基于UGADAMS的汽車懸架三維建模及分析

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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)和文化的發(fā)展，人們對(duì)汽車行駛舒適性的要求越來越高。汽車懸架系統(tǒng)對(duì)整車行駛穩(wěn)定性和平順性有舉足輕重的影響，但汽車懸架系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的多體系統(tǒng)，其構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系十分復(fù)雜，所以開發(fā)和設(shè)計(jì)合理的汽車懸架系統(tǒng)是十分重要。 ADAMS是世界上應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件。本文采用虛擬樣機(jī)分析軟件ADAMS，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件UG（Unigraphics），在ADAMS/View中建立了目前在現(xiàn)代轎車上應(yīng)用廣泛的麥弗遜式前懸架系統(tǒng)的多體動(dòng)力學(xué)模型，加上路面的激勵(lì)后分析車輪跳動(dòng)時(shí)懸架的各種參數(shù)的變化。然后根據(jù)汽車車輪在行駛時(shí)側(cè)滑量盡量小的要求，對(duì)懸架系統(tǒng)優(yōu)化求解。 該設(shè)計(jì)和分析可以指導(dǎo)麥弗遜式前懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)費(fèi)用和成本，提高產(chǎn)品的使用性能，獲得最優(yōu)和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。 關(guān)鍵詞：麥弗遜懸架；仿真；虛擬樣機(jī)技術(shù)；ADAMS；UG ABSTRACT With the development of economic, The automobile suspension has become more and more important. It plays an important role in Vehicle Dynamics. The automobile suspension is a multi-body system and the motion relationship among the parts is very complicated, so it brings may difficulties to compute the various characteristics with traditional computation methods.So the simulation of suspension kinetics has been a very important task in the design and development of automotive suspension. ADAMS is simulation software of mechanical system used most widely in the world. This paper used the Virtual Prototyping Technology software – ADAMS and the computer aided design software UG(Unigraphics), and with the help of ADAMS/View, it established multi-body dynamics model of MacPherson front suspension which is increasing widely used in modern car. Then it analyzed the change of suspension parameter when driving. Then it optimized analyzing according to the wheel slipping demand that is as small as possible. Using The Computer Virtual Simulation Technology this paper analyzed the MacPherson suspension model. It can aid product design, reduce the R&D period and cost, improve design level and get the best and the most novel products. Keywords : MacPherson Suspension; Simulation; Virtual Prototyping Technology; ADAMS; UG II 文章編號(hào) :1671 - 5497 (2004) 04 - 0554 - 05 收稿日期 :2004201224. 作者簡介 :宋傳學(xué) (1959 - ) ,男 ,教授 ,博士生導(dǎo)師 . E2mail :songchx 126. com 基于 ADAMS/ CAR 的雙橫臂獨(dú)立 懸 架 建 模 與 仿 真 宋傳學(xué) , 蔡章林 (吉林大學(xué) 汽車工程學(xué)院 ,吉林 長春 130022) 摘 要 :運(yùn)用 ADAMS/ CAR 軟件建立了某皮卡車雙橫臂獨(dú)立懸架模型 ,在理論驗(yàn)證的基礎(chǔ)上 揭示了該懸架的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明 :將下控制臂與車架前安裝點(diǎn)下調(diào) 20 mm ,可使懸 架的抗點(diǎn) / 抬頭性能、懸架剛度和側(cè)傾角剛度得到明顯改善。 關(guān)鍵詞 :車輛工程 ;雙橫臂懸架 ;仿真模型 ;運(yùn)動(dòng)學(xué) ;ADAMS/ CAR 中圖分類號(hào) :U463. 33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A Modeling and simulation of double wishbone suspension based on ADAMS/ CAR SON G Chuanxue ,CAI Zhanglin ( College of A utomotive Engineering , Jilin U niversity , Changchun 130022 , China) Abstract :A double wishbone suspension model of a pickup was built using ADAMS/ CAR. The kinematics of the suspension was uncovered base on the general theory. The experimental results show that the anti2 dive/ anti2lift 、 ride rate and total roll rate performance are improved remarkable by putting 20 mm down the low control arm front point connected to the body. Key words :automotive engineering ; double wishbone suspension ; simulation model ; kinematics ; ADAMS/ CAR 懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)操縱穩(wěn)定性和平順性的影響至關(guān)重要 1 。雙橫臂懸架有諸多優(yōu)點(diǎn) ,使其廣泛應(yīng) 用于轎車、輕型車等的作為前懸架。文獻(xiàn) 2 4 以不同的數(shù)學(xué)方法對(duì)雙橫臂懸架運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了分 析。本文以多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件 ADAMS/ CAR 為手段分析了雙橫臂獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)規(guī)律。該方法具有 運(yùn)算速度快、求解精度高、修改方便、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) ,廣泛應(yīng)用于懸架和整車設(shè)計(jì)開發(fā) 5 8 。 1 模型的建立與驗(yàn)證 圖 1 為簡化的前懸架剛性鉸鏈連接模型。下控制臂 1 的一端通過橡膠襯套與副車架 7 連接 ,并可 以繞 2 個(gè)與車架的連接點(diǎn)的連線轉(zhuǎn)動(dòng) ,在剛性鉸鏈連接的模式下簡化為 1 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈。另一端通過球 鉸與轉(zhuǎn)向節(jié) 3 連接 ;上控制臂 2 的連接方式與下控制臂的連接方式相同 ;轉(zhuǎn)向橫拉桿 5 一端通過球鉸與 第 34 卷第 4 期 吉 林 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) ( 工 學(xué) 版 ) Vol. 34 No. 4 2004 年 10 月 Journal of Jilin University ( Engineering and Technology Edition) Oct . 2004 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 轉(zhuǎn)向節(jié) 3 連接 ,另一端通過等速萬向節(jié)與地面連接 ;轉(zhuǎn)向節(jié) 3 通過轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與車輪 9 連接 ;減振器 8 上 端與車架連接 ,下端與下控制臂連接 ;扭桿彈簧 4 一端與車架固接 ,一端與下擺臂固接 ;橫向穩(wěn)定桿 6 兩 端與下擺臂連接 ,中間通過橡膠襯套與車架連接。整個(gè)懸架放置在激振臺(tái)架 10 上。通過在激振臺(tái) 10 上施加垂直方向的運(yùn)動(dòng)來計(jì)算各參數(shù)的變化規(guī)律。 利用文獻(xiàn) 2 介紹的理論方法計(jì)算外傾角隨車輪跳動(dòng)距離 d 的變化規(guī)律 ,并與仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì) 比 (見圖 2) 。理論計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果存在一定差異 ,主要原因是仿真中考慮了橡膠襯套 ,而理論計(jì)算 中沒有考慮。 2 計(jì)算結(jié)果 將激振臺(tái)架上下激振位移設(shè)置為 50 mm ,使左右車輪同步上下跳動(dòng) ,計(jì)算懸架跳動(dòng)過程中主要性 能參數(shù)的變化規(guī)律。 211 前輪定位角 外傾角 :圖 3 為外傾角的變化曲線 ,變化范圍為 - 0. 4 0. 5 / 50 mm。車輪跳動(dòng)時(shí)的外傾角變化對(duì) 車輛的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性等有很大影響 1 ,所以應(yīng)盡量減少車輪相對(duì)車身跳動(dòng)時(shí)的外傾角變化。 前束角 :圖 4 為前束角變化曲線 ,變化范圍為 - 0. 03 0. 37 / 50 mm。設(shè)計(jì)時(shí)希望在車輪跳動(dòng)時(shí)前 束角不變或變化幅度較小。 主銷后傾角 :圖 5 為主銷后傾角變化曲線 ,變化范圍在 2. 42附近。主銷后傾角對(duì)轉(zhuǎn)向時(shí)的車輪外 傾角變化影響較大。若主銷后傾角設(shè)計(jì)較大 ,則外側(cè)轉(zhuǎn)向輪的外傾角會(huì)向負(fù)方向變化。當(dāng)前輪主銷后 傾角較大時(shí) ,需增加前輪轉(zhuǎn)向所必須的橫向力 ,以抵消外傾推力 ,這樣不僅轉(zhuǎn)向弱 ,而且最大橫向加速度 555第 4 期 宋傳學(xué) ,等 :基于 ADAMS/ CAR 的雙橫臂獨(dú)立懸架建模與仿真 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 也會(huì)增大。一般認(rèn)為合理的主銷后傾角為 2 3。 主銷內(nèi)傾角 :圖 6 為主銷內(nèi)傾角變化曲線 ,變化范圍為 10 10. 9。主銷內(nèi)傾有利于減小主銷橫向 偏移距 ,從而可減少轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員加在方向盤上的力 ,使轉(zhuǎn)向操縱輕便 ,同時(shí)也可減少從轉(zhuǎn)向輪傳到方 向盤上的沖擊力。內(nèi)傾角不宜過大 ,否則在轉(zhuǎn)向時(shí)車輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中 ,輪胎與路面之間將產(chǎn)生較 大的滑動(dòng) ,增加了輪胎與路面間的摩擦阻力 ,這不僅使轉(zhuǎn)向發(fā)沉 ,而且加速了輪胎的磨損。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí) , 選內(nèi)傾角為 7 13。 212 懸架剛度 、側(cè)傾角剛度、制動(dòng)點(diǎn)頭量和加速抬頭量 懸架剛度 :圖 7 為懸架剛度變化曲線。隨著車輪的由下往上跳動(dòng) ,懸架剛度不斷減小。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡 量避免 ,需要改進(jìn)。 側(cè)傾角剛度 :圖 8 為側(cè)傾角剛度變化曲線。壓縮時(shí)側(cè)傾剛度減小 ,意味著在側(cè)向加速度增大時(shí)懸架 的抗側(cè)傾能力反而減弱 ,設(shè)計(jì)時(shí)不希望出現(xiàn)。 制動(dòng)點(diǎn)頭量和加速抬頭量 :圖 9 ,圖 10 是縱向加速度為 9. 8 m/ s2 時(shí)的點(diǎn) / 抬頭量?？梢钥闯?,制動(dòng) 時(shí)懸架變形量較大 ,抗點(diǎn)頭性能較差 ;加速時(shí)懸架變形量也較大 ,抗抬頭性能較差。在做整車試驗(yàn)時(shí) ,也 出現(xiàn)相同的情況 ,需要進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。 213 車輪跳動(dòng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向角 、輪距變化量 車輪跳動(dòng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向角 :圖 11 為轉(zhuǎn)角變化曲線 ,左、右車輪變化相反。在車輪跳動(dòng)過程中 ,方向盤 固定 ,由于轉(zhuǎn)向拉桿的作用 ,左右車輪會(huì)產(chǎn)生繞主銷的轉(zhuǎn)動(dòng) ,從而使左右車輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)向角。一般要求將 該轉(zhuǎn)角控制在一定的范圍內(nèi) ,否則不僅影響汽車的操縱穩(wěn)定性 ,而且會(huì)加劇輪胎的磨損。 輪距變化量 :圖 12 為左右車輪輪距變化量。跳動(dòng)時(shí) ,車輪繞瞬時(shí)中心擺動(dòng) ,左右輪之間的距離必然 產(chǎn)生變化。輪距的變化一方面影響汽車的操縱穩(wěn)定性 ,另一方面 ,由于輪胎的橫向滑移 ,導(dǎo)致輪胎的磨 損 ,降低了輪胎的使用壽命 4 。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量控制輪距變化量。 655 吉 林 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) ( 工 學(xué) 版 ) 第 34 卷 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 從上述懸架特性參數(shù)的仿真結(jié)果可以看出 : 前輪定位角、輪距變化量等多項(xiàng)特性指標(biāo)都滿足設(shè)計(jì) 要求 ; 抗點(diǎn)頭 / 抗抬頭效應(yīng)較差 ; 懸架剛度和側(cè)傾角剛度在車輪上跳時(shí)迅速降低。 3 改進(jìn)設(shè)計(jì) 針對(duì)上述不足 ,在盡量少改動(dòng)零部件的前提下 ,將下控制臂與車架前安裝點(diǎn)向下調(diào)整 20 mm。改 進(jìn)前后主要參數(shù)對(duì)比如圖 13圖 16 所示。圖中實(shí)線和虛線分別代表改動(dòng)前和改動(dòng)后結(jié)果。可以看 出 :改動(dòng)后懸架剛度和側(cè)傾角剛度曲線降低趨勢(shì)得到改善 ,點(diǎn) / 臺(tái)頭量明顯減小。 755第 4 期 宋傳學(xué) ,等 :基于 ADAMS/ CAR 的雙橫臂獨(dú)立懸架建模與仿真 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 4 結(jié)論 (1) 本文成功地將 ADAMS/ CAR 運(yùn)用于雙橫臂獨(dú)立懸架分析 ,并充分考慮連接點(diǎn)橡膠襯套的彈性 特性。仿真分析結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明 ,該方法可以準(zhǔn)確地計(jì)算懸架的多種性能參數(shù)。 (2) 通過將下控制臂與車架前安裝點(diǎn)下調(diào) 20mm ,可使懸架的點(diǎn) / 抬頭量明顯減小、懸架剛度和側(cè) 傾角剛度下降趨勢(shì)明顯改善。該方法通用性強(qiáng) ,可用于各種懸架分析計(jì)算和設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn) : 1 郭孔輝 . 汽車操縱動(dòng)力學(xué) M .長春 :吉林科學(xué)技術(shù)出版社 ,1991. GUO Konghui. Dynamics of Controllability for Automobile M . Changchun : Jilin Science and Technology Publishing House , 1991. 2 戴旭文 ,谷中麗 ,劉劍 . 汽車雙橫臂獨(dú)立懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和計(jì)算 J .車輛與動(dòng)力技術(shù) ,2002 (2) :29 - 33. DAI Xuwen , GU Zhongli , L IU Jian. Kinematics analysis and calculation of the double2wishbone indepedent suspension of wheeled2vichicleJ . Vihicle and Dynamics Technology , 2002 (2) :29 - 33. 3 胡寧 ,鄭冬黎 . 雙橫臂獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 J .汽車工程 ,1998 ,20 (6) :362 - 366. HU Ning , ZHEN G Dongli. The kinematic analysis of dual wishbone independent suspension J . Aulomobile Engineering , 1998 ,20 (6) :362 - 366. 4 李新耀 ,張印 ,周良生 ,彭莫 . 雙橫臂扭桿懸架的特性分析及設(shè)計(jì)計(jì)算 J .汽車工程 ,2003 ,25 (1) :15 - 19. L I Xinyao , ZHAN G Yin , ZHOU Liangsheng , PEN G Mo. Charaeteristic analysis and calculation of wishbone independent suspension with torsion barJ . Aulomobile Engineering , 2003 ,25 (1) :15 - 19. 5 DEA KIN Andrew , CROLLA David , RAMIREZ J uan Pablo , HANL EY Ray. The effect of chassis stiffness on race car handling balance C SAE Technical Paper 200020123554. 6 L IN Yi , ZHAN Wenzhang , L IU Yan , ZHON G Xin. Dynamics simulation research on rigid2elastic coupling system of car suspension C SAE Technical Paper 200020121622. 7 SLA TTEN GREN Jesper. Utilization of ADAMS to predict tracked vehicle performance C SAE Technical Paper 20002 0120303. 8 HOLDMANN Peter , KOHN Philip , MOLL ER Bertram. Suspension kinematics and compliance2measuring and simulation C SAE Technical Paper 980897. (責(zé)任編輯 陳永杰 ) 855 吉 林 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) ( 工 學(xué) 版 ) 第 34 卷 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 基 于 Pro /E 與 ADAMS 的 汽 車 懸 架 仿 真 分 析 朱 學(xué) 文 ,詹 建 軍 ,何 小 新 (武 漢 大 學(xué) ,湖 北 武 漢 430072) Kinematic Analysis of Suspension Based on Pro/ E and ADAMS ZHU Xue wen , ZHAN Jian jun , HE Xiao xin (Wuhan University ,Wuhan 430072 ,China) 摘 要 :利 用 Pro/ E 與 ADAMS 建 立 汽 車 懸 架 的 三 維 模 型 ,進(jìn) 行 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 ,并 在 此 基 礎(chǔ) 上 ,分 析 了 在 車 輪 上 跳 和 回 落 過 程 中 前 束 角 的 變 化 情 況 ,利 用 結(jié) 果 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 繪 圖 。 為 懸 架 的 設(shè) 計(jì) 開 發(fā) 提 供 了 依 據(jù) 。 關(guān) 鍵 詞 :懸 架 ; Pro/ E ; ADAMS 中 圖 分 類 號(hào) : T K4 ; TP39 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 :A 文 章 編 號(hào) :1001 2257 (2005) 08 0070 02 收 稿 日 期 :2005 03 30 Abstract :The t hesis build t he suspension mod2 el of car in Pro/ E software and ADAMS software , t hen kinematically analyze t he model in ADAMS software. U sing t he experiment result plot the chart of displacement of wheel and the chart of toe angle of wheel. U sing ADAMS software can sig2 nificantly reduce product develop ment cycles. Key words :suspension ; Pro/ E ; ADAMS 0 引 言 懸 架 的 運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 及 動(dòng) 力 學(xué) 分 析 是 汽 車 布 置 設(shè) 計(jì) 、 運(yùn) 動(dòng) 校 核 的 重 要 內(nèi) 容 之 一 ,也 是 研 究 汽 車 平 順 性 、 操 縱 穩(wěn) 定 性 等 汽 車 性 能 的 1 。 汽 車 前 束 角 是 汽 車 縱 向 中 心 平 面 與 車 輪 中 心 平 面 和 地 面 的 交 線 之 間 的 夾 角 。 在 車 輪 上 下 跳 動(dòng) 過 程 中 ,前 束 不 變 ,這 比 在 汽 車 靜 止 時(shí) 有 一 個(gè) 正 確 的 前 束 更 為 重 要 。 車 輪 上 跳 及 下 落 時(shí) 的 前 束 變 化 對(duì) 車 輛 的 行 駛 穩(wěn) 定 性 、 車 輛 的 穩(wěn) 態(tài) 響 應(yīng) 特 性 有 很 大 影 響 ,是 汽 車 懸 架 的 重 要 設(shè) 計(jì) 參 數(shù) 之 一 。 為 此 在 以 P TC 公 司 的 三 維 建 模 軟 件 Pro/ E 和 MSC 公 司 的 動(dòng) 力 學(xué) 仿 真 軟 件 ADAMS 相 結(jié) 合 的 基 礎(chǔ) 上 ,對(duì) 懸 架 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 了 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 分 析 。 分 析 了 在 車 輪 上 下 跳 動(dòng) 50 mm 垂 直 行 程 中 ,車 輪 前 束 角 的 變 化 情 況 。 1 三 維 建 模 在 Pro/ E 與 ADAMS 中 建 立 汽 車 懸 架 的 三 維 模 型 ,建 模 步 驟 如 圖 1 所 示 。 圖 1 建 模 步 驟 a. 在 Pro/ E 中 建 立 各 零 件 三 維 模 型 圖 。 此 時(shí) 注 意 建 立 模 型 單 位 設(shè) 置 應(yīng) 為 “ M KS” ( meter kilo2 gram second) ,同 樣 在 創(chuàng) 建 裝 配 圖 時(shí) 也 要 注 意 此 問 題 ,因 為 把 實(shí) 體 模 型 轉(zhuǎn) 化 到 ADAMS 軟 件 中 時(shí) ,只 能 辨 認(rèn) 這 種 單 位 設(shè) 置 ,設(shè) 置 成 其 它 單 位 時(shí) 會(huì) 出 錯(cuò) 。 b. 建 立 懸 架 的 裝 配 圖 。 創(chuàng) 建 完 各 個(gè) 主 要 零 件 后 ,把 各 個(gè) 零 件 組 裝 成 裝 配 圖 。 建 立 裝 配 圖 時(shí) 需 考 慮 到 各 個(gè) 構(gòu) 件 運(yùn) 動(dòng) 的 初 始 位 置 ,在 最 開 始 裝 配 時(shí) 就 設(shè) 置 成 構(gòu) 件 運(yùn) 動(dòng) 的 初 始 位 置 ,以 減 少 以 后 的 調(diào) 整 2 。 c. 在 Pro/ E 中 建 立 M/ Pro 環(huán) 境 并 定 義 剛 體 。 裝 配 完 成 后 ,利 用 Pro/ E 和 ADAMS 軟 件 的 接 口 程 序 M/ Pro 來 生 成 ADAMS 可 以 讀 取 的 文 件 ,這 是 保 證 2 個(gè) 軟 件 無 縫 連 接 的 關(guān) 鍵 。 安 裝 好 M/ Pro 后 , 在 Pro/ E 程 序 中 ,會(huì) 出 現(xiàn) M/ Pro 的 級(jí) 聯(lián) 菜 單 ,利 用 此 菜 單 ,可 以 指 定 機(jī) 構(gòu) 的 各 個(gè) 剛 體 ,建 立 剛 體 之 間 的 基 本 約 束 和 一 些 參 考 坐 標(biāo) 系 ,建 立 完 成 后 ,利 用 該 接 口 程 序 可 以 直 接 把 實(shí) 體 模 型 存 成 可 以 在 ADAMS 讀 取 的 文 件 格 式 。 d. 導(dǎo) 入 ADAMS 并 添 加 必 要 的 約 束 和 驅(qū) 動(dòng) 。 07 機(jī) 械 與 電 子 2005 (8) 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 把 三 維 模 型 導(dǎo) 入 ADAMS 后 ,利 用 ADAMS 提 供 的 建 模 工 具 ,對(duì) 模 型 進(jìn) 行 進(jìn) 一 步 的 完 善 ,添 加 必 要 的 驅(qū) 動(dòng) 和 約 束 ,使 模 型 所 必 需 的 元 素 完 備 3 。 e. 仿 真 模 型 并 修 改 。 在 ADAMS 中 進(jìn) 行 仿 真 , 并 與 試 驗(yàn) 結(jié) 果 進(jìn) 行 比 較 ,如 果 不 一 致 ,則 回 到 前 面 的 步 驟 對(duì) 參 數(shù) 進(jìn) 行 修 改 ,直 到 虛 擬 樣 機(jī) 的 仿 真 結(jié) 果 與 試 驗(yàn) 結(jié) 果 趨 于 一 致 。 在 整 個(gè) 過 程 中 ,需 要 對(duì) 建 立 模 型 等 前 續(xù) 工 作 進(jìn) 行 不 斷 地 修 改 和 完 善 ,才 能 生 成 所 要 求 的 懸 架 模 型 。 2 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 及 分 析 接 下 來 就 是 在 ADAMS 程 序 中 進(jìn) 行 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 。 在 ADAMS 中 導(dǎo) 入 利 用 M/ Pro 創(chuàng) 建 的 ADAMS 文 件 后 ,其 中 基 本 的 約 束 都 已 經(jīng) 創(chuàng) 建 完 成 。 在 AD2 AMS 中 需 要 進(jìn) 一 步 完 善 約 束 類 型 ,例 如 在 ADAMS 中 地 面 剛 體 。 然 后 設(shè) 定 驅(qū) 動(dòng) 的 類 型 以 及 位 置 ,在 此 系 統(tǒng) 中 ,在 車 輪 中 心 點(diǎn) 處 施 加 一 個(gè) Y 方 向 的 點(diǎn) 驅(qū) 動(dòng) ,作 用 于 轉(zhuǎn) 向 節(jié) 車 輪 中 心 。 至 此 ,就 可 以 利 用 ADAMS 來 進(jìn) 行 運(yùn) 動(dòng) 的 仿 真 了 。 利 用 ADAMS 中 的 仿 真 結(jié) 果 后 處 理 ,可 以 創(chuàng) 建 仿 真 結(jié) 果 的 數(shù) 據(jù) 曲 線 。 車 輪 中 心 離 地 面 高 度 隨 時(shí) 間 的 變 化 曲 線 如 圖 2 所 示 。 它 是 一 段 正 弦 曲 線 ,與 所 添 加 在 轉(zhuǎn) 向 節(jié) 車 輪 中 圖 2 車 輪 位 移 測(cè) 量 曲 線 心 的 驅(qū) 動(dòng) 函 數(shù) 完 全 相 符 ,即 Displacement (time) = 50sin (360d 3 time) 車 輪 前 束 角 隨 時(shí) 間 變 化 曲 線 如 圖 3 所 示 。 從 圖 3 中 可 以 看 出 在 車 輪 上 跳 和 回 落 過 程 中 ,車 輪 前 束 圖 3 車 輪 前 束 角 曲 線 角 的 最 大 值 為 3. 5 。 而 設(shè) 計(jì) 時(shí) ,對(duì) 于 汽 車 前 輪 ,車 輪 上 跳 時(shí) 的 前 束 值 多 設(shè) 計(jì) 成 零 至 負(fù) 前 束 的 變 化 。 設(shè) 計(jì) 值 取 在 零 附 近 是 為 了 控 制 直 線 時(shí) 由 路 面 的 凸 凹 引 起 的 前 束 變 化 ,確 保 良 好 的 直 線 穩(wěn) 定 性 。 另 外 ,取 弱 負(fù) 前 束 變 化 是 為 了 使 車 輛 獲 得 弱 的 不 足 轉(zhuǎn) 向 特 性 , 以 使 裝 載 質(zhì) 量 變 化 引 起 車 高 變 化 時(shí) 也 能 保 持 不 足 轉(zhuǎn) 向 。 車 輪 前 束 角 隨 車 輪 上 跳 行 程 的 變 化 曲 線 如 圖 4 所 示 。 過 零 點(diǎn) 虛 直 線 是 前 束 角 隨 上 跳 行 程 的 理 想 變 圖 4 前 束 角 隨 車 輪 上 跳 行 程 變 化 曲 線 化 。 但 受 懸 架 、 轉(zhuǎn) 向 結(jié) 構(gòu) 形 式 所 限 ,實(shí) 際 呈 曲 線 變 化 為 多 。 前 束 角 變 化 的 較 理 想 設(shè) 計(jì) 特 性 值 是 :前 輪 上 跳 時(shí) ,為 零 至 負(fù) 前 束 ( - 0. 5 / 50 mm) ,后 輪 上 跳 時(shí) , 正 前 束 (0. 3 / 50 mm) 。 最 近 發(fā) 展 趨 勢(shì) 多 取 零 。 所 以 如 圖 4 所 示 前 束 角 還 不 夠 理 想 ,還 可 以 對(duì) 懸 架 結(jié) 構(gòu) 繼 續(xù) 改 進(jìn) ,以 使 懸 架 結(jié) 構(gòu) 更 加 合 理 。 3 結(jié) 束 語 對(duì) 利 用 Pro/ E 與 ADAMS 軟 件 建 立 的 汽 車 懸 架 三 維 模 型 ,通 過 運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 仿 真 分 析 得 知 ,仿 真 數(shù) 據(jù) 與 現(xiàn) 實(shí) 試 驗(yàn) 結(jié) 果 有 一 致 的 變 化 趨 勢(shì) ,這 說 明 所 建 立 懸 架 運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 模 型 已 達(dá) 到 一 定 精 確 度 ,可 為 懸 架 的 設(shè) 計(jì) 開 發(fā) 提 供 依 據(jù) 。 當(dāng) 然 ,使 用 該 模 型 進(jìn) 行 仿 真 不 可 避 免 地 存 在 一 定 的 誤 差 ,但 總 的 來 說 ,用 ADAMS 分 析 懸 架 運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 及 動(dòng) 力 學(xué) 還 是 比 較 方 便 和 精 確 的 。 參 考 文 獻(xiàn) : 1 汽 車 工 程 手 冊(cè) 編 輯 委 員 會(huì) . 汽 車 工 程 手 冊(cè) M . 北 京 : 人 民 交 通 出 版 社 ,2001. 2 黃 圣 杰 ,張 益 三 ,洪 立 群 . Pro/ E 高 級(jí) 開 發(fā) 實(shí) 例 M . 北 京 :電 子 工 業(yè) 出 版 社 ,2002. 3 李 軍 ,刑 俊 文 ,覃 文 潔 . ADAMS 實(shí) 例 教 程 M . 北 京 :北 京 理 工 大 學(xué) 出 版 社 ,2002. 作 者 簡 介 :朱 學(xué) 文 (1980 - ) ,男 ,河 南 新 鄉(xiāng) 人 ,武 漢 大 學(xué) 動(dòng) 力 與 機(jī) 械 學(xué) 院 研 究 生 ,研 究 方 向 為 虛 擬 設(shè) 計(jì) 與 仿 真 。 17 機(jī) 械 與 電 子 2005 (8) 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 收稿日期 :2001 - 10 - 25 作者簡介 :宋建軍 (1971 - ) ,男 ,太原重型機(jī)械學(xué)院在讀研究生。研究方向?yàn)闄C(jī)械 CAD/ CAM。 第 23 卷 第 2 期 太 原 重 型 機(jī) 械 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) Vol. 23 2 2002 年 6 月 J OURNAL OF TAIYUAN HEAV Y MACHIN ER Y INSTITU TE J un. 2002 文章編號(hào) :1000 - 159X(2002) 02 - 0156 - 04 汽車虛擬設(shè)計(jì)中 U G的應(yīng)用 宋建軍 , 杜詩文 , 閆獻(xiàn)國 (太原重型機(jī)械學(xué)院 ,太原 030024) 摘 要 :三維模型虛擬設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì) ,本文闡述了三維設(shè)計(jì)軟件 U G在 生成汽車的各部件中的應(yīng)用 ,實(shí)現(xiàn)了 U G環(huán)境下三維汽車模型虛擬裝配過程。實(shí)踐證明 , 采用 U G軟件可以把機(jī)械設(shè)計(jì)從“二維平面”設(shè)計(jì)引入到“三維世界”。 關(guān)鍵詞 :U G汽車建模 ;虛擬設(shè)計(jì) 中圖分類號(hào) : TP391. 9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 0 前言 汽車的設(shè)計(jì)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)中非常復(fù)雜的一種技 術(shù) 。隨著汽車進(jìn)入千家萬戶 ,人們對(duì)它的要求也愈 來愈高。按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 ,只有成品出來后人們 才能發(fā)現(xiàn)其中不足 ,這樣不僅成本居高不下、開發(fā) 周期也不能縮短。虛擬技術(shù)是近年來發(fā)展起來的 一種新型技術(shù)。本文介紹的是美國 U GS 公司開發(fā) 的 U G軟件 ,該軟件大大地節(jié)約了開發(fā)時(shí)間 ,又能實(shí) 現(xiàn)虛擬裝配和生產(chǎn) ,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決 ,極大地推 動(dòng)了機(jī)械制造業(yè)的自動(dòng)化。 1 UG軟件的應(yīng)用 Unigraphics 是一個(gè)交互式 CAD/ CAM (計(jì)算機(jī) 輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造 ) 系統(tǒng)。 CAD 功能實(shí)現(xiàn) 了目前制造行業(yè)中常規(guī)的工程技術(shù)、設(shè)計(jì)和繪圖功 能的自動(dòng)化。 CAM 功能則為使用 Unigraphics 設(shè)計(jì) 模型描繪完成部分的現(xiàn)代機(jī)器工具提供 NC 編程技 術(shù)。利用它強(qiáng)大的混合式繪圖結(jié)構(gòu) ,用戶就能夠方 便在繪制出復(fù)雜的實(shí)體以及造型特征。 Unigraphics 是一個(gè)全三維 ,雙精度系統(tǒng) ,可以用它來精確描繪 幾乎任何幾何形狀。將這些形狀結(jié)合起來 ,就可以 設(shè)計(jì)、分析產(chǎn)品以及繪圖。 2 汽車的三維建模過程 1) 在汽車工業(yè)快速發(fā)展的今天 ,不僅需要良好 的機(jī)械性能 ,其造型也越來越被廣泛關(guān)注。流線型 車身既能提高其性能 ,也非常有現(xiàn)代氣息。并且可 根據(jù)用戶要求快速設(shè)計(jì)外型。使用曲線、點(diǎn)生成曲 面在 U G 中可以利用 CURV E 模塊或 EXPRES2 SION (表達(dá)式 ) 模塊實(shí)現(xiàn)。如點(diǎn)構(gòu)面 ,穿越曲面、編 織曲面等。美國波公司 ,通用公司等 ,都用 U G 軟 件。在 U G 中三維建模 ( Modeling) 如圖 1。打開 feature (實(shí)體命令 )在 Modeling 下即可繪制實(shí)體。 2) 選擇實(shí)體模型后 ,根據(jù)工藝流程及設(shè)計(jì)規(guī)程 繪制實(shí)體圖。打開 CURV E (曲線模板 ) 命令 ,單擊 basic Curve 圖標(biāo) ,打開 basic Curve 圖框 ,利用 line 命 令生成基本框線 ,利用 EDIT 編輯命令對(duì)曲線進(jìn)行 修剪 ,縫合成連續(xù)曲線。打開實(shí)體拉伸命令對(duì)其進(jìn) 圖 1 建模菜單 Fig. 1 Modeling menu 行拉伸。用布爾運(yùn)算使各部分聯(lián)合、相減生成實(shí) 體。在進(jìn)行布爾運(yùn)算時(shí) ,如果是一個(gè)實(shí)體與另一個(gè) 實(shí)體相結(jié)合 ,盡可能用 UNITE,這樣在編輯時(shí)能把 它作為一個(gè)整體來編輯。然后挖空實(shí)體 ,根據(jù)工藝 要求倒圓角。 3) 對(duì)其進(jìn)行特性編輯。打開 V IEW 菜單來選 取部件的特性參數(shù) ,如材料、質(zhì)量、光滑度、顏色等。 生成部件如圖 2 : 圖 2 汽車底盤 Fig. 2 Car chassis 其它部件如車身同理。 3 汽車的虛擬裝配 U G的模擬裝配功能特別強(qiáng)大 ,它可以使零部 件靈活地配對(duì)和定位 ,并保持關(guān)聯(lián)性。在裝配過程 中可以進(jìn)行零部件的設(shè)計(jì)和編輯。隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問題 隨時(shí)解決 ,當(dāng)改變零件圖時(shí)組裝圖會(huì)自動(dòng)更改。 U G/ REAL IT Y在對(duì)產(chǎn)品功能方面進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬的 同時(shí)可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)估 ,能根據(jù)部件的運(yùn)動(dòng)裝配 的步驟和在部件內(nèi)部的漫游建立動(dòng)畫。 U G/ RE2 AL IT Y允許建立運(yùn)動(dòng)副、顯示連接處的滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng) 部件 ,并模仿真實(shí)運(yùn)動(dòng) ,對(duì)裝配行為和裝配順序提 出建議。 U G軟件采用虛擬裝配模式。該模式有以下幾 個(gè)優(yōu)點(diǎn) : 由于是鏈接部件而不是復(fù)制部件到裝配。因 此 ,裝配時(shí)要求的內(nèi)存空間少。 裝配中不需要編輯的下層部件可簡化顯示 , 提高顯示速度。 當(dāng)構(gòu)成裝配的部件修改時(shí) ,裝配自動(dòng)更新。 汽車的模擬組裝。首先建立一個(gè)新文件 ,點(diǎn)擊 Assemblies圖標(biāo)出現(xiàn)。在其中先擇 Edit Structure , 出現(xiàn)如圖 3 所示對(duì)話框。 圖 3 裝配對(duì)話框 Fig. 3 Assembliy dialog 當(dāng)單擊 Add 后出現(xiàn)組件選項(xiàng) ,打開 Select Part 對(duì)話框 ,在該對(duì)話框中單擊 Choose Part Files 按鈕 , 打開 Part Name 對(duì)話框 ;按照裝配工藝流程選擇一 個(gè)恰當(dāng)?shù)牧慵募?,然后單擊 O K 按鈕 ,打開 Add Existing Part 對(duì)話框 ;在該對(duì)話框中單擊 O K按鈕 , 打開 Point Subfunction 對(duì)話框并單擊 Cursor Loca2 751第 23 卷第 2 期 宋建軍等 :汽車虛擬設(shè)計(jì)中 U G的應(yīng)用 tion 圖標(biāo) ,然后利用鼠標(biāo)任意在繪圖區(qū)中選取想要 旋轉(zhuǎn)的位置 ,即可完成零件的加入。 我們可以根據(jù)裝配次序依次裝配。部件之間 的位置關(guān)系可根據(jù) Reposition 來調(diào)整。當(dāng)卡車模型 裝配好后 U G會(huì)對(duì)工時(shí)定額、干涉等做出建議。 裝配好的卡車模型如圖 4。 4 結(jié)論與展望 虛擬設(shè)計(jì)是一種全新設(shè)計(jì)概念 ,是知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí) 代制造技術(shù)革新的重要標(biāo)志。而 U G是一個(gè)高度集 成的 CAD/ CAM/ CAE 軟件系統(tǒng) ,可應(yīng)用于整個(gè)產(chǎn) 品的開發(fā)過程 ,包括產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、建模、分析及 加工。在設(shè)計(jì)的過程中可進(jìn)地有限元分析機(jī)構(gòu)、運(yùn) 動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬 , 提高設(shè)計(jì)的可靠 性。 U G軟件在設(shè)計(jì)分析和制造領(lǐng)域里所提供的新 功能 , 將現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)的能力提高到一個(gè)嶄新的水 圖 4 汽車的三維模型 Fig. 4 Three2dimensional model of the car 平 ,它真正為工程師提供了一個(gè)虛擬產(chǎn)品開發(fā)的環(huán) 境。 參考文獻(xiàn) : 1 馬秋成 1 U G實(shí)用教程 M 1 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2001130. Application of UG in Car Fictitions Design SONG Jian2jun , D U Shi2wen , YAN Xian2guo ( Taiyuan Heavy Mach. Inst . , Taiyuan 030024 ,China) Abstract : Three2dimensional fictitions design is a necessary trend in machinery design. U G , a three2dimensional design software , was applied to the design of modular car s parts and the assem2 bly of modular car are realized based on it . The practice proves that machinery design can be changed from the“ two2dimensional” design to“ three2dimensional” design by using the U G soft2 ware. Key words :U G car modeling ; fictitions design 851 太 原 重 型 機(jī) 械 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 2002 年