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1、 城 市 学 院毕业设计论文学生姓名： 学 号： 学 院： 机械工程学院 专 业： 车辆工程 设计(论文)题目： 汽车双横臂悬架的动态模拟与仿真 设计(论文)地点： 指 导 教 师： 职 称： 教 授 2011年6月6日毕业论文中文摘要汽车双横臂悬架建模仿真摘要： 本文首先介绍了悬架和双横臂独立悬架的特点，了解了国内外的基本现状，进一步体现了本课题研究的意义。简要介绍了仿真软件ADAMS的功能和应用，对比其他仿真软件说明其特点，分析双横臂独立悬架的基于ADAMS的建模仿真过程可能遇到的问题及其解决方法，及各个参数在仿真过程中的计算。以某车的前双臂独立悬架为研究对象，采用该车的实际结构参数，运用
2、ADAMS/viwe软件建立了该车的悬架系统模型。应用该模型对该车前独立悬架模型进行了运动学、动力学仿真分析，得出了其车轮外倾角、前轮前束角、主销后倾角、主销内倾角等前轮定位参数及参数在前轮左半轮心上下跳动时的变化规律。并且利用前人的经验对这些特性曲线进行分析，发现原悬架存在不合理的地方。以待今后深入学习，研究改进。关键词： 悬架 ADAMS 建模 仿真毕业论文外文摘要Title Double-wishbone suspension vehicle modeling and simulationAbstractThis article first introduced the suspensi
3、on fork and the double cross arm independent suspension forks characteristic, had understood the domestic and foreign basic present situations, have further manifested this topic research significance. Introduced briefly the simulation software ADAMS function and the application, contrast other simu
4、lation software to show its characteristic, analyzes the double cross arm independent suspension fork the question which and the solution possibly meets based on the ADAMS modelling simulation process, and each parameter in simulation process computation. Before some vehicles double arm independent
5、suspension fork as the object of study, uses this vehicles actual design parameter, has established this vehicles suspension system model using the ADAMS/viwe software. The independent suspension fork model has carried on the kinematics, dynamics simulation analysis using this model before this vehi
6、cle, has obtained its wheel camber angle, the front wheel angle of toe, in the king pin caster angle, the king pin front wheel alignment parameters and the parameter and so on inclination angle in the front wheel left half wheel center high and low beat time change rule. And carries on the analysis
7、using predecessors experience to these characteristic curve, discovered that the original suspension fork has the unreasonable place. Will wait for from now on the thorough study, the research improvement.Keywords： Suspension ADAMS Modeling Simulation目 次 1 绪论11.1汽车悬架概述11.2悬架的发展31.3 车辆动力学仿真技术研究现状51.4
8、论文主要内容72 双横臂独立悬架82.1双横臂独立悬架简介82.2 双横臂独立悬架的应用92.3双横臂独立悬架运动学分析102.4双横臂独立悬架建模参数113 UG软件113.1 UG软件概述及其相关技术的发展113.2 UG各功能模块123.3三维UG建模144 ADAMS软件174.1仿真软件应用及发展164.2 ADAMS软件概述194.3 应用ADAMS软件分析步骤234.4 在ADAMS中前轮定位参数的测定245 基于ADAMS的双横臂悬架动态分析及仿真275.1 双横臂独立悬架模型的导入285.2 仿真分析及结果处理30结 论40参 考 文 献41致 谢43 1 绪论1.1汽车悬架
9、概述（2）汽车悬架是车架（车身）与车桥（或车轮）之间弹性连接的部件。主要由弹性元件、导向装置及减振器三个基本部分组成。此外，还可包括一些特殊功能的部件，如缓冲块和稳定杆等。现代汽车还采用了控制机构，形成可控式悬架 图1-1悬架在整车位置图弹性元件用来传递垂直力，并缓和由不平路面引起的冲击和振动，其种类有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧及橡胶弹簧等。悬架的导向机构型式很多，在双轴汽车上常见有独立悬架和非独立悬架两大类，在三轴汽车的后悬架上常采用平衡式悬架，现代轿车上又出现了交联式悬架和主动式悬架等新型式。新式导向机构的设计工作虽是更复杂了，但却对现代汽车日益提高的性能要求更为适应
10、，所以是有发展前途的。 图1-2 a非独立悬架；b为独立悬架。非独立悬架可分为：纵置板簧式非独立悬架，螺旋弹簧非独立悬架，空气弹簧非独立悬架，尤其弹簧非独立悬架。非独立悬架的特点是左右车轮用一根钢性轴连接起来，并通过悬架与车架（或车身）相连。其典型代表是纵置板簧式悬架。主要型式有纵置板簧式非独立悬架、螺旋弹簧非独立悬架、空气弹簧非独立悬架、油气弹簧非独立悬架。非独立悬架结构简单，工作可靠，被广泛应用于货车的前、后悬架。在轿车中，非独立悬架仅用于后桥。现代轿车的前悬架都用独立悬架来代替非独立悬架。独立悬架可分为：双横臂式，单横臂式，单纵臂式，单斜臂式，麦弗逊式和扭转梁随动臂式。独立悬架的特点是左
11、右车轮不连在一根轴上，单独通过悬架和车架（或车身）相连。独立悬架按车轮运动的形式可分为：车轮在汽车横向平面内摆动的（单横臂式或双横臂式）悬架；车轮在汽车纵向平面内摆动的（单纵臂式或双纵臂式）悬架；车轮绕着与汽车纵轴线成一定角度的轴线摆动的（斜臂式）悬架；车轮沿主销滑动的滑柱摆臂式悬架。汽车悬架性能是影响汽车行驶平顺性、操纵稳定性和行驶速度的重要因素，在悬架的设计中应满足如下性能的要求3：1)保证汽车有良好的行驶平顺性。即汽车应有较低的振动频率，乘员在车中承受的振动加速度应不超过国际标准2631-78规定的人体承受振动界限值。2)有合适的减振性能。它应与悬架的弹性特性很好匹配，保证车身和车轮在共
12、振区的振幅小，振动衰减快，使汽车具有良好的乘坐舒适性。3)保证汽车有良好的操纵稳定性。导向机构在车轮跳动时，应不使主销定位参数变化过大，车轮运动与导向机构运动应协调，不出现摆振现象。转向时整车应有一些不足转向特性。4)汽车制动和加速时能保持车身稳定，减少车身纵倾（即点头或后仰）的可能性。5)能可靠地传递车身与车轮间的一切力和力矩，零部件质量轻并有足够的强度和寿命，保证车辆的正常行驶，和减少轮胎磨损等功能。此外，通过弹性元件的弹性作用及其对侧倾中心的影响，保证汽车有良好的侧倾稳定性。所以，在悬架的设计中除了考虑其支承车身及承载物的重量，传递从车轮到车身的各种力和力矩外，还要保证使车辆具有良好的平
13、面性和稳定性。1.2悬架的发展悬架系统是汽车的一个重要组成部分。汽车悬架性能是影响汽车行驶平顺性、操纵稳定性和行驶速度的重要因素。因此，研究汽车振动，设计新型悬架系统，将振动控制到最低水平是提高现代汽车质量的重要措施。为了满足对悬架系统提出的各种要求，在近二十年来其发展异常迅速。汽车悬架总成如图1-3所示图1-3汽车悬架总成悬架的结构形式很多，分类方法也不尽相同。按导向机构的形式，可分为独立悬架和非独立悬架两大类。如果按控制力进行分类则可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架三种基本类型3。以下从被动悬架、半主动悬架、主动悬架、空气悬架四方面来阐述悬架的发展。1.被动悬架这种悬架系统的阻尼和刚度参
14、数一般是通过经验设计或优化设计方法选择，一经确定，在汽车行驶过程中就无法随外部状态变化而变化。因此，对于在某个特定工况下按目标优化出的悬架系统，一旦车辆参数、运行工况等发生变化，这种悬架系统便难以适应这种复杂的多变性。具体地讲，对于汽车悬架应满足两个方面的要求，一方面为提高转弯、制动等操纵过程的稳定性，要求悬架应具有高阻尼系数；另一方面为隔开随机路面不平对汽车的扰动，提高乘坐舒适性，要求悬架应具有低阻尼系数。由于参数不能任意选择和调节，限制了被动悬架系统性能的进一步提高。被动悬架的减振性能很差。2.半主动悬架半主动悬架由可变特性的弹簧和减振器组成。其基本工作原理是：根据簧上质量相对车轮的速度响
15、应、加速度响应等反馈信号，按照一定的控制规律调节可调弹簧的刚度或可调减振器的阻尼力。半主动悬架在产生力的方面近似于被动悬架，但是半主动悬架的阻尼系数或刚度系数可以根据运行状态作为实时或准静态调整，以改善系统的动态性能。3.主动悬架主动控制悬架由弹性元件和一个力发生器组成。主动悬架技术成为汽车悬架发展的重要趋势，它为同时改善汽车行驶安全性和乘坐舒适性提供了广阔的前景。但是它也有其自身固有的缺点：由于主动执行机构的加入，增加了汽车动力的消耗，就限制了其实用化和产品化；另外，要使主动悬架具有良好的动力学性能，就要选用高性能的执行机构（如液压伺服机构、电磁伺服器等），并且需要一套复杂的传感器和仪器设备
16、，从而导致主动悬架系统结构复杂、技术性高、成本昂贵，而且其可靠性也成为一个问题。4.空气悬架空气悬架系统是以空气弹簧为弹性元件，利用气体的可压缩性实现其弹性作用的。通过压缩气体的气压能够随载荷和道路条件变化进行自动调节，不论满载还是空载，整车高度没有变化，可以大大提高乘坐的舒适性。目前，国外无论是客车还是载重车都已经比较普遍采用空气悬架系统，而国内却处于刚刚起步阶段，只应用在一些豪华客车和少部分重型载重车上。由于国外对空气悬架特性研究结果表明,安装有空气悬架的汽车能提高汽车的整体性能。同时,国内也有一些外资企业在中国进行空气悬架的生产和销售,如美国的公司、德国的公司等4。目前我国还没有整套空气
17、悬架的生产厂家。但是，随着高等级公路的发展,客货运输量的增加,要求汽车具有更好的操纵稳定性、行驶平顺性和安全性,空气悬架汽车必将得到广泛应用。伴随着电子计算机技术的发展,汽车控制系统的智能化程度越来越高,电子控制空气悬架将是未来的发展趋势。1.4 车辆动力学仿真技术研究现状汽车是一个包含惯性、弹性、阻尼等动力学特征的复杂非线性系统，其特点是运动零件多、受力复杂。由于组成汽车各机械系统(如转向、悬架、传动机构)之间的相互祸合作用，使汽车的动态特征非常复杂。特别是汽车的前悬架与转向系统，是多连杆式机构，而且确定了主销内倾角、主销后倾角等车轮定位角，车轮定位角对车辆的行驶状态起重要的作用，在运动学分
18、析中必须获得车轮定位角的变化情况。在研究汽车诸多的行驶性能时，汽车动力学研究对象的建模、分析与求解始终是一个关键性问题。汽车本身是一个复杂的多体系统，外界载荷的作用更加复杂。由于理论方法和计算手段的限制，该学科曾一度发展较为缓慢。主要阻碍之一在于无法有效的处理复杂受力下多自由度分析模型的建立和求解问题。许多情况下，不得不把模型简化，以便使用古典力学的方法人工求解，从而导致汽车的许多重要的特征无法得到较精确的定量分析。国外汽车动力学中的研究经历由试验到理论研究，由开环研究到闭环研究的发展过程力学模型逐渐由线性模型发展到非线性多体系统模型;模型的自由度由两个自由度发展数十个自由度。到了80年代初，
19、不仅有许多通用的软件可以对汽车系统进行分析计算，而且还有各针对汽车某一问题的专用多体软件。研究的范围从局部结果到整车系统，涉及汽车系统力学的方方面面。80年代中期是多体系统动力学在汽车工程上应用发展最快的时期。主要汽车厂商和研究机构在其CAD系统中安装了多体系统动力学软件，并与有限元、模分析、优化设计等软件一起构成了一个有机的整体，在汽车设计开发中发挥了重要作用。国内在汽车动力学的研究中，采用多刚体系统动力学进行分析和计算的工作起步较晚七十年代初，长春汽车研究所和清华大学同时发展了汽车动力学的研究。研究工作集中平顺性、操纵稳定性性能指标的评价方法、试验方法及操纵稳定性力学模型的建立、模的计算方
20、法、性能预测方法和优化设计方法等。力学模型从七十年代研究汽车侧偏和横运动的二自由度线性模型，发展到包括侧倾和转向系在内的三至五自由度乃至十三个自度的非线性模型，其功能也从对汽车稳定性的稳态响应和瞬态响应的分析，发展到汽车弯制动性能的分析。90年代初人们开始把多柔体系统动力学理论和方法用于汽车技术领域，这标志着汽多体系统动力学向新的层次发展，许多有益的工作值得借鉴。在文献5中，把车身处为柔性体，为了减少自由度采用了集中质量法的离散化过程，并考虑了转动惯量的影响。在文献6中采用了子结构的分析技术，汽车悬架处理为子结构，采用模态综合方法用态坐标描述车身的变形，通过约束条件把整个系统组装起来联合求解。
21、文献（7）中讨论了悬架系统广泛采用的弹性约束(橡胶铰链)对汽车性能的影响及处理方法。总之人们试图用各种有效的方法将柔性体的力学效应并入多体动力学方程中进行分析和求解。这些方法即有探索直接建立和求解刚柔混合的多体动力学方程的方法，也有采用现有的刚体系统动力学软件来近似对多柔体系统进行分析的方法。1997年，清华大学的张越今采用多体系统动力学的理论方法，应用机械系统分析软ADAMS，进行了汽车前后悬架系统和整车动力学性能仿真及优化研究，分析了汽车中性元素(橡胶减振元件)对动力学性能的影响（8）。吉林大学的蔡章林运用ADAMS/Car软件，对悬架和整车动力学几个方面进行详细研究。在论证模型可行性的基
22、础上，讨论了悬架结构对操纵稳定性的影响，对影响操纵定性的若干因素进行研究仁（8）。武汉理工大学的鲍卫宁利用ADAMS viwe软件，建立麦弗逊式悬架的某轿车前悬架多体动力学模型，并对车轮跳动和转向时，悬架的各种参数的变化进行分析（9）。合肥工业大学的王其东博士，进行了不同形式的动力学方程所描述的多体系统响应灵敏度分析，推导了相应的公式;建立了汽车主要总成的多体动力学模型，并整合整车多体模型，建立了道路输入模型，进行整车的动力学仿真:提出了基于动力学仿真的汽悬架CAD的思路，针对具体车型，进行了钢板弹簧的结构改进设计，将改进后的钢板簧装车进行了平顺性和操纵稳定性试验。并将遗传算法的神经网络自适应
23、模糊控制策略用到汽车半主动悬架的控制中（10）。南京理工大学的苏小平博士，在整车系统多体动力学模型的基础上，采用模态集成法和离散化方法分别建立汽车横向稳定杆和板簧的柔性体。对依维柯汽车的操纵稳定性、行驶平顺性、紧急制动性能进行了仿真计算并分析与探讨了对这些性能影响因素的变化律，结合该车换型时在行驶平顺性上出现的问题，对该车悬架系统进行了优化设计，提了一种悬架系统特性参数动态优化数学模型和一套基于仿真的悬架系统优化设计方法（11）。上海交通大学的赵亦希、黄宏成、刘奋以S型轿车前悬架系统为实例，利用ADMAS/Car模块，进行双轮反向激振动力学仿真，仿真结果是各种侧倾特性参数，对照轿车标准系数对S
24、型轿车侧倾情况有一个全面了解，为设计和优化悬架系统提供了实用高效的方法(12)。江苏大学的汤靖、高翔、陆丹以多体系统动力学理论为基础，应用机械系统动力学真分析软件ADAMS的、Car专业模块建立某皮卡车麦弗逊式前悬架多体系统模型，并用ADAMS/insihgt模块进行性能分析，找出磨损严重的原因，同时进一步进行悬架布置化设计，最终得出优化的悬架布置方案，较好地解决了轮胎磨损的问题(13)。合肥工业大学的乔明侠针对江淮汽车股份有限公司的瑞风商务车，利用多体动力学析软件ADMAS建立了包括车身、前后悬架、转向系统、轮胎、人一椅等系统在内的整车体模型。开发了随机路面生成软件和平顺性评价程序。实现了悬
25、架偏频的仿真测量和不等级路面、不同车速下随机路面输入的平顺性仿真(14)。吉林大学的乐升彬以某车的前双横臂独立悬架为研究对象，采用该车的实际结构参数运用ADAMS/Car软件建立了该车的前悬架子系统、转向系子系统组成的悬架系统模型应用该模型对该车前独立悬架模型进行了运动学、动力学仿真分析，得出了其车轮外倾角前轮前束角、主销后倾角等前轮定位参数、悬架刚度、侧倾刚度、侧倾中心等参数在前左右轮心上下跳动时的变化规律。并且利用前人的经验对这些特性曲线进行分析，发现悬架存在不合理的地方，并针对存在的问题提出相应的解决方案（15）。1.4 论文主要内容1) 概述悬架的基础，双横臂独立悬架研究的必要性、发展
26、趋势等。2) 前双横臂独立悬架总成UG模型的建立。3) 介绍了多体系力学软件ADAMS的特点、优点等。4) 利用软件ADAMS对双横臂独立悬架进行仿真、分析，发现存在不符合要性能参数，然后针对存在的问题提出相应的方案，最后对各种调整。5) 依次进行仿真、分析，在保证原来满足要求的参数在调整后仍然符求，又使原来不符合要求的参数得到改善的原则下，选择那些最优整方案。2 双横臂独立悬架2.1双横臂独立悬架简介16双横臂式独立悬架按其上、下横臂的长短又可分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种。等长双横臂式在其车轮作上、下跳动时，可保持主销倾角不变，但轮距却有较大的变化，会使轮胎磨损严重，故己很少采用，多
27、为不等长双横臂式悬架所取代。后一种型式的悬架在其车轮上、下跳动时，只要适当地选择上、下横臂的长度并合理布置，即可使轮距及车轮定位的参数的变化量限定在允许范围内。这种不大的轮距改变，不应引起车轮路面的侧滑，而为轮胎的弹性变形所补偿。因此，不等长双横臂式独立悬架能保证汽车有良好的行驶稳定性，已为中、高级轿车的前悬架所广泛采用。双横臂悬架的突出优点在于设计的灵活性，可以通过合理选择空间导向杆系的铰接点的位置及导向臂（或称为控制臂）的长度，使得悬架具有合适的运动特性，并且形恰当的侧倾中心和纵倾中心 。图2-1双横臂独立悬架原理图图2-2双横臂独立悬架实物2.2 双横臂独立悬架的应用随着汽车行驶速度的不
28、断提高，传统的钢板弹簧式悬架已难以满足汽车行驶舒适性和操纵稳定性等方面提出的要求，因而在轻型载货车及轻型客车上推广使用独立悬架，尤其是双横臂独立悬架得到较大的发展。独立悬架的应用不仅降低了汽车在不平路面上行驶时车架与车身的振动，减小了汽车的非簧载质量，而且可以使动力总成的位置降低与前移，使整车质心位置下降，从而提高了行驶稳定性和乘坐舒适性。双横臂独立悬架的特点、优点及主要应用1318：1）可以通过调整其导向机构较容易地得到所需要的前轮定位参数，得到较好的整车性能。2）由于设计的自由度大，可通过合理布置，使悬架与转向杆系的运动干涉减小，不易发生跳摆。3）弹簧刚度和减振器阻尼可以根据需要，较容易调
29、整；非簧载质量小，有利于行驶平顺性。4）能够降低发动机和驾驶室高度，从而降低质心。5）有效弹簧距等于轮距，有利于提高横向角刚度，但一般来讲，其侧倾中心高度低，不利于其侧倾稳定性，一般需加横向稳定杆。双横臂式独立悬架多用于轿车和轻型客、货汽车的前悬架上，在麦弗逊式悬架出现后，逐渐被麦弗逊式悬架所替代，但是进入九十年代以来，随着轿车豪华化和高性能化，采用该结构的车种不断增加，在一些对平顺性和操纵稳定性要求较高的汽车上，不仅前悬架，而且后悬架也采用了双横臂式悬架11。比如：法拉利（412、328GTB、F40、328GTS等高档轿车）吉林大学硕士学位论文的前后独立悬架、劳斯莱斯的险路（Cornich
30、e）的前悬架、捷豹XJ6 2.9的前后悬架、本田的雅阁（2.0si Exclusive、LXi）的前后悬架、本田的市民CRX 1.6i 16V的前后悬架、三菱帕杰罗的前悬架，均采用了双横臂独立悬架。可见，双横臂独立悬架得到了广泛的应用，所以研究双横臂独立悬架是非常必要的。2.3双横臂独立悬架运动学分析3图2-3为双横臂独立悬架的空间拓扑结构。图中，双横臂独立悬架系统由5个构件组成。其中，构件1为车架（在该仿真中固定到地面）；构件2为双横臂独立悬架的下摆臂;构件3为双横臂独立悬架的主销(转向节)，假设轮胎与转向节轴之间没有相对转动，当作一个构件;构件4为转向横拉杆;构件5为双横臂独立悬架的上摆臂
31、。双横臂独立悬架系统构件之间的约束由转动副和球铰两种铰链组成。其中，构件1, 2之间为转动约束;构件1, 5之间为转动约束;构件2, 3之间为球铰相连;构件3, 5之间为球铰相连;构件3, 4通过球铰相连;构件1, 4通过球铰相连。图2-3双横臂独立悬架空间拓扑结构其中:A:上摆臂摆动安装点 B:下摆臂摆动安装点L1:下摆臂摆动轴线 L2:上摆臂摆动轴线C:转向节下球头销中心 F:转向节上球头销中心M:转向梯形断开点 N:转向节臂球销中心G:轮胎中心 P:主销轴线与转向节轴线的交点 采用空间笛卡儿坐标12来描述双横臂独立悬架系统构件的位置。整体坐标系的选取与整车设计所选取的坐标系相一致，X轴方
32、向沿车身纵向水平向后为正；Y轴方向取竖直向上为正；Z轴方向取沿车身向前方向为正。根据该双横臂独立悬架系统的多体运动学模型18，在整个系统的运动过程中，构件4通过球铰与构件1和构件3相连接，但是它只提供了构件1和构件3之间的距离约束。因此可根据多体系统运动学理论将构件4模型化为一个球面球面组合运动副中的连杆。因此，整个双横臂独立悬架系统的模型可以定义为由4个构件组成。在空间笛卡儿坐标系中，采用极大数目坐标法来描述系统每一个构件的空间位置。即对组成系统的任一构件i，采用7个广义坐标来描述它的空间位置与姿态，该构件的广义坐标为:q i=x i,y i,z i,e 0i,e1i,e2i,e3i上式中的
33、e 0i,e1i,e2i,e3i为描述构件的欧拉参数。对于整个双横臂独立悬架系统，其广义坐标矢量组为:q = q 1T, q 2T, q 3T ,q 5TT3 UG软件3.1 UG软件概述及其相关技术的发展UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。UG的开发始于1990年7月，它是基于C语言开发实现的。UG NX是一个在二和三维空间无结构网
34、格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用再利用。一个给定过程的有效模拟需要来自于应用领域(自然科学或工程)、数学(分析和数值数学)及计算机科学的知识。UG的目标是用最新的数学技术，为复杂应用问题的求解提供一个灵活的可再使用的软件基础。 UG软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。具体来说，该
35、软件具有以下特点：l）具有统一的数据库，真正实现了CAD/CAE/CAM等各模块之间的无数据交换的自由切换，可实施并行工程。2）采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体。3）用基于特征（如孔、凸台、型胶、槽沟、倒角等）的建模和编辑方法作为实体造型基础，形象直观，类似于工程师传统的设计办法，并能用参数驱动。4）曲面设计采用非均匀有理B样条作基础，可用多种方法生成复杂的曲面，特别适合于汽车外形设计、汽轮机叶片设计等复杂曲面造型。5）出图功能强，可十分方便地从三维实体模型直接生成二维工程图。能按ISO标准和国标标注尺寸、形位公差和汉字说明等。并能直接对实体
36、做旋转剖、阶梯剖和轴测图挖切生成各种剖视图，增强了绘制工程图的实用性。6）以Parasolid为实体建模核心，实体造型功能处于领先地位。目前著名CAD/CAE/CAM软件均以此作为实体造型基础。7） 具有良好的用户介面，绝大多数功能都可通过图标实现；进行对象操作时，具有自动推理功能；同时，在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正确的选择。3.2 UG各功能模块 UG的各功能是靠各功能模块来实现的，有不同的功能模块，来实现不同的用途，从而支持其强大的Unigraphics 三维软件。下面简要介绍各常用模块。1UG/Gateway (入口) 提供一个Unigraphics基础，UG/G
37、ateway在一个易于使用的基于Motif环境中形成连接所有UG模块的底层结构，它支持关键操作，包括打开已存的UG部件文件，建立新的部件文件，绘制工程图和屏幕布局以及读入和写出CGM等，也提供层控制，视图定义和屏幕布局，对象信息和分析，显示控制，存取“帮助”系统，隐藏/再现对象和实体和曲面模型的着色。UG/Gateway包括一个没有限制的高分率的绘图仪许用权，模块也提供一个现代化的电子表格应用，构造和管理零件家族并操纵部件间表达式2 UG/Solid Modeling (实体建模)提供业界最强的复合建模功能，UG/Solid Modeling无缝地集成基于约束的特征建模和显式几何建模，用户可以
38、取得集成于一个高级的基于特征环境内的传统实体，曲线和框线建模的功能，UG/Solid Modeling使用户能够方便地建立二维和三维线框模型，扫描和旋转实体，布尔运算及进行参数化编辑，包括对快速和有效的概念设计的变量化的草图绘制工具以及更通用的建模和编辑任务的工具，模块的易于了解和基于图符的图形环境是同一基础。3 UG/Features Modeling (特征建模)这个模块提高了表达式的级别，因而设计可以在工程特征的意义中来定义，提供对建立和编辑标准设计特征的支持，包括几种变形的孔，键槽，型腔，凸垫，凸台及全集的园柱， 块，锥，球，管道，杆，倒圆，倒角等等，也包括实体模型控空和建立薄壁对象。
39、4 UG/Freeform Modeling (自由形状建模)UG/Freeform建模形成对合并实体和曲面建模技术到一单个强大功能的工具集的基础，技术包括沿曲线的扫描，利用1，2和3个轨道方法比例地建立形状，从标准二次锥方法的放样体，园形或锥形模截面的倒园(圆角 )，在二个或更多的其它体间充顺桥接间隙的曲面，例如，一个可变半径的倒园或改变一个扫描的横截面积， 模型是与所有其它UG功能完全集成的，UG/Freeform Modding也包括为评估复杂模型的形状、尺寸和曲率的易于使用的工具。5 UG/User-Defined Features (用户定义的特征)这个模块提供一种交互方法，为了易于
40、恢复和编辑、使用一用户定义特征(UDF)的概念去捕捉和存贮部件家族，模块包括取一个已存参数化实体模型，它是利用标准Unigraphics 工具创建的，定义特征变量，建立参数间关系，设置缺省值和决定当调用时特征将取的一般形状所需的所有工具。6 UG/Drafting (制图)U UG/Drafting建立与几何模型相关的尺寸，确保在一模型改变时，图将被更新，减少图更新所需的时间，视图包括消隐线和相关的模截面视图，当模型修改时也是自动地更新，自动的视图布局能力提供快速的图布局，包括正交视图投射，截视图，辅助视图和细节视图，UG/Drafting支持在主要业界制图标准，利用由UG/Assenigly
41、 Modeling创建的装配信息方便地建立装配图，包括快速地建立装配分解视图的能力，无论是制作一单一片图或一多片细 节的装配和组件工程图，UG/Drafting减少工程图生成的时间和成本。7 UG/Assembly Modeling (装配建模)提供一个并行的自顶一向下的产品开发方法，UG/Assemly Modeling的主模型可以在总装配的上下文中设计和编辑，组件被灵活地配对或定位,并且是相关的改进了性能和减少存贮的需求，参数化地装配建模提供为描述组件间配对关系和为规定共同的紧固件组和其它重复的零件的附加功能，结构体系允许极大的产品结构由一设计队伍来创建和共享，这个使队伍成员继续它们的工作
42、与其它人并行，部件的版本和 或由用户规定的命名规则或由UG/Manager的配置规则来正确存取。3.3三维UG建模3.31双横臂独立悬架位置坐标图3-1双横臂独立悬架空间结构表3-1主要空间铰点坐标位置点xyz上摆臂前安装点-41.776-387.222224.080上摆臂后安装点173.887-383.102212.751上摆臂球销中心12.046-607.337181.161下摆臂后安装点179.189-284.268-33.684下摆臂球销中心-5.583-665.138-87.477轮胎中心点0-742.6180轮胎接地点中心0-740-374.991转向器横拉杆球销-144.424-
43、687.482-18.543转向器横拉杆断开点-156.794-342.56540.413前轮定位参数：前轮外倾角: 主销内倾角:主销后倾角: 前束值:0-2按上述数据建模和运动仿真分析，需对双横臂独立悬架、车轮和转向系统进行如下简化:1.假设所有杆件全部为刚体，在车轮转向及跳动和悬架运动过程中不发生变形;2.假设轮胎为刚体，不考虑其变形;3.假设轮胎为一个圆形平面，不考虑其厚度;4.假设球头销中心和与之相连接的销孔为一个点，不考虑零件厚度;5.假设所有杆件全部都为没有厚度和宽度的空间线段。3.32.汽车双横臂悬架的建模三维设计软件的主要特征有：可视化精确零件设计。可以迅速创建基础零件的外型特
44、征，易于添加常规通用的机械特征（例如孔，倒圆和倒角）。强大的装配设计。通过施加约束和装配关系采用拖放方式操作，使得零件装配像搭积木一样方便，对装配、子装配、零件、装配特征、约束等进行管理，可以完成装配件爆炸、剖切、干涉检查、运动仿真、最小间隙、物性计算、零件列表等。装配同时支持“自顶而下”和“自下而上”的设计技术，既可使用传统的技术完成装配，也可以在装配环境设计新的零件。三维软件可将装配件进行剖视，以便清晰地观察装配件的内部结构及内部零件的装配情况。三维设计软件还可以创建爆炸图，既可产生具有演示质量的渲染图像，也可方便的进行零件注释，便于零件的生产，装配，维修。生成工程图。可以迅速将设计完成的
45、三维零件和装配件转换为二维图，能够根据三维模型的尺寸，准确无误地自动生成二维尺寸，并可灵活调整尺寸的种类和位置。只要二维装配件的装配关系正确，生成的二维工程图就不会有尺寸上的错误。智能渲染和智能动画。设计者在创建一个三维零件图，可运用色彩，材质，各种渲染技术达到逼真效果，还可以进行模拟仿真动画。UG采用基于特征和约束的建模技术，具有交互建立和编辑复杂实体模型的能力，可以快速的进行概念设计和结构细节设计。它为三维建模提供了多种不同的应用模块，如实体建模，特征建模，自由曲面建模和自定义特征等。装配是将产品的各个部件进行组织和定位操作的一个过程，通过配对条件在部件间建立约束关系来确定部件在产品中的位
46、置。UG软件采用虚拟装配模式，即在装配中，部件的三维模型是被装配引用，而不是简单的被复制到装配图中，其中运用引用集的思想简化了模型信息。同时以主模型为基础保持装配部件的几何相关性，如果某部件被修改，则引用它的装配部件会自动更新，以反映部件的最新变化。在UG中可采用自顶向下，自底向上或混合装配的装配方法，这里采用自底向上的方法。即由已建立的单个部件的三维模型逐级的进行组装，最后组成装配件。创建的悬架模型中，包括主销（kingpin）、上横臂（UCA）、下横臂（LCA）、拉臂（Pull_arm）、转向拉杆（Tie_rod）、转向节（Knuckle）、车轮（Wheel）、以及测试平台（Text_patch）。首先设置新模型的工作环境，创建所需的9个设计点，然后完成主销，上下横臂，拉臂，转向拉杆等物体的建立，完成模型的建立，建立UG模型如图3-2所示图3-2汽车双横臂UG模型4 ADAMS软件4.1仿真软件应用及发展目前国内外工程仿真软件层出不穷，但各仿真软件都有其各自应用的范围应用的仿软件主要有:1 DADS软件比利时LMS的DADS支持机械系统的快速装配、分析和优化，并提供了功能虚拟机技术功能，可以为物理样机试验提供设计的装配特性、功能特性和可靠性的预测与校分析。在建模方面，提供的建模元素
