少片簧改进设计与整车匹配之理论解析
少片式钢板弹簧的设计与计算_易双贵
悬架对汽车行驶平顺性有重要影响 。 少片式钢板弹簧是非独立悬架常用的弹性元件 , 较多片簧而言 , 因减少片间摩擦而改善了汽车的行驶平顺性 , 并且可以节省材料 , 减轻重量 , 更重要的是可以降低总成高 度 。 在保证同样寿命的前提下 , 重量大约比多片弹簧减少 40% 左右 , 因此得到广泛采用 。
k = 1 k =1 n n n 2 [ 3] E I k A k1 1 。 2 R R k 0 +ΔR k
1 1 u d U≈ E ∑ I 根据总变形能最小的条件 , 将 d 近似表示为 : 。 kA k 2 k= 1 d R d R R R 0 0 R k 0 +ΔR k 0 并令 d U = 0 , 同时将式 ( 4) 代入 , 便可解得 : d R 0 1 ( M ) 0k E ∑ k = 1 α =1 - n I A k k ∑ R k = 1 R 0 +Δ k 带入参数计算如下 : h 1 β′ = 1 -0. 52 = 0. 48 1 =1 h 2 W 1 = b h 21 6
k 2 3
∑M
i =1
0k
=0, 处理 ( 见表 1) 。 表 1 预弯矩计算公式
总片数 n=3 主片预弯矩 N ·m m M01 = ( 300 -σA) W1 W1 主片均值断面系数 /m m3 说 W1 =
某微车的少片变截面钢板弹簧结构设计分析与验证
（ ） ＝ ｎ ｄ ［ １ …ｔ （
ｄ ｆ ｌ 、 用 负 号 ） 由式 （ ９ ） 乘 ｎ减 式 （ １ ０ ）得
ｄ （ ｄ ， Ｊ 、 ）＝ —
） ］ （ 用 正 号 ，
（ １ ０ ）
（ 上接第 ６ ６页 ）
６ 结 论
（ １ １ ）
由 上述 结果 对 比可 知 ，刚 度 、强 度 的结 果 均 比较 接 近 ，台 架耐 久 试 验 也 满 足 了 ８万 次 断 裂 的标 准 要 求 。耐 久 性 反 映 了 强
（ ２ ）辅具结构简单 ，一般 中小型机 械厂都可 以自制 ； （ ３ ）辅具可 实现车 间现 场 随 时测量 ，准确 可靠 ，轻巧 耐
用 ，完 全 满 足 生产 现 场 测 量 要 求。
ｄ （ ｄ ） ＝ ， ｎ 一 ｄ ［ １ ＋ ｃ 。 ｔ （
ｄ ， Ｊ 、 用负号 ） 的尺寸 ｍ ： ，则
明 了该 设 计 方法 的可 行 性 。
文中主要利用材料力学的简单基础公式对板 簧进行理论计 式 （ １ ２ ） 中 ：Ａ ｄ （ △ ｄ 』 Ｊ 、 ）为被测 圆锥大 、小端直径 ；
ｎ ｄ （ ｄ ）为大 （ 小 ） 标 准 圆柱 直径 。
算 ，并未涉及经验之类的系数 ，相对很多其他计算 方法较 为简 洁 明了。并通过 Ｃ Ａ Ｅ分析验证与台架验证 ，该板簧的理论计算 得 以认证。这一套设计开发流程 ，比较完善地将理论 与实 际结
式 （ １ １ ） 中 ：ｎ可 以取 为 任 意 值 ，在 此 ，笔 者 取 大 、 小标 准 圆 柱 直 径 之 比 ，即 ｎ＝ ｎ ｄ ／ ｄ ，代 入式 （ ４） 后 可 得
ｄ （ ｄ ， ｊ 、 ）＝ 。 （ １ ２ ）
少片变截面钢板弹簧优化设计_郑银环
3
x2 ⋅ x 1
(7)考虑弹簧的应力分布和其在 l1 段内的强度，最大 应力应小于允许应力[σ]1，约束方程为：
g 7 ( X ) = [σ ]1 −
6 Px3 ≥0 2 nbx1
(8)按弹簧强度要求，弹簧在载荷的作用下，其计算 应力应小于材料的许用应力[σ]2。 根据最大应力的位置不 同，得 当 x3 > ( x4 − l3 )(2
片数 n 3 4 x1=h1 (mm)
表 1 优化设计结果
x2=h2 (mm) x3=l1 (mm) x4=l (mm) F(X) (kg) K (N/mm)
8.1903 14.9547 100.0000 658.4834 31.2419 176.88 8.0000 12.2608 100.0000 597.8023 33.2925 176.88
g 5 ( X ) = L / 2 − x4 ≥ 0
(6)为了保证汽车具有良好的行驶平顺性， 弹簧刚度 K 对于设计要求的刚度 Kc 的误差应小于某个精度值 Ke，因 此得约束方程：
・４８・ 机械 ２００４ 年第 ３１ 卷增刊 理系统已经应用于西华大学， 如何保证原有系统在校园一 卡通系统中的联接与应用，是本方案介绍的重点。 为了解决上述问题， 可采用了多种模式， 核心就是提 出的“信息高速公路”的概念。 模式之一： 由一卡通系统公共接口标准， 部分早期子 系统按照此接口标准进行修改，完成与一卡通系统的对 接； 模式之二： 部分早期子系统提供接口，然后由一卡通 系统与之对接； 模式之三：针对部分早期子系统开发中间接口子系 统，该接口子系统用于协议和数据格式的转换。 模式一适用于可以修改数据接口的子系统，模式二 为适用于可以提供数据接口的子系统， 模式三适用于既不 能修改数据接口， 又不能提供数据接口供其他系统调用的 子系统。简而言之，由校园一卡通工程构建“校园信息高 速公路” ， 各个子系统按一定的接口标准接入一卡通系统， 其角色类似于高速公路出入口。 （上接第 45 页） [σ]2=500MPa。 给定端部等厚最小允许厚度 H1=8mm ，最大允许淬 透厚度 H2=15mm，允许刚度误差 Ke=0.005，改变弹簧的 片数来进行优化，结果如表 1 所示。 原设计中弹簧质量为 40.9kg，经过优化计算，弹簧质量下降许多，对应两种设 计结果，质量分别下降了 23.6%和 18.6%。 参考文献： [1] 徐 为 民 ， 徐 兵 ， 朱 显 灵 ， 吴 文 喜 ． 校 园 一 卡 通 和 数 字 化 校
汽车离合器膜片弹簧的优化设计分析讲解
汽车离合器膜片弹簧的优化设计分析摘要: 膜片弹簧是汽车离合器的重要部件，是由弹簧钢板冲压而成，形状呈碟形。
膜片弹簧结构紧凑且具有非线性特性，高速性能好，工作稳定，踏板操作轻便，因此得到广泛使用。
本文通过对膜片弹簧建立数学模型，特别通过引入加权系数同时对两个目标函数进行比例调节，并用MATLAB编程来优化设计参数。
通过举例，结果证明在压紧力稳定性，分离力及结构尺寸上优化结果较为理想。
关键词: 膜片弹簧；优化设计；MATLABAbstract: The diaphragm spring is one of the important parts of the clutch, stamping by spring steel, in shape of a dish. Diaphragm spring has a non-linear characteristic compact, and its high-speed performance is good, stable, lightweight pedal operation, and is so widely used. Based on the mathematical model of the diaphragm spring, in particular through the introduction of weighting coefficients while the two objective function proportional be controled, and use matlab programming to optimize the design parameters. By means of example, the results of the stability of clamping force, separation and structural size optimization are better. Keywords: diaphragm spring；optimitional design；MATLAB1.引言1.1膜片弹簧的结构膜片弹簧实质上是一种用薄弹簧钢板制成的带有锥度的碟形弹簧。
某型碟簧分析及优化设计
军运用有限元分析方法，分析缓冲器碟簧结构和受力变化规律，进行优化设计，提高了产品的使用可靠性。
某型碟簧分析及优化设计■ 颜信飞 周晓光 尹 翔1.概述碟簧是航炮用缓冲器的基本组件，碟簧性能高低直接决定了产品功能和性能。
虽然碟簧外形尺寸相对简单，但是其微小变化对性能的影响较大。
实践中，由于产品尺寸、角度、材料的细微变化引起碟簧扣死的现象经常发生，为此，需要对碟簧结构和受力变化规律进行深入研究，并对其进行优化设计。
应力分析和载荷计算的方法有三种：精确方法、近似方法和有限元方法。
前苏联费奥道西也夫、美国铁摩森柯分别提出了精确的计算方法，它们根据弹性力学的一些理论精确求解应力值和载荷大小，但是，该方法相当复杂，没有得到广泛应用。
1936年美国阿尔曼和拉兹罗做了一些假设，建立了近似计算方法。
由于用他们的近似方法比较方便，而且用这种方法得到的结果与实验结果比较吻合，所以沿用至今。
我国国标中提供的应力和载荷计算方法来源于阿尔曼和拉兹罗的近似方法。
最后一种方法是有限元方法，该方法是一种数值方法，它在工程计算中是一个有力工具，随着计算机的出现和发展，现在它已广泛用于工程结构、传热、流体运动、电磁等连续介质的力学分析中，并且在医学、气象等领域得到应用。
2.缓冲器碟簧有限元分析以下应用有限元方法对某型产品的缓冲器碟形弹簧进行应力和载荷分析。
基本思路是建立模型-加载网络尺寸-确立加载方式-得出计算结果的方式进行分析。
2.1建立模型根据真实尺寸建立了各碟簧的几何模型。
当不考虑摩擦时，相应的模型中只有碟簧的几何模型；而当考虑摩擦时，相应的模型中除了碟簧还有一个同它相接触的刚性圆板，用来模拟摩擦的影响。
假设由底面圆心指向顶面圆心的方向为碟簧轴线方向，这里所建立的每种模型的底面圆心同坐标原点重合，弹簧轴线方向同Z轴正方向一致。
2.2 单元类型及网格尺寸由于碟簧的几何形状较为简单，所以这里使用比较常用的六面体单元来对碟簧进行网格划分。
某皮卡车少片变截面钢板弹簧后悬架设计讲解
目录1方案论证 (1)1.1悬架结构形式分析 (3)1.1.1 非独立悬架和独立悬架 (3)1.1.2前悬架方案的选择 (4)1.1.3 比较选型 (4)1.2少片变截面钢板板簧结构分析 (5)1.2.1抛物线形叶片弹簧 (5)1.2.2梯形变厚断面弹簧 (8)1.3钢板弹簧的布置方案 (9)2悬架主要部件 (11)2.1钢板弹簧的形式 (11)2.1.1叶片断面形状 (11)2.1.2叶片端部形状 (12)2.2 板簧两端与车架的连接 (12)2.2.1连接的结构形式 (12)2.2.2板簧卷耳与衬套 (13)2.3减震器 (14)2.3.1减振器的作用 (14)2.3.2减振器的结构： (15)2.3.3 减振器工作原理： (15)2.3.4减震器的选择 (15)3 悬架的设计计算 (17)3.1弹性元件的计算 (17)3.2优化设计 (20)3.3变截面钢板弹簧校核 (25)3.3.1校核刚度 (25)3.3.2 弹簧的最大应力点及最大应力 (26)3.4 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径 (27)3.5 钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定 (28)3.6钢板弹簧总成弧高的核算 (29)3.7钢板弹簧强度验算 (29)3.7.1驱动时计算应力 (29)3.7.2.汽车通过不平路面时钢板弹簧的强度 (30)3.8钢板弹簧卷耳和弹簧销的强度核算 (30)3.8.1卷耳应力的验算 (30)3.8.2钢板弹簧销的验算 (31)3.8.3 U形螺栓强度验算 (32)3.9减振器性能参数的选择 (33)3.9.1 相对阻尼系数ψ (33)3.9.2 减振器阻尼系数 的确定 (34)F的确定 (35)3.9.3 最大卸荷力3.9.4计算结果以及减震器的选择 (35)4 CATIA实体建模 (37)4.1CATIA简介 (37)4.2实体建模 (38)4.2.1钢板弹簧的绘制 (38)4.2.2盖板的实体图 (39)4.3主要零件实体图 (39)4.4装配 (42)5 结束语 ................................................................................................ 错误!未定义书签。
车辆工程毕业设计4膜轻型汽车片弹簧离合器设计
车辆工程毕业设计4膜轻型汽车片弹簧离合器设计膜轻型汽车片弹簧离合器是一种适用于车辆传动系统的离合器，其设计可以使离合器更加轻巧和高效。
本文将介绍膜轻型汽车片弹簧离合器的设计过程，包括设计理论、设计要求和设计步骤。
设计理论：膜轻型汽车片弹簧离合器的设计理论基于片簧原理和力学分析。
片簧原理指的是将一块金属片弯曲成弯曲状，并利用其弹性来实现力的传递。
力学分析指的是对材料的强度、刚度和变形等力学性能进行分析和计算。
设计要求：1.力传递可靠：设计时要保证膜轻型汽车片弹簧离合器能够可靠传递转矩和承受轴向力。
2.结构轻巧：设计时要尽可能减少离合器的重量和体积，以提高整车的燃油经济性和动力性能。
3.操控舒适：设计时要保证离合器的操控力矩和韧度适中，使得车辆驾驶舒适性较好。
设计步骤：1.确定传动功率：根据车辆的功率需求和传动比例，确定膜轻型汽车片弹簧离合器所需的传动功率。
2.确定离合器尺寸：根据传动功率和材料的强度和刚度等性能，确定离合器的尺寸，例如片簧的宽度、厚度和长度等。
3.材料选择：根据离合器的工作要求和材料的力学性能，选择适合的材料，例如高强度钢材。
4.力学计算：根据力学分析原理，计算离合器的力学性能，包括弯曲刚度、承载能力和变形等。
5.结构优化：根据力学计算的结果，对离合器的结构进行优化设计，以提高其力学性能和重量比。
6.功能测试：制作样机进行功能测试，包括轴向压试验和承载试验等，以验证离合器的设计质量和可靠性。
7.结果分析：根据功能测试的结果进行数据分析，评估离合器的设计是否满足要求。
8.优化改进：根据结果分析的数据，对离合器的设计进行优化改进，以提高其性能和减小重量。
总结：膜轻型汽车片弹簧离合器的设计是一个复杂而重要的工程任务。
通过合理的设计理论、设计要求和设计步骤,可以实现离合器的轻巧和高效,提高整车的性能和经济性。
设计时要特别关注离合器的力学性能和结构优化,并进行功能测试和结果分析,以确保设计的可靠性和优越性。
汽车少片弹簧的优化设计
汽车少片弹簧的优化设计1概述近几年来，许多国家从节能角度出发，力求使车辆轻量化，而汽车钢板弹簧则是实现汽车量化的一个不可忽视的部件。
为减轻钢板弹簧的重量和改善平顺性，在汽车上越来越多地使用由一片或几片纵向变厚端面弹簧组成的钢板弹簧。
这种弹簧不仅在轿车上用，而且在火车上应用也较多。
现在汽车上采用的变厚截面的弹簧主要有两种型式：叶片宽度不变和宽度向两端渐变的弹簧。
这里指讨论叶片宽度不变的少片弹簧。
2等应力梁及其几何形状等应力梁是指任一截面处最大应力都相等的梁。
如下图所示，假设等应力梁的上面为一平面，下面为一个曲面，作用在弹簧端部的载荷为P ，弹簧宽度为b ，那么弹簧中央部位A —A‘处的最大应力A σ为26A Pl bh σ=弹簧任一截面x 处的最大应力x σ为 26x x Px bh σ= 根据等应力梁的定义，二者影响等，故联立得12()x x h h l= 由此可见，等应力梁的厚度沿长度方向按抛物线规律变化。
图13 抛物线形叶片弹簧3.1理想的抛物线形弹簧和抛物线弹簧从理论上讲，讲叶片弹簧制造成等应力梁的形式，使各处最大应力相等时最合理的，材料作用也充分。
一般把上图所示的抛物线形状制造的叶片弹簧成为理想的抛物线形弹簧。
由于这种弹簧端部不能承受切向力，因此实际上是不能使用的。
要想使其端部能承受切应力，则需要加强卷耳末端的强度。
下图为加强了的抛物线形叶片弹簧，称之为抛物线形弹簧。
考虑到弹簧的装夹情况，将弹簧的中央和两端，将图中AB 段和CD 段两部分分别制成相等的厚度，将BC 部分制成按抛物线规律变化的厚度。
图23. 2抛物线形弹簧的刚度根据马莫发(虚载荷法)可以求出在载荷作用点处的变形0l p l xdx f M M EJ =∫ 算式中 p M l M 分别为由载荷P 和单位力所引起的力矩；x J 为叶片弹簧在任一截面处x 处的惯性矩。
弹簧在不同长度范围内x J 值各不相同，分别为10x l ≤≤时，311/12x J J bh n ==12l x l ≤≤时，333222/12()/12x xx J bh n b h n l == 2l x l ≤≤时，322/12x J J bh n ==p M l M 可分别表示为,p l M xP M x ==将上诉各个公示带入几分算式中，求得3322[1()]3Pl l f k EJ l=+ 332212/12,1,/J bh n k h h ββ==-=式中n 为弹簧的片数。
钢板弹簧优化设计
目标函数：
质量最轻
约束条件：
参数范围
为确保弹簧卷耳具有足够的强度，弹簧端部等厚 度部分的厚度h1应大于其最小的允许厚度H1 为了保证弹簧钢材的淬透性，弹簧中部最大厚度 h2应限制在某一允许厚度H2之内 弹簧厚度h2和h1之差应大于H12=0.1cm 对卷耳的尺寸要求
约束条件：
理想的梯形弹簧几何关系
通过切线定义，可求得弹簧的厚度
将卷耳端部厚度代入上式，便可求出梯 形弹簧卷耳部分的理论长度为： 梯形弹簧刚度
弹簧在载荷作用点处的变形
整理后得：
当弹簧为对称弹簧，长度为2l时，梯形弹 簧的刚度为
梯形弹簧的最大应力点及最大应力
在右端等厚度处，最大应力为：
在梯形部分
参数范围
弹簧主片最大伸直长度之半应限制在允许长度 L/2之内
为了保证汽车有良好的平顺性，弹簧刚度K对于 设计要求的刚度Kh的误差应小于Ke
卷耳部分的应力条件
约束条件：
参数范围
梯形部分的应力条件
钢板弹簧
概述 等应力梁及其几何形状 抛物线形弹簧 梯形弹簧 少片弹簧尺寸参数优化的数学模型
等应力梁及其几何形状
弹簧中央部位A最大应力为：
弹簧距离载荷P任一截面x处的最大应力 为： 于是
理想的抛物线形弹簧和抛物线形弹簧
按抛物线形状加工的叶片弹簧，称为理 想的抛物线形弹簧，由于这种弹簧的端 部不能承受剪应力，因此实际上它是不 能使用。 在左右端部变成平面，中间为抛物线形 叶片弹簧，称之为抛物线形弹簧。
少片簧优化设计
Ｏ ｐ ｉ ｉ ａ ｉ ｎ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｒ ｂ ｌｃ Ｓｐ ｉ ｇ ｔｍ ｚ ｔｏ ｓｇ ｆ ｒ Ｐａ ａ ｏ ｉ ｒ ｎ ｓ
ＺＨ ＡＮＧ Ｂａｎ， ＬＵＯ ｈｉ ｌ ｎ Ｚ －ｏ ｇ
（ ｎ ｆｎ ｔｒＳ ｓ ｅ ｓ ｎ Ｓ ｒ ｇＣ ．ｔ ．Ｓ ｉａ ４ ０ ６， ｈｎ ） Ｄｏ ｇｅ ｇＭｏｏ ｕ ｐ ｎ ｉ ｐ ｎ ｏＬｄ ，ｈｙ ｎ４ ２ ４ Ｃ ｉａ ｏ ｉ
ｃ ｎ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｉ ａ ｔｏ ｅ ｗ ｉｈ ｆａ ｐ ｒ ｂ ｃ ｓ ｒｎ ｓ ｐ ｉ ｔ ｇ ｏ ｔｔ ａ ａ ａ ￣ｉ ｓ ｒ ｇ ｄ ｓｇ ｆｔ ｅｒ ｐ ｏ ｕ ｔ ｉ ｏ ｄ ｔ ｎ ｏ ｈ ｍｐ ｃ ｆｔ ｅ ｇ ｔｏ ａ ａ ｄｉ ｐ ｇ ， ｏｎ ｉ ｕ ｈ ｔ ｒ ｂ ｃ ｐ ｎ ｅ ｉ ｎ ｏ ｉ ｒ ｄ ｃｓ ｓ ｉ ｈ ｉ ｎ ｐ ｉ ｈ
浚 潞 勰 究
ｄ ｉ ０３ ６ ／ｉ ｎ１ ０ － ５ ０２ １ ．４０ ０ ｏ： ．９ ９ ．ｓ ．０ ５ ２ ５ ． Ｏ０ ．１ １ ｊｓ ０
汽车科 技第４ ００ 月 期２１年７
少席薰
张 办 ， 志 龙 罗
蘧谛
东 风 汽 车悬 架 弹 簧 有 限 公 司 。 堰 ４ ２ ４ 十 ４ ０ ６）
摘要 ： 通过 举例 和 理 论计 算 分 析 少 片簧 的 片 数 、 度 和 应 力 状 态 对 少 片簧 质 量 的 影 响 ， 出 在 少 片 簧 设 计 中其 产 品 长 指 质 量 与 应 力状 态成 反 比关 系 ， 其 片 数 和 长度 无 关 系 ， 而 得 出 在 少 片 簧 设计 中 提 高 设计 应 力和 选 择较 少 片数 和 较 与 进 短 长 度 是 生产 成 本 最 低 、 量 最 轻 的优 化 设计 方法 。 质 关 键 词 ： 片簧 ： 少 片数 ； 度 ； 力状 态 长 应 中图 分 类 号 ： ４ ３ ３ Ｕ ６． ３ 文献 标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ５ ２ ５ （０ ０ ０ — ０ ８ ０ １ ０ — ５ 论
有限元分析技术在车用少片变截面钢板弹簧研发中的应用
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｗ ｅ ｈａ ｖ ｅ ａ ｐ ｌ ｌ ｉ ｅ ｄ ｔ ｈｅ ＣＡＥ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｂａ ｓ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｆ ＥＭ ｍｅ ｔ ｈ ｏｄ ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ＴＢ４ ２ ８ １ Ｌ Ｅ ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｐ ｉ ｅ ｃ ｅ ｔ ａ ｐｅ ｒ ｅ ｄ ｌ ｅ ａ ｆ ｓ ｐ ｉｎ ｒ ｇ． Ｗ ｅ ｐｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕｃ ｔ ｔ ｈ ｒ ｏｕ ｇ ｈ ＣＡＥ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｂ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ｔ ｈｅ ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ＴＢ４ ２ ８１ ＬＥ ｆ ｒｏ ｎ ｔ ｓ ｍａ ｌ ｌ
板 弹 簧 开 发 模 式
关键 词 ：少 片变截 面钢板 弹簧 ；有 限元 法 ；非 线性 ；接 触 中图分 类号 ：Ｔ Ｇ ５ ４ ７ ；Ｔ Ｂ １ ２ ２ 文献标 识码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２ — ６ ６ ７ ３ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ ３ ８
Ｖｏ １ ． ２ ６． Ｎｏ． １ Ｊ ａ ｎ． ． ２ ０１ ３
有 限元分析技术在 车用少片变截面钢板弹簧研发 中的应用
微型货车钢板弹簧的结构设计与校核
微型货车钢板弹簧的结构设计与校核摘要：论文中首先介绍了钢板弹簧的发展历程并且对其未来的发展趋势作出分析；然后分析了钢板弹簧对汽车造成的影响有哪些，比如平顺性和操作稳定性等方面；接着根据钢板弹簧各个结构的优缺点和具体车型的使用用途，对各主要零部件进行结构上的选型和计算；因为钢板弹簧相较于其它的弹簧有结构简单，维修方便等优点所以在载货汽车上有普遍的应用。
同时它的缺点是也使得它无法应用在独立悬架的汽车上，明显的缺点有钢板弹簧悬架具有较大的重量，较为长的纵向尺寸，同时有较强的刚度，使得舒适性相对来说也是较差，并且钢板弹簧悬架在与车架进行连接的部位也容易在使用中产生磨损。
在这次的设计中我们着重对微型货车的钢板弹簧进行结构设计，通过计算并绘制出图纸。
关键词：微型货车；钢板弹簧；结构设计；校核Structure design and check core of micro steel plate springAbstract：First, the paper introduces the development of leaf spring and analyzes its future development trend Then, it analyzes the influence of leaf spring on automobile, such as ride comfort and operation stability Then the detailed design steps and design requirements of leaf spring are described, and the structure selection and calculation of the main parts are made The arc height and curvature radius of the leaf spring are calculated, and the strength and stiffness of the material is checked and checked, and the steel spring is checked.Because the leaf spring has the advantages of simple structure and convenient maintenance compared to other springs, it has a common application in the truck. At the same time, its disadvantage is that it can not be applied on the automobileof the independent suspension, obvious disadvantage that the steel spring suspension has a larger weight, the longitudinal size of the radiation, and the stiffness is relatively poor, and the part of the steel spring suspension is easy to wear in use.In this design, we focus on the structure design of the leaf spring of micro, calculate and draw the drawings.Keywords：Micro；Sheet spring；Structural design；Check目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1钢板弹簧的背景及意义 (1)1.2国外的发展现状及发展趋势 (1)1.3国内的发展现状及发展趋势 (3)1.4研究意义和内容 (4)1.5本章小结 (6)2钢板弹簧悬架总体方案分析 (7)2.1钢板弹簧概述 (7)2.2钢板弹簧悬架的基本结构和工作原理 (9)2.2.1钢板弹簧悬架基本结构 (9)2.2.2钢板弹簧悬架工作原理 (11)2.3钢板弹簧悬架系统总体结构方案确定 (11)2.4钢板弹簧悬架系统各主要零部件选型 (12)2.4.1叶片断面 (12)2.4.2 叶片端头的形状 (13)2.4.3 钢板弹簧与车架的连接形式的确定 (14)2.4.4 吊耳及钢板弹簧销的结构 (14)2.4.5 钢板弹簧卷耳和衬套 (14)2.4.6 弹簧夹箍 (14)2.4.7钢板弹簧中心螺栓 (14)2.5技术经济分析 (15)3钢板弹簧悬架系统主要性能参数的确定 (16)3.1钢板弹簧悬架系统静挠度和动挠度的选择 (16)3.2车型主要参数的确定 (16)4钢板弹簧悬架的计算和校核 (17)4.1初选参数 (17)4.1.1主片长度 (17)4.1.2断面尺寸及片数的确定 (17)4.2各片长度的确定 (19)4.3钢板弹簧各片预应力及弧高 (20)4.4总成在自由状态下及装配后的弧高 (21)4.4.1.弹簧总成自由弧高的确定 (21)4.4.2钢板弹簧总成装配后的弧高 (21)4.5钢板弹簧强制动时强度校核 (22)4.6钢板弹簧刚度和应力校核 (22)5结论 (23)参考文献 (24)致谢 (25)附录1 绪论1.1钢板弹簧的背景及意义钢板弹簧悬架是现代汽车尤其是载重汽车上不可或缺的一部分甚至在在某些越野车上都有广泛的应用。
变截面少片簧主片中心运动轨迹研究与悬架运动学特性分析
主题词：变截面少片簧 主片中心轨迹 运动学 定位参数
中图分类号：U463.33
文献标识码：A
DOI: 10.19620/ki.1000-3703.20172034
Research on Main Leaf Center Trajectory of Taper Leaf ing
and Suspension Kinematics Analysis
每次加载后记录位移和加载力，并用三坐标仪测 量主片标记点的坐标值，得到变截面少片簧垂直位移 与垂向力的关系曲线并进行拟合，结果如图 2 所示。试 验得到变截面少片簧刚度为 253 N/mm，设计刚度为
汽车技术
刘宁，等：变截面少片簧主片中心运动轨迹研究与悬架运动学特性分析
254 N/mm，设计值与试验结果吻合。
汽车技术 · Automobile Technology
变截面少片簧主片中心运动轨迹研究与悬架 运动学特性分析
刘宁 赵丹 谷京哲 牟鹏伟
（一汽解放汽车有限公司商用车开发院，长春 130011）
【摘要】搭建专用试验台获取了变截面少片簧主片中心点的运动轨迹，分别与“SAE 圆弧理论”平面作图和 ADAMS 离
前卷耳
法 1）、前后卷耳连线（方法 2）、前卷耳后吊耳连线（方 法 3）3 种作图方法画出 SAE 圆弧，如图 4 所示。对圆 弧取点，得到主片中心点的运动轨迹并与试验轨迹对 比，结果如图 5 所示。
后卷耳
图 1 变截面少片簧轨迹测量试验台
表 1 变截面少片簧加载方式
mm
加载次数 垂直位移激励 加载次数 垂直位移激励
change rule of front wheel alignment parameters are obtained considering parallel wheel jumping and braking conditions.
重载工程车后双桥钢板弹簧设计改进
重载工程车后双桥钢板弹簧设计改进东风商用车公司市场销售总部 季小兵 2008年12月10日【摘要】本文简述了重载工程自卸汽车后双桥钢板弹簧由于定位方式不恰当造成断裂的原因，提出解决措施。
关键词：钢板弹簧、断裂、定位方式、压筋包、热处理、喷丸一、 前言为了提高自卸汽车的运输效率，应尽量增加载货量， 但这又受到国家法规的限制，即轴何不得超过法规所允许的范围，因此多轴自卸汽车便应运而生。
随着国家基础建设的加大投入，市场对多轴自卸汽车的需求越来越大，每年6×4和8×4驱动型式的多轴自卸车每年的总需求量在11-12万辆左右，占自卸车总需求的80%以上。
由于前多轴自卸汽车的承载能力也逐渐从中型向重型方向发展，装载量从最初的十几二十吨向四、五十甚至更重的方向发展，加上自卸汽车经常行驶在工地道路、矿坑道路，条件十分恶劣，作为车辆承载元件的后钢板弹簧受力情况变得更为复杂，除了承受重力、侧向力之外，还要承受车辆扭曲、振动等复杂工况下的受力，近期不断从市场反馈无论是解放、东风、北奔，还是重汽、陕汽等国内主要厂家生产的自卸汽车都出现板簧断裂问题，有从中心孔断裂的，有从端部断裂的，还有由于U型螺栓松动引起断裂的。
本文选择选择市场反映较为典型的某款自卸汽车板簧从端部断裂的现象进行分析研究，并提出解决办法。
二、平衡悬架结构及受力原理由于多轴汽车存在悬架系统的静不定问题，通常采用平衡悬架。
东风商用车公司目前生产的6×4、8×4驱动的多轴自卸汽车的后双桥通常采用的也都是平衡悬架系统（见下图），该结构主要由中后桥、钢板弹簧、钢板弹簧支座、平衡轴支架、连通轴、推力杆、U型螺栓等组成，平衡轴支架通过螺栓固定在车架上，左右两个平衡轴支架通过连通轴连接在一起，钢板弹簧中间通过U型螺栓固定在平衡轴承毂上、两端支承在中后桥的钢铁弹簧支座内，上面两根推力杆连接车桥和车架，下面4根推力杆连接车桥和平衡悬架。
汽车弹簧选材及热处理工艺优化设计论文
汽车弹簧选材及热处理工艺优化设计摘要: 汽车上常用的弹簧有气门弹簧和悬架弹簧，悬架弹簧可分为螺旋弹簧、钢板弹簧和扭杆弹簧。
汽车用弹簧钢主要有悬架用弹簧钢和气门弹簧用弹簧钢，弹簧钢是制造弹簧零件的最主要材料，重型汽车弹簧用钢广泛使用中高碳低合金弹簧钢。
此外还研究了代替52CrMnBA 钢用于重型汽车少片钢板弹簧的50CrV 钢的热处理工艺。
研究结果表明， 50CrV 钢板弹簧用 PAG 水溶性淬火介质淬火可明显提高淬透性和硬度均匀性; 弹簧总成的疲劳寿命大于 12 万次，符合技术要求。
道路试验表明，采用 50CrV 钢制造的重型汽车少片钢板弹簧性能完全满足使用要求，且成本明显降低。
关键词:钢板弹簧; PAG 水溶性淬火液; 50CrV 钢; 疲劳寿命Material Selection and Heat Treatment Process OptimumDesign of Automotive SpringsAbstract: Valve spring and suspension spring are commonly used in automobiles. Suspension spring can be divided into coil spring, leaf spring and torsion bar spring. Spring steel for automobile mainly includes spring steel for suspension and valve spring. Spring steel is the main material for manufacturing spring parts. Spring steel for heavy automobile is widely used in medium-high carbon and low alloy spring steel. In addition, the heat treatment process of 50CrV steel instead of 52CrMnBA steel for heavy truck leaf springs is also studied. The results show that the hardenability and hardness uniformity of 50CrV leaf spring can be obviously improved by quenching with PAG water-soluble quenchant, and the fatigue life of spring assembly is more than 120,000 times, which meets the technical requirements. The road test shows that the performance of the small leaf spring made of 50CrV steel can fully meet the application requirements, and the cost is obviously reduced.Key words: plate spring; PAG aqueous solution; 50CrV steel; fatigue life目录第一章概述 (4)1.1 背景 (4)1.3 标准与实物 (5)1.4 常用弹簧 (7)第二章重型汽车弹簧构件工作特点和性能要求 (8)第三章汽车弹簧钢的成分设计 (8)3.1 汽车弹簧钢基体碳量的选择 (9)3.2 硅 (9)3.3 锰 (9)3.4 铬 (9)3.5 钼 (9)3.6 钒和铌 (9)3.7 硼 (9)3.8 钛、铝和氮、氧 (9)第四章汽车弹簧钢的主要特性 (10)4.1 淬透性 (10)4.2 纯净度 (10)4.3 晶粒度 (11)4.4 抗松弛性 (11)第五章重型汽车弹簧钢的发展 (11)5.1 悬架弹簧钢 (11)5.2 气门弹簧钢 (12)第六章弹簧钢在重型汽车上的应用 (12)6.1 国外重型汽车上的应用 (12)6.2 国内重型汽车上的应用 (13)第七章热处理试验方法 (14)7.1 试验用材料 (14)7.2 试验方法 (14)7.3 冷却介质选择 (14)7.4 热处理工艺 (15)第八章试验结果及分析 (16)8.2 显微组织 (16)8.3 弹簧总成的试生产和疲劳试验 (16)8.4 弹簧热处理工艺的进一步研究和改进 (17)第九章试验结论 (19)第十章汽车常用材料探讨 (20)10.1 材料成份对比 (20)10.2 材料性能 (21)10.3 热处理参数 (21)10.4 设计时材料选择 (22)10.5 材料价格 (22)10.6 结论 (22)一、概述1.1背景钢板弹簧是汽车上的一种总成。
面向对象的少片变截面板簧优化设计
面向对象的少片变截面板簧优化设计
陈江义;苏智剑
【期刊名称】《汽车研究与开发》
【年(卷),期】1998(000)002
【摘要】本文介绍了采用面向对象的设计方法进行少片变截面簧优化设计，建立了多目标优化模型，采用复合形法求解，利用Ｃ＾＋＋程序设计语言编程，可提高设计自动化程度和改善设计结果的合理性，最后用实例验证了模型的正确性。
【总页数】4页(P12-15)
【作者】陈江义;苏智剑
【作者单位】郑州工业大学;郑州工业大学
【正文语种】中文
【中图分类】U463.330.2
【相关文献】
1.汽车少片变截面板簧的疲劳寿命仿真设计 [J], 朱剑宝;陈建宏;林平
2.FAS3550少片变截面板簧钢的研制 [J], 邵淑艳;廖书全;孟羽
3.FAS3550少片变截面板簧钢的研制 [J], 邵淑艳;廖书全;孟羽
4.少片变截面板簧有限元分析方法研究 [J], 李新庄;阳荣慧
5.汽车少片变截面板簧的疲劳寿命仿真设计 [J], 朱剑宝;陈建宏;林平
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车辆弓片减少改型方案
车辆弓片减少改型方案背景在现代的货运运输中，卡车车辆是主要运输工具之一。
在车辆的部件中，弓片是卡车悬挂系统的主要部件之一。
它减震，支撑和悬挂车辆。
但是，弓片的存在并不完美，因为它很容易出现疲劳、断裂或变形等问题。
这些问题会导致车辆悬挂系统的损坏，从而使车辆无法使用，也会增加维修和维护成本。
因此，车辆弓片减少改型方案就非常有必要。
现状分析弓片是一种承受载荷、进行伸缩变形的曲线形钢制件。
通常由多条叠置的弹簧钢片组成，并配合材料、工艺精细制造而成。
但是，弓片也有其缺点。
首先，由于弓片的变形与材料及制造工艺有关，因此制造成本非常高。
其次，由于弓片是一种叠加式的构件，因此它的质量和度量准确性很难保证。
此外，由于弓片的高度和宽度限制，弓片的负载能力和强度也有限。
由于这些原因，弓片需要经常检查和更换。
弓片减少改型方案为了降低车辆弓片的消耗和减少更换费用，弓片减少改型方案应运而生。
该方案通过改变弓片的设计，以降低弓片的消耗和更换频率，并提高弓片的耐用性，从而降低车辆使用成本。
以下是弓片减少改型方案的主要措施：1. 研究材料为了减少弓片的消耗和更换频率，并提高弓片的强度和耐久性，可以考虑尝试新材料和制造工艺。
例如，可以使用新型合金材料或高强度钢板，但注意材料成本不能太高。
同时，需要尝试新的制造工艺和技术，以降低制造成本和提高制造精度。
2. 优化设计设计优化是降低弓片消耗和更换频率的主要方式。
应根据具体情况，对弓片的结构和材料进一步优化，减少弓片弯曲和变形的可能性。
可以通过减少弓片的层数，增加弓片的宽度和高度，或更改弓片的形状等方式来实现。
3. 研究维修方法维修方法是保障弓片使用寿命和降低使用成本的重要手段。
可以采用现代化的无损检测技术，发现弓片损伤的隐患，及时处理或更换损坏的弓片。
在维护保养中更加注重弓片的保养和维修，尽可能延长弓片的使用寿命。
总结弓片的消耗和更换频率是影响车辆使用成本重要因素之一。
对于车辆而言，弓片的强度、耐用性和使用寿命是至关重要的。
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板簧承载过 ａｂ 、 点以后 ， 橡胶副簧起作用 ， 板簧 刚度 的非线性特性随 即表现 了出来 。在实际设计 中， 我们把半载时的板簧受力控制在 ａｂ 、 两点附近 ，
而对于客车板簧来说 ： １ ａ ） 点之前 ，主簧起主要 的承载作用 ，由图 可 以看 出曲线呈直线 ，即反 映的板簧 刚度是不变 的； ２ ａｂ ， ） ＿ 段 板簧反映为主副簧的复合刚度 ， 由
由图 ５可 知 ：
图中可知此段刚度非线性变化 ，也就是说此段板簧 反映出的刚度是不断变化的；
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技 术纵横
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少片簧改进设计与整车匹配之理论解析
魏 大 军
（ 南京依维柯汽车有限公司产 品研究发展部 ）
摘
要
本文介绍 了南京依维柯－ ４现有产品后悬架板簧的结构状态和性能 ，解析 了板簧与 － 整车设 计 的 匹配 以及 少 片簧 材料 的 改进设 计 。 关键词 ： 板簧 设计 整车匹配 分析
要标 准 。
厂 —— 悬架垂直变形 （ 绕度 ） 卜 悬 架 簧载 质量
Ｃ＝ ／ — — 悬架 刚度 （ ｆ Ｍｇ） 由公 式 （ ） 见 ： １可 １ 在悬 架所 受 垂直 载荷 一定 时 ， 架 刚度 Ｃ ） 悬
越小 ， 则汽车 自然振动频率 ｎ 越低 ； ２ 当悬架刚度 Ｃ一定时 ， ） 簧载 质量 越大 ， 则 悬架垂直变形． 厂 越大 ， 自然振动频率 ｎ 而 越低。 因此 ， 了使簧载质量从汽车空载到满载的范 为 围内变化 时， 车身 自 然振动频率保持不变或变化很
两 片副簧
圈 ２
三片主簧
下面我们简单分析一下少片簧的结构以及功能
特性。
板簧变形量 Ｌ
少片簧单片板簧
圈 ４
Ｏ
如图 ４ 所示少片钢板弹簧 ， 的截面 由两端 向 它
ｅ ａ ｂ 板簧受力 （ 簧载质量 ） Ｎ
． 圈３
表现为主簧刚度 ，拐点 ｅ 以后表现为主副簧复合刚
１ 引 言
早期 的客车 后悬 多采 用 多片板 簧结 构 ，此 种结
式中
ｎ— — 汽 车 自然 振动频 率 ｇ— — 重 力加 速度
构承载能力强 ， 舒适性 、 平顺 性好 ， 结构性能都 比较 完善 ； 由于板簧技术的不断发展与进步 ， 但 少片变截 面钢板弹簧代替前者的趋势 已越发明显 ，少片簧质 量小 ， 用料 省 ， 能 好 （ 性 由于 弹 簧 片少 ， 以消 除 片 可 间摩擦 ） ，它甚至 已经成为用户头脑中高档客车后 悬架的代名词 ，是用户判断是否高档客车的一个重
，
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轻 型 汽车技 术
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用 ，于是整个板簧表现 出的刚度又趋 向于一个 固 定值。 由悬架系统的 自然振动频率 （ 固有频率 ） 公式
，
ｒ
，
ｒ—
ｎ＝
、 、 可 ，了 到 架 统 ／ 茜＝ ／ 知为 达 悬 系 的 手
小 ， 架最 好具 有非 线性 变 刚度特 性 。 悬
２理论分析和技术研讨
悬架是联接车桥与车架的重要 总成 ，其主要部
、
件为弹性元件 、 减震器和导向机构 ， 此处我们简要地
讨 论一 下 后悬 的重要 弹性 元 件 ： 板 弹簧 。 钢
车身 的 自然振动频率 （ 即振动系统 的固有频 率） 是影响汽车行驶平顺性的悬架重要性能指标之
Ｎ Ｐ Ｎ Ｒ客 车 多片簧 的结 构示 意 如 图 ｌ ：
，
而决 定 它 的主要 因素 是悬 架刚 度 和悬架 弹 簧 的
支 承质量 （ 即簧载 质量 ） 人 体所 习惯 的垂 直振 动频 。
率是步行时身体上下运动 的频率 ， 约为 １ １ Ｈ ， ￣ ． ｚ车 ６ 身自 然振动频率应当尽可能地处于或接近这一频率 范 围。 根据力学原理分析，如果将汽车看成一个在弹 性悬架上做单 自由度振动的质量 ，则悬架系统的 自 然振动频率 （ 固有频率 ） ： 为
一
３结合 我公 司钢板 弹簧的现 有状 态 进行分析
目前 汽车行业具有非线性 变刚度特性 的弹性 元件 以空气悬架弹簧为代表 ，但此种悬架造价太 高， 所以大部 分轻型客车上 一般都不采用 ， 而普通 的板簧组合也能实现板簧 的非线性变刚度 ， 下面以 我公司的部分车型为例 ， 分析一下板簧的结构和性 能。
度。
中间呈抛物线递增型 ， 此种结构适应板簧上 的应力 分布且材料利用最为充分。 少片簧与多片簧不 同， 多片簧有两片副簧来实 现悬架 刚度非线性 ，少 片簧有一个特殊 的橡胶 副 簧， 其刚度非线性的实现就通过橡胶副簧。 ＮＰ Ｎ Ｒ客车少片簧悬架的刚度反映曲线如图 ５
所示 ：
自然振动频率始终保持在人体ຫໍສະໝຸດ 舒适的频率 范围 两片副簧
圈 １
一
三片主簧
之 内 （—． ｚ ， １ １ Ｈ ） 随着簧载质量 Ｍ 的变化 ， ６ 悬架 的 刚度也需要相应的不断变化 ，也就是说只有在 ａｂ ＿ 段才能满足此悬架刚性变化的要求 。 在悬架设计 中 充分利用好这一段 ， 对于提高空载或半载时的汽车
。
２０ ０５款卡 车复合 板簧结 构示意 如图 ２ ２０ （ ０５ 款 卡车 后悬 采用 原跃 进卡 车底 盘悬 架 ） ： ・
由于 ２０ ０５款 卡 车板 簧 为 二 级 刚 度 弹 性 特性 ， 从 此 图 中可 以看 出 ， 曲线 无非 线性 变化 ， 拐点 ｅ 之前
砉、 ＝ 、 ／ 砉 ／ ｒ ，ｒ 蔷 手 一
平 顺 性大 有好 处 。 多 片簧 技术 发 展 至今 ， 技 术 水平 上 说 已处 于 从
ｂ
相对成熟 的阶段 ， 而从长远来说 ， 客车 （ 尤其是轻型 客车 ） 批量采用少片簧后悬架 ， 是发展 的必然趋势 。 但 目 的少片簧技术 ， 前 从国内的金属工艺制造水平
和材料 的控制选择上都较难达到少片簧较高标准 的性 能要求 。