汽车双横臂悬架转向系统建模与性能仿真分析毕业论文(编辑修改稿)

汽车双横臂悬架转向系统建模与性能仿真分析毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

转向节沿着刚性地固定在车架上的主销 上下移动，这样有利于汽车的转向操纵和行驶稳定性。 1— 通气管； 2— 减振器； 3— 套筒； 6— 防尘罩； 5— 主销； 图 210 烛式独立悬架 ②麦佛逊式悬架 麦佛逊式悬架（图 211）是由滑动立柱和横摆臂组成，其最大的优点就是增大了两前轮内侧的空间，便于发动机和其他一些部件的布置。 主要应用于前置前驱的轿车和某些轻型客车。 河北工业大学毕业设计说明书 图 211麦佛逊式独立悬架 ⑷单斜臂式独立悬架 单斜臂式独立悬架（图 212）是介于单横臂和单纵臂之间的一种悬架结构形式，单纵臂绕与汽车纵轴线成一定夹角的轴线摆动。 单斜臂式 独立悬架兼有单横臂和单纵臂式独立悬架的优点。 图 212 单斜臂式独立悬架 河北工业大学毕业设计说明书 悬架的设计要求 ［ 6］ 悬架的设计要求： ⑴．保证汽车有良好的行驶平顺性。 ⑵．具有合适的衰减振动的能力。 ⑶．保证汽车具有良好的操纵稳定性。 ⑷．汽车制动或加速时，要保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合适。 ⑸．有良好的隔音能力。 ⑹．结构紧凑、占用空间尺寸要小。 ⑺．可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保证足够的强度和寿命。 小结 本章主要介绍了汽车悬架的分类，以 及每一种类别悬架的特点，将汽车悬架分为独立悬架和非独立悬架两类。 结合悬架的示意图，介绍了每一种类型悬架的结构组成。 其中在当今社会的汽车中独立悬架的应用较为广泛，并且双横臂式独立悬架具有良好的行驶稳定性和舒适性，以为中、高级轿车的前悬架所广泛使用。 我们还介绍了汽车悬架的设计要求，一个好的汽车悬架必须满足所列出的七点要求，这样才能满足人们对汽车各种行驶性能的要求。 河北工业大学毕业设计说明书 3 双横臂式独立悬架的数学模型 双横臂式独立悬架的简化模型 根据双横臂式悬架的原理图，做出 悬架的简化模型，如图 31 所示。 1— 车架； 2— 上摆臂； 3— 减振器； 4— 下摆臂； 5— 车轮； 6— 转向节臂； 7— 转向横拉杆； A— 下摆臂前安装点； B— 下摆臂后安装点； C— 上摆臂前安装点； D— 上摆臂后安装点； E—— 摆臂球铰接点； F— 上摆臂球铰接点； H— 主销 G— 车轮中心点； M— 横拉杆断开点； N— 横拉杆球铰接点； S— 减振器上安装点； R— 减振器下安装点； 图 31双横臂独立悬架空间结构拓扑图 河北工业大学毕业设计说明书 双横臂独立悬架的结构参数 根据双横臂悬架的空间运动情况，通过计算得出悬架的主要关键点 的坐标，具体坐标参数见表 31，样车的主要参数见表 32。 表 31 悬架关键点坐标 位置点 x/左 y/左 z/左 x/右 y/右 z/右 上摆臂前安装点 上摆臂后安装点 上摆臂球销中心 下摆臂前安装点 下摆臂后安装点 下摆臂球销中心 轮胎中心点 0 0 0 0 轮胎接地点中心 0 740 0 740 转向器横拉杆球销 转向器横拉杆断开点 表 32 样车的主要参数 尺寸参数（ mm） 外形尺寸 总长 4650 总宽 1800 总高 1810 轴距 2615 轮距 前轮距 1480 后轮距 1470 前轮定位参数 前轮外倾角 39。 300  主销内倾角 39。 39。 303012  主销后倾角 39。 39。 30303  前束值 02 轮胎直径 河北工业大学毕业设计说明书 小结 本章主要把双横臂式独立悬架模型化和参数化。 通过双横臂式独立悬架的简化模型更加清晰的了解悬架的结构。 双横臂式独立悬架的主要构件：上摆臂和下摆臂。 通过简化结构图还能了解双横臂式独立悬架与其他不同类型的悬架之间的区别，再根据双横臂式独立悬架的工作原理，牢牢地掌握悬架的主要特点。 双横臂式独立悬架的参数化是对悬架做仿真分析的重要一步，只有根据这些悬架的主要关键点的坐标才能准确 的建立悬架的三维模型，只有建立了准确的悬架三位模型，才能通过仿真分析得出准确的仿真结果，才能根据这些仿真结果对悬架做出准确的性能评估和优化设计，所以对悬架进行数学建模是对悬架进行研究过程中非常重要的一步。 河北工业大学毕业设计说明书 4 基于 UG的双横臂式独立悬架的设计分析 UG 软件应用简介 UG是美国 Unigraphics Solutions 公司推出的集 CAD/CAM/CAE 为一体的一个三维的用于机械设计的平台，也是现在世界上被大量采用的设计、分析软件之一，大量运用于车辆、飞机、机械制造、消 费产品、医疗器械等行业，它为制造业的产品研发的整个过程提供了办法。 该软件主要功能包括概念设计、工程设计、性能分析和制造。 从概念设计到工程分析最后到制造的全部过程，它使数据从设计开发到制造真正达到了无缝链接的程度；它是产品研发全过程的解决方法，涵盖零件设计、模拟和仿真、模具的设计和 CNC 加工；UG NX 是一个三维的双精度系统，用户可以十分准确的建立任何形状的几何体，然后组合这些几何体，用户可以进行设计、分析同时绘制它们的工程图纸，等设计完成时，制造应用程序根据用户描述几何体的形状结构，加入制造信息然后自动生成 刀具位置源文件，最后通过数控机床来加工所设计的零件 ［ 7］。 UG 软件被当今世界领先的制造商用于从事概念设计、工艺设计、详细的机械设计以及工程仿真和数字化制造等工作，大量应用于飞机、车辆、轮船、机械装置、电器、医疗装置和电子产品以及应用高科技的行业，它已成为世界上最优秀的公司大量使用的系统之一。 UG 功能模块介绍 ［ 8］［ 9］［ 10］［ 11］ UG/Gateway 为全部 UG NX 产品设置了一个相同的进入路径，就是操作者打开 UG 之后进入的那个窗口界面。 这个模块的功能有：新建 、打开、保存、另存为等编辑文件命令；添加颜色、显示和隐藏、放大或缩小等编辑视图命令；编辑视图显示；编辑图层；制图及阵列操作；信息搜索、坐标搜索、距离测绘；曲线曲率半径的计算；曲面光滑平顺性的分析；实体模型的物理性能自行计算；输入、输出模型数据；自动记录操作命令和回放功能；命令查河北工业大学毕业设计说明书 找器等等。 模块 (1)UG 实体建模 UG 实体建模具有草图绘制、拉伸、回转、扫掠、布尔求和、求差、求交运算、拔模、边倒圆、边倒角、抽壳、螺纹、镜像体、拆分体、打孔、修剪体等功能。 特征建模和自由式建模的前提就是实体建模。 (2)UG 特征建模 UG 特征建模具有各式各样的标准设计的特征生成和编辑、键槽、腔体、凸台、倒圆、倒角、实力特征、特征编辑等工具。 (3)UG 自由形式建模 先进的 UG 自由形式建模用于有关高级的自由形状外形，支持复杂曲面和实体建模。 它囊括直纹面、扫掠面、通过一组既定曲线的自由曲面、通过两套既定正交曲线的自由曲面、曲线广义扫掠、各种半径的倒圆、广义二次曲线倒圆。 曲面间的平顺连接、曲面动态拉申调整、各种形式的偏置、曲面裁剪、编辑、点云生成、曲面编辑。 (4)UG 工程制图 UG 工程制图模块可以是三维实体模型生成一个全双工 的二维图纸，确保图纸在模型改变时同时被更新，缩短设计时间。 工程制图模块提供自动视图布局、正交投影视图、剖视图、辅助视图、放大、部分剖切视图、自动和手动的标注尺寸、形状公差、表面粗糙度符号标注、中国标准汉字输入、手工编辑视图、装配图、剖面图、爆破图、时间表自动生成工具。 (5)UG 装配建模 UG 装配建模具有平行的自上而下和自底而上的产品开发办法，装配中的零、部件的数据是对零、部件单独的映像，保证装配中的模型和所设计的零件绝对互相关联，并提升了软件的可操作性，缩减了对存储空间的要求，设计的零件经过修改后，装配模 型中的那个零件也会随着修改自动更新，此外，还可在装配时对零件直接进行修改。 模块 UG/CAM 模块是 UG NX 的助手制造模块，它可以为数控加工中心、数控铣河北工业大学毕业设计说明书 床、数控车床、电火花机床、线切割机床等编程。 UG/CAM 模块提供了各个方面的、便于利用的功能，用来解决数控刀具轨迹生成、加工仿真模拟和加工检验等问题。 NX 的主要功能 ［ 8］［ 9］［ 10］［ 11］ NX 为培养创造性和产品技术改革的工业设计提供了强劲的有效措施。 利用 NX 建模，用户能够很快建立出和更改产品的形状 ，不论其形状多么复杂， 渲染和可视化工具可以最大程度的满足设计者的要求。 NX 包括了世界上最强大、最大量的产品设计和应用模块。 NX 高性能的机械设计和绘图能力，为机械设计和机械制造提供了极高的使用性能和灵活性，以满足客户的需求来设计任意复杂程度的产品。 NX 是优于普通的设计工具的软件，具有专业线路和电路设计、钣金模块、塑料件设计专用模块和其他行业的专业应用软件的设计要求。 、确认和优化 NX 允许制造者用数字仿真、验证和优化产品及其开发全过程。 通过在开发中使用数字仿真，制造者可以 提高产品的质量，同时减少或消除时间 耗时和极贵的物理样机的设计、建造，以及对变化周期的依赖性。 加工 NX 基础加工模块提供连接 UG 所有加工模块的基础框架，它为全部 NX 产品加工模块供给了一个相同的、界面良好的窗口进入路径，使用者可以在图形模式下观察刀具的运动轨迹还可以修改其轨迹。 这个加工模块的界面可以根据用户的需要进行灵活的更改和变换，还可以定制标准的刀具库、加工工艺参数样板库使初加工、半精加工、精加工等操作参数标准化，这样可以减少正式使用之前的学习时间并不断优化加工方法路径。 UG 主要用户包括 ：美国通用牌汽车，通用电器，福特公司，劳斯莱斯，普惠发动机，日产汽车，克莱斯勒还有美国军工企业。 几乎全部飞机发动机和大多数汽车发动机都是使用 UG 进行研究设计，这足以说明 UG 在高端科技范围，特别是在军工方面的重要作用，在高端领域可以和 CATIA 相提并论。 河北工业大学毕业设计说明书 悬架的几何建模 ［ 12］ 将系统中的各部件都看作刚体，并且不考虑减振器的作用，只对悬架作运动学分析。 根据实车结构该车的前悬架可简化为由上下摆臂、转向节、转向系拉杆以及车轮等组成的刚性系统。 根据求得的关键点坐标利用 UG 建立的双横臂式独立悬架的仿真模型。 并 将其导出为 Parasolid 实体模型，为将模型导入 ADAMS 软件进行运动学分析作好准备。 各部件的建模过程如下： 下面以轮毂建模为例：首先打开 UG 软件，点击“新建” 出现以下界面： 图 41新建模型选择界面 选择“模型”，然后点击“确定”按钮。 进入建模界面，然后点击“草图”，进入草图设计界面，然后根据选择好的轮毂参数进行草图编辑，如图 42 所示。 然后点击“完成草图” ，进入实体建模界面，利用“回转”工具，最终得到轮毂的实体模型，如图 43 所示。 图 42轮毂草图 河北工业大学毕业设计说明书 图 43 轮毂模型 建立悬架其他模型的主要步骤与轮辋模型基本一致，细节部分要根据模型的特点采用适当的建模工具。 轮胎模型如图 44 所示。 图 44 轮胎模型 其他悬架的零部件图如下： 河北工业大学毕业设计说明书 图 45 上、下横臂及转向节臂模型 图 46制动盘 图 47制动器 图 48减振器 图 49横拉杆 河北工业大学毕业设计说明书 图 410 转向器 图 411车标 装配模型时，先点击“添加组件”按钮，然后点击“装配约束”按钮，按着模型的装配要求一步步的装配好悬架的模型，最终双横臂独立悬架的装配图如图412 所示。 图 412 悬架装配 小结 本章主要是介绍 UG 建模软件的应用及其与其他同类建模软件的区别与特点， UG 是一个高度集成的 CAD/CAM/CAE 软件系统，可应用于整个产品的开发过程，包括产品的草图设计、建模、分析和加工。 UG 软件的建模功能比较人性化，建模工具用起来简单易懂，并且简单介绍了运用 UG 软件进行悬架的 实体建模过程，介绍了每一个悬架零部件的截图。 在运用 UG 软件进行对悬架零部件进行装配的过程也是很简单，只需添加组件，然后进行装配约束，通过一系列的约束条件（同心、接触、平行等）达到所需要的装配要求，最终得到悬架的完整装配模河北工业大学毕业设计说明书。