含间隙运动副的汽车转向机构碰撞接触分析.pdf

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1、·现代设计与先进制造技术·张蕾孙奇涵董恩国含间隙运动副的汽车转向机构⋯⋯33含间隙运动副的汽车转向机构碰撞接触分析张蕾，孙奇涵，董恩国(天津工程师范学院汽车工程系，天津300222)摘要：借助多体动力学分析软件ADAMS建立了含有转向机构间隙影响的某矿用汽车仿真模型，分析研究了含运动副间隙的转向机构在转向过程中的碰撞接触特性，即横拉杆与转向梯形臂之间的运动副间隙及转向梯形臂和悬架之间的运动副间隙的碰撞接触特性。前者的运动副间隙采用空间圆柱铰模型，后者的运动副间隙采用平面圆柱铰模型。此外，还分析了

2、运动副摩擦力对碰撞接触力的影响。研究结果为汽车转向机构动力学特性分析提供了参考。关键词：汽车；转向机构；间隙；碰撞中图分类号：U463．42文献标识码：A文章编号：1672—1616(2010)09—0033—04机械系统中，机构的运动副是连接两构件并保采用球铰连接，转向梯形臂和悬架之间采用转动铰持二者有一定相对运动的中间环节。为了保证两连接。悬架系统为烛式油气悬架，由活塞杆、缸筒、构件有相对运动，运动副元件间一般需要动配合，弹簧等组成。行驶系统由轮胎、车桥等组成。这就必然存在运动副间隙；此外，

3、由于摩擦、磨损现象存在，运动副间隙将产生变化。从动力学角度考虑，运动副间隙的出现，改变了机构杆件间的受力状况，影响了机构的动力性能，因此在机构的动力学分析中，有必要考虑运动副间隙的影响。王国庆[卜]建立了含间隙平面连杆机构的动力学模型，通过大量的数值仿真，研究了运动副间隙对机构动态特性的影响及副元素的相对运动过程。靳春梅[3]对含间隙的平面连杆机构的分离与碰撞过程建立了统一的数学模型，研究了含间隙引起的碰撞、冲击载荷诱发的非线性现象的机理。汽车转向机构各零件之间存在多个运动副，运动副间隙对转图1

4、仿真模型向机构动力性能有很大的影响。本文应用为了确保仿真结果的正确性，需对模型的正确ADAMS软件建立某矿用汽车转向机构仿真模型，性和有效性进行验证。分析研究含运动副间隙的转向机构在转向过程中首先验证转向机构正确性。比较了仿真模型的碰撞接触特性。输出的内外侧车轮实际转角曲线以及测试曲线(由数值算法计算所得)。2条曲线基本重合，可以确1含运动副间隙的转向机构模型定模型的转向机构是正确的。应用)AMS软件建立含转向机构运动副间此外，还对模型的其他参量进行了测试，包括隙的某矿用汽车仿真模型，如图1所示

5、。模型包括主销内倾角、主销后倾角运动规律的验证，转向液汽车转向机构、悬架系统以及行驶系统等。转向机压缸作用力的测试等，测试结果均证明，模型是正构为整体式转向机构，由转向节、横拉杆、转向梯形确和有效的。臂、运动副等组成。其中，横拉杆、转向梯形臂之间含运动副间隙的转向机构平面图如图2所示收稿日期：2010—02—08基金项目：天津高校科技发展基金项目(2O¨07l122)；天津工程话学院科技项目(YY0902，KY0714)作者简介：张蕾(1975一)，女，辽宁铁岭人，天津工程师范学院副教授，博士，

6、主要研究方向为汽车设计、汽车故障诊断。2010年5月中国制造业信息化第39卷第9期(图中的间隙被放大了)。图中：A为转向梯形臂的切向方向；为外圆柱体H和内圆柱体L切点和悬架之间的运动副；B为横拉杆和转向梯形臂之的径向方向。间的运动副；R】表示悬架缸的半径；R2表示梯形臂与悬架连接接头处的半径；R表示梯形臂与横拉杆连接接头处的半径；R表示横拉杆接头半径；转向机构主销中心矩M=2300ram；转向梯形臂长S=430mm；转向梯形底角r：69。。图3平面圆柱间隙铰b．空间圆柱间隙铰相对运动学描述。对空

7、间圆柱间隙铰的相对运动学描述可等效为2个无厚度的圆盘在1个空心圆柱内运动的情图2含有运动副间隙的转向机构况。通过判别2个圆盘和外部圆柱的接触状态，并运动副各零件材料均为Q235。材料的弹性模根据2个圆盘之间的刚性连接条件，建立空间圆柱量E=210MPa，泊松比=0．3，材料密度

8、0=间隙铰处的相对运动学关系模型。7800kg／ms。接触刚度=100kN／mm，阻尼c=2．2圆柱铰模型的动力学50N·s／mm。对于自由状态，即间隙铰中销轴与孔体不接触根据实际车辆运动副的类型，运动副A处间时，几何接

9、触约束=0，系统动力学方程表达为隙采用平面圆柱铰间隙模型，内圆代表悬架缸的半径R=87，2mm，外圆代表梯形臂与悬架连接处l(+Kq加。。。(1)的半径R2=87．3mm，两圆径向移动距离为q，￡)=0式中：M，K，，q和Q分别为多体系统的广义质±0．1mm。运动副B处间隙采用空间圆柱铰模型，量阵、刚度阵、约束方程的雅可比阵和广义速度二内圆球代表梯形臂的(与横拉杆连接处)接头半径次项及广义力阵；为特征向量；(q，)=0为理R3：19．95mm，外圆球代表横拉杆的(与梯形臂想铰约束方程。连接处)接