机械毕业设计（论文）大学生方程式赛车前后悬架设计（全套图纸三维）.doc

毕 业 论 文题目 大学生方程式赛车设计（前、后悬架设计） 2013年 05月30 日大学生方程式赛车设计（前、后悬架设计）摘 要本设计为中国大学生方程式汽车大赛（Formula SAE - China，简称"FSAE"）赛车前、后悬架总成设计。悬架总成是汽车的一个重要组成部分，它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架上，以保证汽车的正常行驶。本次设计根据大学生方程式汽车大赛的比赛规则及赛车设计具体参数要求，参考各种赛车悬架资料，分析各种悬架类型的优缺点，参考国际国内方程式汽车大赛的赛车设计方案，初选出了多连杆悬架和双横臂悬架，然后进行进一步的分析，并最终确定适合赛车运动的悬架形式-不等长双横臂式螺旋弹簧独立悬架。设计中运用运动学原理分析各机构运动关系、确定尺寸参数,运用理论力学、材料力学知识计算悬架各部件的受力，以满足各零部件的强度要求。本次设计运用了CAD2008画平面图，并运用UG NX 7.0建立悬架模型，进行运动分析和高级仿真。关键词：悬架，减振器，导向机构，定位参数，建模，运动分析全套图纸，加153893706This design for Chinese University students formula car（front and rear suspension design） ABSTRACTThis design for Chinese University students formula car contest (Formula SAE-China, referred to as "FSAE.") racing front and rear suspension design. Suspension Assembly is an important component of the car, its function is to act on the pavement on vertical force, longitudinal force and lateral force as well as the reaction caused by the moment passed to the frame, in order to ensure that the vehicle's normal driving.This design according to the formula of college car racing rules and concrete parameters design requirements, refer to the data of many racing suspension , analysis of the advantages and disadvantages of various suspension type, and ultimately determine the suitable for motor sport suspension-differ long double wishbone arm typed spiral spring independent suspension. Determine the use of unque length double wishbonecoil springindependent suspension,calculated and verified, to the rule of the game,and the actual needs of the carss roll center,select the suspension of the car-oriented institutions,and then according to the positioning of the wheel parameterspreliminary design calcuations on the dimensions of the upper and lower wishbone front and rear suspension and frame size as well as track and wheelbase dimensions,and the subsequent stress analysis under various conditions on the suspension,and determine the final suspension size and locationaramerers.In the design application kinematics analysis of the relationship between the various bodies exercise、determine the size parameters, use of theoretical mechanics, material mechanics calculation of the various components of suspension force to meet the strength requirements of all parts This design employs CAD2008 draw the floor plan, and to use UG NX 7.0 establish suspension models, kinematic analysis and advanced simulation. KEY WORD：Suspension, shock absorbers, guide mechanism, positional parameter, modeling, motion analysis符 号 说 明M 汽车总质量，KgL 轴距，mmB1 前轮距，mmB2 后轮距，mmhg 最小离地间隙, mmG1 满载时前轴负荷分配, NG2 满载时后轴负荷分配, NR 车轮半径，mmB 轮胎宽度,mmk 动载系数,1 附着系数，mm 主销后倾角,mm 主销内倾角,° 车轮外倾角,°C 主销偏置距,°N 弹簧有效圈数,11 前悬架偏频，Hz2 后悬架偏频，Hz目 录第一章 绪 论1§1.1 赛事简介1§1.2 赛事意义1§1.3 分析各种悬架类型优缺点2§1.3.1 概述2§1.3.2 悬架分类及优劣分析3第二章 前、后悬架设计7§2.1 确定悬架类型7§2.2 赛车悬架设计要求分析9§2.3 确定车轮定位参数9§2.4 确定悬架参数10§2.4.1 悬架静挠度10§2.4.2 悬架动挠度10§2.4.3 导向机构的设计11§2.4.4 悬架尺寸设计14§2.5 受力分析及强度校核18§2.5.1 路面不平路况19§2.5.2 加速制动的车况20§2.5.3 转弯的车况21第三章 减震器设计28§3.1 弹簧设计计算28§3.1.1 前悬架弹簧设计28§3.1.2 后悬架弹簧设计28§3.2 减震器设计及计算29§3.2.1 前悬架减震器设计29§3.2.2 后悬架减震器设计30第四章 横向稳定杆设计31§4.1 概述31§4.2 横向稳定杆设计及计算31§4.2.1 前悬架稳定杆设计31§4.2.2 后悬架稳定杆设计32第五章 建立模型，运动分析33第六章 结 论36参考文献37致 谢38第一章 绪 论§1.1 赛事简介 中国大学生方程式汽车大赛（简称“中国FSC”）是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。各参赛车队按照赛事规则和赛车制造标准，在一年的时间内自行设计和制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车，能够成功完成全部或部分赛事环节的比赛。 2010年第一届中国FSC由中国汽车工程学会、中国二十所大学汽车院系、国内领先的汽车传媒集团易车（BITAUTO）联合发起举办。中国FSC秉持“中国创造擎动未来”的远大理想，立足于中国汽车工程教育和汽车产业的现实基础，吸收借鉴其他国家FSC赛事的成功经验，打造一个新型的培养中国未来汽车产业领导者和工程师的交流盛会，并成为与国际青年汽车工程师交流的平台。中国FSC致力于为国内优秀汽车人才的培养和选拔搭建公共平台，通过全方位考核，提高学生们的设计、制造、成本控制、商业营销、沟通与协调等五方面的综合能力，全面提升汽车专业学生的综合素质，为中国汽车产业的发展进行长期的人才积蓄，促进中国汽车工业从“制造大国”向“产业强国”的战略方向迈进。中国FSC是一项非盈利的社会公益性事业，利在当代，功在未来。项目的运营和发展结合优秀高等院校资源、整车和零部件制造商资源，获得了政府部门和社会各界的大力支持以及品牌企业的资助。社会各界对项目投入的人力支持和资金赞助全部用于赛事组织、赛事推广和为参赛学生设立赛事奖金。§1.2 赛事意义 目前，中国汽车工业已处于大国地位，但还不是强国。从制造业大国迈向产业强国已成为中国汽车人的首要目标，而人才的培养是实现产业强国目标的基础保障之一。大学生方程式赛车活动将以院校为单位组织学生参与，赛事组织的目的主要有:一是重点培养学生的设计、制造能力、成本控制能力和团队沟通协作能力，使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台；二是通过活动创造学术竞争氛围，为院校间提供交流平台，进而推动学科建设的提升;大赛在提高和检验汽车行业院校学生的综合素质，为汽车工业健康、快速和可持续发展积蓄人才,增进产、学、研三方的交流与互动合作等方面具有十分广泛的意义。毫无疑问，对于对汽车的了解仅限于书本和个人驾乘体验的大学生而言，组成一个团队设计一辆纯粹而高性能的赛车并将它制造出来，是一段极具挑战，同时也受益颇丰的过程。在天马行空的幻想、大脑一片空白的开始、兴奋的初步设计、激烈的争执、毫无方向的采购和加工、无可奈何的妥协、令人抓狂的一次次返工、绞尽脑汁的解决难题之后，参与者能获得的不仅仅是CATIA UG ANSYS以及焊接、定位、机加工技能,更有汽车工程师的基本素养和丰富实践经验。 与此同时，管理和运营整个团队让未来的企业管理者接受了一次难度十足的锻炼。FSAE赛事也给了汽车厂商发现优秀人才和创意想法的机会。 河南科技大学是一所具有悠久历史的综合性大学，而车辆工程是学校的老牌专业，这次河南科技大学组织车队参赛对于整个学校来说是个提升知名度的有效契机，也是对外交流，提升自身技术的最佳时机，我们车辆专业将不负众望，努力尽自己的一份力，争取在比赛中取的好成绩，为学校建设一流大学做出重要贡献。§1.3 分析各种悬架类型优缺点§1.3.1 概述悬架是保证车轮与车桥或车架与车身之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。主要组成为：弹性元件、减振器、导向机构、横向稳定器、缓冲块。悬架系统设计需满足下述要求：1、 通过合理设计悬架的弹性特性及阻尼特性，使其具有合适的衰减振动能力以保证汽车有良好的行驶平顺性；2、 合理设计导向机构以保证力与力矩的可靠传递，并满足汽车具有良好的操纵稳定性的要求；3、 导向机构的运动应与转向杆系的运动相协调，避免发生运动干涉，否则可能引发转向轮摆动；4、 汽车制动或加速时要保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合适；5、 结构紧凑、占用空间尺寸小，尤其悬挂部分质量尽量小；6、 在满足零部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命；7、 便于布置，轿车设计中特别考虑给发动机及行李箱留出足够空间；§1.3.2 悬架分类及优劣分析根据两侧车轮垂直运动是否关联分非独立悬架和独立悬架。一、非独立悬架非独立悬架的左右轮装在一根整体的刚性轴或非断开式驱动桥的桥壳上，“非独立”名称由此而来。其典型结构如图1-1所示。图 1-1 非独立悬架 图 1-2 独立悬架非独立悬架的优点有：结构简单，制造、维护方便，经济性好；工作可靠，使用寿命长；车轮跳动时，轮距、前束不变，因而轮胎磨损小；缺点是：占用空间大，簧下质量大；当两侧车轮跳动不一致时会相互影响，行驶平顺性低；在不平路面直线行驶时，由于左右轮跳动不一致而导致的轴转向会降低直线行驶的稳定性。非独立悬架主要用在质量大的商用车以及某些乘用车的后悬架上。二 、独立悬架与非独立悬架相比，独立悬架具有如下优点：(1)一定变形范围内左右车轮可单独跳动互不影响，可减少车身的倾斜和振动；(2)非悬挂质量小；(3)占用横向空间少，便于发动机布置，可以降低发动机的安装位置，从而降低汽车质心位置，有利于提高汽车的行驶稳定性；(4)易于实现驱动轮转向。独立悬架又有多种结构型式，主要有：1、 横臂式独立悬架横臂式悬架是指车轮在汽车横向平面内摆动的独立悬架，按横臂数量的多少又分为双横臂式和单横臂式悬架。(1) 单横臂式独立悬架图 1-3 单横臂式独立悬架 图 1-4 双横臂式独立悬架单横臂式具有结构简单，侧倾中心高，有较强的抗侧倾能力的优点。但当车轮跳动时会使主销内倾角和车轮外倾角变化大，故不宜用作前悬架。随着现代汽车速度的提高，侧倾中心过高会引起车轮跳动时轮距变化大，使轮胎相对地面侧向滑移，轮胎磨损加剧，故多应用在后悬架上，但由于不能适应高速行驶的要求，目前应用不多。(2) 双横臂式独立悬架等长双横臂式悬架在其车轮作上、下跳动时，可保持主销倾角不变，但轮距却有较大的变化，会使轮胎磨损严重，故已很少采用。不等长双横臂式悬架在其车轮上、下跳动时，只要适当地选择上、下横臂的长度并合理布置，即可使轮距及车轮定位参数的变化量限定在允许范围内。这种不大的轮距改变，不应引起车轮沿路面的侧滑，而为轮胎的弹性变形所补偿。因此能保证汽车有良好的行驶稳定性。双横臂悬架一般用作轿车的前、后悬架，轻型载货汽车的前悬架、高级轿车后悬架，以及要求高通过性的越野汽车的前、后悬架。2、 车轮沿主销移动的悬架（包括烛式悬架和麦克弗逊式独立悬架）(1) 烛式悬架烛式悬架的结构特点是车轮沿着刚性地固定在车架上的主销轴线上下移动。烛式悬架的优点是：当悬架变形时，主销的定位角不会发生变化，仅是轮距、轴距稍有变化，因此特别有利于汽车的转向操纵稳定和行驶稳定。但缺点是汽车行驶时的侧向力会全部由套在主销套筒的主销承受，致使套筒与主销间的摩擦阻力加大，磨损也较严重，因此已很少采用。 图1-5 烛式悬架结构图 图1-6 麦克弗逊悬架结构图(2) 麦克弗逊式独立悬架麦弗逊式悬架是绞结式滑柱与下横臂组成的悬架形式，减振器可兼做转向主销，转向节可以绕着它转动。其构造简单，布置紧凑，并且几乎不占用横向空间，有利于发动机布置。当车轮跳动时，其轮距、前束及车轮外倾角等均改变不大，减轻了轮胎的磨损，也使汽车具有良好的行驶稳定性。缺点是：悬架运动特性的可设计性不如双横臂悬架；需采取相应措施隔离振动、噪声；减振器的活塞杆与导向套之间存在摩擦力，使得悬架的动刚度增加，弹性特性变差；对轮胎的不平衡较敏感；减振器紧贴车轮布置，其间空间很小，有些情况下不便于采用宽胎或加装防滑链。所以在有些情况下双横臂悬架有较大的优势。麦克弗逊悬架最佳的应用场合是前置前驱动微型和普通级轿车的前悬架，近年来出厂的前置前驱动轿车大多采用了这种布置方式。3、纵臂式独立悬架纵臂式独立悬架是指车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架结构，又分为单纵臂式和双纵臂式两种形式。纵臂式独立悬架具有如下优点：结构简单；占用垂向及横向空间小；纵臂的转动点同时也构成了悬架的纵倾中心；纵臂的转动轴线与地面平行时（实际结构中大部分如此），轮距以及车轮的前束和外倾角不随车轮的跳动而变化。单纵臂式悬架当车轮上下跳动时会使主销后倾角产生较大的变化，因此单纵臂式悬架不用在转向轮上。双纵臂式悬架的两个摆臂一般做成等长的，形成一个平行四杆结构，这样，当车轮上下跳动时主销的后倾角保持不变。双纵臂式悬架多应用在转向轮上。纵臂式悬架，转向时后轴外侧悬架加载，内侧减载，使得两后轮到前轴距离发生变化，类似轴转向效应，增加了过度转向的趋势，故不适合在转向要求精确地高速赛车上。图 1-7 单纵臂式悬架 图1-8 双纵臂式悬架4、 车轮在汽车斜向平面内摆动的悬架（单斜臂式独立悬架）单斜臂式独立悬架是介于单横臂和单纵臂之间的一种悬架结构形式。其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角（090）的轴线摆动，选择合适的交角可以满足汽车操纵稳定性要求。这种悬架适于做后悬架。图1-9 单斜臂式后悬架第二章 前、后悬架设计§2.1 确定悬架类型 独立悬架的结构特点是两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性连接，因而具有以下优点：1、在悬架弹性元件一定的变形范围内，两侧车轮可以单独运动，而互不影响，这样在不平道路上行驶时可减少车架和车身的振动，而且有助于消除转向轮不断偏摆的不良现象。2、减少了汽车的非簧载质量，因而减小了悬架所受到的冲击载荷，可以提高平均车速，这一点对赛车来说尤为重要。3、使汽车重心下降，提高行驶稳定性，同时能给予车轮较大的上下运动空间，因而可以将悬架刚度设计得较小，使车身振动频率降低，以改善行驶平顺性。但是独立悬架结构复杂，制造成本高；保养维修不便；在一般情况下，车轮跳动时，由于车轮外倾角与轮距变化较大，轮胎磨损较严重。本赛车采用当今方程式赛车普遍使用的悬架结构，故采用独立悬架。独立悬架有多种形式，基于方程式赛车特点，选用双横臂独立悬架。采用此种悬架，主要优点是设定前轮定位参数的变化及侧倾中心位置的自由度大，悬架控制臂的长度可自行设定，便于优化转向机构达到很好的转向特性。缺点是结构复杂，造价高，并且由于赛车采用较大的弹性刚度，双横臂悬架运动空间不足的特点也不造成很大影响。综合而论，双横臂独立悬架的基本性能还是优于其他形式的悬架结构。双横臂式独立悬架侧倾中心高度比较低，上、下横臂长度之比为0. 660. 70时，车轮平面倾角变化小于5°6°，单个车轮上轮距的改变量应不大于45mm（轮胎弹性变形的允许尺寸）不会引起轮胎磨损，并且能自适应路面，轮胎接地面积大，贴地性好，抓地性能好，路感清晰。上下横臂均采用叉臂，构成三角形具有很强的稳定性。横向力由两个叉臂同时吸收，因此横向刚度大，抗侧倾性能优异。这使得支柱减震器不再承受横向作用力，而只应对车轮的上下抖动，因此在弯道上具有较好的方向稳定性。 上下两个A字形叉臂可以精确的定位前轮的各种参数。设计灵活，可以通过合理选择空间导向杆系的铰接点的位置及导向臂的长度，使得悬架具有合适的运动特性（亦即当车轮跳动或车身侧倾时，车轮定位角及轮距的变化能尽量满足设计的要求），并且形成恰当的侧倾中心和纵倾中心。减振器采用双向作用筒式减振器，弹性元件为螺旋弹簧，优点：无需润滑，不忌污泥，纵向空间小，本身质量小，广泛用于独立悬架。双横臂式独立悬挂运动性出色，为法拉利、玛莎拉蒂等超级跑车所运用。也广泛运用于F1、F3等各种赛车上。图2-1 法拉利F1赛车因此本赛车前、后悬架均采用不等长双横臂式螺旋弹簧独立悬架。 图2-2 本次设计的赛车§2.2 赛车悬架设计要求分析1、 悬架的所有接合点必须可以被技术检查官员看到，无论是可以直接看到或是通过移动覆盖件来实现。2、 离地间隙：有车手时至少有25.4mm静态间隙。3、 车轮裸露，悬架可见。4、 轴距为1680mm左右。5、 前轮距为1199mm左右，后轮距为1149mm左右。6、 侧向稳定性：任意方向倾60度相当于1.7G，车轮不能翻滚，测时坐最高车手。要求：质心确定，轮距，轴距足够。7、 进气与燃油控制系统的部件，必须安装在外框以内。（外框：仿滚架顶部到四车轮的外缘）8、 偏频在适合人体范围内，阻尼衰减快，车身刚度大。9、 各零部件强度足够，满足安全性。10、 与其它机构的协调性，避免干涉。11、 紧固件：使用的紧固件满足公制M8.8级要求，紧固件使用锁紧装置防松，可调节的杆件端头必须用锁紧螺母固定以防松。§2.3 确定车轮定位参数前轮定位参数功用保证转向轮有自动回正作用，以保证汽车直线行驶。主销后倾角：主销轴线和地面垂线在汽车纵向平面内的夹角。一般=1°3°。主销后倾角大，稳定力矩过大，转向沉重，由于赛车无转向助力，故要求不能太大，且赛车轮胎气压低与路面的接触点后移，故取=0°。 主销内倾角：主销轴线和地面垂线在汽车横向平面内的夹角。功用：转向后能自动回正。并使转向操纵轻便。车轮绕主销旋转时，必须与主销轴线垂直，这将使车轮克服重力抬高相应高度，在重力作用下，自动回正。主销偏置距C：主销轴线与地面的交点与轮胎接地点之间的距离。如C缩小，即增大，可减少路面作用到前轮上的阻力矩，使转向轻便。 但不能过大，否则，将增大车轮的滑转。，。取=0°，c=50mm。车轮外倾角：车轮平面与纵向垂直平面的夹角。功用：定位作用，防止偏磨损；减轻轮毂外轴承和紧固螺母的负荷。=1°2°。可由转向节的设计来保证。=0°。前轮前束：两轮前边缘距离之差。功用：在于抵消行驶中因前轮倾斜而造成的前轮越滚越近的趋势。可通过改变横拉杆的长度来保证。前轮前束取2.775mm。§2.4 确定悬架参数§2.4.1 悬架静挠度对于大多数汽车而言，其悬挂质量分配系数=0.81.2，因而可以近似地认为=1，即前后桥上方车身部分的集中质量的垂直振动是相互独立的，并用偏频，表示各自的自由振动频率，偏频越小，则汽车的平顺性越好。用途不同的汽车，对平顺性的要求是不一样的。轿车对平顺性的要求最高，客车次之，载货车更次之。由前面得各种车型车身固有频率的实用范围为：货车1.52.17Hz；旅行客车1.21.8Hz；高级轿车11.3Hz。取n=1.0Hz。 悬架的工作行程由静挠度与动挠度之和组成。 由n 式中 悬架静挠度（cm）得悬架静挠度： （2-1）§2.4.2 悬架动挠度悬架的动挠度是指悬架从满载静平衡位置开始压缩到结构允许的最大变形 (通常指缓冲块压缩到其自由高度的1/2或1/3) 时，车轮中心相对车架(或车身)的垂直位移。要求悬架应有足够大的动挠度，以防止在坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块。一般：动挠度，轿车：79 cm； 大客车：58cm； 货 车：69cm 。故选择动挠度为8cm即：80mm。为了得到良好的平顺性，应当采用较软的悬架以降低偏频，但软的悬架在一定载荷下其变形量也大，对于一般赛车而言，悬架总工作行程（静扰度与动扰度之和）应当不小于160mm。而=250+80=330mm>160mm 符合要求。§2.4.3 导向机构的设计一、侧倾中心双横臂式独立悬架的侧倾中心由如图5-1所示方式得出。将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，即可在汽车轴线上获得侧倾中心W。当横臂相互平行时，P点位于无穷远处。作出与其平行的通过N点的平行线，同样可获得侧倾中心。图2-3 双横臂式独立悬架侧倾中心悬架W的确定图2-4 横臂相互平行的双横臂式独立悬架侧倾中心W的确定本次设计采用相互平行的双横臂布置。二、 纵向平面内上、下横臂的布置方案上、下横臂轴抗前俯角的匹配对主销后倾角的变化有较大影响。图5-5给出了六种可能布置方案的主销后倾角值随车轮跳动的曲线。图中横坐标为（主销后倾角）值，纵坐标为车轮接地中心的垂直位移量Z。角度的取值见图注，其正负号按右手定则确定。图2-5 -1、2的匹配对的影响为了提高汽车的制动稳定性和舒适性，一般希望主销后倾角的变化规律为：在悬架弹簧压缩时后倾角增大；在弹簧拉伸时后倾角减小，用以造成制 动时因主销后倾角变大而在控制臂支架上产生防止制动前俯的力矩。1方案：弹簧压缩后倾角增大，拉伸时减小；2方案：弹簧压缩后倾角增大，拉伸时减小；3方案：主销后倾角基本不变化，多用于赛车设计：4方案：弹簧压缩后倾角减小，拉伸时增大；5方案：弹簧压缩后倾角减小，拉伸时增大；6方案：弹簧压缩后倾角增大，拉伸时减小。1，2，3，6的跳动规律是比较好的，目前被广泛采用。本次设计选择方案3进行设计。三、纵向横向平面内上、下横臂的布置方案 比较图a、b、c三图可以清楚地看到，上、下横臂布置不同，所得侧倾中心位置也不同，这样就可根据对侧倾中心位置的要求来设计上、下横臂在横向平面内的布置方案。a) b) c)图2-6 上、下横臂在横向平面内的布置方案本次按照图c进行设计。四、上下横臂长度的确定 双横臂式悬架的上、下臂长度对车轮上、下跳动时前轮的定位参数影响很大。现代轿车所用的双横臂式前悬架，一般设计成上横臂短、下横臂长。这一方面是考虑到布置发动机方便，另一方面也是为了得到理想的悬架运动特性。 轮距变化 车轮外倾角 主销内倾角 图2-7 上下横臂长度之比L1/L2改变时的悬架运动特性 上图为下横臂长度L1保持原车值不变，改变上横臂长度L2，使L1/L2分别为0.4，0.6，0.8，1.0，1.2时计算得到的悬架运动特性曲线。设计汽车悬架时，希望轮距变化要小，以减少轮胎磨损，提高其使用寿命，因此应选择L1/L2在0.6附近；为保证汽车具有良好的操纵稳定性，希望前轮定位角度的变化要小，这时应选择L2/L1在1.0附近。综合以上分析，该悬架的L1/L2 应在0.61.0范围内。§2.4.4 悬架尺寸设计根据赛车设计经验，对于赛车，侧倾中心在地面之上时，赛车转弯，悬架压缩引起外侧车轮的正轮胎倾角增益，使其接地性降低。如果侧倾中心位于地面之下。则赛车转弯时，轮胎侧向力对侧倾中心的力矩使悬架相对于底盘上升。所以，赛车设计时，要确定侧倾中心的位置，使举升力和倾覆力矩相对的线性变化，从而获得可信的操纵稳定性。一般赛车设计时，尽量使侧倾中心贴近地面。减少由侧向力引起的悬架垂直运动。  所以将悬架上下横臂设计为均为与地面平行，这样悬架的侧倾中心正好在地面，增强了操作稳定性，同时便于设计制造。一、前悬架目前已知赛车总体方案，前轮距1200mm。车架组设计的前端上杆架宽522mm,下杆架宽450mm。制动组设计的主销关节轴承安装孔，距离轮中心为80mm。以及悬架与车架的焊接块长35mm。位置关系如图：图2-8 前悬架正视示意图所以上悬架的垂直距离L1可由上相关数据计算得出。L1=（1200-522-80×2-35×2）/2=224mmL2= (1200-450-80×2-35×2) /2=260mm （2-2）本次设计用的杆件为外径16mm.内径12mm,管壁厚2mm。杆件与M10薄螺母，M10关节轴承链接。初步设计前悬架上横臂的形状如下图所示图2-9 前悬架上叉臂装配图水平方向上M10关节轴承所占距离20mm，M10薄螺母所占距离4.85mm，套筒所占距离17mm，设定安装伸出的螺纹均为3.15mm，所以杆长: L=224-(20+3.15+4.85+17)×2=134mm 取安装悬架上横臂的两个焊接块垂直距离为178mm，且两叉臂的张角定为50度，所以134+45-178×cot5030mm 为斜叉臂在垂直车架叉臂上的焊接大致位置。初步设计前悬架下横臂的形状如下图所示图2-10 前悬架下叉臂装配图水平方向上M10关节轴承所占距离20mm，M10薄螺母所占距离4.85mm，套筒所占距离17mm，设定安装伸出的螺纹均为3.15mm，所以垂直车架的杆长L=260-(20+3.15+4.85+17) ×2=170mm取安装悬架上横臂的两个焊接块垂直距离为220mm，且两叉臂的张角定为50度，所以170+45-220×cot5030mm 为斜叉臂在垂直车架叉臂上的焊接大致位置。二、后悬架目前已知赛车总体方案，后轮距1150mm。车架组设计的后端上杆架宽600mm,下杆架宽400mm。制动组设计的主销关节轴承安装孔，距离轮中心距离为80mm。以及悬架与车架的焊接块长35mm。位置关系如图： 图2-11 后悬架正视示意图所以上悬架的垂直距离L1可由上相关数据计算得出：L1=（1150-600-80×2-35×2）/2=160mmL2= (1150-400-80×2-35×2) /2=260mm本次设计用的杆件为外径16mm.内径12mm,管壁厚2mm。杆件与M10薄螺母，M10关节轴承链接。由于前悬架的位置已定，前后轴距为1600mm，所以大致定出后悬架安装在车架上的位置。初步设计前悬架上横臂的形状与杆件在悬架上的位置以及如下图所示 图2-12 后悬架上叉臂装配图水平方向上M10关节轴承所占距离20mm，M10薄螺母所占距离4.85mm，套筒所占距离17mm，设定安装伸出的螺纹均为3.15mm，所以垂直车架的杆长： L=160-(20+3.15+4.85+17) ×2=70mm取安装悬架上横臂垂直横臂的焊接块距车架后端关节处距离为97mm，且两叉臂的张角定为70度，且斜叉臂在垂直车架叉臂上的焊接大致位置为距离左部杆端12mm。初步设计前悬架上横臂的形状与杆件在悬架上的位置以及如下图所示： 图2-13 后悬架上叉臂装配图水平方向上M10关节轴承所占距离20mm，M10薄螺母所占距离4.85mm，套筒所占距离17mm，设定安装伸出的螺纹均为3.15mm，所以垂直车架的杆长:L=260-(20+3.15+4.85+17) ×2=170mm取安装悬架上横臂垂直横臂的焊接块距车架后端关节处距离为97mm，且两叉臂的张角定为70度，且斜叉臂在垂直车架叉臂上的焊接大致位置为距离左部杆端12mm。§2.5 受力分析及强度校核在受力方面，前悬架需要考虑静态时车重、制动时的地面制动力和质心的惯性力引起的前轮负荷加大；后悬架需要考虑静态时的车重、制动、加速时的地面制动力和加速时引起的后轮负荷加大，另外还要考虑弯道行驶时，离心力引起的外侧悬架负荷加大。 静态时，按质量分配，可计算出前后轮垂向载荷，进而计算出前后悬架静态受力。 加速或制动时，最大加速度或最大减速度都是由轮胎的附着系数决定，根据轮胎的特性，可以计算赛车的最大加速度或减速度，得到前后轮纵向载荷；由此加速度引起的负荷转移，需要考虑赛车的重心高度，继而转化为前后轮的垂向载荷变化值。 赛车在弯道行驶，离心力作用于质心，离心力的大小取决于弯道的半径和赛车的速度，也要受车轮附着系数的制约，这里需要对弯道和车速进行估计，算出合理的加速度数值，进而得出车轮横向载荷；根据质心高度，可以计算出内外侧垂向载荷变化值。极限工况下行驶系载荷的确定§2.5.1 路面不平路况当路面作用到车轮上垂直力达到最大指汽车驶上凸起障碍或落入洼坑，轮与路面冲击时。动载荷系数取k=2.0,见汽车设计-吉大版 P265M车重348kg（含驾驶员，燃油重量），静止时G1=G47%=3489.810.47=1604.52NG2=G53%=3489.810.53=1089.36NZ1=kG1=21604.52=3209.04N，Z2=kG1=21809.36=3618.72N （2-3）1 前悬架受力： 图2-14 受力示意图=90°，=72.86°，=17.14°，Z=1/2Z1=3209.04/2=1604.52N，F1=Z/sin72.86=1604.52/sin72.86=1679.09NF2=Ztan=1604.52tan17.14=494.84N 2 后悬架受力： 图2-15 受力示意图=101.48° =61.48° =17.04°F1=Zsin/sin=1809.36sin101.48/sin71.89°=2018.05NF2=Ztan=1809.36sin101.48/sin71.89 =1323.66N （2-5）§2.5.2 加速制动的车况汽车加速或制动时，由惯性力引起的纵向动载荷 图2-16 受力示意图制动时，前轴上的重量分配系数 m1取1.4，见汽车设计-吉大版P266Z1=m1G1=1.41604.52=2246.33N加速有最大牵动力时，后轴上重量分配系数m2取1.3Z2=m2G2=1.31809.36=2352.17N最大纵向力：X1max=Z1,X2max=Z2，取1，X1=2246.33N，X2=2352.17N1. 制动时，前悬架受力M=FXR=1123.165265=(FA+FB)AB/2FA-FB=FX, AB=200FA-FB=1123.165,FA +FB=2976.39FA = (1123.165+2976.39)/2=2049.78FB = (2976.39-1123.165)/2=926.61 2. 制动时，后悬架受力FA=FB=F/2=X2/4=1176.09N§2.5.3 转弯的车况 图2-17 受力示意图Ymax=Z* 汽车入弯时常会制动，出弯会加速 故Z1,Z2取2