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某7140型轿车后悬架设计及多体动力学分析毕业论文

 2020-02-17 12:02  

摘 要

汽车悬架是汽车行驶系非常重要的一部分,汽车悬架的主要功能是传递车身与轮胎之间的力与力矩。悬架的减震器与弹性元件能起到缓冲、减振、保证汽车稳定行驶的作用。当今社会,人们提高了对汽车的舒适性的要求,这需要设计出性能更加优异的悬架,使汽车具有更好的平顺性与操纵稳定性。

研究本课题时,整车数据参考捷达梦想版汽车,对汽车的后悬架进行设计并运用adams软件对悬架进行动力学和振动分析,设计出满足汽车平顺性要求的悬架系统。在多种悬架系统对比之后,经过多方面比较,为此款捷达汽车选择扭力梁非独立悬架该车的后悬。设计汽车的扭力梁悬架的过程中,先根据汽车的整体参数确定悬架的主要参数如悬架的偏频、悬架的静挠度、悬架的动挠度等。之后再设计悬架弹性元件与减震器的具体参数,其中包括螺旋弹簧的刚度、直径、圈数及减震器的尺寸、阻尼系数等。

所有参数确定后,使用catia软件对汽车的后悬架进行三维建模装配,根据三维图确定硬点坐标,再利用Adams进行仿真分析,获得汽车受力振动后的整车的参数变化,保证整车的平顺行驶,得到性能可靠的悬架系统。

关键词:扭力梁悬架;三维建模;仿真分析

Abstract

Automobile suspension is a very important part of the automobile driving system. The main function of automobile suspension is to transfer the force and torque between the body and the road. The shock absorber and elastic components of the suspension can play a role in buffering the impact, damping the vibration and ensuring the stable driving of the automobile. At the present stage, people have higher and higher requirements for the riding comfort of the car, which requires the design of a more excellent performance of the suspension so that the car has better ride and handling stability.

Taking the Jetta dream sedan as an example, this paper designs the rear suspension of the automobile and Adams software to carry out multi-body dynamics analysis of the suspension and design the suspension system meeting the requirements of automobile ride comfort. After a variety of suspension system comparison, the torque beam non-independent suspension is selected as the rear suspension of this Jetta car. In the process of designing the torsion beam suspension of automobile, the main parameters of the suspension such as the static deflection, the deflection and vehicle running smoothness are determined according to the vehicle parameters. After that, specific parameters of suspension elastic elements and shock absorber are designed, including stiffness, diameter, winding number of spiral spring, size of shock absorber, damping coefficient, etc.

After all parameters are determined, catia software is used to conduct three-dimensional modeling and assembly for the rear suspension of the car. Hard point coordinates are determined according to the three-dimensional diagram, and then Adams is used for multi-body dynamics analysis to obtain the parameter changes of the whole car after the stress vibration of the car, so as to ensure the smooth running of the whole car and obtain the suspension system with reliable performance.

Keywords: Torsion beam suspension; 3D modeling;Simulation

目 录

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 悬架功用 1

1.2 悬架组成 1

1.3 研究背景 1

第二章 悬架方案选择 3

2.1 悬架的分类 3

2.2 悬架类型选择 4

第三章 悬架整体参数设计 6

3.1 悬架设计内容 6

3.2 整车参数 6

3.3 悬架偏频选取 7

3.4 悬架系统的静挠度 7

3.5 悬架系统的动挠度 8

3.6 悬架的刚度 8

第四章 悬架主要零件的设计 9

4.1. 螺旋弹簧设计 9

4.1.1 弹簧刚度设计 9

4.1.2 螺旋弹簧钢丝直径 9

4.1.3 螺旋弹簧的具体参数 11

4.2. 减震器参数设计 12

4.2.1 减震器工作原理 12

4.2.2 阻尼系数的确定 14

4.2.3 最大卸载力F的确定 14

4.2.4 减振器的尺寸设计 15

4.3. 扭力梁的设计 16

4.3.1 扭力杆材料 16

4.3.2 扭杆尺寸 16

第五章 基于adams的悬架分析 18

5.1 Adams简介 18

5.2 悬架运动仿真 18

5.2.1 仿真过程 18

5.2.2 分析结果 19

5.3 悬架振动分析 20

5.3.1 仿真过程 20

5.3.2 分析结果 21

第六章 结论 23

参考文献 24

附录A 螺旋弹簧的计算 25

附录B 扭力梁悬架三维图 26

致谢 27

绪论

悬架功用

悬架是汽车行驶系的重要部分,它把汽车车轮与车架或车身部分灵活弹性地联接起来,从而传递车身与车轮之间的力矩与力,同时能减弱汽车车身的振动,缓解来自不平路面的振动冲击,使汽车获得高速平顺行驶的能力,以满足人们的乘坐舒适性。

悬架组成

随着现代科技的进步,人们对汽车悬架的研究也更加的深入,虽然悬架的类型有很多种,但其基本组成都是相同的。通常来讲,悬架由导向机构,弹性元件,横向稳定杆,减震器这四个部分组成。

导向机构是悬架不可缺少的部分,它主要包括摆臂与连杆结构,是悬架导向与传力的重要部件。弹性元件主要起两个方面的作用,一方面是减轻来自不平路面的冲击,另一方面是支撑车身部分的垂直荷载。现在汽车上运用较广泛的弹性元件有螺旋弹簧、钢板弹簧和空气弹簧。横向稳定器能够在一定条件下增加悬架的侧倾角刚度,减小悬架系统的垂直刚度,减小车身振动固有频率,改善平顺性,提高汽车乘坐的舒适性能。减震器现在现在运用最多的是液力筒式减震器,它是利用油液与筒壁之间的摩擦作用产生阻尼力来缓和车身受到的振动冲击,改善汽车平顺行驶的性能。

研究背景

现在中国的汽车市场发达繁荣,人们经济水平的提高,使得出行交通要求提高,人们的日常需求扮演着推进中国包括轿车的汽车市场发展的重要角色。在整车行驶的过程中,汽车的行驶平顺性是测量轿车性能的重要指标之一。好的汽车悬架能提供乘坐舒适感,改善汽车性能,同时减少行驶维护费用,最重要的是保证汽车能够安全行驶,维护人身安全。从众多的方面考虑,我们对与汽车乘坐舒适性和安全性能有关的悬挂系统提出了更高的要求。

基于动力学与现代控制技术的发展,人们更深入研究了汽车的悬架技术。现代悬架在主动悬架与半主动悬架方向的研究取得了比较重要的成就。主动悬架的概念最早是20世纪50年代提出来的,在将近三十之后,人们逐渐开始了主动悬架的开发应用。在这段时期,日本的汽车公司开发了液压主动控制系统,这项研究证明了主动悬架在优化汽车整车性能方面的有非常重要的作用。限于复杂的整体结构与科技水平的局限,主动悬架的研究没有取得很大的进展。几乎同一时期,半主动悬架这一新的悬架形式也渐渐地发展起来。半主动悬架的发展相比于主动悬架获得了更好的发展空间与市场。21世纪初,凯迪拉克塞维利亚STS的高档车应用了半主动悬架,此系统搭配了磁流变减震器,能够根据汽车的行驶状况自动悬架系统的阻尼。我们国家关于主动悬架与半主动悬架这方面的开发相比国外较晚,现国内市场上绝大部车辆使用的是被动悬挂系统。在2014年,宇通客车成功开发出了半主动悬架,这是我国悬架研究的重要节点。此悬架采用了新型的变刚度气囊与可变阻尼的减震器,对关于中国运输产业的安全与平顺性的研究开发做出了重要贡献。

从结构方面看,中国自主品牌的轿车所使应用的主从结构形式上来看,我国自主品牌轿车主要应用的悬架类型有前麦弗逊悬架、双叉臂悬架,后扭力梁悬架,多连杆悬架。汽车上应用最广泛的前悬为麦弗逊悬架。扭力梁悬架的结构比较简单,安装比较方便,成本比较低廉,加之多连杆悬架结构复杂,我们对其高性能过的研究还不够透彻,开发成本较高,因此中低档汽车的后悬架系统主要采用的是扭力梁悬架。

悬架方案选择

悬架的分类

关于汽车两侧的车轮是否能够相对独立运动,汽车悬架可分为两类:独立悬架,非独立悬架。

非独立悬架:把车轮安装在一个整体轴的两端。汽车行驶过程中,当一侧的车轮跳动时,另一侧车轮也会受其影响产生跳动。非独立悬架可大致分为三类:钢板弹簧式、螺旋弹簧式和油气弹簧式非独立悬架。

图2.1 非独立悬架

如上图2.1为汽车的非独立悬架,在汽车行驶过程中,汽车两侧的轮跳会相互影响,但车轮的定位参数变化不大,能够减少轮胎的磨损,此外,非独立悬架的开发成本比较低,安装简单方便,但汽车的行驶平顺性会较独立悬架差,通常会应用在轿车的后悬以及大型货车,客车上。

独立悬架:汽车两侧的车轮安装在断开的车轴的两端,每侧的车轮通过弹性元件与车身相接。当一方的车轮发生跳动时,另一方的车轮并不会受其影响,所以称之为独立悬架。

图2.2 独立悬架

如上图2.2所示的独立悬架的非簧载质量较小,能减少车身收到的冲击载荷,两侧车轮之间无整体式轴连接,可以适当地降低发动机安装高度,降低整车的重心,提高乘坐舒适性和乘坐舒适性。独立悬架安装在前轮时,可以通过适当的调节来保证前轮定位参数的较小变化,同时装有横向稳定杆,防止车身转向时侧倾严重,有利于汽车的稳定转向。因此独立悬架通常应用在轿车和小型商用车的前悬,越野轿车上。

悬架类型选择

现在市场上桥车的后悬普遍采用的是多连杆独立悬架、双横臂独立悬架和扭力梁非独立悬架。

图2.3 多连杆独立悬架

如图2.3所示,多连杆独立悬架车轮跳动时,车轮定位参数变化小,因为它具有较多的连杆数,所以能最小化车轮的倾斜度,尽可能使轮胎与地面保持垂直,轮胎的贴地性好,轮胎磨损小。同时悬架的侧倾刚度较大,具有优秀的平顺性与操纵稳定性。但是其连杆数多,结构相对复杂,材料与研发成本偏高,一般用于高档轿车的后悬系统上。

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图2.4 双横臂式独立悬架

如图2.4所示,双横臂独立悬架具有上下两根横臂,上下的横臂一般是不等长的,经经过合理设计能使车轮定位参数保持在稳定的范围内。双横臂独立悬架的侧倾中心刚度比较低,不平路面上车轮跳动时定位参数的变化小,轮距的变化小,轮胎磨损量小,汽车能获得较好的操纵稳定与行驶平顺性能。双横臂独立悬架的结构比较复杂,一般用在高档汽车上。

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图2.5 扭力梁悬架

如上图2.5所示的扭力梁悬架,它所占的车身空间比较小、结构简单,很方便拆卸安装,与车身有较好的匹配度;悬架的结构较多连杆悬架铰链点少、簧载质量小、;横梁具有稳定杆的作用,悬架的侧倾刚度大,具有较好的抗纵倾能力。这种悬架也被称为扭力梁半独立悬架。但是,后轴载荷量受到后轴强度的限制;当受到路面的冲击时,左右车轮的跳动会相互影响;振动和噪声较难减弱等。

综上比较,从开发成本与整车性能这两方面综合考虑,在这次设计中,选则扭力梁悬架作为捷达梦想版汽车的后悬架。

悬架整体参数设计

悬架设计内容

在设计悬架系统的时候,我们要从整车的抗纵倾能力、行驶平顺性出发,考虑悬架系统要满足的要求:

  1. 设置合理的侧倾中心点,使汽车在加速和制动时避免后仰和前俯现象。

2) 设置合理的弹性特性,使悬架的减震性能良好,振动衰减较迅速,通常情况下振幅小。

3)转向系统与导向机构要配合协调,不能发生干涉现象。

4)尽量设计轻便的悬架,减少非悬挂质量。

5) 有足够的空间可以提供给汽车其他零部件占用。

6)零件强度大,疲劳极限高。

7) 成本低,便于维修。

8)轿车的行驶平顺性能与操纵稳定性要好。

整车参数

这次毕设课题的主体是某7140型汽车,在此我选择2019款捷达梦想版1.4L 的车型进行汽车后悬架设计,其主要整车参数如下:

1)加速时间(0—100 km/h):11.8s;

2)最小转弯半径:5.3m;

3)整备质量:1120kg;

4)最高车速:181km/h;

5)外形尺寸(长X高):4501mm 1704mm 1469mm;

6)轴距:2775mm;

以上是毕业论文大纲或资料介绍,该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取,微信号:bysjorg。

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