【正文】 .. 63 懸架各零件建模 .................................................. 63 車輪的創(chuàng)建 ................................................. 63 螺旋彈簧的創(chuàng)建 ............................................. 64 制動盤的創(chuàng)建 ............................................... 65 轉(zhuǎn)向節(jié)的創(chuàng)建 ............................................... 65 下橫臂的創(chuàng)建 ............................................... 65 減震器的創(chuàng)建 ............................................... 66 其他零部件的創(chuàng) 建 ........................................... 66 懸架的裝配 ....................................................... 67 組件裝配概述 ............................................... 67 裝配懸架組件的過程 ......................................... 67 本章小結(jié) ........................................................ 69 結(jié) 論 ................................................... 70 參考文獻 ................................................. 71 致 謝 ................................................... 73 附錄 A ........................................ 錯誤 !未定義書簽。 建模 。 在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計缺陷，完善設(shè)計方案，縮短開發(fā) 周期，提高設(shè)計質(zhì)量和效率。研究多個設(shè)計變量的變化對樣機性能的影響，并總結(jié)規(guī)律，提出優(yōu)化設(shè)計的方案。 摘 要 現(xiàn)在的人們對汽車的要求 越來越高，在獲得良好的動力性和經(jīng)濟 性的同時，還要求具有良好的操縱穩(wěn)定性。分析了懸架各性能參 數(shù)（ 主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、車輪外傾角、 車輪前束角 和前輪側(cè)向滑移量 ）在車輪跳動過程中的變化趨勢，并指出需要改進的地方。 本文研究的 目的和意義為在試制前的階段進行設(shè)計和試驗仿真，并且提出改進意見。 ADAMS/View。 Modeling。在傳統(tǒng)設(shè)計 和研究方法的基礎(chǔ)上，也出現(xiàn)了許多先進的 方法和技術(shù)，比如 CAD/CAE技術(shù)、有限元分析、模擬仿真、虛擬設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計等等 。在試制前的階段進行懸架結(jié)構(gòu)布置和建模仿真，獲得分析車輪垂直跳動、轉(zhuǎn)動與車輪前束角的變化等關(guān)系，總結(jié)規(guī)律。 性能優(yōu)良的 懸架系統(tǒng) 對改善車輛的操縱穩(wěn)定性、行駛平順性、減輕車輛自重、改善輪胎的磨損狀況以及減少對公路的破壞具有重要意義。有利于企業(yè)搶占市場和發(fā)展先機，提高經(jīng)濟效益和社會效益。虛擬試驗技術(shù)是一種先進的以高性能計算機系統(tǒng)為支撐平臺的計算機仿真技術(shù)，是近年來隨著計算機圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、人工智能、人機接口技術(shù)、并行技術(shù) 、傳感器技術(shù)等一系列技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的 。隨著虛擬產(chǎn)品開發(fā)、虛擬制造技術(shù)的逐漸成熟，計算機仿真技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，而系統(tǒng)動力學(xué)仿真就是數(shù)字化虛擬樣機技術(shù)的核心和關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)用虛擬樣機來代替物理樣機驗證設(shè)計時，不但可以縮短開發(fā)周期，而且設(shè)計質(zhì)量和效率也能得到提高。幾乎所有汽車生產(chǎn) 3 設(shè)計廠家都采用仿真分析的方法來分析汽車的某些性能。 研究內(nèi)容和方法 應(yīng)用機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析軟件 對 本課題研究 的 主要內(nèi)容包括以下幾個方面： 1 分析車型的結(jié)構(gòu)特點并獲取懸架 建模所需要的參數(shù)； 2 利用機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件 ADAMS建立前懸架模型，就其特性參數(shù) 進行仿真分析，并就結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化。然后將模型參數(shù)化，創(chuàng)建 若干設(shè)計變量，進行優(yōu)化分析，找出影響懸架性能的主要因素， 為進一步改進設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。它們分別起到緩沖、減振 、力的傳遞、限位和控制車輛側(cè)傾角度的作用。它是懸架機構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機械件。有些轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下 6 發(fā)生過大 的橫向傾斜，在懸架系統(tǒng)中加設(shè)橫向穩(wěn)定桿，目的是提高橫向剛度，使汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。 懸架 的 分類 發(fā)展至今， 汽車的懸架從大的方面來看， 主要 可以分為兩類： 獨立 式 懸架和非 獨立式懸架 。獨立懸架允許前輪有大的跳動空間，有利于轉(zhuǎn)向，便于選擇軟的彈簧元件使平順性得到改善。 7 圖 獨立懸架運動特點 現(xiàn) 在，前懸架基本上都采用獨立懸架系統(tǒng)，最常見的有雙橫臂式和滑柱擺臂式（又稱麥弗遜式）。 如圖 、 所示。不等長雙橫臂懸架在其車輪上、下跳動時，只要適當(dāng)?shù)?選擇上、下橫臂的長度并合理布置，即可使車輪定位參數(shù)的變化量限定在允許的范圍內(nèi)。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但經(jīng)久耐用，同時減振器 的負荷小，壽命長。 麥弗遜式獨立懸架在轎車上應(yīng)用最為廣泛 , 在輕型汽車也有應(yīng)用 , 例如豐田的特銳小型四驅(qū)車、日產(chǎn)的 X輕型越野車和陸虎的發(fā)現(xiàn)者輕型越野車等，北京現(xiàn)代 ix35尊貴版的前懸架也是麥弗遜式的。 因此 前輪定位參數(shù)和輪距也都會相應(yīng)改變，且變化量可能很大 。2活塞桿 。 6副車架 。10隔離座 。14軸承 。4彈簧 。 技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)速 度快。其 特點是兩側(cè)車輪安裝于一整體式車橋上，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊力時會直接影響到另一側(cè)車 輪上，當(dāng)車輪上下跳動時定位參數(shù)變化小。 11 圖 非獨立式懸架結(jié)構(gòu)示意圖 本章小結(jié) 本章 對懸架的基本組成和分類做了一個全面的介紹， 結(jié)合具體結(jié)構(gòu)組成，說明懸架系統(tǒng)在汽車行駛時發(fā)揮著 必不可少的關(guān)鍵作用。所選車型為乘用車。 此次設(shè)計的懸架為發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的 北京現(xiàn)代 ix35 尊貴版 車型， 由于只知其前懸形式為麥弗遜式獨立懸架 和整車基本參數(shù)。 彈性元件主要有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、空氣彈簧等 常用類型。故本設(shè)計 選擇螺旋彈簧。 汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液 力減 震 器。 圖 含減震 器的懸架簡圖 傳力構(gòu)件及導(dǎo)向機構(gòu) 車輪相對于車架和車身跳動時，車輪（特別是轉(zhuǎn)向輪）的運動軌跡應(yīng)符合 一定的要求，否則對汽車某些行駛性能（特別是操縱穩(wěn)定性）有不利的影響。在 側(cè)向加速度作用下，車身側(cè)傾角 ≤ 67 度。 橫向穩(wěn)定器 在多數(shù)的轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向行駛等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在懸架中還設(shè)有輔助彈性元件 —— 橫向穩(wěn)定器。 表中 前后輪距數(shù)據(jù)為參考同類車型確定。 圖 懸架空間受力示意圖 15 懸架的彈性特性和工作行程 懸架頻率的選擇 對于大多數(shù)汽車而言，其懸掛質(zhì)量分配系數(shù) ε=～ ，因而可以近似地認為 ε=，即前后橋上方車身部分的集中質(zhì)量的垂直振動是相互獨立的，并用偏頻 ， 表示各自的自由振動頻率，偏頻越小，則汽車的平順性越好。 對于一般采用鋼制彈簧的轎車 1n 約為 ～1 、 2n 為～ ， ?21 nn ～ 。 為了得到良好的平順性，因當(dāng)采用較軟的懸架以降低偏頻，但軟的懸架在一定載荷下其變 形量也大，對于一般轎車而言，懸架總工作行程（ 靜撓度與動撓度 之和）應(yīng)當(dāng)不小于 160mm 。 其試 驗載 荷 5022?F ， ? ? Mpap 740?? ，? ? Mpa1569?? 。高度 580mm 。 G——彈簧材料的剪切彈性模量，取 ? Mpa。339。 已知 mD =110mm ， d=12mm ， 可以算出彈簧指數(shù) C 和曲度系數(shù) 39。 ??? ?????? ?dP C Kd KPD m ???Mpa [η]=[ζ]=1569Mpa，因為 η[η]，所以彈簧滿足要求。其作用原理是，當(dāng)車架與車橋作往復(fù)相對運動時，減震器中的活塞在缸筒內(nèi)業(yè)作往復(fù)運動，于是減震器殼體內(nèi)的油液反復(fù)地從一個內(nèi)腔通過另一些狹小的孔隙流入另一個內(nèi)腔。由于庫侖摩擦力隨相對運動速度的提高而減小，并且很易受油、水等的影響，無法滿 足平順性的要求，因此雖然 具有質(zhì)量小、造價低、易調(diào)整等優(yōu)點，但現(xiàn)代汽車上已不再采用這類減震器。筒式減震 器最常用的三種結(jié)構(gòu)型式包括 :雙筒式、單筒充氣式和雙筒充氣式。當(dāng)車輪向下跳動即懸架伸張時，活塞 1 向上運動，工作腔 A 中的壓力升高，油液經(jīng)閥 Ⅰ 流入下腔，提供大部分伸張阻尼力，還有一部分油液經(jīng)過活塞桿與導(dǎo)向座間的縫隙由回流孔 6 進人補償腔，同樣由于活塞桿所占據(jù)的體 20 積， 當(dāng)活塞向上運動時，必定有部分油液經(jīng)閥 Ⅲ 流入工作腔下腔。 圖 減震 器工作原理圖 1活塞； 2工作缸筒； 3貯油缸筒； 4底閥座； 5導(dǎo)向座； 6回流孔活塞桿； 7油封； 8防塵罩； 9活塞桿 減震 器的特性可用圖 示 圖和阻尼力 速度曲線描述。其二為進入和離開通道時的動能損失，其數(shù)值也與流速近似成正比，但主要受油液密度而不是粘性的影響。恰當(dāng)選擇 A,B 的孔徑和閥的逐漸開啟量，可以獲得任何給定的特性曲線。第一種為斜率遞增型的，第二種為等斜率的 (線性的 )，第三種為斜率遞減型的。 圖 典型的減震 器特性曲線 圖 減震 器斜置時計算傳遞比示意圖 單筒充氣式液力減震 器 單筒充氣式減震 器的工作原理如圖（ 13）所示。車輪上跳時，活塞 5 向上運動，油液通過壓縮閥 6 由上腔流入下腔，同時浮動活塞向上移動以補償活塞桿在油液中的體積變化。④ 由 于浮動活塞將油、氣隔開，因而減振器的布置與安裝方向可以不受限制。④ 由于氣體壓力的作用，活塞桿上大約承受 190250N 的推出力，當(dāng)工作溫度為 100℃ 時，這一值會高達 450N，因此若與雙筒式減震 器換裝，則最好同時換裝不同高度的彈簧。④ 氣壓損失時，仍可發(fā)揮減振功能 。2蓋板 。6活塞桿 。10密封環(huán) 。 ψ 值大，振動能迅速衰減，同時又能將較大的路面 沖擊力傳到車身； ψ值小則反之，通常情況下，將壓縮行程時的相對阻尼系數(shù) Y? 取小些，伸張行程時的相對阻尼系數(shù) S? 取得大些，兩者之間保持 Y? =（ ） S? 的關(guān)系。因懸架系統(tǒng)固有頻率smc?? ，所以理論上??? sm2? 。 代入數(shù)據(jù)計算得卸荷速度為： smV x /2 8 o ?????? 符合 xV 在 ～ /s 之間范圍要求。選取時按照標準選用，按下表選擇。此時外側(cè)懸掛收縮，內(nèi)測懸掛舒張，那么橫向穩(wěn)定桿就會發(fā)生扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一定的彈力，阻止車輛側(cè)傾。 穩(wěn)定桿接頭形式選擇 兩端連接處結(jié)構(gòu)形式的選擇 圖 接頭剖面圖 中段與車架連接點處結(jié)構(gòu)形式的選擇 穩(wěn)定桿中段與車架連接時需要用橡膠元件來吸收振動如 圖所示打剖面線的為橡膠元件。 由此可知當(dāng)穩(wěn)定桿的結(jié)構(gòu)確 定后，懸架的側(cè)傾角剛度給定后就可以初步估算處穩(wěn)定桿的直徑。對于穩(wěn)定桿，最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力不應(yīng)超過 700MPa。1 2 ??????? nmBkK s，而此公式只適合小側(cè)傾角，而且在分析過程中沒有考慮導(dǎo)向機構(gòu)系中鉸接點處彈性套的影響。 穩(wěn)定桿的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 ? 339。2 ?? ????? ??? p 為端點處的作用力，??p = ?? 。 半軸初步計算 半軸的安裝形式選擇全浮式。2 ?m 為負著系數(shù)取 ?? ， r 為車輪滾動半徑， 2G 為最大靜載荷 。 30 第 4 章 基于 ADAMS/View 的懸架優(yōu)化分析 虛擬樣機技術(shù)簡介 隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，產(chǎn)品的市場競爭日趨激烈，客戶對產(chǎn)品多樣化和個性化的要求愈加迫切。虛擬樣機技術(shù)涉及機械、電子、計算機圖形學(xué)、協(xié)同仿真技術(shù)、系統(tǒng)建模技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等多個領(lǐng)域、多項技術(shù) 。無論在哪個領(lǐng)域，針對哪種產(chǎn)品，虛擬樣機技術(shù)都為用戶節(jié)省了開支和時間，并提供了滿意的設(shè)計方案。 ADAMS 分為五大部分，共包含 30 多個模塊：核心模塊、專業(yè)模塊、接口模塊、功能擴展模塊以及工具箱。 ADAMS 軟件使用交互式圖形環(huán)境，零件庫、約束庫以及力庫，用戶可以方便，快速地創(chuàng)建完全參數(shù)化的虛擬機械系統(tǒng)幾何模型，支持并行仿真環(huán)境，可以節(jié)省大量的建模時間和成本。目前國內(nèi)外許多大公司大企業(yè)都采用它來完成產(chǎn)品輔助設(shè)計、研究開發(fā)以及質(zhì)量鑒定等重要工作。在歡迎對話框中選擇 “Create a new model”，在模型名稱（ Model Name）欄中輸入 “model_22”，其它選項欄中選擇系統(tǒng)默認的選項，按 “OK”。 圖 單位設(shè)置窗口