重载车辆两轴连杆转向机构的刚柔耦合分析与仿真

论文摘要

重载车辆与其他运输车辆相比有一些显著特点：经济效益好,功率大,强度高等。为保障重载车辆良好的转向性能,必须对这些特点及由此引发的问题进行专门的研究。对于载货车惯常采用的转向系统结构,大的转角设计很容易造成转向轮与周边部件干涉及转向机构卡死、左右转向不对称等后果。本文针对的是一种重载车辆新型转向机构：中心臂六杆转向机构进行了分析研究,该转向机构是针对梯形机构大转角处容易出现死点的不足提出的,该机构能够满足重载车辆的转向大转角要求；与传统的转向机构相比较,简化了纵向传递机构形式。由于汽车的操纵稳定性是影响汽车高速安全性的重要因素。因此,如何设计高速汽车的操纵稳定性成为目前汽车行业普遍关心的问题。本文还着重研究了直接影响汽车操纵稳定性的关键部件,即转向传动机构的优化设计和动力学分析。主要工作如下：虚拟样机技术和多体动力学的理论分析,整体把握了解虚拟样机技术,重点研究了虚拟样机ADAMS的建模、仿真及刚柔耦合。分析了多体动力学理论,其中重点研究了柔性体模态集成法和集成有限元模型的多体理论。二、在充分理解转向结构的基础上,对已设计完成的重载车辆新型转向机构,建立了空间分析模型,应用虚拟样机技术联合有限元软件对中心臂六杆转向机构进行了刚柔耦合分析。对比仿真结果,确定了设计的转向机构存在的问题并加以改进。三、运用优化设计理论,对转向系统空间杆系进行了目标优化设计,从而最大程度地提高车辆的操纵稳定性。利用MATLAB编写程序对转向传动系统进行了优化,对原有模型存在的问题进行了分析和改进。四、对转向机构的杆件进行了详细的运动学和动力学分析,得出了全面的动态约束方程。利用Simulink仿真工具,对基本的杆件建立了仿真模型,并进行仿真,求解出了杆件所受的载荷。通过上述分析和研究,实现了对重载车辆两轴连杆转向机构的刚柔耦合分析,解决了该转向设计过程中遇到的关键问题；同时本文研究成果也可以对以后相关课题的研究有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题的研究状况
• 1.2.1 多轴转向机构的相关国内外研究现状
• 1.2.2 刚柔耦合多体系统动力学研究现状
• 1.2.3 多体系统动力学在汽车动力学研究中的应用
• 1.3 本课题的研究对象、意义及内容
• 1.3.1 本课题的研究对象
• 1.3.2 本课题的意义
• 1.3.3 主要内容
• 2 虚拟样机技术和多体系统动力学
• 2.1 引言
• 2.2 虚拟样机技术
• 2.2.1 虚拟样机技术概述
• 2.2.2 虚拟样机技术的优点
• 2.2.3 虚拟样机技术的应用
• 2.2.4 虚拟样机技术的国内外现状
• 2.3 ADAMS软件
• 2.3.1 ADAMS软件的特点
• 2.3.2 ADAMS软件主要模块
• 2.4 多体系统动力学基础理论
• 2.4.1 多体系统动力学研究概述
• 2.4.2 多体动力学模型
• 2.4.3 多体动力学理论
• 2.5 多刚体系统动力学
• 2.6 多柔体系统动力学理论基础
• 2.6.1 离散化方法
• 2.6.2 模态集成法
• 2.6.3 集成有限元模型的多体理论分析
• 2.6.4 柔性多体动力学方程的建立
• 2.7 多体动力学理论在ADAMS软件中的运用
• 2.8 本章小结
• 3 刚柔耦合转向机构仿真模型的建立及仿真分析
• 3.1 新型转向机构的模型的验证
• 3.1.1 转向机构模型
• 3.1.2 转向性能对比分析
• 3.2 ADAMS/FLEX中的柔性体
• 3.3 柔性体部件模型的建立
• 3.3.1 模态综合法的简介
• 3.3.2 模态中性文件的生成
• 3.3.3 连杆的柔性体模型
• 3.4 系统动力学模型
• 3.4.1 轮胎的受力
• R'>3.4.2 转向轮的转向阻力矩M_R
• 3.5 仿真及结果分析
• 3.7 本章小结
• 4 双轴转向机构数学模型的建立及优化
• 4.1 双轴转向机构的设计
• 4.1.1 基本转向理论
• 4.1.2 设计方法选取
• 4.1.3 双轴转向机构的数学模型的建立
• 4.2 双轴转向机构的优化
• 4.2.1 机构优化设计理论
• 4.2.2 双轴转向机构优化分析
• 4.3 基于MATLAB的总体模型求解
• 4.3.1 MATLAB简介
• 4.3.2 MATLAB优化工具箱的简介
• 4.3.3 应用MATLAB优化函数求解整体数学模型
• 4.3.4 求解结果
• 4.4 本章小结
• 5 中心臂六杆转向机构的MATLAB软件仿真
• 5.1 基本连杆机构的仿真
• 5.1.1 机构的运动学仿真
• 5.1.2 机构的动力学仿真
• 5.1.3 MATLAB中的Simulink仿真
• 5.2 转向机构的动力学分析
• 5.2.1 AB杆的MATLAB运动学仿真模块
• 5.2.2 RRRⅡ级杆组运动学仿真模块
• 5.2.3 6RⅢ级杆组的运动学仿真模块
• 5.2.4 AB杆的动力学仿真模块
• 5.2.5 RRRⅡ级杆组动力学仿真模块
• 5.2.6 6RⅢ级杆组的动力学仿真模块
• 5.3 中心臂六杆转向机构MATLAB动力学仿真
• 5.3.1 中心臂六杆转向机构
• 5.3.2 中心臂六杆转向机构MATLAB仿真模型
• 5.3.3 中心臂转向机构MATLAB仿真结果
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者硕士期间发表论文