PDF《基于 solidThinking Inspire 的推杆式》

Altair2014 技术大会论文集

1 基于 solidThinking Inspire 的推杆式 悬架摇臂的设计 The Design of Bellcrank of Push-rod Type Suspension Based on solidThinking Inspire 曾文豪 (华南农业大学工程学院、广州、510642) 摘要:利用 solidThinking Inspire 软件,对产品进行初期的概念设计,可有效减少整个设 计流程的周期.

本文介绍了该软件在推杆式悬架摇臂设计中的应用,通过拓扑优化原理,在 保证一定强度的情况下,对其进行轻量化的优化设计.最后分析表明,其设计的减重效果明 显,且具有较高刚度的结构. 关键词:solidThinking Inspire 概念设计 轻量化 摇臂 Abstruct:By applying the solidThinking Inspire software to the initial conceptual design of product,it can reduce the cycle of the whole design process effectively. The paper introduces the application of the software in the design of push-rod type suspension's bellcrank. In a certain strength, it would be designed for the lightweight goal through the principle of topology optimization. The final analysis shows that the effect of weight loss is obvious with high strength structure. Key words: solidThinking Inspire, conceptual design, lightweight, bellcrank

1 引言 在设计初期若能充分考虑结构的受力情况,并进行能满足一定刚度或强度的结构设计, 这一方面将能减少在 CAD 设计和 CAE 分析之间反复进行的设计周期,另一方面也能在初 期获得最佳的拓扑结构 [1] . Altair 公司的 solidThinking Inspire 软件正是应用于初期的概念设 计,并利用 OptiStruct 求解器,以方便简易的操作方法受到广大设计师的认同. 本文以设计一辆中国大学生方程式赛车为例,运用 solidThinking Inspire 软件对其推杆 式悬架的摇臂(也有称之为摇杆或换向器的,本文为不引起误解,统一称摇臂)进行初期概 念设计,目的是获得最优的轻量化方案和良好的强度.摇臂有部分质量属于簧下质量,减轻 簧下质量有利于改善赛车的动态响应,增加轮胎的接地性指数 [2] ,提高操纵稳定性,同时对 于降低整车质量有一定的贡献,有利于提高赛车的加速性能. Altair2014 技术大会论文集

2 2 摇臂简介与初步模型建立 推杆式悬架一般用在赛 车上,在一些超级跑车上 也有应用到,其中的零件摇 臂是一个改变机构受力方 向的构件,将车轮上收到的 垂直力通过推杆传递给减 震器和弹簧,箭头为受力传 递路线. 图1摇臂的机构原理 摇臂主要有四个安装孔,分别为与车架、 减震 器、推杆、横向稳定杆的铰接孔,而其铰接孔 和弹 簧及推杆的角度决定了悬架的传递比,在已定 的传 递比情况下可确定其安装孔的几何关系,如图

2 所示. 图2安装孔几何关系 图3摇臂初始模型与受力图 图3为摇臂初始的模型,开始在四个铰接孔连线之间填充满材料,减少形状上的限制, 这样可给予软件充分的优化空间, 得到更佳的拓扑结构. 同时其基本受力点和方向也在图中 标示,在摇臂的转动中会影响其受力方向,而摇臂转动角度并不大,这里以其静止时的角度 进行分析,对结果影响不大.

3 工况分析 根据摇臂的受力特性,这里将赛车分为四类行驶工况,对其进行相应的受力分析,并设 Altair2014 技术大会论文集

3 减震器对摇臂的反力为 ,推杆的反力为 ,横向稳定杆反力为 . (1)赛车在静止状态或匀速直线行驶,根据整车重量和摇臂的杠杆比可求的减震器反 力,.(2)在减速或者加速工况下,车子前后轴荷会发生转移,从而对摇臂的受力产生变化, 由于两种情况产生的影响类似,这里只对制动时进行分析,并设制动强度 Z=0.8.根据相关 条件和公式 [3] 求的 , . (3)在转弯工况下,左右轮的载荷也会发生转移 [3] ,同时横向稳定杆起作用了,进而 影响摇臂的受力.本设计拟定左转弯时对摇臂的受力进行分析,其中选定侧向加速度为 1.2g, 横向稳定杆两端的位移为 62mm, 最后得出 , , [4] . (4)在转弯和减速的联合工况下,在这两种情况下摇臂所受到的力将更加大,由于力 的可叠加性,可在前面已分析的基础上,叠加上各部分力即可.由于在制动和左转向时右前 轮所受到的力最大,则这里只分析右前轮.得出 , , .