32t卡车梯形转向机构运动学仿真及设计资料(共22页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上32t卡车梯形转向机构运动学仿真及设计摘 要 本文以32t卡车转向连杆机构为研究对象，利用机械优化设计的结果，在MSC.ADAMS环境下建立其虚拟样机，通过考察不可控干扰因素对机构铰接点位置的影响，从稳健设计的角度验证并优化整个转向机构。目 录第一章 转向机构模型与设计参数1.1 转向机构方案选择 通过对32t卡车考察和研究，选择采用多杆式转向连杆机构，如图1所示。 图1 转向杆系模型1.2 汽车转向机构优化设计图2 转向机构数学模型转向机构数学模型见图2。模型建立时采用ISO坐标制，即以前轮轮心连线与汽车纵向对称面的交点为坐标原点，图中A，B，C，D，E和F处都为球

2、副，和为铰接点，转向机构呈对称分布，由于转向轮定位参数的存在，转向杆系的运动实质为一空间机构运动，依据多刚体系统运动学的相关理论，建立转向连杆机构的空间运动模型，将各转向杆的长度以及相互的夹角作为设计变量，以内外轮转角关系的特性曲线与理论。Ackerman转向曲线的偏差最小作为目标函数，利用序列二次规划法求取转向机构的优化设计参数。设分别为内、外转向车轮的转角，K为两主销中心线延长线到地面交点之间的距离；L为汽车轴距。若要保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，如图3所示，则梯形机构应保证内、外转向车轮的转角关系为。 若自变角为，则因变角的期望值为:。第二章 转向机构建模2.1 设置工作栅格2.2

3、 创建设计点点击ADAMS/View中零件库的点（Point）,选择“Add to Ground”和“Dont Attach”，在工作窗口中创建14个设计点，它们的名称和位置见图3。图3 设计点的位置点击“确定”，完成如下：2.3 创建转向机构（1）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的连杆（Link），选择“New Part”,定义连杆的宽度为4cm,选择设计点“Point_1”和“Point_3”,创建右转向节臂，并重命名为“.veer.Rzhuanxiangjiebi”。（2）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的连杆（Link），选择“New Part”,定义连杆的宽度

4、为4cm,选择设计点“Point_3”和“Point_7”,创建右转向直拉杆，并重命名为“.veer.Rzhuanxiangzhilagan”。（3）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的连杆（Link），选择“New Part”,定义连杆的宽度为4cm,选择设计点“Point_2”和“Point_4”,创建左转向节臂，并重命名为“.veer.Lzhuanxiangjiebi”。（4）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的连杆（Link），选择“New Part”,定义连杆的宽度为4cm,选择设计点“Point_4”和“Point_8”,创建左转向直拉杆，并重命名为“.veer

5、.Lzhuanxiangzhilagan”。（5）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的连杆（Link），选择“New Part”,定义连杆的宽度为4cm,选择设计点“Point_9”和“Point_10”,创建转向横拉杆，并重命名为“.veer.zhuanxianghenglagan”。（6）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的平板（Plate），选择“New Part”,选择设计点“Point_7”、 “Point_11”、“Point_5”和“Point_9”创建右转向摇臂,并重命名为“.veer.Rzhuanxiangyaobi”。（7）点击ADAMS/View中“物

6、体”-“实体”的平板（Plate），选择“New Part”,选择设计点“Point_8”、 “Point_12”、“Point_6”和“Point_10”,创建左转向摇臂，并重命名为“.veer.Lzhuanxiangyaobi”。（8）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的圆柱（Cylinder），选择“New Part”,定义圆柱体的的径向厚度为40cm,半径为50cm，选择设计点“Point_3”和“Point_4”,创建右侧车轮，重命名为“.veer.Rchelun”。用同样的方法创建左侧车轮，并重新命名为“.veer.Lchelun”。（9）点击ADAMS/View中“物体

7、”-“实体”的圆柱（Cylinder），选择“New Part”,定义圆柱的半径为3cm，选择设计点“Point_13”和“Point_11”,创建右油缸，并重命名为“.veer.yougang1”。（10）点击ADAMS/View中“物体”-“实体”的圆柱（Cylinder），选择“New Part”,定义圆柱的半径为3cm，选择设计点“Point_14”和“Point_12”,创建左油缸，并重命名为“.veer.yougang2”。（油缸模型可不建）。 图4为转向机构的模型： 图4 转向机构的模型2.4 创建旋转副 点击ADAMS/View中连接中的的旋转副（Revolute Joint）

8、,设置旋转副的选项改为图5所示。然后选择右转向节臂和车身（Ground）为参考物体，选择设计点“Point_1”为旋转副的位置点，创建旋转副，并重命名为“.veer.Rjiebi_gro”如图6所示。 图5 图 6用同样的方法，选择左转向节臂和车身（Ground）为参考物体，选择设计点“Point_2”为旋转副的位置点，创建旋转副，并重命名为“.veer.Ljiebi_gro”。选择右侧转向摇臂和车身（Ground）为参考物体，选择设计点“Point_5”为旋转副的位置点，创建旋转副，并重命名为“.veer.Ryaobi_gro”。选择左侧转向摇臂和车身（Ground）为参考物体，选择设计点“

9、Point_6”为旋转副的位置点，创建旋转副，并重命名为“.veer.Lyaobi_gro”。2.5 创建球副点击ADAMS/View中运动副的球副（Spherical Joint）,设置旋转副的选项为“2 Bod-1 Loc”和“Normal To Grid”,如图7所示。然后选择右转向节臂和右侧直拉杆为参考物体，选择设计点“Point_3”为球副的位置点，创建球副，并重命名为“.veer.Rjiebi_lagan”如图8所示。 图7 设置球副选项 图8 创建球副同样的方法，选择左转向节臂和左侧直拉杆为参考物体，选择设计点“Point_4”为球副的位置点，创建球副，并重命名为“.veer.L

10、jiebi_lagan”。选择右侧转向摇臂和右侧直拉杆为参考物体，选择设计点“Point_7”为球副的位置点，创建球副，并重命名为“.veer.Rzhilagan_yaobi”。选择左侧转向摇臂和左侧直拉杆为参考物体，选择设计点“Point_8”为球副的位置点，创建球副，并重命名为“.veer.Lzhilagan_yaobi”。 选择右侧转向摇臂和转向横拉杆为参考物体，选择设计点“Point_9”为球副的位置点，创建球副，并重命名为“.veer.Rhenglag_yaobi”。 选择左侧转向摇臂和转向横拉杆为参考物体，选择设计点“Point_10”为球副的位置点，创建球副，并重命名为“.vee

11、r.Lhenglag_yaobi”。2.6 创建固定副 点击ADAMS/View中运动副的固定副（Fixed Joint）,设置固定副的选项为“2 Bod-1 Loc”和“Normal To Grid”,如图9所示，然后选择右转向节臂和车轮为参考物体，选择设计点“Point_1”为固定副的位置点，创建固定副，并重命名为“.veer.Rjiebi_chelun”如图10所示。 图9 设置固定副选项 图10 创建固定副同样的方法，选择左转向节臂和左侧车轮为参考物体，选择设计点“Point_2”为固定副的位置点，创建固定副，并重命名为“.veer.Ljiebi_chelun”。2.7 添加驱动点击A

12、DAMS/View中驱动中的运动副驱动-旋转驱动（Rotational Joint Motion）,设置旋转驱动的选项为“40”，如下图11。选择设计点“Point_2”为旋转驱动的位置点，创建旋转驱动，如图12所示： 图11 设置转动驱动选项 图12 创建转动驱动模型、约束和驱动都加上之后的状况如图13所示 图13 转向机构模型约束设置 在ADAMS/View的主工具箱中，选择仿真运行交互仿真，设置终止时间为0.5，工作步为100。然后点击开始按钮，进行仿真。观察转向机构模型的运动仿真情况，如下图14所示。图14 转向机构模型仿真效果第三章 测量外侧车轮转角偏差在ADAMS/View菜单栏中

13、，选择设计探索测量中的，创建内轮转角的测量函数。选择“高级”，在测量名称中输入:“.zhuanxiangjigou.wai_ANGLE_1”，选取“开始中间最后”标记点依次为：“MARKER_6”、“MARKER_5”、“MARKER_1”。同样的方法，创建外轮转角的测量函数，测量名称中输入:“.zhuanxiangjigou.nei_ANGLE_1”，标记点依次为：“MARKER_5”、“MARKER_1”、“MARKER_2”。进行一次仿真，设置终止时间为0.8，工作步数为100。测得内外轮转角变化如图15：图15 内外轮转角变化在ADAMS/View菜单栏中，选择设计探索测量中的 ,创建

14、新的测量函数。外轮转角理论值为：（轴距L=3650mm，转向轮主销距离K=2376mm）在函数编辑器对话窗中的测量名称（Measure Name）栏输入：.zhuanxiangjigou.wailunzhuanjiaopiancha,一般属性（General Attributes）的单位（Units）栏中选择“angle”,借助于函数编辑器提供的基本函数，编辑外轮转角偏差的函数表达式：abs(ATAN(TAN(abs(.zhuanxiangjigou.nei_ANGLE_1)*PI/180)*3650/(3650+2376*TAN(abs(.zhuanxiangjigou.nei_ANGLE_

15、1)*PI/180 )-abs(.zhuanxiangjigou.wai_ANGLE_1*pi/180)。式中nei_ANGLE_1是zhuanxiangjigou中的内轮转角，wai_ANGLE_1是zhuanxiangjigou中的外轮转角。输入的函数表达式如图16所示，按“OK”，创建外轮转角偏差的测量函数。图16 外轮转角偏差函数编辑进行一次仿真，设置终止时间为0.8，工作步数为100。测得外轮转角偏差的变化曲线，如图17所示。图17 外轮转角偏差的变化曲线第四章 模型参数化及误差分析4.1 将设计点参数化 将光标放置在设计点“Point_1”处，按鼠标右键，选择“Modify”，系统

16、弹出列表编辑器，选择设计点“Point_3”的X坐标，在列表编辑器顶部的输入窗中，按鼠标右键，选择Parameterize Create Design Variable Real，将设计点“Point_3”的X坐标设为变量DV_5。各变量设置如图18所示。图18 点坐标编辑器X(Point_3)= -X(Point_4) =DV_5 X(Point_5)=-X(Point_6)=DV_6Y(Point_5)=Y(Point_6)=Y(Point_7)=Y(Point_8)=DV_7 X(Point_7)=-X(Point_8)=DV_8X(Point_9)=-X(Point_10)=DV_9

17、Y(Point_9)=Y(Point_10)=DV_10通过以上步骤，对受设计点参数化影响的转向横拉杆、转向梯形臂、转向节臂的长度和油缸的大小进行了参数化。4.2 创建各变量变化后的目标函数曲线以初定的外轮转角偏差变化曲线基础，在Table Editor中将DV_1改为“811+100”和“811-100”（811为DV_1的初定值），并分别在原变化曲线图表内画出上述情况下的目标曲线。六个变量参数进行同上操作，如下所示，（第一条曲线为变量DV初始值，,第二条曲线为变量DV初始值+100，第三条曲线为变量DV初始值-100。）和对外侧车轮转向误差的影响和对外侧车轮转向误差的影响 、和对外侧车轮转

18、向误差的影响 和对外侧车轮转向误差的影响 和对外侧车轮转向误差的影响 和对外侧车轮转向误差的影响4.3 保存模型在ADAMS/View的“File”菜单中，选择“Save Datebase”命令，保存转向机构模型。通过上述对六个变量的误差分析，得知DV_3、DV_4、DV_5、DV_6四个变量对目标函数的影响较大。第五章 转向机构模型优化设计为了使目标函数转向误差尽可能小，我们使用ADAMS/Insight工具。在使用insight进行优化前，需要建立优化目标。优化目标有两种：测量目标对象，本次优化选择目标对象。打开“仿真目标函数新建”测量选取之前的转向误差测量函数。 在ADAMS/View菜

19、单栏中，选择Simulation ADAMS/Insight Export ,创建新的优化试验。在ADAMS/Insight Export的试验名称栏（Experiment）中输入“zhuanxiangjigou_youhua”,按“OK”，创建转向机构试验平台，如图19所示。图19 ADAMS/Insight选取优化变量：在左侧列表中选择 zhuanxiangjigou_youhua Factors Candidates zhuanxiangjigou DV_5 ,在DV_5变量属性设置里的Tolerance中输入5，选项Monte Carlo Distribution中选择“Normal”

20、，按“Apply”，完成对DV_5的属性设置。其余变量进行相同操作，然后选中六个变量，点击ADAMS/Insight工具栏中的（Promote to inclusion），将六个变量上移至inclusions中。选取优化目标：在左侧列表中选择zhuanxiangjigou_youhu Responses Candidates zhuanxiangjigou OBJECTIVE_1 , 点击ADAMS/Insight工具栏中的（Promote to inclusion），将目标1上移至inclusions中。 分析设置：在左侧列表中选择 zhuanxiangjigou_youhu Design

21、Specification , 选项Investigation Strategy中选择“Variation-Monte Carlo”,选项Model中选择“Linear”，在Number of Runs栏中输入30。点击“Apply”。分析空间生成：点击ADAMS/Insight工具栏中的（Generate Work Space），生成30组不同的仿真变量值，如图20所示。图20 分析空间生成仿真结果如图21所示：图21 仿真结果 分析结果保存，分析计算完毕，通过菜单Simulation | ADAMS/Isight | Display，打开分析文件查看对话框如图所示，修改分析文件名为“zhu

22、anxiangjigou”，按结果生成按钮，再按结果保存按钮，把分析结果保存为html格式。然后打开所保存的html文件查看结果。选中Effect，查看各优化变量对目标变量的影响的敏感度。敏感度大的优化变量对目标变量影响越明显，为进一步进行优化的重要对象。最后，选择目标函数转向误差最小的第22组作为最优组，其各项变量参数值为最终设计结果导入模型中，进行模拟仿真，画出目标函数曲线，并与初始曲线画在一副图表中，如图22。图22 外轮转向误差初始设计与优化结果的对比 图中实线为初始设计，虚线为优化结果。综上所述，通过优化设计所得的各项参数变量代入转向机构模型当中，可以得到更加良好的外轮转向偏差，大大提高车辆的转向性能。专心-专注-专业