魏娟 王志雷 竇登科 楊廣元

摘 要：為了使懸架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理可靠，滿足設(shè)計(jì)的安全性，通過ADAMS/car建立全地形車懸架模型，選擇制動工況、轉(zhuǎn)向制動工況、沖擊工況進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真分析，提取全地形車懸架控制臂連接點(diǎn)載荷作為控制臂有限元分析的邊界條件，利用Hyperworks軟件對控制臂進(jìn)行不同工況下的靜態(tài)強(qiáng)度分析，研究其應(yīng)力分布，為懸架控制臂優(yōu)化及疲勞分析提供參考。

關(guān)鍵詞：全地形車;雙橫臂獨(dú)立懸架;載荷提取;有限元分析

中圖分類號：U463.33??文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）10-170-02

Strength Analysis and Load Extraction of Utility Terrain?Vehicle Suspension

Wei Juan，?Wang Zhilei， Dou Dengke，?Yang Guangyuan

（Xi'an University of Science and Technology， Shaanxi Xi'an 710000）

Abstract：?In order to make the suspension structure design reasonable and reliable and meet the safety of the design， an utility terrain vehicle?suspension model was built through ADAMS/car.?The braking condition， steering condition and impact condition were selected for the kinematic simulation analysis， and the load at the connection point of the control arm of the utility terrain vehicle?suspension was extracted as the boundary condition of the finite element analysis of the control arm. Hyperworks software was used to analyze the static strength of the control arm under different working conditions， and the stress distribution was studied to provide reference for the optimization and fatigue analysis of the suspension control arm.

Keywords： Utility terrain vehicle; Double-wishbone suspension; Load extract; Finite element analysis

CLC NO.：?U463.33??Document Code： A??Article ID： 1671-7988（2020）10-170-02

前言

全地形車（UTV）體型較小而且靈活，在農(nóng)林、牧業(yè)、石油、電力、礦山、消防等領(lǐng)域均有應(yīng)用^[1-2]。懸架影響著車輛的操縱穩(wěn)定性和安全性，在設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮懸架控制臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)要考慮其結(jié)構(gòu)的可靠性。本文針對設(shè)計(jì)的全地形車懸架控制臂，通過動力學(xué)模型提取三種工況下懸架連接點(diǎn)載荷作為有限元分析的邊界條件，利用慣性釋放法進(jìn)行有限元分析，根據(jù)分析結(jié)果驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，為后期的疲勞分析提供參考。

1?懸架模型的建立及載荷提取

1.1 全地形車懸架模型建立

根據(jù)三維模型獲取懸架參數(shù)化模型所需的關(guān)鍵硬點(diǎn)坐標(biāo)，在ADAMS/Car專家模式下建立全地形車懸架模板，在標(biāo)準(zhǔn)模式下調(diào)用之前所建立的模板創(chuàng)建懸架模型，并與試驗(yàn)臺和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)裝配后進(jìn)行仿真試驗(yàn)，ADAMS/Car標(biāo)準(zhǔn)模式中建立的裝配模型如圖1所示。

1.2?全地形車控制臂載荷提取

首先在動力學(xué)模型中建立控制臂的Marke點(diǎn)，并建立各連接點(diǎn)力請求，之后選擇制動工況、轉(zhuǎn)向制動工況、沖擊工況三種極限工況，計(jì)算輪胎接地力，將三種極限工況下的各方向力輸入動力學(xué)模型中進(jìn)行靜態(tài)仿真分析，提取各連接點(diǎn)載荷。三種工況下輪胎接地點(diǎn)受力情況如下表1所示。

2?懸架下控制臂有限元模型建立

將建立的懸架下控制臂模型導(dǎo)入到Hyper Mesh中進(jìn)行網(wǎng)格劃分、添加材料以及建立載荷和約束，之后進(jìn)行求解設(shè)置，得出有限元分析結(jié)果。在精度范圍內(nèi)對網(wǎng)格數(shù)量進(jìn)行控制，適當(dāng)減少網(wǎng)格數(shù)量以減少計(jì)算時(shí)間。在應(yīng)力集中的地方將網(wǎng)格密度調(diào)較大，確保求解精度高和計(jì)算結(jié)果的可信度^[3]。本文選擇網(wǎng)格大小為4mm，懸架控制臂材料為35#鋼，材料的屈服極限為315MPa，強(qiáng)度極限為530MPa，通過慣性釋放法對懸架控制臂進(jìn)行有限元分析^[4]。建立的有限元模型如下圖2所示。

3?有限元結(jié)果分析

在車輛運(yùn)動過程中，懸架是隨著車輪的跳動而上下擺動的，受到垂向力，縱向力及側(cè)向力的作用，懸架控制臂在三種極限工況下的應(yīng)力云圖如下圖3、圖4所示。

由圖3左可知，最大應(yīng)力出現(xiàn)在連接桿中間位置，懸架下控制臂在緊急制動工況下的最大應(yīng)力為125.8MPa，小于材料的極限強(qiáng)度，滿足設(shè)計(jì)要求。由圖3右可知，懸架下控制

臂在沖擊工況下的最大應(yīng)力為25.6MPa，遠(yuǎn)小于材料的極限強(qiáng)度。應(yīng)力集中位置為下控制臂外點(diǎn)處，符合實(shí)際。

由圖4可知，在該工況下受到的應(yīng)力最大，轉(zhuǎn)向制動工況下懸架下控制臂受到的最大應(yīng)力為140.1MPa，也小于材料的極限強(qiáng)度，應(yīng)力集中點(diǎn)發(fā)生在下控制臂后連接與中間支撐桿處，符合實(shí)際受力情況。

通過以上分析可知三種極限工況下控制臂的應(yīng)力都小于材料的極限應(yīng)力，設(shè)計(jì)的懸架控制臂滿足設(shè)計(jì)要求。

4?結(jié)論

本文通過建立懸架動力學(xué)模型，根據(jù)三種極限工況下輪胎接地點(diǎn)受力為載荷輸入條件，提取了懸架下控制臂各連接點(diǎn)的載荷作為有限元模型的邊界條件，運(yùn)用慣性釋放法進(jìn)行求解，得出三種極限工況下控制臂應(yīng)力分布。結(jié)果表明三種極限工況下控制臂所受應(yīng)力都小于材料的極限強(qiáng)度，滿足設(shè)計(jì)的要求，為接下來的優(yōu)化和疲勞分析提供參考。

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