用Pro/ENGINEER软件进行汽车平衡悬架机构分析

本文介绍了Pro/ENGINEER Wildfire 2.0软件在6×6越野车的后平衡悬架机构设计分析中的运用。通过对机构建立合理的实体数值模型，运用Mechanism模块对机构模型进行三维动态仿真分析，模拟分析了汽车平衡悬架的各种实际运动工况。

悬架是汽车的运动部件，也是汽车的重要总成之一，其参数的选取和导向机构的布置对车辆的平顺性、稳定性、通过性及燃料经济性等多种使用性能都有重要的影响。由于越野车行驶条件大多比较恶劣，具有较为复杂多变的工况。如果采用传统的二维平面设计方法，在虚拟仿真时将很难对悬架系统的各种工况进行准确的分析校核。而运用Pro/ENGINEER软件实现对悬架系统的三维参数化驱动布置设计，我们可以充分发挥三维参数化模型直观、准确、快速的优势。

一、创建悬架机构的运动模型

在模型建立前，我们需要先确定悬架机构的各个参数，并建立合理的数值模型，方便后期对模型参数驱动的优化处理。只要正确建立了模型，其他问题也就迎刃而解。

悬架机构的主要零部件有中桥、后桥、悬架支架、贯通轴、中间传动轴、钢板弹簧和钢板弹簧座、以及纵向推力杆等。通过钢板弹簧座与悬架支架的销钉连接、钢板弹簧与中后桥的滑动连接、推力杆两端与桥和悬架支架的销钉连接、以及中后桥间的传动轴连接等，可以实现平衡悬架的轴间载荷平衡功能。

在建立简化的数值模型时，应首先创建基准点、基准轴和基准面等，以实现模型的精确定位与连接。其中钢板弹簧应采用参数关系化来建模，这样建模的好处是可以通过变更模型的弧高参数，来模拟实现车辆在不同载荷工况下悬架的变形。推力杆可以简化为直杆，构成平行四边形连接。各零部件的相互连接处简化为一轴线，并通过合理的装配连接，来满足实际约束要求，这里不再赘述。本文以东风EQ2200越野汽车的悬架系统设计校核为例，简化模型如图1所示。

图1 悬架机构的简化模型

二、分析悬架机构运动模型

建立好的悬架机构运动模型通过加载板簧座与悬架支架之间的运动来驱动，并通过对板簧弧高的更改，来模拟悬架模型在不同载荷下的工况。一般应针对悬架的极限状态进行分析。车辆悬架的极限状态大致分为以下四种状态：

1．中后桥在同一水平面上；

2．中桥跳动至极限时后桥下落；

3．后桥跳动至极限时中桥桥下落；

4．中后桥同时下落。

我们可以通过在Mechanism模块中编辑分析定义来创建各种运动分析。车辆重载时、钢板弹簧压平且中桥向上跳动时悬架的状态如图2所示。

图2 车辆重载、钢板弹簧压平且中桥向上跳动时悬架的状态

接下来对中桥向上跳动的工况进行分析，在分析时要考虑整车姿态角、中后桥的跳动量、传动轴的角度和伸缩量及其与贯通轴的间隙等参数，这些参数会随着工况的不同而产生变化，且参数之间相互关联。现以图2所示工况为例进行分析。在“测量”对话框中分别定义以上需要分析的参数。参数如下：

A2——传动轴与中桥法兰的夹角；

A3——传动轴与后桥法兰的夹角；

A5——板簧与水平面的夹角；

L1——中桥至车架下翼面的距离；

L2——后桥至车架下翼面的距离；

L5——传动轴至贯通轴的距离；

L6——传动轴的长度。

在“测量结果”对话框中分别对以上各个参数进行“时间与测量”的分析，以找出其对时间的敏感度。然后确定对A2优先考虑，并在“测量结果”对话框中对A2与其他各个参数进行“测量与测量”的分析，分析结构图形如图3所示，这里可以通过对数据的对比分析和对零部件模型的相关数值随时进行修改，来保证机构的实际工况要求。

图3 分析结构图形

对各个工况进行图形分析后，最终可以确定：传动轴与桥法兰间最大夹角为45°时的极限状态，发生在悬架中桥上跳后桥自由下落时的工况，此时的传动轴拉伸最长。通过对极限状态下的图形数据分析后得出，工程人员在设计时应由L1、L2确定中后桥限位装置的尺寸，由L5确定贯通轴的位置，并且由L6的变化量确定传动轴的长度。

三、结论

合理运用三维设计软件的动态仿真技术，可以使设计工作更为直观、准确和快速。从而提高企业的设计效率，减轻技术人员的劳动强度，缩短产品的设计周期。而且在采用参数化驱动后，设计人员可以反复修改零部件的形位参数，使变形产品的系列化设计更为快捷高效，从而适应市场的快速变化。