學界視點：大學生方程式賽車的懸架設計

文/王德倫 張建峰 顧平林

本文主要是對懸架進行設計和裝配。首先是設計轉向節，然后在設計好轉向節的基礎上對掛耳和耳片造型進行設計，然后由賽車的前輪輪距要求，進行簡單的計算便可以確定橫臂的長短，再將減震器的各部分零件裝配起來，最后將懸架的各部分在CATIA裝配設計里面進行裝配，便得到懸架的裝配圖。

懸架對于車輛而言，是直接影響到其操縱穩定性和平順性的。懸架可以對路面的路況通過彈簧反饋到方向盤上，并且在傳達路況額同時也通過彈簧進行了減震，使其傳達到駕駛者上的震動減小，保障了車輛的行駛穩定性和平順性。由于西方國家汽車產業發展較早，所以對于懸架的研究也要更早。

相對于國外而言，雖然我國的懸架研究起步較晚，但近20多年仍在懸架的探索中取得了巨大的進步。

電動方程式賽車的懸架與普通汽車的懸架在很大程度上是相同的，所以，我們在設計方程式賽車的懸架時，可以參考汽車的懸架來進行設計。

懸架的分類

非獨立懸架：非獨立懸架的車輪裝在一根整體車軸的兩端，當一邊車輪跳動時，也影響另一側車輪也作相應的跳動，使整個車身震動或傾斜，汽車的平穩性和舒適性較差。但由于構造較簡單，承載力大，目前仍有部分較車的后懸架采用這種形式。

獨立懸架：獨立懸架的車軸分成兩段，每只車輪用獨立彈簧獨立地安裝在車架下面，當一邊車輪發生跳動時，另一邊車輪不受波及，汽車的平穩性和好。現代轎車的前后懸架大多采用了獨立懸架，并已經成為一種趨勢。

懸架的選擇

本賽車采用當今方程式賽車普遍使用的懸架結構，故采用獨立懸架。 獨立懸架有許多形式，基于方程式賽車的特點，使用雙橫臂不等長獨立懸架，采用此種懸架，主要優點是不等長式上下各有一個不等長搖臂，共同吸收橫向力，故橫向剛度較大。并且通過合理的布置，可以使輪距和前輪的定位參數在限定的范圍內進行變化，這就克服了等長式雙橫臂懸架輪胎磨損嚴重的弊端。路面的適應力好，輪胎接地面大，貼地性好。

懸架的設計

（一）轉向節

轉向節對于前輪來說是需要具備轉向的能力的，轉向節的設計便也要表現出這一點。后輪則不需要進行轉向，轉向節在設計時，因為需要將其與橫臂相裝配，所以要考慮到與橫臂連接的耳片，而耳片則又是通過裝箱機來進行固定的，所以在設計轉向節時，在轉向節上下工打四個方形孔，設置掛耳與上下兩個耳片相連接，使其固定，達到與橫臂裝配的目的。并且考慮到與轉向橫拉桿的連接，所以在下角打一個小型方孔，設置掛耳，使其與轉向橫拉桿相連。轉向節尺寸圖和效果圖如圖1和圖2所示：

圖1 尺寸圖

圖2 效果圖

圖3 前懸減震器效果圖

圖4 后懸減震器效果圖

（二）橫臂

本次所設計的橫臂為了滿足在裝配時的不確定性，所以橫臂設計為類螺栓連接件形式，在一根末端與另一根始端以螺紋相連接，使得在裝配時可以應對數據上的調整。

（三）減震器

減震器包括彈簧和搖臂，其中彈簧的尺寸可以通過對懸架的剛度校核計算得出，然后根據彈簧的尺寸，對搖臂進行尺寸上的確定。

前后搖臂都采用三鉸鏈式。搖臂一端通過車架上緊固件與車架相連接；另一端則與兩懸臂之間所掛另一構件相連接，牢固車架與懸架的緊固關系。而由于前后減震器的擺放位置有所不同，所以前后減震器在裝配時需要注意調節。圖3和圖4為裝配完成的前、后懸減震器的效果圖：

對比兩張圖可以很明顯看出在裝配時，需要對搖臂進行一定調整，來達到想要達到的裝配的要求。

懸架系統裝配設計

將上面各個部件在CATIA中進行裝配設計，最終可得到懸架的完整裝配，如圖5所示。

圖5 前后懸減震器裝配圖

總結

本文首先設計了電動方程式賽車的各個零部件，并用進行一定的優化，然后將懸架的各部分在CATIA裝配設計里面進行裝配，便得到懸架的裝配圖。