麦弗逊式独立前悬架运动学仿真学士学位论文.doc

沈阳理工大学学士学位论文 沈阳理工大学 飞度轿车麦弗逊式前悬架运动学仿真 专业 车辆工程 班级 11020205 学号 08 姓名 鲁荣贵 指导教师 梁继辉 沈阳理工大学学士学位论文 I 摘 要 2014 款广州本田飞度轿车前悬架采用的是麦弗逊式独立悬架 其结构比较简单 制造成本小 安装时占用空间不大 使用上反应快 适用于中小型轿车 中低端 SUV 车前悬架 因此 在广州本田飞度这款车上选用麦弗逊式独立悬架是一个不错的选择 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖 此次毕业设计基于飞度轿车整车各项参数 针对飞度轿车操纵稳定性 行驶平顺性 要求 进行悬架选型与结构的简单设计 先应用 CATIA 软件进行建模 再用 ADAMS 软件建模仿真 继而对仿真结果进行分析 梳理结论 本论文首先阐明了课题的意义 和研究方法 继而说明了悬架的各大部件与悬架设计要求及悬架的分类 并阐述了悬 架各主要部分的设计过程 最后进行建模和仿真分析 结论表明本毕业设计的麦弗逊 式独立前悬架前轮定位参数符合要求 聞創沟燴鐺險爱氇谴净 关键词 本田飞度轿车 CATIA 建模 ADAMNS 仿真 麦弗逊式独立前悬架 沈阳理工大学学士学位论文 II Abstract The 2014 edit of Guangzhou Honda Fit sedan uses McPherson independent suspension as its front suspension because of the reason that McPherson independent suspension structure is simple as well as it has small footprint fast response and low manufacturing cost It is suitable for the front suspension of small cars and low end SUV cars Therefore Guangzhou Honda Fit sedan chooses McPherson independent suspension as its front suspension is a reasonable choice 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟 Based on the parameters of Car Fit The graduation project works out the selection of a simple design and structure of the suspension which aims at fetching the handling stability and riding comfort requirements To begin with the project apply CATIA software for modeling Then it use ADAMS software for simulation Finally it analyzes the results of the simulation as well as carding the conclusion This paper first clarifies the significance and research methods of this issue and then describes the classification and the major components as well as the design requirements of the suspension Also it describes the design process of the major part of the suspension then finally it figures out the modeling and simulation analysis The rationality of the McPherson independent suspension design has been confirmed by the final results 酽锕极額閉镇桧猪訣锥 Keywords Honda Fit sedan CATIA modeling ADAMNS simulation McPherson independent front suspension 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑 沈阳理工大学学士学位论文 III 目录 1 绪论 1謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔 1 1 悬架的简单介绍 1厦礴恳蹒骈時盡继價骚 1 1 1 悬架的分类 1茕桢广鳓鯡选块网羈泪 1 1 2 悬架的设计要求 2鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴 1 2 选做麦弗逊独立悬架的依据和意义 2籟丛妈羥为贍偾蛏练淨 1 2 1 选题依据 2預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴 1 2 2 选题意义 3渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦 1 3 国内外研究及发展趋势 3铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡 1 3 1 国内外研究现状 3擁締凤袜备訊顎轮烂蔷 1 3 2 发展趋势 4贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷 1 4 应用软件介绍 5坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚 1 4 1 CATIA 软件介绍 5蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘 1 4 2 SOLIDWORKS 软件介绍 5買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄 1 4 3 ADAMS 软件介绍 6綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴 2 麦弗逊式独立悬架部件设计 8驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦 2 1 本田飞度轿车参数 8猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑 2 2 悬架结构分析 8锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔 2 2 1 悬架机构等效方法 8構氽頑黉碩饨荠龈话骛 2 2 2 悬架空间几何参数的确定 9輒峄陽檉簖疖網儂號泶 2 2 3 悬架主要性能参数的确定 10尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅 2 3 螺旋弹簧设计 11识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒 2 3 1 弹簧及其材料选择 12凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴 2 3 2 弹簧参数确定 12恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦 2 3 3 弹簧校核 13鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫 2 4 减震器的选型与计算 14硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹 沈阳理工大学学士学位论文 IV 2 4 1 选型 14阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖 2 4 2 选择主要性能参数 15氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩 2 4 3 确定主要尺寸 15釷鹆資贏車贖孙滅獅赘 2 5 横向稳定杆的设计 16怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉 2 5 1 工作原理 16谚辞調担鈧谄动禪泻類 2 5 2 选择横向稳定杆参数 17嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩 2 6 弹簧限位缓冲块设计 17熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库 3 悬架主要部件建模 19鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞 3 1 螺旋弹簧简易建模 19纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛 3 2 减震器简易建模 20颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷 3 3 轮胎简易建模 21濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻 3 4 轮辋简易建模 23銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼 3 5 横向稳定杆建模 27挤貼綬电麥结鈺贖哓类 3 6 下摆臂建模 28赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈 4 悬架模型的处理 33塤礙籟馐决穩賽釙冊庫 4 1 模型的装配 33裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺 4 2 模型文件格式的转化与导入 33仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁 4 2 1 模型由 CATIA 导入 SOLIDWORKS 33绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧 4 2 2 模型由 SOLIDWORKS导入 ADAMS 34骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙 5 悬架模型的仿真 36瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉 5 1 ADAMS 中悬架模型的处理 36鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類 5 1 1 模型的简化方法 36栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬 5 1 2 模型构件的命名 36辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应 5 1 3 模型质量的定义 37峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺 5 2 模型仿真准备 38詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜 沈阳理工大学学士学位论文 V 5 2 1 运动副的添加 38则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷 5 2 2 运动函数的添加 38胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻 5 3 MARKER 点创建 40鳃躋峽祷紉诵帮废掃減 5 4 进行仿真 40稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜 6 悬架模型仿真结果的测量与分析 42陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟 6 1 测量结果 42沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應 6 2 处理结果并分析结论 45钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺 7 结论 49 致谢 50 参考文献 51 附录 A 英文文献原文 53 附录 B 中文文献翻译 63 沈阳理工大学学士学位论文 1 1 绪论 1 1 悬架的简单介绍 1 1 1 悬架的分类 据悬架导向构件的差异可将汽车悬架分为独立悬架和非独立悬架两大类 1 如图1 1 所示 a 非独立悬架 b 独立悬架 图 1 1 独立悬架与非独立悬架 非独立悬架 车轮是装在整根车轴两端的 如果一边车轮跳动 另一侧车轮会遭 受影响而作相应的跳动 整车身会因此振动或者偏斜 汽车的平稳性与舒适性会因此 大大减弱 而且 因为车桥和车轮一起跳动 空间需求较大 这就干扰了发动机的布 置 增加了制造成本 用于轿车后悬架时 会导致行李箱容积减小 备胎布置不方便 1 但由于其结构简单 承载力大 工作可靠 寿命长 时下仍在部分轿车的后悬架中采 用 2 懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮 独立悬架 该悬架车的车轴分成了独立的两段 两个车轮用螺旋弹簧与车架或者 车身相安装 如果一边车轮跳动 另一边车轮不会受到影响 这样汽车能够获得较佳 的平稳性与舒适性 但悬架结构较复杂 承载力小 在现代轿车前后悬架中 独立悬 架得到广泛应用 且已成为一种发展趋势 1 2 謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘 本次毕业设计为设计独立悬架 1 1 2 悬架的设计要求 1 使得汽车有良好的行驶平顺性 2 使得汽车具有恰当的衰减振动的能力 3 使汽车获得良好的操纵稳定性 沈阳理工大学学士学位论文 2 4 在汽车制动或者加速时 车身稳定性可以得到保证 车身纵倾可以得到减少 如果转弯 汽车需具有恰当的车身侧倾角 呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚 5 具有良好的隔声能力 6 占用空间尺寸小 结构紧凑 应该保证安装发动机与行李箱时具有充足的空间 7 能够稳当的传递车身和车轮间的各种力与力矩 且具有可靠的强度与寿命 8 导向机构的运动应与转向杆系的运动相协调 避免发生运动干涉 否则可能引 起转向轮摆振 9 降低成本 便于维修保养 10 悬挂构件必须具有足够的刚度和强度 提高使用寿命 1 3 1 2 选做麦弗逊独立悬架的依据和意义 1 2 1 选题依据 螺旋弹簧 减震器 下摆臂三个构件组成了麦弗逊式独立悬架 大部分车型会加 上横向稳定杆 简明言之 即螺旋弹簧套在减震器上组成 其中 减震器可以避免螺 旋弹簧受力时向前 后 左 右偏移的现象 限制弹簧只能作上下方向的振动 并能 以减震器的行程长短及松紧 来设定悬挂的软硬及功能 9 莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减 麦弗逊式独立悬架结构简明 质轻 反应快 可自动调车轮外倾角 拐弯时能自 行顺应路面情况 从而使轮胎与大地的接地面积大大增加 麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶 主要优点 结构简单 占用空间小 有利于发动机的布置 响应快 成本低 有 一定的经济效益 铰接点之间的距离比较大 这样可以减弱铰接点处的受力大小 车 轮定位参数变化较小 能使轮胎寿命加长 納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬 主要缺点 因自由度的减小 其可规划性比不上双横臂独立悬架 通过上支点 汽车的振动可以传递到汽车顶部 于是需要采用相应的隔离 防震方式 减震器的活 塞杆与导向套之间留存有摩擦力 使得悬架的性能变差 1 風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙 适用车型 中小型轿车 中低端 SUV 车 麦弗逊式独立悬架的典型结构如图 1 2 所示 沈阳理工大学学士学位论文 3 图 1 2 麦弗逊式独立前悬架 1 2 2 选题意义 时下 麦弗逊式独立悬架是世界上用的最具大规模的汽车前悬架之一 在国内市 面上 麦弗逊悬架是许多车型的首选悬架 灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹 时下近来使用麦弗逊式独立前悬的车型 上海通用别克新君威 比亚迪 F0 新君 越 一汽高尔夫 6 麦弗逊悬架运用规模大 小型车 紧凑型车 中等型车以及 SUV 车型都可运用 保时捷 911 同样全系采用麦弗逊悬架 悬架的性能特点及其与整车的 匹配关系深刻影响着汽车的行驶平顺性 操纵稳定性和乘坐舒适性 影响着整车的档 次和价格 据此 研究悬架拥有重要的有效意义 15 铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝 1 3 国内外研究及发展趋势 1 3 1 国内外研究现状 对悬架研究的越深 越能够突破技术上的瓶颈 扭杆弹簧 气体弹簧 橡胶弹簧 钢板弹簧等构件在汽车上接踵获得采用 1934 年世界上出现了首个由螺旋弹簧结成的 被动悬架 它无从较好的适合错综复杂的路面情况 其减振的功能欠佳 采用非线性 刚度弹簧和车身高度调试的法子尽管在某种程度上有所改善 但无法从根本上解决疑 难问题 15 攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸 半主动悬架的研究始于 1973 年 半主动悬架不考虑悬架的刚度 只是考虑切变悬 架的阻尼 只有可控的阻尼部件结成 其发生力的方法与被动悬架类似 但其阻尼或 刚度系数可根据运行形态调整 这与主动悬架极为类似 半主动悬架构造较简明 工 沈阳理工大学学士学位论文 4 作时不需要耗费车辆的动力 且可收获与主动悬架相仿的特性 具备广泛的发展全景 2 趕輾雏纨颗锊讨跃满賺 时下 汽车车速一度日益升高 这使被动悬架的短处日益成为提高汽车功能的瓶 颈 于是人们开发主动悬架以求超越 它在被动悬架的基底上 增多可调试刚度和阻 尼的控制设施 在需要时恰当调节悬架的刚度和阻尼 使汽车的悬架在任何路面上保 障最好的运行状况 20 世纪 80 年代 世界鼎鼎大名的汽车公司和生产厂家竞相研制开 发出这种悬架 沃尔沃 丰田等在汽车上进行了较为圆满的试验 2 装备主动悬架的汽 车 与其他人汽车比照时 在路况不好的路面急速行驶时 车身很稳当 轮胎噪声比 较小 汽车在转向与制动时 车身能较好的保持水平 这可大大提高乘坐舒适性 但 主动悬架构造错综复杂 制造成本贵 牢靠性不良一如既往是时下比较严峻的疑团 14 夹覡闾辁駁档驀迁锬減 我们国家汽车对半主动和主动悬架这邻域的研发启动比较晚 与国外相比照 差 距很大 从而我国大部分汽车采用被动悬架 主动悬架尽管提到的早 但出于控制错 综复杂 并且关联到许多科类 始终很难有大的起色 进入 20 世纪 90 年代 仍仅应 用于排气量大的豪华汽车 13 视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝 1 3 2 发展趋势 出于汽车行驶的平顺性和操纵稳定性的要求 安全化 智能化和清洁化的绿色智 能悬架将是之后汽车悬架前进的取向 偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠 被动悬架是传统的机械结构 刚度和阻尼都是不能调的 2 它的构造简明 特性牢 靠 成本相对便宜且不需附加能量 应用规模最大 在我国现阶段 依然有较高的研 究价值和参考 被动悬架性能的研究主要汇集在三个方面 首先 对汽车用以受力分 析 建立数学样本 再使用电脑仿真技术或有限元法搜索悬架的最优参数 然后 研 究可变刚度弹簧和可变阻尼的减振器 使悬架在绝大部路况上保有良好的运行状态 最后 研究导向机构 使汽车悬架在确保平顺性的前提下 稳定性有较大的升华 14 緦 徑铫膾龋轿级镗挢廟 半主动悬架的研究总而言之汇集在两个地方 实践策略的揣摩 执行器的调研 阻尼可调减振器着重有两种 一种是透过改变节流孔大小的方式调节阻尼 一种是透 过改变减振液的粘性调节阻尼 节流孔的规格一般通过电磁阀或步进电机进行有级或 无级的调试 这种点子成本较高 构造错综复杂 通过改变减振液的粘性来改变阻尼 沈阳理工大学学士学位论文 5 系数 具备构造简明 成本较低 无噪声和冲撞等特点 这些是时下提高的主要趋势 14 騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼 主动悬架探寻也汇集在两个地方 牢靠性 实践器 出于主动悬架动用了许许多 多的传感器 单片机 输出编入集成电路和各种接口 出于组件较多 减低了悬架的 可靠性 据此 加大元件的集成比例 是一个无法超越的阶段 执行器的研究主要是 用电动器件代替液压器件 电气动力系统中的直线伺服电机和永磁直流直线伺服电机 具备较多的好处 今后将会替换液压执行构件 15 运用电磁蓄能理论知识 结合参数 思考自校正控制器 可望统筹出高性能低功耗的电磁蓄能式自适合主动悬架 使主动 悬架由理论探寻转化为实践运用 1 疠骐錾农剎貯狱颢幗騮 1 4 应用软件介绍 1 4 1 CATIA 软件介绍 CATIA 是法国达索公司创造的一款三维制图软件 被大规模地应用在航空航天 汽车 造船 机器制造 电器业等各行各业 其集成解决计划包括绝大部分产品设计 与制造领域 且顺应了工农业等领域各种大中小企业的需要 它足以援助铁厂 造纸 厂等厂商设计他们未来的产品 并支持从项目前阶段 切合实际的设计 比较 模拟 组装到维护在内的总体工业设计程序 16 CATIA 启动界面如图 1 3 所示 镞锊过润启婭澗骆 讕瀘 在汽车业 CATIA 一度成为实际上的制造业准则 世界前 20 名的汽车公司已有 18 家使用 CATIA 作为着重设计软件 CATIA 在形状格调 车身及发动机规划等地方 具备特别的长处 为各种各样车辆的设计和制造提供了端对端 end to end 的解决方 案 CATIA 涉及产品 加工和人三个重点区域 CATIA 的可舒卷性和并行工程能力 可不言而喻的减小产品上市时间 4 17 榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛 本次毕业设计主要应用 CATIA 软件进行麦弗逊式独立悬架的简单三维建模 1 4 2 SolidWorks 软件介绍 SolidWorks 的使用程序是一种机械类规划自动化软件 机械设计者可以利用这款 软件在短时间内绘制出某产品的平面草图 再凭借拉伸等命令按钮呈现三维实体模型 除了三维建模外 SolidWorks 还具有强大的辅助功能 可以对设计的产品进行三维浏 览 运动模拟分析等功能 启动界面如图 1 4 所示 邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑 沈阳理工大学学士学位论文 6 SolidWorks 足以提供不同的规划方法 在规划程序中减小失误 提高生产品质量 SolidWorks 拥有有力的性能 是世界首个建立在 Windows 上创造的三维 CAD 系 统 嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲 图 1 3 CATIA 启动界面图 于各个工程师和规划者而言 操作适宜简明 易学易懂 极其方便用户操作 本次毕业设计主要运用 SolidWorks 软件将 CATIA 模型转换成 x t 格式文件 有利 于实体模型导入到 ADAMS 软件中进行运动学分析 5 该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭 图 1 4 SolidWorks 启动界面 1 4 3 ADAMS 软件介绍 沈阳理工大学学士学位论文 7 ADAMS 中文全名是机械系统动力学自行分析 英文名为 Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems 该软件是美国机械动力公司 Mechanical Dynamics Inc 创造的虚拟样机分析软件 时下一度被全世界各行各业的数百家著名制造生产商使用 劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙 ADAMS 不止是虚拟样机剖析的使用软件 动用该软件可以极其适宜地对虚拟的 机械系统进行静力学 运动学以及动力学的分析 且它甚至是虚拟样机分析创造用具 其开放性的程序构造和多种接口 足以变为特别行业用户进行特殊种类虚拟样机剖析 的二次开发工具平台 其发动界面如图 1 5 所示臠龍讹驄桠业變墊罗蘄 虚拟样机技术透过 CAD CAE CAM 等技术方法把产品资料集中到一个可视化环境 中 落实产品的仿真 分析等功能 ADAMS 仿真软件可以在各种虚拟环境中真实无 误的再现机械系统的运动 通过优化功能不断改进设计缺陷 进而改进系统 直至获 得最优方案 这样就能做出较理想的物理样机 鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞 在 ADAMS 中创设完全参数化的机械系统物理几何样本 其求解器使用多刚体系 统动力学理论中的拉格朗日方程方法 以此建立系统动力学方程 18 对虚拟机械系统 采取静力学 运动学和动力学分析 编出位移 速率 加速度和反作用力线 ADAMS 软件的仿真可用于预知机械系统的功能 运动界限 冲撞检测 峰值载荷以及运算有 限元的编入载荷等 6 19 穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺 本次毕业设计运用 ADAMS view 模块进行运动仿真 得出用于分析的结果 沈阳理工大学学士学位论文 8 图 1 5 ADAMS 启动界面 2 麦弗逊式独立悬架部件设计 2 1 本田飞度轿车参数 本田飞度轿车参数如表 2 1 所示 表 2 1 本田飞度轿车参数 参数类别参数值 整车整备质量1058kg 空载前轴轴载质量658kg 满载总质量1440kg 满载后轴载质量660kg 后轮轮距1465mm 满载前轴允许负荷 810kg 轴距2530mm 空载后轴轴载质量400kg 满载前轴载质量780kg 前轮轮距1480mm 长 宽 高 mm 4065 1695 1525 满载后轴允许负荷160mm 2 4 dc ff 该设计符合要求 1 7 12 20 3 悬架刚度计算 由初始数据可知单个前悬的满载质量为 380kg 前悬架刚度 390 9 8 250 15 288N mm c W c s f F f F c 满载 2 5 2 3 螺旋弹簧设计 2 3 1 弹簧及其材料选择 螺旋弹簧广泛应用于独立悬架 特别是前独立悬架 其本身不具有减振作用 需要与 减震器共同安装 螺旋弹簧本身质量小 且所需的安装空间小 不需润滑 2 弹簧端部磨平 安装是靠在上下托盘上 8 本毕业设计选择 60Si2MnA 为簧丝的材料 可提高弹簧在交变载荷下的疲劳寿命 2 3 2 弹簧参数确定 2 6 iD Gd C m S 3 4 8 4 3 8 G CiD d sm 其中 i 弹簧有效工作圈数 取 8 沈阳理工大学学士学位论文 13 G 弹簧材料的剪切弹性模量 取Mpa 4 103 8 弹簧中径 取 110mm m D 代入数据有 d 11 5mm 1 20 查 机械设计手册 GB1222 有表 2 2 表2 2 普通圆柱螺旋弹簧的尺寸系列 第一 系列 0 3 0 35 0 4 0 45 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 1 2 1 6 2 2 5 3 3 5 4 4 5 5 6 8 12 16 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 弹簧 丝直径 d mm第二 系列 0 320 55 0 65 1 4 1 8 2 2 2 8 3 2 5 5 6 5 7 9 11 14 18 22 28 32 38 42 55 65 弹簧中 径 D mm 2 2 2 2 5 2 8 3 3 2 3 5 3 8 4 4 2 4 5 4 8 5 5 5 6 6 5 8 8 5 9 10 12 14 16 18 20 22 25 28 30 35 38 40 42 45 48 50 52 55 58 60 65 70 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 160 170 180 90 200 压缩 弹簧 2 2 25 2 5 2 75 3 3 25 3 5 3 75 4 4 25 4 5 4 75 5 5 5 6 6 5 7 7 5 8 8 5 9 9 5 10 10 5 11 5 12 5 13 5 14 5 15 16 18 20 22 25 28 30 有效圈 数 n 圈 拉伸 弹簧 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 25 28 30 35 40 45 50 55 60 65 70 80 90 100 自由高 度 mm 0 H 压缩 弹簧 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 24 26 28 30 32 35 38 40 42 45 48 50 52 55 58 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 130 140 150 160 170 180 190 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 450 480 500 520 550 580 600 选取圆柱螺旋弹簧基本参数如表2 3所示 参照示意图2 6 表2 3 螺旋弹簧参数 参数类别参数值 弹簧钢丝直径12mm 沈阳理工大学学士学位论文 14 弹簧外径152mm 弹簧中径140mm 有效圈数8 自由高度300mm 材料60Si2MnA 图 2 6 螺旋弹簧示意图 2 3 3 弹簧校核 1 弹簧刚度校核 弹簧刚度的计算公式为 iD Gd C m S 3 4 8 2 7 代入数据计算可得弹簧刚度为 S C mmN iD Gd C m S 3 17 81108 11103 8 8 410 3 4 2 8 与设计的数据差别不大 弹簧选择符合刚度要求 2 弹簧表面剪切应力校核 弹簧在压缩时其工作方式与扭杆类似 都是靠材料的剪切变形吸收能量 弹簧钢 丝表面的剪应力为 沈阳理工大学学士学位论文 15 2 3 88 d PCK d KPDm 2 9 其中 C 弹簧指数 旋绕比 dDC m 曲度系数 为考虑簧圈曲率对强度影响的系数 K CC C K 615 0 44 14 P 弹簧轴向载荷 已知 110mm d 12mm 可以算出弹簧指数 C 和曲度系数 m D K 110 11 10dDC m 14 1 10 615 0 4104 1104615 0 44 14 CC C K 2 10 P 减震器布置角度 0 N38220cos8 9390 则弹簧表面的剪切应力为 Mpa d PCK d KPDm 1 635 101214 3 02 1 16 9 3822888 2 3 2 3 0 63 0 63 1000Mpa 于是弹簧满足要求 1 12 20 2 4 减震器的选型与计算 2 4 1 选型 液压减震器可根据液压缸筒的个数 作用行程 是否充气和阻尼是否可调等进行 分类 也可按节流阀系统的组件结构进行分类 根据液压缸筒数可分为单缸和双缸减 震器 根据作用行程可分为单作用和双作用减震器 1 7 20 根据是否充气可分为充气和 非充气减震器 齡践砚语蜗铸转絹攤濼 液压减震器的阻尼力主要是由油液流经节流小孔 缝隙的节流压力差产生 当车 架与车身做往复相对运动时 减震器的活塞在缸筒内也做往复运动 油液便从一个内 腔流入到另一个内腔内 此时 孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成振动的 阻尼力 使车身与车架的振动能量转化为热能散发到大气中 这样便能有效的减弱簧 上和簧下质量的相对运动 提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性 9 绅薮疮颧訝标販繯轅赛 此种减震器结构简单 性能可靠 价格低 应用较为广泛 本田飞度轿车的工作 工况一般为城市道路工况 路面相对平缓 悬架的减振器在此路面工作时 振动的幅 沈阳理工大学学士学位论文 16 值小 频率高 饪箩狞屬诺釙诬苧径凛 因此 此设计中选用双筒液力式减振器较为合适 2 4 2 选择主要性能参数 1 减振器的阻尼系数 减振器的阻尼系数不仅与非簧载质量和悬架刚度有关 还与 相对阻尼系数有关 拟取 2063 烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵 2 相对阻尼系数 减震器的相对阻尼系数是评价悬架性能好坏的重要参数之一 是振动快慢的标志 表达式为 2 其中 c 为悬挂刚度 m 为悬挂质量 选择相cm 对阻尼系数时 若取得大 这样假定能迅速衰减振动 但会把不平路面的较大冲击力 传到车身 如果取得过小 则又会过慢衰减振动 不利于保证汽车的行驶平顺性 1 3 7 12 拟选相对阻尼系数 0 324 鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键 3 减震器安装角度 减震器轴线与铅垂直线角度 定为 0 2 4 3 确定主要尺寸 选取时按照标准选用 参考表 2 4 选择 表 2 4 减震器参数选择标准 mm 工作缸直径 D基长 L 贮油直径 c D 吊环直径 吊环直径宽度 B活塞行程 S 3011 120 44 47 2924230 240 250 2 60 270 280 4014 150 543932120 130 140 1 50 270 280 5017 180 70 75 4740120 130 140 1 50 160 170 18 0 652102106250120 130 140 1 50 160 170 18 0 190 减震器参数如表 2 5 所示 表 2 5 减震器参数 参数类别参数值 沈阳理工大学学士学位论文 17 筒式减振器工作缸直径 D4mm 储油筒的直径 Dc 1 35 1 5 D54mm 壁厚2mm 材料20 号钢 活塞行程 S180mm 基长 L120mm Lmin L S300mm 压缩到底的长度 Lmax Lmin S480mm 拉足的长度 2 5 横向稳定杆的设计 横向稳定杆是一根具有一定刚度的扭杆弹簧 是柔性杆体 结构上它与左右悬挂 的下托臂或减震器滑柱相连 本次与下摆臂相连 汽车高速运动时 车身会产生较大 的倾斜和横向角振动 因此横向稳定杆可发挥重要作用 撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞 国内多用 60Si2MnA 材料制作 2 5 1 工作原理 当左右悬挂都处于不平缓路面时 若两边的悬挂同时上下运动 稳定杆则不产生 扭转 车辆转弯时 外侧悬挂承受较大力量 车身会发生一定的侧倾 外侧悬挂收缩 内测悬挂舒张 则横向稳定杆会发生扭转 产生弹力 阻止了悬架弹簧的变形 防止 车辆侧倾 减小车身的横向倾斜和横向角振动 从而提高车辆行驶稳定性 12 踪飯梦掺钓 貞绫賁发蘄 2 5 2 选择横向稳定杆参数 尺寸如下图所示 杆的直径 d 22mm 杆长 L 1260mm 如示意图 2 7 所示 沈阳理工大学学士学位论文 18 图 2 7 横向稳定杆示意图 横向稳定杆在独立悬架中的安装机构示意图如图 2 8 所示 图 2 8 横向稳定杆安装机构示意图 2 6 弹簧限位缓冲块设计 在设计中 本田飞度汽车前悬架的导向臂和转向拉杆间的转角被限制在比较小范 围内 如果悬架行程增大 零件会因为冲击而发出噪声 铰接的销轴将会因承受过大 的弯曲载荷而断裂 12 在悬架中设置弹簧限位缓冲块有助于减少这些危险的发生 缓 冲块实际上是一种非线性程度很强的弹性元件 用于限制悬架行程 吸收从车轮传到 车身的冲击载荷 21 婭鑠机职銦夾簣軒蚀骞 本田飞度汽车前悬垂直刚度为17 3N m 悬架设计得较软 虽然有利于提高汽车的 平顺性和舒适性 但却增加了螺旋弹簧达到压缩极限的可能性 为了解决这种矛盾 需要选择合适的缓冲块阻尼 在设计中 选择缓冲快的阻尼为1100 材料为多孔聚胺 沈阳理工大学学士学位论文 19 脂 譽諶掺铒锭试监鄺儕泻 车内的噪音水平及悬架系统零件的共振频率与路面噪音的频率有很大的关系 在设 计中 为本田飞度轿车选定的缓冲块的工作频率为 60Hz 这可在很大程度上减少轿车 内的噪音 提高乘坐的舒适性 俦聹执償閏号燴鈿膽賾 在实际安装中 弹簧限位缓冲块通过螺栓与车架相连接 3 悬架主要部件建模 3 1 螺旋弹簧简易建模 1 在桌面双击图标 选择 开始 机械设计 进入线框架结构与曲面 设计模块 绘制图 3 1 所示草图 螺旋弹簧簧丝直径为 12mm 缜電怅淺靓蠐浅錒鵬凜 图 3 1 弹簧直径草图 沈阳理工大学学士学位论文 20 2 按图 3 2 所示示建立螺旋弹簧模型 其中螺距为 40mm 弹簧自由高度为 300mm 图 3 2 螺旋弹簧扫掠图 3 切除弹簧端部 弹簧模型得以建成 2 端切除的宽度各为 6mm 图 3 3 螺旋弹簧端部切除图 3 2 减震器简易建模 1 建立减震器缸体模型 减震器工作缸直径 40mm 缸体厚度 2mm 总长 沈阳理工大学学士学位论文 21 392mm 模型颜色在属性中定义 图 3 4 中所示下托盘直径必须大于螺旋弹簧外径 取 为 190mm 骥擯帜褸饜兗椏長绛粤 图 3 4 减震器缸体模型图 2 建立减震器活塞杆模型 如图 3 5 所示 其中杆长 332mm 上托盘直径必须大 于螺旋弹簧外径 取为 190mm 活塞直径应与缸体直径相同 癱噴导閽骋艳捣靨骢鍵 图 3 5 减震器杆模型图 3 3 轮胎简易建模 沈阳理工大学学士学位论文 22 1 在草图模块 xy 面上建立如图 3 6 所示草图 图 3 6 轮胎截面草图 2 建立完成后退出草图 绕 x 轴旋转 360 度 得到轮胎初步空心实体 如图 3 7 所示 图 3 7 半边轮胎实体 3 轮胎花纹建模如图 3 8 所示 花纹深度为 15mm 沈阳理工大学学士学位论文 23 图 3 8 轮胎花纹建模 4 将花纹实体绕 x 轴 360 旋转 再将整个模型实体镜像对称得到实体模型 如 图 3 9 所示 在属性中定义模型如下所示的颜色 鑣鸽夺圆鯢齙慫餞離龐 图 3 9 轮胎实体模型 沈阳理工大学学士学位论文 24 3 4 轮辋简易建模 1 绘制如图 3 10 所示草图 细节的尺寸参考 CATIA 模型文件 图 3 10 轮辋草图 2 退出草图工作界面 将草图绕 x 轴旋转 360 得到旋转体 图 3 11 轮辋半部实体 3 进行凹槽和倒角处理 得到如图 3 12 所示实体 沈阳理工大学学士学位论文 25 图 3 13 轮辋半部实体 4 运用镜像功能 得到轮辋模型 图 3 14 轮辋实体 5 进行凹槽和倒角处理 如图 3 14 和 3 15 所示 沈阳理工大学学士学位论文 26 图 3 14 轮辋实体 图 3 15 轮辋实体 6 图 3 16 为最终的轮辋模型 沈阳理工大学学士学位论文 27 图 3 16 轮辋实体 3 5 横向稳定杆建模 1 在草图编辑器中建立如图 3 17 所示草图 图 3 17 横向稳定杆直径草图 2 退出并进入 xy 工作界面 绘制如图 3 18 草图 具体尺寸如图所示 沈阳理工大学学士学位论文 28 图 3 18 横向稳定杆杆体草图 3 利用扫掠功能将图 3 17 中草图沿着图 3 18 草图中的曲线扫掠得到实体 并镜 像对称 得到稳定杆实体模型 如题 3 19 所示 榄阈团皱鹏緦寿驏頦蕴 图 3 19 横向稳定杆模型 3 6 下摆臂建模 1 进入草图编辑器 绘制图 3 20 所示草图 退出并拉伸 30mm 沈阳理工大学学士学位论文 29 图 3 20 下摆臂建模草图 2 选取上述拉伸实体一表面绘制图 3 21 所示草图 退出并凹槽处理 图 3 20 下摆臂建模草图 3 在图 3 21 所示位置打通孔 直径为 10mm 沈阳理工大学学士学位论文 30 图 3 21 通孔位置示意图 4 在图示位置打孔 直径为 10mm 图 3 22 通孔位置示意图 5 偏移 zx 平面 方向及距离如图 3 23 所示 沈阳理工大学学士学位论文 31 图 3 23 平面偏移图 6 绘制连接横向稳定杆的部位草图 退出并拉伸 厚度为 7mm 如图 3 24 所示 图 3 24 下摆臂连接位置示意图 7 在该连接部位上打孔 直径为 22mm 整个实体如图 3 25 所示 沈阳理工大学学士学位论文 32 图 3 25 下摆臂模型图 4 悬架模型的处理 4 1 模型的装配 4 1 1 CATIA 中模型装配 新建 CATIA 装配文件 按前轮定位参数的要求装配悬架实体 其中主销后倾角 1 69 主销内倾角 12 25 10 由于车轮外倾角很小 装配时 可垂直于坐标平面进 行摆放 最终完成装配实体如图 4 1 所示 注意滑柱轴线与弹簧轴线不共线 逊输吴贝义鲽 國鳩犹騸 沈阳理工大学学士学位论文 33 图 4 1 基于 CATIA 悬架模型装配图 4 2 模型文件格式的转化与导入 4 2 1 模型由 CATIA 导入 SolidWorks 在 CATIA 中 将模型另存为 igs 格式文件 打开 SolidWorks 软件 导入该 igs 格 式文件 模型在 solidworks 中打开 导入过程中 模型的组件需要以 part 形式导入 模 型在 SolidWorks 中如图 4 2 所示 幘觇匮骇儺红卤齡镰瀉 沈阳理工大学学士学位论文 34 图 4 2 基于 SolidWorks 的悬架模型图 4 2 2 模型由 SolidWorks 导入 ADAMS 在 SolidWorks 中将模型另存为 x t 格式文件 在 ADAMS 中打开该格式的文件 在图 4 3 中需要注意 File Type 选 x t 格式 File to read 选文件所在的路径 Model name 选建立的模型名 誦终决懷区馱倆侧澩赜 图 4 3 Adams 模型导入界面 于是模型便导入到 ADAMS 中 命名为 Front suspension 导入后的模型如图 4 4 所示 医涤侣綃噲睞齒办銩凛 沈阳理工大学学士学位论文 35 图 4 4 基于 ADAMS 的悬架模型图 沈阳理工大学学士学位论文 36 5 悬架模型的仿真 5 1 Adams 中悬架模型的处理 5 1 1 模型的简化方法 由车辆的实际运动可知 横向稳定杆本身具有弹性 是柔性件 在运动过程中会 发生扭曲 这种仿真在 ADAMS 中实现起来比较困难 于是仿真时需要忽略横向稳定 杆 同时 模型中的弹簧构件是无法定义成弹簧的 需要按照弹簧参数重新构建弹簧 建立弹簧时 弹簧上作用点为减震器杆的上球铰点 下作用点为减震器上弹簧下托盘的中心点 弹簧刚度 17 3N mm 阻尼系数为 2063 为进行试验 需要增加试验台 最终模型如图 4 5 所示 舻当为遙头韪鳍哕晕糞 图 5 1 基于 ADAMS 的悬架简化模型 5 1 2 模型构件的命名 对模型构件进行命名 采用中文拼音命名 便于后期仿真分析 对应的名称如 4 6 图 沈阳理工大学学士学位论文 37 图 5 2 模型构件名称 5 1 3 模型质量的定义 对模型各个构件材料进行定义 ADAMS 会自动定义出构件的质量 如图 5 3 所示 窗口 Define Mass By 选 Geometry and Material Type 在 Material Type 中选择构件材料 鸪凑鸛齏嶇烛罵奖选锯 图 5 3 ADAMS 模型构件质量定义窗口 沈阳理工大学学士学位论文 38 5 2 模型仿真准备 5 2 1 运动副的添加 1 悬架弹簧橡胶块通过螺栓与车架固接在一起 在 ADAMS 模型中 可通过固定 锁来实现 2 减震器杆顶端和橡胶块通过转动副进行约束 限制了 2 个转动和 3 个平动自由 度 3 减震器杆和减震器缸体通过圆柱副约束 限制了 2 个转动自由度和 2 个平动自 由度 4 在主销下端的球铰处施加球运动副 限制 3 个平动自由度 下摆臂 2 端通过球 铰与副车架 地面 相约束 限制 3 个平动自由度 筧驪鴨栌怀鏇颐嵘悅废 5 试验台与地面通过移动副相约束 限制 2 个平动和 3 个转动自由度 6 车轮与试验台在仿真过程中需保持接触 于是需在 2 者之间添加在面上的约束 限制 1 个点的 1 个平动自由度 韋鋯鯖荣擬滄閡悬贖蘊 7 其余螺栓螺母均与相连接的构件通过固定锁来约束 5 2 2 运动函数的添加 试验台与地面的移动副上施加平移运动 位移函数为 50 sin 360d time 如 5 4 图所示 沈阳理工大学学士学位论文 39 图 5 4 Adams 仿真位移函数添加窗口 模型结果如图 5 5 所示 图 5 5 基于 Adams 的悬架建模型图 沈阳理工大学学士学位论文 40 ADAMS 系统计算的自由度如图 5 6 所示 图 5 6 ADAMS 模型自由度计算结果 5 3 MARKER 点创建 5 3 1 创建测量车轮定位参数的 MARKER 点 1 为测量主销内倾角 主销后倾角需要选中主销下球铰中心的 MARKER 88 与主 销上球铰中心的 MARKER 83 系统已自行创建 不需另外创建 涛貶騸锬晋铩锩揿宪骟 2 为测量车轮侧向位移量与车轮跳动量 需要创建车轮几何中心点 MARKER 123 3 为测量车轮前束 需要创建车轮后部在 z 方向与车轮中心等高的 MARKER 115 4 为测量车轮外倾角 需要创建车轮顶部的 MARKER 117 5 4 进行仿真 仿真前 设置 end time 为 1 秒 steps 为 100 点击三角形图标进行仿真 如图 5 7 所示 沈阳理工大学学士学位论文 41 图 5 7 ADAMS 仿真设置窗口 沈阳理工大学学士学位论文 42 6 悬架模型仿真结果的测量与分析 6 1 测量结果 6 1 1 定位参数的测量 在 ADAMS 工具栏上按 build measure function new 路径打开测量窗口 图示 如 6 1 钿蘇饌華檻杩鐵样说泻 图 6 1 Adams 仿真测量输入窗口 1 测量主销内倾角随时间的变化曲线 输入内容为 ATAN DX MARKER 83 MARKER 88 DZ MARKER 83 MARKER 88 单位为 angle 结果如图 6 2 所示 在振动周期内 主销内倾角在 11 74 度到 13 46 度范围内按 正弦规律变化 变化较小 戧礱風熗浇鄖适泞嚀贗 沈阳理工大学学士学位论文 43 图 6 2 主销内倾角随时间变化曲线 2 输入 ATAN DY MARKER 83 MARKER 88 DZ MARKER 83 MARKER 88 测量主销后倾角随时间的变化曲线 结果如图 6 3 所示 在振动周期内 主销后倾角 在 1 53 度到 1 86 度范围内按正弦规律变化 变化较小 購櫛頁詩燦戶踐澜襯鳳 图 6 4 主销外倾角随时间变化曲线 3 输入 DZ MAKER123 测量车轮跳动量随时间的变化曲线 结果如图 6 5 所示 在振动周期内 跳动位移在 50mm 到 50mm 范围内变化 变化遵循正弦规律 嗫奐闃頜瑷 踯谫瓒兽粪 沈阳理工大学学士学位论文 44 图 6 5 车轮跳动量随时间变化曲线 4 输入 DX MAKER123 测量车轮侧向位移量随时间的变化曲线 结果如图 6 6 所 示 在振动周期内 侧向位移在 5 50mm 到 1 58mm 范围内变化 变化较小 虚龉鐮宠確嵝 誄祷舻鋸 图 6 6 侧向位移随时间变化曲线 5 输 ATAN DX MARKER 117 MARKER 116 DZ MARKER 117 MARKER 116 测量前轮外倾角随时间的变化曲线 结果如图 6 7 所示 在周期内 车轮外倾角在 0 度 与 0 3094 度之间变化 與顶鍔笋类謾蝾纪黾廢 沈阳理工大学学士学位论文 45 图 6 7 前轮外倾角随时间变化关系曲线 6 输入 ATAN DX MARKER 115 MAKER123 DY MARKER 115 MAKER123 测量前轮前束随时间的变化曲线 如图 6 8 所示 角度在 0 24 度到 1 16 度之间变化 变化较小 結释鏈跄絞塒繭绽綹蕴 图 6 8 前轮前束随时间变化关系曲线 6 2 处理结果并分析结论 沈阳理工大学学士学位论文 46 6 2 1 处理结果 整车在运动过程中 轮胎和车身的相对位置很有可能发生变化 这将使车轮定位 参数发生变化 为了便于分析 需要以车轮跳动量作为自变量 研究前轮定位参数的 变化情况 餑诎