Pro/ENGINEER在懸掛運動設(shè)計中的應(yīng)用

劉保增 龔遠(yuǎn)紅 劉偉 孫志偉

1 前言

商用車底盤作為平臺戰(zhàn)略的主要對象，它的快速設(shè)計與開發(fā)對企業(yè)產(chǎn)品平臺化戰(zhàn)略的實施有積極的作用，而懸掛的布置是影響底盤性能的主要因素。在底盤設(shè)計時，如果采用傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計方法，不但耗時長，也很難對懸掛系統(tǒng)的各種工況進(jìn)行準(zhǔn)確地分析校核，而應(yīng)用Pro/ENGINEER三維設(shè)計軟件可以實現(xiàn)懸掛系統(tǒng)的三維參數(shù)化設(shè)計，充分發(fā)揮三維參數(shù)化模型直觀、準(zhǔn)確、快速的優(yōu)勢，使底盤懸掛系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)變得簡單、高效。

2 懸掛協(xié)調(diào)要求

本文懸掛系統(tǒng)包括中軸總成、后軸總成、平衡懸掛總成、上推力桿總成、下推力桿總成、鋼板彈簧總成及推力桿上支掛等部件。為了便于描述各部件間的裝配關(guān)系，引用通用整車坐標(biāo)系定義，將汽車縱向垂直對稱平面在俯視圖和前視圖上的投影線稱為汽車中心線[1]，并規(guī)定通過汽車中心線且垂直于車掛上平面的平面為YO平面。

平衡懸掛與車掛之間為剛性連接，下推力桿總成分別固定在平衡懸掛和車軸總成的下端，上推力桿總成分別固定在車掛橫梁與車軸總成的上端，上、下推力桿總成及其端部連線形成一個四邊形，其在YO平面上的投影如圖1所示?？梢钥闯?，推力桿總成的結(jié)構(gòu)是影響懸掛系統(tǒng)布置的主要因素，因此，懸掛系統(tǒng)的協(xié)調(diào)主要圍繞推力桿總成的協(xié)調(diào)展開論述。

懸掛系統(tǒng)協(xié)調(diào)的具體要求：a. 在底盤滿載的情況下，下推力桿總成呈水平狀態(tài)；b. 推力桿四邊形應(yīng)盡量布置成平行四邊形，無法保證時，應(yīng)在車軸跳動的全行程范圍內(nèi)控制車軸擺角不超過2°；c. 滿載靜止時，傳動軸與車軸輸入輸出軸的夾角不大于6°，在車軸跳動的全行程范圍內(nèi)，傳動軸與中軸輸出軸和后軸輸入軸的夾角差值不超過0.1°[1]。

3 懸掛運動設(shè)計

從圖1可以看出，車軸總成上下跳動的過程中，隨著推力桿總成姿態(tài)的不斷變化，兩個車軸總成之間的距離也會發(fā)生變化，到推力桿總成呈水平狀態(tài)時達(dá)到最大值?？紤]到重載情況下的轉(zhuǎn)向性能，以此時兩個車軸總成之間的距離作為整車的軸距，在車軸總成、平衡懸掛總成等已確定的情況下，直接計算推力桿在YO平面上的投影長度。對于I型結(jié)構(gòu)的上推力桿總成，此長度即為實際長度，而對于V型推力桿來說，由于上推力桿總成在車軸和車架橫梁上的安裝寬度不同，前后方向均存在一定的夾角，故上述計算的長度尺寸再除以該夾角的余弦值才是推力桿總成的實際長度。下推力桿總成一般布置成“八”字型，計算方式與V型上推力桿總成的相同。

上述方法的前提條件是推力桿總成能夠形成平行四邊形的理想狀態(tài)，如果該四邊形無法形成平行四邊形，或者中軸輸出與后軸輸入呈“W”型布置，則使用AutoCAD等二維軟件進(jìn)行協(xié)調(diào)時需要進(jìn)行多輪的試取值，協(xié)調(diào)效率低且極易出錯。此時可使用Pro/ENGINEER軟件進(jìn)行協(xié)調(diào)，利用其參數(shù)化設(shè)計的特點，動態(tài)協(xié)調(diào)各個參數(shù)，圖2為WS系列某車型懸掛系統(tǒng)設(shè)計校核實例。

圖2 中，L1為中軸軸心至車掛上平面的距離；L2為后軸軸心至車掛上平面的距離；L3為推力桿總成在YO平面上的投影長度；L4為軸間傳動軸長度；L5為前上推力桿在車掛橫梁上的安裝高度；L6為后上推力桿在車掛橫梁上的安裝高度；A1為中軸仰角；A2為后軸仰角；A3為軸間傳動軸與中軸輸出軸夾角；A4為軸間傳動軸與后軸輸入軸夾角。圖中所有非括號內(nèi)的標(biāo)注尺寸及未標(biāo)尺寸均為結(jié)構(gòu)參數(shù)或計算值，括號內(nèi)的數(shù)值為測量值。

協(xié)調(diào)時，約束相應(yīng)的垂直、平行、等長等關(guān)系，隨時關(guān)注車軸間傳動軸的夾角關(guān)系，在保證A2值合適的情況下，令A(yù)3與 A4相等，完成最終協(xié)調(diào)。

4 懸掛運動分析

將上述協(xié)調(diào)結(jié)果作為懸掛系統(tǒng)組件的骨架，裝配時可參考骨架內(nèi)的數(shù)據(jù)，如車軸中心線及仰角平面、推力桿的中心線等，當(dāng)骨架模型變化時，可根據(jù)載荷不同，調(diào)整車軸中心與車架上平面的距離，此時整個懸掛系統(tǒng)都會隨之運動，在中后軸同時上跳至極限、中軸上跳至極限時后軸下落至極限、后軸上跳至極限時中軸下落至極限或中后軸同時下落至極限等各種工況下，可以很直觀地查看系統(tǒng)內(nèi)是否存在干涉現(xiàn)象，圖3為裝配好的三維模型。

5 結(jié)語

本文所介紹的懸掛協(xié)調(diào)方式為正向設(shè)計方式，即直接建立懸掛系統(tǒng)的三維骨架模型，運用骨架模型進(jìn)行懸掛協(xié)調(diào)，然后將零部件裝配到模型中進(jìn)行運動校核，避免跳動干涉。這種設(shè)計模式可以使設(shè)計工作更為直接、準(zhǔn)確和快速，從而提高設(shè)計效率，減輕設(shè)計人員的勞動強(qiáng)度，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。此外，本方法采用骨架模型進(jìn)行協(xié)調(diào)，保存在懸掛總裝配圖中，其他設(shè)計人員可查看協(xié)調(diào)結(jié)果，便于協(xié)同設(shè)計。而且在采用參數(shù)化驅(qū)動后，設(shè)計人員可以反復(fù)修改零部件的接口參數(shù)，用于變型產(chǎn)品的系列化開發(fā)，使產(chǎn)品開發(fā)能夠適應(yīng)市場需求的快速變化。

[1] 劉惟信.汽車設(shè)計[M].北京:清華大學(xué)出版社.2001.