guī)則確定，在此設(shè)計(jì)報(bào)告中，通過數(shù)學(xué)幾何分析的方式，根據(jù)以往賽車的車架、車身、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等位置的基本參數(shù)，建立平面模型，進(jìn)行初步的計(jì)算和分析，由圖3.3所示。圖3.3雙橫臂式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的確定其中：N-車輪接地點(diǎn)；G-下?lián)u臂與立柱連接點(diǎn)；E-上搖臂與立柱連接點(diǎn)；P-上、下?lián)u臂延長(zhǎng)線交點(diǎn)；ω-車身轉(zhuǎn)向側(cè)傾中心點(diǎn)；α-上搖臂水平夾角；β-下?lián)u臂水平夾角；σ-上、下?lián)u臂與立柱連接點(diǎn)連接的垂直夾角；a-立柱與輪轂中心的間距；c-上、下?lián)u臂與立柱連接點(diǎn)的間距；d-下?lián)u臂與立柱連接點(diǎn)和車輪接地點(diǎn)間距；-轉(zhuǎn)向側(cè)傾中心高度；-P點(diǎn)高度；k-P點(diǎn)與立柱的間距初選；；；；已知通過上述參數(shù)可初步獲得出側(cè)傾中心高度：（3.33）式中：（3.34）（3.35）（2）縱向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案為了提高巴哈賽車的穩(wěn)定性，一般希望主銷后傾角懸架彈簧壓縮時(shí)后傾角增大并在彈簧壓縮時(shí)后傾角減小，用以實(shí)現(xiàn)懸架抗前傾的設(shè)計(jì)要求。縱向平面內(nèi)上、下橫臂有六種布置方案，如圖3.4所示。圖3.4縱向平面內(nèi)上、下橫臂軸布置方案圖中（a）、（b）、（f）方案中主銷后傾角的變化規(guī)律貼近巴哈賽車的設(shè)計(jì)要求，為方便后續(xù)設(shè)計(jì)進(jìn)行，初選第（b）種方案,所以QUOTE。（3）上、下橫臂長(zhǎng)度的確定巴哈賽車懸架設(shè)計(jì)時(shí)，選用不等長(zhǎng)雙橫臂以增加懸架使用壽命，初選上、下橫臂長(zhǎng)度之比為0.6；為使巴哈賽車前輪定位角度的變化小，選取上、下橫臂長(zhǎng)度之比為1.0，并取上、下橫臂長(zhǎng)度之比為0.9。因此本設(shè)計(jì)初選尺寸下擺臂長(zhǎng)度，，即上擺臂長(zhǎng)度。

3.3、前懸架CATIA三維建模（1）零件設(shè)計(jì)通過CATIA的零件設(shè)計(jì)模塊，以各主要設(shè)計(jì)參數(shù)為基準(zhǔn)，結(jié)合草圖和實(shí)體建模，在繪制CATIA三維模型過程中，主要思路為建立一個(gè)合適的立方體模型，或視情況改為圓柱體模型。然后根據(jù)零件的各類特征對(duì)建好的實(shí)體模型進(jìn)行切割，此建模思路相比于拼湊數(shù)個(gè)凸臺(tái)而言具有更清晰的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)也可以在一定程度上減少輔助線和輔助平面的數(shù)量，如圖3.5所示為球頭關(guān)節(jié)軸承的三維建模。圖3.5球頭關(guān)節(jié)軸承圖3.7前懸架下?lián)u臂圖3.6前懸架上搖臂在運(yùn)用CATIA軟件對(duì)桿件進(jìn)行建模時(shí)，通常采用創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì)。創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì)通過包絡(luò)面的邊界、中心點(diǎn)、中軸線等相關(guān)參數(shù)，對(duì)用戶的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行面的鋪陳。但需要注意的時(shí)，此處生成的面僅作為虛擬模型，不具有實(shí)體特性，即包絡(luò)曲面無法進(jìn)行實(shí)體裝配，且無質(zhì)量，如需進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助力學(xué)計(jì)算，需要另外添加相應(yīng)的實(shí)體特性和材料參數(shù)，如圖3.6圖3.7前懸架下?lián)u臂圖3.6前懸架上搖臂（2）前懸架總裝CATIA模型總裝過程中，基礎(chǔ)零件的相互配合可以通過裝配設(shè)計(jì)模塊中的相合、接觸、偏移約束等進(jìn)行簡(jiǎn)單的裝配，但在懸架設(shè)計(jì)過程中，左、右懸架以及前、后懸架的相對(duì)位置裝配不能通過上述的裝配元件實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的配合。因此需要使用高級(jí)裝配，但本次設(shè)計(jì)基于我校2018賽季車架模型，因此根據(jù)車架的前后參數(shù)，添加了部分輔助線、輔助面，從而簡(jiǎn)化了空間相對(duì)位置裝配，并使其變?yōu)槠矫嫦鄬?duì)位置裝配，如圖3.8所示的前單側(cè)總裝模型。3.8前懸架總裝CATIA模型3.4前懸架硬點(diǎn)分析圖3.9懸架三維分析模型根據(jù)CATIA建模所獲得的硬點(diǎn)值關(guān)系及各結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立懸架的三維模型，如圖3.9圖3.9懸架三維分析模型根據(jù)空間模型可得前懸架各結(jié)構(gòu)點(diǎn)三維參數(shù)，如下表：表3.4懸架硬點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)相關(guān)點(diǎn)坐標(biāo)（單位：mm）XYZAu（主銷上支點(diǎn)）-0.68949.938642.174Bu（上三腳架前支點(diǎn)）102.514372.453697.05Cu（上三角架后支點(diǎn)）-87.867372.453719.213Du（上臂中點(diǎn)）-7.324372.453708.132Ad（主銷下支點(diǎn)）-9.68926.938518.174Bd（下三腳架前支點(diǎn)）112.999369.588621.696Cd（下三角架后支點(diǎn)）-116.982369.588618.696Dd（下臂中點(diǎn)）-1.992369.588620.196Ju（減振器上支點(diǎn)）-7.605367.7461015.063Jd（減振器下支點(diǎn)）-2.053162.609591.879O（車輪中心點(diǎn)）-1.330556E（車輪接地中心）030.1240在設(shè)計(jì)過程中，為了節(jié)省空間以盡可能多地實(shí)現(xiàn)輕量化，在巴哈賽車的前懸架系統(tǒng)內(nèi)的雙橫臂懸架形式采用較為簡(jiǎn)單的左、右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此在懸架空間模型中，以上、下臂中點(diǎn)作為幾何三角形的特征點(diǎn)D。本次設(shè)計(jì)中雙橫臂為A臂式，在分析過程中，為了簡(jiǎn)化計(jì)算過程，將其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為擺臂（三角形結(jié)構(gòu)），根據(jù)以后的坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，如圖3.10所示：圖3.10懸架“三角形”設(shè)x，y，z為搖臂三角形各點(diǎn)的坐標(biāo)，那么搖臂三角形根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征可呈現(xiàn)如下結(jié)構(gòu)形式，通過利用三角形勾股定理，可計(jì)算各邊長(zhǎng)度：表3.5懸架“三角形”各邊長(zhǎng)度相關(guān)部分長(zhǎng)度單位：mmlAB上343.042lBC上181.667lCA上340.207lAB下375.55lBC下230lCA下375.553.5、運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)反映了左、右車輪上、下運(yùn)動(dòng)過程中，前輪定位參數(shù)、輪距等參數(shù)相應(yīng)的變化規(guī)律。這些規(guī)律與巴哈賽車懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)息息相關(guān)，因此，它們不僅影響著巴哈賽車的駕駛操縱性和穩(wěn)定性，同時(shí)還影響著轉(zhuǎn)向性能和動(dòng)力性能的發(fā)揮，更決定著懸架各組成部分的使用壽命等。（1）主銷內(nèi)傾角和后傾角主銷內(nèi)傾角是轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線或假想的主銷軸線在橫向平面內(nèi)向內(nèi)傾斜時(shí)，和垂線之間的夾角，如圖3.11所示：圖3.11主銷后傾角示意圖主銷內(nèi)傾角可以有效減少轉(zhuǎn)向操縱力、回跳和跑偏現(xiàn)象，從而改善車輛直線行駛過程中的操作穩(wěn)定性。主銷后傾角是法向平面內(nèi)車輪轉(zhuǎn)向軸線或主銷軸線從垂直方向向后傾斜的一個(gè)角度。通常情況下令向垂線后傾斜的角度為正，如圖3.12所示：圖3.12主銷后傾角示意圖主銷后傾角主要用于使車輪復(fù)位以及行駛穩(wěn)定性的提高，其產(chǎn)生的回正力矩可以實(shí)現(xiàn)使車輛在行駛過程中偶遇外力時(shí)能自動(dòng)回正。后傾角的角度不會(huì)影響輪胎磨。主銷內(nèi)傾角和后傾角可根據(jù)Au、Ad兩點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算得出：（3.36）（3.37）（2）車輪外傾角和前束角如圖3.13所示車輪外傾角是從巴哈賽車的正前方輪胎的幾何中心線與地面垂線的夾角。圖3.13車輪外傾角示意圖車輪外傾角主要用于提高汽車行駛的安全性。外傾角可使車輪在轉(zhuǎn)向時(shí)偏移量減小，從而減少轉(zhuǎn)向力，并具有防止車輪脫離立柱、輪轂的作用。前束角是在縱向平面內(nèi)，由輪胎的中心線與車輛的縱向軸線之間的夾角。輪胎中心線前端向內(nèi)收束的角度為正前束角，反之為負(fù)前束角，如圖3.14所示：圖3.14前輪前束角示意圖選擇合適的前束角可以消除車輪外傾造成的不良后果。在車輛加載的時(shí)候，受到重力作用而使車輪外傾，導(dǎo)致車輪產(chǎn)生滑動(dòng)和輪胎磨損。通過輪心O與車輪接地點(diǎn)E的坐標(biāo)可計(jì)算車輪外傾角和前束角。另外，定義車輪外傾角為正，前束角內(nèi)收為正：（3.38）（3.39）其中R為車輪半徑R=282.5mm。3.6、本章小結(jié)本章主要通過數(shù)學(xué)計(jì)算方法和懸架空間位置關(guān)系，以基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算公式為基礎(chǔ)，對(duì)巴哈賽車前懸架主要位置參數(shù)及相關(guān)力學(xué)性能進(jìn)行計(jì)算及校核，初步巴哈賽車獲得前懸架關(guān)鍵數(shù)據(jù)，以及確保了巴哈賽車前懸架設(shè)計(jì)的可靠性。此后，結(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)巴哈賽車前懸架進(jìn)行CATIA三維建模，從而根據(jù)三維建模的位置點(diǎn)測(cè)量硬點(diǎn)相對(duì)位置關(guān)系，從而進(jìn)行硬點(diǎn)分析。

第4章后懸架設(shè)計(jì)后懸架采用的形式為多連桿式獨(dú)立懸架，此類型懸架可根據(jù)需求改變搖臂或拉桿的組成。本文結(jié)合巴哈賽車的比賽實(shí)際工況需求，首先通過對(duì)后懸架布置位置的分析。此后通過確定的布置位置對(duì)懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。再次，結(jié)合懸架參數(shù)對(duì)后懸架減振器的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后建立CATIA三維模型4.1、懸架布置位置確定巴哈賽車的后懸架位置選點(diǎn)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間密切相關(guān)，所以設(shè)計(jì)過程應(yīng)當(dāng)先根據(jù)已有車身車架的三維模型，結(jié)合不同結(jié)構(gòu)的工作特點(diǎn)和承載特性，選取不同的連接點(diǎn)，作為搖臂連接車身與懸架的固定位置點(diǎn)。在車身車架的設(shè)計(jì)過程中，預(yù)留了相應(yīng)的冷作硬化彎折點(diǎn)和三根鋼管相交的點(diǎn)，以獲取良好的匹配性。另外，為了適應(yīng)獨(dú)立懸架中，左、右車輪能獨(dú)立上、下跳動(dòng)，且具有足夠的跳動(dòng)空間，故搖臂與車身如圖4.1的連接形式采用鉸連接。4.1巴哈賽車后部防滾架示意圖4.1.1、前搖臂車身固定點(diǎn)選擇為了使搖臂能與防火墻良好的匹配，需要選取一個(gè)能夠具有足夠承載能力以抵抗應(yīng)力變形的位置點(diǎn)，同時(shí)需考慮懸架整體高度和上下位置的關(guān)系，初選為防火墻車架中下部拐點(diǎn)處，但由于懸架兩端的高度差過高，容易產(chǎn)生額外的負(fù)載，不僅增加了車架的負(fù)擔(dān)，同時(shí)降低了懸架的可靠性，故需調(diào)整并降低固定點(diǎn)，將固定點(diǎn)下移至圖示位置，以滿足固定需要，并減小懸架兩端高度差，并使車架能夠獲得來自多根桿件的支撐，以承受來自于懸架的載荷，如圖4.2所示。圖4.2前搖臂車身固定點(diǎn)4.1.2、后拉桿車身固定點(diǎn)選擇為了預(yù)留發(fā)動(dòng)機(jī)艙的空間，車架設(shè)計(jì)過程中在機(jī)艙后部設(shè)置了一個(gè)方形框架結(jié)構(gòu)，以使底部發(fā)動(dòng)機(jī)有空間可單獨(dú)設(shè)置支架以實(shí)現(xiàn)承載和調(diào)整整車重心的設(shè)計(jì)需要，因此設(shè)置兩根搖臂用以連接立柱與車架。另外，考慮到鉸鏈布置空間，需設(shè)置合理的鉸鏈與鉸鏈間的間隙，鉸鏈的初步布置位置如圖4.3所示.圖4.3后拉桿車身固定點(diǎn)4.1.3、減振器車身固定點(diǎn)選擇后懸架需要承載發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器等重要部件，且均為重載，需要有足夠的減振器行程，同時(shí)也需要選取足夠穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，以適應(yīng)極端的載荷情況，如圖4.4所示。圖4.4減振器車身固定點(diǎn)4.2、后懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)巴哈賽車后懸架結(jié)構(gòu)時(shí)，由于賽車的后驅(qū)形式，后懸架立柱需同時(shí)與驅(qū)動(dòng)軸和前搖臂及后拉桿連接，為了使其結(jié)構(gòu)的實(shí)際在滿足強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)等要求的同時(shí)，還能夠滿足輔助動(dòng)力性發(fā)揮的要求，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮使前搖臂和后拉桿與立柱固定位置盡可能對(duì)稱。4.2.1、前搖臂設(shè)計(jì)為了使前搖臂具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)便于之后調(diào)整后輪前束，主銷傾角等硬點(diǎn)值，尤其需要考慮與立柱的匹配，初選固定位置點(diǎn)僅有一點(diǎn)，而為了方便硬點(diǎn)值的調(diào)整，前、后拉桿與立柱連接時(shí)均需設(shè)置兩個(gè)固定點(diǎn)，因此可知至少需要建立三點(diǎn)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，初定如圖4.5所示。圖4.5前搖臂固定形式在設(shè)計(jì)前搖臂參數(shù)前，根據(jù)已有的輪胎半徑、輪距、軸距等參數(shù)確定搖臂各連接點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)位置，并通過三維建模確定其參數(shù)，如圖4.6所示：圖4.6后懸架前搖臂相對(duì)位置示意圖表4.1懸架關(guān)聯(lián)點(diǎn)參數(shù)位置點(diǎn)名稱XYZ車架連接點(diǎn)F690.5-952.5412.3立柱下連接點(diǎn)Sb913.1-1406.4290.2立柱上連接點(diǎn)Sa906.1-1403.8230.7車輪接地點(diǎn)T986.1-1423.3-28.1通過幾何關(guān)系可得后懸架前搖臂上部分的尺寸為：（4.1）前搖臂下部分尺寸為：（4.2）前搖臂與立柱連接點(diǎn)的上下距離為：（4.3）簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)尺寸為4.2.2、后拉桿設(shè)計(jì)后拉桿可根據(jù)選點(diǎn)及整車參數(shù)（包括側(cè)傾中心、離地間隙等）直接設(shè)計(jì)后拉桿參數(shù)，如圖4.7、4.8所示圖4.7后拉桿車身位置結(jié)構(gòu)示意圖圖4.8后拉桿車輪位置結(jié)構(gòu)示意圖選點(diǎn)及設(shè)計(jì)過程與前懸架類似，此處不再贅述，各位置點(diǎn)如下表：表4.2后懸架連接點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)位置點(diǎn)名稱XYZ車架上連接點(diǎn)Fa488.3-1584.8470.2車架下連接點(diǎn)Fb476.2-1580.4371立柱上連接點(diǎn)Ua908.2-1490.1206.5立柱下連接點(diǎn)Ub920.9-1491305.7利用上述位置點(diǎn)坐標(biāo)及車架與懸架的匹配關(guān)系，計(jì)算各桿件尺寸參數(shù)：桿件a：（4.4）桿件b：（4.5）懸架立柱固定點(diǎn)間距c：（4.6）簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)參數(shù)：4.3、減振器參數(shù)設(shè)計(jì)（1）減振器及其形式的選擇后懸架需要承擔(dān)更大的載荷，但無需過多承擔(dān)輔助轉(zhuǎn)向的作用，減振器形式方面延續(xù)前懸架的選擇，仍選用充氣彈簧。（2）相對(duì)阻尼系數(shù)的確定式中為阻力，為減振器阻尼系數(shù)。（4.7）初取=0.28。（3）減振器阻尼系數(shù)的確定（4.8）（4.9）（4.10）（4）最大卸荷力的確定（一般為～，A為車身振幅，取，為懸架固有頻率）（4.11）（4.12）（5）減振器尺寸的確定(為工作缸最大允用壓力一般取3～4，為連桿QUOTE與缸筒直徑之比，雙筒式一般取0.4～0.5。取)（4.13）為了減低制造成本，且使前后懸架中，盡可能多的部件具有互換性，故仍然將工作缸直徑取為。貯油筒直徑取壁厚為,材料為20鋼。為了適應(yīng)懸架位置點(diǎn)的布置，并在匹配車輪位置參數(shù)的前提下，選取合適的工作缸行程，有效行程，減振器總長(zhǎng)。

4.4、后懸架CATIA建模（1）零件設(shè)計(jì)后懸架結(jié)構(gòu)相較于前懸架較為簡(jiǎn)單，零件部分主要與傳動(dòng)軸匹配，如圖4.9所示為后懸架立柱的三維建模。圖4.9后懸架立柱（2）創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì)后懸架桿件包括前搖臂及后拉桿，前搖臂CATIA模型如圖4.10所示。圖4.10后懸架前搖臂（3）后懸架總裝后懸架的總裝過程類似于前懸架，如圖4.11所示。圖4.11后懸架單側(cè)總裝模型前、后懸架建模完成后，通過鏡像獲得另一側(cè)懸架，在以車架為基準(zhǔn)的空間中對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行總裝，如圖4.12所示。圖4.12懸架與車架裝配模型4.5、本章小結(jié)本章在空間幾何的基礎(chǔ)上，以車架和前、后軸相對(duì)位置為基準(zhǔn)，對(duì)后懸架前、后拉桿位置進(jìn)行了確定，同時(shí)結(jié)合相對(duì)位置關(guān)系，確定坐標(biāo)，最后通過坐標(biāo)位置計(jì)算獲得各桿件尺寸。在巴哈賽車上多采用前搖臂配后拉桿的多連桿式獨(dú)立懸架，從而獲得符合要求的懸架形式。因此，前文采用了基于已知位置的空間連線方式，獲得后懸架前、后拉桿的幾何、位置尺寸并建立CATIA三維模型。第5章巴哈賽車懸架系統(tǒng)分析及仿真為了驗(yàn)證前后懸架設(shè)計(jì)桿件的力學(xué)強(qiáng)度和前懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，本章運(yùn)用ANSYSWorkbench模塊對(duì)前懸架上、下橫臂進(jìn)行了靜力學(xué)分析。根據(jù)第三章所分析的硬點(diǎn)參數(shù)，建立了Adams懸架模型，從而對(duì)前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)變化特性進(jìn)行了仿真。5.1、前懸架靜力學(xué)分析5.1.1、巴哈賽車前懸架上橫臂靜力學(xué)分析在本章中，利用第六章CATIA的巴哈賽車前懸架三維模型進(jìn)行分析，首先在CATIA的product模塊中將上、下橫臂的裝配體轉(zhuǎn)換為零件體并以.model的文件格式保存，從而可以將其導(dǎo)入到ANSYS中。通過鉸鏈搖臂兩端，上橫臂采用U型結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)彎管處在受力時(shí)形變較為明顯，根據(jù)前文所得單側(cè)輪非簧載質(zhì)量為12.33Kg，且臂承載面積約為0.025㎡，存在最大載荷為設(shè)置載荷為4833.36Pa，為應(yīng)對(duì)巴哈大賽賽道上的復(fù)雜道路狀況，預(yù)設(shè)載荷為6500pa。因此前懸架上橫臂分析結(jié)果如圖5.1所示。圖5.1基于ANSYS的巴哈賽車前懸架上橫臂靜力學(xué)分析從分析結(jié)果可知，最大形變量為4.975e-6m，為可接受范圍。但其最大形變位置出現(xiàn)在管材彎折處，且形變量具有一個(gè)較大的變化梯度，雖然此設(shè)計(jì)因?yàn)檩d荷輕，材料性能盈余等不存在實(shí)際性的使用問題，但仍然存在應(yīng)力、應(yīng)變分布不均等問題。5.1.2、巴哈賽車前懸架下橫臂靜力學(xué)分析在設(shè)置下橫臂載荷時(shí)，仍然按照上述最大載荷設(shè)置，但下橫臂與減振器相連，因此隨減振器壓縮和伸長(zhǎng)的橫臂力學(xué)性能變化為動(dòng)力學(xué)變化特性。為了簡(jiǎn)化這一分析過程，按照減振器最大壓縮量時(shí)產(chǎn)生反向支撐力，設(shè)置減振器安裝處的反向載荷。第三章中提到減振器最大卸荷力為69.86N，但由于懸架單側(cè)非簧載質(zhì)量?jī)H為12.33Kg，因此載荷力仍遵循車輪單側(cè)非簧載質(zhì)量，且減振器作用面積為0.0275㎡，計(jì)算得最大載荷為4393.96pa。由于彈簧選用為空氣彈簧，根據(jù)其彈性衰減的非線性特性，在壓縮行程的后端，彈簧較硬，可能存在極端載荷情況。為了規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，適當(dāng)增大其載荷，故設(shè)設(shè)置減振器連接點(diǎn)載荷值為4500pa，而下橫臂載荷面積為0.018㎡，故其最大計(jì)算載荷為6713pa?；诠r考慮適當(dāng)上調(diào)數(shù)值以適應(yīng)變化，設(shè)置最大載荷為8500pa，因此前懸架下橫臂分析結(jié)果如圖5.2所示。圖5.2基于ANSYS的巴哈賽車前懸架下橫臂靜力學(xué)分析上述分析結(jié)果可知最大形變位置出現(xiàn)在車架固定點(diǎn)與減振器安裝點(diǎn)之間，最大形變量為3.5564e-6m，下橫臂相比于上橫臂額外承受來自減振器的反向支撐力，故其最大形變量較小，但也因此受力情況更為復(fù)雜，故仍然存在較大的應(yīng)力變化。綜合分析上、下橫臂靜力學(xué)分析形變圖可知，下?lián)u臂形變由軸向變化，且變化均勻，而上橫臂的彎管處形變方向復(fù)雜，故存在優(yōu)化可能性。

5.1.3、巴哈賽車后懸架前搖臂靜力學(xué)分析后懸架的形式為前搖臂、后拉桿構(gòu)成的多連桿式獨(dú)立懸架，因此在垂直方向上干涉極小，即車輪跳動(dòng)對(duì)懸架力學(xué)性能影響較小，此外，巴哈賽車后懸架后拉桿為兩端鉸鏈連接，僅提供軸向限位作用，因此本文僅對(duì)后懸架承載時(shí)前拉桿的受力情況進(jìn)行基于ANSYS的靜力學(xué)分析。與前懸架橫臂靜力學(xué)分析類似，減振器卸荷力大于單側(cè)非簧載質(zhì)量，故選用非簧載質(zhì)量作為拉桿承受載荷，其值為14.75Kg，簡(jiǎn)化后當(dāng)量承載面積為0.0175㎡，計(jì)算在載荷為8260pa，考慮巴哈賽車實(shí)際工況，適當(dāng)上調(diào)載荷，綜上，設(shè)置載荷為9500pa。因?yàn)闇p振器選型與前懸架相同，故采用相同數(shù)值進(jìn)行設(shè)置，即4500pa。分析結(jié)果如圖5.3所示。圖5.3基于ANSYS的巴哈賽車后懸架前拉桿靜力學(xué)分析由上圖分析可知，最大形變位置出現(xiàn)在搖臂車架固定點(diǎn)與減振器安裝點(diǎn)，最大形變量為2.7516e-7m，形變量及其細(xì)微，符合設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求。從形變位置可知，巴哈賽車后懸架前拉桿變形點(diǎn)主要集中在三角形的上方桿件上，即下方構(gòu)件承載極小，因此此處可作為設(shè)計(jì)優(yōu)化的切入點(diǎn)。

5.2、巴哈賽車前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析5.2.1、Adams建模思路在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真之前，需要先對(duì)巴哈懸架系統(tǒng)進(jìn)行建模，通過使用Adams/Car中的TemplateBuilder模塊，建立分析模型，具體流程如圖5.4。圖5.4Adams建模思路

5.2.2、Adams建模分析將3D空間模型中的各點(diǎn)值按照一定關(guān)系，以硬點(diǎn)值的形式輸入值Hardpoint創(chuàng)建模塊，通過相互關(guān)聯(lián)的各點(diǎn)創(chuàng)建GeneralPart，從而獲得各構(gòu)件的空間平面，為之后建立實(shí)體模型做準(zhǔn)備。之后創(chuàng)建ConstructionFrames，以此獲得與懸架系統(tǒng)相匹配的車架，從而使其成為固定結(jié)構(gòu)，以便于運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真時(shí)獲得靜態(tài)參照物。此后運(yùn)用ForceElement和AttachmentPoint模塊，創(chuàng)建彈簧等彈性元件以及懸架系統(tǒng)的可動(dòng)連接點(diǎn)，從而構(gòu)件懸架與車架之間的運(yùn)動(dòng)參照。最后輸入主銷外傾角和前輪前束角，作為運(yùn)動(dòng)學(xué)特征值參與運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。通過預(yù)仿真，檢查建模是否正確，關(guān)系是否完整，待一切準(zhǔn)備就緒后即可獲得Adams運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型，如圖5.5所示圖5.5前懸架Adams模型在巴哈賽車的實(shí)際過程中，主銷內(nèi)傾角和前輪前束角作為極端情況值選取，但在巴哈賽車的實(shí)際行駛過程中，需要考慮上述參數(shù)隨搖臂上、下運(yùn)動(dòng)的變化的特性。因此需要分析其運(yùn)動(dòng)型特性。在完成Adams的建模后，根據(jù)設(shè)計(jì)懸架減振器工作缸行程為140mm，分別設(shè)置懸架的平跳和左、右車輪獨(dú)立跳動(dòng)工況上、下行程分別為70mm、-70mm，跳動(dòng)周期為100個(gè)單位時(shí)間，如圖5.6,5.7所示。圖5.6前懸架平跳分析參數(shù)設(shè)定圖5.7前懸架車輪獨(dú)立跳動(dòng)分析參數(shù)設(shè)定根據(jù)上述跳動(dòng)分析得到相應(yīng)的巴哈賽車主銷內(nèi)傾角和前輪前束角變化特性曲線圖5.8前懸架平跳狀態(tài)下主銷內(nèi)傾角、前輪前束角變化特性圖5.9前懸架車輪獨(dú)立跳動(dòng)狀態(tài)下主銷內(nèi)傾角、前輪前束角變化特性由上圖顯示，在預(yù)設(shè)定主銷內(nèi)傾角和前輪前束參數(shù)后，懸架在跳動(dòng)過程中，以設(shè)定值為跳動(dòng)范圍，在懸架的上、下行程中跳動(dòng)未加載，即懸架無跳動(dòng)，圖中時(shí)間橫坐標(biāo)為50時(shí)上述參數(shù)均為0。根據(jù)Adams默認(rèn)左、右跳動(dòng)規(guī)律，左、右參數(shù)呈對(duì)稱，其中主銷內(nèi)傾角在上、下跳動(dòng)過程中的變化規(guī)律以靜態(tài)中心為基準(zhǔn)基本呈對(duì)稱。而前輪前束則顯示，其在壓縮過程的變化，即右側(cè)車輪的0-50s，明顯小于下落時(shí)的變化情況，前輪前束角的變化區(qū)間為（-1.7,3.5）,主銷內(nèi)傾角變化區(qū)間為（-1.7,1.1）。上述數(shù)據(jù)均在設(shè)計(jì)參數(shù)范圍內(nèi)，且未產(chǎn)生較大偏差，因此運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)可靠5.3、本章小結(jié)本章通過結(jié)合前文設(shè)計(jì)參數(shù)和三維建模，運(yùn)用ANSYS軟件，對(duì)具有承載要求的懸架桿件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步的靜力學(xué)分析，并對(duì)本次巴哈賽車懸架的設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步的驗(yàn)證。其次運(yùn)用Adams對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，并在此基礎(chǔ)上分析了主銷內(nèi)傾角和前輪前束角在車輪跳動(dòng)時(shí)的變化特性，進(jìn)一步排除了設(shè)計(jì)中干涉存在的可能性，并仿真了懸架的動(dòng)態(tài)特性。

結(jié)論1、研究結(jié)論本文針對(duì)在巴哈設(shè)計(jì)過程中對(duì)懸架系統(tǒng)的要求，以2018賽季的巴哈賽車車架為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：1、通過查閱文獻(xiàn)資料和設(shè)計(jì)手冊(cè)，了解了巴哈賽車懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，以及相關(guān)研究的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，同時(shí)進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)及大部分強(qiáng)度的校核。另外，綜合了2017賽季和2018賽季的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，還設(shè)置了重要的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)；2、利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件CATIA，建立了雙橫臂式獨(dú)立懸架和多連桿式獨(dú)立懸架的各零件組成和裝配圖的三維實(shí)體模型；3、運(yùn)用ANSYSWorkbench分析模塊，對(duì)懸架桿件進(jìn)行了初步的靜力學(xué)分析，結(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù)及選型結(jié)果，輸入相應(yīng)的載荷關(guān)系，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可靠性；4、在懸架仿真分析軟件ADAMS/Car中建立了前、后懸架的多體動(dòng)力學(xué)模型，在添加了相關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和路面激勵(lì)后分析巴哈賽車車輪跳動(dòng)時(shí)懸架各參數(shù)的變化情況和變化規(guī)律，驗(yàn)證了懸架設(shè)計(jì)的可行性并得出分析結(jié)果。最終，設(shè)計(jì)出一款基本符合比賽規(guī)則和設(shè)計(jì)要求的巴哈賽車懸架系統(tǒng)。2、設(shè)計(jì)亮點(diǎn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，通過前懸架上橫臂通過采用U型彎管以避免減振器的安裝干涉，同時(shí)使得懸架整體高度更易調(diào)節(jié)，以獲得更為理想的車身離地高度；后懸架則通過使用導(dǎo)向功能和承載功能幾乎獨(dú)立的前搖臂、后拉桿形式，在解決后懸架重承載的問題的同時(shí)，避免了復(fù)雜結(jié)構(gòu)所帶來的設(shè)計(jì)困難、維修接近性差等問題；在設(shè)計(jì)過程方面，本次設(shè)計(jì)中通過采用ANSYS的靜力學(xué)分析模塊對(duì)懸架桿件進(jìn)行了力學(xué)性能的校核，而不是采用簡(jiǎn)單的理論方式分析，從而避免了理論分析中，過度簡(jiǎn)化模型而導(dǎo)致的分析結(jié)果不準(zhǔn)確。3、未來展望在本次設(shè)計(jì)中，所選用擺臂、拉桿的尺寸在滿足要求的前提下仍然有稍許盈余，在未來的設(shè)計(jì)中，可以結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助分析和試驗(yàn)，探索對(duì)懸架桿件進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。另外，在前懸架的上橫臂設(shè)計(jì)中，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的為立柱連接端彎管的連桿作為上橫臂，雖然此設(shè)計(jì)有效調(diào)節(jié)了整車離地間隙并且避免了與減振器的干涉，但卻未考慮彎管過程中對(duì)管件強(qiáng)度的破壞，因此，在未來的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)盡可能的避免此類加工，從而更好地確保設(shè)計(jì)的力學(xué)性能。

致謝每逢夏天的開始，必然有落幕和退場(chǎng)，如今我四年短暫的理工求學(xué)生涯也將畫上一個(gè)句號(hào)，回頭看這一路走來不敢稱之為艱辛，但也的確不少坎坷。而在我前行道路上，少不了來自父母的支持，非常感謝父母含辛茹苦養(yǎng)育我，從最初的牙牙學(xué)語(yǔ)到如今獨(dú)立生活、求學(xué)。在將來的學(xué)習(xí)、生活中，我會(huì)加倍努力，不辜負(fù)父母的期望。愿父母健康快樂。其次，我要感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師田哲文，在我大二參加車隊(duì)時(shí)，田老師就曾指導(dǎo)過我。大三時(shí)又有幸參與了田老師的轉(zhuǎn)向操控性試驗(yàn)課程。如今，也是在田老師的悉心指導(dǎo)下，我才得以完成我大學(xué)本科的畢業(yè)設(shè)計(jì)。田老師的教導(dǎo)貫穿了我的大學(xué)生活，也給我?guī)砹酥匾挠绊?。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，當(dāng)我遇到問題時(shí)，田老師的點(diǎn)撥也總能讓我茅塞頓開，使我不斷向前。田老師的指導(dǎo)和教誨，是我一生受用的財(cái)富，在畢業(yè)來臨之際，在此向田老師表示由衷的感謝。再次，我要感謝我的輔導(dǎo)員董老師，在我大學(xué)本科的學(xué)習(xí)生涯中，董老師無微不至地關(guān)心著我，從日常的生活學(xué)習(xí)，到如今畢業(yè)時(shí)的升學(xué)。董老師的包容和理解，化解了我異鄉(xiāng)求學(xué)的苦悶。董老師曾的鞭策依稀回蕩在耳邊，激勵(lì)我面對(duì)一切困難，使我在今后的人生中更加自立、自強(qiáng)。另外，我還要感謝我的大學(xué)同學(xué)們，他們包括我的舍友、社團(tuán)的同事、車隊(duì)的隊(duì)友，以及所有曾經(jīng)幫助過我的同學(xué)，正是因?yàn)橛兴麄兊膸椭?，我才度過了一個(gè)快樂、充實(shí)的大學(xué)生活，也是因?yàn)樗麄冊(cè)谖依щy時(shí)的幫助，才使我能夠坦然面對(duì)挑戰(zhàn)。尤其要提到的是潘德文、張一鳴、安玉霈同學(xué)，他們?cè)谏詈蛯W(xué)習(xí)上的幫助，解決了我不少難題，曾今的暢聊也安撫過我躁動(dòng)的心，是他們讓我看到了友誼的珍貴。最后，十分感謝在百忙之中抽出時(shí)間評(píng)閱論文和參加論文答辯的老師，也感謝武漢理工大學(xué)為我提供的寶貴的學(xué)習(xí)平臺(tái)。

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