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淺談汽車懸架連接件動(dòng)力學(xué)建模

2019-08-26 23:29:51·  來源：上汽安全與CAE技術(shù)  
　
淺談汽車懸架連接件動(dòng)力學(xué)建模1 汽車懸架的紐帶連接件汽車懸架是整車性能的核心系統(tǒng)，決定了車輛的舒適性及平順性，而懸架連接件又是懸架零部件間的紐帶，沒有連
淺談汽車懸架連接件動(dòng)力學(xué)建模

1  汽車懸架的紐帶——連接件
 
汽車懸架是整車性能的核心系統(tǒng)，決定了車輛的舒適性及平順性，而懸架連接件又是懸架零部件間的紐帶，沒有連接，懸架將是一盤散沙。


不同形式的懸架連接關(guān)系各不相同，典型的懸架連接件包括：螺栓、球鉸以及襯套。本文以Adams軟件為例，介紹不同連接件的動(dòng)力學(xué)建模方式以及常見建模問題的解決方案。

圖1 典型連接方式
 
2  螺栓
 
螺栓是強(qiáng)約束的剛性連接，能夠完全約束兩個(gè)物體間的六個(gè)自由度，典型的螺栓受力形式包括剪切與拉伸。
圖2 螺栓典型受力

通常，Adams中用固定副（Fixed Joint）來表達(dá)這類約束六個(gè)自由度的連接方式，用戶只需選擇鉸鏈類型為fixed，指定固定副所在的位置及其連接的兩個(gè)部件即可創(chuàng)建一個(gè)固定副，如下圖所示。

圖3 創(chuàng)建固定副

3  球鉸

球鉸是麥弗遜懸架下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的典型連接方式，能夠約束三個(gè)平動(dòng)自由度同時(shí)釋放三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。典型的球鉸結(jié)構(gòu)組成包括：球碗、球座、防塵罩、球銷以及卡環(huán)。

圖4 球鉸結(jié)構(gòu)示意圖

在Adams軟件中通常用同樣名為球鉸的運(yùn)動(dòng)副（Spherical Joint）來模擬真實(shí)的球鉸連接，用戶只需選擇鉸鏈類型為spherical，指定球鉸所在的位置及其連接的兩個(gè)部件即可創(chuàng)建一個(gè)球鉸，如下圖所示。

圖5 創(chuàng)建球鉸

理想化的球鉸連接不考慮實(shí)際球碗運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的摩擦力，Adams軟件支持用戶在球鉸副中添加靜態(tài)或動(dòng)態(tài)摩擦力。這種精細(xì)化的球鉸建模方式下，球碗半徑、摩擦系數(shù)以及預(yù)載等用戶定義的參數(shù)都將影響摩擦力的計(jì)算。
圖6 帶摩擦球鉸
 
4  襯套
 
襯套是各類懸架中最常見的連接方式，影響汽車的操穩(wěn)性與舒適性。襯套六個(gè)方向都通過一定大小的剛度約束其自由度，既不完全釋放又不完全固定。

圖7 汽車襯套分布示意圖

在Adams軟件中用名Bushing的力元來模擬襯套連接。與前面二者不同的是，襯套作為彈性元件，其方向性及各方向剛度的定義對(duì)襯套特性的模擬至關(guān)重要。

圖8 創(chuàng)建襯套

其中，襯套的安裝方向應(yīng)根據(jù)實(shí)際懸架中的方向來定義，對(duì)于開口襯套更要留意徑向剛度的差異性。襯套剛度一般用*.bus文件來定義，軟件通過擬合*.bus文件中離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)生成襯套的剛度曲線。
 
5  建模案例淺析
 
在實(shí)際建模過程中，系統(tǒng)復(fù)雜程度不一，選擇合適的建模方式會(huì)讓建模過程更高效。另外，由于分析問題角度的差異性，靈活運(yùn)用不同的運(yùn)動(dòng)副合理地表現(xiàn)連接件的性能也十分重要。通過下面的案例可以體會(huì)“合適”與“合理”建模的妙處。

01 襯套方向的定義
 
Adams軟件中開放了多種襯套方向的定義方式，根據(jù)不同的襯套結(jié)構(gòu)以及安裝方向來選擇恰當(dāng)?shù)姆绞浇?huì)讓建模更加輕松快捷，下表三種方式供大家參考。

表1 襯套建模定向方式推薦表

02  螺栓組問題

實(shí)際結(jié)構(gòu)中，由于存在一定面積的結(jié)合面，螺栓連接常常以螺栓組的形式出現(xiàn)，例如四連桿懸架刀鋒臂與車輪支架的連接。

圖9 常見螺栓組示意圖

此時(shí)，用一個(gè)簡單的固定副仍然可以表現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，但無法真實(shí)表達(dá)螺栓組的力學(xué)特性。遇到這種問題，不妨用剛度適當(dāng)?shù)牧υ獊泶妫聢D分別展示了固定副連接和力元模擬螺栓的受力差異。

圖10 兩種螺栓組建模差異對(duì)比

小小的連接，大大的智慧，連接賦予懸架獨(dú)特的魅力，讓我們的汽車能夠舒適穩(wěn)定地行駛。說到這里，大家是否也對(duì)懸架的連接產(chǎn)生了興趣呢？

參考資料

1乘用車底盤球鉸鏈開發(fā)—董鵬

2汽車球鉸摩擦力矩特性的數(shù)值分析與實(shí)驗(yàn)研究——張志斌

3轎車懸架橡膠襯套結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析——余振龍
 
 
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