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空气悬架导向机构的性能分析与优化

作　者: 侯剑波
导　师: 江洪
学　校: 江苏大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 虚拟样机 ADAMS/Insight 优化设计仿真分析试验设计 ANSYS Workbench 强度分析
分类号: U463.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文以一款高档旅游客车的空气悬架导向机构为研究对象,对其进行了虚拟仿真、性能分析及优化等方面的研究。分析了空气悬架导向机构对整车操纵稳定性和平顺性的影响,从客车前轮定位参数和空气悬架导向机构机械强度两方面入手,对空气悬架导向机构进行了优化。利用Pro/E软件建立前、后空气弹簧悬架的三维CAD模型;以多体系统动力学理论为基础,应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS,建立了空气悬架客车前悬架、后悬架及转向系等多体系统动力学模型,在此基础上创建了包括发动机、车身、前后轮胎等在内的整车模型。对客车进行了直角弯道试验,在ADAMS中进行了与其对应的整车模拟仿真,结果表明实验数据与仿真数据比较吻合,验证了所创建的整车模型的正确性,从而确认了前、后悬架模型的正确性。基于试验设计(DOE)对前悬架导向机构的空间位置安装点进行参数化分析。建立了线性、二次和三次回归模型,利用动力学仿真软件ADAMS拟合回归方程,并对回归模型进行了评价。将这三种模型的仿真结果进行对比,发现三次回归模型拟合效果较好。根据三次回归模型计算结果得出每个设计变量对各个分目标函数的影响程度,最终通过对模型优化确定了优化方案。最后借助于ANSYS Workbench协同仿真环境中CAD与CAE参数双向同步传输功能,建立与空气悬架导向机构的Pro/E模型参数同步更新的有限元模型。在ANSYS Workbench中,选取空气悬架导向机构推力杆总成关键尺寸的参数作为优化变量,建立了以应力和质量为目标函数的多目标、多变量优化模型。针对设计参数对导向机构纵向推力杆总成各零件强度的影响进行了分析,通过综合分析优化目标的敏感度和设计空间,得出了优化方案。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-22
  1.1 车辆导向机构的研究发展概况  13-15
  1.2 虚拟样机技术及其在汽车工业上的应用  15-19
    1.2.1 虚拟样机技术  15-16
    1.2.2 虚拟样机技术在汽车工业上的应用  16-18
    1.2.3 ADAMS软件简介  18-19
  1.3 本文研究的意义  19-20
  1.4 本文研究的主要内容  20-21
  1.5 小结  21-22
第二章导向机构对车辆性能的影响  22-33
  2.1 空气悬架导向机构类型  22-23
  2.2 纵向导向机构对客车平顺性和操稳性影响的分析  23-24
  2.3 纵向导向机构对客车稳定性影响的定量计算  24-28
    2.3.1 纵向推力杆的实际几何条件  25-26
    2.3.2 100%抗"点头"或者"仰头"的几何条件  26-27
    2.3.3 纵向导向机构对客车平顺性和稳定性影响的计算  27
    2.3.4 整车稳定性影响的定量计算  27-28
  2.4 V型推力杆对客车横向稳定性的影响  28-31
    2.4.1 前后悬架以及整车侧倾轴线  28-29
    2.4.2 V型推力杆的定量计算  29-31
  2.5 导向机构受力分析  31-32
    2.5.1 前悬架导向机构受力分析  31-32
    2.5.2 后悬架导向机构受力分析  32
  2.6 本章小结  32-33
第三章仿真模型建立及其参数确定  33-44
  3.1 虚拟样机参数准备  33-38
    3.1.1 运动学参数  34-35
    3.1.2 质量特性参数  35-36
    3.1.3 力学特性参数  36-37
    3.1.4 外界参数  37-38
  3.2 虚拟样机模型创建  38-43
    3.2.1 前悬架模型  38
    3.2.2 后悬架模型  38-39
    3.2.3 横向稳定杆模型  39
    3.2.4 转向系模型  39-40
    3.2.5 发动机模型  40-41
    3.2.6 轮胎模型  41
    3.2.7 车身模型  41-42
    3.2.8 整车模型  42-43
  3.3 本章小结  43-44
第四章虚拟样机仿真模型的验证  44-50
  4.1 整车直角转弯道路试验  44-45
  4.2 整车直角转弯仿真试验  45-47
  4.3 试验数据与仿真数据对比分析  47-49
  4.4 本章小结  49-50
第五章导向机构空间结构优化  50-65
  5.1 试验设计(DOE)简介  50-51
  5.2 前悬架的设计变量及优化目标  51-53
  5.3 前悬架的分析与优化  53-61
    5.3.1 拟合回归方程  54-59
    5.3.2 敏感度分析  59-60
    5.3.3 优化模型  60-61
  5.4 前悬架仿真试验设计对比  61-64
    5.4.1 主销内倾角改进前后效果对比  61-62
    5.4.2 前轮外倾角改进前后效果对比  62
    5.4.3 前轮前束角改进前后效果对比  62-63
    5.4.4 主销后倾角改进前后效果对比  63-64
  5.5 本章小结  64-65
第六章空气悬架导向机构截面形状优化  65-81
  6.1 ANSYS Workbench Environment简介  65
  6.2 悬架及导向机构模型及受力分析  65-67
    6.2.1 空气悬架及推力杆3D模型  65-66
    6.2.2 推力杆受力分析  66-67
  6.3 设计变量和目标函数  67-69
  6.4 建立有限元模型及设置条件  69-72
    6.4.1 建立有限元建模及网格划分  69-71
    6.4.2 设定边界条件及约束  71-72
  6.5 敏感度与强度设计空间分析  72-75
    6.5.1 推力杆钢管最大等效应力敏感度分析  72-73
    6.5.2 推力杆球头座最大等效应力敏感度分析  73-74
    6.5.3 推力杆球头最大等效应力敏感度分析  74
    6.5.4 推力杆总质量敏感度分析  74-75
  6.6 优化分析  75-80
    6.6.1 导向机构优化设计基本过程  75-76
    6.6.2 优化结果对比分析  76-78
    6.6.3 钢管稳定性验证:  78-80
  6.7 本章小结  80-81
第七章创新、总结与展望  81-83
  7.1 创新点  81
  7.2 总结  81-82
  7.3 展望  82-83
致谢  83-84
参考文献  84-87
攻读硕士学位期间发表的学术论文  87

空气悬架导向机构的性能分析与优化

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