某牵引车后悬少片变刚度全啮合钢板弹簧优化设计与分析

发布时间：2018-10-15 16:04

【摘要】：汽车工业是体现一个国家工业发展水平和综合制造能力的重要标志。目前,人们对汽车特别是重型牵引车的平顺性和舒适性的要求越来越高。少片变刚度钢板弹簧相对于传统的多片钢板弹簧或少片变截面钢板弹簧在上述两个方面具有很大的优势。随着设计能力、制造能力以及材料研发水平的不断提高和发展,少片变刚度钢板弹簧悬架系统已经成为重型牵引车的发展趋势。本文以某重型牵引车为平台,针对我国少片变刚度钢板弹簧设计、生产的现状,结合当今先进的设计研究手段,主副簧采用全啮合曲线型的接触方式,对后悬少片变刚度钢板弹簧进行优化设计。主要工作内容如下:(1)研究钢板弹簧的数学模型,深入了解梯形变截面钢板弹簧的设计计算方法,建立原后悬少片定刚度钢板弹簧的数学模型并对少片定刚度钢板弹簧的刚度、强度等计算方法进行研究,进而分析原模型的结构性能。(2)在满足后悬设计要求的前提下,上下级均采用少片变刚度全啮合钢板弹簧,应用MATLAB优化工具箱对其进行结构参数的优化设计,确定上下级主副簧合适的结构设计参数;然后,对优化设计前后后悬上下级主副簧的结构性能进行对比分析,重点探讨了上下级主副簧K点位置以及自由状态下少片变刚度钢板弹簧全啮合曲线的确定。(3)利用结构非线性有限元方法,考虑板簧工作过程中的大变形、簧片间的接触等多种非线性因素,通过适当的特性选取,模拟簧片间的非线性接触。应用Hyper Mesh中的ANSYS模块建立后悬少片变刚度全啮合钢板弹簧的有限元模型,分别在满载、动载和夹紧三种工况下分析了板簧的应力和应变分布。结果表明优化设计后钢板弹簧满足设计要求,建立的模型精确度极高。(4)建立定刚度和变刚度钢板弹簧简单等截面梁模型,在MATLAB中直观反映定刚度板簧和变刚度板簧在应力和偏频方面的差异,对比分析得出变刚度钢板弹簧的适用条件。通过运用理论分析及经验知识来解决工程实际问题,与生产实践结合紧密,同时,提供了后悬少片变刚度全啮合钢板弹簧一整套优化设计方案,并对比分析了变刚度板簧与定刚度板簧的优劣,对后悬少片钢板弹簧的工程设计具有一定的指导意义。
[Abstract]:Automobile industry is an important symbol of a country's industrial development level and comprehensive manufacturing capability. At present, the requirements for ride comfort of vehicles, especially heavy tractor, are becoming higher and higher. Compared with the traditional multi-leaf spring or the few variable-section leaf spring, the leaf spring with less variable stiffness has a great advantage in the above two aspects. With the development of design capability, manufacturing capability and material research and development, the spring suspension system with less variable stiffness steel plate has become the development trend of heavy-duty tractor. In this paper, a heavy tractor is used as a platform, aiming at the present situation of the design and production of the steel leaf spring with less variable stiffness in our country, combined with the advanced design and research means, the main and auxiliary spring adopts the contact mode of full meshing curve. The optimum design of the leaf spring with variable stiffness is carried out. The main work is as follows: (1) study the mathematical model of leaf spring, deeply understand the design and calculation method of trapezoid leaf spring with variable section, establish the mathematical model of the leaf spring with fixed stiffness and the stiffness of the leaf spring with little stiffness. The strength and other calculation methods are studied, and then the structural performance of the original model is analyzed. (2) under the premise of satisfying the requirements of rear suspension design, the upper and lower levels adopt the full meshing leaf spring with less variable stiffness, MATLAB optimization toolbox is used to optimize the structural parameters to determine the appropriate structural design parameters of the upper and lower primary and secondary spring, and then the structural performance of the upper and lower primary and secondary spring is compared and analyzed before and after the optimization design. The K-point position of the upper and lower main pair spring and the determination of the full meshing curve of the leaf spring under free condition are discussed. (3) the large deformation in the working process of the leaf spring is considered by using the structural nonlinear finite element method. The nonlinear contact between the Reed and other nonlinear factors is simulated by proper selection of characteristics. The finite element model of full meshing leaf spring with variable stiffness is established by using ANSYS module in Hyper Mesh. The stress and strain distributions of leaf spring are analyzed under three conditions: full load, dynamic load and clamping. The results show that the optimum design meets the requirements of the design and the accuracy of the model is very high. (4) the simple iso-section beam model of the steel plate spring with constant stiffness and variable stiffness is established. The differences in stress and frequency between the plate spring with constant stiffness and the leaf spring with variable stiffness are reflected intuitively in MATLAB, and the suitable conditions of the leaf spring with variable stiffness are obtained by comparison and analysis. Through the application of theoretical analysis and empirical knowledge to solve practical engineering problems, it is closely combined with production practice. At the same time, a whole set of optimal design scheme for full meshing leaf spring with variable stiffness and rear suspension is provided. The advantages and disadvantages of variable stiffness leaf spring and fixed stiffness leaf spring are compared and analyzed, which is of certain guiding significance to the engineering design of rear suspension less leaf spring.
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.33

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本文编号：2273052