SolidWorks悬架分析.pdf
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1、白 皮 书 汽车悬架分析SolidWorks Corporation 目录简介 1 汽车悬架的作用 2运动分析 2使用 COSMOSMotion 执行运动分析 3真实案例 4-5将载荷导出至 COSMOSWorks 6-7使用 COSMOSMotion API 自动执行分析 7COSMOS COSMOS 汽车悬架分析第 1 页COSMOSMotion 是一个可以对任何机械装置进行运动研究的模拟软件包。运动研究就是模拟并分析机械装配体和机械装置的运动。运动研究分两种类型；一种是运动学研究，另一种是动力学研究。运动学研究运动，不考虑引发运动的力；而动力学则研究在力的作用下产生的运动。运动学模拟显示
2、了装配体中的所有零件在运动周期中的每个时刻所处的物理位置。动力学模拟显示了运动副反作用力和惯性力。本白皮书主要介绍了使用 COSMOSMotion 执行汽车悬架分析，以及汽车设计人员如何使用 COSMOSMotion 模拟软件包优化他们的悬架设计。COSMOSMotion 是一款理想的模拟工具，能对任何机械装置执行动力学和运动学分析。机械装置是由多个刚性零部件组成的装配体，其中每个零部件都有一定的自由度。本白皮书还介绍了设计工程师可以如何将 COSMOSMotion 用于实时机械装置（如汽车悬架），以及怎样在获得满意的结果的同时又做到节省宝贵的时间和资金。下面的图 1 显示了 CSUN For
3、mula SAE 2005-2006 赛车的前、后悬架，加州州立大学(CSUN)的学生使用 COSMOSMotion 和 COSMOSWorks 对其执行了动力学分析，并参加了 2006 年 6 月在 Fontana 举办的西部竞赛，与其他学校角逐。简介图 1CSUN Formula SAE 赛车悬架COSMOS 汽车悬架分析汽车悬架的作用悬架是一个由弹簧、减震器和连杆构成的系统，用于将车身与车轮连接起来。悬架系统起着双重作用：帮助执行汽车的操纵和制动以实现驾驶安全和驾驶乐趣，同时保证乘车者的舒适感并有效隔离路面噪音、颠簸和振动。悬架系统是用于支撑重量、吸收和减轻路面震动的装配体，可帮助保证轮
4、胎与地面的接触以及车轮与底盘的适当关系。汽车行驶时不光是车轮旋转。在车轮旋转时，悬架系统处于动态平衡状态，一直在根据不断变化的行驶条件进行补偿和调节。有几种力会影响汽车轮胎与路面间的接触。汽车动力学主要研究这些力及其对运动中的汽车产生的作用。路面隔离是指车身能够为乘车者吸收或隔离路面震动；隔离震动的程度受悬架系统及其零部件状况的制约。良好的悬架系统能使汽车在凹凸不平的路面上行驶时保持车身相对平稳。悬架设计将影响汽车的驾驶。因此，在制造之前对汽车悬架零部件进行分析是非常重要的。必须对汽车悬架执行动力学分析，以分析悬架的零部件，看它们在最坏的情况下性能如何。运动分析在对任何机械装置执行动力学和运动
5、学分析时，传统做法是准备数据、求解算法（其中包括解联立方程式），然后分析结果。但对于复杂的机械装置，如下面图 2.中所示的汽车悬架，用“人工”方式解运动的动力学方程式需要进行大量计算，即使借助微机处理的电子表格，也需要几小时的时间才能得出结果并绘制出图表。当然，使用软件开发一个程序来解运动的动力学方程式是一种可行办法，但是如果任何零部件的几何形状改变，就需要重新修改整个程序。通过使用 COSMOSMotion 模拟软件，设计工程师能够成功地解决运动分析中的这些问题。汽车悬架的作用/运动分析网格化第 2 页使用 COSMOSMotion 执行运动分析COSMOSMotion 是一个用于分析和优化
6、机械装置的模拟软件包，嵌入在 SolidWorks 界面中。它使工程师能够为机械系统建立 3D 模型作为“虚拟的样机”，并且能够计算出运动学和动力学结果，如加速度、运动副反作用力和惯性力。COSMOSMotion 有助于减少产品开发过程中所需的物理样机数量。此外，工程师将能够提高产品的效率，并且可以消除由于制造过程后期的设计更改而追加的成本。COSMOSMotion 减少了代价高昂的设计更改迭代，从而加快了整个过程。它使工程师能够设计和模拟运动中的装配体，以便您能够在制造物理样机之前找出并纠正设计错误。它还可以计算载荷，便于您在结构分析中定义载荷情形。运动数据，如力、加速度、速度、运动副的精确
7、位置或几何体上的点，都可以使用 COSMOSMotion 提取。运动产生的力尤其重要，因为它们可以用作 COSMOSWorks 环境中每个成员的 FEA（有限元分析）载荷。通常，使用一个周期内的最高载荷对机械装置的关键单一零部件执行线性静态有限元分析(FEA)。SolidWorks（实体建模）、COSMOSMotion（运动模拟）与 COSMOSWorks(有限元分析)软件集成在一起，极大地简化了这一过程。在研究需要进行大量分析的备选设计方案时，这一点尤其重要。COSMOS 汽车悬架分析 使 用 C O S M O S M O T I O N 执行运动分析图 2CSUN FSAE 赛车悬架模型
8、第 3 页COSMOS 汽车悬架分析 真 实 案 例真实案例CSUN FSAE 2005-2006 赛车CSUN 的学生每年都会设计各式各样的方程式赛车。设计和制造 FSAE 赛车需要 9 个月的时间，这是一种有益的培训，可以为年轻、富有创新精神的工程师步入工程设计行业奠定基础。这个项目用到了在工程设计研究所工作中必须具备的技能，从设计流程到制造流程，每一步都要考虑成本、制造的难易程度、时间和安全性。设计是在多种 CAD 工具（如 SolidWorks、COSMOS 和其他 CAD 工具）的帮助下完成的。汽车零部件建模是使用 SolidWorks 完成的，零部件分析是使用 COSMOS 完成的
9、。而 CSUN FSAE 2005-2006 赛车悬架的分析和优化则是使用 COSMOSMotion 完成的。在 SolidWorks、COSMOSMotion 和 COSMOSWorks 的帮助下，学生们对 CSUN Formula SAE 2006 赛车悬架执行了全面的受力分析。最初，他们创建了一个 Excel 宏来分析最坏情况下的路面载荷条件，包括(1)加速、(2)制动、(3)在有颠簸和制动时转弯，以及(4)在有颠簸和加速时转弯。之后，他们使用 SolidWorks 完成了汽车悬架零部件的装配工作，并定义了相应的运动副，以便使用 COSMOSMotion 模拟软件创建一个机械装置。然后，
10、他们将路面载荷应用于悬架装配体，以分析悬架零部件（如 A 臂支架、立柱、转向摇臂、减震器和推杆）之间的反作用力。第 4 页COSMOS 汽车悬架分析 真 实 案 例要使用 COSMOSMotion 分析汽车悬架，工程师需要知道：1.机械装置中的每个运动副将有多少自由度。2.减震器中的弹簧刚度和阻尼力。3.哪些零件是运动的，哪些零件是静止的。4.输入载荷（如，法向力、侧向力和纵向力）。在使用 COSMOSMotion 执行悬架分析的第一步中，需要将悬架装配体模型中的所有零部件相应地定义为运动零部件或静止零部件。之后，将自动从 SolidWorks 装配体配合中生成运动副和运动副素材。例如，可以自
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