ADAMS軟件在汽車前懸架-轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
《ADAMS軟件在汽車前懸架-轉(zhuǎn)向系統(tǒng)》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《ADAMS軟件在汽車前懸架-轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(12頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、美國MDI(Mechanical Dynamics Inc)公司2001年中國用戶年會論文集 www.SimW ADAMS軟件在汽車前懸架-轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 運動學(xué)及動力學(xué)分析中的應(yīng)用 尤瑞金 北京吉普汽車有限公司 摘 要:本文介紹利用國際上著名的ADAMS軟件對工程上多剛體系統(tǒng)進(jìn)行運動學(xué)和動力學(xué)分析的方法,并用這一方法模擬了某貨車懸架-轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運動學(xué)及動力學(xué)特性,研究開發(fā)了前、后處理專用程序,使該軟件適用于車輛系 統(tǒng),并得出了許多具有工程意義的結(jié)果。 主題詞:汽車總布置 -計算機輔助設(shè)計縣架轉(zhuǎn)向系 一、前 言 汽車懸架和轉(zhuǎn)向的動學(xué)及動力學(xué)分析是汽車總布置設(shè)計、運動
2、校核的重要內(nèi)容之一, 也是研究平順性、操縱穩(wěn)定性等汽車性能的基礎(chǔ)。由于汽車前懸架一轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是比較復(fù)雜的 空間機構(gòu),特別是前獨立懸架,一般多設(shè)計成主銷內(nèi)傾和后傾,并且控制臂軸也大多傾斜布 置。這些就給運動學(xué)、動力學(xué)分析帶來較大困難。過去多用簡化條件下的圖解法一般的分析 計算法進(jìn)行分析計算。所得的結(jié)果誤差較大,并且費時費力。近年來,隨著計算機技術(shù)和計 算方法的不斷提高,國外研制了IMP、ADAMS及DAMN等很多專用程序,用于車輛運動學(xué)及 動力學(xué)分析。 本文是在消化吸收引進(jìn)的ADAMS軟件過程中,結(jié)合汽車設(shè)計,解決運動學(xué)及動力學(xué)問 題,從而提高設(shè)計質(zhì)量。 二、ADAMS軟件
3、概述 ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems,即機械系統(tǒng)動力 學(xué)自動化分析軟件包)是由美國機械動力公司開發(fā)的。由于該軟件采用的比較先進(jìn)的計算方 法,大大地縮短了計算時間,其精確度也相當(dāng)高,因上,被廣泛應(yīng)用于機械設(shè)計的各個領(lǐng)域。 1.ADAMS軟件功能如下: 一般ADAMS分析功能如下: (1)可有效地分析三維機構(gòu)的運動與力。例如可以利用ADAMS來模擬作用在輪胎上的 垂直、轉(zhuǎn)向、陀螺效應(yīng)、牽引與制動、力與力矩;還可應(yīng)用ADAMS進(jìn)行整個車輛或懸架系統(tǒng) 道路操縱性的研究。
4、 (2)利用ADAMS可模擬大位移的系統(tǒng)。ADAMS很容易處理這種模型的非線性方程, 而且可進(jìn)行線性近似。 (3)可分析運動學(xué)靜定(對于非完整的束或速度約束一般情況的零自由度)系統(tǒng)。 (4)對于一個或多外自由度機構(gòu) ,ADAMS可完成某一時間上的靜力學(xué)分析或某一時 間間隔內(nèi)的靜力學(xué)分析。 (5)有線性系統(tǒng)模態(tài)分析、力輸入運動以及模擬控制系統(tǒng)的能力。 2.ADAMS分析原理 ADAMS采用了兩種直角坐標(biāo)系:總體坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系,它們之間通過關(guān)聯(lián)矩陣相互轉(zhuǎn)換。 總體坐標(biāo)系是固定坐標(biāo)系,它不隨任何機構(gòu)的運動而運動。它是用來確
5、定構(gòu)件的位移、 速度、加速度等的參考系。 局部坐標(biāo)系因定在構(gòu)件上,隨構(gòu)件一起運動。構(gòu)件在空間內(nèi)運動時,共運動的線物理量 (如線位移、線速度、線加速度等)和角物理量(如角速度、角位移、角加速度)都可由局部坐標(biāo)系相對于總體坐標(biāo)系移動、轉(zhuǎn)動時的相應(yīng)物理量確定。而約束方程表達(dá)式均由相連接的兩構(gòu)件的局部坐標(biāo)系的坐標(biāo)描述。 機構(gòu)的自由度(DOF=6(構(gòu)件總數(shù)-1)-約束總數(shù))是機構(gòu)所具有的可能的獨立運動狀態(tài)的數(shù)目。在ADAMS軟件中,機構(gòu)的自由度決定了該機構(gòu)的分析類型:運動學(xué)分析或動力學(xué)分析。 當(dāng)DOF=0時,地機構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)分析,即僅考慮系統(tǒng)的運動規(guī)律,而不考慮產(chǎn)生運動
6、的 外力。在運動學(xué)分析中,當(dāng)某些構(gòu)件的運動狀態(tài)確定后,其余構(gòu)件的位移、速度和加速度隨 時間變化的規(guī)律,不是根據(jù)牛頓定律來確定的,而是完全由機構(gòu)內(nèi)構(gòu)件間的約束關(guān)系來確定, 是通過位移的非線性代數(shù)方程與速度、加速度的線性代數(shù)方程迭代運算解出。 當(dāng)DOF>0時,對機構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析,即分析其運動是由于保守力和非保守力的作用而 引起的,并要求構(gòu)件運動不僅滿足約束要求,而且要滿足給定的運動規(guī)律。它又包括靜力學(xué) 分析、準(zhǔn)靜力學(xué)分析和瞬態(tài)動力學(xué)分析。動力學(xué)的運動方程就是機構(gòu)中運動的拉格朗日乘子微分方程和約束方程組成的方程組。 當(dāng)DOF<0時,屬于超靜定問題,ADAMS無法解決。
7、 3.ADAMS工程流程 ADAMS的整個計算過程(指從數(shù)據(jù)的輸入到結(jié)果的輸出,不包括前、后處理功能模塊。)可以分成以下幾個部分: (1)數(shù)據(jù)的輸入;(2)數(shù)據(jù)的檢查;(3)機構(gòu)的裝配及過約束的消除;(4)運運方程的自動形成;(5)積分迭代運算過程;(6)運算過程中的錯誤檢查和信息輸出; (7)結(jié)果的輸出。 ADAMS工作流程如圖1。 三、汽車前懸架-轉(zhuǎn)向機構(gòu)的運動學(xué)及動力學(xué)分析 機構(gòu)也稱機械系統(tǒng),它是由相互可以相對運動的剛體通過副或約束聯(lián)接形成的多剛體系統(tǒng)。汽車就 是一種典型的機械系統(tǒng)。在汽車機械系統(tǒng)運動學(xué)、動力學(xué)分析中,前懸架-轉(zhuǎn)向機構(gòu)占有重要
8、地位。我們利用計算機,應(yīng)用ADAMS軟件,模擬計算了前懸架一轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 1.前懸架一轉(zhuǎn)向機構(gòu)分析的工作環(huán)境 (1)硬件境環(huán) ADAMS軟件可以在諸如VAX、IBM、DZC等32位高級計算機上運行。 本文研究中使用的是Micro-VAX,它可以帶多個圖形終端和字符終端,并與HP繪圖 機連接繪制圖形。 (2)軟件使用環(huán)境 ADAMS本身具有較完善的前處理和后處理模塊。它也有廣泛的CAD/CAM系統(tǒng)接口,如ARIES、CADAM、Schluberger等CAD/CAM系統(tǒng)。因此,ADAMS軟件即可在字符終端上獨立運行,又可在圖形終端上利
9、用軟件的功能作為輔助手段運行,并且結(jié)果可在繪圖機上直接繪出。對于汽車前懸架轉(zhuǎn)向機構(gòu),由于輸出變量為標(biāo)準(zhǔn)變量(位移、速度、加速度、力等),此時僅用ADAMS的核心計算模塊,前、后處理均采用Schlumberger 提供的圖形軟件BRAVO3中MECHANISM的圖形處理功能運行計算較為便利。此外,我們還使用了CDL、AGL、IAGL(CPROC)語言開發(fā)了一些前、后處理專用軟件,構(gòu)成了完整的前懸架-轉(zhuǎn)向機構(gòu)的分析軟件,程序框圖見圖2。 BRAVO3 一個功能非常強的工程設(shè)計三維空間圖形軟件,許多功能軟件如GRAFEM(有限元)、SOLID(實體)、SURFACE(曲面)、NC(數(shù)控)、
10、MECHANISM(機構(gòu))等均可在此軟件下運行。 2.分析模型的建立 本交所分析的機構(gòu)是雙橫臂式獨立懸架和斷開式轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其系統(tǒng)模型簡圖如圖3所 示。 (1)模型的組成及定義 1、構(gòu)件(part):它是機構(gòu)內(nèi)可以相互運動的剛體或剛體固定件。當(dāng)定義構(gòu)件時,需要給出構(gòu)件局部坐標(biāo)系的原點及方向,構(gòu)件質(zhì)心的位置,質(zhì)量某參考坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動慣量、慣積等。 在機構(gòu)中,還要定義一個固定件(ground)作為參考系。 當(dāng)定義機構(gòu)其它要素(如約束點、力、標(biāo)識點)時,必須給定該要素所對應(yīng)的構(gòu)件。 由圖3可知,該系統(tǒng)由32個構(gòu)件組成,有一個自由度,我們?nèi)≤嚰転楣潭w。 2、標(biāo)識點(m
11、arker):它是構(gòu)件內(nèi)具有方向失量點。用標(biāo)識點可以表明兩構(gòu)件約束的 連接點是相對運動方向、作用力的作用及方向等。 在定義示識點時,除了定義它的在的構(gòu)件外,還要定義該標(biāo)識點的方向。 3、約束(constraint):它是機構(gòu)內(nèi)兩構(gòu)件間的聯(lián)接關(guān)系。 1.車輪 2.彈簧、減振器 3.轉(zhuǎn)向節(jié) 4.上擺臂 5.方向盤 6.轉(zhuǎn)向機 7.轉(zhuǎn)向搖臂 8.轉(zhuǎn)向縱拉桿 9.轉(zhuǎn)向擺臂 10.中間拉桿 11.車架 12.橫拉桿 13.下擺臂 圖3 前懸架-轉(zhuǎn)向機構(gòu)模型簡圖
12、 從圖3可知,上、下擺臂與車架、轉(zhuǎn)向擺臂與車架、轉(zhuǎn)向搗臂與轉(zhuǎn)向機、方向盤與轉(zhuǎn)向 機為轉(zhuǎn)動副聯(lián)接;上下擺臂轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向橫拉桿與對應(yīng)的車向節(jié)臂、左轉(zhuǎn)向擺臂與中間拉桿 與縱拉桿、轉(zhuǎn)向縱拉桿與轉(zhuǎn)向掏臂為球鉸連接;右轉(zhuǎn)向擺臂與中間拉桿,以及左右轉(zhuǎn)向橫拉 桿與中間拉桿均采用萬向節(jié)連接;轉(zhuǎn)向機與車架用INPLANE(JPRIM)連接; 地面與車架為移 動副連接,這樣地面相對于車架可上下移動、模擬車輪上下的跳動;方向盤與轉(zhuǎn)向機采用了 連動耦合器(COUPLERS)描述轉(zhuǎn)向系的角傳動比。 4、運動激勵(generator,,或驅(qū)動):它是機構(gòu)內(nèi)一個構(gòu)件相對于另一構(gòu)件按約束允許的運動方
13、式,以給定的規(guī)律進(jìn)行的運動。該運動不受機構(gòu)運動的影響。地面加垂直運動激勵; 方向盤加旋轉(zhuǎn)運動激勵。 5、力:它包括機構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的作用力和外界對機構(gòu)所加的作用力。下擺臂與車架之間有彈簧力(spring)、陰尼力(damper)。當(dāng)計算某一平稀狀態(tài)時,又有集中力或力矩(S-force)。 (2)假定條件 當(dāng)建立上述模型時,為研究方便起見,有 下幾個假設(shè): 1、各運動副內(nèi)的摩擦力忽略不計。 2、各運動副均為剛性連接,內(nèi)部間隙不計。 3、上下擺臂軸的橡膠襯套是剛性的。 4、把橫拉桿與中間拉桿的球連接用萬向節(jié)表示,這就取消了拉桿繞它的縱向軸的旋轉(zhuǎn)
14、運 動。 5、輪胎為剛性的。 6、懸架擺臂上下緩沖塊可簡化為線性彈簧和陰尼。 7、僅研究懸架特性時,車身相對地面假設(shè)不動。 8、為模擬地面不平引起的激勵,假想一構(gòu)件,它與輪胎直接接觸,與地面之間通過移動 副相連,可垂直地上下運動。 3.計算結(jié)果分析 根據(jù)上述模型,我們編制了變參數(shù)模型程序。利用所編的軟件,我們可以改變各構(gòu)件的 幾何參數(shù),如改變方向盤轉(zhuǎn)角,改變左右車輪上下跳動量,改變上下擺臂安裝參數(shù),改變整 個拉桿系統(tǒng)安裝參數(shù),從而考察整個懸架-轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運動和受力情況。此外,我們還可以清楚地了解該系統(tǒng)在運動過程中是否發(fā)生干涉;車輪跳動時定位參數(shù)
15、的變化;汽車轉(zhuǎn)向時,內(nèi)、 外側(cè)輪胎轉(zhuǎn)角變化情況;輪胎跳動和轉(zhuǎn)向時生成的包絡(luò)面及運動過程中各構(gòu)件的受力情況等 一系列系統(tǒng)特征信息。以下我們以某輕型小貨車的前懸架-轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為例進(jìn)行分析計算。 圖4為方向盤轉(zhuǎn)角為零時,前懸架狀態(tài)圖。從圖4可知,當(dāng)緩沖塊壓縮一半時,若以空載為基準(zhǔn)位置,車輪上跳位移為114.8mm;車輪下跳位移為37.7mm;若以滿載為基準(zhǔn)。車輪上跳位移為69.2mm,車輪下跳位移為83.3mm;而車輪跳動的全行程為152.5mm.當(dāng)跳動剛好碰緩沖塊時,若以空載為基準(zhǔn)位置,車輪上跳位移為71.9mm,車輪下跳位移為13.9mm;若以滿載為基準(zhǔn)位置,車輪上跳
16、位移為26.3mm,車輪下跳位移為59.5mm;而此時車輪跳動的全行程為85.8mm。空載到滿載時車輪上跳45.6mm。空載時上下跳限位塊與車架限位板間的距離分別為57.6mm和10.8mm。滿載時上下跳限位塊與車架限位板間的距離分別為 20.7mm和43.7mm。 圖5為前輪定位角運動特性曲線。 我們知道在導(dǎo)向機構(gòu)與前輪定位角的關(guān)系中,首先,應(yīng)考慮前輪外傾角和主銷后傾角的 變化特性,固為前輪外段角變化規(guī)律確定后,也就確定了主銷內(nèi)傾角和前輪前束的變化規(guī)律。 從有關(guān)資料得知,較好的結(jié)構(gòu)中,車輪外傾角隨彈簧壓縮行程的增大而減小,其彎化范 轉(zhuǎn)為+30,在常用車輪
17、跳動范圍內(nèi)(+40mm),外傾角變化量小于+10。從圖 5 可見,該系統(tǒng)的外傾角變化范圍符合上述范圍,這樣就能使汽車保持一定的不足轉(zhuǎn)向特性,并保證最小的輪距變化,即提高了輪胎的使用壽命,又無輪胎左右移動造成的車身舉升和路面騷擾感,提高了舒適性的行駛穩(wěn)定性。 希望在前懸架每跳動10mm,主銷后傾角變化為0.2-0.670,因為,主銷后傾角變得太 大時,會使支承處反力距過大,同時使系統(tǒng)對側(cè)向力十分敏感,極易造成車輪閃動或方 向盤上力的變化。從圖5可知,該系統(tǒng)前懸架每跳動10mm,主銷后傾角變化0.4-0.490, 滿足希望的范圍。 圖6和圖7分別表示設(shè)計位置時轉(zhuǎn)向梯
18、形運動圖和內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角B和H的關(guān)系曲線。 對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的分析表明,內(nèi)輪的轉(zhuǎn)角有減小的趨勢(相對于外輪轉(zhuǎn)角而言),換句話說,即汽車曲線行駛時,其內(nèi)外車輪角接近相等。這時可以保證作用在內(nèi)外車輪上的側(cè)向力與垂直載荷大致成比例,這樣汽車便具有較大的抗側(cè)滑穩(wěn)定性。此外,這時的滾動阻力、輪胎磨損和輪胎噪聲都將減少。 圖8 車輪黃向滑移運動特性曲線 圖9 國身傾中心高度運動特性曲線 圖8和圖9示出了在車輪跳動時側(cè)傾中心和輪距的變化曲線。前懸架的側(cè)傾中心位置影響側(cè)向載荷在內(nèi)外輪間的再分配,即側(cè)傾中心過高會使輪距變化增大,輪胎磨損加劇,
19、以及車輪上下跳動時對懸架質(zhì)量沖擊加大。為了獲得良好的汽車行駛穩(wěn)定性,側(cè)傾中心高度希望盡量不隨載荷的大小而變化。有人推薦,設(shè)計位置時,前懸架的側(cè)傾中心高于路面0-90mm, 9可知,設(shè)計位置時前懸架的側(cè)傾中心離地高度h0=69.2,滿足0-90mm范圍,全行程輪距變化(單輪)也小于8-10mm。 圖10為汽車前懸架彈性曲線。據(jù)此圖可確定該系統(tǒng)前懸架剛度,進(jìn)而確定共側(cè)傾角剛度。 懸架剛度C=dZ/df,式中:dZ-車輪上的微量垂直反力;df-車輪在dZ作用下的微量垂直位移。 根據(jù)圖11可以確定車身的車輪罩板的外形和尺寸 圖12為導(dǎo)向機構(gòu)的受力分析示意圖(以前左輪為例
20、),雙橫臂獨立懸架的導(dǎo)向機構(gòu)中各桿件受力情況按以下三種極限工況下車輪上的動載荷值核算: 第一工況:當(dāng)路面作用到車輪上的垂直力達(dá)到最大時-汽車駛上路面凸起障礙或落入洼坑,車輪與路面沖擊時發(fā)生的載荷。 最大垂直載荷Ymax=12623.625N 式中: G1-前輪靜軸荷, k-動載系數(shù). 該車的最大垂直載荷Ymax-1263.625N, 其它各點力值見表1和圖12。 第二工況:當(dāng)車輪上縱向力達(dá)到最大時-汽車加速或緊急制動時產(chǎn)生的最大慣性力 引起縱向動載荷。 前輪垂直反力 Y1=m1G1g 式中: -作
21、用在前軸上的重量分配系數(shù), -車輪與道路附著 系數(shù),Ga-汽車靜重,L-軸距,hg -重心高度。 最大縱和載荷 X1max-Y1 該車的量大縱向載荷X1max=6122.761N,其它各點受力值見表1和圖12。 第三工況:當(dāng)車輪側(cè)向力達(dá)到最大時-汽車轉(zhuǎn)彎發(fā)生側(cè)滑是產(chǎn)生最大側(cè)向力(假定 汽車向右側(cè)滑)。 側(cè)滑時重直反作用力 Y1右=G1g 式中: -側(cè)向滑移附著系數(shù),B1-輪距。 最大側(cè)向力Z1max=9603.341N,其它各點的受力見表1和圖12 除了上述的分析計算以外,為了改善該車性能,避免在不良條件下工作,以及找出影響定位參數(shù)的因素,我們對該車進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計和正交模擬實驗研究,得出了具有工程價值的結(jié)論,在此就不介紹了。 四、結(jié) 束 語 本文以ADAMS的應(yīng)用為目的,從空間機構(gòu)建模到應(yīng)用分析,形成了系統(tǒng)的概念和方 法。特別是以某車型為實例,全面、系統(tǒng)地分析計算了懸架-轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特性,并在此基 礎(chǔ)上進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化,得出了許多具有實際工程意義的數(shù)據(jù)和結(jié)論,從而大大提高了產(chǎn) 品設(shè)計的質(zhì)量、精度,并縮短了設(shè)計周期。 -11-
- 溫馨提示:
1: 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
2: 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
3.本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
5. 裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 110中國人民警察節(jié)(筑牢忠誠警魂感受別樣警彩)
- 2025正字當(dāng)頭廉字入心爭當(dāng)公安隊伍鐵軍
- XX國企干部警示教育片觀后感筑牢信仰之基堅守廉潔底線
- 2025做擔(dān)當(dāng)時代大任的中國青年P(guān)PT青年思想教育微黨課
- 2025新年工作部署會圍繞六個干字提要求
- XX地區(qū)中小學(xué)期末考試經(jīng)驗總結(jié)(認(rèn)真復(fù)習(xí)輕松應(yīng)考)
- 支部書記上黨課筑牢清廉信念為高質(zhì)量發(fā)展?fàn)I造風(fēng)清氣正的環(huán)境
- 冬季消防安全知識培訓(xùn)冬季用電防火安全
- 2025加強政治引領(lǐng)(政治引領(lǐng)是現(xiàn)代政黨的重要功能)
- 主播直播培訓(xùn)直播技巧與方法
- 2025六廉六進(jìn)持續(xù)涵養(yǎng)良好政治生態(tài)
- 員工職業(yè)生涯規(guī)劃方案制定個人職業(yè)生涯規(guī)劃
- 2024年XX地區(qū)黨建引領(lǐng)鄉(xiāng)村振興工作總結(jié)
- XX中小學(xué)期末考試經(jīng)驗總結(jié)(認(rèn)真復(fù)習(xí)輕松應(yīng)考)
- 幼兒園期末家長會長長的路慢慢地走