推杆摇臂设计报告

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1、.-基于MATLAB和CATIA的大学生方程式赛车悬架系统推杆摇臂设计报告指导教师：舒红宇学生：黄志宇学号：20216260专业班级：车辆工程04班-.word.zl.-大学方程式赛车创新实践班二〇一七年二月一、引言与轿车悬架不同，由于车架的限制，导致赛车悬架系统中的减震器和弹簧不能直接与车架相连，为了保证赛车平稳行驶和衰减振动的需要，需在减震器(弹簧)和悬架横臂之间加装一推杆或拉杆以传递赛车行驶过程中的垂向力，如图1所示。在赛车转向行驶时，由于赛车的载荷转移使得悬架系统的垂向刚度成为了影响汽车操纵稳定性的重要因素。车轮跳动量与弹簧长度变

2、化量之比(传动比)是联系车轮中心刚度和弹簧刚度之间的桥梁。理想的传动比特性在车轮跳动的过程中应维持一定值，这样的传动比可以简化弹簧的设计难度，然而由于赛车的空间限制和推杆的加装使得弹簧轴线不一定沿垂向布置，这使得获得恒定的传动比成为了赛车悬架机构设计的难题。-.word.zl.-图1悬架构造图一、悬架系统方案选型-.word.zl.-由于高速赛车对操纵稳定性要求较高，同时基于构造、本钱费用、空间尺寸等的考虑，赛车一般都采用双横臂式独立悬架。赛车上的双横臂悬架一般有以下三种设计方案：推杆不等长双横臂悬架、拉杆不等长双横臂悬架和无推拉杆不等长

3、双横臂悬架。综合比较上述三种赛车悬架设计方案，并考虑比赛规那么对悬架设计的要求、悬架的制造、装配、调试难易程度、可靠性等因素，确定赛车前悬架和后悬架均采用推杆不等长双横臂独立悬架，如图2所示。图2推杆不等长双横臂悬架优点是：具有双横臂悬架的优点；推杆大局部时间承受轴向压力，对杆件型材料来说，一般抗压强度要大于抗拉强度，即使赛车长时间工作，悬架也不容易折断损坏；减振器外置有利于方便调节其阻尼。缺点是：推杆下端直接连接到下控制臂上，使得下控制臂承受较大弯矩；减振器和摇臂布置于车架上部，整车的重心位置升高，不利于赛车的操纵稳定性；没有充分利用了

4、车架的空间，不利于赛车车身的流线设计。一、参数计算3.1摇臂简介-.word.zl.-摇臂主要有四个安装孔，分别为与车架、减震器、推杆、横向稳定杆的铰接孔，而其铰接孔和弹簧及推杆的角度决定了悬架的传递比，在已定的传递比情况下可确定其安装孔的几何关系，如图3所示。图3摇臂模型及受力图3.2悬架刚度计算整车参数如表1所以，可进展以下参数计算。整车质量〔kg〕簧上质量〔kg〕非簧质量〔kg〕轴距〔m〕前轮距〔m〕后轮距〔m〕321281.239.81.551.151.10质心到后轴水平距离(m)质心高度(m)质心到侧倾中心轴线距离(m)轮胎刚度

5、(kN/m)前悬架侧倾中心高度(m)后悬架侧倾中心高度(m)852.50.270.25051900000.0350.045-.word.zl.-轮胎半径〔m〕前后载荷比质心到前轴水平距离(m)0.23245:55697.5表1赛车参数〔1〕悬架乘适刚度〔轮胎接地点相对车架或车身单位垂直位移时所受的垂向力〕前轴单侧悬架乘适刚度：后轴单侧悬架乘适刚度：〔2〕车轮中心刚度〔车轮中心相对车架或车身单位垂直位移时所受到的垂向力〕前悬架车轮中心刚度：后悬架车轮中心刚度：〔3〕侧倾角刚度〔车架或车身侧倾单位转角时悬架给车架或车身总的恢复弹性力矩〕前悬架

6、角刚度：式中，-.word.zl.-后悬架角刚度：式中，〔4〕侧倾增益〔1g横向加速度下车架或车身侧倾转角的大小〕式中，为车身侧倾角。〔5〕侧倾时载荷转移设定赛车以通过半径的最小弯道，那么赛车所受的横向加速度为：前轴由于横向加速度所引起的载荷转移为：后轴由于横向加速度所引起的载荷转移为：由以上公式，可以继续推导出来前后悬架乘适刚度：前悬架乘适刚度：后悬架乘适刚度：-.word.zl.-3.3偏频计算悬架偏频是指赛车簧上质量无阻尼情况下的固有频率，偏频越高，那么悬架越硬，赛车的操控性越好；偏频越低，那么悬架越软，赛车的舒适性越好，能更好的缓

7、冲路面冲击。对于偏频来说，有以下几点作为选择的原那么：1.前后悬架应选择不同的偏频以防止发生共振。2.对于赛车来说，对于舒适度的要求要稍微弱一点，对赛车操控性的要求会更高一些，所以一般选择为前高后低。通常来说，FSAE赛车的前后偏频一般取值在2.4~3Hz之间，且前高后低。将偏频初步假设为：.由3.2中的公式，可计算出：前悬架偏频：后悬架偏频：3.4计算结果最后的要我们所假设的偏频与利用假设的偏频求出的偏频应该尽量的一样，且还需要保持前高后低。在这里，利用MATLAB进展编程，可以求出较为适宜的偏频。利用MATLAB软件计算出的结果为：。

8、在此偏频下，求出的偏频误差不超过-.word.zl.-0.4Hz，满足要求。由此可以获得以下数据：前轴单侧悬架乘适刚度：24632N/m；后轴单侧悬架乘适刚度：18752N/m；前悬架车轮中心