机械工程学院-毕业设计正文格式要求

学号1404111102
毕业设计（论文）
题目：基于UG的双横臂悬挂系统设计
作者张三届别2013届院别专业
指导教师周勇职称副教授完成时间2013 年5 月22 日
摘要
本文阐述了基于UG双横臂独立悬架设计的一种可行方案，以及对双横臂独立悬架参数提出以减小轮胎磨损为优化目标进行优化设计的方法。

首先通过UG NX2对双横臂独立悬架进行了基于草图的参数化建模，然后根据实际情况，利用UG中的Structure模块模拟成有限元模型，进行了结构分析。

论文以减小轮胎磨损为优化目标，通过优选、调整悬架初始位置状态，对双横臂独立悬架进行了优化设计。

关键词：双横臂独立悬架；UG; 参数化设计；有限元分析；优化设计
Abstract
A feasible precept of designing double-link independent suspension based on UG is expounded in this article. And an optimal design to minimize tyre wear is performed, which brings forward the way to reduce tyre wear. Firstly, a parametric entity model of the double-link independent suspension based on its sketch is build up by UG NX2. Then according to the practical application, the solid model is translated into finite element model, and the structure analysis is carried out by the structure module of UG NX2. In this article an optimal design to minimize tyre wear is performed. And the precept of the optimal design includes optimal choosing and modulating original deposition of double-link independent suspension.
Keywords:Double-link independent suspension, UG, Parametric design, Finite element analysis, Optimal design
目录
摘要 (I)
Abstract (II)
1 绪论 (1)
1.1 引言 (1)
1.2 悬架的发展概况和趋势 (1)
1.3 悬架的发展趋势........................................................................ 错误！未定义书签。

1.4 基于UG的设计的意义 ............................................................ 错误！未定义书签。

2 双横臂悬挂系统设计的理论基础 (2)
2.1 UG参数化建模 (2)
2.2 UG结构分析原理 (2)
2.2.1 有限元法的基本思想和基本方程 (2)
2.2.2 UG结构分析模块 ............................................................ 错误！未定义书签。

3 双横臂独立悬挂的参数化模型的建立.............................................. 错误！未定义书签。

3.1 双横臂独立悬架建模前的假设................................................ 错误！未定义书签。

3.2 基于草图的参数化设计............................................................ 错误！未定义书签。

3.2.1 草图平面的建立.............................................................. 错误！未定义书签。

3.2.2 成型特征步骤.................................................................. 错误！未定义书签。

4 双横臂独立悬架的结构分析.............................................................. 错误！未定义书签。

4.1 几何模型的简化........................................................................ 错误！未定义书签。

4.2 单位设定.................................................................................... 错误！未定义书签。

4.3 材料定义.................................................................................... 错误！未定义书签。

4.4 自动划分网格 (3)
4.5 边界条件的确定........................................................................ 错误！未定义书签。

4.5.1 双横臂独立悬架简化结构图及边界受力分析.............. 错误！未定义书签。

4.5.2 计算结果.......................................................................... 错误！未定义书签。

4.6 双横臂独立悬架应力及位移.................................................... 错误！未定义书签。

5 双横臂独立悬架优化设计.................................................................. 错误！未定义书签。

5.1 双横臂独立悬架参数说明........................................................ 错误！未定义书签。

5.2 主要计算方法............................................................................ 错误！未定义书签。

5.3 对结构参数和安装参数的优化设计........................................ 错误！未定义书签。

5.4 初始状态位置的优化设计........................................................ 错误！未定义书签。

6 结论.................................................................................................... 错误！未定义书签。

参考文献 (4)
致谢 (5)
1绪论
1.1 引言
舒适性是轿车最重要的使用性能之一。

舒适性与车身的固有振动特性有关，而车身的固有振动特性又与悬挂的特性相关，理想的悬挂不仅能使车随路面起伏而上下运动并能借此使整个车身在前进过程中尽量保持水平，而且还能随车速、路况、运动方式的变化作出适当、灵敏的反应；同时,它还能使轮胎与路面随时贴合,并使车轮保持适当的角度,从而使轿车的动力性能、制动性能以及转向性能得以充分体现。

轿车的车速越快,对操纵性能要求也就越高。

不同的悬挂系统对轿车的操纵性能产生不同的影响。

一般悬挂系统有两种型式：非独立悬挂和独立悬挂。

非独立悬挂以刚性梁横贯车体下方，其结构简单、工作可靠，在行驶中始终保持贴地状态，轮胎的附着力较强，磨损较均匀，而且成本也远远低于独立悬挂，但非独立悬挂舒适性差，结构不紧凑，在现代轿车中往往只用于后轮；独立悬挂是以独立的连杆机构来控制车轮，可以使车轮单独随路况变化运动而不影响整个车身，增加了行驶的平顺性、安全性。

轿车的前轮采用独立式悬挂，可以使发动机的位置降低和前移，整车重心得以下降，提高了轿车的行驶稳定性。

另外，独立式悬挂中广泛采用较软的螺旋弹簧来做缓冲元件，所以乘驾舒适性也比较好[1-3]。

独立式悬挂按横臂数量的多少分为双横臂式和单横臂式悬挂系统。

单横臂式具有结构简单，侧倾中心高，有较强的抗侧倾能力的优点。

但随着现代汽车速度的提高，侧倾中心过高会引起车轮跳动时轮距变化大，轮胎磨损加剧，而且在急转弯时左右车轮垂直力转移过大，导致后轮外倾增大，减少了后轮侧偏刚度，从而产生高速甩尾的严重工况。

单横臂式独立悬挂系统多应用在后悬挂系统上，但由于不能适应高速行驶的要求，目前应用不多。

双横臂式独立悬挂系统按上下横臂是否等长，又分为等长双横臂式和不等长
1.2 悬架的发展概况和趋势
完美是人类永恒的追求.在马车出现的时候，为了乘坐更舒适，人类就开始对马车的悬架—叶片弹簧进行孜孜不倦的探索.在1776年，马车用的叶片弹簧取得了专利，并且一直使用到20世纪30年代，叶片弹簧才逐渐被螺旋弹簧代替。

汽车诞生后随着对悬架研究的深入，相继出现了扭杆弹簧、气体弹簧
…..
2 双横臂悬挂系统设计的理论基础
2.1 UG 参数化建模
运用现代的CAD 技术对产品进行参数化建模，可以用参数建立起零件内各个特征之间的相关关系和不同部件中几何体的相关关系。

通过对部件的关键参数进行调整，达到优化性能的目的。

同时，通过设计时设定的关联参数，实现相关部件的关联改变。

以有效地减少设计改变的时间及成本，并维护设计的完整性。

图2-1 基于几何推理法的参数化设计的体系结构
2.2 UG 结构分析原理
2.2.1 有限元法的基本思想和基本方程
利用弹性力学的几何方程写出单元应变εe 与节点位移的关系矩阵,称应变矩阵B ，即εe = B δe 。

由材料的物理方程，得到单元弹性矩阵[D]，从而推出用节点位移表示单元应力[8]：
{}[]{}[][]{}[]{}e e e S B D D δδεσ=== (2-1)
然后考虑节点平衡求得单元节点力与节点位移的关系，由矩阵[K]e 表示，称单元刚度矩阵。

根据虚功原理，也可导出用节点位移表示节点力：
{}[][][]{}[]{}e e e z y x T
e K d d d B D B F δδ==⎰⎰⎰ (2-2) ……….
表4.1材料属性数值
4.4 自动划分网格
有限元网格模型的建立是采用有限元求解问题的先决条件。

目前，零部件有限元网格生成基本上可以分为两种类型[9-13]：（1）不基于几何模型直接建立节点单元模型，根据模型的特点，可以采用手工方式建立，也可以首先通过手工建立一部分节点和单元，然后通过旋转拷贝，平移拷贝，合并操作建立模型。

这主要应用与一些结构相对简单的零部件；（2）基于几何模型自动生成节点，单元模型以几何模型为载体，可以自动生成相应的有限元网格模型。

此技术符合现代CAD并行工程的要求，可以提高分析结果的可信度，同时也可以大大提高有限元网格生成速度和分析效率。

本文利用UG中的结构即PE模块，对双横臂独立悬架的简化模型进行了自动十节点四面体单元网格模型建立，其一般步骤为：
（1）执行结构分析模块中的3D 四面体网格命令，系统弹出3D 四面体网格对话框；
（2）选择需要划分网格的几何参考，包括实体，曲面和基准线等；
（3）选择网格类型，如本文中设置为十节点四面体单元类型；设置单元尺寸大小及其它相关参数；
（4）进行网格划分。

…..
参考文献
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文，2006.
致谢
本文是在周勇老师的悉心指导下完成的。

周老师给予的指导和教诲，使我受益非浅。

在写论文期间，周老师经常在百忙之中询问论文的撰写进度，在遇到困难时，非常有耐心的指导笔者分析问题，注重培养笔者的发现问题、分析问题、和解决问题的能力，其渊博的专业知识和严谨的治学态度给予了作者很大帮助。

这里，笔者再次对周老师表示崇高的敬意和衷心的感谢。

在与周老师的探讨过程中，常常会启发笔者的思路，由于笔者是第一次使用UG，计算机操作和实践经验严重不足，周老师详细的讲解帮助笔者少走了很多弯路。

这种理论联系实际的切身体验，是笔者在毕业设计过程中另一项重大收获。

另外，笔者还要感谢我的班主任—周老师，在做毕业论文过程中，笔者遇到了很多生活问题及其它困难，班主任给予了笔者极大的鼓励和支持，使笔者的论文能够顺利的完成。

没有上述老师的指导、建议和同学的帮助，本文不可能顺利的完成在这里一并向他们表示衷心的感谢，祝愿他们身体健康，在自己的工作和学习中取得更好的成绩！。