渐变刚度钢板弹簧设计研究

发布时间：2020-07-22 10:51

【摘要】： 渐变刚度汽车钢板弹簧是一种刚度随载荷的变化而变化的汽车悬架系统，由于悬架的刚度决定了汽车的行驶平顺性，而汽车行驶平顺性不仅能保证乘员的舒适与所运货物的完整无损，而且还可以提高汽车的运输生产率，降低燃料消耗，延长零件的使用寿命和提高零件的工作可靠性等。渐变刚度钢板弹簧是日前刚度曲线与理想的刚度曲线最接近的钢板弹簧，所以被广泛使用，而且随着渐变刚度钢板弹簧生产工艺的发展，它的使用范围正在不断扩大。但长期以来，渐变刚度钢板弹簧在设计方法上没有根本的改变，与发达国家相比，国产渐变刚度钢板弹簧在单车消耗量和使用寿命两方面都存在巨大差距。对渐变刚度钢板的设计进行研究对提高我国渐变刚度钢板弹簧的单车消耗量和使用寿命方面有重大的意义。针对我国渐变刚度汽车钢板弹簧设计、生产的现状，本文就渐变刚度钢板弹簧的几何设计、渐变刚度钢板弹簧的应力、刚度测试、钢板弹簧的参数化绘图以及钢板弹簧结构数据库的建立等方面做了些研究工作。本文利用求解渐变刚度钢板弹簧问题的定解条件，分析了现有典型模型的不足及其导致误差的原因，并建立了力学意义明确的渐变刚度钢板弹簧的理论模型，求解该模型得到的解与实验测试的分析结果相吻合，表明所建立的模型在求解渐变刚度钢板弹簧总成刚度、各叶片工作应力以及总成弧高、各叶片预应力时都具有良好的精度，并且有令人满意的求解速度。并可以与优化设计软件相融合。针对渐变刚度钢板弹簧，选择尺寸参数为设计变量，以重量最轻和使用寿命最长为优化的目的，以几何条件、性能条件以及应力条件为约束条件建立多目标优化模型。实例计算结果验证了该优化设计方法的正确性。渐变刚度钢板弹簧是一种性能优越的钢板弹簧，对其在不同工作状态下的应力分布、刚度变化过去公有有限的理论研究，在昆明钢板弹簧厂的配合下，采用动态测试技术和数据处理方法，对渐变刚度钢板弹簧的应力、刚度进行了实验研究，制定了测试方案，完成了多状态的测试及其数据处理工作，实验工作取得了令人满意的研究结果。实验中对钢板弹簧分级加载，得到了在不同载荷下叶片问作用力的变化情况，得到了渐变刚度钢板弹簧的刚度值并对其进行了讨论，获得了一些有意义的结果。对AutoCAD进行了二次开发，实现了钢板弹簧的参数化绘制，使得绘制工作可以在数分钟内完成，从而使设计人员从锁碎的绘图工作中解脱了出来。该系统经修改后得到了完善。该绘图软件的开发，也是对非结构化产品参数化绘图的尝昆明理工大学硕士学位论文试，能促进产品的结构化。对不常见的结构，还开发了对应的绘图命令，其效率也很高。在windows环境下开发了一套钢板弹簧结构数据的管理软件，实现了对钢板弹簧几何数据的计算机化管理，可以完成数据查询、添加、删除和修改工作。它有以下优点:(l)操作迅速;(2)适应性广;(3)灵活性强;(4)完整性好。它把板簧总成图纸数据以数据记录的形式存储，利用参数化绘制可以即时生成图纸，从而实现了对图纸数据的管理。这两套软件界面直观，用户容易掌握，经过试用，合乎使用要求，从而在数据管理和图形绘制方面大大提高了效率。本文对渐变刚度钢板弹簧的设计方法进行了研究，改变了我国渐变刚度钢板弹簧“算不准”的现状，大大提高了我国渐变刚度钢板弹簧的设计精度。新的计算模型求解精度高，计算快，还能满足优化设计时的需要。对渐变刚度钢板弹簧进行实验研究，验证了新模型的正确性，实验研究本身作为研究渐变刚度钢板弹簧的一种方法得到了发展，同时也为进一步的研究工作提供了实测的数据。优化设计突破了少片钢板弹簧的范围，使得以高精度的计算模型为基础的优化设计在渐变刚度钢板弹簧中得到了应用。钢板弹簧参数化绘制软件的开发，使得绘图工作准确而快捷，大大缩短了设计过程中绘图的时间。钢板弹簧结构数据库管理软件的开发，使计算机管理代替了人工管理，提高了管理效率，为生产率的提高作出了贡献。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TH135
【图文】：

钢板弹簧,车用

昆明理工大学硕士学位论文度式等几种，如图1.5中(a)、(b)、(c)、(d)所示。其中多片等截面式和少片变截面式属于定刚度簧，主副复合式和渐变刚度式簧属于变刚度簧。(a)多片等截面式(b)主副赞复合式C)少片变截面式(d)渐变刚度式图1.5常见的车用钢板弹簧结构只吸举只庆攀只三举变形t(a)等刚度变形t(b)复合刚度变形t(c)渐变刚度图1.6钢板弹簧的刚性特性比较1六十年代前(多片式钢板弹簧，经验设计)早期钢板弹簧的典型结构如图1.7所示。由多片(一般为6一14片)等厚或不等厚的弹簧叶片以及弹簧夹、中心螺栓等组成，通过主叶片两端的卷耳及骑马螺栓分别与车架及车桥相连。在整个悬架的结构布置中，钢板弹簧除承受垂向载荷外，还承受所有从车桥到车架的其他载荷，包括侧向力、纵向力、制动和驱动时产生的弯矩和由于车架和车桥相对倾斜造成的扭矩。

典型结构,钢板弹簧,车桥,车架

图1.6钢板弹簧的刚性特性比较1六十年代前(多片式钢板弹簧，经验设计)早期钢板弹簧的典型结构如图1.7所示。由多片(一般为6一14片)等厚或不等厚的弹簧叶片以及弹簧夹、中心螺栓等组成，通过主叶片两端的卷耳及骑马螺栓分别与车架及车桥相连。在整个悬架的结构布置中，钢板弹簧除承受垂向载荷外，还承受所有从车桥到车架的其他载荷，包括侧向力、纵向力、制动和驱动时产生的弯矩和由于车架和车桥相对倾斜造成的扭矩。

示意图,钢板弹簧,实物,受力

.2叶片横截面上应力分析渐变刚度钢板弹簧在实验台上的实物图如图3.1所示，钢板弹簧只受垂直方向上的力，因而在钢板弹簧垂直于纵向轴线的截面上作用着如图3，2所示的内力Z以及M，。(这里忽略钢板弹簧表面上叶片间的摩擦力，原因见后。)图3.1钢板弹簧实验受力实物图图3.2钢板弹簧截面上内力示意图在A点有。::(剪应力。:，在A点处为0)。在分布载荷作用下，梁在不同截面上的剪力不同

【引证文献】