基于Pro/E的后平衡懸架系統運動分析

楊銀輝，范學瓊，趙化剛，上官望義

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

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基于Pro/E的后平衡懸架系統運動分析

楊銀輝，范學瓊，趙化剛，上官望義

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

摘 要：建立鋼板彈簧的參數化模型，利用Pro/E機構模塊模擬不同工況時后平衡懸架運動，實現了對懸架系統的設計優化，輸出的運動包絡和軌跡曲線為其他周邊零部件輸出設計邊界。該運動校核方法，為懸架系統的優化設計提供一種便利的途徑，節省了設計開發周期，也為其他系統的提供設計參考。

關鍵詞：Pro/E鋼板彈簧；平衡懸架；運動分析；校核

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.023

CLC NO.: U463.8Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-66-04

前言

平衡懸架廣泛應用于重型汽車上，它提高了重型汽車特別是重型工程汽車輪胎的接地性，保證了各種工況下兩橋或多橋之間載荷的均衡性。但目前的分析手段還大部分是經驗法或簡單計算，再進行裝配驗證、改進，分析手段落后，無法滿足現代汽車新產品開發速度，基于此，以某車型后平衡懸架為例，運用Pro/E機構模塊進行了輔助分析，縮短了后平衡懸架的開發周期，提高了產品質量，并可為汽車設計工程師提供設計參考。

1、鋼板彈簧的參數化建模

本文運用Pro/E Wildfire5.0中的機構進行運動分析，為了能更好的模擬車輛零負載、滿載、極限載荷等各種工況時對其他零件的影響，首先需將鋼板彈簧進行參數化建模，建模分為以下幾步：

（1）將鋼板彈簧近似為一拋物線，建立曲線方程如以下公式。

x= L*cos(t*180)

y= H- h*x*x/(s*s)

其中：L—鋼板彈簧長度；H—鋼板彈簧中間部位與兩端接觸點高度差；h—鋼板彈簧弧高；s—鋼板彈簧作用長度半長；t—常量（0～1）。

（2）創建布局，建立鋼板彈簧示意及板簧參數表，如圖1。

（3）申明布局，將步驟（2）與步驟（1）關聯，如圖2。

（4）在步驟（1）曲線基礎上建立鋼板彈簧實體模型，如圖3。

圖3　鋼板彈簧模型

2、系統組成及裝配

后平衡懸架主要由車架、平衡軸、平衡軸殼、軸承、鋼板彈簧、上推力桿、下推力桿及橋組成，運動過程時，鋼板彈簧與平衡軸緊固為一體繞平衡軸轉動，同時鋼板彈簧分別在中、后橋接觸滑動，為便于機構分析，將平衡軸殼、軸承、鋼板彈簧用騎馬螺栓緊固為一分裝總成，系統簡化后共7個構件，各構件的連接類型及自由度見表1。

按照表1所列，進行后平衡懸架裝配，機構中引入特殊連接，即在中、后橋與鋼板彈簧接觸部位增加凸輪連接，系統共11個3級運動副、2個4級運動副，系統自由度為1，裝配完后的模型如圖4。

表1　平衡懸架系統連接類型及自由度

圖4　平衡懸架三維裝配示意

3、運動分析

3.1 運動仿真

進入Pro/E機構運動分析模塊，選擇“平衡軸殼及鋼板彈簧分裝總成”的銷釘連接為伺服電動機的運動軸，輪廓設置為余弦曲線，參照后懸架的跳動極限將模擬振幅為設置為8.7°，2個運動周期，具體如圖5所示。

圖5　伺服電動機的設置

圖6　運動仿真

針對此運動機構，選取當前位置作為分析起點，設定運動時間為30 s，幀頻為10幀／s，電動機恰好完成2個周期的運動。隨后將運動仿真的分析結果保存起來，以便于分析后懸架各元件運動規律。分析仿真設置如圖6。

3.2 懸架運動校核

分析仿真完成后，在機構工具的動畫中點擊回放按鈕，產生如圖7所示的動畫，可進行后懸架的動態校核，分別校核鋼板彈簧零負載、空載和滿載工況時懸架運動過程中周邊間隙，如存在零件之間干涉問題，再修改零件數模。

圖7　機構運動動畫

3.3 運動軌跡、包絡

選擇菜單命令的插入︱軌跡曲線，彈出圖8所示，選取橋中心點、推力桿球頭中心點、滑板接觸點等，生成某一零件的運動軌跡曲線；選取運動回放的包絡按鈕，如選取下推力桿為包絡元件，生成的包絡圖形如圖9，校核其他相關系統時，可調入包絡模型進行進一步分析。

圖8　運動軌跡

圖9　運動包絡

3.4 推力桿球銷扭轉角校核

推力桿球銷初始角設計不合理，均會導致推力桿球銷損壞，理論上，為保證零部件的通用性，在設計滿載工作過程，推力桿球頭可以不設計預扭角度，極限位置時不超過許用角度就可以，該車型的后平衡懸架的上、下推力桿許用扭轉角行程為±22°，根據表2、表3校核數據分析，上推力桿極限行程滿足許用角度，下推力桿在零負載工況時下極限位置最大扭轉角度為27.1°，不符合設計要求，為此，綜合裝配、球銷的壽命等因素，下推桿設計球銷初始角度為10.5°，極限行程及工作行程均在許用要求范圍。

表2　上推力桿球銷扭轉角校核

表3　下推力桿球銷扭轉角校核

3.5 傳動軸空間運動分析

圖10　傳動軸三維模型

由于后平衡懸架的運動，會影響到中、后橋間傳動軸的空間運動，如傳動軸夾角及布置不合理，引起整車傳動噪聲、抖動和傳動軸十字軸失效、貫通軸損壞等問題，為此，在平衡懸架模型基礎上，裝配橋間傳動軸的模型，可進一步校核傳動軸的空間布置合理性，如圖10。

表4　傳動軸伸縮量及極限夾角

根據該車型傳動軸設計規范要求，橋間傳動軸的最大伸縮量小于110mm，傳動軸的極限夾角小于35°，結合表4傳動軸最小伸縮量為30mm，最大伸縮量為72mm，最大極限夾角為27.1°，均滿足設計標準要求。

4、結束語

通過Pro/E機構模塊對某車型的后平衡懸架及傳動軸的空間位置進行運動仿真、校核、包絡，實現了對懸架系統的設計優化，并可為其他周邊零部件輸出設計邊界。該運動校核方法，為懸架系統的優化設計提供一種便利的途徑，節省了設計開發周期，也可用于汽車其他系統的設計。

參考文獻

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[2] 卜凡龍.基于Pro/E的懸架運動校核方法研究[J].汽車零部件，2015(8) 31～35．

[3] 陳耀明.汽車懸架論文集.蘇州大學出版社[D],2012.

[4] 周培顯. 基于PROE曲柄滑塊機構的運動仿真及分析[J].新技術新工藝，2012（2）26～28.

中圖分類號：U463.8

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)04-66-04

作者簡介：楊銀輝，碩士研究生，就職于陜西重型汽車有限公司。主要從事商用車底盤懸架系統設計。

Motion Analysis of the Rear Balanced Suspension Based on Pro／E

Yang Yinhui, Fan Xueqiong, Zhao Huagang, Shangguan Wangyi
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co. Ltd, Shaanxi Xi’an 710200）

Abstract:After the establishment of balanced suspension movement leaf spring parametric model, using Pro/E agency module to simulate different operating conditions, the realization of the suspension system design optimization, motion and trajectory envelope curve of the output of other peripheral components output design border. The movement verification method for the optimal design of the suspension system provides a convenient way to save the design development cycle, but also for other systems to provide design.

Key words:Pro/E Leaf spring Balanced; suspension; Motion analysis; Check