【正文】 ? rrGmM 2221 ?? () 其中 2m? —— 負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，取值 ； 2G —— 驅(qū)動(dòng)橋的最大靜載荷； r —— 滾動(dòng)半徑，可近似為車輪半徑； ? —— 附著系數(shù)，取值 ； ?? rrGmM 2221 ?? 2 7 8 ?????? mmN ??? 全浮式半軸軸桿部直徑可按下面公式 選擇 20 3 ?Mkd? () 3 ??? = k 為直徑系數(shù)，取 ~ ，取 ， d 取 22mm。 車輪的計(jì)算 輪胎規(guī)格 205/65 R15； 輪胎寬度 mmB 205? ； 扁平率 ； 輪胎高度 205； 輪輞直徑 15 英寸 ?? ； 因此車輪直徑 D 為 ??? 。 本章小結(jié) 本章計(jì)算了懸架彈性元件、減震器、側(cè)傾中心、上下橫臂、半軸、輪胎等基本尺寸及校核，這些是懸架設(shè)計(jì)必不可少的尺寸要求，對(duì)本次設(shè)計(jì)后期的仿真分析奠定了基礎(chǔ)。其中懸 架上下橫臂斜置角、長(zhǎng)度等的初選是根據(jù)試驗(yàn)曲線選出，是經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。為初選值提供理論支持。 21 第 3 章 基于 ADAMS/View 的懸架優(yōu)化分析 ADAMS 介紹 ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，原由美國(guó) MDI 公司 (Mechanical Dynamics Inc.)開(kāi)發(fā)，目前已被美國(guó) MSC 公司收購(gòu)成為 MSC/ ADAMS，是最著名的虛擬樣機(jī)分析軟件。它使用交互式圖形環(huán) 境和零件庫(kù)、約束庫(kù)、力庫(kù)，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，利用拉格朗日第一類方程建立系統(tǒng)最大量坐標(biāo)動(dòng)力學(xué)微分－代數(shù)方程，求解器算法穩(wěn)定，對(duì)剛性問(wèn)題十分有效，可以對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，后處理程序可輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線以及動(dòng)畫(huà)仿真 。 ADAMS 軟件由核心模塊、功能擴(kuò)展模塊、專業(yè)模塊、工具箱和接口模塊 5 類模塊組成。 ADAMS 一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開(kāi)發(fā)工具 ，其開(kāi)放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開(kāi)發(fā)工具平臺(tái)。 ADAMS 軟件一方面是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析。另一方面，又是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析開(kāi)發(fā)工具，其開(kāi)放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用 22 戶進(jìn)行特殊類型機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析的二次開(kāi)發(fā)工具平臺(tái)。在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，工程師通過(guò)應(yīng)用 ADAMS 軟件會(huì)收到明顯效果傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、試制過(guò)程中必須邊試驗(yàn)邊改進(jìn)，從設(shè)計(jì)到試制、試驗(yàn)、定 型，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本較高周期長(zhǎng)。運(yùn)用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件 ADAMS 進(jìn)行仿真分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以大大簡(jiǎn)化懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程。大幅度縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)費(fèi)用和成本，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的系統(tǒng)及性能獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)產(chǎn)品 。 本文應(yīng)用多體動(dòng)力學(xué)軟件 ADAMS/View 建立了某輕型汽車的前雙橫臂式獨(dú)立懸架模型，進(jìn)而進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，得到了上橫臂長(zhǎng)度主銷長(zhǎng)度、上橫臂在汽車橫向平面的傾角、下橫臂長(zhǎng)度和下橫臂在汽車橫向平面的傾角的值最終優(yōu)值，從而為設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供快速、可靠的技術(shù)依據(jù)，達(dá)到大幅度降低設(shè) 備研制成本，大大降低了輪胎的磨損情況的目的。 懸架建模關(guān)鍵點(diǎn)的確定 根據(jù)橫臂橫向、縱向 水平的布置方案及坐標(biāo)系位置可大致確定各部件空間硬點(diǎn)位置，各硬點(diǎn)位置如下： 表 創(chuàng)建硬點(diǎn)坐標(biāo)值 LOC_X LOC_Y LOC_Z LCA_outer 0 0 0 LCA_inner 0 UCA_outer UCA_inner Knuckle_outer Knuckle_inner Tie_rod_outer Tie_rod_inner 23 創(chuàng)建主銷 點(diǎn)擊 ADAMS/View 零件庫(kù)中的圓柱體 （ Cylinder） ，選擇 New part 定義圓柱體的半徑為 20mm。 選擇硬點(diǎn) LCA_outer 和 UCA_outer 創(chuàng)建主銷。 創(chuàng)建上橫臂 點(diǎn)擊 ADAMS/View 零件庫(kù)中的圓柱體 （ Cylinder） ，選擇 New part 定義圓柱體的半徑為 20mm。 選擇硬點(diǎn) UCA_outer 和 UCA_inner 創(chuàng)建上橫臂。 用同樣方式可創(chuàng)建下橫臂、轉(zhuǎn)向拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)。 創(chuàng)建車輪 點(diǎn)擊 ADAMS/View 零件庫(kù)中的圓柱體 （ Cylinder） ，選擇 New part 定義圓柱體的半徑為 長(zhǎng)度為 205mm。 分別將創(chuàng)建體重命名為：上橫臂 （ UCA）下橫臂 （ LCA） 主銷 （ king pin） 拉臂（ pull_arm） 拉桿 （ tie_rod） 車輪 （ wheel） 。 創(chuàng)建試驗(yàn)臺(tái) 點(diǎn)擊 ADAMS/View 中零件庫(kù)的點(diǎn) （ Point） ，選擇 “ Add to Ground” 和 “ Don’t Attach” ，在 （ ， ， ） 處建一個(gè)點(diǎn)，并以該點(diǎn)為對(duì)角點(diǎn)建立一個(gè)長(zhǎng) 400mm 寬 400mm 高 40mm 的長(zhǎng)方體，并以長(zhǎng)方體的質(zhì)心為中心創(chuàng)建一個(gè)直徑為30mm 高 300mm 的圓柱體，它與長(zhǎng)方體組成測(cè)試平臺(tái)。 將圓柱體和長(zhǎng)方體合為一體。 添加連接副 根據(jù)各部件間連接關(guān)系創(chuàng)建連接副，各部件連接方式如下： 創(chuàng)建球副 上橫臂與主銷之間添加球接觸 選擇 2Bod1 loc 和 Normal To Grid 選擇上橫臂 （ UCA） 和主銷 （ Kingpin） 為參考物體，選擇設(shè)計(jì)點(diǎn) “UCA_outer”為球副的位置點(diǎn)，創(chuàng)建上橫臂和主銷之間的 連接 副。 24 下橫臂與主銷之間添加球接觸 選擇 2Bod1 loc 和 Normal To Grid 選擇 下橫臂 （ UCA） 和主銷 （ Kingpin） 為參考物體，選擇設(shè)計(jì)點(diǎn) “UCA_outer”為球副的位置點(diǎn)，創(chuàng)建 下 橫臂和主銷之間的 連接 副。 轉(zhuǎn)向拉桿 （ tierod） 與拉桿 （ pull_arm） 添加球接觸 ，選擇 2Bod1 loc 和Normal To Grid 選擇 轉(zhuǎn)向拉桿 和 拉臂 為參考物體，選擇設(shè)計(jì)點(diǎn) “tierod”為球副的位置點(diǎn)，創(chuàng)建 轉(zhuǎn)向拉桿 和 拉臂 之間的 連接 副。 設(shè)置球副的選項(xiàng)為 “1Location”和 “Normal To Grid”選擇設(shè)計(jì)點(diǎn) “Tie_rod_inner”，創(chuàng)建拉桿和大地之間的球副。 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副 點(diǎn)擊 ADAMS/View中 約束 庫(kù)的 設(shè)置旋轉(zhuǎn)副的選項(xiàng)為 1loction和 Normal To Grid，選擇上橫臂點(diǎn) （ UCA_inner） 為位置點(diǎn)。添加旋轉(zhuǎn)副，同理，創(chuàng)建下橫臂旋轉(zhuǎn) 副。 創(chuàng)建固定副 點(diǎn)擊 ADAMS/View中 約束 庫(kù)的 ，設(shè)置固定副的選項(xiàng)為 2Bod1 loc和 Normal To Grid，選擇車輪 （ wheel） 和轉(zhuǎn)向節(jié) （ knuckle） 為參考物體，添加固定副，同理，創(chuàng)建主銷和轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)和拉臂固定副。 創(chuàng)建點(diǎn)、面約束 在試驗(yàn)臺(tái)和車輪間要?jiǎng)?chuàng)建點(diǎn)面約束，右鍵 點(diǎn)擊 ADAMS/View 中 約束 庫(kù) 彈出對(duì)話框 （ a） 點(diǎn)擊 ，將彈出對(duì)話框 （ b） 選擇點(diǎn)、面約束 ，選擇約束參考物車輪（ wheel） 和試驗(yàn)臺(tái)（順序不可顛倒）選擇按鈕 ，將約束旋轉(zhuǎn) 90。 25 (a)約束庫(kù)圖 (b)點(diǎn)面約束圖 圖 操作截圖 添加移動(dòng)副 點(diǎn)擊 ADAMS/View 中 約束 庫(kù)的 在測(cè)試平臺(tái)和大地之間創(chuàng)建一個(gè)移動(dòng)副，移動(dòng)副位置為測(cè)試平臺(tái)的中心位置 ，設(shè)置移動(dòng)副的選項(xiàng)為 1loctionPickFeature，方向垂直向上（向下） Adams 創(chuàng)建物理模型如下圖： 圖 簡(jiǎn)化模型 點(diǎn)擊 ADAMS/View 中 驅(qū)動(dòng)庫(kù)中的直線驅(qū)動(dòng) ,選擇測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)和大地移動(dòng)副，創(chuàng)建直線驅(qū)動(dòng)后，直接在 Edit 和 Modify，修改直線驅(qū)動(dòng)，在添加驅(qū)動(dòng)對(duì)話框 ”F(time)=（） ”中輸入驅(qū)動(dòng)函數(shù)表達(dá)式 “100*sin(360d*time)”如下圖所示： 圖 操作截圖 26 點(diǎn)擊 ADAMS/View中 ，設(shè)置終止時(shí)間為 1，工步為 200，點(diǎn)擊仿真按鈕 ，進(jìn)行仿真。 在 ADAMS/View 中點(diǎn)擊 File 菜單中選擇 Save Datebase As 命令將前懸架模型保存在工作目錄下。 測(cè)量參數(shù)值 對(duì)主銷，車輪、等參數(shù)值進(jìn)行測(cè)量。 測(cè)量主銷內(nèi)傾角 在 ADAMS/View 菜單欄中，選擇 BuildMeasureFunctionNew，創(chuàng)建新的測(cè)量函數(shù) 。 在函數(shù)編輯器對(duì)話窗 中的測(cè)量名稱 （ Measure Name） 欄輸入： Kingpin_Inclination，一般屬性 （ General Attributes） 的單位 （ Units） 欄中選擇 “angle”。 輸入反正切函數(shù) “ATAN（） 選擇 “Displacement”中的 “Displacement along X”，測(cè)量?jī)牲c(diǎn)在 X 軸 方向的距離， 點(diǎn)擊 件，彈出對(duì)話框， 在 “To Marker”欄中輸入主銷上標(biāo)志點(diǎn) marker_29, 在 “From Marker”欄中輸入主銷 下標(biāo)記點(diǎn) marker_6,點(diǎn)擊 ok， 系統(tǒng)自動(dòng)生成測(cè)量 兩點(diǎn)在 X 軸方 向距離的表達(dá)式。 圖 操作截圖 同理測(cè)量 兩點(diǎn)在 Y 軸 方向的距離 。點(diǎn)擊 “OK”鍵 。完成測(cè)量主銷內(nèi)傾角的表達(dá)式輸入。 圖 操作截圖 27 圖 操作截圖 同 時(shí)， 點(diǎn)擊仿真鍵 ， 系統(tǒng)生成主銷內(nèi)傾角變化的測(cè)量曲線 ，曲線如下： 圖 主銷內(nèi)傾角變化曲線圖 由圖可以看看出主銷內(nèi)傾角并不是在固定不變，而是在范圍內(nèi)變化。 測(cè)量主銷后傾角 在 ADAMS/View 菜單欄中，選擇 BuildMeasureFunctionNew，創(chuàng)建新的測(cè)量函數(shù) 。 在函數(shù)編輯器對(duì)話窗中的測(cè)量名稱 （ Measure Name） 欄輸入： Caster_Anger， 一般屬性 （ General Attributes） 的單位 （ Units） 欄中選擇 “angle”， 輸入反正切函數(shù) “ATAN（） 選擇 “Displacement”中 的 “ Displacement along Z” ，測(cè)量?jī)牲c(diǎn)在 Z軸 方向的距離，點(diǎn)擊 件，彈出對(duì)話框， 在 “To Marker” 欄中輸入主銷 上標(biāo)志點(diǎn) marker_29, 在“From Marker” 欄中輸入主銷 下標(biāo)記點(diǎn) marker_6,點(diǎn)擊 ok， 系統(tǒng)自動(dòng)生成測(cè)量 兩點(diǎn)在Z 軸方向距離的表達(dá)式 。 同理同理測(cè)量 兩點(diǎn)在 Y 軸 方向的距 離 。點(diǎn)擊 “OK”鍵 。完成測(cè)量主銷 后 傾角的表達(dá)式輸入。 28 函數(shù)表達(dá)式為： ATAN( DZ(MARKER_29, MARKER_6)/DY(MARKER_29, MARKER_6)) 點(diǎn)擊仿真鍵 ， 系統(tǒng)生成主銷 后 傾角變化的測(cè)量曲線 ，曲線圖為： 圖 主銷后傾角變化曲線圖 由圖可以看出主銷后傾角在之間變化。 測(cè)量車輪外傾角 函數(shù)表達(dá)式為： ATAN( DY(MARKER_12, MARKER_23)/DX(MARKER_12, MARKER_23)) 點(diǎn)擊仿真鍵 ， 系統(tǒng)生成主銷 后 傾角變化的測(cè)量曲線 ，曲 線圖為： 圖 車輪外傾角變化曲線 從圖中可以看出外傾角在范圍內(nèi)變化。 測(cè)量前輪前束角 函數(shù)表達(dá)式為： ATAN( DZ(MARKER_12, MARKER_23)/DX(MARKER_12, MARKER_23)) 點(diǎn)擊仿真鍵 ， 系統(tǒng)生成主銷 后 傾角變化的測(cè)量曲線 ，曲線圖為： 29 圖 前輪前束角變化曲線 從圖中可以看出外傾角在范圍內(nèi)變化。 測(cè)量車輪接地點(diǎn)側(cè)向滑移量 創(chuàng)建標(biāo)記點(diǎn) MARKER_42 在車輪上，坐標(biāo)值為 （ ， ， ） 創(chuàng)建標(biāo)記點(diǎn) MARKER_43 與大地連接，坐標(biāo)值與 MARKER_42 相同 在 函 數(shù) 編 輯 器 對(duì) 話 窗 中 的 測(cè) 量 名 稱 （ Measure Name ） 欄輸入：Sideways_Displacement。單位 （ Uni