车辆工程毕业设计(论文)-麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真【全套图纸三维】 .doc
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1、 摘 要现在的人们对汽车的要求越来越高,在获得良好的动力性和经济性的同时,还要求具有良好的操纵稳定性。汽车的操纵稳定性是影响汽车行驶安全性的重要性能之一,因此,如何研究和评价汽车的操纵稳定性,以获得良好的汽车主动安全性能一直是关于汽车研究的一个重要课题。全套图纸,加153893706本文首先对某车型麦弗逊前悬架的结构以及悬架的设计要求进行了分析.然后在ADAMS/View模块中麦弗逊式悬架建模的方法,分析了参数化悬架模型的方法,并对模型进行了参数化,进行了悬架运动学仿真分析。分析了悬架各性能参数(主销内倾角、主销后倾角、车轮外倾角、车轮前束角和前轮侧向滑移量)在车轮跳动过程中的变化趋势,并指出
2、需要改进的地方。研究多个设计变量的变化对样机性能的影响,并总结规律,提出优化设计的方案。再次进行仿真,对比分析了优化前后的仿真结果,并评价了优化方案。优化后悬架的性能明显提高,验证了优化方案的可行性。本文研究的目的和意义为在试制前的阶段进行设计和试验仿真,并且提出改进意见。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。本文的初步研究具有一定的实践和应用价值。关键词:麦弗逊悬架; ADAMS/View; 建模; 运动仿真 ABSTRACTNowadays,along with the popularization of the vehicle,the
3、 requirement for the vehicle becomes higher and higherThe favorable handling stability performance is required as well as the favorable power performance and economical performanceThe handling stability of a vehicle is one of the important characters that have effect on the active safety performance
4、 of vehicle,therefore,it is always an important subject that how the handling stability performance is researched and evaluated to gain a favorable active safety performanceFirstly ,I have a detailed analysis for Macpherson suspension structureFollowing, The paper introduced how to build a model for
5、 the half of the suspension ADAMSView,discussed the performance of the front wheel alignment parameters such as the kingpin inclination ,caster ,camber ,the toe angle and sideways displacement in a front wheel vehicle positioningThe model was a virtual front suspension test platform,and analyzed the
6、 change trend of the suspension performance parameters in the process of flopping the wheelThe impacts of its changes in the trend of design variables are also analyzedmake all optimized design of the program,with the comparative analysis to verify the feasibility of the optimization program before
7、and after the optimization,the suspensions key data was generated,the virtual design was finishedThe purpose and significance of the article lies in establishing a vehicle Macpherson suspension of the virtual design platform for virtual simulation test,pioneering a more scientific approach for the d
8、esign and development of Macpherson suspension,combining the automobile design theory,resolving problems in the field of kinematics and dynamics,improving the quality of designThis research will also contribute to enhance the ability to independently develop products for Chinas automobile industryth
9、e research of this article has high theory meaning and practical valueKey Words:Macpherson Suspension; ADAMS/ View; Modeling; Motion Simulation目 录摘 要Abstract第1章 绪 论11.1 选题的目的11.2 选题的意义11.3 悬架技术研究现状21.4 研究内容和方法31.5 预期结果4第2章 麦弗逊式独立悬架结构分析52.1 悬架的组成与分类52.1.1 悬架的组成52.1.2 悬架的分类62.2 本章小结11第3章 麦弗逊式独立悬架设计123
10、.1 悬架机构形式确定123.2 主要依据参数的确定143.3 悬架的弹性特性和工作行程153.4 螺旋弹簧的设计163.4.1 螺旋弹簧的刚度163.5 减震器结构类型的选择193.6 减震器参数设计233.7 横向稳定杆设计253.7.1 横向稳定杆的作用253.7.2 稳定杆接头形式选择263.7.3 稳定杆直径计算263.7.4 稳定杆校核283.8 轮胎尺寸283.9 半轴初步计算283.10 本章小结29第4章 基于ADAMS/View的悬架优化分析304.1 虚拟样机技术简介304.2 虚拟样机技术的实现ADAMS软件介绍304.3 麦弗逊悬架简化模型314.4 在ADAMS/V
11、iew中创建悬架模型324.5 测试悬架模型364.6 悬架参数化464.6.1 创建设计变量474.6.2 设计点参数化484.6.3 实体参数化524.7 优化前悬架模型534.7.1方法534.7.2优化模型554.7.3 优化方案574.7.4 优化结果594.7.5 优化结果的评价624.8 本章小结62第5章 麦弗逊前悬架三维实体建模635.1 悬架各零件建模635.1.1 车轮的创建635.1.2 螺旋弹簧的创建645.1.3 制动盘的创建655.1.4 转向节的创建655.1.5 下横臂的创建655.1.6 减震器的创建665.1.7 其他零部件的创建665.2悬架的装配675
12、.2.1 组件装配概述675.2.2 装配悬架组件的过程675.3 本章小结69结 论70参考文献71致 谢73附录A74附录B79 第1章 绪 论1.1 选题的目的由于悬架系统在汽车行驶中占有重要地位和发挥关键作用,悬架的研究越来越受到广泛的重视。在传统设计和研究方法的基础上,也出现了许多先进的方法和技术,比如CAD/CAE技术、有限元分析、模拟仿真、虚拟设计、优化设计等等。所以悬架系统的研究设计具有广阔的前景。在实际当中,如果悬架结构设计不当,将会大大影响汽车产品的使用性能,出现转向沉重、车轮摆振、轮胎偏磨严重、轮胎使用寿命缩短等现象。本课题研究的目的就在于运用CAD/CAE技术对车辆麦弗
13、逊式前悬架的虚拟设计。在试制前的阶段进行悬架结构布置和建模仿真,获得分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系,总结规律。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,通过对模型某项或是多项性能指标进行优化,通过调节相应的参数来满足设计要求,从而为汽车悬架的设计提供一种新的可行性方案,为生产实践提供必要的理论支持。1.2 选题的意义悬架是车辆行驶系的重要的组成部分。其主要任务是弹性连接车轮与车架,传递二者之间的力和力矩,并缓和冲击、衰减振动。性能优良的悬架系统对改善车辆的操纵稳定性、行驶平顺性、减轻车辆自重、改善轮胎的磨损状况以及减少对公路的破坏具有重要意义。传统的悬架设计一般
14、采用经验设计法、数学推导法以及几何作图等方法, 在悬架系统设计、试验、试制整个过程中必须边试验、边改进,从设计到试制、试验、定型,产品开发成本较高,虽然可以满足设计要求, 但精度和效率不高。所以,传统的方法已经很难满足日益加速的设计需求, 为缩短开发周期, 降低开发成本, 有必要采用新的设计方法。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。有利于企业抢占市场和发展先机,提高经济效益和社会效益。1.3 悬架技术研究现状悬架的运动学、动力学仿真分析在汽车悬架系统的设计
15、和开发中占有重要的地位。悬架系统在发挥车辆操纵稳定性方面至关重要。由于汽车操纵稳定性研究的复杂性和危险性,往往要进行计算机仿真,随着计算机软硬件的飞速发展,许多新的概念被提了出来,如虚拟现实技术(Virtual Reality Technology),虚拟试验技术(Virtual Experiment Technology),虚拟仿真技术(Virtual Simulation Technology),和虚拟原型实验仿真技术(Virtual Prototyping Experiment Simulation Technology)等等,这为车辆计算机仿真技术描绘了美好的前景。虚拟试验技术是一种先
16、进的以高性能计算机系统为支撑平台的计算机仿真技术,是近年来随着计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、并行技术、传感器技术等一系列技术的迅速发展而发展起来的。按传统的方法对新车的操纵稳定特性进行研究时,需要经过设计、试验,试验总结出来的问题反馈到设计。设计通过计算、更改后,再试验,这种完全依靠样车试制后对汽车进行试验达到调整汽车性能的做法已经不能满足开发速度和开发质量的要求,所以有必要在设计中采用虚拟试验技术对汽车的性能进行预测,以在实际样车试制之前就对其性能进行预测,并提出改进意见,达到提高设计质量和加快设计速度的目的,这对于提高我国汽车设计的总体水平也有着重要的意义。上世纪末兴起
17、的数字化虚拟样机技术是缩短车辆研发周期、降低开发成本、提高产品设计和制造质量的重要途径。随着虚拟产品开发、虚拟制造技术的逐渐成熟,计算机仿真技术得到了广泛应用,而系统动力学仿真就是数字化虚拟样机技术的核心和关键技术。就汽车而言,车辆动力学性能、驾驶操纵稳定性能、平顺性能均为汽车的根本特性,在实际的研发生产过程中对这些性能的研究、测试就必不可少。为了降低产品开发风险,在样车制造出之前,利用数字化样机对这些上述性能进行计算机仿真,并且优化其参数就显得十分必要了。在概念设计和方案论证中,利用虚拟样机技术,设计人员可以把自己的经验与想象结合在计算机内的虚拟样机里,让想象力和创造力充分发挥。当用虚拟样机
18、来代替物理样机验证设计时,不但可以缩短开发周期,而且设计质量和效率也能得到提高。对操纵稳定性的研究常常采用试验方法和仿真分析方法进行。仿真分析是在计算机上建立简化到一定程度的模型,输入各种操纵控制信号,计算出系统的时域响应和频域响应,以此来表征汽车的操纵稳定性能。因为仿真分析花费时间短,可以在计算机上重复进行,对各种设计方案进行快速优化并对比,并且可实现实车试验条件下不能进行的严酷工况分析,因此广泛地被人们采用。几乎所有汽车生产设计厂家都采用仿真分析的方法来分析汽车的某些性能。美国MDI(Mechanical Dynamics Inc)开发的机械系统动力学仿真软件ADAMS(Automatic
19、 Dynamic Analysis of Mechanical System)正是应这些要求而诞生的。特别是专门应用于汽车动力学分析的ADAMSCar专用模块,极大地方便了汽车设计人员的设计工作。ADAMS是目前世界范围内使用最广泛的虚拟样机仿真软件,应用它可以方便地建立参数化的实体模型,并进行仿真分析。1.4 研究内容和方法应用机械系统动力学仿真分析软件对本课题研究的主要内容包括以下几个方面:1 分析车型的结构特点并获取悬架建模所需要的参数;2 利用机械系统动力学仿真软件ADAMS建立前悬架模型,就其特性参数进行仿真分析,并就结构参数进行优化。分析麦弗逊式悬架的结构和悬架设计要求,在悬架设计
20、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,进行运动学仿真分析,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,建立虚拟麦弗逊悬架模型。其具体路线如框图1.1所示。图1.1设计路线图1.5 预期结果按照任务和进度要求,应该实现这些预期和相应结果:首先在完成必要的设计计算后,利用ADAMS平台,建立简化的麦弗逊前悬架模型,并进行运动学仿真,获得相应的性能曲线。然后将模型参数化,创建若干设计变量,进行优化分析,找出影响悬架性能的主要因素,为进一步改进设计提供
21、理论基础。设计完成后应提交的文件和图表:(1)1.5万字的设计说明书一份,包括设计计算部分内容、悬架建模和仿真分析过程,重点是分析过程;(2)零件图一套(包括PRO/E零件图),基于优化完成后确定的结构参数在三维建模软件,建立悬架总成的装配图、零件图;(3)基于虚拟软件ADAMS/View 的仿真分析,给出具体的实现过程。第2章 麦弗逊式独立悬架结构分析2.1 悬架的组成与分类2.1.1 悬架的组成现代汽车,特别是乘用车的悬架,形式、种类会因不同的公司和设计单位,而有不同形式。但是,悬架系统一般由弹性元件、减震器、缓冲块、横向稳定器等几部分组成等。它们分别起到缓冲、减振 、力的传递、限位和控制
22、车辆侧倾角度的作用。1弹性元件;2纵向推力杆;3减震器;4横向稳定器;5横向推力杆 图2.1 汽车悬架组成示意图弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式,现代轿车悬架多采用螺旋弹簧,个别高级轿车则使用空气弹簧。螺旋弹簧只承受垂直载荷,缓和及抑制不平路面对车体的冲击,具有占用空间小,质量小,无需润滑等优点,但由于本身没有摩擦而没有减振作用。减震器是为了加速衰减由于弹性系统引起的振动,减震器有筒式减震器,阻力可调式新式减震器,充气式减震器。它是悬架机构中最精密和复杂的机械件。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
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