【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中心 P:主銷軸線與轉(zhuǎn)向節(jié)軸線的交點(diǎn) 采用空間笛卡兒坐標(biāo) [12]來描述雙橫臂獨(dú)立懸架系統(tǒng)構(gòu)件的位置。整體坐標(biāo)系的選取與整車設(shè)計(jì)所選取的坐標(biāo)系相一致， X 軸方向沿車身縱向水平向后為正； Y 軸方向取 豎直向上為正； Z 軸方向取沿車身向前方向?yàn)檎? 根據(jù)該雙橫臂獨(dú)立懸架系統(tǒng)的多體運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 [18]，在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過程中，構(gòu)件 4通過球鉸與構(gòu)件 1和構(gòu)件 3相連接，但是它只提供了構(gòu)件 1和構(gòu)件 3之間的距離約束。因此可根據(jù)多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)理論將構(gòu)件 4 模型化為一個(gè)球面 — 球面組合運(yùn)動(dòng)副中的連桿。因此，整個(gè)雙橫臂獨(dú)立懸架系統(tǒng)的模型可以定義為由 4 個(gè)構(gòu)件組成。在空間笛卡兒坐標(biāo)系中，采用極大數(shù)目坐標(biāo)法來描述系統(tǒng)每一個(gè)構(gòu)件的空間位置。即對(duì)組成系統(tǒng)的任一構(gòu)件 i，采用 7 個(gè)廣義坐標(biāo)來描述它的空間位置與姿態(tài)，該構(gòu)件的廣義坐標(biāo)為 : q i=[x i,y i,z i,e 0i,e1i,e2i,e3i] 上式中的 e 0i,e1i,e2i,e3i 為描述構(gòu)件的歐拉參數(shù)。 對(duì)于整個(gè)雙橫臂獨(dú)立懸架系統(tǒng)，其廣義坐標(biāo)矢量組為 : q =[ q 1T, q 2T, q 3T ,q 5T]T 3 UG 軟件 UG 軟件概述及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 UG 是 Unigraphics 的縮寫，這是一個(gè)交互式 CAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 與計(jì)算機(jī)輔助制造 )系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大 ，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著 PC硬件的發(fā)展和個(gè)人用戶的迅速增長(zhǎng)，在 PC上的應(yīng)用取得了迅猛的增長(zhǎng)，目前已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計(jì)的一個(gè)主流應(yīng)用。 UG 的開發(fā)始于 1990 年 7 月，它是基于 C 語言開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。 UG NX 是一個(gè)在二和三維空間無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格 上使用自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個(gè)靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟件工具。 12 其設(shè)計(jì)思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對(duì)許多不 同的應(yīng)用再利用。 一個(gè)給定過程的有效模擬需要來自于應(yīng)用領(lǐng)域 (自然科學(xué)或工程 )、數(shù)學(xué) (分析和數(shù)值數(shù)學(xué) )及計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)。 UG的目標(biāo)是用最新的數(shù)學(xué)技術(shù)，為復(fù)雜應(yīng)用問題的求解提供一個(gè)靈活的可再使用的軟件基礎(chǔ)。 UG 軟件不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設(shè)計(jì)功能；而且，在設(shè)計(jì)過程中可進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬，提高設(shè)計(jì)的可靠性；同時(shí)，可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼，用于產(chǎn)品的加工，其后處理程序支持多種類型數(shù)控機(jī)床。具體來說，該軟件具有以下特點(diǎn)： l）具有統(tǒng)一的 數(shù)據(jù)庫(kù)，真正實(shí)現(xiàn)了 CAD/CAE/CAM 等各模塊之間的無數(shù)據(jù)交換的自由切換，可實(shí)施并行工程。 2）采用復(fù)合建模技術(shù)，可將實(shí)體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模融為一體。 3）用基于特征（如孔、凸臺(tái)、型膠、槽溝、倒角等）的建模和編輯方法作為實(shí)體造型基礎(chǔ)，形象直觀，類似于工程師傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)辦法，并能用參數(shù)驅(qū)動(dòng)。 4）曲面設(shè)計(jì)采用非均勻有理 B 樣條作基礎(chǔ)，可用多種方法生成復(fù)雜的曲面，特別適合于汽車外形設(shè)計(jì)、汽輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)等復(fù)雜曲面造型。 5）出圖功能強(qiáng)，可十分方便地從三維實(shí)體模型直接生成二維工程圖。能 按 ISO 標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)標(biāo)注尺寸、形位公差和漢字說明等。并能直接對(duì)實(shí)體做旋轉(zhuǎn)剖、階梯剖和軸測(cè)圖挖切生成各種剖視圖，增強(qiáng)了繪制工程圖的實(shí)用性。 6）以 Parasolid為實(shí)體建模核心，實(shí)體造型功能處于領(lǐng)先地位。目前著名 CAD/CAE/CAM軟件均以此作為實(shí)體造型基礎(chǔ)。 7） 具有良好的用戶介面，絕大多數(shù)功能都可通過圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)；進(jìn)行對(duì)象操作時(shí)，具有自動(dòng)推理功能；同時(shí)，在每個(gè)操作步驟中，都有相應(yīng)的提示信息，便于用戶做出正確的選擇。 UG 各功能模塊 UG 的各功能是靠各功能模塊來實(shí)現(xiàn)的，有不同的功能模塊，來實(shí)現(xiàn)不同的 用途，從而支持其強(qiáng)大的 Unigraphics 三維軟件。下面簡(jiǎn)要介紹各常用模塊。 1． UG/Gateway (入口 ) 提供一個(gè) Unigraphics 基礎(chǔ)， UG/Gateway 在一個(gè)易于使用的基于 Motif 環(huán)境中形成 13 連接所有 UG 模塊的底層結(jié)構(gòu)，它支持關(guān)鍵操作，包括打開已存的 UG 部件文件，建立新的部件文件，繪制工程圖和屏幕布局以及讀入和寫出 CGM 等，也提供層控制，視圖定義和屏幕布局，對(duì)象信息和分析，顯示控制，存取 “ 幫助 ” 系統(tǒng)，隱藏 /再現(xiàn)對(duì)象和實(shí)體和曲面模型的著色。 UG/Gateway 包括一個(gè)沒有限制的高分率的 繪圖儀許用權(quán)，模塊也提供一個(gè)現(xiàn)代化的電子表格應(yīng)用，構(gòu)造和管理零件家族并操縱部件間表達(dá)式 2． UG/Solid Modeling (實(shí)體建模 ) 提供業(yè)界最強(qiáng)的復(fù)合建模功能 ， UG/Solid Modeling 無縫地集成基于約束的特征建模和顯式幾何建模，用戶可以取得集成于一個(gè)高級(jí)的基于特征環(huán)境內(nèi)的傳統(tǒng)實(shí)體，曲線和框線建模的功能， UG/Solid Modeling 使用戶能夠方便地建立二維和三維線框模型，掃描和旋轉(zhuǎn)實(shí)體，布爾運(yùn)算及進(jìn)行參數(shù)化編輯，包括對(duì)快速和有效的概念設(shè)計(jì)的變量化的草圖繪制工具以及更通用的建模和編輯 任務(wù)的工具，模塊的易于了解和基于圖符的圖形環(huán)境是同一基礎(chǔ) 。 3． UG/Features Modeling (特征建模 ) 這個(gè)模塊提高了表達(dá)式的級(jí)別，因而設(shè)計(jì)可以在工程特征的意義中來定義，提供對(duì)建立和編輯標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)特征的支持，包括幾種變形的孔，鍵槽，型腔，凸墊，凸臺(tái)及全集的園柱， 塊，錐，球，管道，桿，倒圓，倒角等等，也包括實(shí)體模型控空和建立薄壁對(duì)象 。 4． UG/Freeform Modeling (自由形狀建模 ) UG/Freeform 建模形成對(duì)合并實(shí)體和曲面建模技術(shù)到一單個(gè)強(qiáng)大功能的工具集的基礎(chǔ)，技術(shù)包 括沿曲線的掃描，利用 1， 2 和 3 個(gè)軌道方法比例地建立形狀，從標(biāo)準(zhǔn)二次錐方法的放樣體，園形或錐形模截面的倒園 (圓角 )，在二個(gè)或更多的其它體間充順橋接間隙的曲面，例如，一個(gè)可變半徑的倒園或改變一個(gè)掃描的橫截面積， 模型是與所有其它 UG 功能完全集成的， UG/Freeform Modding 也包括為評(píng)估復(fù)雜模型的形狀、尺寸和曲率的易于使用的工具。 5． UG/UserDefined Features (用戶定義的特征 ) 這個(gè)模塊提供一種交互方法，為了易于恢復(fù)和編輯、使用一用戶定義特征 (UDF)的概念去捕捉和存貯部 件家族，模塊包括取一個(gè)已存參數(shù)化實(shí)體模型，它是利用標(biāo)準(zhǔn)Unigraphics 工具創(chuàng)建的，定義特征變量，建立參數(shù)間關(guān)系，設(shè)置缺省值和決定當(dāng)調(diào)用時(shí)特征將取的一般形狀所需的所有工具。 6． UG/Drafting (制圖 ) 14 U UG/Drafting 建立與幾何模型相關(guān)的尺寸，確保在一模型改變時(shí)，圖將被更新，減少圖更新所需的時(shí)間，視圖包括消隱線和相關(guān)的模截面視圖，當(dāng)模型修改時(shí)也是自動(dòng)地更新，自動(dòng)的視圖布局能力提供快速的圖布局，包括正交視圖投射，截視圖，輔助視圖和細(xì)節(jié)視圖， UG/Drafting 支持在主要業(yè)界制圖標(biāo) 準(zhǔn)，利用由 UG/Assenigly Modeling 創(chuàng)建的裝配信息方便地建立裝配圖，包括快速地建立裝配分解視圖的能力，無論是制作一單一片圖或一多片細(xì) 節(jié)的裝配和組件工程圖， UG/Drafting 減少工程圖生成的時(shí)間和成本。 7． UG/Assembly Modeling (裝配建模 ) 提供一個(gè)并行的自頂一向下的產(chǎn)品開發(fā)方法， UG/Assemly Modeling 的主模型可以在總裝配的上下文中設(shè)計(jì)和編輯，組件被靈活地配對(duì)或定位 ,并且是相關(guān)的改進(jìn)了性能和減少存貯的需求，參數(shù)化地裝配建模提供為描述組件間配對(duì)關(guān)系和 為規(guī)定共同的緊固件組和其它重復(fù)的零件的附加功能，結(jié)構(gòu)體系允許極大的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由一設(shè)計(jì)隊(duì)伍來創(chuàng)建和共享，這個(gè)使隊(duì)伍成員繼續(xù)它們的工作與其它人并行，部件的版本和 或由用戶規(guī)定的命名規(guī)則或由 UG/Manager 的配置規(guī)則來正確存取。 UG建模 雙橫臂獨(dú)立懸架位置坐標(biāo) 圖 31雙橫臂獨(dú)立懸架空間結(jié)構(gòu) 表 31主要空間鉸點(diǎn)坐標(biāo) 15 前輪定位參數(shù)： 前輪外傾角 : 39。300 ?? 主銷內(nèi)傾角 : 39。39。 303012 ?? 主銷后傾角 : 39。39。 30303 ?? 前束值 :02 按上述數(shù)據(jù)建模和運(yùn)動(dòng)仿真分析，需對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架、車輪和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行如下簡(jiǎn)化 : ，在車輪轉(zhuǎn)向及跳動(dòng)和懸架運(yùn)動(dòng)過程中不發(fā)生變形 。 ，不考慮其變形 。 ，不考慮其厚度 。 ，不考慮零件厚度 。 有桿件全部都為沒有厚度和寬度的空間線段。 三維設(shè)計(jì)軟件的主要特征有： ①可視化精確零件設(shè)計(jì)?？梢匝杆賱?chuàng)建基礎(chǔ)零件的外型特征，易于添加常規(guī)通用的機(jī)械特征（例如孔，倒圓和倒角）。 ②強(qiáng)大的裝配設(shè)計(jì)。通過施加約束和裝配關(guān)系采用拖放方式操作，使得零件裝配像搭積木一樣方便，對(duì)裝配、子裝配、零件、裝配特征、約束等進(jìn)行管理，可以完成裝配件爆炸、剖切、干涉檢查、運(yùn)動(dòng)仿真、最小間隙、物性計(jì)算、零件列表等。裝配位置點(diǎn) x y z 上擺臂前安裝點(diǎn) 上擺臂后安裝點(diǎn) 上擺臂球銷 中心 下擺臂后安裝點(diǎn) 下擺臂球銷中心 輪胎中心點(diǎn) 0 0 輪胎接地點(diǎn)中心 0 740 轉(zhuǎn)向器橫拉桿球銷 轉(zhuǎn)向器橫拉桿斷開點(diǎn) 16 同時(shí)支持“自頂而下”和“自下而上”的設(shè)計(jì)技術(shù)，既可使用傳統(tǒng)的技術(shù)完成裝配，也可以在裝配 環(huán)境設(shè)計(jì)新的零件。三維軟件可將裝配件進(jìn)行剖視，以便清晰地觀察裝配件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及內(nèi)部零件的裝配情況。三維設(shè)計(jì)軟件還可以創(chuàng)建爆炸圖，既可產(chǎn)生具有演示質(zhì)量的渲染圖像，也可方便的進(jìn)行零件注釋，便于零件的生產(chǎn)，裝配，維修。 ③生成工程圖?？梢匝杆賹⒃O(shè)計(jì)完成的三維零件和裝配件轉(zhuǎn)換為二維圖，能夠根據(jù)三維模型的尺寸，準(zhǔn)確無誤地自動(dòng)生成二維尺寸，并可靈活調(diào)整尺寸的種類和位置。只要二維裝配件的裝配關(guān)系正確，生成的二維工程圖就不會(huì)有尺寸上的錯(cuò)誤。 ④智能渲染和智能動(dòng)畫。設(shè)計(jì)者在創(chuàng)建一個(gè)三維零件圖，可運(yùn)用色彩，材質(zhì)，各種渲染技術(shù)達(dá) 到逼真效果，還可以進(jìn)行模擬仿真動(dòng)畫。 UG 采用基于特征和約束的建模技術(shù)，具有交互建立和編輯復(fù)雜實(shí)體模型的能力，可以快速的進(jìn)行概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。它為三維建模提供了多種不同的應(yīng)用模塊，如實(shí)體建模，特征建模，自由曲面建模和自定義特征等。裝配是將產(chǎn)品的各個(gè)部件進(jìn)行組織和定位操作的一個(gè)過程，通過配對(duì)條件在部件間建立約束關(guān)系來確定部件在產(chǎn)品中的位置。 UG 軟件采用虛擬裝配模式，即在裝配中，部件的三維模型是被裝配引用，而不是簡(jiǎn)單的被復(fù)制到裝配圖中，其中運(yùn)用引用集的思想簡(jiǎn)化了模型信息。同時(shí)以主模型為基礎(chǔ)保持裝配部件的幾 何相關(guān)性，如果某部件被修改，則引用它的裝配部件會(huì)自動(dòng)更新，以反映部件的最新變化。在 UG中可采用自頂向下，自底向上或混合裝配的裝配方法，這里采用自底向上的方法。即由已建立的單個(gè)部件的三維模型逐級(jí)的進(jìn)行組裝，最后組成裝配件。 創(chuàng)建的懸架模型中，包括主銷（ kingpin）、上橫臂（ UCA）、下橫臂（ LCA）、拉臂（ Pull_arm）、轉(zhuǎn)向拉桿（ Tie_rod）、轉(zhuǎn)向節(jié)（ Knuckle）、車輪（ Wheel）、以及測(cè)試平臺(tái)（ Text_patch）。 首先設(shè)置新模型的工作環(huán)境，創(chuàng)建所需的 9 個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)，然后完成主銷，上下橫臂，拉臂，轉(zhuǎn)向拉桿等物體的建立，完成模型的建立， 建立 UG 模型如圖 32所示 17 圖 32 汽車雙橫臂 UG 模型 4 ADAMS 軟件 目前國(guó)內(nèi)外工程仿真軟件層出不窮，但各仿真軟件都有其各自應(yīng)用的范圍應(yīng)用的仿軟件主要有 : 1 DADS 軟件 比利時(shí) LMS 的 DADS 支持機(jī)械系統(tǒng)的快速裝配、分析和優(yōu)化，并提供了功能虛擬機(jī)技術(shù)功能，可以為物理樣機(jī)試驗(yàn)提供設(shè)計(jì)的裝配特性、功能特性和可靠性的預(yù)測(cè)與校分析。在建模方面，提供的建模元素包括豐富的運(yùn)動(dòng)副庫(kù)、力庫(kù)、約束庫(kù)、控 制元件庫(kù)、液壓元件庫(kù)、輪胎接口等。在分析方面，提供了裝配分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、正向動(dòng)力學(xué)分析、逆向動(dòng)力學(xué)分析、靜平衡分析、預(yù)載荷分析等 6 種分析功能。并且針對(duì)不同的需求，提了多種模塊，包括 DADS 舊 asci(包括基本動(dòng)力學(xué)仿真的建模、求解、后處理和動(dòng)畫功能 )、 DADSS/tnadard(基本模塊加接觸分析、液壓與控制分析和用戶自定義子程序功能 )、 DADS/Advnaecd(包括 DADS 加 DADS 舊 xe，后者提供有限元分析接口 )、 DADS 川 1na(t 供與控制系統(tǒng)軟件 Easys、 Matlba 和 Matrix 禍合的動(dòng)力學(xué) 仿 18 真 )、 DADS腳 gine(發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)仿真 )，以及接口模塊 Catl/aDADS(與 Catia接口 )、DADSP/or(與 Pro 膽接口 )、 DADS 八 MS(與 I 一 DEAS 接口 )。 2 Matlab 軟件 Matlab 由美國(guó)州叻 JHWORKs 開發(fā)， MATLAB 是當(dāng)今國(guó)際上科學(xué)界 (尤其是自動(dòng)制領(lǐng)域 )最具影響力、也是最有活力的軟件。它起源于矩陣運(yùn)算，并己經(jīng)發(fā)展成一種高集成的計(jì)算機(jī)語言。它提供了強(qiáng)大