用proeNGINEER軟件進行汽車平衡懸架機構(gòu)分析

2013-05-07 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

本文介紹了proeNGINEER Wildfire 2.0軟件在6×6越野車的后平衡懸架機構(gòu)設(shè)計分析中的運用。通過對機構(gòu)建立合理的實體數(shù)值模型,運用Mechanism模塊對機構(gòu)模型進行三維動態(tài)仿真分析,模擬分析了汽車平衡懸架的各種實際運動工況。

懸架是汽車的運動部件,也是汽車的重要總成之一,其參數(shù)的選取和導(dǎo)向機構(gòu)的布置對車輛的平順性、穩(wěn)定性、通過性及燃料經(jīng)濟性等多種使用性能都有重要的影響。由于越野車行駛條件大多比較惡劣,具有較為復(fù)雜多變的工況。如果采用傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計方法,在虛擬仿真時將很難對懸架系統(tǒng)的各種工況進行準(zhǔn)確的分析校核。而運用proeNGINEER軟件實現(xiàn)對懸架系統(tǒng)的三維參數(shù)化驅(qū)動布置設(shè)計,我們可以充分發(fā)揮三維參數(shù)化模型直觀、準(zhǔn)確、快速的優(yōu)勢。

一、創(chuàng)建懸架機構(gòu)的運動模型

在模型建立前,我們需要先確定懸架機構(gòu)的各個參數(shù),并建立合理的數(shù)值模型,方便后期對模型參數(shù)驅(qū)動的優(yōu)化處理。只要正確建立了模型,其他問題也就迎刃而解。

懸架機構(gòu)的主要零部件有中橋、后橋、懸架支架、貫通軸、中間傳動軸、鋼板彈簧和鋼板彈簧座、以及縱向推力桿等。通過鋼板彈簧座與懸架支架的銷釘連接、鋼板彈簧與中后橋的滑動連接、推力桿兩端與橋和懸架支架的銷釘連接、以及中后橋間的傳動軸連接等,可以實現(xiàn)平衡懸架的軸間載荷平衡功能。

在建立簡化的數(shù)值模型時,應(yīng)首先創(chuàng)建基準(zhǔn)點、基準(zhǔn)軸和基準(zhǔn)面等,以實現(xiàn)模型的精確定位與連接。其中鋼板彈簧應(yīng)采用參數(shù)關(guān)系化來建模,這樣建模的好處是可以通過變更模型的弧高參數(shù),來模擬實現(xiàn)車輛在不同載荷工況下懸架的變形。推力桿可以簡化為直桿,構(gòu)成平行四邊形連接。各零部件的相互連接處簡化為一軸線,并通過合理的裝配連接,來滿足實際約束要求,這里不再贅述。本文以東風(fēng)EQ2200越野汽車的懸架系統(tǒng)設(shè)計校核為例,簡化模型如圖1所示。

圖1 懸架機構(gòu)的簡化模型

二、分析懸架機構(gòu)運動模型

建立好的懸架機構(gòu)運動模型通過加載板簧座與懸架支架之間的運動來驅(qū)動,并通過對板簧弧高的更改,來模擬懸架模型在不同載荷下的工況。一般應(yīng)針對懸架的極限狀態(tài)進行分析。車輛懸架的極限狀態(tài)大致分為以下四種狀態(tài):

1.中后橋在同一水平面上;

2.中橋跳動至極限時后橋下落;

3.后橋跳動至極限時中橋橋下落;

4.中后橋同時下落。

我們可以通過在Mechanism模塊中編輯分析定義來創(chuàng)建各種運動分析。車輛重載時、鋼板彈簧壓平且中橋向上跳動時懸架的狀態(tài)如圖2所示。

圖2 車輛重載、鋼板彈簧壓平且中橋向上跳動時懸架的狀態(tài)

接下來對中橋向上跳動的工況進行分析,在分析時要考慮整車姿態(tài)角、中后橋的跳動量、傳動軸的角度和伸縮量及其與貫通軸的間隙等參數(shù),這些參數(shù)會隨著工況的不同而產(chǎn)生變化,且參數(shù)之間相互關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)以圖2所示工況為例進行分析。在“測量”對話框中分別定義以上需要分析的參數(shù)。參數(shù)如下:

A2——傳動軸與中橋法蘭的夾角;

A3——傳動軸與后橋法蘭的夾角;

A5——板簧與水平面的夾角;

L1——中橋至車架下翼面的距離;

L2——后橋至車架下翼面的距離;

L5——傳動軸至貫通軸的距離;

L6——傳動軸的長度。

在“測量結(jié)果”對話框中分別對以上各個參數(shù)進行“時間與測量”的分析,以找出其對時間的敏感度。然后確定對A2優(yōu)先考慮,并在“測量結(jié)果”對話框中對A2與其他各個參數(shù)進行“測量與測量”的分析,分析結(jié)構(gòu)圖形如圖3所示,這里可以通過對數(shù)據(jù)的對比分析和對零部件模型的相關(guān)數(shù)值隨時進行修改,來保證機構(gòu)的實際工況要求。

圖3 分析結(jié)構(gòu)圖形

對各個工況進行圖形分析后,最終可以確定:傳動軸與橋法蘭間最大夾角為45°時的極限狀態(tài),發(fā)生在懸架中橋上跳后橋自由下落時的工況,此時的傳動軸拉伸最長。通過對極限狀態(tài)下的圖形數(shù)據(jù)分析后得出,工程人員在設(shè)計時應(yīng)由L1、L2確定中后橋限位裝置的尺寸,由L5確定貫通軸的位置,并且由L6的變化量確定傳動軸的長度。

三、結(jié)論

合理運用三維設(shè)計軟件的動態(tài)仿真技術(shù),可以使設(shè)計工作更為直觀、準(zhǔn)確和快速。從而提高企業(yè)的設(shè)計效率,減輕技術(shù)人員的勞動強度,縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期。而且在采用參數(shù)化驅(qū)動后,設(shè)計人員可以反復(fù)修改零部件的形位參數(shù),使變形產(chǎn)品的系列化設(shè)計更為快捷高效,從而適應(yīng)市場的快速變化。

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