某車(chē)型懸架系統(tǒng)的減振優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,車(chē)型,懸架,系統(tǒng),優(yōu)化,設(shè)計(jì),研究,鉆研 目錄 目 錄 摘 要 III Abstract IV 1 緒 論 1 1.1 研究背景和意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外目前關(guān)于懸架剛度的研究概況 1 2 懸架種類和懸架系統(tǒng)的概述 2 2.1 懸架的功能和定義 2 2.2 懸架的設(shè)計(jì)對(duì)于汽車(chē)操作穩(wěn)定性和舒適性的意義 2 3 雙橫臂懸架設(shè)計(jì)方案的選擇 3 3.1 優(yōu)化車(chē)型參數(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)預(yù)期 3 3.2 各部件的功能介紹 4 3.3 關(guān)鍵部件的選擇 4 4 懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算 5 4.1 懸架靜撓度確定 5 4.2 懸架動(dòng)撓度選取 5 4.3 懸架彈性特性 5 4.4 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) 6 5 懸架彈性元件和減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 5.1變剛度螺旋彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算 7 5.2 選取合理的減振器參數(shù) 11 6 有限元分析和優(yōu)化驗(yàn)證 13 6.1 SolidWorks軟件介紹和使用的插件功能介紹 13 6.2 利用SolidWorks2015 對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行初建模 13 6.3有限元分析步驟 17 6.4檢驗(yàn)是否符合優(yōu)化目標(biāo) 26 8 結(jié)論 31 I · 參考文獻(xiàn) 32 致 謝 33 II · 摘要 某車(chē)型懸架系統(tǒng)的減振優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 摘 要 本文選取某汽車(chē)的前雙橫臂獨(dú)立懸架作為優(yōu)化目標(biāo)，前雙橫臂獨(dú)立懸架應(yīng)用廣泛，其突出優(yōu)點(diǎn)是在于設(shè)計(jì)的靈活性。本文通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)原車(chē)型的減振系統(tǒng)，將原車(chē)型的定剛度前懸架替換為變剛度前懸架，對(duì)其減振系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，即優(yōu)化設(shè)計(jì)變剛度圓錐螺旋彈簧并調(diào)整雙筒式減振器參數(shù)，對(duì)懸架其余參數(shù)不作調(diào)整，使得懸架的剛度隨著載荷的增加在一定的范圍內(nèi)增加，保證懸架的操作穩(wěn)定性。并通過(guò)SolidWorks軟件對(duì)該減振系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化建模，通過(guò)SolidWorks simulation模塊對(duì)懸架減振系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型進(jìn)行有限元分析，分析其在不同的工況下的性能，對(duì)減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，判斷和原懸架相比，其性能是否達(dá)到優(yōu)化預(yù)期。 關(guān)鍵詞：雙橫臂式獨(dú)立懸架；變剛度螺旋彈簧；雙筒式減振器，優(yōu)化設(shè)計(jì) Study on Vibration Reduction Optimization Design of a Vehicle Suspension System Abstract In this paper, the front double wishbone suspension is selected as the optimization target, and the front double wishbone suspension is widely used, and its outstanding advantage is the flexibility of the design. In this paper, by optimizing the vibration damping system of the original model, the original suspension front suspension is replaced by the variable stiffness front suspension, and the vibration damping system is redesigned. The variable stiffness conical spiral spring is designed and the parameters of the double cylinder damper are adjusted, and the rest of the suspension parameters are not adjusted to make the suspension stiffness along with the load. The increase of load increases within a certain range to ensure the operation stability of suspension. The vibration damping system is simplified and modeled by SolidWorks software. The finite element analysis is carried out on the simplified model of suspension damping system through the SolidWorks simulation module. The performance of the vibration damping system is analyzed and the design of the vibration damping system is verified. Compared with the original suspension, its performance has reached the optimal expectation. . Key words:Double Wishbone Independent Suspension; Coil Spring; Double-Barrel Shock Absorber IV 第1章 緒論 1 緒 論 1.1 研究背景和意義 懸架是現(xiàn)代汽車(chē)總成的重要組成部分之一，通過(guò)懸架將車(chē)身和車(chē)輪彈性連接，并傳遞二者之間的所有的力矩和力，緩解不平的路面?zhèn)鬟f給車(chē)身的沖擊載荷，削弱車(chē)身系統(tǒng)的振動(dòng)，使得汽車(chē)在高速行駛式有較高的行駛能力和較為理想的運(yùn)動(dòng)性能，所以一個(gè)較為合理的的懸架設(shè)計(jì)對(duì)整車(chē)的意義非常重大[1]。 由于懸架在汽車(chē)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的重要作用。所以在一款車(chē)型的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，必需重視懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。由于懸架的性能和汽車(chē)的行駛平順性操作穩(wěn)定性和舒適性直接相關(guān)。因此，對(duì)懸架的優(yōu)化設(shè)計(jì)和研究有著非常重要的實(shí)用意義[2]。 本文通過(guò)對(duì)懸架系統(tǒng)中組件的設(shè)計(jì)介紹，著重研究減振系統(tǒng)的性能優(yōu)化；介紹了懸架的減振系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)流程，以及這些參數(shù)對(duì)于整車(chē)動(dòng)力學(xué)性能的影響，初步達(dá)到介紹懸架減振設(shè)計(jì)全過(guò)程目的，具有一定的實(shí)際可操作，能夠?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程提供一定程度上的指導(dǎo)。 1.2 國(guó)內(nèi)外目前關(guān)于懸架剛度的研究概況 1.2.1 定剛度懸架 目前國(guó)內(nèi)外的研究，根據(jù)懸架剛度是否在行駛過(guò)程中發(fā)生變化，將懸架分為定剛度懸架和變剛度懸架兩大類。定剛度懸架是指在汽車(chē)行駛過(guò)程中，懸架的剛度不隨著汽車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而改變的懸架，其優(yōu)點(diǎn)在于制造成本小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠。但其缺點(diǎn)也很明顯，懸架的剛度和阻尼等參數(shù)都是固定值，不能隨著實(shí)際工況的變化，如車(chē)輛滿載、空載時(shí)，簧載質(zhì)量等變化而變化。此外。但被動(dòng)懸架的性能參數(shù)不能根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和路面輸入的變化而調(diào)整，因此利用被動(dòng)懸架難以同時(shí)獲得良好的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性[3]。 1.2.2 變剛度懸架 變剛度懸架的彈性元件的剛度或減振器的阻尼系數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的懸架。變剛度懸架能根據(jù)路面沖擊、車(chē)輪與車(chē)體加速度、速度以及位移量，調(diào)節(jié)懸架的阻尼、剛度，保證汽車(chē)在不同情況的路面條件下都具有較好的平順性和操作穩(wěn)定性。變剛度懸架的阻尼系數(shù)或剛度系數(shù)是可變的，通過(guò)一定的分析，計(jì)算和仿真能夠同時(shí)獲得良好的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性[4]。 34 第2章 懸架種類和懸架系統(tǒng)的概述 2 懸架種類和懸架系統(tǒng)的概述 2.1 懸架的功能和定義 懸架將車(chē)身和車(chē)輪彈性連接，并對(duì)兩者之間的力和力矩形成傳遞作用，對(duì)于崎嶇道路帶給車(chē)身的沖擊載荷有一定的緩沖作用，對(duì)于車(chē)輛在行駛過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)也可以因此而被削弱，進(jìn)而使車(chē)輛獲得性能較高的行駛能力和較為理想的運(yùn)動(dòng)性能[5]。 2.2 懸架的設(shè)計(jì)對(duì)于汽車(chē)操作穩(wěn)定性和舒適性的意義 懸架將車(chē)身和車(chē)輪彈性連接，并傳遞二者之間的所有的力矩和力，緩解不平的路面?zhèn)鬟f給車(chē)身的沖擊載荷，削弱車(chē)身系統(tǒng)的振動(dòng)，使得汽車(chē)在高速行駛式有較高的行駛能力和較為理想的運(yùn)動(dòng)性能。從外在結(jié)構(gòu)上，汽車(chē)懸架由以下基本部分構(gòu)成，包括筒件、桿件、彈簧等。其需要滿足汽車(chē)兩個(gè)方面的要求，一方面是車(chē)輛要求的舒適度，另一方面是車(chē)輛的的穩(wěn)定操作的性能要求，而這兩方面又是互相對(duì)立的。操作穩(wěn)定性和舒適性很難同時(shí)得到滿足。本文目標(biāo)是根據(jù)某車(chē)型的懸架減振器設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得在汽車(chē)設(shè)計(jì)的載荷區(qū)間內(nèi)，相對(duì)于原減振系統(tǒng)，舒適性和駕駛穩(wěn)定性得到一定的提高[6]。 第3章 雙橫臂懸架設(shè)計(jì)方案的選擇 3 雙橫臂懸架設(shè)計(jì)方案的選擇 3.1 優(yōu)化車(chē)型參數(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)預(yù)期 3.1.1 原車(chē)型具體參數(shù) 查詢資料，獲得原車(chē)型汽車(chē)具體參數(shù)如下 前輪距(mm) 1588 后輪距(mm) 1590 軸距(mm) 2795 空載質(zhì)量（kg） 1548 滿載質(zhì)量（kg） 1922 前軸荷 空載（kg） 932 前軸荷 滿載（kg） 1031 后軸荷 空載（kg） 616 后軸荷 滿載（kg） 891 前懸架非簧載質(zhì)量（kg） 81.3 后懸架非簧載質(zhì)量（kg） 70.1 前懸架簧載質(zhì)量空載/滿載（kg） 534.7/809.7 后懸架簧載質(zhì)量空載/滿載（kg） 861.9/960.9 3.1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)預(yù)期 懸架優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)如下，優(yōu)化后的變剛度懸架減振系統(tǒng)和原車(chē)型的定剛度懸架減震系統(tǒng)相比，懸架的振動(dòng)、位移、應(yīng)力和應(yīng)變等性能得到較大的提升和改善。具體目標(biāo)如下；1.汽車(chē)空載時(shí)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的變剛度懸架減振系統(tǒng)的位移要比原定剛度懸架減振系統(tǒng)要大，懸架剛度較小，車(chē)身的位移量要大，懸架較軟舒適性較好；當(dāng)汽車(chē)滿載時(shí)，變剛度懸架減振系統(tǒng)的位移量要比定剛度懸架減振系統(tǒng)的位移量要小，表明懸架的剛度較大，汽車(chē)的操作性能較好。當(dāng)汽車(chē)滿載時(shí)且在不平的路面上行駛時(shí)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的變剛度懸架減振系統(tǒng)的位移要比原定剛度懸架減振系統(tǒng)的位移要大，緩解不平路面對(duì)車(chē)身的沖擊，乘員的舒適性較高，滿足汽車(chē)的舒適性要求，下面開(kāi)始對(duì)懸架的減振系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[7]。 3.2 各部件的功能介紹 （1）減振器 原車(chē)型采取雙向作用筒式減振器，故在此不對(duì)減振器的種類進(jìn)行修改，只是根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)優(yōu)化計(jì)算過(guò)程的數(shù)據(jù)，對(duì)減振器的參數(shù)進(jìn)行一定的修改和調(diào)整，使得符合減振器符合設(shè)計(jì)要求。并在SolidWorks 2015軟件中，建立減振的簡(jiǎn)化模型，最后組裝，進(jìn)行有限元分析。 （2）彈性元件 原車(chē)型的彈性元件為定剛度等節(jié)距的圓柱螺旋彈簧，現(xiàn)更改為變剛度等節(jié)距圓錐彈簧，變剛度彈簧的性能同定剛度彈簧相比，變剛度圓柱螺旋彈簧的剛度隨載荷的增加而增加。這種性能使得其可以很好的適應(yīng)各種不同路況，當(dāng)路況良好較平坦時(shí)，彈簧的剛度較小，汽車(chē)的乘坐舒適性較好。而當(dāng)路面的起伏較大時(shí)，彈簧的剛度隨之增大，確保了較好的操縱穩(wěn)定性。同時(shí)，彈簧剛度的變化也可有效避免汽車(chē)在行駛過(guò)程中出現(xiàn)共振現(xiàn)象，進(jìn)而使得乘員乘坐汽車(chē)時(shí)具有較好的舒適度[8]。通過(guò)對(duì)彈簧材料的適當(dāng)選擇，同時(shí)根據(jù)其力學(xué)性能和汽車(chē)的實(shí)際參數(shù)，對(duì)彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和校核，最后利用SolidWorks 2015軟件對(duì)彈簧進(jìn)行建模最后組裝進(jìn)行有限元分析 （3）導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是汽車(chē)的重要組成部分，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)力和力矩的傳遞，而且，其負(fù)責(zé)車(chē)輛方向的控制。在車(chē)輛行駛時(shí)，其可以對(duì)車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)方向和軌跡進(jìn)行控制。由于本文只是對(duì)該汽車(chē)的懸架減振系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，故導(dǎo)向機(jī)構(gòu)參數(shù)不在進(jìn)行修改，使用原車(chē)型參數(shù)。 3.3 關(guān)鍵部件的選擇 綜上所述，減振系統(tǒng)的部件選用變剛度螺旋彈簧加雙向作用筒式液力減振器。 第4章 懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算 4 懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 懸架靜撓度確定 懸架靜撓度是指在汽車(chē)滿載且靜止的狀態(tài)下，懸架載荷和懸架剛度的比值，可以用表示，如公式4-1所示 （4-1） 汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率對(duì)汽車(chē)平順性而言，是決定其平順性的關(guān)鍵因素。用n來(lái)表示汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，其是由彈簧和簧上質(zhì)量組成的，可以用公式4-2表示 （4-2） 式中：——指汽車(chē)懸架的剛度，； 　　 ——指懸架的簧上質(zhì)量，； 　 ——指懸架偏頻，； 汽車(chē)的懸架的靜撓度可以通過(guò)公式4-3表示：　 　 （4-3） 因此，懸架的靜撓度和懸架剛度的關(guān)系如公式4-4所示： （4-4） 汽車(chē)具有越大的發(fā)動(dòng)機(jī)排量，則其對(duì)應(yīng)越小的懸架偏頻，在滿載的狀態(tài)下，其前懸架偏頻取值范圍在0.80-1.05Hz，后懸架偏頻取值范圍在0.98-1.30Hz，[5]。 代入數(shù)值得：fc=173.6mm 4.2 懸架動(dòng)撓度選取 懸架的動(dòng)繞度是指從滿載靜平衡位置開(kāi)始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)充許的最大變形(通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的1/2或1/3)時(shí)，車(chē)輪中心相對(duì)車(chē)架（或車(chē)身）的垂直位移。乘用車(chē)取7～9cm，貨車(chē)取6～9cm，客車(chē)取5～8cm。從汽車(chē)的通過(guò)性能出發(fā)選此懸架的動(dòng)撓度 4.3 懸架彈性特性 懸架的彈性特性是指其在垂直外力F的作用下發(fā)生的懸架的變形關(guān)系，即表現(xiàn)為車(chē)輛輪胎中心與車(chē)身之間存在的偏移量,在圖4-1中可以看到其懸架彈性特性曲線，在該曲線中，其切線的斜率表示懸架的剛度[9]。 從圖4-1中可知，懸架特性曲線分為兩部分，一部分是線性的，一部分是非線性的，對(duì)應(yīng)的是懸架的兩種彈性特性。線性彈性特性是指其曲線為一條直線，此時(shí)，其懸架剛度是一個(gè)固定的數(shù)值，且懸架變形和垂直外力F之間的比例是固定值。如果懸架變形和垂直外力F之間的關(guān)系不固定，即懸架剛度是在變化的，則此時(shí)的彈性曲線為非線性彈性特性[7]。 對(duì)于車(chē)輛來(lái)說(shuō)，盡管其簧上質(zhì)量變化較小，然而如果要實(shí)現(xiàn)車(chē)軸對(duì)車(chē)架沖擊的緩解，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎和制動(dòng)情況下前傾角的減少和加速情況下后仰角的減少，則需要通過(guò)非線性懸架來(lái)實(shí)現(xiàn)此特性，如圖4-1所示[10]。 圖4-1 懸架特性曲線 表 4-1 懸架的主要參數(shù) 懸架靜撓度 懸架動(dòng)撓度 懸架彈性特性 173.6mm 80mm 非線性 4.4 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) 鑒于本文是對(duì)某車(chē)型的懸架系統(tǒng)進(jìn)行減振部分的仿真設(shè)計(jì)和優(yōu)化，故不再贅述懸架其余部件參數(shù)的確定和設(shè)計(jì)過(guò)程，采取原車(chē)型的參數(shù)，只對(duì)和減振系統(tǒng)有關(guān)的部件進(jìn)行設(shè)計(jì)介紹和參數(shù)優(yōu)化。 查詢汽車(chē)設(shè)計(jì)資料和原車(chē)型數(shù)據(jù)，得到以下原車(chē)型參數(shù)。 上、下橫臂軸抗前傾角，、取0°、取-5°[11]。 上、下橫臂長(zhǎng)度之比L1/L2 取0.65[12]。 第5章 懸架彈性元件和減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 懸架彈性元件和減振器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 5.1變剛度螺旋彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1.1變剛度彈簧最理想剛度曲線 1懸架彈簧剛度特性曲線 圖5-1懸架彈簧剛度特性曲線 圖5-1 懸架彈簧剛度特性曲線 圖5-1中每條曲線上的三個(gè)點(diǎn)分別表示空載、滿載、超載直線0123為線性彈簧剛度曲線(1懸架空載、2-懸架滿載、3-懸架超載);曲線0786(7-懸架空載、8-懸架滿載、6-懸架超載)為想象的理想變剛度彈簧剛度曲線;曲線0456 (4-懸架空載、5-懸架滿載、6-懸架超載)為最理想的懸架彈簧剛度的反S型曲線。曲線0786能貼合曲線0456走勢(shì)。但由于螺旋彈簀本身的特性，只能實(shí)現(xiàn)剛度不變或遞增。所以無(wú)法模擬曲線段04的漸增剛度,但這里不妨假設(shè)曲線0-7-8-6即為變剛度彈簧所需最理想的剛度曲線. 5.1.2為何在懸架上使用變剛度螺旋彈簧。 查閱汽車(chē)設(shè)計(jì)資料，發(fā)現(xiàn)最理想的懸架彈簧的剛度特性曲線應(yīng)呈反S型，即一開(kāi)始彈簧的剛度較大,在預(yù)緊過(guò)程中彈簧的剛度逐漸變小,從空載到滿載剛度很小且增加平緩，最后滿裁到超載的過(guò)程剛度呈高次冪指數(shù)增加,具有極大的動(dòng)容量和較強(qiáng)的非線性特性。普通的螺旋彈簧無(wú)法實(shí)現(xiàn)懸架剛度的改變，故嘗試在懸架上使用變剛度螺旋彈簧，并采取matlab對(duì)彈簧的剛度進(jìn)行分析。優(yōu)化設(shè)計(jì)彈簧的參數(shù)，使得變剛度彈簧的彈性特性曲線盡可能和理想的懸架彈簧剛度特性曲線形狀一致。 5.1.2 彈簧幾何參數(shù)的計(jì)算 1.優(yōu)化設(shè)計(jì)所需參數(shù)介紹 表6-1設(shè)計(jì)參數(shù) 前懸架滿載軸荷 前懸架空載軸荷 前懸架總質(zhì)量 前懸架設(shè)計(jì)偏頻n 809.7Kg 534.7Kg 81.3Kg 1.05Hz 選擇60Si2MnA為簧絲的材料，以提高彈簧在交變載荷下的疲勞壽命。彈簧材料特性如下表6-2： 表6-2彈簧材料特性 許用切應(yīng)力[] 許用剪應(yīng)力[] 剪切模量G 彈性模量E 強(qiáng)度范圍 48 100 7800 20000MP 45-50HRC 查詢?cè)?chē)懸架設(shè)計(jì)手冊(cè)和相關(guān)資料達(dá)到原車(chē)型懸架彈簧設(shè)計(jì)參數(shù) 彈簧高度H 彈簧圈數(shù)n 螺旋角C 內(nèi)徑 外徑 節(jié)距t 簧絲直徑d 322mm 8 9.0 98mm 126mm 44mm 14 表6-3原車(chē)型懸架彈簧設(shè)計(jì)參數(shù)表 2.等節(jié)距圓錐螺旋壓縮彈簀的剛度分析 如圖(5-2)(a)中,R2為彈簀的大圈半徑,d為簧絲直徑,H,為壓并高度。如圖(5-2)(b)所示,等節(jié)距圓錐螺旋彈簀在底面上的投影為阿基米德螺旋線,0為這種螺旋線的極角，由圖可以看出，該螺旋線的極角0每增加2π,半徑R增加(t為彈簧節(jié)距,$為彈簀圓錐角)。由此可以得到等節(jié)距圓錐螺旋壓縮彈簀的半徑表達(dá)式為: ? （5-1） 式中:R為彈簀的小圈半徑 (1)等節(jié)距圓錐壓縮彈簧開(kāi)始有彈簧圈接觸前的變形計(jì)算 由于壓縮彈簧的螺旋角比較小，當(dāng)彈簧受到軸向載荷P后,根據(jù)彈簧設(shè)計(jì)手冊(cè)得到接觸前的變形為: （5-2） （5-2）式中 n為彈簧的有效圈數(shù)；G為剪切模量 圖5-2圓錐螺旋壓縮彈簧幾何參數(shù) (2)等節(jié)距圓錐壓縮彈簧開(kāi)始有彈簧圈接觸后的變形計(jì)算 對(duì)于等節(jié)距為t的圓錐壓縮螺旋彈簀,開(kāi)始接觸的彈簧圈為i的變形為: (5-3) 彈簧的變形同樣分為彈簧圈壓并部分和未壓并部分。未壓并部分的變形由式(5-2)可知為F,壓并部分的變形為Fr,根據(jù)式(5-3)得: (5-4) 從而得到等節(jié)距圓錐壓縮螺旋彈簧在彈簧圈i開(kāi)始?jí)翰r(shí),整個(gè)彈簧的總變形為: (5-5) 故目標(biāo)函數(shù)表達(dá)為 : （5-6） 3.約束條件的建立， 目標(biāo)函數(shù)可根據(jù)彈簧的工作特點(diǎn)和對(duì)它的專門(mén)要求來(lái)建立。根據(jù)車(chē)用懸架彈簧的實(shí)際情況，選取圓錐彈簧的大圈半徑R1=68mm 、小圈半徑R2= 60mm。有效圈數(shù)n取原彈簧的有效圈數(shù)，節(jié)距t取原彈簧的節(jié)距，剪切模量G=7800，運(yùn)行matlab編程，對(duì)數(shù)據(jù)加以處理，可得到圓錐彈簧的特性曲線，如圖5-3所示。對(duì)圖像進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)此時(shí)彈簧的剛度特性曲線特征較為符合理想的彈簧剛度特性曲線。 圖5-4 圖5-3等節(jié)距圓錐螺旋彈簧剛度特性曲線 由等節(jié)距圓錐螺旋的剛度特性曲線可知，等節(jié)距圓錐螺旋彈簧壓縮過(guò)程中,彈簧圈之間未發(fā)生接觸時(shí)，其特性曲線為直線，載荷和位移（即剛度）表現(xiàn)為線性關(guān)系,當(dāng)隨著接觸的彈簧圈數(shù)增加,載荷和位移表現(xiàn)為非線性，其剛度逐漸增加，表現(xiàn)為很強(qiáng)的硬特性。 2數(shù)據(jù)的曲線擬合 曲線擬合又稱為函數(shù)的逼近,是一種近似求解函數(shù)的數(shù)值方法，它不要求近似函數(shù)在函數(shù)節(jié)點(diǎn)處與函數(shù)值相等，只要求盡可能地反應(yīng)函數(shù)的基本走勢(shì)。等節(jié)距圓錐彈簀的特性曲線函數(shù)由于過(guò)于繁雜,通過(guò)運(yùn)用MATLAB應(yīng)用程序,將其特性曲線擬合成為簡(jiǎn)單的代數(shù)多項(xiàng)式。為振動(dòng)分析與隔振設(shè)計(jì)提供簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型。 圖5-4擬合曲線圖 執(zhí)行擬合程序后,得到圖5-4所示的擬合曲線圖,其中擬合三次多項(xiàng)式曲線與原函數(shù)偏差較大，而擬合五次多項(xiàng)曲線與原函數(shù)基本重合,偏差較小?？傻贸?擬合多項(xiàng)式次數(shù)越高,表示曲線的精度越精確，但數(shù)學(xué)模型越復(fù)雜。在振動(dòng)與隔振分析中,權(quán)衡各種因素選擇合適的數(shù)學(xué)模型。其中三階的擬合多項(xiàng)式曲線函數(shù)關(guān)系如下: Y=0.0218X3 -0.2149X2 +0.8695X-0.2842 3.3彈簧的簧絲大小對(duì)載荷位移曲線的影響 針對(duì)彈簧的簧絲直徑d進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，由于未找到圓錐螺旋彈簧簧絲的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，故以圓柱螺旋彈簧簧絲國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1358-1993 為參照標(biāo)準(zhǔn)，取d=15、16、18 、20 、22 mm（原懸架彈簧的簧絲直徑為14）運(yùn)行matlab程序，得到彈簧的載荷位移曲線 圖5-5彈簧的載荷位移曲線（即剛度特性曲線圖） 由于彈簧在工作時(shí)承受剪切應(yīng)力，故其剪切需用應(yīng)力應(yīng)小于實(shí)際工作時(shí)的應(yīng)力，對(duì)彈簧進(jìn)行安全校核，對(duì)其直徑進(jìn)行約束，其約束函數(shù)為： 代入原車(chē)型數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)彈簧的圈數(shù)不得小于15mm，否則許用剪切應(yīng)力低于實(shí)際工作剪切應(yīng)力，不安全。 對(duì)比前后圖像，與理想彈簧剛度特性曲線進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)當(dāng)d=14mm時(shí)彈簧的剛度特性曲線最符合理想的剛度特性曲線。經(jīng)過(guò)安全校核，發(fā)現(xiàn)彈簧的直徑不得小于15mm。因此，由圖5-4可知，當(dāng)d=16mm時(shí)，變剛度彈簧的剛度特性曲線與理想的變剛度彈簧的剛度特性曲線最符合， 故取簧絲直徑為16mm，得到優(yōu)化的彈簧尺寸如下 大圈半徑R1=68mm 、小圈半徑R2= 60mm 、簧絲直徑d=16mm、節(jié)距 t=44mm 、有效圈數(shù)n=8。、 5.2 選取合理的減振器參數(shù) 本文針對(duì)懸架的減振系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，對(duì)于原車(chē)型的其余參數(shù)并未作出改變，都未發(fā)生較為明顯的改變，故采取原車(chē)型一致的雙向作用筒式減振器， 雙作用筒式減振器設(shè)計(jì)公式如下： F=δ （5-1） 式中，δ為減震器阻尼系數(shù)。 （5-2） 式中:c指懸架系統(tǒng)的垂直剛度； 指簧上質(zhì)量 （5-3）阻尼系數(shù).因懸架系統(tǒng)的固有頻率,所以理論上 （5-4） （5-5） (5-6) 查詢?cè)?chē)型設(shè)計(jì)資料，并代入原車(chē)型的具體參數(shù)，查詢雙作用筒式減振器國(guó)標(biāo)， 得到減振器的具體參數(shù)如表6-2所示： 表6-2 減振器尺寸 阻尼系數(shù) 最大允許壓力[ p] 工作缸直徑 D 儲(chǔ)油筒直徑Dc 連桿與缸筒直徑之比 壁厚 5603.7N·m/s 4MP 30mm 44mm 0.4 2mm 第2章 數(shù)控加工動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)綜述 第6章 有限元分析和優(yōu)化驗(yàn)證 6 有限元分析和優(yōu)化驗(yàn)證 6.1 SolidWorks軟件介紹和使用的插件功能介紹 SolidWorks是機(jī)械三位設(shè)計(jì)軟件，其所屬公式為美國(guó)SolidWorks，于1995年開(kāi)發(fā)完成，并向市場(chǎng)發(fā)布，多年以來(lái)，其一直保持較為優(yōu)越的設(shè)計(jì)性能，較為先進(jìn)的創(chuàng)新性以及較高的易用性而受到了廣大機(jī)械工程師們的青睞，當(dāng)前，其已經(jīng)成為了機(jī)械三維設(shè)計(jì)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。 Simulation模塊是基于Windows OS，可以充分集成SolidWorks，F(xiàn)EA功能的設(shè)計(jì)分析軟件，其具有優(yōu)秀的分析性能，是機(jī)械工程師較為青睞的三維分析軟件之一[14]。 6.2 利用SolidWorks2015 對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行初建模 利用SolidWorks 繪制出原型車(chē)的原懸架的模型，根據(jù)原車(chē)型的設(shè)計(jì)參考資料 建立原車(chē)型的懸架簡(jiǎn)化模型,其中懸架減振簡(jiǎn)化為彈簧加壓蓋模型，剛性固定和下擺臂連接，減振器的阻尼在有限元過(guò)程中自己添加進(jìn)去，懸架本身的阻尼利用瑞利阻尼公式自己計(jì)算得出。利用SolidWorks 建立各部件的零件圖 零件圖如下 利用草圖繪制，拉伸，切除，建立基準(zhǔn)面等命令，并進(jìn)行尺寸約束，繪制出下橫臂零件圖 圖6-1下橫臂 利用草圖繪制，拉伸，切除，建立基準(zhǔn)面等命令，并進(jìn)行尺寸約束，繪制出上橫臂 圖6-2上橫臂 利用SolidWorks的螺旋線功能，建立基準(zhǔn)面，拉伸掃描等命令繪制出減振的簡(jiǎn)化模型 簡(jiǎn)化為壓蓋加螺旋彈簧模型，阻尼系數(shù)后續(xù)添加。 圖6-3減振器簡(jiǎn)化模型 利用草圖繪制，拉伸，切除，建立基準(zhǔn)面等命令，并進(jìn)行尺寸約束，繪制出支撐桿模型。 圖6-4支撐桿 利用草圖繪制，拉伸，切除，建立基準(zhǔn)面等命令，并進(jìn)行尺寸約束，繪制出減振下端支撐。 圖6-5減振下端支撐 利用SolidWorks的裝配模塊，對(duì)所有的零部件進(jìn)行裝配，約束，利用同軸心，面重合等命令，裝配零部件，得到變剛度懸架的定剛度懸架。 圖6-6優(yōu)化設(shè)計(jì)后變剛度懸架模型 圖6-7定剛度懸架裝配模型 6.3有限元分析步驟 6.3.1變剛度懸架有限元分析處理步驟 所有模型裝配完成后，利用評(píng)估選項(xiàng)的干涉檢查驗(yàn)證定剛度懸架裝配是否合理，為下一步有限元分析做好準(zhǔn)備。并為所有的材料添加屬性，由于沒(méi)有SolidWorks的材質(zhì)庫(kù)中沒(méi)有60Si2MnA這一材料選項(xiàng)，查詢所有的材料，選取彈性性能一致的ASAI 1035鋼（ss）。 對(duì)變剛度懸架靜應(yīng)力分析進(jìn)行靜應(yīng)力分析。力施加于減振器上端，即減振器的上端蓋，大小為最大簧載質(zhì)量2750N 。施加約束，使用固定夾具命令，固定減振支撐下擺臂，支撐桿下端很連接桿，劃分網(wǎng)格設(shè)置，自動(dòng)劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格質(zhì)量 中等，接頭命令設(shè)置 連接參數(shù)，等上述步驟完成后，檢查干涉，以免劃分網(wǎng)格出錯(cuò)，導(dǎo)致無(wú)法有限元分析，檢查干涉無(wú)誤后，點(diǎn)擊計(jì)算算例命令，選擇計(jì)算此算例，耐心等待計(jì)算，得到靜應(yīng)力分析結(jié)果。 靜應(yīng)力分析結(jié)果如下圖，導(dǎo)出靜應(yīng)力分析圖表，便于對(duì)比比較。 圖6-8變剛度懸架靜應(yīng)力分析應(yīng)力圖 圖6-9變剛度懸架靜應(yīng)力分析位移圖 圖6-10變剛度懸架靜力分析應(yīng)變圖 對(duì)變剛度懸架模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，添加減振器的阻尼系數(shù)，減振的阻尼在0-0.3（查詢資料得知），在分析時(shí)，設(shè)置減振器的阻尼系數(shù)如下圖所示，這樣設(shè)置是因?yàn)閴嚎s越大，阻尼越大。 圖6-11阻尼比例 進(jìn)行約束定義參數(shù) 設(shè)置劃分網(wǎng)格設(shè)置，自動(dòng)劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格質(zhì)量 中等，接頭命令設(shè)置 連接參數(shù)，等上述步驟完成后，檢查干涉，以免劃分網(wǎng)格出錯(cuò)，導(dǎo)致無(wú)法有限元分析，檢查干涉無(wú)誤后，點(diǎn)擊計(jì)算算例命令，選擇計(jì)算此算例，耐心等待計(jì)算運(yùn)行此算例運(yùn)行結(jié)果圖如下 圖6-12變剛度懸架動(dòng)態(tài)分析應(yīng)力圖 圖6-13變剛度懸架動(dòng)態(tài)分析位移圖 導(dǎo)出有限元分析結(jié)果參數(shù)表，便于后續(xù)對(duì)比分析。 對(duì)變剛度懸架模型進(jìn)行非線性分析，分析其在顛簸不平路面上行駛時(shí)減振系統(tǒng)的位移和應(yīng)變受力情況，約束施加條件和靜應(yīng)力分析一致 應(yīng)力設(shè)置為5450N，載荷曲線設(shè)置為裝載卸載，模擬不平路面懸架減振系統(tǒng)所受到的載荷，阻尼設(shè)置為瑞利阻尼（剛性連接），阻尼參數(shù)計(jì)算如下表所示 1 瑞利阻尼： [C]=α*[M]+β*[K] 2 結(jié)構(gòu)的頻率范圍： f1= 1.2 Hz ω1=2πf1= 7.540 T1= 0.833333333 s f2= 1.5 Hz ω2=2πf2= 9.425 T2= 0.666666667 s 3 阻尼比： ξ= 0.05 4 瑞利阻尼系數(shù)： α/(2ω)+β*ω/2=ξ α= 0.4189 β= 0.0059 劃分網(wǎng)格設(shè)置，自動(dòng)劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格質(zhì)量 中等，接頭命令設(shè)置 連接參數(shù)，等上述步驟完成后，檢查干涉，以免劃分網(wǎng)格出錯(cuò)，導(dǎo)致無(wú)法有限元分析，檢查干涉無(wú)誤后，點(diǎn)擊計(jì)算算例命令，選擇計(jì)算此算例，耐心等待計(jì)算，得到動(dòng)態(tài)分析數(shù)據(jù)。 圖6-14變剛度懸架非線性分析應(yīng)力圖 圖6-15變剛度懸架非線性位移位移圖 6.3.2定剛度懸架有限元分析步驟 對(duì)原模型進(jìn)行有限元分析步驟，所有模型裝配完成后，利用評(píng)估選項(xiàng)的干涉檢查驗(yàn)證定剛度懸架裝配是否合理，為下一步有限元分析做好準(zhǔn)備。并為所有的材料添加屬性，由于沒(méi)有SolidWorks的材質(zhì)庫(kù)中沒(méi)有60Si2MnA這一材料選項(xiàng)，查詢所有的材料，選取彈性性能一致的ASAI 1035鋼（ss）。 對(duì)定剛度簡(jiǎn)化模型進(jìn)行靜應(yīng)力分析。力施加于減振器上端，即減振器的上端蓋，大小為最大簧載質(zhì)量2750N 。施加約束，使用固定夾具命令，固定減振支撐下擺臂，支撐桿下端很連接桿，劃分網(wǎng)格設(shè)置，自動(dòng)劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格質(zhì)量 中等，接頭命令設(shè)置 連接參數(shù)，等上述步驟完成后，檢查干涉，以免劃分網(wǎng)格出錯(cuò)，導(dǎo)致無(wú)法有限元分析，檢查干涉無(wú)誤后，點(diǎn)擊計(jì)算算例命令，選擇計(jì)算此算例，耐心等待計(jì)算，得到靜應(yīng)力分析結(jié)果。 靜應(yīng)力分析結(jié)果如下圖，并導(dǎo)出靜應(yīng)力分析圖表，便于對(duì)比比較。 圖6-16 定剛度懸架靜應(yīng)力分析應(yīng)力圖 圖6-17 定剛度懸架靜應(yīng)力分析位移圖 圖6-18 定剛度懸架靜應(yīng)力分析應(yīng)變圖 對(duì)定剛度懸架模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，添加減振器的阻尼系數(shù)，減振的阻尼在0-0.3（查詢資料得知），在分析時(shí)，設(shè)置減振器的阻尼系數(shù)如下圖所示，這樣設(shè)置是因?yàn)閴嚎s越大，阻尼越大。 圖6-19阻尼比例 進(jìn)行約束定義參數(shù) 設(shè)置劃分網(wǎng)格設(shè)置，自動(dòng)劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格質(zhì)量 中等，接頭命令設(shè)置 連接參數(shù)，等上述步驟完成后，檢查干涉，以免劃分網(wǎng)格出錯(cuò)，導(dǎo)致無(wú)法有限元分析，檢查干涉無(wú)誤后，點(diǎn)擊計(jì)算算例命令，選擇計(jì)算此算例，耐心等待計(jì)算運(yùn)行此算例運(yùn)行結(jié)果圖如下圖 圖6-20定剛度懸架動(dòng)態(tài)分析應(yīng)力圖 圖6-21 定剛度懸架動(dòng)態(tài)分析位移圖 圖6-22 定剛度懸架動(dòng)態(tài)分析應(yīng)變圖 對(duì)定剛度懸架模型進(jìn)行非線性分析，分析在顛簸不平路面上行駛時(shí)減振系統(tǒng)的位移和應(yīng)變受力情況，約束施加條件和靜應(yīng)力分析一致 應(yīng)力設(shè)置為5450N，阻尼設(shè)置為瑞利阻尼，阻尼參數(shù)計(jì)算如下表所示: 1 瑞利阻尼： [C]=α*[M]+β*[K] 2 結(jié)構(gòu)的頻率范圍： f1= 1.2 Hz ω1=2πf1= 7.540 T1= 0.833333333 s f2= 1.5 Hz ω2=2πf2= 9.425 T2= 0.666666667 s 3 阻尼比： ξ= 0.05 4 瑞利阻尼系數(shù)： α/(2ω)+β*ω/2=ξ α= 0.4189 β= 0.0059 劃分網(wǎng)格設(shè)置，自動(dòng)劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格質(zhì)量中等，接頭命令設(shè)置,連接參數(shù)，等上述步驟完成后，檢查干涉，以免劃分網(wǎng)格出錯(cuò)，導(dǎo)致無(wú)法有限元分析，檢查干涉無(wú)誤后，點(diǎn)擊計(jì)算算例命令，選擇計(jì)算此算例，耐心等待計(jì)算，得到非線性分析分析數(shù)據(jù)。 圖6-23 定剛度懸架非線性位移應(yīng)力圖 圖6-24定剛度懸架非線性分析位移圖 6.4有限元分析數(shù)據(jù)對(duì)比 6.4.1靜應(yīng)力（空載）分析數(shù)據(jù)對(duì)比 導(dǎo)出變剛度懸架靜應(yīng)力分析數(shù)據(jù)。 變剛度懸架靜應(yīng)力分析數(shù)值如表6-1所示： 表6-1變剛度懸架靜應(yīng)力分析數(shù)值 選擇集 單位 總和 X 總和 Y 總和 Z 合力 整個(gè)模型 N 0.0150386 5160.22 -1731.84 5443.08 選擇集 單位 總和 X 總和 Y 總和 Z 合力 整個(gè)模型 N.m 0 0 0 0 名稱 類型 最小 最大 應(yīng)力1 VON:von Mises 應(yīng)力 2.07856e-010 N/m^2 節(jié): 16533 8.0602e+008 N/m^2 節(jié): 10318 變剛度懸架1-靜應(yīng)力分析 1-應(yīng)力-應(yīng)力1 名稱 類型 最小 最大 位移1 URES:合位移 0 mm 節(jié): 2908 21.3486 mm 節(jié): 21710 名稱 類型 最小 最大 應(yīng)變1 ESTRN :對(duì)等應(yīng)變 6.11675e-022 單元: 1113 0.00279823 單元: 6583 變剛度懸架1-靜應(yīng)力分析 1-應(yīng)變-應(yīng)變1 變剛度懸架1-靜應(yīng)力分析 1-位移-位移1 導(dǎo)出變剛度懸架靜應(yīng)力分析數(shù)據(jù) 定剛度懸架靜應(yīng)力分析數(shù)據(jù)如表6-2所示： 表6-2定剛度懸架靜應(yīng)力分析數(shù)據(jù) 選擇集 單位 總和 X 總和 Y 總和 Z 合力 整個(gè)模型 N -0.164196 5159.22 -1731.86 5442.14 選擇集 單位 總和 X 總和 Y 總和 Z 合力 整個(gè)模型 N.m 0 0 0 0 名稱 類型 最小 最大 位移1 URES:合位移 0 mm 節(jié): 2785 15.9518 mm 節(jié): 16025 定剛度懸架-靜應(yīng)力分析 1-位移-位移1 名稱 類型 最小 最大 應(yīng)力1 VON:von Mises 應(yīng)力 2.26116e-011 N/m^2 節(jié): 12089 6.56639e+008 N/m^2 節(jié): 17963 定剛度懸架-靜應(yīng)力分析 1-應(yīng)力-應(yīng)力1 名稱 類型 最小 最大 應(yīng)變1 ESTRN :對(duì)等應(yīng)變 0 單元: 7780 0.00179651 單元: 10368 定剛度懸架-靜應(yīng)力分析 1-應(yīng)變-應(yīng)變1 在相同載荷情況下，由上述數(shù)據(jù)可以看出在汽車(chē)空載時(shí)，變剛度懸架的最大位移為21.3486 mm 定剛度懸架的最大位移15.9518 mm。在空載情況下，變剛度懸架的位移量大于定剛度前懸架的位移量，由胡克定律可知變剛度懸架的剛度小于定剛度懸架，故符合優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)。 6.4.2動(dòng)態(tài)（滿載）分析數(shù)據(jù)對(duì)比 導(dǎo)出導(dǎo)出變剛度懸架動(dòng)態(tài)分析數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如表6-3所示： 6-3變剛度懸架動(dòng)態(tài)分析數(shù)據(jù) 名稱 類型 最小 最大 應(yīng)力1 VON:von Mises 應(yīng)力 于步驟數(shù): 100(1 秒) 1.63648e-005 N/m^2 節(jié): 11306 1.09857e+009 N/m^2 節(jié): 17963 變剛度懸架-動(dòng)態(tài) 1-應(yīng)力-應(yīng)力1 名稱 類型 最小 最大 位移1 URES:合位移 于步驟數(shù): 100(1 秒) 0 mm 節(jié): 2785 28.7758 mm 節(jié): 16024 變剛度懸架-動(dòng)態(tài) 1-位移-位移1 導(dǎo)出導(dǎo)出定剛度懸架動(dòng)態(tài)分析數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如表6-4所示： 表6-4定剛度懸架動(dòng)態(tài)分析數(shù)據(jù) 名稱 類型 最小 最大 應(yīng)力1 VON:von Mises 應(yīng)力 于步驟數(shù): 100(1 秒) 2.85858e-005 N/m^2 節(jié): 16102 1.5642e+009 N/m^2 節(jié): 10382 定剛度懸架1-動(dòng)態(tài) 1-應(yīng)力-應(yīng)力1 名稱 類型 最小 最大 位移1 URES:合位移 于步驟數(shù): 100(1 秒) 0 mm 節(jié): 2908 38.6466 mm 節(jié): 20989 定剛度懸架1-動(dòng)態(tài) 1-位移-位移1 在相同的約束和以及阻尼定義下，對(duì)簡(jiǎn)化的變剛度和定剛度懸架模型進(jìn)行分析，將兩者數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，可以看出，滿載條件下，變剛度懸架的位移為28.7758 mm小于定剛度懸架的位移38.6466 mm，由胡克定律可知，變剛度懸架的剛度大于定剛度懸架滿足前文的設(shè)計(jì)預(yù)期。故無(wú)需繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 6.4.3非線性（滿載不平路面）分析數(shù)據(jù)對(duì)比 導(dǎo)出導(dǎo)出變剛度懸架非線性分析數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如表6-5所示： 表6-5變剛度懸架非線性分析數(shù)據(jù) 載荷名稱 負(fù)載細(xì)節(jié) 函數(shù)曲線 力-1 實(shí)體 1面 時(shí)間曲線 類型 應(yīng)用法向力 值 5450N 時(shí)間變化 1S 選擇集 單位 總和 X 總和 Y 總和 Z 合力 整個(gè)模型 N 0.0175233 2.01052 -0.669169 2.11903 選擇集 單位 總和 X 總和 Y 總和 Z 合力 整個(gè)模型 N.m 0 0 0 0 名稱 類型 最小 最大 應(yīng)力1 VON:von Mises 應(yīng)力 于步驟數(shù): 100(1 秒) 3.96053e-016 N/m^2 節(jié): 2133 7.39205e+007 N/m^2 節(jié): 10318 變剛度懸架1-非線性 1-應(yīng)力-應(yīng)力1 名稱 類型 最小 最大 位移1 URES:合位移 于步驟數(shù): 100(1 秒) 0 mm 節(jié): 1 1.90308 mm 節(jié): 20989 名稱 類型 最小 最大 應(yīng)變1 ESTRN :對(duì)等應(yīng)變 于步驟數(shù): 100(1 秒) 0 單元: 1 0.000243583 單元: 6456 變剛度懸架1-非線性 1-應(yīng)變-應(yīng)變1 定剛度懸架非線性分析數(shù)據(jù)如表6-6所示： 表6-6定剛度懸架非線性分析數(shù)據(jù) 載荷名稱 負(fù)載細(xì)節(jié) 函數(shù)曲線 力-1 實(shí)體 1面 時(shí)間曲線 類型 應(yīng)用法向力 值 5450N 時(shí)間變化 1S 擇集 單位 總和 X 總和 Y 總和 Z 合力 整個(gè)模型 N -0.0281684 5.4592 -1.78811 5.74465 名稱 類型 最小 最大 應(yīng)力1 VON:von Mises 應(yīng)力 于步驟數(shù): 7(0.07 秒) 2.0178e-016 N/m^2 節(jié): 11647 1.05478e+007 N/m^2 節(jié): 17963 名稱 類型 最小 最大 位移1 URES:合位移 于步驟數(shù): 7(0.07 秒) 0 mm 節(jié): 1 0.242335 mm 節(jié): 16609 定剛度懸架-非線性 1-位移-位移1 定剛度懸架-非線性 1-應(yīng)力-應(yīng)力1 名稱 類型 最小 最大 應(yīng)變1 ESTRN :對(duì)等應(yīng)變 于步驟數(shù): 7(0.07 秒) 0 單元: 1 2.72047e-005 單元: 10368 定剛度懸架-非線性 1-應(yīng)變-應(yīng)變1 當(dāng)汽車(chē)滿載時(shí)且在不平的路面上行駛時(shí)，對(duì)比非線性分析的數(shù)值，可以看出此時(shí)變剛度懸架的位移為1.90308 mm，大于定剛度懸架的位移0.242335 mm；應(yīng)力和應(yīng)變均處于安全范圍內(nèi)，故符合本文開(kāi)篇時(shí)的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，無(wú)需進(jìn)一步對(duì)變剛度懸架進(jìn)行優(yōu)化。 8 結(jié)論 汽車(chē)的懸架系統(tǒng)是汽車(chē)上一個(gè)重要的部分，與整車(chē)的操作性和穩(wěn)定性有密切關(guān)系。雙橫臂獨(dú)立懸架因其簧下質(zhì)量小，懸架占用的空間小，彈簧元件之承受垂直力，所以可用剛度小的彈簧，使車(chē)身振動(dòng)頻率低，改善了汽車(chē)的平順性；由于有可能降低發(fā)動(dòng)機(jī)的位置高度，使整車(chē)的質(zhì)心高度下降，有改善了汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性；經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算和校核，在雙橫臂獨(dú)立上，使用變剛度彈簧替換定剛度彈簧，可以有效的提高汽車(chē)懸架的安全性，改善舒適性指標(biāo)。而且，位移相對(duì)于定剛度彈簧更小，可以改善汽車(chē)的通過(guò)穩(wěn)定性和適應(yīng)不同路況的行駛性能。而且和定剛度彈簧相比，變剛度等節(jié)距圓錐彈簧相對(duì)于定剛度彈簧，占用空間更小，可以使車(chē)身設(shè)置更加精湊，減小車(chē)身的空間，更加適合城市的交通。 本文主要對(duì)某車(chē)型的雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行分析和研究。在利用SolidWorks軟件建立三維實(shí)體模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)計(jì)算結(jié)果通過(guò)SolidWorks有限元分析模塊對(duì)減振器進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與校核,為減振器設(shè)計(jì)提供一些的建議和改進(jìn)措施。全文主要工作如下： 1、查詢資料，完成懸架中關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)等工作。 2、利用SolidWorks，軟件對(duì)雙橫臂懸架進(jìn)行大致示意建模。 3、根據(jù)前文的計(jì)算結(jié)果和汽車(chē)行駛的工況，對(duì)減振器實(shí)行不同工況下的位移應(yīng)力和應(yīng)變校核，對(duì)減振系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行校核確保汽車(chē)的安全。 附錄 參考文獻(xiàn) [1]陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造（第3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009. [2]余志生.汽車(chē)?yán)碚?第5版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009. [3]蔡萌 顧亮 車(chē)輛懸架減震優(yōu)化設(shè)計(jì)方法仿真[J] 交通體系與工具仿真 2014（11） [4]陳平亮. 空氣懸架動(dòng)力學(xué)特性與控制[D]. 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 2017 [5]王軍年,葉濤,孫文,王慶年. 可變剛度和阻尼的半主動(dòng)饋能懸架隔振性能[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版). 2017(03) [6]周柔,郭志峰.主動(dòng)懸架控制技術(shù)研究[J]. 計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化. 2012(01) [7]范方強(qiáng)；潘公宇；變剛度和阻尼半主動(dòng)懸架的模糊控制研究[J]重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版.2012(03) [8]王慶生,劉淼,張愛(ài)東.懸架偏頻對(duì)制動(dòng)性能影響分析[J]. 汽車(chē)實(shí)用技術(shù). 2013(11) [9]周柔,郭志峰.主動(dòng)懸架控制技術(shù)研究[J]. 計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化. 2012(01) [10]趙彬.機(jī)動(dòng)車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)常見(jiàn)問(wèn)題分析與對(duì)策[J]. 無(wú)錫南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院論叢. 2012(Z1) [11] 史文庫(kù),王長(zhǎng)新,陳志勇,郭福祥. 基于多目標(biāo)免疫算法的變剛度懸架的聯(lián)合優(yōu)化[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(10) [12]王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì)(第4版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. [13]王國(guó)權(quán)，龔國(guó)慶.汽車(chē)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010. [14]明振業(yè).SolidWorks 2015快速入門(mén)及應(yīng)用技巧[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.7 致 謝 大仲馬曾說(shuō)：“必須體驗(yàn)過(guò)痛苦,才體會(huì)到生的快樂(lè)”，把這句話用到完成論文之際似乎并不恰當(dāng)，不過(guò)，卻也是現(xiàn)在真實(shí)的心理寫(xiě)照，這篇論文難度較大，修改了很多回，一次一次體驗(yàn)著痛苦，不過(guò)現(xiàn)在體驗(yàn)的倒不是重生，而是一種歷練后的快樂(lè)，發(fā)自內(nèi)心的欣喜，難以用語(yǔ)言去形容。 感謝我的導(dǎo)師李鴻秋教授，老師讓我理解了，精益求精、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)是一種素養(yǎng)，是踏上社會(huì)以后在競(jìng)爭(zhēng)中勝出的利器，感謝老師教會(huì)了我這些，要是沒(méi)有這次歷練，我不知道啥時(shí)候才能真正理解這些東西，那樣的話，成長(zhǎng)就放慢了吧，我想肯定是這樣的，還要感謝老師的寬容，也許老師會(huì)覺(jué)得這些錯(cuò)誤你就不應(yīng)該犯，你做事沒(méi)有一個(gè)認(rèn)真的態(tài)度，其實(shí)我想說(shuō)，我真的很努力去做了，但有時(shí)候就是考慮不周全，老師不厭其煩，容忍我的一次又一次的錯(cuò)誤？謝謝老師，謝謝，您的教誨我終生不會(huì)忘。 感謝我的同窗，我們笑過(guò)鬧過(guò)、吵過(guò)打過(guò)，這就是大學(xué)生活吧，但是，我不舍得你們，眼看我們就要各散東西了，我們啥時(shí)候還能再見(jiàn)面，再見(jiàn)的時(shí)候還能記得彼此嗎？感謝你們?cè)谖易顭o(wú)助的時(shí)候給我的幫助，感謝你們?cè)谖胰〉贸煽?jī)時(shí)由衷的給我鼓掌，突然覺(jué)得好失落，淚濕眼眶，謝謝你們，我親愛(ài)的同學(xué)們。 感謝學(xué)校的老師們，感謝論文的評(píng)委老師們，期望在未來(lái)的一天我能成為母校的驕傲。謝謝。