汽車(chē)輪轂?zāi)B(tài)分析

1、基于ABAQUS汽車(chē)輪轂?zāi)B(tài)分析一.研究汽車(chē)模態(tài)的意義二.模態(tài)分析與汽車(chē)NVH問(wèn)題1. NVH概念2. NVH解決的問(wèn)題3. NVH特性研究方法三. 輪轂實(shí)例分析一.研究汽車(chē)模態(tài)的意義I.使整車(chē)中各部件模態(tài)分離，防止各部件之間共振引起的振動(dòng)噪聲問(wèn)題。II.是整車(chē)中各部件與發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速頻率分離，防止整車(chē)中部件在怠速時(shí)因發(fā)動(dòng)機(jī)激振而共振。III. 研究各部件模態(tài)頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)階次激勵(lì)中的重合點(diǎn)，防止在重合點(diǎn)出振動(dòng)噪聲放大。IV. 研究各部件模態(tài)頻率與路面激振頻率的重合，防止路面激振帶來(lái)的振動(dòng)噪聲和平順性問(wèn)題。V.研究人體敏感頻率和車(chē)身、座椅等系統(tǒng)的頻率重合，增加駕駛員和乘客的舒適度感覺(jué)。汽車(chē)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)

2、設(shè)計(jì)在建立了汽車(chē)整車(chē)振動(dòng)模型后，汽車(chē)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)成為了可能，其步驟是：1. 建立汽車(chē)整車(chē)的振動(dòng)模型2. 計(jì)算汽車(chē)在各種工況下的振動(dòng)響應(yīng)3. 提出改進(jìn)目標(biāo)函數(shù)，確定應(yīng)該修改的部件4. 結(jié)構(gòu)參數(shù)修改量的計(jì)算5. 以原整車(chē)模型為基礎(chǔ)，利用攝動(dòng)法或者其他方法導(dǎo)出經(jīng)過(guò)修改過(guò)的汽車(chē)整車(chē)振動(dòng)模型模態(tài)分析在汽車(chē)工程的作用模態(tài)分析的最終目標(biāo)是識(shí)別出整車(chē)系統(tǒng)以及子系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，為結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)振動(dòng)特性分析、振動(dòng)故障診斷和預(yù)報(bào)以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。模態(tài)分析的應(yīng)用可以歸結(jié)為以下幾個(gè)方面： 評(píng)價(jià)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的預(yù)估和優(yōu)化設(shè)計(jì) 診斷及預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的故障 控制結(jié)構(gòu)的輻射

3、噪聲 識(shí)別系統(tǒng)的載荷二.模態(tài)分析與汽車(chē)NVH問(wèn)題NVH概念NVH是英文noise（噪聲）、vibration（振動(dòng)）、harshness（聲振粗糙度）的縮寫(xiě)。NVH反映的是乘員感受到的噪聲、振動(dòng)以及相關(guān)的動(dòng)態(tài)不舒適性。聲振粗糙度描述的是噪聲和振動(dòng)使人不舒適的感覺(jué)，因此有人稱(chēng)之為不平順性?？傊侨梭w對(duì)振動(dòng)和噪聲的主觀感受，與振動(dòng)和噪聲的瞬態(tài)性質(zhì)有關(guān)，不能直接用客觀測(cè)量方法來(lái)度量。NVH問(wèn)題概述1.噪聲問(wèn)題主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、進(jìn)排氣噪聲、輪胎噪聲、傳動(dòng)系齒輪嚙合噪聲、車(chē)內(nèi)板振動(dòng)噪聲，制動(dòng)噪聲等。2.振動(dòng)問(wèn)題主要包括乘客感覺(jué)到的方向盤(pán)、底盤(pán)和座椅的抖動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)件的不平衡旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)、曲軸的

4、變動(dòng)氣體負(fù)荷、傳動(dòng)軸萬(wàn)向節(jié)變動(dòng)力矩引起的振動(dòng)等。3.聲振粗糙度問(wèn)題降低乘客感受到的汽車(chē)非平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)、顛簸、沖擊和刺耳的異常噪聲等引起的不舒適問(wèn)題。解決NVH問(wèn)題的方法1.對(duì)振動(dòng)源和噪聲源的控制改善產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的零部件的結(jié)構(gòu)，改善其振動(dòng)特性，避免產(chǎn)生共振；改進(jìn)旋轉(zhuǎn)原件的平衡；提高零部件的加工精度和裝配質(zhì)量，減小相對(duì)原件之間的沖擊與摩擦；改善車(chē)身結(jié)構(gòu)，提高剛度等。2.對(duì)振動(dòng)和噪聲的傳遞途徑控制采用阻尼元器件減小振動(dòng)，比如懸架中的扭振減振器，減振彈簧等；分析改進(jìn)元件結(jié)構(gòu)，提高密封性能；采用各種隔音材料的應(yīng)用，研究隔音結(jié)構(gòu)，提高汽車(chē)內(nèi)部的隔音性能。NVH特性的研究方法1.多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法主要應(yīng)用于底盤(pán)

5、懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)低頻范圍的建模與分析。2.有限元法一方面，可用于研究車(chē)身結(jié)構(gòu)振動(dòng)；另一方面，可用于對(duì)車(chē)室內(nèi)部空腔噪聲分析。3.統(tǒng)計(jì)能量分析法將系統(tǒng)分解為多個(gè)子系統(tǒng)，研究他們之間的能量流動(dòng)和模態(tài)響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)特性。適用于結(jié)構(gòu)、聲學(xué)等系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析。4.邊界元法研究車(chē)體振動(dòng)和車(chē)室內(nèi)部空腔噪聲的聲固耦合系統(tǒng)。三.輪轂分析實(shí)例輪轂是汽車(chē)的重要部件，由于它不但要承受整車(chē)的重量，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的輪胎還要承受水平方向的作用力和由路面?zhèn)鱽?lái)的沖擊力等交變載荷，制動(dòng)力也會(huì)作用在輪轂上，如此復(fù)雜的工作條件使得對(duì)輪轂的要求越來(lái)越高。它直接影響汽車(chē)的整體行駛穩(wěn)定性、安全性、可靠性、平順性、牽引性及外觀形象，對(duì)汽車(chē)整體能源

6、消耗，輪胎的壽命都有較大的影響。為什么進(jìn)行輪轂?zāi)B(tài)分析？ 輪轂的基本結(jié)構(gòu) 輪輞是汽車(chē)輪轂上與輪胎直接接觸的部分，起到支撐輪胎的作用。在輪輞的兩側(cè)突起部分有胎圈座和輪緣組成，胎圈座與輪胎的胎圈直接接觸的部分起到支持輪胎半徑方向力的作用；輪緣起到保持并支撐輪胎方向的作用。此外，輪輞上還有放置輪胎氣門(mén)嘴的氣門(mén)孔。 輪輻是連接輪輞與中心孔的部分，起到重要承載作用。它的強(qiáng)度決定了輪轂整體強(qiáng)度。輪輞輪輻螺栓孔中心孔輪轂通常由輪輞和輪輻兩部分組成 輪轂的分類(lèi) 按車(chē)輪材質(zhì)：可分為鋼制、鋁合金、鎂合金等車(chē)輪 鋼制輪轂最主要的優(yōu)點(diǎn)就是制造工藝簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，而且抗金屬疲勞的能力很強(qiáng)，也就是我們俗稱(chēng)的便宜又結(jié)實(shí)

7、。但鋼質(zhì)輪轂的缺點(diǎn)也相對(duì)比較突出就是外觀不夠美觀，重量較大慣性阻力大，散熱性也比較差，而且非常容易生銹。鋁合金材質(zhì)輪轂重量較輕，慣性阻力小，制作精度高，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的變形小，慣性阻力小，有利于提高汽車(chē)的直線行駛性能，減輕輪胎滾動(dòng)阻力，從而減少了油耗。合金材質(zhì)的導(dǎo)熱性能又是鋼的三倍左右，散熱性好，對(duì)于車(chē)輛的制動(dòng)系，輪胎和制動(dòng)系統(tǒng)的熱衰減都能起到一定的作用。鎂合金材質(zhì)輪轂重量比鋁合金還要輕，慣性阻力更小，制作精度更高，近年來(lái)在豪華車(chē)型有所應(yīng)用，不過(guò)成本比較高，價(jià)格較貴。按輪輻分：有輻板式和輻條式兩類(lèi)。輻條式：車(chē)輪有可分為鋼絲輻條式車(chē)輪（A）和鑄造輻條式車(chē)輪（B），A輪輞的結(jié)構(gòu)和自行車(chē)車(chē)輪相同，不過(guò)

8、由于價(jià)格昂貴，且維修安裝不方便，故實(shí)際使用并不多；B輪輞是用螺栓和特殊形狀的襯塊固定在輻條上，它多用于重型貨車(chē)上。鋼絲輻條式車(chē)輪（A）鑄造輻條式車(chē)輪（B）輻板式： 目前，普通轎車(chē)和輕、中型貨車(chē)普遍采用輻板式車(chē)輪，這種車(chē)輪如圖所示，由擋圈、輪輞、輻板和氣門(mén)嘴伸出口組成。車(chē)輪中用以連接輪轂和輪輞的鋼質(zhì)圓盤(pán)稱(chēng)為輻板，大多是沖壓制成的，少數(shù)是和輪轂鑄成一體，后者主要用于重型汽車(chē)。輻板式輪輞是目前應(yīng)用最為廣泛的輪轂形式，它的特點(diǎn)是將輪輞和輪輻鑄成一體，優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕、尺寸精度高、某種程度上可以明顯改善車(chē)輪的空氣動(dòng)力學(xué)特性，從而降低一部分汽車(chē)油耗。輻板式輪轂結(jié)構(gòu)ABAQUS進(jìn)行模態(tài)分析的具體步驟 1.部件

9、2.截面 3.裝配 4.分析步 5.相互作用 6.載荷 7.網(wǎng)格 8.作業(yè)（求解） 9.可視化（后處理）ABAQUS單位1.部件創(chuàng)建部件1.利用ABAQUS的 CAD模塊建模2.外部導(dǎo)入2.截面屬性高端車(chē)或者高配車(chē)型一般全部用鋁合金輪轂，低檔或者低配車(chē)型的則大都使用鋼制輪轂。 定義材料屬性選擇鋁合金材料 密度為2.710-9t/mm3 彈性模量為70000MPa 泊松比0.33創(chuàng)建材料屬性創(chuàng)建截面屬性指派截面屬性3.分析步進(jìn)入分析步模塊，分析步的類(lèi)型選擇線性攝動(dòng)分析步，然后選擇頻率分析，特征值求解器選擇lanczos，然后提取10階固有頻率 。4.載荷定義邊界條件：在實(shí)際工況中，輪轂軸承是通過(guò)

10、法蘭盤(pán)輪轂的螺紋孔與螺栓固定聯(lián)接，所以對(duì)所有的螺栓孔處施加全約束。5.網(wǎng)格 首先選擇的網(wǎng)格屬性為四面體自由網(wǎng)格劃分技術(shù)，然后選擇布種密度，根據(jù)實(shí)際劃分的疏密情況全局種子近似全局尺寸設(shè)置為8。單元類(lèi)型選擇三維實(shí)體四面體C3D10單元類(lèi)型，即十節(jié)點(diǎn)二次四面體單元6.后處理1階振型（輪輞型同向傾斜振動(dòng) ）2階振型（輪輞型同向傾斜振動(dòng) ）3階振型（輪輞扭轉(zhuǎn)振動(dòng)）4階振型（輪輞前后振動(dòng)） 5階振型（輪輞型反向傾斜的振動(dòng)）7階振型8階振型6階振型9階振型10階振型鋁合金輪轂和鋼材輪轂固有頻率和特征值鋁合金輪轂鋼材輪轂鋼材和鋁合金材質(zhì)的輪轂固有頻率對(duì)比曲線材料屬性為鋼的情況下車(chē)輪的固有頻率相對(duì)于材料屬性為鋁

11、的情況下要偏高。材料屬性為鋼相對(duì)與材料屬性為鋁時(shí)的頻率的變化不大，可見(jiàn)材料性質(zhì)對(duì)輪轂的固有頻率影響不大。 鋁合金輪轂的優(yōu)點(diǎn)1、省油、省油均勻每個(gè)鋁合金輪轂比一樣尺度的鋼輪轂輕2kg。依據(jù)日本實(shí)驗(yàn)，5座的轎車(chē)重量每 減輕1kg，一年約節(jié)約20L汽油。而美國(guó)轎車(chē)工程師學(xué)會(huì)宣布的研究報(bào)告指出，鋁合金輪轂雖然比通常鋼輪轂貴，但每輛轎車(chē)跑到2萬(wàn)km時(shí)，其所節(jié)約的燃 料費(fèi)便足以抵回本錢(qián)。3、散熱好、散熱好鋁合金的熱傳導(dǎo)系數(shù)為鋼的3倍。散熱作用好，遠(yuǎn)程高速行駛之時(shí)，也能使輪胎保持在恰當(dāng)?shù)臏囟?，使剎車(chē)鼓及輪胎不易老化。4、真圓度好、真圓度好精度高達(dá)0.05mm，工作平衡功能佳，有利于消除通常車(chē)身超長(zhǎng)及方向盤(pán)顫動(dòng)表象。5、堅(jiān)固耐用、堅(jiān)固耐用鋁合金輪轂之耐沖擊力、抗張力及熱力等各項(xiàng)強(qiáng)度較鋼輪轂要高。這也是鋁合金在國(guó)防工業(yè)、航空工業(yè)扮演重要的角色原因之一。6、美觀、美觀通常鋼輪轂因生產(chǎn)所限，形式單調(diào)板滯，缺乏改變;鋁合金輪轂則有林林總總的規(guī)劃，加上光澤、色彩作用好，然后提高了轎車(chē)的價(jià)值與美感。應(yīng)用為了避免發(fā)生共振，輪轂的振動(dòng)頻率要避開(kāi)的外部激勵(lì)頻率。外部激振主要包括路面激勵(lì)頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)頻率。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，高速公路和城市較好路面，路面激勵(lì)頻率多在 3Hz以下，凹凸不平路面激勵(lì)頻率一般低于11Hz。發(fā)動(dòng)