方程式赛车悬架摇臂的设计及其拓扑优化.pdf

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1、第55卷第5期V01．55No．5农业装备与车辆工程AGRICULTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERING2017年5月Mav2017doi：10．3969／j．issn．1673—3142．2017．05．012方程式赛车悬架摇臂的设计及其拓扑优化黄通尧，佟鑫，侯占峰，泰中凯(010018内蒙古自治区呼和浩特市内蒙古农业大学机电工程学院)[摘要]将悬架导向机构简化为平面连杆机构，进行摇臂的结构设计，通过SolidThinkingInspire软件，对某方程式赛车悬架摇臂结构进行拓扑优化设计。在保证结构安全的前提下，通过拓扑优化

2、原理，使摇臂轻量化，然后利用ANSYSWorkbench对其分析校核。结果表明，其轻量化效果明显，且具有较高的强度和刚度。[关键词]有限元分析；拓扑优化；方程式赛车[中图分类号]U463．33+4[文献标志码]A[文章编号]1673—3142(2017)05—0055—03DesignandTopologyOptimizationforSuspensionBeHcrankofaFormulaRacingCarHuangTongyao，TongXin，HouZhanfeng，TaiZhongkai(SchoolofMechanical&Electrical

3、Engineering，InnerMongoliaAgriculturalUniversity，HohhotCity，InnerMongoliaAutonomousRegion010018，China)[Abstract]InordertocarryoutthestructuraldesignofthebeHcrank，inthispaper，thesuspensionguide-mechanismissire·plifiedtoplanarlinkagemechanism．ByapplyingtheSolidThinkingInspiresoftwar

4、e，topologyoptimizationisdoneforsuspensionbellcrankofaformularacingCar．Underthepremiseofensuringstructuralsafety，itwouldbedesignedforlightweightgoalthroughtheprincipleoftopologyoptimization．AndthestructureisanalyzedwithANSYSWorkbenchsoftware，theanalysisre·suitsshowthattheeffectofw

5、eightlossisobviouswithhighstrengthandrigidity．[Keywords]FEA；Topologyoptimization；formularacingCar0引言在满足一定刚度或强度的要求下。尽量使产品轻量化是大多数产品的设计目标。Ahair公司的Inspire软件正是应用于初期的概念设计．并利用OptiStruct求解器，用简易的操作方法得到合适的拓扑结构[11。方程式赛车推杆式悬架摇臂有部分质量属于簧下质量，减轻簧下质量有利于改善赛车的动态响应，增加轮胎的接地性指数[2]，提高操纵稳定性，同时对降低整车质量有一定

6、的贡献。因此有必要运用SolidThinkingInspire软件对摇臂进行初期概念设计．以获得最优的轻量化方案和良好的强度。1悬架导向机构的简化导向机构在悬架系统中能传递各种力和力矩。引导车轮按一定规律相对于车架运动。其作用是决定车轮相对于车架(或车身)的运动关系，并内蒙古农业大学学生科技创新项目(DC201532)收稿日期：2016—1l一09修回日期：2016一11-16传递纵向力、侧向力及其引起的力矩。导向机构由控制臂和推杆组成。摇臂是改变导向机构受力方向的构件，其作用是将地面对车轮的作用力经推杆实时传递给避震器和弹簧，导向机构整体结构见图1。上

7、控～RB推圈1双横臂悬架导同丰J【构Fig．1Guidemechanismofsuspensionwithdoublewishbone为了对导向机构进行研究，需要进行一些合理的假设：除了弹簧，其他部件都简化为刚体，从而使悬架系统成为一个多刚体系统；部件和部件之间忽略受力关系和内部的摩擦力，仅考虑其运农业装备与车辆工程2017焦动副约束：在进行悬架的运动学及动力学分析时，车轮总成与转向节总成固定在一起，车身固定不动．同时将车轮转向自由度约束，只对导向机构在平面中的运动进行研究。将导向机构简化为如图2所示平面多连杆机构。可以看出此机构包括9个活动部件、12个

8、转动副、1个移动副。运用平面机构自由度计算公式对导向机构自由度计算如下：图2双横