控制臂的受力分析与改进

控 制 臂 的受力 分析 与改进
薛建 奇 ，王 宝 中
（ 华北理Ｘ － 大 学 机 械 工 程 学 院 ，河 北 唐 山 ０ ６ ３ ０ ０ ９ ）
摘 要 ：为 了提 高 悬 架 系 统 的综 合 性 能 ，对 自主 研 发 的 电动 汽 车 悬 架 控 制 臂 进 行 了分 析 与 改 进 。 首先 ，建 立 控 制 臂 的 三维 模 型 并 通 过 ＡＤ ＡＭＳ提 取 控 制 臂 ３个 铰 接 点 的受 力 作 为 边 界 条 件 ，并 利 用 Ａ ＮＳ Ｙ Ｓ对 控 制 臂 进 行 了有 限元 分 析 ，得 到 了其 变 形 和 应 力 云 图 ；其 次 ， 改进 现 有 控 制 臂 的 几 何 形 状 以减 小 控 制 臂 的 峰值 应 力 和 峰 值 位 移 ； 最后 ，对 改进 前 后 的 控 制 臂 进 行 了对 比 分 析 。结 果 表 明 ， 改 进 后 的 控 制 臂 峰 值 应 力 减 少 ６ ． ２ ０ ９
轴距（ ｍｍ）
空 载最 大 行 驶 速 度
ｋ ｍ／ ｈ
２ １ Ｏ Ｏ
３ ９
．
电机 功 率 （ ｋ Ｗ）
满载 最 大 行 驶 速 度
Biblioteka Baiduｋ ｍ／ ｈ
４ ． ５
３ ５
３
Ｉ 最小外侧转弯半径（ ｍｍ ） ４ ５ Ｏ ０
驱动位置
前轴驱动
传 统 的被 动 悬 架 系 统 包 括 独立 悬 架 和非 独 立 悬
架， 本 文样 车采 用前 驱麦 弗逊式 非独 立悬架 ， 悬架 由车
轮连 接点 橡胶 吊耳 、 转 向拉 杆 、 减 震器 、 螺旋 弹簧 、 减震 器 上 端 和 下 端 的橡 胶 衬 垫、 副 车 架 和 稳 定 杆 组
成 一 。 １ ． ２ 控 制 臂 参 数
该控 制臂 取 自自主研 发 的 电动汽 车 ， 材料 为 ４ ０ Ｃ ｒ 钢， 密度 为 ７ ８ ５ ０ ｋ ｇ ／ ｍ。 ， 弹 性模量 为 ２ １ ０ ０ ０ ０ ＭＰ ａ ， 泊 松 比为 ０ ． ３ ， 屈服 极 限为 ＇ ７ ８ ５ ＭＰ ａ 。通 过 Ｃ ｒ ｅ ｏ软 件绘 制 控制 臂 的三维 图 ， 如图 １ 所示 。
第 ２期 （ 总第 ２ ０ １ 期）
２ ０ １ ７年 ４ 月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡｌ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ
Ｎｏ． ２
Ａｐ ｒ ．
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ — ０ ０ ８ ４ — ０ ３
表 １ 样 车 性 能 参 数
参 数 整备质量（ ｋ ｇ ） 前、 后轮距（ ｍｍ） 数 值 ７ ８ Ｏ １ ２ ０ ０ 参 数 最大总质量（ ｋ ｇ ） 驱 动 电机 数 值 １ ４ Ｏ Ｏ 直 流 无刷 电机
越高， 同时 驾驶者对 车辆 的操控 稳 定 性 与 舒 适 性有 了 更 高 的要 求 ， 因此 汽车 的悬 架 系统 变得 至关 重 要ｌ １ ＿ 。 ～ 。 控 制臂 是悬 架 系统 中传 力 和导 向 的重 要 机构 ， 其 强度 和 刚度 是否 合理直 接影 响着 悬架 性能 。悬架 系统 是连 接 车架 （ 或 车身 ） 与 车轮 间的装 置 ， 是汽 车 中重 要 的组 成 部分 ， 车 轮和 车架 间所 有 的力 和 力矩 都 是 通 过 悬架 传 递 的 。控 制 臂 作 为 汽 车 悬 架 系 统 的 重 要 组 成 部 分［ ３ ］ ， 有 效 提供车 轮 所需 的各 向支 撑 力 以及 承 担 着 车 轮对 车身各 个方 向的外 力 ， 因此 控 制 臂对 整 个 汽 车 的 安 全性 有着 关键 性 的 作 用 。作 为重 要 的承 力 部件 ， 车 辆 悬 架系统 上 的控制 臂不 仅承 受着整 车 载荷 和轮胎传 递 的路面 冲击 载荷 ， 更 要 保 持 车辆 操 控 的准 确 性 。张 海波 等为 了验证 汽 车悬架 系统 控制 臂在受 载状 况 下 的可 靠 性 ， 通 过 ＡＮＳ ＹＳ分 析 软件 对 悬 架 控 制 臂 刚度 进行 了分 析 ； Ｋ ｒ ｉ ｓ ｈ ｎ ａ 等 和 Ｌ ａ ｘ ｍａ ｎ 等 阐明了悬架控 制臂 的轻 量 化 设 计 过 程 ； Ｓ ｏ ｎ ｇ Ｂ － Ｃ 等［ ７ 利 用 铝 合 金 Ａ１ ６ ０ ６ １ Ｍ６代替钢作 为材料进行 了控制臂 轻量化设计 。 本文 以 自主研 发 的 场 区 电动 车 悬 架为 研 究 对 象 ，
在 现有几 何模 型基 础上 ， 利 用 ＡＤ ＡＭＳ建 立悬 架 系统 控 制臂 模 型 ， 然 后进 行 动力 学 仿 真实 验， 最 后 通 过 ＡＮＳ ＹＳ分析 悬 架系 统控 制 臂应 力 分布 和 位移 分 布情
况， 并对 其进 行适 当改 进 。
１ 样 车与控 制臂 参数 １ ． １ 样 车参数
收稿 日期 ：２ ０ １ ６ ０ ７ — １ ３ ；修 订 日期 ：２ ０ １ ７ ０ １ — １ ０
中 间 孔
中 图分 类 号 ：Ｕ４ ６ ３ ． ３ ３： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引言
随着汽 车产业 的快 速 发展 ， 汽 车 的行 驶 速 度越 来
本 文研究 的 车辆 为 自主制 造 的场 区 电动 实验 车 。 样 车部 分参 数如 表 １ 所示。
ＭＰ ａ ，峰 值 位 移 减 少 ０ ． ０ １ ５ ２ ５ ７ ｍｍ，进 一 步保 障 了悬 架 系 统 的 安 全 性 ， 为 悬 架 控 制 臂 的 结 构 改 进 提 供 了一
定 的 参考 依 据 。
关 键 词 ： 电 动 汽 车 ；控 制 臂 ；有 限元 ； 刚度 ；强 度