基于ADAMS的汽車不等長(zhǎng)雙橫臂式獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)及振動(dòng)分析說(shuō)明書.doc

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目 錄 摘 要 II Abstract III 1 緒 論 1 1.1課題研究背景 1 1.2課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3不等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架的功能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1 1.4 ADAMS軟件簡(jiǎn)介及在汽車上的應(yīng)用 2 1.5課題主要研究?jī)?nèi)容 3 2不等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì) 4 2.1不等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)要求 4 2.2懸架主要參數(shù)的確定 4 2.3懸架彈簧設(shè)計(jì) 6 2.4懸架減振器設(shè)計(jì) 7 3基于ADAMS的汽車不等長(zhǎng)雙橫臂式獨(dú)立懸架的建模 11 3.1模型的簡(jiǎn)化 11 3.2幾何模型建立 11 4基于ADAMS的不等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架振動(dòng)仿真分析 19 4.1創(chuàng)建懸架系統(tǒng) 19 4.2施加約束 20 4.3不等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架振動(dòng)仿真分析 21 5結(jié)論與展望 25 參考文獻(xiàn) 26 致 謝 27 I 基于ADAMS的汽車不等長(zhǎng)雙橫臂懸架設(shè)計(jì)及振動(dòng)分析 摘 要 懸架做為汽車的重要組成部分之一，對(duì)于汽車的抗振特性起到至關(guān)重要的作用。由于裝有獨(dú)立懸架的汽車影響同側(cè)車輪，在汽車前懸架中已經(jīng)很少使用，所以，本課題研究獨(dú)立懸架。在裝有橫臂懸架的汽車上，正常行駛時(shí)，單橫臂懸架使輪距變化比不等長(zhǎng)雙橫臂懸架作用在輪距上有更大變化，使汽車在行駛時(shí)增加了滑動(dòng)的可能性。設(shè)計(jì)不等長(zhǎng)雙橫臂懸架時(shí)要注意選擇合適的上下臂的比值，以及減振器、螺旋彈簧的規(guī)格，這樣能夠使汽車發(fā)生滑動(dòng)時(shí)由輪胎變形來(lái)解決此問(wèn)題。雙橫臂由于其特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到汽車的前懸架中。特別對(duì)于越野車，面對(duì)更加復(fù)雜的路面，此懸架能夠很好的使汽車有較好的穩(wěn)定性。并且設(shè)計(jì)也靈活多變。本課題采用ADAMS/Car來(lái)創(chuàng)建模型，構(gòu)建懸架系統(tǒng)，利用ADAMS/Car對(duì)懸架的上下橫臂進(jìn)行設(shè)計(jì)，選用螺旋彈簧匹配系統(tǒng)，保證輪胎上下跳動(dòng)時(shí)，符合汽車的震動(dòng)特性。并ADAMS/Car中設(shè)置測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行仿真分析。通過(guò)懸架的振動(dòng)分析，能夠提高整車的減振特性。 關(guān)鍵詞：不等長(zhǎng)雙橫臂懸架；ADAMS；振動(dòng)分析； II Unequal length double wishbone suspension design and car vibration analysis based on ADAMS Abstract Suspension is one of the important components of the car and plays a crucial role in the anti-vibration characteristics of the car. Because the car with independent suspension affects the same side wheel, it is rarely used in the front suspension of the car. Therefore, the subject researches the independent suspension. For an independent suspension, on a vehicle equipped with double wishbone suspensions and single wishbone suspensions, when the normal driving, the wheel change is greater than the unequal double wishbone suspension, so that the car is running Increased the possibility of slippage. When designing unequal double wishbone suspensions, care should be taken to select the appropriate upper and lower arm ratios, as well as the specifications of shock absorbers, coil springs, etc., so that this problem can be solved by tyre deformation when the car is sliding. Due to its characteristics, the double wishbone has been widely used in the front suspension of automobiles. Especially for off-road vehicles, in the face of more complex roads, this suspension can well make the car have better stability. And the design is also flexible and changeable. This project uses ADAMS/Car to create a model, build a suspension system, and use ADAMS/Car to design the upper and lower suspension arms of the suspension. The spiral spring matching system is selected to ensure that the tires meet the vibration characteristics of the car when they run up and down. And set up a test platform for simulation analysis in ADAMS/Car. Suspension vibration analysis can improve the vehicles vibration damping characteristics. Keywords: unequal double wishbone suspension; ADAMS; vibration analysis; III 1緒 論 1.1 課題的背景及意義 汽車在行駛中，懸架起到至關(guān)重要作用，能夠起到減振效果。對(duì)于汽車的獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架，存在的差異決定了性能，以至于現(xiàn)在獨(dú)立懸架得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于非獨(dú)立懸架，車輪發(fā)生跳動(dòng)時(shí)，會(huì)引起另一側(cè)車輪的跳動(dòng)。對(duì)于獨(dú)立懸架，很好避免了這個(gè)現(xiàn)象，由于車橋是段開的，車輪可以單獨(dú)跳動(dòng)，更有助于汽車抗振性。而不等長(zhǎng)雙橫臂屬于獨(dú)立懸架的一種。目前已廣泛運(yùn)用在高級(jí)轎車與賽車上。課題首先利用ADAMS建模，然后運(yùn)用ADAMS軟件對(duì)不等長(zhǎng)雙橫臂式獨(dú)立懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)及振動(dòng)分析，對(duì)懸架進(jìn)行仿真模擬數(shù)據(jù)分析，以達(dá)到更好的減振效果。為汽車懸架設(shè)計(jì)提供參考。 1.2 懸架國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著汽車的發(fā)展，獨(dú)立懸架應(yīng)用越來(lái)越廣，它能夠使非簧載質(zhì)量變小。汽車在行駛中，對(duì)于懸架有越小的非簧載質(zhì)量，它所承受的載荷就越小，整車頻率都會(huì)降低，對(duì)于汽車面對(duì)復(fù)雜道路時(shí)有更好的舒適性。這也是現(xiàn)代越野車前懸架采用獨(dú)立懸架的原因之一。 橫臂式獨(dú)立懸架分為單橫臂與雙橫臂。對(duì)于單橫臂懸架一旦出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)影響整車發(fā)生傾斜，高速時(shí)會(huì)造成嚴(yán)重后果。汽車在正常轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員在裝有雙橫臂懸架的汽車上操作更加方便。雙橫臂懸架只要選擇合適的臂長(zhǎng)度，就能大大減弱單橫臂懸架的弊端。 上述所講的懸架統(tǒng)稱為傳統(tǒng)懸架，由于懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)是固定不變的，其性能也是不變的，無(wú)法在車輛行駛時(shí)隨時(shí)調(diào)節(jié)，使得振動(dòng)特性無(wú)法處于最佳狀態(tài)。隨著汽車的發(fā)展，汽車將面臨各種路況，不在滿足人們的要求。美國(guó)汽車公司率先提出了主動(dòng)懸架，其功能是能根據(jù)汽車形式路況調(diào)節(jié)懸架剛度，使懸架在面對(duì)各種路況時(shí)都能夠提供最佳的減振效果。 1.3不等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架的功能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 如圖2.1所示是某汽車的懸架圖，下圖是不等長(zhǎng)雙橫臂懸架，上下擺臂長(zhǎng)度不一樣。相對(duì)于麥弗遜懸架，相對(duì)復(fù)雜的多。雙橫臂還有一種雙叉臂形式的懸架，其結(jié)構(gòu)和這類似，它們對(duì)于懸架的剛度起到了加強(qiáng)作用。 圖2.1 不等長(zhǎng)雙橫臂懸架結(jié)構(gòu) 1.31彈性元件 本課題采用的彈性元件為螺旋彈簧，螺旋彈簧在懸架的剛度和振動(dòng)特性上起到了很大作用。螺旋彈簧無(wú)需潤(rùn)滑、不忌污漬避免了汽車用戶去維修。占用空間小，對(duì)于整車其他部件設(shè)計(jì)有更多的利用空間。彈簧本身質(zhì)量輕有助于提高汽車的速度。但是螺旋彈簧沒(méi)有減振效果，所以懸架必需安裝減振器。 1.32 導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由控制臂和推力桿組成。在汽車正常行駛時(shí)，保證了運(yùn)動(dòng)的車輪與車架之間力的傳遞作用，是懸架的重要組成部分。同時(shí)可以減小側(cè)傾力，增加汽車的抗振動(dòng)性，使駕駛員有更加舒適的行車體驗(yàn)。 1.33 減振器 減振器對(duì)懸架能起到很好的輔助作用。為了增加車架與車身振動(dòng)衰減，汽車懸架都會(huì)裝有減振器。減振器與彈性元件是并聯(lián)裝置的。對(duì)于減振器阻尼系數(shù)過(guò)大或過(guò)小，分別會(huì)影響振動(dòng)特性和減振器的使用壽命，影響螺旋彈簧的性能，為了解決這個(gè)問(wèn)題，在設(shè)計(jì)減振器時(shí)提出了下列要求： (1) 車架與車橋接近過(guò)程中，減振器的阻尼力應(yīng)較小。有助于彈性元件充分減弱振動(dòng)。 (2) 在懸架壓縮行程中，減振器阻尼力應(yīng)該較大 (3) 當(dāng)車輪與車架相對(duì)速度很大時(shí)，減振器能自動(dòng)調(diào)節(jié)液流速度，使阻尼力保持懸架承受范圍內(nèi)。 1.4 ADAMS軟件在汽車上的應(yīng)用 主要用于汽車產(chǎn)品的開發(fā)，對(duì)于汽車在行駛時(shí)面對(duì)復(fù)雜路況時(shí)，用有限元比較困難，特別是很多機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性沒(méi)有關(guān)聯(lián)，還要分析結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的應(yīng)力，有限元是很難處理這些問(wèn)題，adams可以很好解決這類問(wèn)題，在adams中可以模擬復(fù)雜路況，并生成對(duì)應(yīng)的特性曲線。特別是研究汽車動(dòng)力性能，制動(dòng)性能等方面有很大幫助。列如，研究電動(dòng)代步車的震動(dòng)特性，利用adams軟件模塊中的Car講整車對(duì)其運(yùn)動(dòng)過(guò)程仿真分析，仿真結(jié)果更加明確，更加接近真實(shí)情況，能夠反應(yīng)電動(dòng)代步車測(cè)振動(dòng)特性。并且生成相應(yīng)振動(dòng)曲線，研發(fā)者可以隨時(shí)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)來(lái)選擇最合適方案。在admas/Car中進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí)，可以為車架提供進(jìn)一步的改進(jìn)。 1.5 課題主要研究?jī)?nèi)容 結(jié)合汽車行業(yè)懸架設(shè)計(jì)和制造實(shí)際情況，運(yùn)用ADAMS軟件研究不等長(zhǎng)懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及振動(dòng)特性。首先以某汽車為參考，進(jìn)行懸架主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)。如懸架彈簧設(shè)計(jì)、減振器和上下橫臂的選擇。然后利用ADAMS/Car對(duì)懸架結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模。最后設(shè)置好相關(guān)參數(shù)在該軟件中進(jìn)行振動(dòng)仿真分析，通過(guò)結(jié)果分析懸架系統(tǒng)中各主要定位參數(shù)的變化情況，與初始參數(shù)相比。 3 28 2不等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì) 2.1 不等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)要求 1、通過(guò)彈性特性與阻尼特性的設(shè)計(jì)，保證汽車振動(dòng)頻率低，使懸架能夠承受沖擊力。同時(shí)保證車胎的使用壽命，并且使輪胎足夠的接觸地面的能力。 2、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)能夠合理的傳遞力和力矩，保證車輪合理跳動(dòng)，使汽車具有良好的抗振特性。 3、使汽車有足夠的抗側(cè)傾能力，保證車身穩(wěn)定行駛。 4、方便維修、保養(yǎng)造價(jià)低等特點(diǎn)。 5、懸架設(shè)計(jì)需要結(jié)構(gòu)緊湊。 6、懸架能夠承受車身各種碰撞力，滿足基本校核和使用壽命。 2.2 懸架主要參數(shù)的確定 某汽車參數(shù)如下表2.1所示： 表2.1 某車型參數(shù) 長(zhǎng)/寬/高 4818mm/1843mm/1432mm 軸距 2907mm 前輪距 1563mm 后輪距 1551mm 滿載質(zhì)量 2020kg 空載質(zhì)量 1600kg 滿載軸荷分配 前50%/后50% 空載軸荷分配 前60%/后40% 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 110kw 最大扭矩 250N.m （1） 懸架頻率計(jì)算 假設(shè)——前軸上方車的偏頻率，——后軸上方車身偏頻率，表示車身固有頻率，其值越大，汽車的穩(wěn)定性越差。對(duì)于使用螺旋彈簧的汽車，約為，約為。 為了避免汽車的角震動(dòng)，一般汽車前后懸架頻率之比。取，。因?yàn)樵谠试S范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)時(shí)取 （2） 懸架的工作行程的計(jì)算 懸架的工作行程計(jì)算公式為： （2-1） 式中 ——汽車靜止時(shí)滿載的懸架載荷與此時(shí)剛度之比 ——在滿載時(shí)，懸架壓縮到結(jié)構(gòu)最大變形時(shí)與車輪中心相對(duì)車身的垂直位移。 由公式 （2-2） 可得 懸架動(dòng)撓度： （2-3） 取 汽車在行駛時(shí)，為了防止懸架發(fā)生不必要的碰撞，需要足夠大的動(dòng)撓度。一般取，由于，所以符合要求。工作行程為： 對(duì)于一般的汽車，,所以符合設(shè)計(jì)要求。 （3）簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量的計(jì)算 簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量組成汽車的總質(zhì)量。 1）簧載質(zhì)量：由彈簧支撐的質(zhì)量，包括車身、車架和傳動(dòng)系統(tǒng)。 2）非簧載質(zhì)量：不由彈簧支撐起來(lái)的質(zhì)量，包括車輪、輪胎等。 對(duì)于我國(guó)現(xiàn)狀，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下:獨(dú)立懸架每個(gè)車輪的非懸架質(zhì)量為。一般車型的分配如表2.2所示： 表2.2 懸架種類與懸掛質(zhì)量分布表 懸架類型 非懸掛質(zhì)量/總質(zhì)量 懸掛質(zhì)量/總質(zhì)量 雙橫臂，螺旋彈簧 0.18 0.82 縱臂，螺旋彈簧 0.18 0.82 整體剛性橋，鋼板彈簧 0.26 0.74 因此簧載質(zhì)量 非簧載質(zhì)量 每個(gè)車輪的簧載質(zhì)量為 （符合要求） (4) 懸架剛度計(jì)算 根據(jù)某汽車的參考數(shù)據(jù)，設(shè)汽車簧上質(zhì)量為1312kg；從而簧下質(zhì)量計(jì)算得kg，則計(jì)算可知： 空載前軸單輪軸荷取55%： 假設(shè)，滿載時(shí)有5名體重為60kg的成員。 根據(jù)表2.1所示，滿載軸和分配為50%： 可以得到滿載時(shí)單側(cè)懸架簧載質(zhì)量為：403kg 于是，前懸架的剛度為： 2.3 懸架彈簧設(shè)計(jì) 查書可得彈簧的制作材料選擇60Si2MnA，其主要性能參數(shù)如表2.3中所示： 表2.3彈簧的參數(shù) 性能參數(shù) 數(shù)據(jù) 許用切應(yīng)力[] 剪切應(yīng)力[] 剪切模量G 計(jì)算彈簧直徑時(shí)，可以根據(jù)下面的公式： (2-4) 式中——表示彈簧中徑； G——表示彈簧的剪切模量； i——表示彈簧有效工作圈數(shù)； 取i=8，， 代入計(jì)算可得：d=11.82mm，鋼絲直徑d =12mm。 （3）剛度計(jì)算 彈簧剛度的計(jì)算公式為： (2-5) 所以上述計(jì)算的彈簧剛度符合要求。 （4）；螺旋彈簧表面剪切應(yīng)力校核 彈簧表面的剪切應(yīng)力的公式為： （2-6） 式中 C——表示彈簧旋繞比， ——表示曲度系數(shù)， P——表示彈簧軸向載荷 實(shí)驗(yàn)可得取=100mm最宜，由上式，可以計(jì)算出曲度系數(shù)： 設(shè)減振器的安裝角度為14，則彈簧軸向載荷為： 所以彈簧表面的剪切應(yīng)力為： 因?yàn)?，所以此彈簧的剪切?yīng)力滿足要求。 （5）彈簧的幾何尺寸 先求彈簧所受的最大力，不妨取K=1.7（K——?jiǎng)雍上禂?shù)），最大受力為： 所以彈簧的最大變形量F為： 彈簧節(jié)距t為： 自由高度為： 取。 彈簧外徑D為： 綜上所述，螺旋彈簧參數(shù)如表2.4所示。 表2.4 彈簧參數(shù)表 彈簧參數(shù)名稱 參數(shù)（mm） 彈簧絲直徑 13 彈簧中徑 100 最大變形量 248.22 自由長(zhǎng)度 375 節(jié)距 44.2 2.4 懸架減振器設(shè)計(jì) （1）相對(duì)阻尼系數(shù) ——減震器的相對(duì)阻尼系數(shù)，——懸架剛度，——簧載質(zhì)量 來(lái)判斷振動(dòng)衰減的快慢。一般值越大，懸架的振動(dòng)衰減慢，同時(shí)又能將較強(qiáng)的沖擊傳至車身；值小時(shí)情況相反。因此通常選取振動(dòng)器的壓縮行程小一些，伸張行程的大些。并且。 設(shè)計(jì)時(shí)，先取與的平均值。值一般在，對(duì)于安裝螺旋彈簧的懸架，取。 取，則，計(jì)算得： ， （3） 減振器阻尼系數(shù)的計(jì)算 （2-7） 式中：——表示減震器阻尼系數(shù)。 （2-8） 式中：——表示懸架頻率 化簡(jiǎn)2-7和2-8兩式，。減振器的安裝形式來(lái)決定減振器阻尼系數(shù)的計(jì)算方式。減震器的安裝方式有如下三種，計(jì)算公式均不相同，本次設(shè)計(jì)選擇第二種。 　　　阻尼系數(shù)為： （2-8） 式中，——減震器軸線與鉛垂線之間的夾角。 　　　——減震器在下橫臂的連接點(diǎn)到下橫臂在車身鉸鏈之間的距離。 ——雙橫臂懸架的下臂長(zhǎng)。 由公式： （2-9） 代入數(shù)據(jù)可得： 在下橫臂長(zhǎng)度ｎ不變的情況下， 減振器的安裝角度一般選14左右的時(shí)候較為合適，因此α=14，取 ，按滿載計(jì)算，則： （3）減振器最大卸荷力的確定 為了減弱沖力對(duì)車身的影響，當(dāng)減振器打開卸荷閥時(shí)，此時(shí)活塞的速度我們規(guī)定為，的大小決定了對(duì)車身的沖擊力。按照第二種設(shè)計(jì)方案 （2-10） 式中：的一般值為到； ——表示懸架振動(dòng)的固有頻率； A——表示車身振動(dòng)幅，通常取。 計(jì)算卸荷速度： ——減振器伸張行程的阻尼系數(shù)，——減振器伸張行程的最大卸荷力； 代入數(shù)據(jù)得最大卸荷力： （4） 工作缸直徑D的確定 由下列公式可求得工作缸直徑: （2-11） 其中，[P]——表示工作缸最大允許壓力，取； λ——表示連桿直徑與缸筒直徑的比值，取 代入公式（2-11）： 直徑D選取按照表2.5所示： 表2.5 工作缸直徑選擇表 工作缸直徑（mm） 20 30 40 45 50 65 根據(jù)表2.5選取標(biāo)準(zhǔn)，我們?nèi)?，查閱相關(guān)資料可得活塞總行程，基長(zhǎng)，可計(jì)算出如下數(shù)據(jù)： （2-12） 式中：——表示工作缸拉至低端的長(zhǎng)度。 可得 （2-13） 式中:——表示工作缸拉至頂端的上度。 可得 ——貯油筒直徑，一般取，所以。 綜上所述，減振器的主要參數(shù)如表2.6所示。 表2.6 減振器主要參數(shù) 減振器參數(shù)名稱 數(shù)據(jù)（mm） 工作缸直徑 30 主油缸直徑 42 最大壓縮長(zhǎng)度 350 拉足長(zhǎng)度 590 2.5 上下橫臂長(zhǎng)度選擇 對(duì)于不等長(zhǎng)雙橫臂的上下臂選擇很重要，直接影響其懸架特性，國(guó)外經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，上、下擺臂長(zhǎng)度之比取O.7和O.66為最佳。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，上下橫臂之比通常為0.64最適合。使汽車能夠更加舒適，抗振性更好。同時(shí)也增加了輪胎的使用壽命。 3基于ADAMS的汽車不等長(zhǎng)雙橫臂式獨(dú)立懸架的建模 3.1 模型的簡(jiǎn)化 如圖3.1所示是某汽車不等長(zhǎng)雙橫臂懸架簡(jiǎn)化圖，不等長(zhǎng)雙橫臂懸架是一個(gè)多剛體系統(tǒng)，系統(tǒng)中每個(gè)剛體不受慣性力影響，對(duì)整車震動(dòng)影響不大，在建立模型前，將懸架簡(jiǎn)化更有助于理解懸架結(jié)構(gòu)，有助于三維模型建立。 圖3.1 懸架簡(jiǎn)化圖 3.2幾何模型建立 在ADAMS中建模時(shí)首先要確定各部件的硬點(diǎn)坐標(biāo)。硬點(diǎn)是各零件之間連接處的關(guān)鍵定位點(diǎn)。下面根據(jù)之前設(shè)計(jì)的主要參數(shù)和化簡(jiǎn)后的模型，ADAMS/Car中初步創(chuàng)建不等長(zhǎng)雙橫臂懸架各主要零部件的硬點(diǎn)，如表3-1所示。 表3-1 模型硬點(diǎn)參數(shù) loc x loc y loc z remarks lca_front_iner -288.62 -433.914 -49.682 (none) hpl_lfrt_outer -13.265 -726.084 -162.095 (none) lca_rr_iner 35.985 -397.039 -85.817 (none) lca_rr_outer 12.677 -711.775 -219.429 (none) Uca_frt_iner -36.228 -500.979 435.123 (none) Uca_rr_inner 222.881 -499.371 412.188 (none) Uca_outer 83.209 -690.668 350.354 (none) Link_to_knuckle_ref 97.295 -654.494 106.48 (none) Knuckle_center 7.021 -725.908 -83.704 (none) Tierod_outer -153.67 -747.519 -153.223 (none) Wheel_center 6.288 -824.467 -85.085 (none) Drive_shaft_inner 27.36 -426.312 -8.287 (none) Strut_upr 118.368 -477.713 539.517 (none) Strut_lwr 18.027 -641.792 -191.523 (none) Strut_lwr_ref 2.729 -641.792 -191.523 (none) Spring_lower 72.983 -550.61 205.79 (none) Subframe_frt -400.0 -450.0 150.0 (none) Subftame_rr 400.0 -450.0 150.0 (none) 3.21 啟動(dòng)并設(shè)置工作環(huán)境 啟動(dòng)ADAMS/Car，進(jìn)入Template Builder模式，完成建模需要對(duì)模型建立文件名，點(diǎn)擊File>New>New Template命令，在New Template后面的文本框中輸入“mac——懸架模型名稱”，點(diǎn)擊確定，完成創(chuàng)建。 在ADAMS/Car里創(chuàng)建模型一般分為三步： （1）先創(chuàng)建硬點(diǎn)，硬點(diǎn)是一切模型創(chuàng)建的基礎(chǔ)，每一個(gè)硬點(diǎn)都有三個(gè)坐標(biāo)值，分別代表X、Y、Z坐標(biāo)值。 (2)創(chuàng)建部件。創(chuàng)建硬點(diǎn)就是用來(lái)完成創(chuàng)建部件。 (3)創(chuàng)建部件間的運(yùn)動(dòng)副，需要用到創(chuàng)建部件的名稱，和硬點(diǎn)，來(lái)確定運(yùn)動(dòng)副的位置。 3.22 建立下前控制臂 （1）單擊ADAMS主菜單欄中Hardpoints命令，在Create Hardpoints對(duì)話框中輸入第一個(gè)硬點(diǎn)“l(fā)ca_front_iner”的坐標(biāo)值。按照表3.1來(lái)填寫，完成硬點(diǎn)創(chuàng)建，結(jié)果如下圖3.2所示 圖3-2 “l(fā)ca_front_iner”硬點(diǎn)創(chuàng)建 （2）重復(fù)上述步驟完成另外硬點(diǎn)“hpl_lca_rear”的創(chuàng)建。 （3）單擊新建General Part命令，在“Create General Part”對(duì)話框中設(shè)置相關(guān)內(nèi)容，完成創(chuàng)建。 （4）單擊新建連桿Arm Geometry命令，在“Create Arm Geometry”對(duì)話框中設(shè)置相關(guān)內(nèi)容，可以看到創(chuàng)建的下前控制臂如圖3.3所示。 圖3.3 下前控制臂幾何圖形 3.23 創(chuàng)建下后控制臂 首先需要?jiǎng)?chuàng)建“l(fā)ca_rr_iner”、“l(fā)ca_rr_outer”、“l(fā)ca_rr_iner” 這三個(gè)硬點(diǎn)坐標(biāo)。按上述相同步驟在Part中建立部件，在Geometry中建立運(yùn)動(dòng)副。結(jié)果如圖3.4所示 圖3.4 下控制臂幾何圖形 3.24 創(chuàng)建上控制臂 與創(chuàng)建下后控制臂相同建立上控制臂，結(jié)果如圖3.5所示 圖3.5 上下控制臂幾何圖 3.25 創(chuàng)建轉(zhuǎn)向節(jié) 與上述相同步驟創(chuàng)建“l(fā)ink_to_knuckle_ref”、“knuckle_center”、“tierod_outer” 這個(gè)三個(gè)硬點(diǎn)坐標(biāo)和Part。在Geometry創(chuàng)建三個(gè)轉(zhuǎn)向節(jié)幾何體，每一個(gè)步驟都是選擇Geometry>link>new，在彈出對(duì)話框中選擇“Coordinate Reference——代表控制臂硬點(diǎn)坐標(biāo)”中選中每個(gè)轉(zhuǎn)向節(jié)所要連接的控制臂坐標(biāo)，點(diǎn)擊ok即可。結(jié)果如圖3.6所示 圖3.6 轉(zhuǎn)向節(jié)幾何模型 3.26 創(chuàng)建輪毅 （1）首先需要?jiǎng)?chuàng)建“wheel_center”硬點(diǎn)坐標(biāo)。 (2)建立參數(shù)變量主要是輪胎定位參數(shù)，點(diǎn)擊build下拉菜單午選擇patameter batiable>new，在出現(xiàn)的對(duì)話框里輸入前束角參變量。以上述同樣方式建立外傾角參數(shù)變量和驅(qū)動(dòng)軸變量。 (3)創(chuàng)建輪心處的Cnostruction Frame，同樣選擇Build下拉菜單，點(diǎn)擊Construction Frame>new。完成上述創(chuàng)建，結(jié)果如圖3.7所示： 圖3.7 輪毅硬點(diǎn)圖 (3)與上述方法相同；完成輪毅的Part，Geometry的建立，如圖3.8所示 圖3.8 輪毅幾何圖 3.27 創(chuàng)建傳動(dòng)軸幾何體 (1)創(chuàng)建傳動(dòng)軸與變速箱輸出端的連接硬點(diǎn)與上述方法相同，由于傳動(dòng)軸硬點(diǎn)與本次建立的其中一個(gè)硬點(diǎn)重合，因此不需要重新建立，同時(shí)完成部件和部件連接副的建立。 (2)選擇Geometru>Ellipsoid>New創(chuàng)建傳動(dòng)軸外端萬(wàn)向節(jié)球籠幾何體，并且完成幾何體的創(chuàng)建 (3)方法相同，創(chuàng)建tipot幾何體，完成之后如圖3.9所示 圖3.9 傳動(dòng)軸幾何體 3.28 創(chuàng)建減震器 （1）創(chuàng)建減震器上下硬點(diǎn)，創(chuàng)建減震器上下體part （3）創(chuàng)建Damper?？梢栽贒amper中修改減振器外觀直徑，特性等，為后面分析時(shí)需要修改數(shù)據(jù)帶來(lái)最直接的方法。 （4）創(chuàng)建減震器上端的車身替代體，完成創(chuàng)建，如圖3.10所示 圖3.10 減震器幾何體 3.29 創(chuàng)建彈簧 （1）建立彈簧上下硬點(diǎn)，其中上點(diǎn)采用減震器上硬點(diǎn)，下點(diǎn)如圖3.11所示 圖3.11 硬點(diǎn)對(duì)話框 (2) 創(chuàng)建彈簧，點(diǎn)擊Build>Ferce>Spring>New，設(shè)置與減震器上下硬點(diǎn)的連接 (3) 在彈簧上右擊鼠標(biāo)，會(huì)看到Modify，選中Modify，會(huì)出現(xiàn)設(shè)置框，這里可以調(diào)整彈簧的圈數(shù)外徑等數(shù)據(jù)。最后確定參數(shù)，得到不等長(zhǎng)雙橫臂懸架模型。 3.210 創(chuàng)建副車架 (1) 創(chuàng)建副車架車身替代體Mount Part，按照?qǐng)D3.12所示填寫： 圖3.12 Mount Part對(duì)話框 (2) 創(chuàng)建前副車架Part (3) 創(chuàng)建車架輪廓，首先建立襯套兩個(gè)硬點(diǎn)坐標(biāo)，之后完成連接，結(jié)果如圖3.13所示 圖3.13 副車架連接圖 8創(chuàng)建懸架參數(shù) （1） 創(chuàng)建懸架外傾與前述，點(diǎn)擊Toe/Camber Value，設(shè)置相關(guān)內(nèi)容，如圖3.14所示 圖3.14 Set Toe對(duì)話框 （2）創(chuàng)建懸架轉(zhuǎn)向軸線，給定主銷兩端硬點(diǎn)位置，創(chuàng)建主銷，設(shè)置相關(guān)內(nèi)容，如圖3.15所示，完成創(chuàng)建。 圖3.15 Suspension Parameters Array對(duì)話框 （3）最后保存模型。 通過(guò)以上步驟，基于ADAMS的不等長(zhǎng)雙橫臂懸架建模完成，其中建立了懸架主要部件，為后面的振動(dòng)分析提供了模型。 4 基于ADAMS的不等長(zhǎng)雙橫臂懸架振動(dòng)仿真分析 4.1創(chuàng)建懸架系統(tǒng) （1） 啟動(dòng)ADAMS/Car，選擇“Standard Interface”模式。 （2） 之后點(diǎn)擊“Subsystem”命令，建立一個(gè)懸架系統(tǒng)結(jié)果如圖4.1所示。 圖4.1“New Subsystem”對(duì)話框 4.1.2 基于懸架系統(tǒng)創(chuàng)建懸架總成 （1） 點(diǎn)擊Bulid>Suspension Assembly命令，新建一個(gè)懸架總成。 （2） 在”Assembly Name”中填寫相關(guān)內(nèi)容，結(jié)果如圖4.2所示。 （3） 點(diǎn)擊確定，得到如圖4.3所示的懸架總成。 圖4.2 “New Suspension Assembly”對(duì)話框 圖4.3雙衡臂懸架總成 4.2 施加約束 （1） 彈簧剛度的設(shè)置。點(diǎn)擊Tool>Curve Manger命令，在“”欄目中設(shè)置彈簧剛度，結(jié)果如圖4.4所示。 圖4.4 設(shè)置彈簧剛度 （2） 設(shè)置減振器阻尼系數(shù)。在“Curve Manger”對(duì)話框中，選擇>，在彈出的任務(wù)欄中，填寫相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖4.5所示。 圖4.5 器阻尼系數(shù) （3） 選擇命令。設(shè)置“Tire Unloaded Radius”“Tire Stiffness”中相關(guān)內(nèi)容，結(jié)果如圖4.6所示。 圖4.6“Setup Parameters”對(duì)話框 4.3 不等長(zhǎng)雙橫臂懸架振動(dòng)仿真分析 4.3.1 實(shí)驗(yàn)所測(cè)初始數(shù)據(jù) 上述已經(jīng)進(jìn)行雙橫臂懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算、模型建立。下面通過(guò)前輪前束、前輪外傾、主銷后傾角和主銷內(nèi)傾角的參數(shù)變化規(guī)律與某車數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，分析懸架的振動(dòng)特性。 某汽車側(cè)傾角如下表4.1所示： 表4.1 某汽車側(cè)傾角參數(shù) 前輪外傾/（） 前輪前束/（） 主銷后傾角/（） 主銷內(nèi)傾角/（） 1.20 0 7.08 11.62 利用ADAMS/Car進(jìn)行仿真分析。選擇雙輪同向激勵(lì)來(lái)進(jìn)行雙橫臂懸架的振動(dòng)分析，我們?cè)O(shè)置仿真行程100步，設(shè)置車輪跳動(dòng)行程為-100～100mm。 （1） 前輪外傾角 前輪外傾角使汽車操縱更加穩(wěn)定，特別是汽車轉(zhuǎn)彎過(guò)程時(shí)，起到很重要的作用，使車輪與地面接觸面積大，更有利于輪胎的抓地，延長(zhǎng)輪胎使用壽命。 不同的車型對(duì)于前輪外傾角要求有差距，本課題為1.2左右最適合，對(duì)于某車不等長(zhǎng)雙橫臂懸架，由于有降低車頭的優(yōu)勢(shì)，在理想狀態(tài)下，外傾角變化范圍一般在1～2之內(nèi)。 設(shè)置好參數(shù)，按，ADAMS可以得到如圖4.7所示的外傾角變化過(guò)程，能夠看出隨著車輪的跳動(dòng)，前輪外傾角逐漸變小，外傾角變化范圍為。 圖4.7車輪外傾角振動(dòng)曲線 （2）前輪前束角 本課題 前輪前束角越小，可以更有效的控制車輛行駛的穩(wěn)定性，本次課題汽車一般在0，在理想狀態(tài)下，前輪前束角的隨車輪跳動(dòng)的變化曲線大致為直線。 前輪前束角的變化范圍如圖4.8所示，隨著車輪跳動(dòng)，前述角逐漸減小，且減緩的頻率逐漸降低，前述角的變化范圍為-1.8～5.82。 圖4.8車輪前束振動(dòng)曲線 （3）主銷后傾角 主銷后傾角太小時(shí)，當(dāng)駕駛員在乘坐時(shí)，前輪的跳動(dòng)會(huì)使駕駛員不易操作，影響駕駛員的舒適性；合適的主銷后傾角能夠改善駕駛體驗(yàn)，如果左右車輪后傾角差距大時(shí)，很難保持汽車行駛路線。 ADAMS可以得到如圖4.9所示的后傾角隨車輪跳動(dòng)，后傾角先增大，后趨于平緩之后再增大，后傾角變化范圍為 。 圖4.9主銷后傾角振動(dòng)曲線 （4）主銷內(nèi)傾角 汽車在行駛中，車輪的自動(dòng)回復(fù)能力使駕駛員更容易操縱，主銷內(nèi)傾角可以很好提供車輪回復(fù)能力。但是，主銷內(nèi)傾角不能過(guò)大，特別是在高速行駛時(shí)，輪胎會(huì)磨損更嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致車輪不能正長(zhǎng)回復(fù)，本課題研究的汽車一般將主銷內(nèi)傾角設(shè)置在 7～13之間。 根據(jù)4.10分析可以得到主銷內(nèi)傾角隨車輪振動(dòng)逐漸怎么增大，主銷內(nèi)傾角變化范圍為。 圖4.10主銷內(nèi)傾角振動(dòng)曲線 根據(jù)以上建模分析過(guò)程，可以得到如下的結(jié)論： （1）前輪外傾角在隨著輪胎的振動(dòng)，變化范圍很小，總體上看，始終與初始1.2相差不多，能夠保持在汽車承受范圍內(nèi)。因此不需要優(yōu)化。 （2）前輪外傾角變化中，變化要稍大一些，但是增加與減少的相對(duì)量比較小，在汽車正常行駛范圍內(nèi)。不需要優(yōu)化。 （3）由圖4.9可知，在汽車60-80跳動(dòng)行程中，外傾角變化達(dá)到了類似最大值，但是在80車輪跳動(dòng)行程之后又開始增加，整體上升曲線，更有利于駕駛員的操作，并且變化曲線符合表4.1中外傾角的角度，所以不需要優(yōu)化。 （4）由圖4.11可以看出，主銷內(nèi)傾角的變化范圍符合一般內(nèi)傾角的變化范圍，且最大變化范圍沒(méi)有超過(guò)13，表4.1中內(nèi)傾角也在這個(gè)變化范圍內(nèi)，所以不需要優(yōu)化。 5 結(jié)論與展望 首先，課題對(duì)懸架做了簡(jiǎn)介，說(shuō)明了課題的研究背景和意義，介紹了ADAMS軟件在汽車方面的應(yīng)用以及不等長(zhǎng)雙橫臂懸架的功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 其次，在對(duì)不等長(zhǎng)上橫臂懸架設(shè)計(jì)時(shí)，說(shuō)明了它的主要結(jié)構(gòu)，以及每個(gè)結(jié)構(gòu)所起的作用。因?yàn)椴坏乳L(zhǎng)懸架過(guò)于復(fù)雜，只介紹了主要部分。本課題只對(duì)懸架的整體參數(shù)，減震器，彈性元件和上下橫臂進(jìn)行了設(shè)計(jì)。利用往年的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，并且進(jìn)行校核，確定每個(gè)結(jié)構(gòu)主要數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)懸架時(shí)，用到了大學(xué)所學(xué)知識(shí)，并學(xué)會(huì)了運(yùn)用到實(shí)踐中，也讓我更加理解。 在確定了不等長(zhǎng)雙橫臂懸架基本參數(shù)后，需要對(duì)其進(jìn)行三維建模和分析。本課題運(yùn)用ADAMS/Car軟件建立了前懸架模型并進(jìn)行了仿真震動(dòng)分析。由于建模過(guò)程不同于其他的建模軟件，一般先建立硬點(diǎn)，在建立幾何外形，添加運(yùn)動(dòng)副。對(duì)于我來(lái)說(shuō)建模過(guò)程的難點(diǎn)是建立連接副，由于建立懸架用到了18個(gè)硬點(diǎn)，每個(gè)硬點(diǎn)建立之后都會(huì)形成固定點(diǎn)，總共36個(gè)點(diǎn)，建立連接副時(shí)很容易出錯(cuò)，只要其中一個(gè)硬點(diǎn)找錯(cuò)，都是無(wú)法進(jìn)行，并且很難修改，我一般只能重新建模，還有就是運(yùn)動(dòng)副的建立，每一步要明白建立哪兩個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)副，不能出錯(cuò)，這些磨練讓我懸架結(jié)構(gòu)有了全新的認(rèn)知。 在振動(dòng)分析時(shí)，需要建立懸架子系統(tǒng)，設(shè)置由計(jì)算得到的阻尼系數(shù)等等，每一個(gè)步驟都是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，不能都絲毫錯(cuò)誤，努力得到了收獲，最終分析結(jié)果符合。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)雙橫臂有了更多的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也讓我學(xué)會(huì)了一款新軟件，豐富了我的知識(shí)，也同時(shí)增加了個(gè)人自信心。也讓我了解了ADAMS軟件的強(qiáng)大之。 對(duì)于汽車，面對(duì)路況的多種變化，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件建模分析，更容易實(shí)現(xiàn)各種情況的模擬，我相信，未來(lái)在懸架的開發(fā)技術(shù)上一定會(huì)越來(lái)越好，能更好的運(yùn)用到汽車中。 參考文獻(xiàn) [1]王勖, 黃晶晶, 何班本,等. 雙橫臂獨(dú)立懸架安裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析[J]. 汽車科技, 2017(4). 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