方程式赛车悬架系统设计分析中期报告

河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告

毕业设计（论文）题目：方程式赛车悬架系统设计分析

专业：车辆工程

学生信息：学号：082886；姓名：樊广阔；班级：车辆083

指导教师信息：教师号：86024；姓名：武一民；职称：教授

报告提交日期：

一、前期具体工作及取得进展

1.查阅FSAE赛车及相似汽车悬架结构，确定所设计赛车悬架结构。

根据文献及FSAE赛车实车相关图片初步确定采用不等长双横臂拉杆弹簧独立悬架，制动器形式采用盘式制动。上下两横臂采用A型结构，且由杆件代替，上下A臂不平行且不等长，为了保证运动时轮距变化不大采用上横臂短、下横臂长的结构形式。

悬架杆件采用SAE4130钢管，尺寸为12x1.5以及，并采用SA型外螺纹杆端关节轴承，型号为：SA8E。横臂与转向节的链接采用GE型向心关节轴承，型号为：GE8C。减震器及弹簧选取螺旋弹簧套在减震器外侧的结构，减震器的一端通过摇臂与拉杆连接，另一端连接在车架上。横向稳定杆与摇臂的连接同样采用外螺纹杆端关节轴承，型号为：SA6E。摇臂的旋转中心采用的是自润滑轴承，型号为10x14x20。整体结构的布置形式大概如下图所示：

2.初步确定悬架相关参数。

根据赛事规定6.3.1 赛车轮辋直径必须至少为203.2mm（8.0 英寸），因此结合查阅相关资料及简单计算轮辋采用13X8尺寸，即轮辋直径为330mm。轮胎选取Continental轮胎，型号为195/45R13，轮胎外径为510mm。

根据赛事规定6.2 离地间隙：在比赛中，在有车手乘坐时，赛车的静态离地间隙必需至少25.4mm（1 英寸），因此，初步设计赛车最小离地间隙为30mm。

根据赛事规定2.3 轴距赛车的轴距必须至少为1525mm（60 英寸）。轴距是指在车轮指向正前方时同侧两车轮的接地面中心点之间的距离。因此，初步设计赛车轴距为1535mm。

根据赛事规定2.4 轮距赛车较小的轮距（前轮或后轮）必须不小于较大轮距的75%。

此次设计初步设计前轮距为1200mm，后轮距为1180mm。

根据赛事规定 6.1.1 赛车所有车轮必须安装有功能完善的、带有减震器的悬架。

在有车手乘坐的情况下，轮胎的跳动行程至少为50.8mm（2 英寸），其中向上25.4mm

（1 英寸），向下25.4mm（1 英寸）。因此，本次设计初步设计悬架静挠度为25.5mm，动挠度设计为28mm。

根据赛事关于车架部分的规定，本次设计按照最小的车架尺寸设计，由此及选取的轮距确定：

前轮：转向节上铰点据车架铰接点距离为260mm，转向节下铰点据车架铰接点距离为312mm。上A臂夹角为38°，下A臂夹角为36°。

后轮：后立柱上铰接点据车架铰接点距离为302mm，下铰接点据车架铰接点距离为368mm。上A臂夹角为50°，下A臂夹角为32°。

3.悬架参数计算。

本次设计初步选取有车手乘坐时总质量为260Kg，再根据所选取的前后悬架静挠度及动挠度，通过作图法确定悬架的侧倾中心，将上下横臂内外转动点的连线延长到极点，将极点与车轮接地点链接即可在汽车垂直于地面的中心线上的到侧倾中心，得到的侧倾中心高度为45.24mm。在独立悬架中，赛车前后悬架侧倾中心的连线称为侧倾轴线，侧倾轴线与点平行。双横臂悬架侧倾中心位于上下控制臂转动延长线的交点，可以确定纵倾中心，进一步计算抗制动前倾角。

4.减震器的选择。

根据赛车图片及论坛相关资料，选取筒式减震器。

5.选取车轮定位参数。

主销内倾角为：4°；主销后倾角为2°；前轮外倾为-1°；前轮前束为0°。6.悬架导向结构的参数设计。

1）在纵向平面内的布置方案选取方案2，如下图所示：

2）在横向平面内的布置方案选取方案a，如下图所示:

3）在横向平面内的布置方案选取方案a，如下图所示:

4）上下横臂长度的比值选择，上下横臂长度分别记为l

2、l

1

,由于l

2

/l

1

越大，则轮距变化越大；l

2/l

1

越小，则车轮外倾角与注销内倾角变化越大；

因此l

2/l

1

比初步取为0.83。

7.建立CATIA模型以及作CAD图。 1）摇臂结构图如下图所示：2）上横臂结构图如下图所示：

3）下横臂结构图如下图所示：

4）前轮毂结构图如下图所示：

5）导向机构如下图所示：

6）前轮毂部位结构图如下图所示：

二、课题进行过程中遇到的问题

1.悬架导向结构在三个平面内的角度的确定

悬架的导向结构在三个平面内的布置方案已经选定，但是在对应的每个位置的角度还没有做准确的确定。

2.连接部位的处理

悬架结构里存在着很多的螺栓连接部位，对于这些部位要有你适当的处理，已到达减小噪声的目的。

3.减震器的布置

由于本次设计的是拉杆弹簧形式的悬架结构，因此减震器的布置角度及位置需要精确地确定，从而防止运动上的干涉等问题。

三、后期工作内容

1.对于二中提到的问题做进一步的分析与计算，以及查阅资料，做出详细地解决方案。

2.进一步学习Adams软件，对所设计悬架结构进行运动仿真。

3.学习CATIA软件里面的有限元分析功能，对部分悬架零件做应力分析，进一步优化

结构。

4.继续用CATIA软件进行悬架结构的建模，并完成装配图。

5.用CAD做出必要零件的零件图，以便于加工制造。