ChinaFSAE方程式赛车悬架系统设计分析 - 图文(5)

2019-03-10 20:04

河北工业大学2012届本科毕业设计说明书 第17页

由于轮胎与轮辋均继续沿用上届赛车所采用的,因此本次设计决定把更多的精力投入到悬架系统的其他部分的设计优化上,而没有把更多的时间放在轮胎的选择上。 2.6.3 轴距和轮距的选择

FSAE规则要求赛车的轴距至少为60英寸(1525mm),赛车较小的轮距不得小于较大的轮距的75%。在本次赛车轴距的设计过程中,是按照轴距尺寸尽量取最小尺寸设计的(由于发动机、传动系链轮中心距以及车架主环到前环的纵向距离均未确定),考虑到制造及安装时的误差等因素的影响,在满足要求的前提下,确定赛车轴距为1530mm。

汽车的转向特性是汽车的重要性能之一, 而汽车转向梯形和双摇臂机构的优化设计对保证汽车在转向时所有车轮均做纯滚动起着关键的作用[26]。前、后轮距的选择是在参考国外FSAE赛车、前两届CFSAE赛车的参数以及汽车设计资料的基础上,在轴距确定为1530mm的情况下,根据经验公式(2-1)初选:

B=kL (2-1) 式中: B——轿车的轮距,mm; L——轿车的轴距,mm; k——系数,取0.55~0.64;[27]

经上式估算:赛车的轮距在1000左右。考虑到适当增大赛车轮距,有利于增加悬架的角刚度,使汽车的横向稳定性愈好。因此结合其他车队的赛车参数,本次设计的前轮距取为1200mm,后轮距取为1180mm。 2.6.4 初始运动学设计与优化

在Auto CAD的2D图纸中开始悬架的设计,设计过程中要确保其符合规则。规则要求悬架在有车手乘坐的情况下能够分别抬起和压下25.4mm,以及任何时候在全车底部至少25.4的静态离地间隙。

在二维图上,对前、后悬架的其余部分进行空间考虑,包括轮毂、轮辋、轮胎以及控制臂等。根据已经选定的轮距,在满足车架的最小结构尺寸的情况下,不断的改变主销长度、离地间隙、车轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角等,从而确定最佳的主销参数、控制臂长度以及各个空间夹角、侧倾中心位置及纵倾中心位置等,进而使赛车能够有最佳的运动性能[28]。

首先做出的是前、后悬架的平面示意图,如图2.10、图2.11所示

河北工业大学2012届本科毕业设计说明书 第18页

图2.10 前悬架设计平面示意图

图2.11 后悬架设计平面示意图

赛车的静态倾斜60°分析:

赛车轮距为1200mm,如图2.12所示,假定赛车的悬架为性机构,当赛车静态侧倾60°时,中心位于轮胎与地面接地点铅垂线的内侧,并且有相当大的裕量,即重力对该点产生的力矩能够阻止赛车侧翻,显然在60°静态侧倾时,赛车不会发生侧翻。

河北工业大学2012届本科毕业设计说明书 第19页

图2.12 60°侧倾分析图

2.6.5 导向机构的布置参数

1) 侧倾中心及侧倾中心高度

由作图法得到双横臂独立悬架的侧倾中心位置:将上、下横臂内外转动点的连线延长,以便得到极点P,并同时获得P点的高度。将P点与车轮接地点N连接,即可得到侧倾中心W,同时获得W的高度hW。

根据图2.10、图2.11所得到的前悬侧倾中心高度为hw1=45.45mm;后悬侧倾中心高度为hw2=47.19mm。

2) 侧倾轴线

在独立悬架中,汽车前部与后部侧倾中心的连线称为侧倾轴线,侧倾轴线应大致与地面平行,且尽可能离地面高些。平行是为了使得在曲线行驶时前、后轴上的轴荷变化接近相等,从而保证中性转向特性;而尽可能高是为了使车身的侧倾限制在允许

河北工业大学2012届本科毕业设计说明书 第20页

范围内。本次设计的侧倾轴线与地面夹角很小,基本平行。

3) 纵倾中心

双横臂独立悬架的纵倾中心通过作图法获得,如图2.13所示,作两横臂转动轴C和D的延长线,两线的交点O即为纵倾中心。由图2.14和2.15可看出前悬的纵倾中心高度e1=164.81mm;后悬的纵倾中心高度e2=187.04mm。

图2.13 双横臂悬架纵倾中心示意图

图2.14 前悬架纵倾中心示意图

河北工业大学2012届本科毕业设计说明书 第21页

图2.15 后悬架纵倾中心示意图

2.6.6 上、下横臂的尺寸

根据大赛规则,轴距设计为1530mm,前轮距设计为1200mm,后轮距设计为1180mm。由此得到的A臂尺寸关系如表2-1所示。

表2-1 前、后悬上、下A臂的尺寸参数

立柱上下两铰接点的竖直距离 上A臂与立柱铰接点到车架铰接点转轴的距离 下A臂与立柱铰接点到车架铰接点转轴的距离 上A臂夹角 下A臂夹角 前悬 230mm 268mm 324mm 38° 40° 后悬 215mm 220mm 267mm 45° 60° 2.6.7 性能参数的确定

悬架静挠度fc是指汽车满载静止时悬架上的载荷Fw与此时悬架刚度c之比,即fc=Fw/c。汽车前后悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一[29]。汽车前后部分车身的固有频率n1和n2(偏频)用式(2-2)表示:

n1?c1/m1/(2?) n2?c2/m2/(2?) (2-2)

悬架与偏频息息相关,悬架软,偏频低,平顺性较好。悬架硬偏频高,操控性较好。一般汽车悬架设计要求保证汽车具有良好的行驶平顺性,故悬架的固有频率应较


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