仿生三连杆式减振器设计及特性研究

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减振器作为汽车悬架系统中的主要缓冲减振元件,其优秀的被动特性有助于保障和提升汽车的乘车舒适性和操纵稳定性,因此研究并提出一种被动特性更加优异的减振器具有重要意义。本文将仿生学思想应用到汽车减振领域,以袋鼠为仿生对象,在保留袋鼠腿结构比例的基础上将其抽象为带有阻尼弹簧的三连杆机械机构。本文在分析该结构优缺点的基础上,充分保留其优异的被动特性,并通过结构设计增强其稳定性,最终得到一种仿生三连杆式减振器。该减振器可用于提高汽车悬架系统的被动特性,使其具有良好的缓冲减振功能和仿生自适应特性,提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性,延长车辆的使用寿命。本文主要做了以下工作:(1)根据仿袋鼠腿结构对仿生三连杆式减振器进行了结构设计,然后应用数值方法分析了仿生三连杆式减振器的静刚度特性以及减振器相关参数对静刚度特性的影响。(2)应用拉格朗日方程法对仿生三连杆式减振器进行动力学建模,由于动力学方程存在复杂非线性,难以求解,因此利用Adams软件对减振器进行了动力学分析。通过扫频法分析了减振器相关参数对减振器位移传递率的影响。(3)根据静刚度特性和动力学的分析结果选定减振器的设计参数,然后应用CATIA建立了减振器的三维模型,最后应用Adams对所设计的减振器进行了时域、频域和幅变特性分析。(4)将所设计的减振器与麦弗逊悬架结构相结合,得到一种仿生三连杆式麦弗逊悬架结构,并应用Adams/Car建立前悬架模型并进行了运动学分析。结果表明通过仿生学提出和设计的仿生三连杆式减振器结构具有拉压刚度不同以及越压越“软”的静刚度特性,同时还具有纵向刚度,可以减缓纵向冲击;减振器的设计具有很大的灵活性,通过调整减振器参数可以得到具有不同非线性特性的静刚度曲线和动态特性;增大刚度系数会增加传递率共振峰和共振频率,减小可用减振频带;位移传递率曲线具有以拐点为分界的共振区和减振区,增大阻尼系数会衰减拐点左侧共振区传递率,增大拐点右侧减振区传递率;所设计的减振器具有良好的减振效果,较低的传递率共振峰和共振频率以及有助于减振的幅变特性;在未进行优化的情况下前悬架仿真中部分车轮定位参数仿真结果的变化范围超出理想的结果,但通过合理的设计和优化,此仿生三连杆式减振器具有应用在不同悬架结构(如麦弗逊独立悬架)中的潜力。
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