三輪汽車鋼板彈簧的建模及仿真

1、聯(lián)系人：山東五五征集團(tuán)團(tuán)三輪研研究所 張先先航 13556233726601 信箱箱：wzz_zxxh188061633.coom地址：山山東省五五蓮縣長長青路223號五五征集團(tuán)團(tuán)三輪研研究所（郵郵編：22623300）三輪汽車車鋼板彈彈簧的建建模及仿仿真張先航、王水煥煥、李建建峰、丁丁友鵬、王善波波（山東五五征集團(tuán)團(tuán)有限公公司，22623300）摘 要在整車仿仿真分析析中，鋼鋼板彈簧簧模型的的建立一一直是個(gè)個(gè)難點(diǎn)，對對于三輪輪汽車的的整車仿仿真來說說更是如如此。為為了建立立比較精精確的鋼鋼板彈簧簧模型，本文根據(jù)三輪汽車鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)及受載特點(diǎn), 以多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ), 利用UG、Hy

2、perworks與Adams建立了鋼板彈簧的多柔體模型, 并對其特性進(jìn)行了仿真研究，然后將仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了模型的正確性。關(guān)鍵詞：三輪汽汽車，鋼鋼板彈簧簧，UG，Hypperwworkks，ADAAMS1 概述述三輪汽車車分為帶帶傳動(dòng)與與軸傳動(dòng)動(dòng)兩類，由由于軸傳傳動(dòng)三輪輪汽車的的鋼板彈彈簧與汽汽車的一一致，并并且關(guān)于于汽車鋼鋼板彈簧簧的多剛剛體、多多柔體建建模在一一些文獻(xiàn)獻(xiàn)中多有有論述，所以本文不再贅述。本文只對帶傳動(dòng)三輪汽車的鋼板彈簧進(jìn)行分析，后文提及的三輪汽車專指帶傳動(dòng)三輪汽車。三輪汽車車后懸架架大都采用用縱置對對稱多片片鋼板彈彈簧式后后懸架，它通過轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)套與車車架相連連，所

3、以以三輪汽汽車鋼板板彈簧不不傳遞縱縱向力，不不能起到到導(dǎo)向作作用，它它只起到到緩沖與與減振的的作用。在整車仿仿真分析析中，鋼鋼板彈簧簧模型的的建立一一直是個(gè)個(gè)難點(diǎn)，在在一些精精度要求求不高的的分析中中，多用用三連桿桿機(jī)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行模擬擬，但由由于其精精度不是是太高，并并且對具具有副簧簧的鋼板板彈簧很很難模擬擬，所以以為了提提高三輪輪汽車的的整車仿仿真精度度，本文文嘗試采用用UG、Hypperwworkks與AAdamms結(jié)合合，建立立多片鋼板板彈簧的的柔體模模型，在在Adaams中中進(jìn)行仿仿真，并并將結(jié)果果與測試試結(jié)果相相對比，驗(yàn)驗(yàn)證模型型的正確確性。2 建模模2.1 在UGG中建立立鋼板彈彈簧的

4、三三維模型型為了得到到精確的的結(jié)果，本文利用專業(yè)的三維CAD軟件UGNX4.0建立了某鋼板彈簧的三維模型，建模過程從略。建立后的鋼板彈簧三維模型如圖1 所示：圖1 鋼鋼板彈簧簧三維模模型圖2.2 將三維維模型導(dǎo)導(dǎo)入到HHypeermeesh在UG中中，將該該鋼板彈彈簧三維維模型導(dǎo)導(dǎo)出為PParaasollid（*.x_t）格格式,在在Hyppermmeshh中,利利用接口口程序?qū)⒃撲摪灏鍙椈赡ＤＰ蛯?dǎo)入入到Hyyperrmessh中,導(dǎo)入后后的模型型如圖22 所示示:圖2 鋼鋼板彈簧簧在Hyyperrmessh中的的模型2.3 在Hyyperrmessh中建建立鋼板板彈簧的的有限元元模型Hyp

5、eermeesh是是一個(gè)高高性能的的有限元元前、后后處理器器，讓用用戶在交交互及可可視化的的環(huán)境下下驗(yàn)證各各種設(shè)計(jì)計(jì)條件，并并且可以以方便的的劃分出出高質(zhì)量量的網(wǎng)格格。為了提高高計(jì)算精精度，本本文對該該鋼板彈彈簧的每每一片單單獨(dú)劃分分網(wǎng)格，片片與片之之間用CCGAPPG間隙隙單元進(jìn)進(jìn)行連接接，來模模擬彈簧簧片間的的接觸。由于板簧簧中間具具有圓孔孔，并且且不能忽忽略，如如果直接接用voolumme命令令生成三三維網(wǎng)格格，網(wǎng)格格質(zhì)量不不是太好好，降低低了計(jì)算算精度。所以本本文先生生成二維維網(wǎng)格，然然后通過過draag命令令生成三三維網(wǎng)格格。2.3.1 建建立二維維網(wǎng)格對該鋼板板彈簧的的其中一片片彈

6、簧建建立二維維網(wǎng)格，創(chuàng)建的的網(wǎng)格如如圖3 所示示：圖3 創(chuàng)創(chuàng)建的二二維網(wǎng)格格2.3.2 建建立三維維網(wǎng)格由建立得得二維網(wǎng)網(wǎng)格通過過draag命令令創(chuàng)建三三維網(wǎng)格格，生成成的三維維網(wǎng)格如如圖4所示：圖4 創(chuàng)創(chuàng)建的三三維網(wǎng)格格2.3.3 建建立鋼板板彈簧的的三維網(wǎng)網(wǎng)格重復(fù)以上上步驟，建建立其它它彈簧片片的三維維網(wǎng)格，完完成后的的三維網(wǎng)網(wǎng)格如圖圖5所示：圖5 鋼鋼板彈簧簧三維網(wǎng)網(wǎng)格2.3.4 建建立接觸觸單元本文利用用CGAAPG單單元來模模擬板簧簧片間的的接觸關(guān)關(guān)系，用用riggidss單元模模擬中心心固定螺栓栓。具體體步驟如如下：1. 點(diǎn)擊CColllecttorss，創(chuàng)建建pgapp道具，點(diǎn)點(diǎn)

7、擊crreatte/eeditt，并按按照圖66進(jìn)行設(shè)設(shè)置:圖6pggap道道具參數(shù)數(shù)設(shè)置2. 在在片間建建立CGGAPGG 單元元，并將將各彈簧簧片的中中心用RRBE22單元連連接。完完成后的的鋼板彈彈簧模型型如圖77所示：圖7 鋼鋼板彈簧簧接觸模模型2.3.5 建建立約束束1. 創(chuàng)創(chuàng)建looad colllecctorrs，此此loaad ccolllecttor為為約束，在在創(chuàng)建約約束的時(shí)時(shí)候使用用no carrd；2. 創(chuàng)創(chuàng)建另一一個(gè)looad colllecctorrs，此此loaad ccolllecttor定定義模態(tài)態(tài)，caard=cmssmetth，然然后點(diǎn)擊擊creeatee

8、/eddit，并并按照圖圖8進(jìn)行編編輯：圖8 模模態(tài)參數(shù)數(shù)設(shè)置3. AAnallysiisconsstraaintt，選擇擇最下方方板簧片片的中心心點(diǎn)，66個(gè)自由由度全選選，創(chuàng)建建約束。2.4 利用OOptiiStrructt 求解解鋼板彈彈簧模態(tài)態(tài)作為世界界 CAAE 工工業(yè)流行行的大型型通用結(jié)結(jié)構(gòu)有限限元分析析軟件，OOptiiStrructt 是一一個(gè)快速速、精確確和穩(wěn)健健的有限限元求解解器，支支持多種種線性及及非線性性分析。通過無無縫集成成在 HHypeerWoorkss 軟件件中，OOptiiStrructt 為工工程師提提供了夢夢寐以求求的靈活活、快速速和先進(jìn)進(jìn)的功能能，這些些功能

9、包包括線性性靜態(tài)分分析、特特征值求求解、屈屈曲，頻頻率響應(yīng)應(yīng)分析和和瞬態(tài)響響應(yīng)分析析以及運(yùn)運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)動(dòng)力學(xué)，靜靜力學(xué)，準(zhǔn)準(zhǔn)靜力學(xué)學(xué)和線性性化分析析等。OOptiiStrructt雖然不不是專業(yè)業(yè)的解決決非線性性問題的的求解器器，但可可以滿足足一般的的非線性性問題的的計(jì)算要要求。所所以本文文利用OOptiiStrructt進(jìn)行求求解。2.4.1 建建立載荷荷步PreffereenceesPreevioous（OpttiSttrucct），進(jìn)進(jìn)入OpptiSStruuct環(huán)環(huán)境。aanallysiissubbcasse，按按照圖99進(jìn)行設(shè)設(shè)置，CCMSMMETHH選擇前前面創(chuàng)建建的模態(tài)態(tài)收集器器：

10、圖9 設(shè)設(shè)置載荷荷步2.4.2 計(jì)計(jì)算鋼板板彈簧模模態(tài)anallysiisOpttiSttrucct，選擇annalyysiss，點(diǎn)擊擊OpttiSttrucct，運(yùn)運(yùn)算完成成后，點(diǎn)擊HHypeerviiew，該該板簧的的一階模模態(tài)如圖圖10所示：圖10 鋼板彈彈簧的一一階模態(tài)態(tài)2.5 文件轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換MotiionVVieww是Hyyperrworrks系系列產(chǎn)品品中的一一種，MMotiionVVieww前處理理提供一一個(gè)有效效率的中中性多體體動(dòng)力學(xué)學(xué)語言分分析功能能，可以以輸出給給ADAAMS使使用。此此處需要要利用MMotiionVVieww程序，將OpttiSttrucct生成成的含有有柔性

11、體體的H33D文件件轉(zhuǎn)化為為ADAAMS使使用的MMNF文文件。打開MootioonViiew，在在FleexToolls菜單單中選擇擇Fleex PPrepp命令，選擇上上文生成成的H33D文件件，轉(zhuǎn)換換為所需需要的MMNF文文件。2.6 在ADDAMSS中建立立鋼板彈彈簧柔性性體模型型2.6.1 導(dǎo)導(dǎo)入MNNF文件件在ADAAMS/Vieew環(huán)境境中，BBuilldFleexibbleBBodiiesAdaams/Fleex，在在打開的的對話框框中，選選擇上文文建立的的MNFF文件，在ADAMS/View中生產(chǎn)的鋼板彈簧柔性體模型如圖11所示：圖11 鋼板彈彈簧在AADAMMS中的的柔性體

12、體模型2.6.2 建立立車架的的多體模模型為了達(dá)到到仿真的的目的，需需要按照照該鋼板板彈簧在在三輪汽汽車中的的實(shí)際安安裝方式式，建立立其它零零部件的的多體模模型。為為了計(jì)算算方便，本本文僅建建立了與與鋼板彈彈簧相關(guān)關(guān)的車架架局部模模型。建建立并導(dǎo)導(dǎo)入ADDAMSS后的模型型如圖112所示：圖12 導(dǎo)入車車架后的的多體模模型建立約束束副，完成后后的鋼板板彈簧柔柔性體模模型如圖圖13所示示：圖13 鋼板彈彈簧柔性性體模型型3 仿真真分析3.1 添加運(yùn)運(yùn)動(dòng)約束束為了更好好的模擬擬鋼板彈彈簧的受受力過程程，在移移動(dòng)副上上施加移移動(dòng)鉸，并并將參數(shù)數(shù)修改為為50*timme。3.2 建立測測量建立測量量Y

13、方向向的位移移，名稱稱為MAARKEER_44_diisp；建立測測量Y方方向的力力，名稱稱為MAARKEER_44_foorcee；3.3 運(yùn)行仿仿真將時(shí)間設(shè)設(shè)置為22，sttepss設(shè)置為為1000，運(yùn)行行仿真，圖圖14為鋼鋼板彈簧簧變形情情況：圖14 板簧變變形情況況3.4 觀察鋼鋼板彈簧簧載荷與與位移曲曲線以MARRKERR_4_dissp為橫橫坐標(biāo)，以以MARRKERR_4_forrce為為縱坐標(biāo)標(biāo)，建立立如圖115所示示的載荷荷與位移移曲線；由圖可可以看出出兩段曲曲線的斜斜率分別別是1774與6643，也也就是說說該鋼板板彈簧的的主簧剛度度為1744N/mmm與復(fù)復(fù)合剛度度為644

14、3N/mm。圖25 載荷與與位移曲曲線4 驗(yàn)證證模型為了驗(yàn)證證仿真結(jié)結(jié)果, 進(jìn)行了了臺(tái)架試試驗(yàn)。將將該鋼板板彈簧固固定在壓壓力機(jī)上上，進(jìn)行行測量，測測量結(jié)果果見表11。表1 測測量結(jié)果果負(fù)載N靜載變形形mm剛度N/mm備注500002911172.4主簧剛度度3000004811625復(fù)合剛度度從上表可可以看出出仿真結(jié)結(jié)果與測測量結(jié)果果誤差小小于3%，所以以仿真結(jié)結(jié)果真實(shí)實(shí)可信，也也就是說說上述方方法建立立的鋼板板彈簧的的模型是是正確的的。5 結(jié)語語根據(jù)載荷荷與位移移曲線，AADAMMS可以以計(jì)算出出鋼板彈彈簧的變變形量及及相應(yīng)的的載荷大大小,通過仿仿真結(jié)果果, 能比比較清楚楚的了解鋼鋼板彈簧簧的特性性情況。這樣在在樣品試試制出來來以前,就可較較準(zhǔn)確地地模擬出出鋼板彈彈簧特性性的臺(tái)架架試驗(yàn), 在設(shè)設(shè)計(jì)階段段就可預(yù)預(yù)測其力力學(xué)性能能, 方便便進(jìn)行設(shè)設(shè)計(jì)修改改。該模型的的成功建建立也為為以后的的三輪汽汽車整車車仿真創(chuàng)創(chuàng)造了條條件。參考文獻(xiàn)獻(xiàn)：1 鄭銀環(huán)環(huán), 張仲仲甫 . 汽車車鋼板彈彈簧多柔柔體建模模及仿真真研究J. 湖北北工業(yè)大大學(xué)學(xué)報(bào)報(bào),20007,22(4):35-36.2 謝東,姜立標(biāo)標(biāo)，崔勝勝民，等等. AADAMMS環(huán)境境下卡車車及懸架架模板的的建立J. 佳木木斯大學(xué)學(xué)學(xué)報(bào)，220077，255（1）：7-99.3 丁開平平，周傳傳月，譚譚惠