油门踏板论文.doc

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1、南 京 理 工 大 学毕业设计说明书(论文)作 者:王丹青学 号：0801560123学 院:机械工程学院专 业:车辆工程题 目:某汽车油门踏板结构设计研究员李守成指导者： (姓 名) (专业技术职务)皮大伟讲师评阅者： (姓 名) (专业技术职务)2012 年 5 月毕业设计说明书（论文）中文摘要油门踏板主要作用是控制发动机节气门的开度，从而控制车速。为提高驾驶性能，并满足更高的排放水平要求，新一代的电控发动机管理系统中需要电子油门踏板直接提供电信号。就目前的发动机技术而言，要达到欧排放都必须采用电控技术。为了打破国外产品的垄断地位，尽快研制出性能稳定的国产电子油门踏板，需要对油门踏板的结构

2、和材料进行改进。油门连杆由传统材料变更为PA66+GF30（含30%短切玻璃线为增强的PA66塑料材料），其经济性得到改善，而随着材料的变更所带来的材料力学性能的下降，这直接影响了油门连杆的可靠性。因此，本文对某型号油门连杆在预定载荷和工况下进行有限元分析，能够在产品设计早期对踏板的结构强度进行预测，减少试验风险，缩短开发周期，这对于油门踏板的开发具有很重要的现实意义。关键词 轻量化；油门踏板；有限元分析；ABAQUS;CAE毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Structure design of a automobile accelerator pedal AbstractThe m

3、ain role of accelerator pedal is to control the opening degree of the engine throttle ,thereby controlling the speed .For the improvement of the maneuverability and the fulfillment of the higher requirement of the emission levels，the new generation management system of the electronic controlled engi

4、ne need the electrical signals provided by the electronic pedal directly .As the development of the engine technology currently, electronic control technique must be used to meet the European III emission standard .Improvement of accelerator pedals structure and material are needed to the designing

5、of the homemade pedals to break monopoly. The traditional material of accelerator pedal rod changes to PA66+GF30 (containing 30% short glass line for enhanced PA66 plastic material), its economy is improved, and with the material changes the decrease of the mechanical properties of the material dire

6、ctly affects the reliability of the accelerator pedal rod. There-for, this article on a certain type of accelerator rod does a FEA in a predetermined load and working condition, and it can predict the pedal structure strength in the early product design to reduce the risk and shorten the development

7、 cycle. It has very important practical significance for the development of the accelerator pedal.Keywords Lightweight; accelerator pedal; FEA;ABAQUS;CAE目 次1引言11.1课题背景11.2汽车轻量化技术11.3研究的目的和意义41.4研究的主要内容52 油门踏板概述62.1油门踏板介绍62.2油门踏板的发展73建模软件和有限元软件介绍83.1 CATIA软件83.2 CATIA V5版本的特点93.3有限元技术及软件介绍104油门踏板机构的设

8、计144.1对标车简介144.2油门踏板结构设计165 强度分析与校核225.1强度分析225.2强度校核38结 论40致 谢42参 考 文 献431引言1.1课题背景当今社会，汽车己成为日常生活中不可缺少的一种工具，在发达国家，汽车的普及已到了很高的程度。以美国为例，每个家庭平均拥有各种汽车23辆。我国的汽车人均拥有量远远低于发达国家水平，正是由于中国巨大的市场和汽车工业对国民经济的巨人推动作用，汽车工业已被国家确定为国民经济的支柱产业，是国家扶持和重点发展的产业之一。国内汽车工业通过合资引进国际先进技术，缩短了与国外发达国家的差距，并正从引进技术逐步向自主开发过渡。经过几十年的风雨历程，中

9、国汽车工业已形成一个比较完整的工业体系。但是在整车开发，整车性能测试等领域，国内水平与国际汽车工业的先进水平相比，尚有很大差距。随着汽车快速的普及，越来越多的汽车进入普通大众的日常消费中，汽车也逐渐追求更加舒适、安全、环保的性能，这样与之对应的是，汽车上出现越来越多的装备，像空调、安全气囊等设备都成为普通车的必备，这样带来的后果是汽车的整车总重量也相应的增加。为了实现汽车减重的目地，研究人员在成本和现有技术条件允许的范围内，围绕汽车的整个设计和制造周期，通过多种途径，包括改善现有材料和工艺，使用新材料、新结构等去实现车型的轻量化设计。在轻量化设计的大趋势下，为实现成本及工艺上的优化，针对以上问

10、题，本课题主要研究内容是以某乘用车为对标车，以设计成本和结构更为优化的油门踏板结构，并利用有限元仿真的方法，对油门踏板机构静态应力特性展开分析和研究。1.2汽车轻量化技术1.2.1轻量化概述汽车轻量化主要指导思想：在确保稳定提升性能的基础上，节能化设计各总成零部件，持续优化车型。 汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整车质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.30.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。当前，由于环保和节能的需要

11、，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。汽车轻量化的主要途径是： 汽车主流规格车型持续优化，规格主参数尺寸保留的前提下，提升整车结构强度，降低耗材用量； 采用轻质材料。如铝、镁、陶瓷、塑料、玻璃纤维或碳纤维复合材料等； 采用计算机进行结构设计。如采用有限元分析、局部加强设计等； 采用承载式车身，减薄车身板料厚度等。 其中，当前的主要汽车轻量化措施主要是采用轻质材料。1.2.2国内外开发技术现状自上世纪70年代开始，随着全世界范围石油危机的爆发，也随着汽车设计、制造工艺技术及汽车材料技术的发展，人们开始逐渐重视汽车轻量化技术的研究，并逐步应用在汽车产品上，汽车的总重开始出现逐年减少的趋势。据统

12、计，美国中型汽车的平均整车总重量，从上世纪80年代初的大约1520kg逐步下降到90年代末的大约1230kg。到上世纪末本世纪初期，百公里油耗仅仅3L的汽车开始出现在了汽车生产制造强国，而且汽车总重量都控制在800kg左右。如德国大众在1998年推出的路波3L TDI，汽车总质量只有800kg。奥迪公司推出的全铝轿车Audi A2，汽车总质量只有895-990kg。商用车系列产品中，汽车轻量化技术也开始得到了大量的应用，比如意大利依维柯商用车，2004年其驾驶室的质量已降为960kg。我国汽车轻量化技术发展起步虽然较晚，但是近年来，也取得了不少成果，尤其是在国家“九五”和“十五”期间，一批批汽

13、车新材料项目大大促进了我国汽车轻量化技术的进步和发展。“九五”期间，铸件生产成套工艺技术和铝合金材料技术的开发研究项目，开发出了多种可以使用在汽车上的铸造合金和高性能轴瓦材料；半固态成型、快速凝固成型等先进成型技术的研究与应用也取得了突破；耐热铝合金、铝基复合材料等新型汽车用材料的研究也取得了较大的进展。铝合金铸造生产线也开始出现在一汽等几大汽车生产厂家；国内的大学及研究所也开始进行相关的研究，如湖南大学开始开展汽车大型铝合金结构件整体铸造成形技术和关键设备的研究；铝合金板材的成形性研究也在重庆汽车研究所、西南大学、东北大学和一汽开始开展。“十五”期问，镁合金材料的应用与开发被列为我国材料领域

14、的重点项目，国内的大型汽车生产厂家如一汽、东风及长安等建立了压铸镁合金生产线；重庆汽研所则在镁合金材料零件的性能测试、疲劳试验及计算机仿真等方面开展了大量的研究工作；国内高校如上海交大、湖南大学及重庆大学等就镁合金材料的强韧化、阻燃性和抗高温蠕变性等开展了较深入的研究。在轻量化材料研究取得累累硕果的同时，国内在汽车轻量化的零件结构形状优化设计等方面也取得了大的进步，改变了原来的单纯依靠经验进行零件轻量化设计开发，逐步发展到利用有限元技术等新的设计方一法上。如湖南大学与上汽通用五菱合作开发的薄板冲压工艺与模具设计理论的课题，取得了较高的研究与应用成果，获得了国家科技进步一等奖；北航利用有限元技术

15、和现代设计方法，对客车结构进行了优化设计与分析，实现了客车轻量化设计。1.2.3塑料在轻量化技术中的应用塑料在汽车行业的应用前景同样看好。目前世界上不少轿车的塑料用量已经超过120千克/辆，个别车型还要高，德国奔驰高级轿车的塑料使用量已经达到150千克/辆。国内一些轿车的塑料用量也已经达到90千克/辆。可以预见，随着汽车轻量化进程的加速，塑料在汽车中的应用将更加广泛。汽车轻量化使塑料作为原材料在汽车零部件领域被广泛采用，从内装件到外装件以及结构件，塑料制件的身影随处可见。目前，发达国家已将汽车用塑料量的多少，作为衡量汽车设计和制造水平的一个重要标志从现代汽车使用的材料看，无论是外装饰件、内装饰

16、件，还是功能与结构件，到处都可以看到塑料制件的身影。 汽车轻量化“相中”塑料汽车工业的发展与塑料工业的发展密不可分。近年来汽车轻量化成为降低汽车排放、提高燃烧效率的有效措施，也是汽车材料发展的主要方向，它使塑料在汽车中的用量迅速上升。目前发达国家已将汽车用塑料量的多少作为衡量汽车设计和制造水平的一个重要标志。 统计显示，汽车一般部件重量每减轻1%，可节油1%；运动部件每减轻1%，可节油2%。国外汽车自身质量同过去相比，已减轻20%26%。预计在未来的10年内，轿车自身的重量还将继续减轻20%。而塑料等轻量化材料的开发与应用，在汽车的轻量化过程中发挥着重大作用。 汽车材料应用塑料的最大优势是减轻

17、车体的重量。一般塑料的比重在0.91.5，纤维增强复合材料的比重也不会超过2.0，而金属材料的比重，A3钢为7.6，黄铜为8.4，铝为2.7。这就使得塑料材料成为汽车轻量化的首选用材。从现代汽车使用的材料看，无论是外装饰件、内装饰件，还是功能与结构件，到处都可以看到塑料制件的影子。外装饰件的应用特点是“以塑代钢”，减轻汽车自重，主要部件有保险杠、挡泥板、车轮罩、导流板等；内装饰件的主要部件有仪表板、车门内板、副仪表板、杂物箱盖、坐椅、后护板等；功能与结构件主要有油箱、散热器水室、空气过滤器罩、风扇叶片等。 汽车轻量化，使包括聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、热固性复合材料、ABS、尼龙和聚乙烯等在内的

18、塑材市场得以迅速放大。近两年，车用塑料的最大品种-聚丙烯，每年以2.2%2.8%的速度加快增长。预计到2020年，发达国家汽车平均用塑料量将达到500千克/辆以上。 目前国外汽车的内饰件已基本实现塑料化，塑料在汽车中的应用范围正在由内装件向外装件、车身和结构件扩展。今后的重点发展方向是开发结构件、外装件用的增强塑料复合材料、高性能树脂材料与塑料，并对材料的可回收性予以高度关注。统计显示，全世界平均每辆汽车的塑料用量在2000年就已达105千克，约占汽车总重量的8%12%。而发达国家汽车的单车塑料平均使用量为120千克，占汽车总重量的12%20%。如奥迪A2型轿车，塑料件总重量已达220千克，占

19、总用材的24.6%。目前，发达国家车用塑料已占塑料总消耗量的7%8%，预计不久将达到10%11%。 对于中国来说，塑料在汽车行业的应用尚处于初级阶段。目前，塑料等非金属材料在国产车上的应用状况还比不上进口车。在欧洲，车用塑料的重量占汽车自重的20%，平均每辆德国车使用塑料近300千克，占汽车总重量的22%。与国外相比，国产车的非金属材料用量仍然偏少。国产车的单车塑料平均使用量为78千克，塑料用量仅占汽车自重的5%10%。1.3研究的目的和意义目前国内技术水平比较落后，产品问题较多，要做出好的产品还需要时间，因此，近两年内，国内汽车电子油门踏板还将以国外产品为主。为了打破国外产品的垄断地位，尽快

20、研制出性能稳定的国产电子油门踏板，需要对油门踏板的材料和结构提出更高的要求，这就要求对油门踏板的强度进行精确地模拟和预测。随着电子控制系统的普及，电子油门已经成为了汽车的标准配件之一。相比传统拉线油门，电子油门通过ECU控制节气门开度，在车辆的燃油经济性和主动安全控制上有着无法替代的优势。因此，这对于油门踏板的强度、刚度、耐久性都有严格的要求，以便能精确地控制进气量，并延长踏板的使用寿命。工程师在缺乏设计依据的情况下，往往需要经历设计，试验，修改，再试验的反复过程来完成产品开发，导致开发周期过长。借助有限元计算，能够在产品设计早期对踏板的结构强度进行预测，减少试验风险，缩短开发周期。本课题的意

21、义在于，在轻量化设计的概念指导下，在油门踏板机构结构设计及零件材料选择上较传统油门踏板机构有了较大改善优化，并利用有限元分析软件ABAQUS对乘用车油门踏板失效现象进行分析研究，揭示油门踏板真实的应力应变分布规律，研究油门踏板对加速中应力分布的影响，为以后对油门踏板机构局部应力集中情况的理论研究提供参考数据，对实际工程具有一定的指导意义。1.4研究的主要内容本课题受企业委托，以长城炫丽为对标车，设计油门踏板机构结构形式，完成其空间布置及在不同工况下的CAE分析报告。本文从轻量化的各个实施途径出发，涵盖油门踏板总体尺寸优化、零件形状优化、材料类型及零件规格型号优化选等轻量化工艺中多学科优化技术的

22、应用等方面，对油门踏板进行了轻量化设计，并在此基础上，结合有限元技术，对不同工况油门踏板机构的应力分布情况进行了综合分析。研究的主要内容：1. 根据油门踏板空间位置，布置油门踏板机构。2. 设计油门踏板，对结构进行轻量化处理，并满足相应国家标准，利用CATIA软件进行油门踏板的三维几何建模，提交油门踏板机构装配图。3. 运用有限元技术对油门踏板在不同工况下的应力应变分布情况进行综合分析，并提交相应的CAE分析报告。2 油门踏板概述2.1油门踏板介绍油门踏板又称加速踏板，主要作用是控制发动机节气门的开度，从而控制车速。另外在自动挡汽车中加速踏板不仅用于控制发动机节气门，还用于将驾驶员意图传递给变

23、速器控制器。油门踏板和节气门直接相连，改变油门踏板可以改变发动机节气门开度，从而改变进气量。因此驾驶员通过加速踏板可以控制发动机的运转。在传统节气门的发动机中，节气门开度仅仅由油门踏板控制。而在电子节气门的发动机中，发动机ECU（电子控制单元）可以根据油门踏板开度和其他一些信号来综合控制节气门开度。也就是说，在目前的电子节气门中，节气门开度并不仅仅由油门踏板开度决定，ECU还会考虑其他因素进行一些修正，以优化发动机运行工况。 在自动挡轿车中油门踏板还有另一个作用，就是把驾驶员的控制意图传递给自动变速器的控制器。液力变矩器式自动变速器是有档位的，只是换挡不由驾驶员操作，而是由变速器控制器根据加速

24、踏板开度、车速等决定。因此油门踏板起到了把驾驶员意图传递给控制器的作用。比如，驾驶员猛踩油门踏板，控制器会判断驾驶员想急加速，会控制自动变速器升档，甚至还可以控制自动变速器先降挡再升挡（模拟降挡加速）。图2.1 油门踏板示意图2.2油门踏板的发展加速踏板也就是我们常说的油门，传统拉线油门是通过钢丝一端与油门踏板相连另一端与节气门相连，它的传输比例是1：1的，也就是说我们用脚踩多少，节气门的打开角度就是多少，但是在很多情况下，节气阀并不应该打开这么大的角度，所以此时节气阀打开的角度并不一定是最科学的，这种方式虽然很直接但它的控制精度很差。而电子油门它是通过电缆或线束来控制节气门的开度，从表面看是

25、用电缆取代了传统的油门拉线，但实质上不仅仅是简单的改变连接方式，而是能对整个车辆的动力输出实现自动控制功能。3建模软件和有限元软件介绍3.1 CATIA软件CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。其产品以幻影2000和阵风战斗机最为著名。CATIA 提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。包括从

26、大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品。在世界上有超过13,000的用户选择了CATIA。CATIA 源于航空航天业，但其强大的功能以得到各行业的认可，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。CATIA 的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行业内的领先地位。CATIA是英文Computer Aided Tri-Dimensional Interface Applicat

27、ion 的缩写。 是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM 一体化软件。在70年代Dassault Aviation 成为了第一个用户，CATIA 也应运而生。从1982年到1988年，CATIA 相继发布了1版本、2版本、3版本，并于1993年发布了功能强大的4版本，现在的CATIA 软件分为V4版本和 V5版本两个系列。V4版本应用于UNIX 平台，V5版本（见图3.1）应用于UNIX和Windows 两种平台。V5版本的开发开始于1994年。为了使软件能够易学易用，Dassault System 于94年开始重新开发全新的CATIA V5版本，新的V5版本界面更加友好，功能也日趋强大，并

28、且开创了CAD/CAE/CAM 软件的一种全新风格。图3.1 CATIA软件零件设计界面3.2 CATIA V5版本的特点CATIA V5版本是IBM和达索系统公司长期以来在为数字化企业服务过程中不断探索的结晶。围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统结构设计的CATIA V5版本，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。CATIA V5版本具有以下特点：1.重新构造的新一代体系结构

29、为确保CATIA产品系列的发展，CATIA V5新的体系结构突破传统的设计技术，采用了新一代的技术和标准，可快速地适应企业的业务发展需求，使客户具有更大的竞争优势。2.支持不同应用层次的可扩充性CATIA V5对于开发过程、功能和硬件平台可以进行灵活的搭配组合，可为产品开发链中的每个专业成员配置最合理的解决方案。允许任意配置的解决方案可满足从最小的供货商到最大的跨国公司的需要。3.与NT和UNIX硬件平台的独立性CATIAV5是在Windows NT平台和UNIX平台上开发完成的，并在所有所支持的硬件平台上具有统一的数据、功能、版本发放日期、操作环境和应用支持。CATIA V5在Windows

30、平台的应用可使设计师更加简便地同办公应用系统共享数据；而UNIX平台上NT风格的用户界面，可使用户在UNIX平台上高效地处理复杂的工作。4.专用知识的捕捉和重复使用CATIA V5结合了显式知识规则的优点，可在设计过程中交互式捕捉设计意图，定义产品的性能和变化。隐式的经验知识变成了显式的专用知识，提高了设计的自动化程度，降低了设计错误的风险。5.给现存客户平稳升级CATIA V4和V5具有兼容性，两个系统可并行使用。对于现有的CATIA V4用户，V5年引领他们迈向NT世界。对于新的 CATIA V5客户，可充分利用CATIA V4成熟的后续应用产品，组成一个完整的产品开发环境。3.3有限元技

31、术及软件介绍有限元法初创于20世纪中期，随着计算机技术和计算方法的发展，在计算力学和计算工程领域里，有限元法己成为最有效的计算方法，它几乎可以解决所有连续介质和场的问题。经过半个世纪的发展，以及一大批有限元辅助软件被不断推出，有限元法已成为结构分析中最为成功的方法，被研究机构和人员广泛使用，它强大的解决大型科学和工程问题的能力，取得了巨大的经济和社会效益。有限元法(FEM：Finite Element Method)是将连续体离散为有限个单元然后再将它们集合而成，这些单元之间通过有限的几个节点连接，亦即用有限个单元的集合来代替原来具有无限个自由度的连续体。由于有限单元法可以对连续体自由的分割，

32、节点的数量也可以控制，它可适用于任意复杂的几何形状和不同的边界条件，应用范围较广。单元的类型多种多样，例如线、面和实体或称为一维、二维和三维等单元。单元的边界由节点进行分割，单元之间通过节点连接，并承受一定的载荷，这样就组成了有限单元集合体。此外，通过设置一个简单的位移函数来对每一单元进行控制，近似模拟其位移分布规律，最后利用虚功位移原理对每个单元的平衡方程求解，即是建立了单元节点力和节点位移之间的关系。最后把所有单元的平衡方程集合起来，就可建立整个物体的平衡方程组。对整个平衡方程组施加边界约束条件后，解此方程组求得节点位移，并计算出各单元的应力。3.3.1 大型有限元软件ABAQUS非线性力

33、学问题(材料、几何和接触)是力学发展的前沿课题，非线性有限元是计算固体力学的组成部分，是基于仿真的工程与科学的重要方法之一。基于非线性力学理论和计算固体力学而发展的ABAQUS有限元软件是数值仿真的重要工具之一，被广泛地认为是功能最强的有限元分析软件，特别是在非线性分析领域，其技术和特点更是独树一帜，它融结构、传热学、流体、声学、以及热固耦合、流固耦合、热电耦合、声固耦合于一体，可以分析复杂的同体力学、结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。ABAQUS不但可以做单一零件的力学和多物理场分析，同时可以做系统级的分析研究，这一特点相对于其它的分析软件来说是独一无二的。

34、由于ABAQUS优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得ABAQUS被广泛应用于世界各国的工业生产和研究设计中。3.3.2 ABAQUS分析处理步骤ABAQUS有两个主求解器模块：ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit（见图3.2）。ABAQUS还包含一个全面支持求解器的图形用户界面，即人机交互前后处理模块：ABAQUS/CAE(Complete ABAQUS Environment)。ABAQUS对某些特殊问题还提供了专用模块来加以解决。它也包含两个交互作用的图形模块ABAQUS/Pre(前处理模块)和ABAQUS/Post(后处理模块)，它们提供了ABAQUS图形界

35、面的交互作用工具，它还包含其它如ABAQUS/CAE、ABAQUS/Design等模块。同所有的有限元计算软件一样，一个完整的ABAQUS分析包括三个基本步骤：前处理(pre-processing)、模拟分析计算(simulation)、后处理(post-processing)。图3.2 ABAQUS软件界面（1）前处理(ABAQUS/Pre)在这个步骤中必须确定计算模型和生成一个ABAQUS输入文件。计算模型包括以下几个部分：一个经过离散化的连续体结构、单元划分及其性质、材料参数、荷载及和边界条件、有限元分析的种类和输出变量的要求。在前处理过程中，材料的特性被分配到结构的计算模型上，同时施加

36、荷载和边界条件。（2）模拟计算(ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit)此模块是一个通用分析模块，它能够求解领域广泛的线性和非线性问题，包括静力、动力、热、电磁、声，以及复杂的非线性、物理场耦合分析等。ABAQUS/Explicit可以进行显式动态分析，适用于求解非线性动力学问题和准静态问题，特别是模拟短暂、瞬时的动态问题，如跌落、爆炸、冲击等。模拟计算阶段，使用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解输入文件中所定义的数值模型，通常以后台方式在内存中运行，算例的分析结果(包括位移和应力)保存在二进制文件中，以便于后处理。（3）后处理(ABAQ

37、US/Post)后处理不仅可以以文本的格式输出变形前后的应力、应变、载荷幅度等数据，还可将数据文件的表格形式转换为不同方式显式的图形，包括绘制变形图形、等值线图形、动画和XY图形。从分析的类型来将来讲，ABAQUS/Standard提供了大量的时域和频域分析的程序。这些程序分为两类：一类是通用分析(General Analysis)，其响应既可以是线性,也可以是非线性的；另一类是线性摄动分析(LinearPerturbation)，由在某一特定的基准状态基础上计算结构的响应给予一个通用的可能是非线性的基态计算出线性响应。一次计算分析流程中可以包括多个分析步骤和多种分析类型。3.3.3 ABAQ

38、US的优点ABAQUS被广泛地认为是功能最强的有限元软件之一，它拥有众多的单元模型、材料模型、分析过样等。可以用来分析各种领域的问题，如同体力学、岩土力学和结构力学等等，特别是能够驾驭非常庞人复杂的问题和模拟高度非线性问题，在所有的有限元软件中独占鳌头。正是由于ABAQUS优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得它在各国的工业和研究中被广泛地采用。ABAQUS具有如下优点：（1）功能强大、使用方便ABAQUS是集结构、热、流体、电磁、声学等于一体的大型通用有限元分析软件，它为用户提供了广泛的分析功能，且使用起来十分简单。几何模型的建立完全应用了基于特征的参数化技术，为模型的随意修改带来了前所未

39、有的方便与灵活，这是其他有限元系统难得的成功之处，也是ABAQUS前处理功能的最大优点。（2）良好的开放性ABAQUS建立了开放的体系结构，提供了二次开发的接口，利用其强大的分析求解平台，可使困难的分析简单化，使复杂的过程层次化，设计人员可不再受工程数学解题技巧和计算机编程水平的限制，节省了大量的时间以避免重复性的编程工作，使工程分析和优化设计更快和更好，同时能使ABAQUS具备更多特殊的功能和更广泛的适用性。4油门踏板机构的设计4.1对标车简介本课题受企业委托进行设计，该设计以长城炫丽Cross CROSS 1.3L MT为对标车(见图4.1)。设计以轻量化为指导理念，在满足强度要求及相应国

40、家标准的前提下，在结构设计及材料选择上优先考虑轻量化设计及轻量化材料。 图4.1长城炫丽Cross CROSS 1.3L MT实车图长城炫丽FLORID，以产品特性特征命名，为紧凑型5门轿车，是长城汽车自主研发面向全球、完全按照国际一流技术标准设计开发、试制试验、性能调校的家庭轿车。炫丽搭载了长城自主研发的GW413EF 1.3L汽油发动机。GW413EF发动机在4200转/分钟和5200转/分钟的区间范围内可以达到115牛米的最大扭矩输出，拥有较好的持续加速性，最高时速可达每小时160公里以上。宽泛的扭矩输出范围和强大的扭矩输出免去了频繁换挡的麻烦。驾驶者可以停留在一个合适的挡位，直路加速、

41、制动，轻松自如。电子油门实现了对车辆的主动控制，ECU精确判断并发出指令可以让节气门以一定的速度打开，从而有效的防止驾驶不当对发动机产生的不利影响，起到保护发动机的作用。与博世公司合作的电控喷油系统，ECU对每个喷油嘴的喷油量、喷油时刻进行精确控制，使发动机的燃油经济性和动力性达到最佳平衡。排气处理经过了两极催化大大降低了一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物的含量，同时配合EOBD系统的运用使得炫丽的排放水平在同级车型中率先达到了欧环保标准，具备升级欧V的潜力。炫丽将安全作为首要的设计标准，采用博世最先进成熟8.0版ABS+EBD，并将主动安全保护贯穿于全系列车型。车身采用上海宝钢优质钢材，车底、

42、车顶、四门等都配有多处加强钢梁，形成全方位立体式保护架构的“笼”式安全车身。正面高强度前后防撞梁配合配合高塑性吸能式机舱结构，在撞击下形成良好的纵向溃缩，缓解冲击能量，减少碰撞损失。同级别小车中，炫丽是唯一采用国际知名品牌奥托立夫安全气囊和电子预紧式安全带的车型， 高灵敏度的电子触发式安全气囊，使得碰撞时能很好地保护车内成员安全。炫丽将液压助力转向系统应用到操控系统中，精准的转向增强了整车控制的灵活性和稳定性。在高速驾驶过程中不会出现发飘的状况，与炫丽出色的悬架系统是密不可分的。前悬采用了标准的麦弗逊式结构设计，其下摆臂结构为V型，具有强度高、稳定性强的优势，发生撞击时安全性明显优于同类车型，

43、加上螺旋弹簧组合，提高悬架的结构强度及缓冲力，带来更强的操控感与舒适性。这种悬架结构紧凑，有利于发动机（尤其是小型车发动机）的合理布置，并能够降低汽车重心。使得车轮跳动时前轮定位参数变化小，有良好的操纵稳定性。这种经久耐用的独立悬架，具有很强的道路适应能力。后悬采用纵臂扭转梁复合式悬架，匹配螺旋弹簧、减震器减震系统，具有灵敏的路面响应与良好的侧倾控制，高质量震动过滤确保良好的乘坐舒适性。这种悬架结构外形规整，导向组件少，可以省略横向稳定杆，获得较大的尾部空间。行驶过程中后轮轮距、倾角不会发生变化，直线稳定性好，后轮胎损耗小，维修养护成本低。由于这一结构设计在操控性与舒适性上优势明显，因而宝来、

44、帕萨特等中高级轿车均采用此类悬架。长城炫丽Cross CROSS 1.3L MT油门踏板空间布置图如下：图4.2 长城炫丽Cross CROSS 1.3L MT油门踏板空间布置图4.2油门踏板结构设计4.2.1机械设计介绍机械产品设计分为开发性设计、适应性设计、变型设计三种类型：1、开发性设计应用成熟的科学技术或经过实验证明是可行的新技术，设计过去没有过的新型机械。 2、适应性设计根据使用经验和技术发展对已有的机械进行设计更新，以提高其性能、降低其制造成本或减少其运用费用。 3、变型设计为适应新的需要对已有的机械作部分的修改或增删而发展出不同于标准型的变型产品。本课题属于变型设计。机械设计的程

45、序大致可分为计划、原理方案设计、结构方案设计、总体设计、施工设计以及与设计密切相关的试制、生产、销售等步骤。本课题设计步骤的大致内容和目标如下：图4.3 机械设计流程图4.2.2油门踏板设计要求目前，汽车电子油门踏板已在许多汽车中配置了。因为它相对于机械式的油门踏板具有技术优势：高可靠性、高精度和随意的结构外形。根据设计要求可以确定连杆的具体几何尺寸。由于连杆的设计主要依赖于客户要求，可以从两方面来描述。装配空间要求。每个主机厂都有自己本身的设计理念，从而产生了装配空间的限制也各不一样。对于汽车电子油门踏板来说，主要以下几个方面装配空间的限制：脚空间的限制、地板的限制、汽车侧壁的限制和刹车系统

46、的限制等等。装配空间的冲突必须加以避免。机械性能要求。出于安全性方面的考虑，连杆的强度必须符合要求。每样材料都具有本身的属性：许用应力和许用应变。当应力在某个特定的位置超过规定的应力值后，在该处出现裂纹等对安全不利因素的机会就会增加。也就是说，该处的应力不符合要求。从客户所提供的装配空间、功能和强度要求设计连杆机构，由于这些要求的差异性，从而导致了连杆几何尺寸的多样性。4.2.3油门踏板设计方法在本文中，首先根据对标车油门踏板相应结构、零件材料及上级设计输入文件设计油门踏板的结构，并选择适当的材料以满足设计要求，然后借助三维建模软件CATIA绘制油门踏板的三维图形，再采用通用非线性有限元软件A

47、BAQUS 求解油门踏板机构在某一特定工况作用力作用下的强度问题。为了得到油门踏板机构正确的应力分布，尤其是应力集中处的应力，必须建立合理的有限元模型以及各部分正确的材料参数。这也是使用CATIA进行三维建模的重大原因。利用CATIA绘制成的油门踏板机构的三维模型，将其简化后导入ABAQUS软件，运用ABAQUS软件对油门踏板机构进行CAE分析。通过分析验证油门踏板机构结构设计及零件材料选择的合理性，并根据分析结果对油门踏板机构进行优化，最后得到优化的机构。当然这还只是一个初步的设计过程，在后续的实验中，我们需要对油门踏板机构进行疲劳试验、断裂实验、振动实验等等，使其结构更加完善，更加安全和实用。4.2.4油门踏板设计流程企业提供上级设计输入文件如下：边界条件：1） 油门踏板机构装配体长度方向最大不超过300mm，宽度不超过60mm，高度不超过150mm。2） 踏板连杆与底座有两个接触面，一个是油门连杆旋转面与底座支撑面，另一个是连杆限位处油门连杆与底座限位面，接触类型为法相