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基于CATIA建立带拖曳臂的四连杆后悬架运动仿真模型
利用CATIA软件中的DMU模块对各类型的悬架系统快速而准确地建立运动仿真模型是每一个悬架系统工程师必须具备一项基础技能.
带拖曳臂的四连杆后悬架系统由后副车架、下摆臂、上摆臂、下部横向连杆、拖曳臂、减震器、螺旋弹簧、横向稳定杆及稳定杆连杆组成.后副车架是后悬架系统中重要的承载构件,悬架系统中的杆系零部件安装在后副车架上.下摆臂是四连杆后悬架系统中一个重要的杆系零件,不仅承受螺旋弹簧上产生的力和冲击载荷,以及车辆在转向行驶时产生的侧向力,同时也起到对车轮外倾和前束调整功能.拖曳臂承受车辆在行驶时产生的纵向力.上摆臂在承受横向力的同时也对车轮的外倾角的运动变化起关键作用.下部横向连杆有利于保证车辆直线行驶能力.
带拖曳臂的四连杆后悬架系统组成图,如图1所示：
由于采用多个杆系零件对轮胎在运动过程中的运动规律进行控制,带拖曳臂四连杆结构形式的多连杆悬架系统有比较大的外倾角、前束角、极限操控性能和舒适性的调整控制范围.但是,也正是因为悬架系统中的杆系零件及橡胶类衬套零件比较多,因而对悬架系统设计与调校带来相当大的难度.
本文详细介绍了采用CATIA软件中的DMU对悬架系统中的各部件施加符合其运动方式的运动副和驱动命令,在工作中快速搭建此种类型的多连杆后悬架系统1/4运动仿真模型,从而方便在整车设计过程中对悬架系统杆系零部件的运动校核、轮胎包络生成、间隙检查等工作.
具体创建步骤
1拆分零件
根据零部件之间的运动关系,在CATIA装配模块中将整个后悬架系统拆分成10个部件,分别是：副车架、下摆臂、拖曳臂、上摆臂、下部横向连杆、减震器上部、减震器下部、稳定杆、稳定杆连杆、车轮转向节组件.外加一个驱动.创建完成后的状态树见下图2：
2在车轮转向节组件、四根连杆及副车架之间添加运动副、建立约束关系并模拟运动
1点击 命令,建立机械装置1．将副车架固定.
2在下摆臂与副车架、下摆臂与车轮转向节组件三个零部件之间添加运动副：
2-1在下摆臂、车轮转向节组件及副车架零件上建立中心点和轴线.
A在下摆臂上选取两端衬套的中心点A21和A22,并建立一条两点间的连线L2A；
B在副车架上与下摆臂安装位置建一条通过衬套中心的轴线L2B；
C在车轮转向节组件上建一个与衬套中心A21同位置的中心点C2}
如下图2-1所示：
2-2用 通用接合命令在L2A和L2B两条轴线之间添加运动副建立约束关系,为防止零件在运动过程中产生翻转．需要注意对话框中旋转1的选择要与十字销轴线方向保持一致,如图2-2所示.建立约束后的状态树下显示的自由度为2.
2-3用 ,球面接合命令在点A21和点C2之间添加运动副.建立约束后的状态树下显示的自由度为5.
3用上述同样方法在上摆臂、副车架及车轮转向节组件三个零部件之间添加运动副：
3-1在上摆臂、副车架及车轮转向节组件上建立中心点和轴线.
A在上摆臂上选取两端衬套的中心点A31和A32,并建立一条两点间的连线L3A；
B在副车架上与上摆臂安装位置建一条通过衬套中心的轴线L3B；
C在车轮与转向节组件上建一个与衬套中心A31同位置的中心点C3
如下图3-1所示：
3-2用 叠通用接合命令在L3A和L3B两条轴线之间建立运动关系,注意对话框中旋转1的选择.建立约束后的状态树下显示的自由度是7.
3-3用 ,球面接合命令在点A31和点C3之间添加运动副,建立约束,此时自由度为4.
4在下部横向连杆、副车架及车轮转向节组件三个零部件之间添加运动副并建立接合约束：
4-1首先在下部横向连杆、副车架及车轮转向节组件三个零件中绘制中心点和轴线：
A在下部横向连杆选取两端的中心点A41和A42,并建立一条两点间的连线L4A；
B在副车架上与上摆臂安装位置建一条通过衬套中心的轴线L4B；
C在车轮与转向节组件上建一个与衬套中心A41同位置的中心点.
如下图4-1所示：
4-2用 通用接合命令在L4A和L4B两条轴线之间建立运动约束,此时自由度为6.
4-3用+．球面接合命令在点A41和点之间添加运动副,约束后自由度为3.
5在拖曳臂、副车架及车轮转向节组件三个零部件之间添加运动副并建立接合约束：
5-1在拖曳臂、副车架及车轮转向节组件上建立中心点、线及平面.
A在拖曳臂的一端选取衬套中心点Asi,在拖曳臂与转向节连接处选取一个孔的中心A,：,通过点A,：建立一条该孔的轴线k.和以L5A为法线的平面M5A；
B在副车架上建一个与Asi同位置的点 B5；
c在车轮转向节组件上建一个与L5A和M5A同位置的轴线Lsc及平面Msc；
如下图5-1所示：
5-2用 ．球面接合命令在点Asi和点Bs之间添加运动副,建立约束关系后的自由度为6.
5-3用 旋转接合命令在直线L5A与Lsc、平面M5A与Msc之间建立运动副,实施约束后的自由度为1.
6在驱动与车轮转向节组件之间的施加运动副建立约束关系：
6-1在车轮转向节组件与驱动中建立点和平面.
A在车轮转向节组件上建立轮胎中心点A6；B在驱动中建立过轮芯且平行于整车坐标系XY面的平面M6;如下图6-1所示：
6-2用点曲面接合命令在点A6和平面Mf之间添加运动副,约束后的自由度为6.
7在驱动与副车架之间施加运动副：
7-1在副车架与驱动中建立点、直线和平面：
A在驱动中建立一条经过轮胎中心点A6且垂直于平面M6的直线L7A,并建立一个经过直线L7A且垂直于平面M6的平面M7A1
B在副车架上建立一条与L7A同位置的直线L7B,一个与M7A同位置的平面M7B；
如下图7-1所示：
7-2用 棱形接合命令在直线L7A、Lm和平面M7A、M7B之间添加运动副,并点击驱动长度按钮,如图7-2A所示.点击确定,如图7-2B所示.再点击确定,这时候显示的自由度为0,建立约束后的状态树下显示的内容如图7-2C所示.
8输入轮芯上下运动行程,并对DMU机制进行模拟运行：
8-1双击图7-2C中的最后一个棱形接合,在对话框的结合限制中输入轮芯上跳下跳数值.
8-2点击 使用命令进行模拟,拖动按钮就可以模拟运动了.
3将减震器上部与减震器下部加入到上述过程所建立的运动机制中
9在减震器上部与车身两零件之间添加运动副并建立接合约束关系.
9-1由于副车架已经固定,可以把减震器上部与车身固定的点等效在副车架上.在减震器上部和副车架上建立中心点.
A在减震器上部与车身安装位置选取中心点Ag;B在副车架上建一个与Ag同位置的点B9
如下图9-1所示：
9-2用 ．球面接合命令在点Ag和点Bg之间添加运动副,点击确定,出现如图9-2所示对话框,不用管它,再点击确定.建立球面约束后的状态树下显示的自由度为3.
10在减震器上部、减震器下部及车轮转向节组件三个零件之间添加运动副并建立接合约束：
10 -1在减震器上部、减震器下部、车轮转向节组件三个零件中建立直线和平面.
A在减震器上部建立活塞杆的中心线LIOA及经过LiOA的平面MiOA；
B在减震器下部建立活塞杆的中心线LiOB及和平面MiOA同位置的MIOB,并在减震器下部建立衬套中心线LIOD；
C在车轮转向节组件中建立一条与减震器下部衬套中心线同位置的直线LiOB；
如下图10-1所示：
10-2用 棱形接合命令在直线LiOA. LiOB及平面MiOA、MiOB之间添加运动副建立约束,此时显示的自由度为4.
10 -3用 圆柱接合命令在直线LiOD和直线Lioc之间添加运动副.点击确定,出现可以模拟的对话框,再点击确定.建立圆柱面约束后的状态树下显示的自由度为0.这时就可以用模拟命令对机械装置1再次进行运动模拟了.
4将稳定杆与稳定杆连杆加入到上述运动机制中
1 1建立稳定杆与副车架两个零件之间的运动副并建立接合约束关系.
11-1在稳定杆与副车架中建立直线和平面：
A在稳定杆上建立一条中心线LliA,以L．．.为法线建立平面MliA；
B在副车架上建立与LliA,M12A同位置的直线LiIB,平面MIIB；
如下图11-1所示：
11-2用 旋转接合命令在直线L 11A与LiIB、平面MliA与MIIB之间添加运动副,约束后显示的自由度为1.
12在稳定杆、稳定杆连杆及下摆臂三个零件之间添加运动副并建立接合约束：
12 -1在稳定杆、稳定杆连杆与副车架三个零件中建立点、直线.
A在稳定杆连杆上选取上下球销的中心点A121和A122,和连接点A121和A122的直线L12A；
B在稳定杆上建立与A121同位置的点B121
C在下摆臂上建立一条与稳定杆连杆下球销销轴轴线同位置的直线L12C；
如下图12所示：
13 -2用´‘.,球面接合命令在点A121和点B12之间添加运动副,此时的自由度为4.
13 -3用 ,通用接合命令在直线L12A和直线L12C之间添加运动副.点击确定后出现可以模拟的对话框,再点击确定,建立约束后的自由度为O.
至此,已经顺利完成带拖曳臂的四连杆后悬架系统1／4仿真运动模型,可以利用此模型进行运动间隙检查、生成轮胎包络,确定零部件边界、对后轮胎外倾角,前束角的运动变化曲线等进行分析.
悬架论文范文结:
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