汽车悬挂系统的振动模态分析
一、问题描述
一个简单的汽车系统如图1所示，若将其处理成平面系统，可以由车身(梁)、承重、前后支撑组成，汽车悬架振动系统可以简化地看作由以下两个主要运动组成：运动体系在垂直方向的线性运动以及车身质量块的旋转运动，对该系统进行模态分析。模型中的各项参数如表 1 所示，为与文献结果进行比较，这里采用英制单位。
表1 汽车悬架振动模型的参数
（a）问题描述（b）有限元分析模型
图1 汽车悬架振动系统模型
二、有限元建模
1、模型分析
计算模型如图1(b)所示。
这里将车身简化为梁，仅起到连接作用，这里设定不考虑梁的质量对振动性
能的影响，因此需将密度设定为零即可，但在建模时需要输入梁的各种参数(包括材料以及几何参数)，实际上，可以将车身梁的弹性效果通过质量块的垂直运动及旋转运动来等效，质量块的转动惯性矩为2r m I zz ?=，r 取为 4ft ，经计算
ft lb I zz ??=2sec 1600。
可以看出所采用的平面简化模型仅有两个自由度(梁单元由于取密度为零，将仅起连接作用)。
采用 2D 的计算模型，使用梁单元 2-D Elastic Beam Elements (BEAM3)来等效车身，使用弹簧单元Spring-Damper Elements (COMBIN14)来等效车体的前后悬架支撑，使用质量块单元Structural Mass Element (MASS21)来等效车身质量。
2、建模的要点
1) 首先定义分析类型并选取三种单元，输入实常数；
2) 建立对应几何模型，并赋予各单元类型对应各参数值 ；
3) 在后处理中，用命令<*GET >来提取其计算分析结果(频率)；
4) 通过命令<*GET >来提取模态的频率值。
3、建模步骤
1) 进入 ANSYS （设定工作目录和工作文件）
程序 → ANSYS → ANSYS Interactive → Working directory （设置工作目录）→ Initial jobname: Vehicle （设置工作文件名）：→Run → OK
2) 设置计算类型
ANSYS Main Menu ：Preferences … → Structural → OK
3) 定义单元类型
ANSYS Main Menu ：Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete... → Add …→ Beam: 2d elastic 3 → Apply （返回到Library of Element 窗口）→ Combination: Spring-damper 14→ Apply （返回到Library of Element 窗口）→Structural Mass: 3D mass 21→OK （返回到Element Types 窗口）→选择Type 2 COMBIN14 单击Options …→K3 设定为2-D longitudinal →OK （返回到Element Types 窗口） →选择Type 3 MASS21 单击Options …→K3 设定为2-D w rot inert → OK → Close
4) 定义实常数
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Real Constants …→Add/Edit/Delete... →Add …→ 选择 Type 2 COMBIN14 → OK → Real Constants Set No. : 1
（第1 号实常数）, K:2400(前悬架支撑的弹簧系数k1 = 2400) →Ok(返回Real constants窗口) →Add…→选择Type 1 BEAM3 →OK →Real Constants Set No. : 2（第2 号实常数）AREA:10, IZZ:10, HEIGHT:10(梁单元参数，可以为任意值) →Ok →Add…→选择Type 3 MASS21 →OK →Real Constants Set No. : 3 （第3号实常数）, MASS:100，IZZ:1600(质点的实常数) →Ok →Add…→选择Type 1 BEAM3 →OK →Real Constants Set No. : 4（第4号实常数）AREA:10, IZZ:10, HEIGHT:10(梁单元参数，可以为任意值) →Ok →Add…→选择Type 2 COMBIN14 →OK →Real Constants Set No. : 5（第5 号实常数）, K:2600(后悬架支撑的弹簧系数k2 = 2600) →Close (关闭Real Constants 窗口)
5)定义材料参数
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Elastic→Linear →Isotropic →input EX: 4E9, PRXY:0.3(定义泊松比及弹性模量) →OK，Density (定义材料密度) →DENS:0 →OK →关闭材料定义窗口
6)构造车体模型
生成节点
ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Nodes →In Active CS →Node number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，0，0 Apply →同样输入其余4 个节点坐标（最左端为起始点，坐标分别为（0，1，0）、（4.5，1，0）、（10，1，0）、（10，0，0）→OK
生成元素并分配材料类型、实常数
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Elements →Elem Attributes →Type 2 COMBIN14 →OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Elements →Auto Numbered →Thru Nodes →点击1、2号节点，生成第一个单元→OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Elements →Elem Attributes →MAT,1，TYPE,1 Beam3，REAL,2 →OK ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Elements →Auto Numbered →Thru Nodes →点击2、3号节点，生成第二个单元
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Elements →Elem Attributes →Type 3 MASS21 REAL,3 →OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Elements →Auto Numbered →Thru Nodes →点击3号节点，生成第三个单元ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Elements →Elem Attributes →Type 1 BEAM3 REAL,4 →OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Elements →Auto Numbered →Thru Nodes →点击3、4号节点，生成第四个单元ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Elements →Elem Attributes →Type 2 COMBIN14 REAL,5 →OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Elements →Auto Numbered →Thru Nodes →点击4、5号节点，生成第五个单元7)模型加约束
ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →-Structural→Displacement→On Nodes →选取1、5号节点→OK →选择Lab2: UX，UY(施加X、Y方向的位移约束) →Apply→选取3号节点→OK→选择Lab2: UX (施加X方向的位移约束) →OK
三、计算结果分析
1、分析步骤
ANSYS Main Menu: Solution →Analysis Type →New Analysis →Modal→OK
ANSYS Main Menu: Solution →Analysis Options →[MODOPT] Block Lanczos, No. of modes to extract: 5 Expand mode shapes: Ye s, Number of modes to expand:0 →OK →弹出Block Lanczos Method 窗口中：Start Freq：0.001 ，End Freq：100 →OK
ANSYS Main Menu：Solution →Solve →Current LS →OK
2、读取计算结果
ANSYS Main Menu：General Postproc →List Results →Detailed summary（读取模态频率）
3、退出系统
ANSYS Utility Menu：File →Exit →Save Everything →OK
四、结果比较
最后将计算结果与参考文献所给出的解析结果进行比较，见表2。
表2 对比结果
五、完整的命令流
!%%%% [ANSYS算例] %%%%% begin %%%%%
/PREP7 !进入前处理
ANTYPE,MODAL !设定为模态分析
MP,EX,1,4E9 !定义1号材料的弹性模量
MP,DENS,1,0 !定义1号材料的密度，设置为零，则材料对振动不起作用
MP,PRXY,1,0.3 !设定1号材料的泊松比
ET,1,BEAM3 ! 选取单元类型1(梁)
ET,2,COMBIN14,,,2 ! 选取单元类型2(弹簧)
ET,3,MASS21,,,3 ! 选取单元类型3(质量块), 设置KEYOPT(3)=3
R,1,2400 ! 设定实常数No.1，前悬架支撑的弹簧系数k1 = 2400 R,2,10,10,10 ! 设定实常数No.2，梁单元所需要的参数(这里可以设定为一个任意值)
R,3,100,1600 ! 设定实常数No.3，MASS=100, IZZ=1600，当KEYOPT(3)=3 时
R,4,10,10,10 ! 设定实常数No.4，梁参数(任意)
R,5,2600 ! 设定实常数No.5，后悬架支撑的弹簧系数k2= 2600 N,1 ! 生成节点1
N,2,,1 ! 生成节点2
N,3,4.5,1 ! 生成节点3
N,4,10,1 ! 生成节点4
N,5,10 ! 生成节点5
TYPE,2 ! 设定弹簧单元
E,1,2 ! 生成前悬架支撑(弹簧单元)
MAT,1 ! 设定为材料No.1
TYPE,1 ! 设定单元No.1，即梁单元
REAL,2 ! 设定实常数No.2
E,2,3 ! 生成前车体(梁单元)
TYPE,3 ! 设定质量块单元
REAL,3 ! 设定实常数No.3
E,3 ! 生成质量块单元
TYPE,1 ! 设定梁单元
REAL,4 ! 设定实常数No.4
E,3,4 ! 生成后车体(梁单元)
TYPE,2 ! 设定弹簧单元
REAL,5 ! 设定实常数No.5
E,4,5 ! 生成后悬架支撑(弹簧单元)
D,1,UX,,,5,4,UY ! 对节点1以及节点5施加UX以及UY固定的位移约束
D,3,UX ! 对节点3施加UX固定的位移约束
FINISH !结束前处理
/SOLU !进入求解模块
MODOPT,LANB,5,0.001,100 !设定LANB方法求解，可求5阶，频率范围0.001至100
SOLVE !求解
*GET,FREQ1,MODE,1,FREQ !提取第1阶模态共振频率，并赋值给参数FREQ1 *GET,FREQ2,MODE,2,FREQ !提取第2阶模态共振频率，并赋值给参数FREQ2 *STATUS !列出所有参数的内容
!%%%% [ANSYS算例] %%%%% end %%%%%
六、建议与体会
在学习ANSYS过程中遇到的问题及学习体会：
1、往往会搞不清关键点（keypoint）、节点(node)、元素(element)等的意思。关键点不同于节点，关键点往往是为建立一个模型而设的点，如圆弧的圆心、线段的端点等。对于一些简单的构件，可以通过定义材料属性，直接定义节点或元素；但对一些如面、体等模型，节点往往是在建立几何模型后，经过网格划分而成的。如对“面”而言，元素就是划分网格后的四边形或者三角形。
2、在学习时，还要熟悉模型各种线(lines)、面(areas)、体(volumes)、节点(nodes)、元素(elements)等的显示(plot)，显示命令由plot和plotctrl来控制。路径为(Utility Menu>plot，Utility Menu >plotctrl)。在建立模型时，通过两个点建立一条线，但滚动鼠标后可能发现线不见了，此时可以通过Utility Menu>plot>lines来显示线。这些操作在练习过程中可能会经常遇到的。
3、注意保存。建模过程中，往往会出现一些错误或者不可预测的操作，因为不像CAD里一样画错了能后退，所以此时就要save，发现错误之后，点resume 就可以回复到你点save时的那一步操作了。还可以通过file>save as…另存.db文件(注意取个好记的文件名)。
汽车轮毂加工工艺分析 摘要：文章通过对商用车轮毂零件的机加工工艺及路线设计等内容的分析，详细讨论了汽车轮毂从毛坯到成品的机械加工工艺过程，并制定了相应的机械加工工艺规程，对轮毂的加工工艺进行了探讨与分析，以供各位参考。 关键词：汽车轮毂；零件；机加工工艺 近几年来，随着经济的发展，我国的商用车越来越得到更广泛的应用，轮毂作为汽车底盘的一个关键件，汽车在行驶过程中轮毂作旋转运动，内孔装有轴承起到了支撑车辆的作用。轮毂的材质、加工尺寸、形位公关的控制是车辆在使用中所要关注的问题。通过对轮毂的加工工艺进行分析，了解轮毂在尺寸控制方面的关键特性，对我们了解轮毂及使用上具有重要意义。 1零件分析 1.1零件的结构分析 汽车轮毂属盘套类零件（如图1所示），零件的外表面为阶梯带凹槽、加强筋，内表面为阶梯孔，这个属于典型的盘套类零件，同时又具有轴类零件的特征，是以轮毂及上下端为主要加工表面，且有较高的尺寸公差和形位公差要求。 1.2零件的生产纲领及零件的生产类型 在设计制造工艺路线时要考虑汽车轮毂是具有大批量生产的特点，所以要制定合格的工艺路线和合适的设备、刀具、量具、检具，来提高生产效率，降低生产成本，提高经济效益。 2工艺规程设计 2.1制定加工工艺路线 加工工序名称见表1。 本工艺路线的优点在于第3序，轮毂的内外轴承位、油封位、制动鼓安装止口位四者同轴度要求很高，技术要求为：↗0.05，本工艺路线，以工序集中的方式，将四者的形位公差要求在同一次装夹后，一次加工成型，有效减少多次定位引起形位公差误差。其余孔口倒角部份不在此工艺路线中列出。 2.2定位基准的选择 确定加工工艺路线后，选择基准是工艺规程设计中的重要工作，选择正确与合理的基准，可以保证加工质量的一致性，提升加工效率，减少对工人技能水平的依赖。选择合适的基准必须从零件的加工精度、特别是加工表面的相互位置精
1.复习模态分析理论 1.1单自由度系统频响函数（幅频、相频、实频与虚频、品质因子等） 系统的脉冲响应函数h(t)与系统的频响函数H(ω)是一对傅里叶变换对，与系统的传递函数H(s)是一对拉普拉斯变换对。即有： i ()()e d t H h t t ωω-∞ =? -∞ 1i () ( )e d 2π t h t H ωωω -∞ =?-∞ ()()e d 0 st H s h t t -∞ =? 1 i () ( )e d i 2πi st h t H s σωσ+∞=? -∞ 复频率响应的实部 2 1(/)R e [()]22 2 [1(/) ](2/)n H n n ωωωωω ξωω-= -+ 复频率响应的虚部 2/Im [()]22 2 [1(/)](2/) n H n n ξωω ωωω ξωω =- -+ 单自由度系统频响函数的各种表达式及其特征1 (w )2H k m w j k η=-+，对频响函数特征的描述 采用的几种表达式 1）幅频图：幅值与频率之间的关系曲线 2）相频图：相位与频率之间的关系曲线 3）实频图：实部与频率之间的关系曲线 4）虚频图：虚部与频率之间的关系曲线 5）矢端轨迹图（Nyquist 图） 1.2单自由度结构阻尼系统频响函数的各种表达形式 频响函数的基本表达式：11111 ()22222100 H m k k m j k j j ωω ηωωηωη = = ?=? -+-+-Ω+ 频响函数的极坐标表达式：()|()|j H H e ?ωω=，w H （） —幅频特性， a rc ta n 21η?? ? -= ? ? ?-Ω? —相频特性。 频响函数的直角坐标表达式： ()()() R I H H jH ωωω=+， ()() 211()222 1R H k ωη -Ω= ? -Ω+—实频特性， () 1()22 2 1I H k η ωη -=? -Ω+—虚频特性 频响函数的矢量表达式：()()()R I H H ωωω=+H i j 1.3单自由度结构阻尼系统频响函数各种表达式图形及数字特征 幅频特性：1|()|0H k ωη = 固有频率：0D ωω= 阻尼比：00 B A ω ωω ηω ω -?== 相频特性
模态分析中的几个基本概念 物体按照某一阶固有频率振动时，物体上各个点偏离平衡位置的位移是满足一定的比例关系的，可以用一个向量表示，这个就称之为模态。模态这个概念一般是在振动领域所用，你可以初步的理解为振动状态，我们都知道每个物体都具有自己的固有频率，在外力的激励作用下，物体会表现出不同的振动特性。一阶模态是外力的激励频率与物体固有频率相等的时候出现的，此时物体的振动形态叫做一阶振型或主振型；二阶模态是外力的激励频率是物体固有频率的两倍时候出现，此时的振动外形叫做二阶振型，以依次类推。一般来讲，外界激励的频率非常复杂，物体在这种复杂的外界激励下的振动反应是各阶振型的复合。模态是结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。有限元中模态分析的本质是求矩阵的特征值问题，所以“阶数”就是指特征值的个数。将特征值从小到大排列就是阶次。实际的分析对象是无限维的，所以其模态具有无穷阶。但是对于运动起主导作用的只是前面的几阶模态，所以计算时根据需要计算前几阶的。一个物体有很多个固有振动频率（理论上无穷多个），按照从小到大顺序，第一个就叫第一阶固有频率，依次类推。所以模态的阶数就是对应的固有频率的阶数。振型是指体系的一种固有的特性。它与固有频率相对应，即为对应固有频率体系自身振动的形态。每一阶固有频率都对应一种振型。振型与体系实际的振动形态不一定相同。振型对应于频率而言，一个固有频率对应于一个振型。按照频率从低到高的排列，来说第一振型，第二振型等等。此处的振型就是指在该固有频率下结构的振动形态，频率越高则振动周期越小。在实验中，我们就是通过用一定的频率对结构进行激振，观测相应点的位移状况，当观测点的位移达到最大时，此时频率即为固有频率。实际结构的振动形态并不是一个规则的形状，而是各阶振型相叠加的结果。 固有频率也称为自然频率( natural frequency)。物体做自由振动时，其位移随时间按正弦或余弦规律变化，振动的频率与初始条件无关，而仅与系统的固有特性有关（如质量、形状、材质等），称为固有频率，其对应周期称为固有周期。 物体做自由振动时，其位移随时间按正弦规律变化，又称为简谐振动。简谐振动的振幅及初相位与振动的初始条件有关，振动的周期或频率与初始条件无关，而与系统的固有特性有关，称为固有频率或者固有周期。 物体的频率与它的硬度、质量、外形尺寸有关，当其发生形变时，弹力使其恢复。弹力主要与尺寸和硬度有关，质量影响其加速度。同样外形时，硬度高的频率高，质量大的频率低。一个系统的质量分布，内部的弹性以及其他的力学性质决定 模态扩展是为了是结果在后处理器中观察而设置的，原因如下： 求解器的输出内容主要是固有频率，固有频率被写到输出文件Jobname.OUT 及振型文件Jobnmae.MODE 中，输出内容中也可以包含缩减的振型和参与因子表，这取决于对分析选项和输出控制的设置，由于振型现在还没有被写到数据库或结果文件中，因此不能对结果进行后处理，要进行后处理，必须对模态进行扩展。在模态分析中，我们用“扩展”这个词指将振型写入结果文件。也就是说，扩展模态不仅适用于Reduced 模态提取方法得到的缩减振型，而且也适用与其他模态提取方法得到的完整振型。因此，如果想在后处理器中观察振型，必须先扩展模态。谱分析中的模态合并是因为激励谱是其实是由一系列的激励组合成的一个谱，里面的频率不会是只有一个，而不同的激励频率对于结构产生的结果是不一样的，对于结果的贡献也是不一样的，所以要选择模态组合法对模态进行组合，得到最终的响应结果。
模态分析与振动测试技术 固体力学 S0902015 李鹏飞
模态分析与振动测试技术 模态分析的理论基础是在机械阻抗与导纳的概念上发展起来的。近二十多年来，模态分析理论吸取了振动理论、信号分析、数据处理数理统计以及自动控制理论中的有关“营养”，结合自身内容的发展，形成了一套独特的理论，为模态分析及参数识别技术的发展奠定了理论基础。 一、单自由度模态分析 单自由度系统是最基本的振动系统。虽然实际结构均为多自由度系统，但单自由度系统的分析能揭示振动系统很多基本的特性。由于他简单，因此常常作为振动分析的基础。从单自由度系统的分析出发分析系统的频响函数，将使我们便于分析和深刻理解他的基本特性。对于线性的多自由度系统常常可以看成为许多单自由度系统特性的线性叠加。 二、多自由度系统模态分析 对于多自由度系统频响函数数学表达式有很多种，一般可以根据一个实际系统来讨论，给出一种形式；也可根据问题的要求来讨论，给出其他不同的形式。为了课程的紧凑，直接联系本课程的模态分析问题，我们就直接讨论多自由度系统通过频响函数表达形式的模态参数和模态分析。即多自由度系统模态参数与模态分析。 多自由度系统模态分析将主要用矩阵分析方法来进行。 我们以N个自由度的比例阻尼系统作为讨论的对象。然后将所分析的结果推广到其他阻尼形式的系统。 设所研究的系统为N个自由度的定常系统。其运动微分方程为： （2—1） ++= M X CX KX F ?）阶式中M，C，K分别为系统的质量、阻尼及刚度矩阵。均为（N N 矩阵。并且M及K矩阵为实系数对称矩阵，而其中质量矩阵M是正定矩阵，刚度矩阵K对于无刚体运动的约束系统是正定的；对于有刚体运动的自由系统则是半正定的。当阻尼为比例阻尼时，阻尼矩阵C为对称矩阵（上述是解耦条件）。 N?阶矩阵。即 X及F分别为系统的位移响应向量及激励力向量，均为1
第二章理论基础与模型建立 2.1 有限元技术及UG软件 2.1.1 有限元法基本原理 计算机辅助工程CAE(Computer Aid2ed Engineering) 指工程设计中的分析计算与分析仿真, 而有限元法FEM( FiniteElement Method) 是计算机辅助工程CAE中的一种, 另外CAE还包含了边界元法BEM(Boundary Element Method) 和有限差分法FDM( Finite Difference Method) 等。这几种方法各有其优缺点, 各有其应用领域,但有限元法的应用最广。 有限元法是求解数理方程的一种数值计算方法，是将弹性理论、计算数学和计算机软件有机结合在一起的一种数值分析技术，是解决工程实际问题的一种有力的数值计算工具。有限元是一种离散化的数值方法。离散后的单元与单元间只通过节点相联系, 所有力和位移都通过节点进行计算。对每个单元选取适当的插值函数,使得该函数在子域内部、子域分界面上(内部边界) 以及子域与外界分界面(外部边界) 上都满足一定的条件。然后把所有单元的方程组合起来, 就得到了整个结构的方程。求解该方程,就可以得到结构的近似解。离散化是有限元方法的基础。必须依据结构的实际情况,决定单元的类型、数目、形状、大小以及排列方式。这样做的目的是将结构分割成足够小的单元,使得简单位移模型能足够近似地表示精确解【13】。 因次它可以对各种类型的工程和产品的物理力学性能进行分析、模拟、预测、评价和优化,以实现产品技术创新, 故已广泛应用于各种力学、电学、磁学及很多结合学科领域; 同时, 由于它能够处理耦合问题, 使得其有更大的应用前景。你可以从专业的角度理解有限元:包括变分原理、等效积分和加权余量法等, 也可以从直观的意义上理解有限元: 把连续体划分为足够小的单元, 这些单元通过节点和边连接起来,通过选择简单函数(比如线形函数) 来近似表达位移或应力的分布或变化, 从而得到整个连续体物理量的分布和变化【14】。 2.1.2 有限元法分析过程 所谓有限元法（FEA）基本思想是把连续的几何机构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，从而将连续体看作仅在节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量并在每一单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律，再建立用于求解节点未知量的有限元方程组，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题。求解得到节点值后就可以通过设定
各种模态分析方法总结与比较 一、模态分析 模态分析是计算或试验分析固有频率、阻尼比和模态振型这些模态参数的过程。 模态分析的理论经典定义：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。 模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模记分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。 模态分析最终目标是在识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。二、各模态分析方法的总结
（一）单自由度法 一般来说，一个系统的动态响应是它的若干阶模态振型的叠加。但是如果假定在给定的频带内只有一个模态是重要的，那么该模态的参数可以单独确定。以这个假定为根据的模态参数识别方法叫做单自由度(SDOF)法n1。在给定的频带范围内，结构的动态特性的时域表达表示近似为： ()[]}{}{T R R t r Q e t h r ψψλ= 2-1 而频域表示则近似为： ()[]}}{ {()[]2ωλωψψωLR UR j Q j h r t r r r -+-= 2-2 单自由度系统是一种很快速的方法，几乎不需要什么计算时间和计算机内存。 这种单自由度的假定只有当系统的各阶模态能够很好解耦时才是正确的。然而实际情况通常并不是这样的，所以就需要用包含若干模态的模型对测得的数据进行近似，同时识别这些参数的模态，就是所谓的多自由度(MDOF)法。 单自由度算法运算速度很快，几乎不需要什么计算和计算机内存，因此在当前小型二通道或四通道傅立叶分析仪中，都把这种方法做成内置选项。然而随着计算机的发展，内存不断扩大，计算速度越来越快，在大多数实际应用中，单自由度方法已经让位给更加复杂的多自由度方法。 1、峰值检测 峰值检测是一种单自由度方法，它是频域中的模态模型为根据对系统极点进行局部估计(固有频率和阻尼)。峰值检测方法基于这样的事实：在固有频率附近，频响函数通过自己的极值，此时其实部为零(同相部分最
ADAMS软件在汽车前悬架－转向系统 运动学及动力学分析中的应用 尤瑞金 北京吉普汽车有限公司 摘要:本文介绍利用国际上著名的ADAMS软件对工程上多刚体系统进行运动学和动力学分析的 方法,并用这一方法模拟了某货车悬架-转向系统的运动学及动力学特性,研究开发了前、后处理专 用程序，使该软件适用于车辆系 统，并得出了许多具有工程意义的结果。 主题词：汽车总布置－计算机辅助设计县架转向系 一、前言 汽车悬架和转向的动学及动力学分析是汽车总布置设计、运动校核的重要内容之一， 也是研究平顺性、操纵稳定性等汽车性能的基础。由于汽车前悬架一转向系统是比较复杂的空间机构，特别是前独立悬架，一般多设计成主销内倾和后倾，并且控制臂轴也大多倾斜布置。这些就给运动学、动力学分析带来较大困难。过去多用简化条件下的图解法一般的分析计算法进行分析计算。所得的结果误差较大，并且费时费力。近年来，随着计算机技术和计算方法的不断提高，国外研制了IMP、ADAMS及DAMN等很多专用程序，用于车辆运动学及 动力学分析。 本文是在消化吸收引进的ADAMS软件过程中，结合汽车设计，解决运动学及动力学问题，从而提高设计质量。 二、ADAMS软件概述 ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems，即机械系统动力学自动化分析软件包）是由美国机械动力公司开发的。由于该软件采用的比较先进的计算方法，大大地缩短了计算时间，其精确度也相当高，因上，被广泛应用于机械设计的各个领域。 1.ADAMS软件功能如下： 一般ADAMS分析功能如下: （1）可有效地分析三维机构的运动与力。例如可以利用ADAMS来模拟作用在轮胎上的垂直、转向、陀螺效应、牵引与制动、力与力矩；还可应用ADAMS进行整个车辆或悬架系统道路操纵性的研究。 （2）利用ADAMS可模拟大位移的系统。ADAMS很容易处理这种模型的非线性方程， 而且可进行线性近似。 （3）可分析运动学静定（对于非完整的束或速度约束一般情况的零自由度）系统。 （4）对于一个或多外自由度机构，ADAMS可完成某一时间上的静力学分析或某一时 间间隔内的静力学分析。
汽车悬挂系统的振动模态分析 一、问题描述 一个简单的汽车系统如图1所示，若将其处理成平面系统，可以由车身(梁)、承重、前后支撑组成，汽车悬架振动系统可以简化地看作由以下两个主要运动组成：运动体系在垂直方向的线性运动以及车身质量块的旋转运动，对该系统进行模态分析。模型中的各项参数如表 1 所示，为与文献结果进行比较，这里采用英制单位。 表1 汽车悬架振动模型的参数 （a）问题描述（b）有限元分析模型 图1 汽车悬架振动系统模型 二、有限元建模 1、模型分析 计算模型如图1(b)所示。 这里将车身简化为梁，仅起到连接作用，这里设定不考虑梁的质量对振动性
能的影响，因此需将密度设定为零即可，但在建模时需要输入梁的各种参数(包括材料以及几何参数)，实际上，可以将车身梁的弹性效果通过质量块的垂直运动及旋转运动来等效，质量块的转动惯性矩为2r m I zz ?=，r 取为 4ft ，经计算 ft lb I zz ??=2sec 1600。 可以看出所采用的平面简化模型仅有两个自由度(梁单元由于取密度为零，将仅起连接作用)。 采用 2D 的计算模型，使用梁单元 2-D Elastic Beam Elements (BEAM3)来等效车身，使用弹簧单元Spring-Damper Elements (COMBIN14)来等效车体的前后悬架支撑，使用质量块单元Structural Mass Element (MASS21)来等效车身质量。 2、建模的要点 1) 首先定义分析类型并选取三种单元，输入实常数； 2) 建立对应几何模型，并赋予各单元类型对应各参数值 ； 3) 在后处理中，用命令<*GET >来提取其计算分析结果(频率)； 4) 通过命令<*GET >来提取模态的频率值。 3、建模步骤 1) 进入 ANSYS （设定工作目录和工作文件） 程序 → ANSYS → ANSYS Interactive → Working directory （设置工作目录）→ Initial jobname: Vehicle （设置工作文件名）：→Run → OK 2) 设置计算类型 ANSYS Main Menu ：Preferences … → Structural → OK 3) 定义单元类型 ANSYS Main Menu ：Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete... → Add …→ Beam: 2d elastic 3 → Apply （返回到Library of Element 窗口）→ Combination: Spring-damper 14→ Apply （返回到Library of Element 窗口）→Structural Mass: 3D mass 21→OK （返回到Element Types 窗口）→选择Type 2 COMBIN14 单击Options …→K3 设定为2-D longitudinal →OK （返回到Element Types 窗口） →选择Type 3 MASS21 单击Options …→K3 设定为2-D w rot inert → OK → Close 4) 定义实常数 ANSYS Main Menu: Preprocessor → Real Constants …→Add/Edit/Delete... →Add …→ 选择 Type 2 COMBIN14 → OK → Real Constants Set No. : 1
（4）改善驾驶员的“路感”。由于转向盘和转向轮之间无机械连接， 1.2齿轮齿条式转向器概述 1.2.1齿轮齿条式转向器结构与工作原理 齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。 图1-1 1.转向横拉杆 2.防尘套 3.球头座 4.转向齿条 5.转向器壳体 6.调整螺塞 7.压紧弹簧 8.锁紧螺母9.压块10.万向节11.转向齿轮轴12.向心球轴承13.滚针轴承 两端输出的齿轮齿条式转向器如图1-1所示，作为传动副主动件的转向齿轮轴11通过轴承12和13安装在转向器壳体5中，其上端通过花键与万向节叉10和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条4水平布置，两端通过球头座3与转向横拉杆1相连。弹簧7通过压块9将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺塞6调整。当转动转向盘时，转向器齿轮11转动，使与之啮合的齿条4沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。 中间输出的齿轮齿条式转向器如图1-2所示，其结构与工作原理与两端输出的齿轮齿
条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓6与左右转向横拉杆7相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。 图1-2 1.万向节叉 2.转向齿轮轴 3.调整螺母 4.向心球轴承 5.滚针轴承 6.固定螺栓 7.转向横拉杆 8.转向器壳体 9.防尘套10.转向齿条11.调整螺塞12.锁紧螺母13.压紧弹簧14.压块 1.2.2齿轮齿条式转向器功能特点 (1)构造筒单,结构轻巧。由于齿轮箱小,齿条本身具有传动杆系的作用,因此,它不需耍循环球式转向器上所使用的拉杆(2)因齿轮和齿条直接啮合,操纵灵敏性非常高。(3)滑动和转动阻力小,转矩传递性能较好,因此,转向力非常轻。(4)转向机构总成完全封闭,可免于维护。 1.3液压助力转向器概述 兼用驾驶员体力和发动机(或电机)的动力为转向能源的转向系统，它是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。其中属于转向加力装置的部件是： 转向油泵5、转向油管4、转向油罐6以与位于整体式转向器10内部的转向控制阀与转向动力缸等。
本科学生毕业设计 汽车轮毂的结构与模具设计 院系名称：汽车与交通工程学院 专业班级：车辆工程 07-9班 学生姓名：顾立鹏 指导教师：王国田 职称：实验师 黑龙江工程学院
二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree The Structure of Automobile hub With Mold design Candidate：Gu Lipeng Specialty：Vehicle Engineering Class：07-9 Supervisor：Experimental division. Wang Guotian Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin
摘要 本文以汽车轮毂为研究对象，基于产品研究开发的一般流程，制定了产品结构设计、工艺方案设计、模具设计的技术路线。借助CAD等工具，对汽车轮毂结构设计与性能分析、并对模具造型、铸造工艺等进行了设计。 首先介绍了我国轮毂模具的现状、发展趋势及我国模具发展的新技术，其次围绕轿车轮毂模具进行设计，针对轮毂的结构特点，确定模具的型腔数目、分型面以及脱模机构。汽车轮毂的成型工艺方法较多，以挤压铸造生产轮毂的工艺方法现今多处于研究阶段。本文根据挤压铸造的工艺特点，对汽车轮毂挤压铸造模具设计进行了分析总结，并对模具型腔进行了结构设计，查阅模具设计手册，完成模具的总体设计。同时充分利用计算机绘图软件对零件进行设计, 利用Pro/E对零件进行三维造型, 并实现零件的三维装配和模具设计。通过本次设计，对模具整个设计过程有了较好的了解。 关键词：模具；镁合金；汽车轮毂；挤压铸造；模具设计；低压铸造
振 动 与 冲 击 第20卷第2期 JOURNA L OF VI BRATION AND SHOCK V ol.20N o.22001 工程应用 车辆系统振动的理论模态分析 Ξ 陶泽光 李润方 林腾蛟 (重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆 400044) 摘 要 将车体和转向架看成弹性体,采用有限元方法,建立用空间梁单元描述的具有50个自由度的车辆系统力 学模型,并以客车为例研究其垂向振动的固有特性,所得结果既反映系统动力学性能,又为动态响应计算和分析打下基础。 关键词:车辆动力学,模态分析,有限元法中图分类号:TH132.41 0 引 言 高速铁路运输以快速、节能、经济、安全和污染小 等优势,在与高速公路和航空等运输形式的竞争中迅速发展起来。列车运行速度的提高给机车车辆提出了许多新要求,带来了新的课题,如大的牵引动力、大的制动功率、剧烈的横向动力作用和更加明显的垂向越轨动力作用、复杂的高速气流、振动和噪声等。其中,振动和噪声是高速列车一个非常重要的问题,它既关系到高速列车运行的安全性,又关系到列车高速运行时的乘坐舒适度。 车辆系统是由车体、转向架构架、轮对,通过悬挂 元件联接起来的机械系统。通常,把车体及装载、转 向架构架及安装部件、轮对及装备视为刚体,作为刚体动力学系统,研究其动力特性[1,2],这方面的技术已比较成熟,有商品化的通用软件可供使用[3]。 本文将车体和转向架看成弹性体,采用有限元法,建立了用六自由度节点空间梁单元描述的车辆系统动力学模型,由于包括车辆的浮沉、点头垂向振动,车辆的横摆、侧滚和摇头横向振动的研究。在建立车辆系统离散化模型的基础上,计算车辆垂向振动的各阶固有频率和振型,为车辆系统的动态响应计算和分析打下基础 。 图1 车辆振动系统的有限元模型 1 车辆的动力学模型 将车辆振动系统简化为图1所示的分析模型,即 由车体、转向架和轮对通过弹簧与阻尼器连接起来的振动系统。其中,将车体和转向架看成空间弹性梁,每 Ξ西南交通大学牵引动力国家重点实验室开放课题基金资助项目 收稿日期:2000-10-10 修改稿收到日期:2000-11-20 第一作者 陶泽光 男,博士,副教授1963年12月生
1.复习振动理论 1.1单自由度系统响应 只有一个自由度的振动系统，称为单自由度振动系统，简称单自由度系统。 1.1.1单自由度系统自由响应 a ）有阻尼： 220 (0)00ξωω?++==x x x n n x 0,(0)0 +==mx kx x x (0)00ω+==x x n x 02x 0a n ωx mx cx kx f ++=()x t X ω=-2x x x n n ξωωω++=周期：g(t)是周期为T 的周期函数，满足(1)在[-T/2，T/2]上连续或只有有限个一类间断点；(2)只有有限个极值。则g (t )可在[-T /2，T /2]上展成傅立叶级数 ()(cos sin ) 000 g t a p t b p t p p p ωω∞ =+∑=。最终得到，i i 00()Re[e ]e 0p t p t g t A d p p p p ωω∞∞= =∑∑==-∞ 。 非周期：脉冲函数(δ函数)，当t=τ 时的单位脉冲力()0 ()d 1 t t t t δττ δτ-=≠? ??∞ -=???-∞，F(t)在t=τ连续， 则有()()d ()F t t t F δττ∞-=?-∞，脉冲力?()()F t F t δτ=-。由于??()d F t t F δτ∞-=?-∞，得?()e sin 0 t F n x t t t d m d ξωωω-= >。
2.预习模态分析理论 2.1单自由度系统频响函数（幅频、相频、实频与虚频、品质因子等） 系统的脉冲响应函数h(t)与系统的频响函数H(ω)是一对傅里叶变换对，与系统的传递函数H(s)是一对拉普拉斯变换对。即有： i ()()e d t H h t t ωω-∞=?-∞ 1i () ()e d 2π t h t H ωωω-∞ =?-∞ ()()e d 0 st H s h t t -∞=? 1i ()()e d i 2πi st h t H s σωσ+∞ = ? -∞ 复频率响应的实部 2 1(/)Re[()]222 [1(/)](2/)n H n n ωωωωωξωω-= -+ 复频率响应的虚部 2/Im[()][1(/)](2/)n H n n ξωωωωωξωω=- -+ 单自由度系统频响函数的各种表达式及其特征1 (w)2H k mw j k η=-+，对频响函数特征的描述 采用的几种表达式 1）幅频图：幅值与频率之间的关系曲线 2）相频图：相位与频率之间的关系曲线 3）实频图：实部与频率之间的关系曲线 4）虚频图：虚部与频率之间的关系曲线 5）矢端轨迹图（Nyquist 图） 2.2机械阻抗与表达式图形及数字特征 幅频图： 相频图： 实频图：虚频图：
倡 ２０１３年１１月第１９卷第４期 安庆师范学院学报（自然科学版） ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｑｉｎｇＴｅａｃｈｅｒｓＣｏｌｌｅｇｅ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） Ｎｏｖ．２０１３ Ｖｏｌ．１９Ｎｏ．４ 网络出版时间：２０１３－１２－１９２０：１６ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３４．１１５０．Ｎ．２０１３１２１９．２０１６．０２１．ｈｔｍｌ汽车轮毂冲击的ＣＡＥ与实验分析 闫胜昝１，童水光２，朱训明３ （１．安庆师范学院计算机与信息学院，安徽安庆２４６１３３；２．浙江大学工业技术研究院，浙江杭州３１００２７； ３．万丰奥特集团，浙江新昌３１２５００） 摘 要：针对汽车车轮冲击试验，通过动态响应有限元分析，确定车轮结构中的最大应力及危险位置，并通过实验应力分析，利用动态电阻应变仪等，测定并计算车轮结构中关键点的应力响应，利用ＭＡＴＬＡＢ计算并绘制ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力响应曲线。通过对比有限元分析与实测结果，提出修正系数，对有限元分析模型进行修正，该结果可用于企业的车轮设计，提高产品结构设计的一次合格率。 关键词：冲击试验；ＣＡＥ分析；动态响应；实验应力分析；动态电阻应变仪 中图分类号：Ｕ４６３．３４，Ｏ３１３，Ｏ３４８文献标识码：Ａ文章编号：１００７－４２６０（２０１３）０４－００７６－０３ 汽车车轮作为关键的汽车零部件之一，直接影响汽车的安全性，而安全性也是汽车设计的第一要求。汽车行驶中车轮高速转动，介于地面和汽车所有其他部件之间，承载着汽车、乘客等重力载荷，还有可能承受由于加速、减速和转弯等带来的附加载荷，车轮结构设计不仅要考虑美观，而且还要考虑可铸性，最重要的是要能够承受其应承受的载荷，才具使用性和安全性。因此，在车轮结构设计中，首先要使其满足强度要求，一般在车轮批量生产之前，必须通过冲击试验、径向滚动疲劳试验和弯曲疲劳试验。即便是在批量生产之前进行试验可避免大批量的报废，要得到试验用车轮仍需付出高昂代价，从车轮设计、模具设计、模具开制、上模具、小批生产、下模具，无论是时间还是成本，都是一个不小的支出。而小批量生产的车轮又不能保证必然通过试验，就有可能会造成更大的时间和成本的浪费。随着ＦＥＡ技术的不断成熟和广泛应用，借助ＣＡＥ在车轮的设计之初，对其进行针对三个性能试验的分析计算，将有助于缩短新产品开发周期、降低新产品开发成本。因此，利用ＣＡＥ对车轮结构进行强度分析、寿命预测，从而优化设计就成为新产品开发的必要条件［１］。对车轮结构性能试验有限元分析方法的研究成为热点之一。在受力模型较简单的疲劳试验中，在掌握材料的Ｎ－Ｓ曲线后，疲劳寿命的预测是可行的［２，３］。而在冲击试验中存在复杂的冲撞问题，结构模型还包含轮胎，是复杂的非线性问题，小西晴之等人在车轮的冲击强度上做过部分研究［４］。本文主要通过对车轮冲击试验的有限元分析，利用动态响应的分析方法，分析车轮结构中的危险位置及最大应力等情况，并用实验应力分析方法对车轮冲击试验中的应力进行测量，再通过实验结果与分析结果的比较，提出对有限元分析模型的修正系数，从而可用车轮冲击试验有限元分析指导新产品设计，缩短其开发周期。 １ 有限元分析模型 １．１冲击试验 根据ＧＢ／Ｔ１５７０４－１９９５标准，将装有轮胎的车轮固定在试验装置上，施加一个冲击力，冲击后检查，轮辐无目测可见的穿透裂纹，轮辐不能从轮辋上分离，轮胎气压不会在６０ｓ内漏尽，才表明车轮通过冲击试验。摩托车车轮主要需进行９０°冲击试验，而汽车车轮主要是进行１３°冲击试验，将车轮安装在一个与水平地面成１３°角的安装盘上，重锤质量根据车轮最大静载荷的０．６倍加１８０ｋｇ计算得到，下落高度固定为（２３０±２）ｍｍ， 倡收稿日期：２０１３－０７－０３ 作者简介：闫胜昝，女，河北辛集人，博士，安庆师范学院计算机与信息学院讲师，主要专业方向为机械ＣＡＤ／ＣＡＥ、模拟仿真、计算机技术应用。
何为助力转向? 所谓助力转向，是指借助外力，使驾驶者用更少的力就能完成转向。起初 应用于一些大型车上，不用那么费力就能够轻松地完成转向。现在已经广泛应用于各种车型上，使得驾驶更加轻松、敏捷，一定程度上提高了驾驶安全性。助力转向按动力的来源可分为液压助力和电动助力两种。机械式液压助力转向......................................................2电子式液压助力转向......................................................4电动助力转向..................................................................5随速可变助力转向是怎样的?........................................7何为可变转向比转向系统(主动转向系统)？ (8) ● 更多技术频道的相关文章.......................................10、管路敷设技术于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。
目录 1.绪论 (2) 1.1CATIA软件介绍 (2) 1.2ANSYS软件介绍 (2) 1.3本次课程设计的主要内容及目的 (3) 2.轮毂的建模 (3) 2.1汽车轮毂规格系列 (3) 2.2轮毂建模 (6) 3. 从CATIA导入A NSYS.............................................................................................................. 错误！未定义书签。 3.1将轮毂*.CATP ART格式零件模型导入ANSYS12.0 ..................................................... 错误！未定义书签。 3.2将导入模型生成实体............................................................................................................ 错误！未定义书签。 4. A NSYS模态分析.......................................................................................................................... 错误！未定义书签。 4.1参数设定 (12) 4.2网格划分.................................................................................................................................. 错误！未定义书签。 4.2模态分析及图形显示............................................................................................................ 错误！未定义书签。结束语.. (32) 1课程设计的主要工作 (32) 2课程设计中存在的不足 (32) 参考文献 (33) I
汽车电动助力转向系统EPS原理详解 1、综述 电动助力转向系统EPS(electricPowersteering)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统,与传统的液压助力转向系统 HPS(hydraulicpowersteering)相比,EPS系统具有很多优点：仅在需要转向时才启动电机产生助力,能减少发动机燃油消耗；能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力向系的扰动，改善汽车的转向特性,提高汽车的主动安全性；没有液压回路,调整和检测更容易,装配自动化程度更高,且可通过设置不同的程序，快速与不同车型匹配,缩短生产和开发周期；不存在漏油问题,减小对环境的污染。 EPS系统是未来动力转向系统的一个发展趋势。 图1 EPS结构图 如图1所示，EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成。通过传感器探测司机在转向操作时方向盘产生的扭矩或转角的大小和方向，并将所需信息转化成数字信号输入控制单元,再由控制单元对这些信号进行运算后得到一个与行驶工况相适应的力矩,最后发出指令驱动电动机工作，电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力。因此扭矩传感器是EPS系统中最重要的器件之一。扭矩传感器的种类有很多，主要有电位计式扭矩传感器、金属电阻应变片的扭矩传感器、非接触式扭矩传感器等，随技术的进步将会有精度更高、成本更低的传感器出现。 2、电位计式扭矩传感器
电位计式扭矩传感器主要可以分为旋臂式、双级行星齿轮式、扭杆式。其中扭杆式测量结构简单、可靠性能相对比较高，在早期应用比较多。 2.1EPS中扭杆式扭矩传感器的结构、原理 扭杆式扭矩传感器主要由扭杆弹簧、转角-位移变换器、电位计组成。扭杆弹簧主要作用是检测司机作用在方向盘上的扭矩，并将其转化成相应的转角值。转角-位移变换器是一对螺旋机构，将扭杆弹簧两端的相对转角转化为滑动套的轴向位移，由刚球、螺旋槽和滑块组成。滑块相对于输入轴可以在螺旋方向上移动，同时滑块通过一个销安装到输出轴上，可以相对于输出轴在垂直方向上移动。因此，当输入轴相对于输出轴转动时，滑块按照输入轴的旋转方向和相对于输出轴的旋转量，垂直移动。当转动方向盘的时候，钮矩被传递到扭力杆，输入轴相对于输出轴方向出现偏差。该偏差是滑块出现移动，这些轴方向的移动转化为电位计的杠杆旋转角度，滑动触点在电阻线上的移动使电位计的电阻值随之变化，电阻的变化通过电位计转化为电压。这样扭矩信号就转化为了电压信号。 2.２扭杆式扭矩传感器的设计 扭杆是整个扭杆扭矩传感器的重要部件，因而扭杆式扭矩传感器的设计关键是扭杆的设计。扭杆通过细齿形渐开线花键和方向盘轴连接，另外的一端通过径向销（直径D）与转向输出轴连接，基本结构如图2所示。 图2 圆柱截面扭杆结构图 图2 圆柱截面扭杆结构图 扭杆细齿形渐开线花键端部结构外直径 d0=(1.15~1.25)d,长度L=（0.5~0.7）d，为了避免过大的应力集中，采用过度圆角时，半径R= （3~5）d，扭杆的有效长度为l，d为扭杆有效长度的直径。 扭杆的扭转刚度k是扭杆的一个重要的物理量，可以参照下面的公式计算。 当其受到扭矩Ｔ的时候，其扭转的切应力τ和变形角φ分别为： 其扭转刚度为： 其中d-扭杆直径，有效长度，Ip惯性矩，Zi抗扭截面系数
技术研发TECHNOLOGY AND MARKET Vol.24, No.12,2017 汽车轮毂加工工艺分析 杨龙 (中信戴卡股份有限公司，河北秦皇岛066000) 摘要:主要探讨汽车轮毂的加工工艺，并提出汽车轮毂的常见加工方法与轮毂的常见参数。旨在说明汽车轮毂加工的 重要性，掌握轮毂加工工艺和相关参数，才能制造出更加合适的轮毂。 关键词：汽车轮毂&加工&工艺 doi：10. 3969/j.issn.1006 -8554.2017. 11. 137 〇引言 汽车是人们最常见的交通工具，在日常生活和工作中得到 了十分广泛的应用。轮毂是汽车的主要部件，在汽车行驶的过 程中起到有力的支撑作用。轮毂制造一直是汽车行业的重点，其材料选择、尺寸、行位公关的控制是需要重点关注的问题。在工业生产中，轮毂是重要的基础零件，加工能力将反映到工 业水平和现状。目前，轮毂的直径可以精确到1 55,传输功 率、转速都很高。笔者主要分析轮毂的加工工艺，这对于我们 使用和了解轮毂具有很重要的参考价值。 1零件分析 汽车轮毂零件外表面是阶梯带凹槽、加强筋，内表面是阶 梯孔，属于盘套类零件，兼具轴类零件特点。在设计制造时，由于轮毂都是大批量生产，因此，要确定合格的工艺路线与设备，从而提高生产效率，降低生产成本。 2工艺规程设计 1%加工工艺路线设定。关于汽车轮毂的加工工艺设计步 骤可分为以下几个步骤:①粗车大头各端面加工设计。②粗车 小头的各个端面和精车轮辋安装止口及平面设计。③精车内 外轴承位、油封、制动鼓安装位。④钻孔和攻牙部分加工与设 计。⑤钻孔与铰孔加工与设计;检验和人库设计。第三步骤的 技术要求较高。 2%定位基准的选择。在汽车轮毂设计中，定位基准的选择 很重要。只有基准定位准确，合理，才能确保轮毂加工的质量。轮毂是大批量生产的零件，只有保证加工质量一致性，才能进 一步提高效率和产品的合格率。基准的定位和选择需要结合 加工零件精度和相互位置精度综合考虑，从而确保定位准确，减少误差的产生。定位基准一要统一，二要确保重合。 3汽车端面至尺寸工序设计 1%加工工具选择。该工序是轮毂设计路线中的第三道工 序。主要使用的设备有立式数控车床、刀具、刀片。选择加工 道具时，需要仔细斟酌和考虑，从而制定出详细的规划，结合轴 承孔位采取的工具类型，避免刀尖长度不足导致的轴承位加工 不完善。此外，还要考虑到刀杆强度是否符合要求，避免因强 度不足而影响加工精度和加工尺寸。因此，选择刀具时最好选 择高强度金属材料的刀杆，就可以确保加工质量。 2%程序设计。进行程序编制时需要避免道具与工件接触，重点关注轴承孔位，避免出现不必要的质量问题。虽然选择了 合适的刀具，但还是要注意刀杆经过零件中心时很有可能会与 零件接触、碰撞，在快速进行相关刀具操作的程序方面不能急 功近利，要逐一进行调试，这样就可以有效避免刀具与零件相 碰所产生的质量问题。 4钻孔 刀具和机床的选择需要查阅《机械制造工艺设计简明手册》，结合手册所规定的钻削深度选择合适的钻床。关于切削 用量则参考《切削用量简明手册》。同时，在该手册中还可以查 到钻孔时轴向上力，根据立式机床的说明书，进给机构强度的 最大轴向力需要保持在一定的范围内。切削速度可参考该手 册，选择相应的铸铁硬度和切削速度修正系数。 5轮毂加工的方法 这里主要以铝合金轮毂为例，其制造方法主要有重力铸 造、锻造、低压精密铸造。①重力铸造法。重力铸造法主要是 利用重力将铝合金溶液浇筑到模具内，通过机床的处理后，就 可以形成相应的零件。重力铸造法工艺并不是很精密，而且容 易操作，成本低，制造效率高，不过，也容易形成零件质量缺陷，比如零件表面有气泡、比较粗糙等等。②锻造法。锻造法主要 是将整个铝锭在压力机的作用下利用模具将其挤压成型，比重 力铸造法制造的轮毂质量要好。表面更加光滑，密度均匀，质 量轻便，具有很高的强度。利用锻造法进行铝合金轮毂生产需 要设备性能优良，制造成本高，成品率在50% ~ 60%之间。③ 低压精密铸造法。低压精密铸造法是利用低压进行铝合金轮 毂制造，是三种方法中最先进的。成品率高，表面平整光滑，铸 件质量更加轻便，密度均匀，美观大方，质量缺陷少，对于提升 铝合金轮毂质量具有很重要的作用。 6轮毂主要参数 小小轮毂包含了许多参数，这些参数如果不注意，就可能 会影响汽车的性能和正常驾驶，在轮毂加工和养护的时候要高 度重视这些参数。①尺寸主要指的是轮毂直径。如果轮毂的 尺寸较大，轮胎扁平比高，那么就可以在汽车上感受到良好的 张力，提高车辆操控的稳定性，但是油耗会随之增加。②轮毂 宽度大小会影响到轮胎选择，尽管尺寸可能相同，但如果宽度 不同，轮胎的扁平比与宽度就会有所不同。③P C D又叫节圆直 径，主要指的是轮毂中央的固定螺栓间的直径。通常，轮毂的 空位一般有5个螺栓或者4个螺栓。P C D是轮毂的重要参数，该参数合适，就可以提高汽车驾驶的稳定性和安全性。④偏距 又可以称之为E T值，主要指的是轮毂中间螺丝固定座与整个 轮圈中心点的差值。⑤中心孔指的是轮毂中心和轮毂同心圆 位置，轮毂的尺寸将影响到轮毂安装，以及其中心孔是否能做 到同步吻合。 7结语 汽车轮毂作为汽车的重要组成部分，其加工工艺的好坏将 直接影响到汽车的使用和性能。了解汽车轮毂加工工艺和主 要的加工技术，有助于加工出更加合适的轮毂，满足汽车的 需求。 参考文献： [1]郭志斌.汽车铝合金轮毂模具及数控加工工艺设计[J]. 黑龙江科技信息，2013(25):56. 220