f1赛车前悬架设计大学论文

毕业设计

设计题目 F1赛车前悬架设计

学生姓名

学 号

专业班级 车辆工程11-4班

指导教师 院系名称 机械与汽车工程学院

2015 年 6 月 8 日

目 录

中文摘要 .............................................................................................................................. 1 Abstract................................................................................................................................. 2

1 绪 论 ..................................................................................................................... 3

1.1 设计背景及意义 ............................................................................................. 3 1.2 国内外发展现状 ............................................................................................. 4

1.2.1 国外发展现状 ....................................................................................... 4

1.2.2 国内发展现状 ....................................................................................... 4 1.3 选题的主要内容 ............................................................................................. 4 2 FSAE方程式赛车前悬架设计 .............................................................................. 5

2.1 悬架系统概述 ................................................................................................. 6

2.1.1 FSAE赛车悬架选型 ............................................................................. 6 2.1.2 FSAE赛车悬架控制臂选材 ................................................................. 7 2.1.3 设计要求 ............................................................................................... 8 2.1.4 设计流程概述 ....................................................................................... 9 2.2 悬架参数设计 ................................................................................................. 9

2.2.1 轮辋和轮胎的选择 ............................................................................... 9

2.2.2 轮距和轴距的选择 ............................................................................... 9 2.2.4 四轮定位参数的初定 ......................................................................... 10 2.3 悬架模型的建立 ........................................................................................... 11

2.3.1 悬架几何 ............................................................................................. 11 2.3.2 抗反特性的计算 ................................................................................. 12 2.3.3 弹簧刚度和阻尼的计算 ..................................................................... 13

2.3.3.1 悬架偏频的选取 ....................................................................... 13 2.3.3.2 适乘刚度的计算 ....................................................................... 14 2.3.3.3 悬架静挠度的计算 ................................................................... 14 2.3.3.4 悬架传递比的计算 ................................................................... 14 2.3.3.5 弹簧刚度的计算 ....................................................................... 15 2.3.3.6 弹簧的选择 ............................................................................... 15 2.3.3.7 悬架线刚度及无横向稳定杆侧倾角刚度的计算 ................... 17 2.3.3.8 避震器阻尼的选择 ................................................................... 18 2.3.4 悬架三维建模 ..................................................................................... 18

3 前悬架优化和分析 ............................................................................................... 20

3.1 悬架建模 ....................................................................................................... 20

3.2 前悬架仿真 ................................................................................................... 20

I

3.3 前悬架优化 ................................................................................................... 22

3.3.1 设置目标函数 ..................................................................................... 23 3.3.2 设计变量 ............................................................................................. 23 3.3.3 增加约束条件和优化结果分析 ......................................................... 23 3.4 关键部件力学分析 ....................................................................................... 27

3.4.1立柱的受力分析 .................................................................................. 27

总 结 ..................................................................................................................... 31 致 谢 ..................................................................................................................... 32 参考文献 ..................................................................................................................... 33

II

F1赛车前悬架设计

摘要：FSAE是面向大学生的国际赛事，选题以合肥工业大学云电车队的赛车为研

究对象，对赛车的前悬架系统进行合理分析和设计。在赛车整车中悬架的作 用十分重要，因为悬架设计的好与坏直接影响赛车的操纵稳定性和乘员舒适 性。故悬架系统的设计有着举足轻重的地位，因此对FSAE赛车悬架的分析 和设计是有必要的。

（1）出于整车布置的考虑和比较不同结构形式悬架的优缺点之后，本设计决 定采用不等长双横臂独立悬架。通过对钢管材质和碳纤维材质的比较，决定 控制臂和导向臂采用钢管材质。（2）设计基本参数，如四轮定位、悬架线体 几何、悬架刚度等，按照计算成果绘制前悬架的零件图和装配图。（3）用 Adams/Car模块建立一个仿真模型进行仿真，找出需要优化的参数。在 Adams/Insight模块进行优化设计，改进硬点坐标后再次对其仿真，对优化前 后两次运动学特性加以比较，优化后的悬架性能得到提升。接下来，利用 Ansys分析立柱力学特性，分析的结果满足结构要求。

关键词：FSAE 双横臂独立悬架 建模仿真 多目标优化 强度校核

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