麦弗逊悬架参数优化及其疲劳寿命分析

论文摘要

麦弗逊悬架有其他悬架无可比拟的优点,例如重量轻、结构紧凑、操纵灵便等优点。本论文基于某轿车的基本参数,对该车麦弗逊前悬架进行参数优化,并对悬架的关键部件转向节进行疲劳仿真与疲劳寿命优化,论文的主要内容如下：论文首先介绍了悬架以及虚拟样机的一些基本知识,得出了悬架设计应满足的基本原则与设计思想,在此背景下根据该轿车的一些基本性能参数对悬架的一些基本构件进行设计,根据设计参数,采用CATIA软件对设计出的麦弗逊前悬架进行三维建模。基于此得到了悬架结构的一些关键点,通过这些关键点在ADAMS软件中建立起麦弗逊悬架的简化模型,从而实现对该悬架的刚性动力学与弹性动力学仿真。通过对比表明刚性动力学与弹性动力学仿真有很大差别,为缩减仿真过程中产生的误差,论文中的仿真都采用弹性动力学仿真。通过对车轮定位参数(主销内倾角、主销后倾角、前轮前束角和前轮外倾角)的仿真分析得知该车悬架有待进一步优化,并通过ADAMS中的自带模块对该麦弗逊悬架进行了性能优化,找出了影响这些定位参数的主要设计因素,对悬架的整体优化有重要意义,提升了该车的操纵稳定性。为了提高悬架的可靠性,本论文还对悬架的转向节进行疲劳寿命预测。基于多体动力学理论,论文建立起了麦弗逊悬架的刚柔耦合模型,模拟并分析了车辆在行驶中遇到路面不平时对悬架的受力影响。通过模态中性文件记录了转向节在受此载荷下的应力信息,并用FATIGE软件对转向节进行了疲劳仿真,得到了其疲劳寿命云图,并对该转向节进行了寿命优化仿真,提高了转向节的疲劳寿命,增强了悬架的疲劳安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本论文的选题背景
• 1.2 国内外汽车操纵稳定性与疲劳的研究发展情况
• 1.2.1 汽车操纵稳定性的研究情况
• 1.2.2 汽车零部件疲劳问题的研究情况
• 1.3 本论文的研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 悬架与虚拟样机技术
• 2.1 悬架的功用和组成
• 2.2 悬架的分类
• 2.3 对悬架的要求
• 2.4 悬架的结构形式与分析
• 2.4.1 非独立悬架
• 2.4.2 独立悬架
• 2.5 虚拟样机技术概述
• 2.5.1 虚拟样机的基本结构
• 2.5.2 虚拟样机的开发过程
• 2.6 虚拟样机在工程技术上的应用
• 2.7 本章小结
• 第3章 麦弗逊悬架主要参数的确定
• 3.1 基本参数的确定
• 3.2 螺旋弹簧悬架的设计
• 3.2.1 选材
• 3.2.2 强度校核
• 3.2.3 稳定性校核
• 3.3 减振器的结构类型与主要参数的选择
• 3.4 横向稳定杆的设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 悬架模型的建立与优化
• 4.1 ADAMS软件及其理论基础
• 4.1.1 ADAMS软件介绍
• 4.1.2 ADAMS刚体理论基础
• 4.2 麦弗逊悬架运动学和弹性运动学建模
• 4.3 刚性运动学与弹性运动学仿真的比较
• 4.3.1 刚性运动学与弹性运动学仿真设置
• 4.3.2 两种仿真模式的比较
• 4.4 车轮定位参数的优化过程
• 4.5 优化前后结果对比分析
• 4.5.1 主销内倾角（Kingpin Inclination Angle）
• 4.5.2 车轮外倾角（Camber Angle）
• 4.5.3 前轮前束（Toe Angle）
• 4.5.4 主销后倾角（Caster Angle）
• 4.6 本章小结
• 第5章 刚柔混合模型的建立
• 5.1 多体系统动力学的基本理论
• 5.1.1 多体系统动力学概述
• 5.1.2 多刚体系统动力学的基本理论
• 5.1.3 多柔体系统动力学的基本理论
• 5.2 ADAMS软件的柔性体理论基础
• 5.3 刚柔混合悬架模型的建立过程
• 5.3.1 模型简化处理
• 5.3.2 几何清理及网格划分
• 5.3.3 定义构件属性
• 5.3.4 设置求解参数
• 5.4 转向节的模态振形
• 5.5 刚柔耦合模型的建立与仿真
• 5.6 读取仿真结果并输出仿真文件
• 5.7 本章小结
• 第6章 悬架转向节疲劳仿真
• 6.1 疲劳研究的发展起始
• 6.2 全寿命分析
• 6.2.1 S-N曲线的基本概念
• 6.2.2 平均应力的影响
• 6.3 疲劳累计损伤理论
• 6.3.1 线性累计损伤理论
• 6.3.2 雨流计数法
• 6.4 转向节疲劳仿真模型的建立
• 6.4.1 FATIGUE软件介绍
• 6.4.2 读入模态中性文件
• 6.5 悬架转向节疲劳寿命预测
• 6.5.1 材料S-N曲线的确定
• 6.5.2 转向节疲劳寿命仿真
• 6.6 影响疲劳强度的主要因素
• 6.6.1 应力集中的影响
• 6.6.2 尺寸影响
• 6.6.3 表面状况的影响
• 6.7 表面优化后仿真结果
• 6.8 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 本论文的主要内容及结论
• 7.2 研究与展望
• 参考文献
• 致谢