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底盘与悬挂系统



底盘设计


从整车的组成看,底盘作为整车组成的三大部分之一,是整车动力性、经济性、安全性、可靠性等性能的基础;从车身设计制造的角度来看,必须选用与其紧密匹配的底盘和发动机才能发挥其整体优势。因此,底盘在整车的设计中具有举足轻重的地位。


车架强度分析及优化


就载荷性质而言,车架所受到的主要载荷为弯曲、侧向载荷和纵向载荷等。弯曲载荷是由车架自身质量和外加质量产生的载荷,外加质量包括乘车人员和货物的质量、底盘各总成及发动机质量等。侧向载荷是由汽车转向时离心力产生作用的载荷,纵向载荷是由于汽车加速、制动时的惯性力作用产生的载荷。ANSYS 软件能够快速准确的计算应力,提高底盘设计效率,避免设计缺陷及设计更改费用。



左:几何模型    右:网格模型



车身骨架有限元模型



纵向应力分布



悬挂系统


悬挂系统是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称,其功能是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩,并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力,并衰减由此引起的震动,以保证汽车平顺行驶。悬挂系统应有的功能是支持车身,改善乘坐的感觉,不同的悬挂设置会使驾驶者有不同的驾驶感受。外表看似简单的悬挂系统综合多种作用力, 决定着汽车的稳定性、舒适性和安全性,是现代汽车十分关键的部件之一。


某公司悬挂系统运动学及强度分析


利用ANSYS分析系统中各零部件(如减震器、摆臂等)的强度刚度、疲劳寿命、优化等问题。



汽车悬挂刚强度分析



左:后悬挂的柔体动力学分析    右:悬架弹簧分析



转向系统


改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统(steering system)。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要,因此汽车转向系统的零件都称为保安件。


转向系统零部件强度分析


运用ANSYS优化设计模块对转向系统的各零部件结构优化设计研究。以减轻重量为目标函数,以满足强度、刚度、频率等条件和几何边界条件为约束条件,选取几何尺寸、坐标作为设计变量进行各零部件的结构形状优化。



汽车转向系统



转向系统零部件结构仿真分析



轮胎轮毂


汽车工业的发展对轮胎提出更高的要求,从而在轮胎的分析设计过程中,需要充分考虑其节能、安全和舒适性指标,这当中包含了丰富而广泛的内容。轮胎受力分析、生热分析、寿命分析、排水性能、包容性、抓地性能、侧偏特性、高速模态特性等都是现代轮胎分析设计需要考虑的指标。
  

轮毂是汽车上最重要的安全零件之一,轮毂的质量和可靠性不但关系到车辆和物资的安全性,还影响到车辆在行驶中的平稳性、操纵性、舒适性等性能,这就要求轮毂动平衡好、疲劳强度高、有好的刚度和弹性、尺寸和形状精度高、质量轻等。在汽车轮毂批量生产之前,必须通过冲击试验、径向滚动疲劳试验和弯曲疲劳试验,通过试验可避免大批量的产品报废。借助CAE工具可在轮毂设计之初,对轮毂的弯曲疲劳寿命、径向疲劳寿命、冲击强度进行可靠的预测,为轮毂产品的设计开发人员提供重要的设计依据,缩短开发周期。
  

轮胎的材料组成非常复杂,利用ANSYS的复合材料分析功能、橡胶材料分析功能可以分析各型轮胎的力学特性。轮毂的受力复杂而恶劣,ANSYS带接触的静动力学分析能力可以对其连带轮胎一起进行受力分析和优化设计。



ANSYS分析结果:轮胎承压分析



ANSYS分析:轮胎滑动性能分析



ANSYS分析:轮毂冲击分析


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