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双横臂前悬架参数匹配与运动仿真【汽车类】【10张CAD图纸】【优秀】

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关键词：: 双横臂前悬架参数匹配运动仿真汽车 cad图纸

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双横臂前悬架参数匹配与运动仿真

60页 19000字数+说明书+任务书+开题报告+proe三维图+10张CAD图纸【详情如下】

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摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1悬架的概述1

1.2 独立悬架结构、类型和特点2

1.3 课题的主要意义5

1.4 设计内容概述5

第2章双横臂独立悬架设计计算6

2.1选取同类车型参数6

2.2 悬架主要参数的确定6

2.3 簧载质量与非簧载质量7

2.4弹性元件计算8

2.5减震器计算12

2.5.1相对阻尼系数12

2.5.2筒式减震器工作缸D确定14

2.6导向机构设计15

2.6.1侧倾中心15

2.6.2横向平面内上下横臂轴布置方案16

2.6.3水平面内上下横臂轴的布置方案16

2.7上下横臂长度确定17

2.8半轴计算17

2.9 车轮计算18

2.10本章小结18

第3章基于ADAMS/View的悬架优化分析19

3.1ADAMS介绍19

3.2悬架建模关键点确定20

3.3添加连接副21

3.4添加移动副22

3.5测量参数值23

3.6悬架的特性曲线27

3.7仿真结果分析30

3.8悬架部件尺寸参数化30

3.9制定界面35

3.10设计参数的研究分析38

3.11优化方案46

3.12优化结果分析48

3.13本章小结49

第4章悬架实体建模50

4.1Pro/E介绍50

4.2悬架零件实体建模50

4.2.1螺旋弹簧的创建50

4.1.2轮胎的创建51

4.1.3盘式制动器创建51

4.1.4转向拉杆创建52

4.1.5上横臂的创建53

4.1.6下横臂创建53

4.1.7半轴创建53

4.1.8叉形件的创建54

4.1.9转向节创建54

4.3悬架的装配54

4.4本章小结54

结论55

参考文献56

致　谢57

附录58

摘要

本设计是基于ADAMS/view双横臂独立悬架的仿真与优化，利用ADAMS多体力学软件建立双横臂独立悬架的多刚体模型，通过对模型中的车轮施加运动约束从而对其进行运动性能的仿真分析，从而获得该车轮定位角的变化，将其设计要求和分析结果对比，可以得出悬架结构设计的合理性及需要改进的地方。此外，对双横臂独立悬架做了合理的简化，建立了双横臂独立悬架力学及虚拟样机的模型，并在虚拟样机软件ADAMS/view模块上进行仿真，在此基础上对前悬架的各个参数进行优化设计，使其得到悬架振动达到最优值，从而为设计和改进提供快速、可靠的技术依据，达到大幅度降低设备研制成本，大大降低了轮胎的磨损情况的目的。

关键词：双横臂独立悬架；ADAMS ；运动仿真；参数匹配;；虚拟样机

ABSTRACT

The design is simulation and optimization of double wishbone suspension based on ADAMS/view, we modeling the multi-rigid of Double-wish-bone Independent suspension by using the modtion view ,and then ,start the simulation after constraining the vehicle wheels and we can get the change of the vehicle location angle ,finally,compare the simulation result with the design requirement , we will find whether the tesultment the dement of design which performence should be improved.

Desides ,according to mechincs of vibration and dynamics of multi-body system ,a virtual prototype model of wishbone type independent front suspension was established model, the parameters of front suspension were optimized to minimize the vibration of front suspension. Thus, it provides a quick and reliable technical basis for designing and improveing, reduce cost of equipment developed and purpose of the tyre wear.

Keywords : Double wishbone suspension; ADAMS; Movement Simulation; Matching parameters; Virtual prototype

第2章双横臂独立悬架计算

2.1 选取同类车型参数

本次设计选用车型为2011款比亚迪F6舒适型2.0L手动挡，设计前悬架参考的主要参数如下表2.1。

表2.1 参考车型主要参数

车身长/宽/高（mm）4850/1822/1465

整车整备质量（kg）1435

总质量（kg）1435+570=1785

前轮距（mm）1551

后轮距（mm）1551

前轮胎规格205/65R15

前轮辋规格6.5J15

最小离地间隙（mm）150

结论

现代汽车悬架的发展十分快，不断出现崭新的悬架装置。悬架技术的每次跨越，都和相关学科的发展密切相关，如计算机技术、自动控制技术、运动仿真等，为悬架的进一步发展提供了有力的保障。悬架的发展也给相关学科提出更高的理论要求，使人类的认识迈向新的、更高的境界。汽车悬架系统是一个比较复杂的多体系统，所以开发和设计合理的汽车悬架系统是十分重要。

传统的汽车悬架系统设计都要通过多次物理样机的实验，花费了大量的时间和金钱。因此，汽车悬架系统的虚拟样机仿真分析具有十分重要的意义，虚拟样机技术是在不制造出物理样机的情况下，通过计算机的仿真分析提供悬架设计的仿真数据，为实际悬架系统的设计提供可靠依据。大大缩短了生产周期，提高生产效率。

本设计基于机械系统动力学仿真分析软件ADAMS直接创建完全参数化的机械系统几何模型，运用了pro/e软件将优化好的尺寸，构建实体模型，大体设计如下：

首先，搜集资料双横臂独立悬架结构及结构优势进行学习，通过对独立双横臂悬架的结构分析，选出在设计中需要参数化的尺寸。

其次，运用ADAMS/View软件建立双横臂独立悬架等效物理模型，加上路面的激励后分析车轮跳动时悬架的各种参数的变化。优化分析参数值，使其达到车轮侧滑量最低，减小太磨损，提高其使用寿命。

再次，总结优化分析结果，由于汽车悬架的主销后倾角、主销内倾都在合理范围内，主要针对车轮前束、车轮外倾及车轮侧滑量，进行性分析，根据上下横臂的长度、倾角不同，选出参数在其不同取值下的最优值。优化后车轮外倾角由优化前的-1.3~3.3优化为-0.1~2.6，前轮前束角由优化前的-1.8~3优化为-0.8~1.05，前轮接地点横向侧滑量由优化前的-2.3mm~16mm优化为-0.3mm~9.2mm取得了明显优化效果，车轮接地点横向侧滑量在合理范围内。虽然有一定的负值，但数值比优化前明显改善，对轮胎磨损影响明显降低。

最后，利用计算机辅助设计软件Pro/E，建立了双横臂独立悬架各部件的三维实体模型，并将其根据连接关系组装，便于观看，创建分解图型。

本次设计主要意义，经过分析优化后，改善了传统物理样机试验的繁琐，节省了时间和费用，为实际生产提供有力依据，缩短生产周期，有显著的实际意义。

参考文献

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[17]梁新成，黄志刚，朱亭，穆以东.汽车悬架的发展现状和展望[D]：北京工商大学机械自动化学院，2006.2.30.

[18Peng Shuang, Song Jian.State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy, Tsinghua University, Post Code 100084

[19]Using ADAMS/View Function Builder Version 12.0. MDI[J]. 2002

[20]Keiichi Motoyama Ph D. Takashi Yamanaka A Study of Suspension Design Using Optimization Technique and DOE [J]. 2000

内容简介：: 毕业设计（论文）中期检查表填表日期2010年 4 月 20 日迄今已进行 8 周剩余 8 周学生姓名侯金龙系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-2班指导教师姓名杨兆职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称高空作业车改装设计学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容1、双横臂独立悬架零部件布置；2、各部件的计算校核；3、掌握ADAMS软件使用；4、使用ADAMS创建悬架物理模型；1、进行ADAMS运动分析，根据生成运动曲线，分析需要优化的参数。2、将零部件变量参数化，进行参数化分析，根据不同数值对应参数值，合理选取数值。3、根据优化后数值，创建pro/E实体模型。4、将三维模型转化为二维工程图。存在问题及努力方向1、ADAMS物理模型各部件约束关系，需要具体学习；2、pro/E使用需要温习和深入的学习掌握。学生签字：指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名侯金龙系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-2指导教师姓名杨兆职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称双横臂前悬架参数匹配与运动仿真一、设计目的、意义目的：本课题研究的目的就在于运用CAD/CAE技术对车辆双横臂式悬架的虚拟设计，在试制前的阶段进行设计和试验仿真，并且提出优化设计的意见，获得分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系。获得相关数据，在产品制造出之前，就可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率，为生产实际提供理论支持。意义:悬架是车辆重要的组成部分。其主要任务是传递车轮与车架之间的力和力矩，并缓和冲击、衰减振动。对改善车辆的行驶平顺性、减轻车辆自重以及减少对公路的破坏具有重要息义。在传统悬架系统设计、试验、试制过程中必须边试验边改进，从设计到试制、试验、定型，产品开发成本较高，周期长。运用虚拟样机技术，结合虚拟设计和虚拟试验，可以大大简化悬架系统设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，提高产品质量和产品的系统性能，获得最优设计产品。二、设计内容、技术要求（研究方法）主要内容：分析麦弗逊式悬架的结构和悬架设计要求，在悬架设计中，根据整车的布置要求以及经验数据，确定悬架的整体空间数据和性能参数，运用PRO/E建立三维物理模型，并在ADAMS软件平台上建立麦弗逊悬架的简化物理模型，进行动力学仿真分析，通过分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系获得相关数据，优化相关参数，建立虚拟麦弗逊选件模型。主要技术指标：1）车轮跳动时，轮距变化不超过4mm以防止轮胎早期磨损；2）车轮跳动时，前轮定位角变化特性合理；3）转弯时，车身在0.4g侧向加速度作用下，车身侧倾角不大于35，并保证车轮与车身倾斜同向，以增加不足转向效应；4）制动及加速时，车身应有“抗点头”及“抗后坐”效应；5）应具有足够的强度，以可靠地承受及传递除垂直力以外的力和力矩。三、设计完成后应提交的成果（1）设计说明书一份，包括设计计算部分内容；（2）通过虚拟软件ADAMS/View 进行仿真分析；（3）建立双横臂的PRO/E物理模型；（4）物理模型图一套。四、设计进度安排（1）调研、资料收集、完成开题报告第1、2周（2月28日3月6日）(2) 根据给出的相关尺寸参数进行相关部件的参数计算，并进行验证第 3、4周（3月7日3月20日）(3) 在ADAMS软件平台上建立零件的等比例物理模型，进行运动学分析第5、6、7周（3月21 4月10日）（4）利用部件的链接关系建立部件之间的装配第8、9、10、11周（4月115月8日）（5）设计1.5万字说明书一份，零件图一套（包括PRO/E零件图）第12、13、14周（5月9日5月29日）（6）毕业设计审核、修改第15、16周（5月30日6月12日）（7）毕业设计答辩准备及答辩第17周（6月13日6月 19日）五、主要参考资料（1）汽车教材：汽车构造、汽车理论、汽车设计、专用车设计等；（2）设计手册类书籍：汽车设计手册、机械设计手册等；（3）期刊文献资料：中国期刊网（学校图书馆期刊）中双横臂悬架的相关资料（关键词：双横臂前悬架；参数匹配；运动仿真；ADAMS；Pro/E ）；（4）新闻及网络资料等。六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日优秀毕业设计推荐表题目双横臂独立悬架参数匹配与运动仿真类别设计学生姓名侯金龙院（系）、专业、班级汽车与交通工程学院、车辆工程07-2指导教师杨兆职称讲师设计成果明细：答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院、系公章：年月日备注：毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目:双横臂独立悬架参数匹配与运动仿真院系名称:汽车与交通工程学院专业班级: 车辆工程07-2 学生姓名: 导师姓名: 开题时间: 2011年3月11日指导委员会审查意见：签字：年月日毕业设计（论文）开题报告学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-2指导教师姓名职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称双横臂独立悬架参数匹配与运动仿真一、课题研究现状、选题目的和意义研究现状：悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架和车身弹性的连接在一起，其性能优劣直接影响到汽车行驶平顺性、操纵稳定性、转向轻便性和轮胎的使用寿命。悬架的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力造成的力矩传递到车架上，并且缓和由不平等路面传给车架的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车平顺地行驶。从20世纪80年代后期开始，为了提高行驶安全性，越来越多的高级轿车悬架采用了双横臂结构。双横臂式独立悬架的两个摆臂长度可以相等，也可以不等。车轮上下跳动时，车轮轮轴绕两个横臂转动，因而两个横臂也称摆臂，在上部的称上摆臂，下部称下摆臂，由于两个摆臂均为横向布置，所以称为双横臂或双摆臂。现代汽车的断开式前桥系统大多数采用双横臂式独立悬架机构，以保证在各种行驶条件下获得平顺性和操纵稳定性的最佳匹配。由于悬架性能对整车的平顺性和操纵稳定性的影响很大，所以采用计算机辅助计算，提高其设计质量。传统的设计方法通常采用平面作图法或是平面解析法，由于忽略了悬架机构系统的空间布置形式，很难获得较好的优化结果。双横臂独立悬架是目前汽车中使用最广泛的独立悬架之一。双横臂独立悬架是一种比较复杂的多环路空间机构、其运动直观性差、参数确定相当复杂，给运动分析带来极大的困难，机械系统分析软件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）是世界上应用广泛的机械系统动力学仿真分析软件。其中，在汽车工业中的应用最为广泛，目前已成为世界各主要汽车公司及其零部件供应商的主要动力学仿真软件。对于机械系统的模型的建立，可以不再为机械系统的复杂而烦恼，因为我们运用ADAMS软件所要做的仅仅是将实际系统抽象为物理模型，并且将物理模型在ADAMS软件的平台上表现出来，剩下的诸如建立数学模型，求解都由ADAMS软件来完成。通过ADAMS对样车建模，并且仿真分析了在车轮转向和车轮上下跳动时前轮定位参数等性能参数的变化情况。对比了优化前后的特性曲线，优化之后的转向梯形使车轮在转向时左右车轮转角更加符合理论转角关系，从而降低了轮胎磨损，提高的行车平顺性和安全性。对改善车辆的行驶平顺性、减轻车辆自重以及减少对公路的破坏具有重要意义。在悬架系统在运动学性能分析过程中，主要反映为车轮受上下跳动激励时车轮定位角的变化情况。在车轮行驶过程中正常轮跳行程内让车轮定位参数在合理的范围内，以保证汽车设计所期望达到的性能。车轮定位参数主要包括主销内倾角、主销后倾角、车轮外倾角和车轮前束量等。传统悬架系统设计、试验、试制过程中必须边试验边改进，从设计到试制、试验、定型，产品开发成本较高，周期长。运用虚拟样机技术，结合虚拟设计和虚拟试验，可以大大简化悬架系统设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，提高产品质量和产品的系统性能，获得最优设计产品。目的及意义：通过分析研究双横臂独立悬架的运动特性以及各组成部件的特性，提出一套实用的汽车前独立悬架设计分析方法，运用Pro E和ADAMS，对双横臂独立悬架进行建模和运动学仿真分析，从而为设计和改进提供快速、可靠的技术依据，达到大幅度降低设备研制成本的目的。在试制前的阶段进行设计和试验仿真，并提出优化设计的意见，获得分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系。获得相关数据，在产品制造出之前，就可以发现并更正设计的缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率。在实际设计双横臂独立悬架过程中定位参数设定复杂，通过ADAMS和Pro E参数匹配有效解决该问题，为悬架设计者节省了时间和精力。在此次悬架设计中，我将对双横臂独立悬架有更为细致的认识，把大学中所学基础知识系统的综合运用，这样可以使我对专业知识进一步的巩固和提升，悬架设计难点在于个个参数的合理匹配，计算量相对比较大，需要反复的修正和匹配参数，从中我将会真正体会到今后工作中应具背的心态。此外，在设计中我需要用到ADAMS软件，我从未接触过，需要自己独立的进行学习，这对我是个考验，也是能力提升的好机会，为今后的设计工作打下了良好的基础。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题基本内容：分析双横臂独立式悬架的结构和悬架设计要求，在悬架设计中，根据整车的布置要求以及经验数据，确定悬架的整体空间数据和性能参数，运用PRO/E建立三维物理模型，并在ADAMS软件平台上建立双横臂独立悬架的简化物理模型，进行动力学仿真分析，通过分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系获得相关数据，优化相关参数，建立虚拟双横臂独立选件模型。主要技术要求：1、车轮跳动时，轮距变化不超过4mm以防止轮胎早期磨损。2、车轮跳动时，前轮定位角变化特性合理。3、转弯时，车身在0.4g侧向加速度作用下，车身侧倾角不大于3-5，并保证车轮与车身倾斜同向，以增加不足转向效应。4、制动及加速时，车身应有“抗点头”及“抗后坐”效应。5、应具有足够的强度，以可靠地承受及传递除垂直力以外的力和力矩。解决的问题：1.ADAMS软件没有基础，需要借助相关参考书进行学习，在遇到无法独立解决问题是向老师请教，预计在一周内掌握其基本操作，在设计过程中不断深入了解。2.虽然现在对悬架基本设计有了一定的头绪，大体有了掌握，但细节上还不能完全深入体会，这就需要我多参照相关悬架设计参考书或文献，不断完善自己的设计。3.Pro E基本操作需要重新温习，达到熟练掌握，Pro E还需进一步深入了解和掌握，在平时练习外，还需要虚心向同学、老师请教。4.此次设计需要创新，这就需要对双横臂独立悬架结构和参数之间的匹配有深刻的认识，大量阅读相关资料必不可少，将自己的理解整理好与导师请教，使自己对双横臂独立悬架设计思想不断升华。三、技术路线（研究方法）收集资料完成开题报告初步计算悬架各部件尺寸，校核强度及寿命采用ADAMS构建等比例简化物理模型、运动学分析根据最终确定参数绘制proe实体模型Proe零件图一套，装配图完成说明书出图完成毕业设计审核修改四、进度安排（1）调研、资料收集、完成开题报告第1、2周（2月28日3月6日）(2) 根据给出的相关尺寸参数进行相关部件的参数计算，并进行验证第 3、4周（3月7日3月20日）(3) 在ADAMS软件平台上建立零件的等比例物理模型，进行运动学分析第5、6、7周（3月214月10日）（4）利用部件的链接关系建立部件之间的装配第8、9、10、11周（4月115月8日）（5）设计1.5万字说明书一份，零件图一套（包括PRO/E零件图）第12、13、14周（5月9日5月29日）（6）毕业设计审核、修改第15、16周（5月30日6月12日）（7）毕业设计答辩准备及答辩第17周（6月13日6月 19日）五、参考文献1陈家瑞主编汽车构造下册/ 第2版机械工业出版社M 20052余志生主编汽车理论第五版机械工业出版社M 2009.33徐灏主编机械设计手册第三卷机械工业出版社 4刘维信主编汽车设计第一版清华大学出版社M 2001.7 5刘虹王其东基于ADAMS双横臂独立悬架运动学仿真分析期刊论文合肥工业大学学报J 2007.1 6李静初亮鲁和安双横臂独立悬架导向机构的运动特性期刊论文农业机械学报J 2002.3 7毛务本韩锐独立悬架转向梯形机构断开点的优化期刊论文江苏大学学报J 2004.3 8杨可桢程光蕴李仲生主编机械设计基础高等教育出版社M 2006.5 9王其东陈无畏何文辉吴越俊基于多体动力学的双横臂独立悬架线刚度的计农业机械学报 J 2004.5 10周四新主编 Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 实例教程电子工业出版社M 2007.711 张亮亮裴永生吴丹丹基于ADAMS的双横臂独立悬架的仿真分析及优化设计燕山大学车辆与能源学院 J 2010 12周松鹤徐烈烜主编工程力学机械工业出版社M 2007.913李军邢俊文谭文洁ADAMS实例教程M200214Using ADAMS/View Function Builder Version 12.0. MDI,J200215Keiichi Motoyama Ph D. Takashi Yamanaka A Study of Suspension Design Using Optimization Technique and DOE J 2000六、备注指导教师意见：签字：年月日黑龙江工程学院本科生毕业设计目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1悬架的概述11.2 独立悬架结构、类型和特点21.3 课题的主要意义51.4 设计内容概述5第2章双横臂独立悬架设计计算62.1选取同类车型参数62.2 悬架主要参数的确定62.3 簧载质量与非簧载质量72.4弹性元件计算82.5减震器计算122.5.1相对阻尼系数122.5.2筒式减震器工作缸D确定142.6导向机构设计152.6.1侧倾中心152.6.2横向平面内上下横臂轴布置方案162.6.3水平面内上下横臂轴的布置方案162.7上下横臂长度确定172.8半轴计算172.9 车轮计算182.10本章小结18第3章基于ADAMS/View的悬架优化分析193.1ADAMS介绍193.2悬架建模关键点确定203.3添加连接副213.4添加移动副223.5测量参数值233.6悬架的特性曲线273.7仿真结果分析303.8悬架部件尺寸参数化303.9制定界面353.10设计参数的研究分析383.11优化方案463.12优化结果分析483.13本章小结49第4章悬架实体建模504.1Pro/E介绍504.2悬架零件实体建模504.2.1螺旋弹簧的创建504.1.2轮胎的创建514.1.3盘式制动器创建514.1.4转向拉杆创建524.1.5上横臂的创建534.1.6下横臂创建534.1.7半轴创建534.1.8叉形件的创建544.1.9转向节创建544.3悬架的装配544.4本章小结54结论55参考文献56致谢57附录58摘要本设计是基于ADAMS/view双横臂独立悬架的仿真与优化，利用ADAMS多体力学软件建立双横臂独立悬架的多刚体模型，通过对模型中的车轮施加运动约束从而对其进行运动性能的仿真分析，从而获得该车轮定位角的变化，将其设计要求和分析结果对比，可以得出悬架结构设计的合理性及需要改进的地方。此外，对双横臂独立悬架做了合理的简化，建立了双横臂独立悬架力学及虚拟样机的模型，并在虚拟样机软件ADAMS/view模块上进行仿真，在此基础上对前悬架的各个参数进行优化设计，使其得到悬架振动达到最优值，从而为设计和改进提供快速、可靠的技术依据，达到大幅度降低设备研制成本，大大降低了轮胎的磨损情况的目的。关键词：双横臂独立悬架；ADAMS ；运动仿真；参数匹配;；虚拟样机ABSTRACTThe design is simulation and optimization of double wishbone suspension based on ADAMS/view, we modeling the multi-rigid of Double-wish-bone Independent suspension by using the modtion view ,and then ,start the simulation after constraining the vehicle wheels and we can get the change of the vehicle location angle ,finally,compare the simulation result with the design requirement , we will find whether the tesultment the dement of design which performence should be improved.Desides ,according to mechincs of vibration and dynamics of multi-body system ,a virtual prototype model of wishbone type independent front suspension was established model, the parameters of front suspension were optimized to minimize the vibration of front suspension. Thus, it provides a quick and reliable technical basis for designing and improveing, reduce cost of equipment developed and purpose of the tyre wear.Keywords : Double wishbone suspension; ADAMS; Movement Simulation; Matching parameters; Virtual prototype第1章绪论1.1 悬架的概述舒适性是轿车最重要的使用性能之一。舒适性与车身的固有振动特性有关，而车身的固有振动特性又与悬架的特性相关。所以，汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部件。同时，汽车悬架做为车架(或车身)与车轴(或车轮)之间作连接的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。一般悬架由弹性元件、导向机构、减振器和横向稳定杆组成。弹性元件用来承受并传递垂直载荷，缓和由于路面不平引起的对车身的冲击。弹性元件种类包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧。减振器用来衰减由于弹性系统引起的振，减振器的类型有筒式减振器，阻力可调式新式减振器，充气式减振器。导向机构用来传递车轮与车身间的力和力矩，同时保持车轮按一定运动轨迹相对车身跳动，通常导向机构由控制摆臂式杆件组成。种类有单杆式或多连杆式的。钢板弹簧作为弹性元件时，可不另设导向机构，它本身兼起导向作用。有些轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统中加设横向稳定杆，目的是提高横向刚度，使汽车具有不足转向特性，改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性。现代汽车悬架的发展十分快，不断出现，崭新的悬架装置。按控制形式不同分为被动式悬架和主动式悬架。目前多数汽车上都采用被动悬架，如下图所示也就是汽车姿态（状态）只能被动地取决于路面及行驶状况和汽车的弹性元件，导向机构以及减振器这些机械零件。20世纪80年代以来主动悬架开始在一部分汽车上应用，并且目前还在进一步研究和开发中。主动悬架可以能动地控制垂直振动及其车身姿态，根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼，如图1.1。1弹性元件 2减震器纵向推力杆横向推力杆 3横向稳定器图1.1 悬架图根据汽车导向机构不同悬架种类又可分为独立悬架，非独立悬架。如下图1.2所示：(a)非独立悬架 (b)独立悬架图1.2 非独立悬架与独立悬架示意图非独立悬架如上图(a)所示。其特点是两侧车轮安装于一整体式车桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上，当车轮上下跳动时定位参数变化小。若采用钢板弹簧作弹性元件，它可兼起导向作用，使结构大为简化，降低成本。目前广泛应用于货车和大客车上，有些轿车后悬架也有采用的。非独立悬架由于非簧载质量比较大，高速行驶时悬架受到冲击载荷比较大，平顺性较差。独立悬架是两侧车轮分别独立地与车架（或车身）弹性地连接，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮，独立悬架所采用的车桥是断开式的。这样使得发动机可放低安装，有利于降低汽车重心，并使结构紧凑。独立悬架允许前轮有大的跳动空间，有利于转向，便于选择软的弹簧元件使平顺性得到改善。同时独立悬架非簧载质量小，可提高汽车车轮的附着性。如上图(b)所示。1.2 独立悬架结构、类型和特点1、单横臂式这种悬架在车轮跳动时车轮倾角有显著的变化，侧滑量大、轮胎磨损严重，转向轮采用这种悬架对转向操纵有一定影响因此很少用于的前悬架。对后悬架来说汽车在小向心加速度行驶时车轮外倾角变化将增加汽车不足转向因素而在大向心加速度时车身产生“举升”现象。单横臂式悬架结构简单、质量小、成本低，在早期轿车后悬架上采用得比较多，目前已很少使用。2、单纵臂式单纵臂式悬架在车轮跳动时，车轮外倾角和前束不变，但后倾角变化较大，因此多用于不转向的后轮。转弯行驶时，由于车轮随车身一起向外倾斜，后悬架采用这种悬架容易出现过多转向趋势。单纵臂式悬架结构简单、质量小，可以得到较大的室内空间，所以在前轮驱动汽车的后悬架上应用的比较多，目前被单斜臀式、麦弗逊式独立悬架所代替。3、单斜臂式介于单横臂式和单纵臂式之间的一种悬架结构。摆臂的转动轴线与汽车纵轴线所成角度在0-90之间。单斜臂式悬架自60年代初问世以来，在后轮驱动汽车的后悬架上得到了广泛应用。目前由于对汽车干顺性和操纵稳定性提出了更高要求，有些汽车采用了结构更复杂的双横臂式或多杆式独立悬架。今后伴随着后轮驱动汽的减少，单斜臂式悬架应用会逐渐减少。4、纵臂扭转梁式这种悬架主要优点是，车轮运动特性比较好，左、右车轮在等幅正向或反向跳动时，车轮外倾角、前束及轮距无变化，汽车具有良好的操纵稳定性。但这种悬梁在侧向力作用时。呈过多转向趋势。另外，扭转梁因强度关系，允许承受的载荷受到限制。扭转梁式悬架结构简单、成本低、在一些前置前驱动汽车的后悬架上应用得比较多。5、多杆式多杆式悬架主要优点是，利用多杆控制车轮的空间运动轨迹，以便更好地控制车轮定位参数变化规律，得到更为满意的汽车顺从转向特性，最大限度满足汽车操纵性和平顺性要求。缺点是零件数量多、结构复杂、要求精度高。多杆式悬架是目前最为先进的悬架结构。6、麦弗逊式它可看成是上摆臂等效无限长的双横臂式独立悬架。它的突出优点是简化了结构，减小了质量，节省了空间，有利于前部地板构造和发动机布置。它的缺点是：由于自由度少，悬架运动特性的可设计性不如双横臂悬架；振动通过上支点传递给汽车头部，需采取相应的措施隔离振动、噪声；减震器的活塞杆与导向套之间存在摩擦力，使得悬架的动刚度增加，弹性特性变差，小位移时这一影响更加显著；对轮胎的不平衡性较敏感；减震器紧贴车轮布置，其空间很小，有些情况下不便于采用宽胎或加装防滑链。7、双横臂式双横臂式独立悬架按其上、下横臂的长短又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种。等长双横臂式悬架在其车轮作上、下跳动时，可保持主销倾角不变，但轮距却有较大的变化，会使轮胎磨损严重，故已很少采用，多为不等长双横臂式悬架所取代。后一种形式的悬架在其车轮上、下跳动时，只要适当地选择上、下横臂的长度，并合理布置，即可使轮距及车轮定位参数的变化量限定在允许的范围内。这种不大的轮距改变，不引起车轮沿路面的侧滑，而为轮胎的弹性变形所补偿。因此，不等长双横臂独立悬架能保证汽车有良好的行驶稳定性，已为中高级轿车的前悬架所广泛采用。双横臂悬架的突出优点在于设计的灵活性，可以通过合理的选择空间导向杆系的铰接点的位置及导向臂的长度，使得悬架具有合适的运动特性，并且形成恰当的侧倾中心和纵倾中心。为了隔离振动和噪声并补偿空间导向机构由于上、下横臂摆动轴线相交带来的运动干涉，在个铰接点处一般采用橡胶支承。显然，各点处受力越小，则橡胶支承的变形越小，车轮的导向和定位也就越精确。分析表明，为了减小铰接点处的作用力，应尽量增大上、下横臂间的垂直距离。当然，上下横臂各铰接点位置的确定还要综合考虑布置是否方便以及悬架的运动特性是否合适，如图1.3。1，6-下摆臂及上摆臂；2,5-球头销；3-半轴等速万向节；4-立柱；7，8-缓冲块图1.3 无主销前转向驱动桥的双横臂悬架1.3课题的主要意义悬架是车辆重要的组成部分。其主要任务是传递车轮与车架之间的力和力矩，并缓和冲击、衰减振动。对改善车辆的行驶平顺性、减轻车辆自重以及减少对公路的破坏具有重要息义。传统的汽车设计是由最初的设计试验设计。在制造出样品产品后，进行测试，测试合格，制造出产品。如果不合格，重新设计，直到合格为止。在从设计到制造要经过多次的重试，需要很长的时间，浪费了大量的人力和物力，并且延长了新产品的上市时间。本课题研究的主要意义就在于运用ADAMS软件对车辆双横臂独立式悬架进行虚拟设计，在试制前的阶段进行设计和试验仿真，并且提出优化设计的意见，获得分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系。获得相关数据，在产品制造出之前，就可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率，为生产实际提供理论支持。运用虚拟样机技术，结合虚拟设计和虚拟试验，可以大大简化悬架系统设计开发过程，大量减少产品开发费用和成本，提高产品系统性能，获得最优设计产品。 1.4设计内容概述分析双横臂独立式悬架的结构和悬架设计要求，在悬架设计中，根据整车的布置要求以及经验数据，确定悬架的整体空间数据和性能参数，在ADAMS软件平台上建立双横臂独立悬架的简化物理模型，进行动力学仿真分析，通过分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系获得相关数据，优化相关参数建立虚拟双横臂独立选件模型。运用PRO/E建立三维实体模型，如图1.4所示。收集材料，完成开题报告初步计算悬架零部件尺寸校核强度和使用寿命否运用ADAMS创建简化物理模型并运动分析是根据有优化后的尺寸绘制P ro/E实体模型创建Pro/E二维工程图及实体装配图一套修改检查、审核编辑说明书，完成毕业设计是图1.4 毕业设计流程图第2章双横臂独立悬架计算 2.1 选取同类车型参数本次设计选用车型为2011款比亚迪F6舒适型2.0L手动挡，设计前悬架参考的主要参数如下表2.1。表2.1 参考车型主要参数车身长/宽/高（mm）4850/1822/1465整车整备质量（kg）1435总质量（kg）1435+570=1785前轮距（mm）1551后轮距（mm）1551前轮胎规格205/65R15前轮辋规格6.5J15最小离地间隙（mm）1502.2悬架主要参数的确定 1.悬架静挠度悬架静挠度是指汽车满载静止时悬架上的载荷与此时悬架刚度之比，即（2.1）对于大多数汽车而言，其悬挂质量分配系数,因而可以近似地认为，即前后桥上方车身部分的集中质量的垂向振动是相互独立的。并用偏频表示各自的自由振动频率。一般采用钢制弹簧的轿车，约为(次/min),约为（次/min）非常接近人体步行时的自然频率。为了避免汽车的角振动，一般汽车前后悬架偏频之比约为:。取, 因此在允许范围当时，汽车前后桥上方车身部分的垂向振动频率为：（2.2）（2.3）式中重力加速度，；前后悬架刚度，；前后悬架悬挂质量，。由上式得到：（2.4）（2.5）式中的单位。 2、悬架的动挠度悬架的动挠度是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形（通常指缓冲块压缩到其自由高度的或）时，车轮中心相对车架（或车身）的垂直位移。要求悬架应有足够大的动挠度，以防止在坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块。乘用车，取。取对于一般轿车而言，悬架总的工作行程即静挠度与动挠度之和应当不小于。2.3 簧载质量与非簧载质量非簧载质量：根据是否由徐昂家弹簧支撑，汽车的总质量可以分为悬挂质量和非悬挂质量两部分，非悬挂质量即为非簧载质量。对于轿车驱动桥：采用独立悬架的非悬挂质量为。表1.2悬挂质量与非悬挂质量悬架类型双横臂，螺旋弹簧，中央制动器13%87%6.714.9%DE Dion桥，螺旋弹簧，中央制动器15%85%5.717.6%双横臂，螺旋弹簧18%82%4.622%纵臂，螺旋弹簧18%82%4.622%DE Dion桥，螺旋弹簧20%80%4.025%整体刚性桥，导向杆系，螺旋弹簧22%78%3.528.2%整体刚性桥，钢板弹簧26%74%2.835.1% 因此簧载质量。现代汽车质量分配系数接近于1。。非簧载质量。单个车轮的非簧载质量为 (满足要求) 2.4 弹性元件计算 1、螺旋弹簧的初步选择材料：油淬火回火硅锰弹簧钢丝；牌号：60si2MnA；推荐温度范围:。 2、弹簧的设计弹簧刚度 3、设计载荷时弹簧受力 4、初选弹簧高度初步选择；悬架在压缩行程极限位置时的弹簧高度为180mm 5、初步选择弹簧中径初选中径：端部结构形式：两端两端碾细。 6、参考相关标准确定台架实验时伸张及压缩极限位置相对于设计载荷位置的弹簧变形量 7、确定弹簧寿命圆柱螺旋弹簧按所受载荷情况可分为三类：第一类受循环载荷作用次数在1次以上的弹簧；第二类受循环载荷作用次数在11次范围内及受冲击载荷的弹簧；第三类受静载荷及受循环载荷次数1以下的弹簧。汽车圆柱弹簧应选取第二类。 8、初选钢丝直径d=14mm 根据直径材料选取许用拉应力=1569Mpa。 9、求解弹簧工作圈数i 弹簧刚度；轴向载荷P作用下变形；式中 Dm弹簧中径， d 弹簧钢丝直径， i 弹簧工作圈数； G 弹簧材料剪切弹性模量取。圈（2.6）压缩弹簧 i取值为9圈弹簧完全并紧时的高度，总全数。两端碾细总圈数 : 圈（2.7）完全并紧时的高度 : （2.8）式中 1.01 螺旋角的补偿系数； t 端部碾细时的端末厚度t=d/3。 10、弹簧完全并紧时的高度 11、由、及求出弹簧在完全压紧时载荷，台架试验伸张、压缩极限位置对应载荷、以及工作压缩极限位置的载荷分别为：（2.9） =2261.4 （2.10）（2.11）（2.12）弹簧指数旋绕比C范围（满足要求）。曲率系数是考虑簧圈曲率对强度影响的系数: 12、剪切应力计算、（2.13）；；； 13、校核台架试验条件下弹簧寿命给定试验条件下循环次数可估算：（2.14）式中；因此：（满足要求）。 14、确定弹簧自由高度（2.15）取。 15、最小工作高度（2.16）式中与弹簧指数有关的系数有关的系数： (2.17) 14、稳定性校核又细又高的弹簧在大载荷作用下会失稳，失稳的临界载荷不仅与高度和直径之比: （两端固定）。取C0=1 (不同支撑方式下C0取值见刘维信汽车设计图13-66) (2.18)=1.2748由于H0已经设计出得 H0=320mmf为螺旋弹簧在其轴向载荷P作用下变形 (2.19) (2.20)因此：（弹簧稳定）。2.5 减震器计算悬架用得最多的减震器是内部充有液体的液力式减震器。汽车车身和车轮振动时，减震器的液体在流经阻尼孔时的摩擦和液体的粘性摩擦形成了振动阻力，将振动能量转变为热能，并散发到周围的空气中去，达到迅速衰减振动的目的。如果能量的耗散仅仅是在压缩行程或者是在伸张行程进行，这把这种减震器称为单向作用式减震器；反之称为双向作用式减震器。本设计选用双向作用式减震器。根据结构形式不同，减震器分为摇臂式和筒式两种筒式减震器又分为单筒式、双筒式和充气筒式三种。由于双筒充气液力减振器具有工作稳定、干摩擦阻力小、噪声低、总长度短等优点，因此在乘用车上得到了越来越多的应用。所以选择的减振器形式为双筒充气式液力减振器。2.5.1 相对阻尼系数用相对阻尼系数的大小来评定振动衰减的快慢程度。值大，振动能迅速衰减，同时又能将较大的路面冲击力传到车身；值小则反之。式中阻力，减振器阻尼系数。式中 c 悬架刚度，簧载质量。减振器的阻尼力作用在不同刚度c和簧载质量式会产生不同的阻尼效果，值大，振动能衰减的快，同时也会将较大的路面冲击传到车身。值小则相反，振动衰减的比较慢，但是传到车身的冲击也较小。因此通常取减振器的压缩行程的值取小些，伸张行程时的取的大些。并保持=（0.250.50）的关系，设计时取与的平均值，的范围时0.35。初取=0.30。 1、减振器阻尼系数的确定减震器阻尼系数。因悬架系统固有振动频率，所以理论上。实际上，应根据减震器的布置特点确定减震器的阻尼系数，如图2.1 。图2.1减振器安装位置 (2.21)式中：n 双横臂悬架的下臂长； a 减震器在下横臂上的连接点到下横臂在车身上铰链点之间距离；减震器轴线与铅垂线之间的夹角，取，。 2、最大卸荷力的确定为减小传到车身上的冲击力，当减振器活塞振动速度达到一定值时，减振器打开卸荷阀，此时活塞的速度为卸荷速度。为求出减震器的最大卸荷力，先求出当减震器打开卸荷阀时活塞的速度即卸荷速度。（2.22）式中：一般都在； A车身振幅，取40mm；因此可求得在伸张时的最大卸荷力：（2.23）2.5.2 筒式减震器工作缸D的确定根据伸张行程的最大卸荷力F0计算工作缸直径D为（2.24）式中 P为工作缸最大允许压力，；取为连杆直径与缸筒直径之比，双筒式减震器取，取0.45 =32.43减震器的工作缸直径D有20mm、30mm、40mm、（45mm）、50mm、65mm等几种。选取时按标准选用，相见QC/T4911999汽车筒式减震器尺寸系列及技术条件。取D值40mm。贮油筒直径Dc=（1.30-1.50）D,壁厚取为2mm，材料为可选20钢。Dc取值50mm。2.6.导向机构设计2.6.1 侧倾中心双横臂独立悬架的侧倾中心由下图所示得出。将上下横臂内外转动点的连线延长，一边得到极点P同时活的P点的高度。将P点与车轮接地点N连接，即可在汽车轴线上或的侧倾中心W。图2.2 双横臂独立悬架侧倾中心W的确定双横臂独立悬架的侧倾中心高度为： (2.25) 式中： (2.26) =2371.15 (2.27) =200mm 因此 =63.07mm前悬架侧倾中心高度在范围内，所以满足要求。2.6.2 横向平面内上、下横臂轴布置方案将上、下横臂内外转动点的连线延长，以便得到极点P，并同时获得P点的高度。将P点与车轮接地点P连接，即可在汽车轴线上获得侧倾中心。图2.3 上下横臂在横向平面内的布置方案2.6.3 水平面内上下横臂轴的布置方案上下横臂轴线在水平面内的布置方案为三种 a）和皆为正 b）为正值，为零 c）为正值，为负值图2.4 上下横臂水平面布置方案图大多数前置发动机汽车悬架下横臂轴的斜置角为正值，而上横臂轴的斜置角有正值、零值和负值三种布置方案。上、下横臂轴斜置角不同的组合方案，对车轮跳动时前轮定位参数的变化规律有很大的影响。如车轮上跳，下横臂轴斜置角为正，上横臂轴斜置角为负值或零值时，主销后倾角随车轮的上跳而增大。如组合方案为上、下横臂都为正值时，则主销后倾角随车轮的上跳有较小增加甚至减小。本设计选择方案（b），选择下横臂轴的斜置角为正值，上横臂轴的斜置角为零值。取值：，。2.7 上下横臂长度确定双横臂式悬架上、下横臂的长度对车轮上、下跳动时的定位参数影响很大。现代乘用车所用的双横臂式前悬架，一般设计成上横臂短，下横臂长。下图为下横臂长度保持不变，改变上横臂长度，使分别为0.4，0.6，0.8，1.0，1.2时计算得到悬架运动特性曲线。图2.5 上、下横臂长度之比改变时悬架运动特性图美国克莱斯勒和通用公司分别认为，上、下横臂长度之比取和为最佳，根据我国乘用车设计的经验，在初选尺寸时取上、下横臂长度之比为0.65为宜。本设计初选尺寸下摆臂长度=400mm，因，上摆臂长度。2.8 半轴计算半轴根据其车轮端的支撑方式不同，可分为半浮式，3/4浮式和全浮式三种形式。此次设计为全浮式半轴。全浮式半轴的计算载荷可按车轮附着力矩计算，即: (2.28)其中负荷转移系数，取值1.2；驱动桥的最大静载荷；滚动半径，可近似为车轮半径；附着系数，取值0.8；全浮式半轴轴杆部直径可按下面公式选择 (2.29) =21.80mm k为直径系数，取，取0.21，d取22mm。2.9 车轮的计算轮胎规格 205/65 R15；轮胎宽度；扁平率 0.65；轮胎高度 205；轮辋直径 15英寸；因此车轮直径D为。2.10 本章小结本章计算了悬架弹性元件、减震器、侧倾中心、上下横臂、半轴、轮胎等基本尺寸及校核，这些是悬架设计必不可少的尺寸要求，对本次设计后期的仿真分析奠定了基础。其中悬架上下横臂斜置角、长度等的初选是根据试验曲线选出，是经验数值。为初选值提供理论支持。第3章基于ADAMS/View的悬架优化分析3.1 ADAMS介绍ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，原由美国 MDI 公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发，目前已被美国 MSC 公司收购成为 MSC/ ADAMS，是最著名的虚拟样机分析软件。它使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统动力学模型，利用拉格朗日第一类方程建立系统最大量坐标动力学微分代数方程，求解器算法稳定，对刚性问题十分有效，可以对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，后处理程序可输出位移、速度、加速度和反作用力曲线以及动画仿真。ADAMS 软件由核心模块、功能扩展模块、专业模块、工具箱和接口模块 5 类模块组成。ADAMS 一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。 ADAMS软件一方面是机械系统动态仿真软件的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟样机进行静力学、运动学和动力学进行分析。另一方面，又是机械系统动态仿真分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型机械系统动态仿真分析的二次开发工具平台。在产品的开发过程中，工程师通过应用ADAMS软件会收到明显效果传统悬架系统设计、试验、试制过程中必须边试验边改进，从设计到试制、试验、定型，产品开发成本较高周期长。运用机械系统动力学分析软件ADAMS进行仿真分析以及优化设计，可以大大简化悬架系统设计开发过程。大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量，提高产品的系统及性能获得最优化和创新的设计产品。本文应用多体动力学软件ADAMS/View建立了某轻型汽车的前双横臂式独立悬架模型，进而进行运动学分析，得到了上横臂长度主销长度、上横臂在汽车横向平面的倾角、下横臂长度和下横臂在汽车横向平面的倾角的值最终优值，从而为设计和改进提供快速、可靠的技术依据，达到大幅度降低设备研制成本，大大降低了轮胎的磨损情况的目的。3.2 悬架建模关键点的确定根据横臂横向、纵向水平的布置方案及坐标系位置可大致确定各部件空间硬点位置，各硬点位置如下：表3.1创建硬点坐标值LOC_XLOC_YLOC_ZLCA_outer000LCA_inner393.92069.46UCA_outer45.90326.59-11.40UCA_inner303.37290.41-11.40Knuckle_outer-140.53138.55-4.84Knuckle_inner19.47138.55-4.84Tie_rod_outer19.47138.55-144.84Tie_rod_inner319.47138.55-144.84 1、创建主销点击ADAMS/View零件库中的圆柱体（Cylinder），选择New part 定义圆柱体的半径为20mm。选择硬点LCA_outer和UCA_outer创建主销。 2、创建上横臂点击ADAMS/View零件库中的圆柱体（Cylinder），选择New part 定义圆柱体的半径为20mm。选择硬点UCA_outer和UCA_inner创建上横臂。用同样方式可创建下横臂、转向拉杆和转向节。 3、创建车轮点击ADAMS/View零件库中的圆柱体（Cylinder），选择New part 定义圆柱体的半径为323.75mm 长度为205mm。分别将创建体重命名为：上横臂（UCA）下横臂（LCA）主销（king pin）拉臂（pull_arm）拉杆（tie_rod）车轮（wheel）。 4、创建试验台点击ADAMS/View中零件库的点（Point），选择“Add to Ground”和“Dont Attach”，在（-340.53，-225.2，-204.84）处建一个点，并以该点为对角点建立一个长400mm宽400mm高40mm的长方体，并以长方体的质心为中心创建一个直径为30mm高300mm的圆柱体，它与长方体组成测试平台。将圆柱体和长方体合为一体。3.3 添加连接副根据各部件间连接关系创建连接副，各部件连接方式如下：1、创建球副上横臂与主销之间添加球接触选择2-Bod-1 loc和Normal To Grid选择上横臂（UCA）和主销（Kingpin）为参考物体，选择设计点“UCA_outer”为球副的位置点，创建上横臂和主销之间的连接副。下横臂与主销之间添加球接触选择2-Bod-1 loc和Normal To Grid选择下横臂（UCA）和主销（Kingpin）为参考物体，选择设计点“UCA_outer”为球副的位置点，创建下横臂和主销之间的连接副。转向拉杆（tie-rod）与拉杆（pull_arm）添加球接触，选择2-Bod-1 loc和Normal To Grid选择转向拉杆和拉臂为参考物体，选择设计点“tie-rod”为球副的位置点，创建转向拉杆和拉臂之间的连接副。设置球副的选项为“1Location”和“Normal To Grid”选择设计点“Tie_rod_inner”，创建拉杆和大地之间的球副。2、创建旋转副点击ADAMS/View中约束库的设置旋转副的选项为1-loction和Normal To Grid，选择上横臂点（UCA_inner）为位置点。添加旋转副，同理，创建下横臂旋转副。3、创建固定副点击ADAMS/View中约束库的，设置固定副的选项为2-Bod-1 loc和Normal To Grid，选择车轮（wheel）和转向节（knuckle）为参考物体，添加固定副，同理，创建主销和转向节、转向节和拉臂固定副。4、创建点、面约束在试验台和车轮间要创建点面约束，右键点击ADAMS/View中约束库弹出对话框（a）点击，将弹出对话框（b）选择点、面约束，选择约束参考物车轮（wheel）和试验台（顺序不可颠倒）选择按钮，将约束旋转90。 (a)约束库图 (b)点面约束图图3.1 操作截图3.4 添加移动副点击ADAMS/View中约束库的在测试平台和大地之间创建一个移动副，移动副位置为测试平台的中心位置，设置移动副的选项为1-loctionPickFeature，方向垂直向上（向下）Adams创建物理模型如下图：图3.2简化模型点击ADAMS/View中驱动库中的直线驱动,选择测试试验台和大地移动副，创建直线驱动后，直接在Edit和Modify，修改直线驱动，在添加驱动对话框”F(time)=（）”中输入驱动函数表达式“100*sin(360d*time)”如下图所示：图3.3操作截图点击ADAMS/View中，设置终止时间为1，工步为200，点击仿真按钮，进行仿真。在ADAMS/View中点击File菜单中选择Save Datebase As 命令将前悬架模型保存在工作目录下。3.5测量参数值对主销，车轮、等参数值进行测量。1、测量主销内倾角在ADAMS/View菜单栏中，选择BuildMeasureFunctionNew，创建新的测量函数。在函数编辑器对话窗中的测量名称（Measure Name）栏输入：Kingpin_Inclination，一般属性（General Attributes）的单位（Units）栏中选择“angle”。输入反正切函数“ATAN（）选择“Displacement”中的“Displacement along X”，测量两点在X轴方向的距离，点击件，弹出对话框，在“To Marker”栏中输入主销上标志点marker_29, 在“From Marker”栏中输入主销下标记点marker_6,点击ok，系统自动生成测量两点在X轴方向距离的表达式。图3.4操作截图同理测量两点在Y轴方向的距离。点击“OK”键。完成测量主销内倾角的表达式输入。图3.5操作截图图3.6操作截图同时，点击仿真键，系统生成主销内倾角变化的测量曲线，曲线如下：图3.7 主销内倾角变化曲线图由图可以看看出主销内倾角并不是在固定不变，而是在范围内变化。2、测量主销后倾角在ADAMS/View菜单栏中，选择BuildMeasureFunctionNew，创建新的测量函数。在函数编辑器对话窗中的测量名称（Measure Name）栏输入：Caster_Anger，一般属性（General Attributes）的单位（Units）栏中选择“angle”，输入反正切函数“ATAN（）选择“Displacement”中的“Displacement along Z”，测量两点在Z轴方向的距离，点击件，弹出对话框，在“To Marker”栏中输入主销上标志点marker_29, 在“From Marker”栏中输入主销下标记点marker_6,点击ok，系统自动生成测量两点在Z轴方向距离的表达式。同理同理测量两点在Y轴方向的距离。点击“OK”键。完成测量主销后倾角的表达式输入。函数表达式为：ATAN( DZ(MARKER_29, MARKER_6)/DY(MARKER_29, MARKER_6)点击仿真键，系统生成主销后倾角变化的测量曲线，曲线图为：图3.8 主销后倾角变化曲线图由图可以看出主销后倾角在之间变化。3、测量车轮外倾角函数表达式为：ATAN( DY(MARKER_12, MARKER_23)/DX(MARKER_12, MARKER_23)点击仿真键，系统生成主销后倾角变化的测量曲线，曲线图为：图3.9 车轮外倾角变化曲线从图中可以看出外倾角在范围内变化。4、测量前轮前束角函数表达式为：ATAN( DZ(MARKER_12, MARKER_23)/DX(MARKER_12, MARKER_23)点击仿真键，系统生成主销后倾角变化的测量曲线，曲线图为：图3.10 前轮前束角变化曲线从图中可以看出外倾角在范围内变化。5、测量车轮接地点侧向滑移量创建标记点 MARKER_42 在车轮上，坐标值为（-140.53，-185.2，-4.84）创建标记点MARKER_43与大地连接，坐标值与MARKER_42相同在函数编辑器对话窗中的测量名称（Measure Name）栏输入：Sideways_Displacement;单位（Units）栏中选择“length” 运用函数编辑器提供的基本函数，编辑函数表达式：DX（MARKER_42, MARKER_43）点击仿真键，系统生成主销后倾角变化的测量曲线，曲线图为：图3.11车轮接地点侧向滑移量变化曲线6、测量车轮跳动量运用函数编辑器提供的基本函数，编辑函数表达式：DY（MARKER_42, MARKER_43）点击仿真键，系统生成主销后倾角变化的测量曲线，曲线图为：图3.12车轮跳动量变化曲线3.6 悬架的特性曲线选择，进入定制曲线界面，选择data，弹出对话框选择Kingpin_Inclination，点击ok键。在选择Wheel_Travel，点击Add Curves键，即可生成以主销内倾角为X轴，车轮跳动量为Y轴的特性曲线。图3.13创建函数曲线操作截图图3.14操作截图生成特性曲线如下图：图3.15主销内倾角随车轮跳动的变化曲线根据以上方法生成其他特性曲线：图3.16主销后倾角随车轮跳动的变化曲线图3.17车轮外倾角随车轮跳动变化曲线图3.18车轮侧向滑移量随车轮跳动变化曲线图3.19前轮前束角随车轮跳动量变化曲线3.7 仿真结果分析主销内倾角变化曲线，主销内倾角随车轮跳动曲线可以看出，车轮从最低点到最高点过程中主销内倾在范围内变化，在允许范围内。主销后倾角曲线分析，主销后倾角随车轮跳动曲线可以看出，车轮从最低点跳到最高点过程中主销后倾角在范围内变化，基本符合要求不大于。车轮外倾角变化曲线分析，其随车轮跳动曲线可以看出，范围内变化，数值范围稍大，需要优化。车轮侧向滑移量变化曲线分析，其随车轮跳动曲线可以看出，车轮从最低点到最高点运动过程中，车轮侧向滑移变化范围-2.3mm16mm。前轮前束角变化曲线分析，前轮前束角随车轮跳动曲线可以看出，车轮从最低点到最高点运动过程中，前轮前束角变化范围。3.8悬架部件尺寸参数化 1、创建设计变量在ADAMS/View菜单栏中，选择BuildDesign VariableNew，设置变量名，及其变化范围值。操作如下图：图3.20操作截图起初系统弹出对话框，取其最初默认变量名DV_1,此变量名记作主销长度，变量类型选择“Real”，变量单位选择“length”，变量的标准值取330，在“Value Range by”栏中选择“Absolute Min and Max Values”，输入变量的最小值为280，输入变量的最大值为380，点击apply，完成了主销长度参数化。取其默认变量名DV_2,此变量名记作上横臂长度，变量类型选择“Real”，变量单位选择“length”，变量的标准值取260，在“Value Range by”栏中选择“Absolute Min and Max Values”，输入变量的最小值为210，输入变量的最大值为310，点击apply。取其默认变量名DV_3,此变量名记作下横臂长度，变量类型选择“Real”，变量单位选择“length”，变量的标准值取400，在“Value Range by”栏中选择“Absolute Min and Max Values”，输入变量的最小值为350，输入变量的最大值为450，点击apply。取其默认变量名DV_4,此变量名记作主销内倾角，变量类型选择“Real”，变量单位选择“angle”，变量的标准值取，在“Value Range by”栏中选择“Absolute Min and Max Values”，输入变量的最小值为，输入变量的最大值为，点击apply。取其默认变量名DV_5,此变量名记作主销后倾角，变量类型选择“Real”，变量单位选择“angle”，变量的标准值取，在“Value Range by”栏中选择“Absolute Min and Max Values”，输入变量的最小值为，输入变量的最大值为，点击apply。取其默认变量名DV_6,此变量名记作上横臂横向平面倾斜角，变量类型选择“Real”，变量单位选择“angle”，变量的标准值取，在“Value Range by”栏中选择“Absolute Min and Max Values”，输入变量的最小值为，输入变量的最大值为，点击apply。取其默认变量名DV_7,此变量名记作上横臂斜置角，变量类型选择“Real”，变量单位选择“angle”，变量的标准值取，在“Value Range by”栏中选择“Absolute Min and Max Values”，输入变量的最小值为，输入变量的最大值为，点击apply。取其默认变量名DV_8,此变量名记作下横臂横向平面倾斜角，变量类型选择“Real”，变量单位选择“angle”，变量的标准值取，在“Value Range by”栏中选择“Absolute Min and Max Values”，输入变量的最小值为，输入变量的最大值为，点击apply。取其默认变量名DV_9,此变量名记作下横臂斜置角，变量类型选择“Real”，变量单位选择“angle”，变量的标准值取，在“Value Range by”栏中选择“Absolute Min and Max Values”，输入变量的最小值为，输入变量的最大值为，点击apply。 2、硬点参数化取硬点UCA_outer，右键，选择Modify，将弹出修改对话框，选择设计点“UCA_outer”的X坐标，右键，选择Parameterize ExpressionBuilder，使用函数编辑器输入硬点坐标的函数表达式。在函数编辑器下部的“Getting Object Date”栏中选择“Design Point”，输入硬点“LCA_OUTER”的名称（可以通过鼠标右键拾取），点击Get Date Owned ByObject可以获得硬点的相关数据。弹出选择数据对话框，选择“Loc_X”，按“OK”，系统选硬点LCA_OUTER的坐标值：“LCA_OUTER.loc_x”。在“Getting Object Date”栏中选择“Design Variable”，输入设计变量“DV_1”的名称，按“Insert Object Date”按钮，系统选取设计变量DV_1的值。同样可以获取“DV_4”和“DV_5”的值。(LCA_OUTER.loc_x+DV_1*COS(DV_5)*SIN(DV_4)表达式编辑完成后，按“Evaluate”按钮，函数编辑器计算表达式的值，并在“Fuction Value”中显示。按函数编辑器的“OK”键，将函数表达式输入到设计点“UCA_outer”的X坐标栏中。具体操作如下图：图3.21硬点函数话操作截图图3.22函数编辑截图图3.23变量定义截图图3.24函数坐标输入操作截图同理，在硬点“UCA_outer”的Y坐标栏中输入表达式：（LCA_OUTER.loc_y + DV_1 * COS（DV_4）* COS（DV_5）；在硬点“UCA_outer”Z坐标栏中输入表达式：（LCA_outer.loc_z + DV_1 * COS（DV_4）* SIN（DV_5）；在硬点“UCA_inner”的X坐标表达式：（UCA_outer.loc_x + DV_2* COS（DV_6）* COS（DV_7）；在硬点“UCA_inner”的Y坐标表达式：（UCA_outer.loc_y - DV_2* COS（DV_7）* SIN（DV_6）；在硬点“UCA_inner”的Z坐标表达式：（UCA_outer.loc_z + DV_2 * COS（DV_6）* SIN（DV_7）；在硬点“LCA_inner”的X坐标表达式：（LCA_outer.loc_x + DV_3* COS（DV_8） * COS（DV_9）；在硬点“LCA_inner”的Y坐标表达式：（LCA_outer.loc_y + DV_3 * COS（DV_9）* SIN（DV_8）；在硬点“LCA_inner”的Z坐标表达式：（LCA_outer.loc_z - DV_3 * COS（DV_8） * SIN（DV_9）；完成以上函数表达式输入后，按列表编辑器的“OK”，将设计点进行了参数化。 3、零部件参数化在ADAMS/View工作窗口下，选取主销kingpin，右键选取modify，修改圆柱体，使其尺寸参数化。在修改对话框中将主销长度lengh改为DV_1,单击确定，完成主销实体参数化，操作如图：图3.25下拉式菜单图3.26修改圆柱体对话框重复操作将上横臂长度实体参数化修改为变量DV_2,将下横臂长度修改为DV_3,将拉臂（pull_arm）长度参数化，输入以下函数公式：（SQRT（knuckle_inner.loc_x-Tie_rod_outer.loc_x）*2+（knuckle_inner.loc_y- Tie_rod_outer.loc_y）*2+（knuckle_inner.loc_z- Tie_rod_outer.loc_z）*2）。右键拉臂、修改、在lengh栏右键Parameterize ExpressionBuilder，利用函数编辑器，编入函数:图3.27 下拉菜单图图3.28函数编辑器3.9定制界面 1、创建修改主销参数对话框在ADAMS/view菜单栏中，选择ToolsDialog BoxCreate，在系统弹出对话框中，选择Dialog BoxNew，弹出对话框如下图:图3.26变量修改图窗定义操作修改其Name 为Modify_kingpin_parameter，选择ok，apply，cancle。点击OK，弹出对话框图3.27操作截图图3.28定义边界选择对话框中create菜单中slider命令，在修改主销参数对话框创建活动条slider_1，双击活动条，弹出界面修改对话框，Attributes中选择Layout,输入slider_1在界面中的位置和尺寸，定义尺寸left（160）top（25）width（200）height（30），点击apply，选择Attributes中选择value，输入主销标准值330，最小值280，最大值380，apply，在Attributes中选择Commands，输入该变量kingpin length的表达式：variable set variable=DV_1 real=$slider_1将对话框Eecute commands while sliding栏打勾，apply。选择create中的lable，点击参数化面板，将lable重命名为kingpin length，点击apply。选择Attributes中选择value，定义其尺寸left（20） width（120） top（25）height（30）点击apply。同理创建slider_2,尺寸为left（160） width（200） top（70）height（30）点击apply。选择Attributes中选择value，输入主销内倾角标准值8，最小值6，最大值12，apply在Attributes中选择Commands，输入该变量kingpin length的表达式：variable set variable=DV_4real=$slider_2选择create中的lable，点击参数化面板，将lable重命名为kingpin_inclination，点击apply。选择Attributes中选择value，定义其尺寸left（20） width（120） top（70）height（30）点击apply。创建slider_2,尺寸为left（160） width（200） top（115）height（30）点击apply。选择Attributes中选择value，输入主销内倾角标准值-2，最小值-3，最大值0，apply。在Attributes中选择Commands，输入该变量kingpin length的表达式：variable set variable=DV_5real=$slider_3选择create中的lable，点击参数化面板，将lable重命名为caster_Angle，点击apply。选择Attributes中选择value，定义其尺寸left（20） width（120） top（115）height（30）点击apply。 2、修改主销参数对话框图3.29定义主销修改对话框 3、同理创建上横臂修改参数对话框如下图：图3.30上横臂参数修改对话框 4、创建下横臂修改参数对话框图3.31下横臂修改对话框3.10 设计参数的研究分析 1、参数化分析方法为了减少轮胎的磨损，选择车轮的侧向滑移量的绝对值作为目标函数，通过上横臂长度，下横臂长度，上下横臂在汽车横向平面内倾角的优化分析，使车轮侧向滑移量绝对值最小。 2、参数变量对车轮外倾角优化曲线以上横臂为研究对象，让此变量从最小到最大分8阶段变化，得到车轮外倾角随DV_2,变化图，以横坐标为时间。图3.32上横臂长度变化对车轮外倾角影响分析：通过8条曲线分析得到8组数值，分别表示上横臂在不同长度值时的车轮外倾角从中选择值224.29mm，此时车轮外倾角为0.98361。以下横臂长度为研究对象，让此变量从最小到最大分8阶段变化，得到车轮外倾角随DV_3,变化图，以横坐标为时间。图3.33下横臂长度变化对车轮外倾角影响分析：下横臂长度对车轮外倾角影响曲线，从中可以看出下横臂长度对车轮外倾角影响不大，选择下横臂长度421.49，此时车轮外倾角为1.3543.以上横臂横向平面倾角为研究对象，让此变量从最小到最大分8阶段变化，得到车轮外倾角随DV_6,变化图，以横坐标为时间图3.34上横臂横向平面倾角变化对车轮外倾角影响分析：根据曲线分析结果可以看出，上横臂横向倾斜角对前轮外倾角影响相对较大，上横臂横向倾斜角取值5.7143，车轮外倾角0.75462。以下横臂横向平面倾角为研究对象，让此变量从最小到最大分8阶段变化，得到车轮外倾角随DV_8,变化图，以横坐标为时间。图3.35下横臂横向平面变化对车轮外倾角影响 3、参数变量对前轮前束角优化曲线以上横臂为研究对象，让此变量从最小到最大分8阶段变化，得到前轮前束角随DV_2,变化图，以横坐标为时间。图3.36上横臂长度变化对前轮前束角影响分析；从以上数据可以看出上横臂长度对车轮前束角的影响不是很大，从中我选择上横臂长度224.29mm，前束角为2.5258。以下横臂为研究对象，让此变量从最小到最大分8阶段变化，得到前轮前束角随DV_3,变化图，以横坐标为时间。图3.37下横臂长度变化对前轮前束角影响分析：从分析数值或曲线的变化可以看出，下横臂对车轮前束角影响不大，选取数值为421.43，前束角为3.1655。以上横臂横向平面倾角为研究对象，让此变量从最小到最大分8阶段变化，得到前轮前束角随DV_6,变化图，以横坐标为时间。图3.38上横臂横向平面倾角变化对前轮前束角影响分析：上横臂横向倾角变化曲线可以看看出，上横臂横向倾角对前轮前束角影响相对较大，选择数值为3.8571，相对前束角为1.8350。以下横臂横向平面倾角为研究对象，让此变量从最小到最大分8阶段变化，得到前轮前束角随DV_8,变化图，以横坐标为时间。图3.39下横臂横向平面倾角变化对前轮前束角影响分析：下横臂横向倾角变化对前束角影响较大，从中选择倾斜角为3.5714，相对前束角为1.3806。以上横臂为研究对象，让此变量从最小到最大分8阶段变化，得到车轮接地点侧向滑移量随DV_2,变化图，以横坐标为时间。图3.40上横臂长度变化对车轮接地点侧向滑移量影响分析：上横臂长度对车轮侧滑量影响曲线看出，其数值变化范围不大，从中选择值224.29，相对侧滑量为15.56。以下横臂为研究对象，让此变量从最小到最大分8阶段变化，得到前轮前束角随DV_3,变化图，以横坐标为时间。图3.41下横臂长度变化对车轮接地点侧向滑移量影响分析：下横臂长度对车轮接地点侧滑量影响曲线看出，其数值变化不大，选择数值421.43，相对侧滑量为16.244。以上横臂横向平面倾角为研究对象，让此变量从最小到最大分8阶段变化，得到前轮前束角随DV_6,变化图，以横坐标为时间。图3.42上横臂横向平面倾角变化对车轮接地点侧向滑移量影响分析：上横臂横向平面倾角8组值对其接地点侧向滑移量影响相对很大，从中可选择数值3.8571相对应滑移量13.307。以下横臂横向水平面倾角为研究对象，让此变量从最小到最大分8阶段变化，得到前轮前束角随DV_8,变化图，以横坐标为时间。图3.43下横臂横向平面倾角变化对车轮接地点侧向滑移量影响分析：下横臂横向倾角和车轮接地点侧滑量曲线图中，不难看出其变化范围较大，从中选择横向倾角为-0.71429，其滑移量为15.382。总体分析：从以上对车轮的前束、车轮外倾角和车轮侧向滑移量曲线分析中，选取了相应的合理数值，其中为求实际绘图和生产方便，取其整数值，取其上横臂长度220mm，下横臂长度420mm，上横臂横向倾斜角取，下横臂横向倾角取。3.11优化方案1 优化前参数值表3.2优化前参数值名称变量名初始值上横臂长度DV_2260mm下横臂长度DV_3400mm上横臂横向平面倾角DV_6下横臂横向平面倾角DV_82优化后参数值表3.3优化后参数值名称变量名初始值上横臂长度DV_2220mm下横臂长度DV_3420mm上横臂横向平面倾角DV_6下横臂横向平面倾角DV_83.12优化结果分析参数修改界面，修改所有设计变量的初始值以后，模型自动更新，再次进行运动学仿真，得到各目标参数的变化曲线。优化后主销内倾角在车轮跳动过程中从优化前的变为，主销内倾角的变化范围减小，所以更加符合要求。图3.44主销内倾角随车轮跳动变化曲线图3.45主销后倾角随车轮跳动曲线变化图3.46优化后车轮外倾角随车轮跳动变化曲线优化后前轮外倾角由优化前的优化为取得了优化的目的。图3.47前轮前束随车轮跳动变化曲线优化后前轮前束角由优化前的优化为取得了明显优化效果，使前束角在合理范围内。图3.48车轮接地点横向侧滑量随车轮跳动的变化曲线优化后前轮接地点横向侧滑量由优化前的优-2.3mm16mm化为-0.3mm9.2mm取得了明显优化效果，车轮接地点横向侧滑量在合理范围内。虽然有一定的负值，但数值比优化前明显改善，对轮胎磨损影响明显降低。3.12本章小结本章节通过Adams/view仿真分析确定零部件在整体装配过程中的尺寸及角度优化，根据创建物理模型运动曲线结果，主要针对车轮侧滑、车轮前束和车轮外倾角等参数优化，优化前车轮侧滑量相对较大，优化后车轮侧滑量明显减少。汽车实际行驶中减少轮胎的磨损，从而延长轮胎使用寿命。对车轮前束、车轮外倾角优化使其变化范围减小，在允许范围内变化，达到优化的目的。第4章悬架实体建模4.1 Pro/E介绍自1988年Pro/ENGINEER问世以来，该软件不断发展和完善，目前已是世界上最为普及的CAD/CAE/CAM软件之一，基本上成为三维CAD的一个标准平台。Pro/ENGINEER广泛应用于电子、机械、磨具、工业设计、汽车、航空航天、家电、玩具等行业、是一个全方位的3D产品开发软件。它集零件设计、产品装配、磨具开发、NC加工、钣金设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、压力分析、产品数据管理等功能于一体。此外，Pro/ENGINEER采用三维设计技术，不仅能预见设计产品的外观，更能创立统一的数据库，可进行毅力分析、强度分析、质量属性分析、空间运动学分析、装配干涉分析、模具设计与NC可加工型分析、还可自动生成标准、准确的二维工程图。4.2 悬架零件实体建模4.2.1螺旋弹簧创建单击菜单文件新建命令，再打开新建对话框中选择零件类型，在名称栏中输入名称”spring”选择使用缺省模版选项，单击确定按钮没进入零件设计模式。单击菜单插入螺旋扫描伸出项命令，打开属性菜单，点击属性菜单命令常数的穿过轴右手定则，然后点击完成命令。选择FRONT基准面为草绘平面，单击正向接受默认试图方向，单击草绘视图，菜单中的缺省命令，系统进入草绘状态。绘制旋转轴与轮廓线，如下图：图3.49创建弹簧草图点击，输入螺距值30，绘制截面，截面为直径为14的圆。单击确定按钮，完成spring创建。图3.50弹簧实体模型4.2.2 轮胎创建选择拉伸，绘制截面图，拉伸长度为2033.15，采用拉伸，去除材料绘制轮胎花纹，拉伸深度为4，将创建花纹阵列，选择方向阵列。将拉伸的体环行折弯，首先点击插入高级环行折弯，在系统弹出对话框中，选择360双侧都曲面折弯收缩完成，绘制特征截面草图，创建草绘坐标系，确定，选择两个平行的面，完成。选择所

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