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汽車雙橫臂懸架的動(dòng)態(tài)模擬與仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-文庫吧資料

2024-12-12 09:43本頁面
  

【正文】 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。 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)測與校分析。即由已建立的單個(gè)部件的三維模型逐級的進(jìn)行組裝,最后組成裝配件。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。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 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)。 ④智能渲染和智能動(dòng)畫??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。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。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。 ②強(qiáng)大的裝配設(shè)計(jì)。 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)。 ,不考慮零件厚度 。 ,不考慮其變形 。39。39。 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。 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。 4. UG/Freeform Modeling (自由形狀建模 ) UG/Freeform 建模形成對合并實(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 也包括為評估復(fù)雜模型的形狀、尺寸和曲率的易于使用的工具。 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) 。下面簡要介紹各常用模塊。 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。 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。能 按 ISO 標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)標(biāo)注尺寸、形位公差和漢字說明等。 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。 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。 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。 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。 12 其設(shè)計(jì)思想足夠靈活地支持多種離散方案。 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。 對于整個(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)。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。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。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?。?gòu)件 1, 4 通過球鉸相連。構(gòu)件 3, 5之間為球鉸相連 。構(gòu)件 1, 5 之間為轉(zhuǎn)動(dòng)約束 。雙橫臂獨(dú)立懸架系統(tǒng)構(gòu)件之間的約束由轉(zhuǎn)動(dòng)副和球鉸兩種鉸鏈組成。構(gòu)件 4 為轉(zhuǎn)向橫拉桿 。其中,構(gòu)件 1 為車架(在該仿真中固定到地面);構(gòu) 件 2 為雙橫臂獨(dú)立懸架的下擺臂 。 [3] 圖 23 為雙橫臂獨(dú)立懸架的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 比如:法拉利( 41 328GTB、 F 328GTS 等高檔轎車 )吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文的前后獨(dú)立懸架、勞斯 — 萊斯的險(xiǎn)路( Corniche)的前懸架、捷豹 XJ6 的前后懸架、本田的雅閣( Exclusive、 LXi)的前后懸架、本田的市民 CRX 16V的前后懸架、三菱帕杰羅的前懸架,均采用了雙橫臂獨(dú)立懸架。 5)有效彈簧距等于輪距,有利于提高橫向角剛度,但一般來講,其側(cè)傾中心高度低,不利于其側(cè)傾穩(wěn)定性,一般需加橫向穩(wěn)定桿。 3)彈簧剛度和減振器阻尼可以根據(jù)需要,較容易調(diào)整;非簧載質(zhì)量小,有利于行駛平 順性。雙橫臂獨(dú)立懸架的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)及主要應(yīng)用 [13][18]: 1)可以通過調(diào)整其導(dǎo)向機(jī)構(gòu)較容易地得到所需要的前輪定位參數(shù),得到較好的整車性能。 圖 21雙橫臂獨(dú)立懸架原理圖 9 圖 22雙橫臂獨(dú)立懸架實(shí)物 雙橫臂獨(dú)立懸架的應(yīng)用 隨著汽車行駛速度的不斷提高,傳統(tǒng)的鋼板彈簧式懸架已難以滿足汽車行駛舒適性和操縱穩(wěn)定性等方面提出的要求,因而在輕型載貨車及輕型客車上推廣使用獨(dú)立懸架,尤其 是雙橫臂獨(dú)立懸架得到較大的發(fā)展。因此, 不等長雙橫臂式獨(dú)立懸架能保證汽車有良好的行駛穩(wěn)定性,已為中、高級轎車的前懸架所廣泛采用。后一種型式的懸架在其車輪上、下跳動(dòng)時(shí),只要適當(dāng)?shù)剡x擇上、下橫臂的長度并合理布置,即可使輪距及車輪定位的參數(shù)的變化量限定在允許范圍內(nèi)。 2 雙橫臂獨(dú)立懸架 [16] 雙橫臂式獨(dú)立懸架按其上、下橫臂的長短又可分為等長雙橫臂式和不等長雙橫臂式兩種。 4) 利用軟件 ADAMS 對雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行仿真、分析,發(fā)現(xiàn)存在不符合要性能參數(shù),然后針對存在的問題提出相應(yīng)的方案,最后對各種調(diào)整。 2) 前雙橫臂獨(dú)立懸架總成 UG 模型的建立。并且利用前人的經(jīng)驗(yàn)對這些特性曲線進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)懸架存在不合理的地方,并針對存在的問題提出相應(yīng)的解決方案 ( 15) 。實(shí)現(xiàn)了懸架偏頻的仿真測量和不等級路面、不同車速下隨機(jī)路面輸入的平順性仿真 (14)。 合肥工業(yè)大學(xué)的喬明俠針對江淮汽車股份有限公司的瑞風(fēng)商務(wù)車,利用多體動(dòng)力學(xué)析軟件 ADMAS 建立了包括車身、前后 懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、輪胎、人一椅等系統(tǒng)在內(nèi)的整車體模型。 上海交通大學(xué)的趙亦希、黃宏成、劉奮以 S 型轎車前懸架系統(tǒng)為實(shí)例,利用ADMAS/Car 模塊,進(jìn)行雙輪反向激振動(dòng)力學(xué)仿真,仿真結(jié)果是各種側(cè)傾特性參數(shù),對照轎車標(biāo)準(zhǔn) 系數(shù)對 S 型轎車側(cè)傾情況有一個(gè)全面了解,為設(shè)計(jì)和優(yōu)化懸架系統(tǒng)提供了實(shí)用高效的方法 (12)。 7 南京理工大學(xué)的蘇小平博士,在整車系 統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,采用模態(tài)集成法和離散化方法分別建立汽車橫向穩(wěn)定桿和板簧的柔性體。建立了汽車主要總成的多體動(dòng)力學(xué)模型,并整合整車多體模型,建立了道路輸入模型,進(jìn)行整車的動(dòng)力學(xué)仿真 :提出了基于動(dòng)力學(xué)仿真的汽懸架 CAD 的思路,針對具體車型,進(jìn)行了鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì),將改進(jìn)后的鋼板簧裝車進(jìn)行了平順性和操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)。 武漢理工大學(xué)的鮑衛(wèi)寧利用 ADAMS viwe 軟件,建立麥弗遜式懸架的某轎車前懸架多體動(dòng)力學(xué)模 型,并對車輪跳動(dòng)和轉(zhuǎn)向時(shí),懸架的各種參數(shù)的變化進(jìn)行分析 ( 9) 。 吉林大學(xué)的蔡章林運(yùn)用 ADAMS/Car 軟件,對懸架和整車動(dòng)力學(xué)幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)研究。這些方法即有探索直接建立和求解剛?cè)峄旌系亩囿w動(dòng)力學(xué)方程的方法,也有采用現(xiàn)有的剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件來近似對 多柔體系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法。文獻(xiàn)( 7)中討論了懸架系統(tǒng)廣泛采用的彈性約束 (橡膠鉸鏈 )對汽車性能的影響及處理方法。 在文獻(xiàn)〔 5〕中,把車身處為柔性體,為了減少自由度采用了集中質(zhì)量法的離散化過程,并考慮了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響。力學(xué)模型從七十年代研究汽車側(cè)偏和橫運(yùn)動(dòng)的二自由度線性模型,發(fā)展到包括側(cè)傾和轉(zhuǎn)向系在內(nèi)的三至五自由度乃至十三個(gè)自度的非線性模型,其功能也從對汽車穩(wěn)定性的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)的分析,發(fā)展到汽車彎制動(dòng)性能的分析。 國內(nèi)在汽車動(dòng)力學(xué)的研究中,采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析和計(jì)算的工作起步 6 較晚七十年代初,長春 汽車研究所和清華大學(xué)同時(shí)發(fā)展了汽車動(dòng)力學(xué)的研究。 80 年代中期是多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在汽車工程上應(yīng)用發(fā)展最快的時(shí)期。到了 80 年代初,不僅有許多通用的軟件可以對汽車系統(tǒng)進(jìn)行分析計(jì)算,而且還有各針對汽車某一問題的專用多體軟件。 國外汽車動(dòng)力學(xué)中的研究經(jīng)歷由試驗(yàn)到理論研究,由開環(huán)研究到閉環(huán)研究的發(fā)展過程力學(xué)模型逐漸由線性模型發(fā)展到非線性多體系統(tǒng)模型 。主要阻礙之一在于無法有效的處理復(fù)雜受力下多自由度分析模型的建立和求解問題。汽車本身是一個(gè)復(fù)雜的多體系統(tǒng),外界載荷的作用更加復(fù)雜。特別是汽車的前懸架與轉(zhuǎn)向系統(tǒng),是多連桿式機(jī)構(gòu),而且確定了主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角等車輪定位角,車輪定位角對車輛的行駛狀態(tài)起重要的作用,在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中必須獲得車輪定位角的變化情況。 車輛動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)研究現(xiàn)狀 汽車是一個(gè)包含慣性、彈性、阻尼等動(dòng)力學(xué)特征的復(fù)雜非線性系統(tǒng),其特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)零件多、受力復(fù)雜。但是,隨著高等級公路的發(fā)展 ,客貨運(yùn)輸量的增加 ,要求汽車具有更好的操縱穩(wěn)定性、行駛平順性和安全性 ,空氣懸架汽車必將 得到廣泛應(yīng)用。同時(shí) ,國內(nèi)也有一些外資企業(yè)在中國進(jìn)行空氣懸架的生產(chǎn)和銷售 ,如美國的Neway公司、德國的SAF公司等 [4]。 目前,國外無論是客車還是載重車都已經(jīng)比較普遍采用空氣懸架系統(tǒng),而國內(nèi)卻 5 處于剛剛起步階段,只應(yīng)用在一些豪華客車和少部分重型載重車上。 空氣懸架系統(tǒng)是以空氣彈簧為彈性元件,利用氣體的可壓縮性實(shí)現(xiàn)其彈性作用的。主動(dòng)懸架技術(shù)成為汽車懸架發(fā)展的重要趨勢,它為同時(shí)改善汽車行駛 安全性和乘坐舒適性提供了廣闊的前景。半主動(dòng)懸架在產(chǎn)生力的方面近似于被動(dòng)懸架,但是半主動(dòng)懸架的阻尼系數(shù)或剛度系數(shù)可以根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)作為實(shí)時(shí)或準(zhǔn)靜態(tài)調(diào)整,以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 半主動(dòng)懸架由可變特性的彈簧和減振器組成。由于參數(shù)不能任意 選擇和調(diào)節(jié),限制了被動(dòng)懸架系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高。因此,對于在某個(gè)特定工況下按目標(biāo)優(yōu)化出的懸架系統(tǒng),一旦車輛參數(shù)、運(yùn)行工況等發(fā)生變化,這種懸架系統(tǒng)便難以適應(yīng)這種復(fù)雜的多變性。以下從被動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架、 主動(dòng)懸架、空氣懸架四方面來闡述懸架的發(fā)展。按導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式,可分為獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架兩大類。為了滿足對懸架系統(tǒng)提出的各種要求,在近二十年來其發(fā)展異常迅速。汽車懸架性能是影響汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性
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