20122013汽車設(shè)計(jì)專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

1、汽車設(shè)計(jì)專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書雙橫臂懸架-轉(zhuǎn)的分析與設(shè)計(jì)(2012.9.14-2012.11.14)雙橫臂懸架結(jié)構(gòu)示例橫臂懸架-轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)示意圖一、問題描述圖 1 所示為汽車前輪采用的一種雙橫臂懸架-轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖（簡(jiǎn)化），導(dǎo)向機(jī)構(gòu)ABCD 由上橫臂 AB、轉(zhuǎn)向主銷 BC 和下橫臂 CD 及車架 AD。其中，A、D 分別為上、下橫臂與車架聯(lián)接的鉸銷中心（兩鉸銷軸線均平行于車輛縱向），B、C 分別為轉(zhuǎn)向主銷 BC 與上、下橫臂聯(lián)接的球鉸中心。在車輛橫向垂直平面內(nèi)，上、下橫臂相對(duì)水平面的擺角分別用j、y表示，轉(zhuǎn)向主銷內(nèi)傾角用b0 表示。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用由齒輪-齒條轉(zhuǎn)向器驅(qū)動(dòng)的斷開式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu) GFE E

2、¢F¢G¢（F¢與 F， G¢與 G 對(duì)稱，未畫出）。其中，左輪轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu) EFG 由齒輪-齒條轉(zhuǎn)向器輸出齒條 EE¢、左輪轉(zhuǎn)向橫拉桿 EF、左輪轉(zhuǎn)向節(jié)臂 FG 及車架。E、E¢分別為轉(zhuǎn)向器齒條上與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿鉸接的球鉸中心， F 為左輪轉(zhuǎn)向橫拉桿 EF 與左輪轉(zhuǎn)向節(jié)臂 FG 鉸接的球鉸中心，G 為左輪轉(zhuǎn)向節(jié)臂 FG 與左輪轉(zhuǎn)向主銷 BC 連線的交點(diǎn)，且 FGBC。另外，車輪軸線 KH 與轉(zhuǎn)向主銷 BC 交于 H，與車輪中心面交于 J。bBaA轉(zhuǎn)向器齒條EE¢FG HKJb0yDPC(地面)(后視圖)L1EL2

3、前E¢FK轉(zhuǎn)向器齒輪Ba0DA后(水平俯視圖)B圖 1描述懸架 ABCD 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)學(xué)的機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)主要有：上橫臂桿長(zhǎng) AB=h1，轉(zhuǎn)向主銷球鉸中心距 BC= h2，下橫臂桿長(zhǎng) CD=h3，上、下橫臂的擺角j、y（橫臂向外下傾時(shí)，取負(fù)值），轉(zhuǎn)向主銷內(nèi)傾角b0。為簡(jiǎn)便計(jì)，不考慮主銷后傾角的影響，并假設(shè)上、下橫臂與車架鉸接的軸線均平行于車輛縱向，則圖示導(dǎo)向機(jī)構(gòu) ABCD 的上、下橫臂 AB、CD 和轉(zhuǎn)向主銷軸線 BC 將始終在過前輪軸線的汽車橫向垂直平面內(nèi) 。在水平面俯視圖中，描述 EFG 左輪轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)學(xué)的機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)主要有：2RYL3GJCEE¢=L1，EF= L2，F(xiàn)G=

4、 L3，車架上齒條移動(dòng)方向線 EE¢與前輪軸線的偏移距 Y（前輪軸線在前方時(shí)，取正值），轉(zhuǎn)向節(jié)臂 FG 相對(duì)于汽車縱向的安裝角a0。另外，左右車輪的轉(zhuǎn)向角分別用a、b表示。雙橫臂懸架系統(tǒng)的彈性元件可采用螺旋彈簧或扭桿彈簧，阻尼元件常用筒式減振器。根據(jù)整車結(jié)構(gòu)布置，彈簧和阻尼元件通常安裝于下橫臂與車架（車身）之間，但也有安裝于上橫臂與車架（車身）之間的情形。因此，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)各構(gòu)件及各連接鉸點(diǎn)的受力大小與方向，與彈簧元件的類型和安裝位置密切相關(guān)。雙橫臂懸架-轉(zhuǎn)1 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的的分析與設(shè)計(jì)主要學(xué)設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)以：簡(jiǎn)圖繪制；2. 基于 ADAMS 的懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)前輪定位參數(shù)分析及前輪左、右轉(zhuǎn)向角

5、3. 懸架彈性元件和阻尼元件的結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計(jì)計(jì)算；4. 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力分析、零部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算及結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)；5. 繪制系統(tǒng)總成結(jié)構(gòu)裝配圖和部分零部件圖（制動(dòng)鉗安裝結(jié)構(gòu)從略）。二、本課程設(shè)計(jì)內(nèi)容試按上述懸架結(jié)構(gòu)型式，設(shè)計(jì)某前輪驅(qū)動(dòng)的微型汽車雙橫臂前懸架-轉(zhuǎn)選擇范圍如下：驗(yàn)證；，其參數(shù)輪距 B=12001400mm，軸距 L=20002500 mm。滿載時(shí)整車總質(zhì)量為 m=10001300kg，最高車速 Vmax=140km/h，最大爬坡度 20%，0-100 km/h徑 Rmin =40004500mm。前輪輪胎外徑為 2R=520mm，輪胎寬度 b=145 mm。時(shí)間不超過 14 秒，最小

6、轉(zhuǎn)向半導(dǎo) 向 機(jī) 構(gòu) 幾 何 參 數(shù) ： AB=150280mm ， BC=200360mm ， CD=300400mm ，JH=80110mm，BH=90150mm，車輛處于滿載平衡位置時(shí)，前懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)位置參數(shù)約為a=-58°，y=-2°10°，b0=710°（具體以 ADAMS優(yōu)化結(jié)果為準(zhǔn)）。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)： EE¢= L1=50580mm，EF= L2=180500mm，F(xiàn)G= L3=100140mm，Y=-8080mm，BG=80130mm，齒條左右移動(dòng)行程為 s=±5070 mm。轉(zhuǎn)向節(jié)臂安裝角a0=175190

7、6;，轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的最大角amax=4550°。要求每個(gè)同學(xué)完成以下課程設(shè)計(jì)內(nèi)容：1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的學(xué)分析與設(shè)計(jì)（1）在上述參數(shù)范圍內(nèi)，初選一組整車參數(shù)。比如，輪距 B=1250 mm，軸距 L=2050 mm，單輪簧載質(zhì)量 W=300 kg，最高車速 Vmax=140km/h，最大爬坡度 20%，最小轉(zhuǎn)向半徑 Rmin=4050 mm ；AB=180mm， BC=280mm， CD=340mm，JH=90mm，BH=140mm，BG=110 mm ，a=-2°，y=-3.5°，b0=8°。最大amax=48°。將轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu) GFE

8、E¢F¢G¢近似看成水平面內(nèi)的平面連桿機(jī)構(gòu)，根據(jù)所選軸距、角（2）輪距、最小轉(zhuǎn)向半徑要求、最大角和轉(zhuǎn)向節(jié)臂安裝角的限制條件，在適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向器行程范圍內(nèi)（比如 s=±60 mm），按轉(zhuǎn)向幾何學(xué)原理，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)確定轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)其它幾何參數(shù)：L1、 L2、 L3、Y 和a0。并繪出左右車輪轉(zhuǎn)向角的理論曲線和實(shí)際曲線；（3）（4）按比例畫出轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。在 ADAMS 中建立雙橫臂懸架導(dǎo)向-轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)學(xué)模型，分析車輪從滿載平衡位置上下跳動(dòng)（比如，±60 mm）時(shí)，車輪定位參數(shù)前輪外傾角、前束和輪距的變化情況，繪出變化曲線。如果變化偏大，進(jìn)行機(jī)構(gòu)幾何參

9、數(shù)調(diào)整與優(yōu)化。2懸架彈性元件和阻尼元件的結(jié)構(gòu)選型和參數(shù)計(jì)算（5） 根據(jù)單輪簧載質(zhì)量 W 和汽車平順性要求，確定懸架等效剛度和等效阻尼參數(shù)， 并繪制它們隨車輪上下跳動(dòng)時(shí)的變化曲線；（6） 按滿載平衡位置時(shí)的懸架等效剛度和等效阻尼參數(shù)，根據(jù)實(shí)際彈性元件和阻尼元件的安裝位置，換算確定彈簧剛度和減振器參數(shù)（阻尼系數(shù)、拉伸和壓縮行程）。3懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的受力分析和主要承載構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度核算（7）考慮動(dòng)載系數(shù)、緊急制動(dòng)和側(cè)滑等惡劣工況，對(duì)懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)臂進(jìn)行受力分析，確定各鉸接點(diǎn)的受力大小和方向，為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)桿件形狀和各鉸接點(diǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。根據(jù)上述受力分析結(jié)果，進(jìn)行導(dǎo)向系主要承載構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和

10、強(qiáng)度驗(yàn)算，選擇合理的承載結(jié)構(gòu)、桿件截面形狀和鉸接形式。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要靈活運(yùn)用結(jié)構(gòu)輕（8）量化設(shè)計(jì)原理，并考慮工藝的可行性。選用懸架球鉸時(shí)，要確認(rèn)它的結(jié)構(gòu)是受拉式還是受壓式，以使其符合受力分析的特點(diǎn)。上、下橫臂與車架間支承鉸可采用橡膠彈性鉸，以提高懸架的隔振性能。（9）按車輪載荷和全浮式驅(qū)動(dòng)半軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩（參考“汽車設(shè)計(jì)”），確定驅(qū)動(dòng)半軸直徑及與之相連接的輪轂結(jié)構(gòu)向節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。，并選擇合適的輪轂軸承，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)橋轉(zhuǎn)輪轂結(jié)構(gòu)示例DAC 型輪轂軸承雙橫臂懸架轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋輪轂結(jié)構(gòu)示例（10） 繪制上述雙橫臂前懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)各結(jié)構(gòu)構(gòu)件（上下橫臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、連接球鉸、彈性支承鉸、傳動(dòng)軸、輪轂軸承、輪轂、制動(dòng)盤等）在汽

11、車橫向垂直平面內(nèi)的主裝配圖（車架結(jié)構(gòu)和制動(dòng)鉗安裝結(jié)構(gòu)部分從略）。（11） 手工繪制懸架承載構(gòu)件總成（如下橫臂）的結(jié)構(gòu)圖。雙橫臂懸架總成結(jié)構(gòu)裝配圖參考示例（某整車企業(yè)圖）4. 思考題：雙橫臂懸架-轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中，若輪距一定，則齒輪齒條轉(zhuǎn)向器中齒條左右球鉸中心距 EE¢的長(zhǎng)短對(duì)車輪前束變化有什么影響？5. 每個(gè)學(xué)生應(yīng)提交的設(shè)計(jì)成果：（1） 繪制雙橫臂前懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總成裝配圖一張(1 號(hào)圖)。裝配圖中，應(yīng)對(duì)各零部件順序編號(hào)，列出明細(xì)表及標(biāo)題欄，并注明零部件材料、標(biāo)準(zhǔn)件型號(hào)和數(shù)量等；裝配圖中，應(yīng)標(biāo)注主要輪廓差配合，并編寫技術(shù)要求。、重要的特征、相互配合的公（2） 手工繪制懸架上、下橫臂構(gòu)件總成圖

12、各 1 張。零件圖中，標(biāo)注要完備、鏈封閉、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)盡量與工藝致、形位公差標(biāo)注（如同軸度、平行度和垂直度）要注意其參考基準(zhǔn)的表示；標(biāo)題欄中零件材料、數(shù)量等應(yīng)完整。注意選用常用的汽車零部件材料和熱處理工藝，并給出必要的技術(shù)條件。完成的設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 1 份,約 40008000 字。（3）可以：課程設(shè)計(jì)內(nèi)簡(jiǎn)介、設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)理論和的闡述、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的說明、公式推導(dǎo)或、計(jì)算過程和設(shè)計(jì)成果的歸納、設(shè)計(jì)心得等。要注明文獻(xiàn)的出處，列出主要參考文獻(xiàn)目錄。（4） 上述設(shè)計(jì)成果的學(xué)時(shí)分配：文件。三、1） 布置任務(wù)和設(shè)計(jì)講解：46 學(xué)時(shí)；2） 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)設(shè)計(jì)：2 學(xué)時(shí)；3） 懸架系統(tǒng)剛度與阻尼參數(shù)設(shè)計(jì)

13、：2 學(xué)時(shí)；4） 懸架系統(tǒng)受力分析：4 學(xué)時(shí)；5） 懸架構(gòu)件結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、配件與型材選擇、強(qiáng)度與剛度計(jì)算：10 學(xué)時(shí)；6） 裝配圖設(shè)計(jì)：24 學(xué)時(shí)通過繪圖，設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)并選擇標(biāo)準(zhǔn)件型號(hào)，標(biāo)注裝配圖與公差配合，編寫技術(shù)要求、對(duì)零件編號(hào)、列出明細(xì)表及標(biāo)題欄，完成裝配圖；7） 設(shè)計(jì)主要構(gòu)件、零件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，繪制零件圖：10 學(xué)時(shí)8） 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書：8 學(xué)時(shí)9） 答辯：2 學(xué)時(shí)四、考核：根據(jù)設(shè)計(jì)質(zhì)量及答辯結(jié)果，按 5 級(jí)分制評(píng)定成績(jī)。五、基本設(shè)計(jì)步驟1 選擇導(dǎo)向機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)，注意上下擺臂傾斜方向應(yīng)保證車體側(cè)傾中心不能太低，可作圖進(jìn)行大致校驗(yàn)；雙橫臂導(dǎo)向機(jī)構(gòu)布置圖，優(yōu)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)，

14、繪制導(dǎo)向機(jī)構(gòu)-轉(zhuǎn)向2 借助轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖；斷開式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)程序3 選擇彈性元件、阻尼元件和安裝方式；4 按舒適的懸架偏頻要求，借助雙橫臂懸架分析與設(shè)計(jì)計(jì)算，確定懸架系統(tǒng)彈性元件和阻尼元件參數(shù)；雙橫臂懸架靜力分析及剛度與阻尼參數(shù)計(jì)算程序5 借助雙橫臂懸架分析與設(shè)計(jì)計(jì)算或 ADAMS，進(jìn)行懸架受力分析：確定車輛車輪最大的外力（矩）載荷，運(yùn)用法、圖解法、分析等，分析懸架處于不同位置時(shí)的受力情況（滿載時(shí)懸架機(jī)構(gòu)各鉸點(diǎn)受力變化曲線），確定導(dǎo)向桿系最大受力（矩）情況；6 運(yùn)用材料力學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)強(qiáng)度計(jì)算理論，進(jìn)行導(dǎo)向桿系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度驗(yàn)算；（導(dǎo)向桿系的截面形狀應(yīng)兼顧強(qiáng)度設(shè)計(jì)和輕量

15、化的要求）7 按車輪載荷和全浮式驅(qū)動(dòng)半軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩，確定驅(qū)動(dòng)半軸直徑及與之相連接的輪轂結(jié)構(gòu)，并選擇合適的輪轂軸承，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)橋轉(zhuǎn)向節(jié)主設(shè)計(jì)（暫不考慮制動(dòng)鉗安裝結(jié)構(gòu)）；注意:ü確定輪轂軸承在驅(qū)動(dòng)橋轉(zhuǎn)向節(jié)中的安裝方式,并標(biāo)注輪轂軸承在轉(zhuǎn)向節(jié)中正確安裝所需的公差配合;ü確定軸承內(nèi)外圈軸向定位方式。選用彈性檔圈限制軸承外圈時(shí)，安裝檔圈的溝槽及公差應(yīng)從相應(yīng)的彈性檔圈標(biāo)準(zhǔn)中；ü轉(zhuǎn)向節(jié)上應(yīng)有安裝轉(zhuǎn)向橫拉桿聯(lián)接球鉸的錐孔結(jié)構(gòu)，應(yīng)明確其位置和（在水平投影面內(nèi)，其位置參數(shù)可參考轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng) L3 和轉(zhuǎn)向節(jié)臂相對(duì)于汽車縱向的安裝角a0 的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果）；轉(zhuǎn)向節(jié)上應(yīng)有安裝與上下橫臂

16、相聯(lián)接球鉸的錐孔結(jié)構(gòu)，并標(biāo)明相關(guān)參數(shù)；轉(zhuǎn)向節(jié)材料可用鑄鋼、鑄鐵或鑄鋁，應(yīng)寫明材料代號(hào)。üü8 繪制懸架系統(tǒng)總成（含轉(zhuǎn)向節(jié)及驅(qū)動(dòng)半軸輪轂軸承支承結(jié)構(gòu)、上下橫臂及其與車架的彈性支承銷結(jié)構(gòu)）二維 CAD 裝配圖，標(biāo)注裝配圖注意：ü 應(yīng)標(biāo)注輪轂軸承與轉(zhuǎn)向節(jié)之間的公差配合；ü 將上、下擺臂分別支承于車架的彈性鉸結(jié)構(gòu)中，有、配合公差和明細(xì)表等；與銷軸相配合的結(jié)構(gòu)，可采用局部剖視等方式畫出，并公差配合也裝配圖中標(biāo)明；ü 上、下擺臂分別通過球鉸與轉(zhuǎn)向節(jié)相聯(lián)接的錐孔配合結(jié)構(gòu)，也可采用局部剖視方式明示結(jié)構(gòu)；ü 標(biāo)注導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要幾何參數(shù)（各鉸點(diǎn)中心之間的距離，上下橫臂相對(duì)水平線的傾角，主銷內(nèi)傾角）；等；，總成裝配圖上不需要標(biāo)注各零部件的和公差參數(shù)ü 明細(xì)表中應(yīng)標(biāo)明如螺母、開口銷、軸承、彈性擋圈等標(biāo)準(zhǔn)件的標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)，數(shù)量等，以方便實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)集中采購(gòu)；非標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)明名稱、材料、數(shù)量等。9 手工繪制懸架主要構(gòu)件圖紙，標(biāo)注與形位公差、材料和熱處理等技術(shù)要求。10編寫課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。參考文獻(xiàn)主編.汽車設(shè)計(jì)(第四版).機(jī)械工業(yè)柿浩三（日）.汽車設(shè)計(jì).機(jī)械工