浅谈汽车悬架连接件动力学建模
1 汽车悬架的纽带——连接件
不同形式的悬架连接关系各不相同,典型的悬架连接件包括:螺栓、球铰以及衬套。本文以Adams软件为例,介绍不同连接件的动力学建模方式以及常见建模问题的解决方案。
通常,Adams中用固定副(Fixed Joint)来表达这类约束六个自由度的连接方式,用户只需选择铰链类型为fixed,指定固定副所在的位置及其连接的两个部件即可创建一个固定副,如下图所示。
3 球铰
球铰是麦弗逊悬架下摆臂与转向节的典型连接方式,能够约束三个平动自由度同时释放三个转动自由度。典型的球铰结构组成包括:球碗、球座、防尘罩、球销以及卡环。
在Adams软件中通常用同样名为球铰的运动副(Spherical Joint)来模拟真实的球铰连接,用户只需选择铰链类型为spherical,指定球铰所在的位置及其连接的两个部件即可创建一个球铰,如下图所示。
理想化的球铰连接不考虑实际球碗运动过程中产生的摩擦力,Adams软件支持用户在球铰副中添加静态或动态摩擦力。这种精细化的球铰建模方式下,球碗半径、摩擦系数以及预载等用户定义的参数都将影响摩擦力的计算。
在Adams软件中用名Bushing的力元来模拟衬套连接。与前面二者不同的是,衬套作为弹性元件,其方向性及各方向刚度的定义对衬套特性的模拟至关重要。
其中,衬套的安装方向应根据实际悬架中的方向来定义,对于开口衬套更要留意径向刚度的差异性。衬套刚度一般用*.bus文件来定义,软件通过拟合*.bus文件中离散的数据点生成衬套的刚度曲线。
01 衬套方向的定义
表1 衬套建模定向方式推荐表
02 螺栓组问题
实际结构中,由于存在一定面积的结合面,螺栓连接常常以螺栓组的形式出现,例如四连杆悬架刀锋臂与车轮支架的连接。
此时,用一个简单的固定副仍然可以表现其运动学特性,但无法真实表达螺栓组的力学特性。遇到这种问题,不妨用刚度适当的力元来代替,下图分别展示了固定副连接和力元模拟螺栓的受力差异。
小小的连接,大大的智慧,连接赋予悬架独特的魅力,让我们的汽车能够舒适稳定地行驶。说到这里,大家是否也对悬架的连接产生了兴趣呢?
1乘用车底盘球铰链开发—董鹏
2汽车球铰摩擦力矩特性的数值分析与实验研究——张志斌
3轿车悬架橡胶衬套结构特点分析——余振龙
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