汽车后悬架下控制臂的有限元分析与优化

朱光耀

摘  要：对于现实中存在的具体的汽车后的控制臂零件作为这次研究的目标，进行一定的模建。在分析的过程中引进惯性的原理进行计算分析控制臂在外力作用下的运动过程中的加速度，进行控制臂强度的精准计算，进行汽车后悬架下的控制臂有限元的分析，从分析找到优化方法，为以后的汽车后悬架下控制臂零件的制造提供了一定的制造标准。

关键词：汽车  后悬架  控制臂  有限元分析

中图分类号：U463.33          文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）08（c）-0095-03

Abstract： For the specific control arm parts that exist in the real car as the goal of this research， certain modules are carried out. Introduce the principle of inertia in the analysis process to calculate and analyze the acceleration of the control arm under the action of external force， perform accurate calculation of the strength of the control arm， and perform finite element analysis of the control arm under the rear suspension of the car. The optimization method is found， which provides a certain manufacturing standard for the manufacture of the lower control arm parts of the rear suspension of the automobile in the future.

Key Words： Automobile; Rear suspension; Control arm; Finite element analysis

对于汽车的悬架下的控制臂来说，其发挥的作用在汽车的运动中是非常重要的。所以说，汽车后悬架下的控制臂的强硬度必须要符合相应的设计标准，以此来保证汽车的安全运行。

对于汽车的后悬架下的控制臂进行分析得出，该零件的结构比较特殊，在汽车的行驶中进行着多方向的摆动。所以说，要将控制臂拿出来进行有限元的分析，在分析的时候要根据静力分析的原则进行自由度的旋转测试，在测试中，如果将该结构进行5个自由度的约束，该臂就会进行旋转活动，如果说是进行6个自由度的约束，会对于计算的结果有应力的影响，受到影响计算的不符合实际标准。所以，在下面的分析中为了避免影响实际结果，运用到惯性的相关原理进行分析计算。

在该文的分析论述中，根据控制臂的一些实际设计要求，对于控制臂进行了有限元模型分析，其中包括橡胶衬套等，并且对于控制臂的刚强度和拉伸力进行计算，计算结果显示，控制臂的强硬度必须要与设计实际需要相吻合。

1  惯性释放原理分析应用

对于惯性的释放原理计算原理来说，其是先计算结构运动的加速度，通过惯性力进行平衡体系的构造，这一体系的构建可以消除外部对于控制臂的影响，并且控制臂进行相对运动，导致外部的应力集中度与该计算的影响不大。对于惯性释放的应用来说，主要是应用于飞机模拟飞行、卫星应用以及汽车实验等具体的工程地方。对于检测的物体来说，如果其本身的平衡性较好，那么运用惯性释放原理进行相关的计算出现的误差就会比较小，得到的具体实验结果与实际相符合。

在对于一些复杂的结构进行相关计算分析的时候，可能会因为受到一些计算方式的限制无法得到准确的结果，要想求出一个绝对平衡的力是非常不容易的。虽然存在困难，但是可以根据一些平衡的方式自己构建一个与自平衡有关的力系进行相关计算。如通过设置点进行相关力体系的计算，用有限元方式进行计算方程为：，在该式中[M]=∫Ωρ[N]T[N]dΩ为进行计算的质量矩阵。这种计算的方式称为“惯性释放”。

运用惯性释放的方式进行力体系分析的时候，需要对于计算的节点进行6个旋转自由度的约束，对于该节点，要先对其进行一定的支撑，计算运动中的每一个方向上的加速度，根据加速度进行惯性力的转化，在转化以后进行平衡力系的构建，进行相对运动的求解。利用惯性释放的原理进行计算，求解有限元计算切。

2  控制臂有限元分析

2.1 控制臂设计的相关要求

在对于汽车的悬架下的控制臂进行设计的时候，必须要考虑到控制臂在汽车的运动中所受到的拉力和压力的影响，让设计出来的控制臂结构硬度符合标准，并且计算出的数据能够为其提供设计标准。图1为控制臂的示意图，表1为控制臂的拉溃力和拉溃力以及静刚度要求。

2.2 悬架控制臂有限元模型

对于控制臂来说，其有一端是通过球铰和车轮轮毂相连接，在控制臂的另一端为橡胶衬套与该车的车身相连接。对于建立的控制臂的有限元分析模型来说，为了计算的准确性，要让其相互的连接，并且保持约束状态。

控制臂借助其本身具有的钢性进行模拟运动。其球铰和球头在运动的时候是在借助一个约束点进行，并且与控制臂的单元节点在进行着连接运动，在其进行运动的时候在单元约束点上为了让其进行自由的转动，释放了3个自由圈度。在橡胶衬套运动的时候，与控制臂进行着供电连接。在图2的模型中。橡胶的衬套硬度为50，用6082-T6材料做控制臂与球铰。

对于橡胶衬套来说，其具有的结构较为复杂，并且其非线性特征比较强。所以，在对于橡胶的进行模建的时候需要进行3次的，分别为内层、外层和中间層。在进行建模的时候，选取的材料是不同的，用20号钢做内外层的模建材料，用50度的橡胶做中层模件，并且在做完后对于模型进行弹性计算分析。并且将做的模建用硫化方式进行连接。

在图2中，所表示的是控制臂的有限元计算的约束点和加载点，在这其中橡胶衬套的外圈与各个节点的连接点进行相关的关联，在进行关联的时候，运用惯性释放的原理进行解释与计算，模拟出静态响应的非约束的系统。

2.3 检测硬度结果

在进行相关计算的时候，运用ABAQUS计算软件对于图3中的控制臂进行抗拉和压溃计算分析。在这其中设立中心加载点，对于有限元进行分析计算。利用惯性释放的原理进行计算分析，得出的相关数据具体见表2。

总而言之，对于汽车后悬架下控制臂的有限元分析，根据一些实验结果的计算得出控制臂所需要的强度标准要求，在进行控制臂零件加工的时候要根据计算分析出的数据进行一些优化，让控制臂的工作在汽车的运行中更加安全高效。

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