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基于变弹性基础Winkler模型的转向机构间隙球铰动力学特性研究
| 论文题名： | 基于变弹性基础Winkler模型的转向机构间隙球铰动力学特性研究 |
| 关键词： | 汽车转向系统;横拉杆;转向节臂;连接处球铰;动力学特性;接触碰撞力模型 |
| 摘要： | 转向横拉杆球头是汽车转向系统中重要的连接部件，对汽车行驶安全至关重要。球销与球窝由于制造精度、运动摩擦等原因无可避免的存在一定间隙。间隙引起的系统动力学特性、操纵精度及稳定性等问题成为当前研究的热点，也是需要解决的难点之一。针对目前存在间隙的球铰接触特性模型多采用线性假设，导致对转向机构操纵精度与控制水平的提高造成一定制约的问题，本文以横拉杆与转向节臂连接处球铰为研究对象，以获得含间隙时冲击外载下球窝接触力与变形量的关系以及提高间隙对球铰动力学特性影响规律的分析准确性为目标，构建了基于Winkler模型的变弹性基础球铰接触碰撞力模型，进行了间隙对转向机构中球铰动力学特性的影响分析。本文的主要研究内容如下： （1）间隙球铰静态非线性接触力研究。针对间隙球铰的结构特点和几何关系，基于Winkler弹性基础模型并改进了弹性基础厚度，建立了基于Winkle模型的变弹性基础球铰接触力模型，并与Hertz非共形球铰接触力模型及有限元法进行了对比分析。发现小间隙时基于Winkler模型的变弹性基础接触力模型较Hertz模型误差更小，大间隙下两种接触力模型误差相近。 （2）间隙球铰非线性接触碰撞分析及力学模型构建。使用ABAQUS显式分析法模拟了间隙球铰的碰撞，以能量损耗为显性标志，对碰撞过程进行分析。结合基于Winkler模型的变弹性基础球铰接触力模型，构建碰撞过程中功能关系下的阻尼力项表达式，完成间隙球铰的接触碰撞力建模。在不同初始碰撞速度及不同恢复系数下，分析了基于Winkler模型的变弹性基础球铰接触碰撞力模型的精确性。 （3）建立了包含间隙的前桥转向系统ADAMS动力学模型，以基于Winkler模型的变弹性基础球铰接触碰撞力模型为基础，编写了法向接触碰撞力子程序，并集成到前桥转向系统ADAMS动力学模型中。 （4）间隙球铰动力学特性的影响因素分析。基于含间隙前桥转向系统ADAMS动力学模型和基于Winkler模型的变弹性基础球铰接触碰撞力模型，分析了不同间隙尺寸、间隙个数、接触刚度等因素对球铰动力学特性的影响规律。 结果表明：间隙是影响机构运动稳定性和精确性的主要原因，机构表现出明显的振荡现象：间隙较小时，球铰的动态振荡表现为高频低幅的碰撞特点；间隙值增大时，机构的振荡频率降低，表现出低频高幅值的碰撞特点。定接触刚度接触力模型不能够准确描述间隙球铰的碰撞问题，本文建立的基于Winkler模型的变弹性基础球铰接触碰撞力模型可以提高含间隙问题的分析准确性。也为提高车辆的操纵稳定性奠定基础，为车辆零部件的结构设计提供参考意义。 |
| 作者： | 夏明悦 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张树培 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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