设计试验
Shejishiyan
对双前桥汽车转向系统设计的
汽
车转向系统在汽车设计中占据重要的地位,汽车转向系统性能的优劣影响着汽车的
使用此软件对运动进行模拟,使产品设计越来越方便、简单,而且产品性能越来越好;在国内,使用该软件的人还不很多,很多人还不了解
MOTION软件功能。在此,笔者用此
操纵性和稳定性,直接关系到汽车设计的成败。
在设计汽车转向系统时,为使汽车的每个轮胎均产生纯滚动,理论上汽车的每个轮胎的轴线应交于一点,转向连杆机构即为实现这一功能而设计的。实际上,转向连杆机构并不能使每个轮胎的轴线交于一点,车轮在转动时总是要产生滑动,并磨损轮胎。但合理的设计可以减小车轮滑动,并使滑动控制在允许范围内。
软件对EQ3300G8×4汽车双前桥转向系统进行模拟设计,并简要地介绍以下MOTION的主要功能。
EQ3300G8×4的转向系统如图1(经优化)所示。由阿可曼原理可
知:前一桥节臂的转动角度与前二桥节臂的转动角度有一定代数关系,可以通过设置前一桥节臂间隔□
文/孔宏伟段家全葛俊豪
传统的转向系统设计是先按汽车的转向机构的空间位
置大致设计出转向系统的各个构件,然后在平面图上进行校核、调整、优化,计算出前后轮在转向时的关系,定出最小转弯半径。在经过大量的设计与实践中发现,对于一般的单桥转向汽车,由于其转向系统结构相对简单,用此方法较易达到设计要求,而对于具有双前桥转向系统的重型汽车来说,用这种方法设计计算出的转向数据与实际相差很大,直接导致设计失败。
经过认真研究发现,双前桥转向系统结构复杂,在系统工作时,部件的相对位置存在空间变化,如果用平面校核,难度很大,并且结果误差大。要想设计出性能理想的双前桥转向系统,就必须在空间中进行校核、调整、优化。PARAMETRIC
TECHNOLOGECORPORATION公司
图1
5度的一系列角度,计算前二桥节
臂相对应的角度,即得到理论计算数据。在校核过程中,使用PRO/
MECHANICA软件,可以把整个转动
连杆机构按其空间几何尺寸输入电脑,建立运动模型,其模型与真实的转向连杆机构性能几乎一样(认为连杆、连接件是刚性,连接无间隙)。在这个模型中可把车轮主销后倾角、主销内倾角均考虑进去,建立部件之间的相互约束和主动件的运动形式之后,就可以使模型模拟运动,并且输出所需的数据,即模拟出前二桥节臂转动与前一桥节臂转动的对应角度。然后用模拟出的数据与理论计算出的数据进行比较。比较后,通过调整转向连杆机构的相关尺寸,再用模拟出的数据与理论计算出的数据进行比较。就这样,不停地调整。最终使误差值达到设计要求(在前一桥转角小于20°时,前二桥转角误差小于1°;在前一桥转
探讨
20《重型汽车》H
EAVY
TRUCK
2004.4.
的PRO/MECHANICA软件中的MO2
TION具有真三维空间运动模拟功
能。在国外,许多公司在很多方面都
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Shejishiyan设计试验
),从而使角大于20°到最大转角时,前二桥转角误差小于2°EQ3300G8×4汽车双前桥转向系统满足设计要求。
d.校核及优化结果
由表2与图3可得:在大角度47°时产生最大误差,最大误差为1.34°;在25°时产生最小误差,最小误差为0.03°。
表2最终转向连杆机构左转校核测量数量
与理论计算数据比较
前一桥内前二桥内转角前二桥内转角转角(度)
051015202530354047
(度)(理论)
04.869.4713.8418.0122.0325.929.6733.3638.44
(度)(模拟)
04.428.9413.3617.7622.0626.2429.9633.5239.78
具体校核及优化过程如下:
a.校核过程
在软件MOTION中建立转向系统运动模型后,通过驱动前一桥节臂运动,使整个机构运动。当运动结束后,测量前一桥节臂与前二桥节臂的转动角度,并绘出它们之间转动角度的图像,如图2(优化后)。观察图像可以得知转向连杆机构设计是否合理。接着输入图像上的数据,通过数据处理,并把测量数据与理论数据比较(见表1),得出转向连杆机构在不同的角度时与理论的角度的误差量。
表1初始转向连杆机构左转校核测量数量
与理论计算数据比较
前一桥内前二桥内转角前二桥内转角转角(度)
051015202530354047
(度)(理论)
04.869.4713.8418.0122.0325.929.6733.3638.44(度)(模拟)04.028.412.3616.8621.0626.0430.9634.5241.78
误差
(模-理)0-0.44-0.53-0.48-0.250.030.340.290.161.34误差
(模-理)0-0.84-1.07-1.48-1.15-0.970.141.291.163.34经过校核与优化,在前一桥转角小于20°时,前二桥转角误差小于1°;在前一桥转角大于
20°到最大转角时,
前二桥转角误差小于2°。转动连杆机构的设计达到了设
图3
通过上一步的校核与数据分析,可以得知转向连杆机构角度误差量。通过适当的调整第一过渡杆与过渡臂、过渡臂与第二过渡杆、第二过渡杆与垂臂、垂臂与直拉杆的连接位置,可以改变图2两条曲线的相对位置。可以把转向连杆机构转动角度
与理论角度的误差控制在允许范围内,从而使转向连杆机构设计达到设计要求(这个过程通常是经过多次调整,最后得
图2
b.处理数据
计要求,即第二节臂的理论数据与测量数据的差值在允许误差内,EQ3300G8×4汽车双前桥转向连杆机构满足设计要求。
通过用PRO/MECHANICMOTION软件对8×4汽车双前桥转向系统设计进行校核与优化,发现此软件相对于传统中用平面对转向系统的校核及优化,有着不可比拟的好处。
出一个相对理想的设计结果)。
在调整过程中,出现了大量的数据,由于篇幅所限,在此仅仅列出初始的处理数据(表1,图2;用平面校核、优化后)与最终的处理数据(表2,图3)。
c.转向连杆机构校核图
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