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汽車懸架包含了數(shù)對(duì)球面副和柱面副，由于摩擦副的接觸涉及摩擦、承載、運(yùn)動(dòng)、疲勞和壽命等問題，因此懸架系統(tǒng)中摩擦副的接觸處必然是懸架系統(tǒng)最危險(xiǎn)、最重要、最易變形的部位，嚴(yán)重影響著車輛的轉(zhuǎn)向性和行駛性。描述動(dòng)態(tài)接觸的簡(jiǎn)單方法是不考慮物體的變形，采用剛體接觸模型分析；復(fù)雜方法則考慮物體的變形，采用彈性接觸模型，用有限元分析法或邊界元法計(jì)算。針對(duì)某型微型多功能車建立了前雙橫臂獨(dú)立懸架計(jì)算模型，利用ANSYS軟件進(jìn)行懸架彈性接觸分析，并通過試驗(yàn)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。
目前懸架接觸強(qiáng)度分析大多是有限元靜力分析，考慮接觸問題的較少。試車實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其接觸處也較危險(xiǎn)，分析時(shí)需要加以考慮。利用Pro/E軟件建立懸架及車架的三維實(shí)體模型，如圖所示。由于轉(zhuǎn)向節(jié)與輪胎、剎車及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)相聯(lián)，不存在大的應(yīng)力集中，且文中重點(diǎn)考察接觸處的應(yīng)力和變形(試驗(yàn)顯示的危險(xiǎn)位置)，因此，對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)形狀做了簡(jiǎn)化，以減少參與計(jì)算的單元數(shù)量。圖所示為簡(jiǎn)化的懸架有限元計(jì)算模型。根據(jù)分析類型的需要，可用于搖臂的單元有以下幾種：體單元Solid45、目標(biāo)單元Taiget170及接觸單元Contact174若體單元選用20節(jié)點(diǎn)的Solid在相同計(jì)算精度下可減少單元的數(shù)目，但收斂比較困難。因此采用ANSYS內(nèi)自行統(tǒng)一單位，所涉及的材料屬性如表所示。接觸問題屬于高度非線性問題滯摩擦因數(shù)的更是如此，網(wǎng)格質(zhì)量和總體數(shù)量對(duì)計(jì)算收斂性有很大影響。
為了保證計(jì)算收斂，在劃分網(wǎng)格之前應(yīng)該預(yù)先估計(jì)應(yīng)力梯度變化趨勢(shì)和最大應(yīng)力區(qū)域，在應(yīng)力變化劇烈、應(yīng)力梯度比較大的軸承接觸區(qū)采用細(xì)密的網(wǎng)格，同一區(qū)域的網(wǎng)格要求均勻。有限元模型單元數(shù)量和大小直接影響其前后處理和計(jì)算效率，接觸問題更是這樣，一般不采用自由網(wǎng)格劃分。模型若采用自由網(wǎng)格，則圓柱面和球面上的網(wǎng)格變得不光滑，就像帶毛刺的實(shí)體一樣，不利于計(jì)算收斂；如果通過細(xì)化去除毛刺，又會(huì)導(dǎo)致單元數(shù)目過大達(dá)7萬多，增加計(jì)算量文中采用功能強(qiáng)大的專業(yè)網(wǎng)格劃分軟件Hypemesh劃分網(wǎng)格，以保證得到單元質(zhì)量較好的有限元網(wǎng)格，如圖所示，單元數(shù)目為5712個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)目為10506個(gè)。考慮到由Hypemesh導(dǎo)入ANSYS中的模型不具有幾何信息，而接觸面的定義需要幾何面，因此在Hypemesh中進(jìn)行接觸對(duì)的定義。在Hypemesh中定義接觸容易擴(kuò)大接觸單元范圍，因此，定義接觸對(duì)之后，應(yīng)對(duì)接觸單元進(jìn)行檢查，刪除多余的單兀。在定義接觸之前，需要判斷哪些地方可能發(fā)生接觸，識(shí)別出潛在的接觸對(duì)，通過目標(biāo)單元和接觸單元來定義它們，跟蹤變形階段的運(yùn)動(dòng)。否則將會(huì)導(dǎo)致接觸區(qū)域擴(kuò)大，從而增加計(jì)算量。接觸問題的計(jì)算量不是簡(jiǎn)單的線性增加，在理論上每個(gè)增量步都會(huì)多次判斷接觸區(qū)域的關(guān)系，將嚴(yán)重影響計(jì)算速度和收斂性。
采用凸面為接觸面、凹面為目標(biāo)面來定義接觸對(duì)(整個(gè)模型的網(wǎng)格質(zhì)量、材料和剛度都一樣)。在搖臂和吊耳接觸處定義4個(gè)柱面副，在球頭銷和搖臂接觸處定義2個(gè)球面副，在運(yùn)動(dòng)副處定義接觸對(duì)。法向接觸剛度過小會(huì)引起穿透，導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確；過大又可能導(dǎo)致方程病態(tài)，收斂性差。經(jīng)驗(yàn)表明，可以用試算法解決此問題。最大穿透容差TOLN：主要是為了解決接觸協(xié)調(diào)性問題，采用默認(rèn)值即可。
從受力分析計(jì)算結(jié)果看，上搖臂所受力比較小，試車結(jié)果也是下?lián)u臂接觸處磨損較嚴(yán)重，所以下面單獨(dú)分析搖臂。F主要通過球頭銷傳遞，選取半球內(nèi)表面的節(jié)點(diǎn)，共49個(gè)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的力為FX-42.7N和Fy-61.5N實(shí)際上，F(xiàn)4是通過底座加到搖臂上的，簡(jiǎn)化后在相似位置的中間平面選取了34個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上加載FX=97N和Fy=115.8N整體式吊耳是和車架焊接在一起的，所以吊耳外表面的所有節(jié)點(diǎn)采用全約束。
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