基于接触摩擦的变截面钢板弹簧悬架性能分析

基于接触摩擦的少片变截面钢板弹簧的刚度分析_唐应时

nc ⎡ = ⎢t N N s
s=1 ⎣
+ tT
l l
⎜⎜⎝⎛Ts
+
gN l
N 0 ⎟⎟⎠⎞⎥⎦⎤ 。
(8)
其中：gN≤0；D 为所有等效节点位移组成的向量。 2.3 少片变截面钢板弹簧的接触定义
图 4 所示为隐藏掉实体单元的接触面单元。整个钢板弹簧总成共定义了 3 个接触对，每一对包含 1 个目标面和 1 个接触面，定义凹面为目标面，凸面为接
程：
δd
T s
g
⎡ ⎢t
N
N
s
⎣
+ tT
l l
⎜⎜⎝⎛Ts
+
gN l
N 0 ⎟⎟⎠⎞⎥⎦⎤ 。
(6)
其中：gN≤0；l
为接触发生前目标段的长度；
δd
T s
为
3
节点接触对的位移向量；
δd
T s
=(us,
vs,
u1,
v1,
u2,
v2)；
tN, tT 为接触面上的法向和切向接触力；Ns={0, 1, 0,
可以看出在加载过程中钢板弹簧的负载和挠度基本上是线性变化的而弹簧的静态刚度没有发生明显变化符合该型号钢板弹簧的设计要求39030荷步的刚度平均值为4068钢板弹簧的负载挠度静态刚度和最大应力tableloaddeflectionstaticstiffnessmaximumstresstaperleafspring载荷步少片变截面钢板弹簧的试验分析在进行弹簧特性试验时用夹紧机构对钢板弹簧的卷耳进行夹紧支承
TANG Ying-shi1, CHAI Tian1, HE Jin-jun1, SU Jia-li1, LI En-bao2

钢板弹簧刚度特性及接触摩擦的非线性有限元分析

ＮｏｌｅｒＦｎｔｅｅｔａｙｉｏｔｆｅｓＣｈｒｃｅｓｉ，ｎｉａｉｉＥｌｍｎｎｅＡｎｌｓｓｆｒＳｉｎｓａａｔｒｔｃｆｉＣｏｔｃｎｒｃｉｎｏａＬｅｆＳｒｎｎａｔｄＦｔｆａｐｇａｉｏｉ
ｌａｒｎ．ｅｆｓｉｇｐ
Ｋｅｒｓ：ｉｒｔｎａｄｗａｅ；ｅｆｐｎｎｎｉｅｒ；ｏｔｃｎｉｔｎ；ｎｔｌｍｅｔａｙｉｙｗｏｄｖｂａｉｎｖｌａｒｇ；ｏｌａｃｎｔｄｆｃｉｏｓｉｎａａｒｏｆｉｅｅｎｌｓｓｉｅｎａ
ｐｙｉａｄｌｏｅｆｓｒｎｓｂｉｔｏｏｌｅｒｅｅｔ，ｓｃｓｌｒｅｄｆｒａｉｎｎｅｌａｒｔｎａｄｈｓｃｌｍｏｅｆａｌａｐｇｗａｕｌｗｉｓｍｅｎｎｉａｆｃｓｕｈａａｇｅｏｍｔ，ｉｔｒｅｆｆｉｉｎｉｔｈｎｏｃｏ
２１年６０２月
噪
声
与
振
动
控
制
第３期
文章编号：０６１５（０２０ —０６０１０ —３５２１）３０１５
钢板弹簧刚度特性及接触摩擦的非线性有限元分析
樊翠连，李舜酩，张袁元
（南京航空航天大学，南京２０１１０６）
摘要：统的钢板弹簧计算方法在精确建立力学模型时难度较大。考虑钢板弹簧实际工作过程中的大变形、传片
ｆｃｉｎｆｒｅｒｅｅｉｅｒｄｆｅｅｔｒｃｉｎｃｅｃｅｔａｄｌａｓａｄｔｅｒｉｆｅｃｓｏｃａｉｓｈｒｃｅｉｔｓｉｏｒｔｏｃｓｗｅｅｄｔｒｎｄｆｉｒｎｉｔｏｏｆｉｎｓｎｄ，ｍｏｆｉｏｎｉｎｌｎｅｎｍｅｈｎｃａａｔｒｓｉｈｕｃｃ

钢板弹簧刚度特性的有限元分析

钢板弹簧刚度特性的有限元分析newmaker1 前言钢板弹簧是汽车中广泛应用的弹性元件，刚度是其重要的物理参量。

因此，在产品试制出来之前，如何更准确的计算其实际刚度就成为大家共同关心的问题。

传统的计算方法，如“共同曲率法”和“集中载荷法”等均存在一定的局限性，在计算中往往需要加入经验修正系数来调整计算结果。

随着计算机的发展，有限元法因其精度高、收敛性好、使用方便等优点逐渐被应用到板簧的设计中。

邹海荣等应用有限元法分析了某渐变刚度钢板弹簧的异常断裂问题，提出了避免此种断裂的改进措施。

胡玉梅等针对某汽车后悬架的钢板弹簧应用Ansys 软件分析了其静态强度特性，给出了钢板弹簧在不同载荷作用下的应力分布，计算结果与试验符合的较好。

谷安涛则讨论了应用有限元法设计钢板弹簧的一般流程，给出了设计的示例。

有限元法的最大优点之一就是可以仿真设计对象的实际工作状态，因而可以部分代替试验，指导精确设计。

汽车钢板弹簧存在非线性和迟滞特性。

应用有限元法进行分析时需要考虑大变形及接触，即需要同时考虑几何非线性和状态非线性，这将使得计算不容易收敛，因而需要较高的求解技巧及分析策略。

本文采用Nastran的非线性分析模块分析了某钢板弹簧的刚度特性，讨论了摩擦对其性能的影响，其分析流程及结果可以为同类型产品的设计提供参考。

2 钢板弹簧刚度的计算方法传统的计算方法有“共同曲率法”和“集中载荷法”。

此外，国内学者郭孔辉针对共同曲率法中存在的固有缺陷，提出了一种称为主片分析法的计算方法，田光宇等则针对集中载荷法的固有缺陷，提出了改进的集中载荷法。

这些方法的出发点都是把板簧各片看成是等截面的悬臂梁，不考虑板簧各片之间的摩擦和板簧变形过程中的大变形特性，采用经典梁公式计算第1叶片的端点挠度，进而求得板簧的刚度。

2.1共同曲率法共同曲率法由前苏联的帕尔希洛夫斯基提出，其基本假设为板簧受载后各叶片在任一截面上都有相同的曲率，即把整个板簧看成是一变截面梁，由此推出对称板簧的刚度计算公式如下：2.2集中载荷法集中载荷法的基本假设为板簧各叶片仅在端部相互接触，即假定第i片与第i-1片之间仅有端部的一个接触点，接触力为Pi，并且在接触点处两相邻叶片的挠度相等。

ANSYS接触分析在钢板弹簧设计中的应用

第31卷第5期2009年10月武汉理工大学学报信息与管理工程版J OURNAL OF WUT (I N FORM AT I ON &MANAGE M ENT E NG I NEER I NG )V o.l 31N o .5O c t .2009文章编号:1007-144X (2009)05-0752-03文献标志码:AANS YS 接触分析在钢板弹簧设计中的应用郑银环,张仲甫(武汉理工大学机电工程学院,湖北武汉430070)摘要:传统的钢板弹簧计算方法在精确建立力学模型时有一定难度。

为提高计算精度,利用AN S Y S 有限元分析技术,考虑钢板弹簧实际工作过程中的大变形、片间接触和摩擦等多种非线性因素,建立了某钢板弹簧的计算模型。

在不考虑摩擦和考虑摩擦两种情况下计算其刚度、应力分布和接触情况,研究片间摩擦对钢板弹簧刚度和应力的影响。

全面考虑片间摩擦有助于提高钢板弹簧计算模型的精度。

关键词:钢板弹簧;有限元;接触分析中图分类号:U 463.33DO I :10.3963/.j issn .1007-144X.2009.05.018收稿日期:2009-04-23.作者简介:郑银环(1974-),女,湖北钟祥人,武汉理工大学机电工程学院讲师;博士.由于钢板弹簧结构简单、保养维修方便、制造成本低,在汽车悬架中,除了作为弹性元件外,还起导向和传递侧向力、纵向力和力矩的作用,因而得到广泛应用。

钢板弹簧设计的主要任务是各片应力计算和刚度计算。

长期以来,用于刚度计算及应力分析的方法主要有两种:共同曲率法和集中载荷法。

前者假设板簧受载后各簧片在同一截面上都具有相同的曲率,后者假设板簧各片仅在端部相互接触。

但这两种假设都与实际不完全相符,因此计算结果和实际相差较大。

实际情况是,钢板弹簧在工作过程中产生大变形,属于几何非线性问题;同时各簧片之间存在复杂的接触和摩擦情况,且接触状态与簧片几何形状、载荷等多种因素有关,是非线性接触问题,不可能服从事先的假定[1-3]。

钢板弹簧迟滞特性的有限元分析

2003003钢板弹簧迟滞特性的有限元分析丁能根马建军(北京航空航天大学,北京　100083)(安凯汽车股份有限公司,合肥　230051) [摘要]　利用ANSYS 有限元软件提供的面-面接触单元,分析了钢板弹簧的迟滞特性,叶片间的正压力和摩擦力用这些接触单元的节点力来代替;给出了加载和卸载过程的载荷-变形特性图;并结合实例分析了不同摩擦系数对钢板弹簧迟滞特性和阻尼特性的影响。

此外,还分析了钢板弹簧在受到不同频率和振幅的正弦激励时所产生的等效阻尼。

叙词:钢板弹簧,迟滞特性,有限元Finite Element Analysis on the Hysteresis Behavior of Leaf SpringsDing N enggenBeiji ng U niversity of Aeronautics and Ast ronautics ,Beiji ng 100083Ma JianjunA nkai Vehicle Co 1,L t d ,Hef ei 230051 [Abstract]　In this paper the hysteresis behavior of leaf springs is analyzed using the face 2to 2face contact element provided by ANSYS FE software ,where node forces of the contact elements replace the normal forces and friction forces between contacting leaves 1The load 2deflection curves during loading and unloading process are presented ,and the influence of different friction coefficients on the hysteresis and damping characteristics is ana 2lyzed with a practical example 1Besides ,the equivalent damping of leaf springs under sinusoidal excitation of dif 2ferent frequencies and amplitudes are also analyzed 1K eyw ords :Leaf springs ,H ysteresis characteristic ,Finite element原稿收到日期为2002年4月5日,修改稿收到日期为2002年6月10日。

基于接触摩擦的渐变刚度钢板弹簧刚度的计算

基于接触摩擦的渐变刚度钢板弹簧刚度的计算潘佳炜;董晓丹【摘要】应用基于接触摩擦的有限元方法,在Ansys中使用面-面接触单元建立钢板弹簧有限元模型.对三段式渐变刚度钢板弹簧悬架进行刚度特性计算,并与由台架试验得出实际的刚度曲线进行比较,证明模型的准确性.为加快产品的开发与变更提供有效的方法.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2010(000)009【总页数】4页(P57-60)【关键词】接触原理;有限元法;渐变刚度钢板弹簧【作者】潘佳炜;董晓丹【作者单位】广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州,510640;广州工商职业技术学院电子与电气工程系,广东广州,510850【正文语种】中文将一片变截面的副簧置于主簧的下面，将一组多片变截面副簧置于主簧上面，这样的结构就是三段式渐变刚度钢板弹簧。

只要设计时合理选择变刚度钢板弹簧的结构参数，可以使得三段式渐变刚度钢板弹簧的刚度曲线相对于以往钢板弹簧，获得更理想的接近等频特性，可以显著提高汽车的平顺性。

传统的钢板弹簧的设计必须经历初选参数——试制——试验——修改设计的模式，应用在渐变刚度钢板弹簧开发上因为设计参数繁多，不仅设计开发周期长而且成本浪费巨大。

本文以工厂实际生产为依托，以某型号三段式渐变刚度钢板弹簧为研究对象，提出一种基于三维建模、有限元分析计算和实验对比的钢板弹簧设计研发手段，旨在研发前期就对钢板弹簧的刚度等参数有所了解，尽早进行结构改进，从而缩短开发周期，节省开发费用。

1 三段式渐变刚度钢板弹簧的接触定义1.1 接触法的理论分析使用带接触摩擦的有限元方法考虑了在簧片之间的接触摩擦，证明能更真实有效地反映簧片之间复杂的受力情况:(1)一般的整体有限元系统方程。

其中:M为总体质量矩阵;K为总体刚度矩阵;D为所有等效节点位移组成的向量;F为所有等效节点力向量组成的向量［1］。

(2)添加摩擦接触单元后的有限元方程。

为了简化接触摩擦问题的描述，下面将两个面接触的问题简化为由3个节点的接触对。

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。

钢板弹簧的非线性接触分析及试验研究

第30卷　第8期2008年8月武　汉　理　工　大　学　学　报JOURNA L OF WUHAN UNIVERSIT Y OF TECHN OLOG YVol.30　No.8　Aug.2008钢板弹簧的非线性接触分析及试验研究郑银环,张仲甫(武汉理工大学机电工程学院,武汉430070)摘　要:　根据接触理论,利用ANSYS 软件建立钢板弹簧的计算模型,对之进行非线性接触计算与分析。

通过考虑簧片间的摩擦和接触,得到不同载荷下的应力分布和变形情况,计算了其强度和刚度。

并进行了试验分析,结果表明,非线性接触计算值和试验数据比较吻合,钢板弹簧计算模型的精度得到了提高。

关键词:　钢板弹簧;　非线性有限元;　接触中图分类号:　U 463.3文献标识码:　A文章编号:167124431(2008)0820094203Nonlinear Contact Analysis and ExperimentalStudy of Leaf SpringZH EN G Yi n 2huan ,ZHA N G Zhong 2f u(School of Mechanical and Electronic Engineering ,Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070,China )Abstract :　According to advanced contact theory ,the calculation model of leaf spring is built using ANSYS software.Con 2sidering interleaf friction ,the stress distribution and deformation under different loads are obtained.The intensity and stiffness of the leaf spring are also calculated.The experimental study of leaf spring is performed also.The calculation results fit with the experimental results quite well.The comparison results indicate that the precision of leaf spring ’s calculation model is improved.K ey w ords :　leaf spring ;　nonlinear finite element ;　contact收稿日期:2008204202.基金项目:武汉理工大学博士科研启动基金(47123831053).作者简介:郑银环(19742),女,博士,讲师.E 2mail :zhengyinghuan @钢板弹簧是汽车中重要的高负荷安全部件,主要用来传递垂直力,并缓和由不平路面引起的冲击和振动。

摩擦对某钢板弹簧力学特性的影响分析_杨路

网络出版时间：2015-09-08 14:56:02 网络出版地址：/kcms/detail/41.1084.N.20150908.1456.040.html
第 33 卷第 8 期 2015 年 8 月
河南科学 HENAN SCIENCE
文章编号：1004-3918（2015）08-1363-06
获得不同载荷及摩擦对钢板弹簧刚度、应力分布及接触压力的影响规律 . 结果表明：在同一载荷状态下，钢板弹簧
刚度随摩擦系数的增大而增大，应力与片间接触压力随摩擦系数的增大而减小；同一摩擦状态下，刚度随载荷的增
加呈增长趋势，且摩擦系数越大该趋势越明显 . 研究结果可为兼顾刚度，强度及接触压力性能的钢板弹簧设计开发提供参考 . 关键词：片间摩擦；少片弹簧；刚度；强度；接触
2 刚度分析
图 4 钢板弹簧有限元模型 Fig.4 FE model of leaf-spring
刚度是钢板弹簧力学性能的重要参数，但实际工作时片
间摩擦系数获取困难，本文通过设置不同摩擦因数下模型的位移响应，来探究摩擦系数对钢板弹簧刚度特
性的影响 . 以 4375N 和 8750N 两种载荷和 0，0.1，0.2，0.3，0.4 等 5 种摩擦系数两个变量的组合来分析钢板弹
拟接触问题，钢板弹簧为面-面接触（surface to surface），因此采用接触面来模拟片与片之间的接触，且为柔体与柔体的接触 . 定义接触对时选择有限滑移（finite sliding）来描述接触对间的相对滑动，并定义接触对中接触表面较大者为主面，较小者为从面，以改善模型计算的收敛性［8］.
1 有限元模型的建立
有限元模型分析结果的真实性和可靠度与其实际
工作状态的仿真符合程度密切相关 . 创建有限元模型时，既要如实仿真设计对象的实际工作状态，又要兼顾

汽车钢板弹簧在不同摩擦系数下疲劳寿命研究

ｔ９９’一ｉｒ＇÷３：３’‘ｅ９１４１ｅ．ｅ●２
４．２疲劳寿命结果分析图５示出了摩擦系数分别为０．１和０．２时的疲劳寿命云图。从整体上看，板簧结构寿命分布合理，虽然簧片间摩
ｕ＝０．１０
ｓＥｏ、
擦系数不同，但钢板弹簧的疲劳损伤区域均分布于钢板弹簧变截面有效长度部分，这与有限元分析的应力分布是一致的。表２列出了不同摩擦系数下板簧的疲劳寿命，可知：在相同的交变载荷作用下，随着簧片间摩擦系数的增大，钢板
４．１
Ｓ—Ｎ曲线和载荷谱确定在Ｆａｔｉｇｕｅ软件中根据钢板弹簧所用材料５０ＣｒＶＡ的弹
性模量、？白松比、抗拉强度和屈服强度等参数可以拟合出该材料的Ｓ—Ｎ曲线，如图４所示，且该方法较为保守。查阅相关手册可得５０ＣｒＶＡ的屈服极限仃。≥１１２７ＭＰａ，抗拉强度盯ｂ
≥１２７４ＭＰａ。
表１可以看出，随着摩擦系数的增大，满载等效应力降低。这主要是由钢板弹簧在载荷作用下变形，各片间相对滑动产生摩擦且摩擦力做功损耗能量引起的。对于该钢板弹簧，其接触摩擦主要发生在簧片端部的平直段，接触面积较小，因此摩擦系数每增大０．１，最大等效应力约减小６摩擦系数对该板簧等效应力的影响并不是很大。
ｄｅｓｉｇｎｏｆａｒｍｏｒｌｅａｆｓｐｒｉｎｇ，ｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅ
ｉｓ
ａｎ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ
ｉｎｄｅｘｏｆｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａ－
ｔｏ
ａｃｃｕｒａｔｅｌｙｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｍｏｒｅ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆａｒｍｏｒｌｅａｆｓｐｒｉｎｇｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ
２０１４年１２月
汽车钢板弹簧在不同摩擦系数下疲劳寿命研究

基于Workbench的电动三轮车悬挂系统板簧强度的分析

第２３卷第１期
２１０２年２月
中原工学院学报
ＪＯＵＲＮＡＩ０ＦＺＨ０ＮＧＹＵＡＮＵＮＩＶＥＲＳＴＹ０ＦＴＥＣＨＮＯＬＩＯＧＹ
Ｖｏ．３Ｎｏ１１２．
Ｆｅ．，１ｂ２０２
文章编号：６１９６２１）１０７０１７ —６０（０２０ —０１ — ６
簧的装配顺序从上往下依次为第１至第７片板簧．根
据模型分析的需要，应该去掉该装配结构与后桥桥管
其中，为材料许用应力极限值；、、为某一个［］
点的３个主应力．
相固定的Ｕ型螺栓、簧限位器、簧包箍和其他紧板板固件，因为这些零件可以在后面的分析中用约束条件来代替．板簧结构参数如表１所示．
根据上述条件和要求，利用Ｓｌｗｒｓｏｉｏｋ软件建立板ｄ
利用Ｗｏｋｅｃｒｂｎｈ进行静力结构分析，一般包括以
下基本限元模型的建立主要１建有
包括两个方面内容：立几何模型；分网络．文利建划本
要性能参数，以此调整悬挂系统，其性能最优化．析结果为电动三轮车设计提供了参考．并使分
关键词：电动三轮车；簧；板悬挂系统；ｒｂｎｈＷｏｋｅｃ
中图分类号：ＴＨ１５３
基本数据：点位移信息（节ＵＸ，ｕＹ，，ＯＴＵＺＲＸ，

计及接触摩擦的多片钢板弹簧刚度特性的研究

和集中载荷法两者结合起来，一定程度上改善了钢板弹簧的计算，同样未考虑片问摩擦力的影响。但
刖舌
另有研究利用ＡＳＳ有限元软件进行接触模拟，ＮＹ取得较好的效果Ｊ。但应用有限元法时，不仅要考虑
ｒｆｃｈｏｃｓｉｏｅｎｅｏａｉｎｆｌａｐｎ．ｅｅｔｔｅｆｒｅｍｐｓｄａｄｄｆｒｔｓｏｆｓｒｇｌｍｏｅｉ
Ｋｅｗｏｄｓ：ｌａｐｉｇ；ｃｎｔｃｒｃｏｙｒｅｆｓｒｎｏａｔｆｉｔｎ；ｓｉｆｓｈａｔｒｓｉｓ；ＦＥＡ；ｔｓｉｔｆｎｅｓｃａｒｃｅｔｃｉｅｔ
关键词：板弹簧；触摩擦；钢接刚度特性；限元分析；验有试ＡｔｄｎｔｅＳｉｎｓａａｔｒｓｉｓｏｌｉＬｅｆＳｒｎＳｕｙｏｈｔｆｅｓＣｈｒｃｅｉｔｃｆＭｕｔ— ａｐｉｇｆ
ｗｉｎｉｅａｉｎｏｎａｔＦｉｔｎｔＣｏｓｄｒｔｏｆＣｏｔｃｒｃｉｈｏ
Ｍｅｎｈｌｈｅｔｏａｒｇｉａｓｅｆｒｅ．Ｔｅｒｓｌｈｗａｅｃｌｕａｅａｕｓｏｔｆｅｓｂｓａｌａｗｉｔｅｔｓｆｌｆｓｉｓｌｐｒｏｅｅｐｎｏｍｄｈｅｕｔｓｏｔｔｔａｃｌｔｄｖｌｅｆｓｆｓａｉｌｓｈｈｉｎｃｙ
ｆｎｃｉｎｏｕｔｏｆＡＮＳｓｆｒＹＳｏｗａｅ，ａｔｅｌａｄｅｏｍａｉｎＨＶａｔｅｓｉｔｂｔｏｆｌａｐｎｒｂａｎｄ．ｔｎｄｈｏｄ— ｆｒｔｏＣＩｅｎｄｓｒｓｄｓｒｕｉｎｏｅｓｒｇａｅｏｔｉｅｉｆｉ

汽车钢板弹簧悬架设计

汽车钢板弹簧悬架设计 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】汽车钢板弹簧悬架设计（1）、钢板弹簧种类汽车钢板弹簧除了起弹性元件作用之外，还兼起导向作用，而多片弹簧片间磨擦还起系统阻尼作用。

由于钢板弹簧结构简单，使用维修、保养方便，长期以来钢板弹簧在汽车上得到广泛应用。

目前汽车使用的钢板弹簧常见的有以下几种。

①通多片钢板弹簧，如图1-a所示，这种弹簧主要用在载货汽车和大型客车上，弹簧弹性特性如图2-a所不，呈线性特性。

图1 图2②少片变截面钢板弹簧，如图1-b所不，为减少弹簧质量，弹簧厚度沿长度方向制成等厚，其弹性特性如一般多片钢板弹簧一样呈线性特性图2-a。

这种弹簧主要用于轻型货车及大、中型载货汽车前悬架。

③两级变刚度复式钢板弹簧，如图1-c所示，这种弹簧主要用于大、中型载货汽车后悬架。

弹性特性如图2-b所示，为两级变刚度特性，开始时仅主簧起作用，当载荷增加到某值时副簧与主簧共同起作用，弹性特性由两条直线组成。

④渐变刚度钢板弹簧，如图1-d所示，这种弹簧多用于轻型载货汽车与厢式客车后悬架。

副簧放在主簧之下，副簧随汽车载荷变化逐渐起作用，弹簧特性呈非线性特性，如图2-c所示。

多片钢板弹簧钢板弹簧计算实质上是在已知弹簧负荷情况下，根据汽车对悬架性能（频率）要求，确定弹簧刚度，求出弹簧长度、片宽、片厚、片数。

并要求弹簧尺寸规格满足弹簧的强度要求。

钢板弹簧设计的已知参数1)弹簧负荷通常新车设计时，根据整车布置给定的空、满载轴载质量减去估算的非簧载质量，得到在每副弹簧上的承载质量。

一般将前、后轴，车轮，制动鼓及转向节、传动轴、转向纵拉杆等总成视为非簧载质量。

如果钢板弹簧布置在车桥上方，弹簧3/4的质量为非簧载质量，下置弹簧，1/4弹簧质量为非簧载质量。

2)弹簧伸直长度根据不同车型要求，由总布置给出弹簧伸直长度的控制尺寸。

在布置可能的情况下，尽量增加弹簧长度，这主要是考虑以下几个方面原因。

不同摩擦系数的钢板弹簧动态特性分析

．
ｉｎｌｕｅｆｎｃｅｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｔｉｆｎｅｓｓｏｆｔｈｅｌｅａｆｓｐｒｉｎｇｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄｉｔｓｉｎｌｕｆｅｎｃｅｏｎｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ
ＤｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅＬｅａｆＳｐｒｉｎｇＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔＦｒｉｃｔｉｏｎＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ
第３卷第２期２０１３年３月
汽车工程学报
ＣｈｉｎｅＳｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖ＿０１．３ＮＯ．２Ｍａｒ．２Ｏｌ３
不同摩擦系数的钢板弹簧动态特性分析
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｅａｆｓｐｒｉｎｇ；ｒｉｆｃｔｉｏｎ；ｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｅｌａｓｔｉｃｒｅｓｔｏｒｉｎｇｆｏｒｃｅ；ｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｃｈａｏｓ
ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｉｎｆｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｅｘｐｏｓｅｄｔｏｈａｒｍｏｎｉｃｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｉｎｌｕｆｅｎｃｅｏｆｒｉｆｃｔｉｏｎｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔｏｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｒｉｆｃｔｉｏｎｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔｃａｎｇｒｅａｔｌｙｉｎｌｕｆｅｎｃｅｏｎｔｈｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｏｓｗｉｌｌｂｅｆｏｕｎｄｗｈｅｎｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｏａｃｅｒｔａｉｎｄｅｇｒｅｅ．

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.

本文通过对某平衡悬架少片变截面钢板弹簧的CAE分析研究-有关汽车毕业论文

本文通过对某平衡悬架少片变截面钢板弹簧的CAE分析研究-有关汽车毕业论文摘要钢板弹簧是重型载重汽车平衡悬架系统中重要的弹性元件，关乎重型载重汽车的平顺性和节能性。

少片变截面钢板弹簧相比于传统多片等截面钢板弹簧质量更轻、平顺性更好，逐渐得到越来越多的重型车辆使用。

少片变截面钢板弹簧精益设计和疲劳寿命预测，是体现悬架性能和安全的两个重要方面，CAE技术的发展为解决这些问题提供了有力的工具。

本文通过对某平衡悬架少片变截面钢板弹簧的CAE分析研究，提供了从优化设计、精确建模到有限元分析以及一体化疲劳寿命仿真的整套流程，较好的完成了精益设计和数字化寿命预测，为平衡悬架少片变截面钢板弹簧的设计和性能研究提供一定的借鉴。

具体所做工作如下：研究了两种结构形式的少片变截面钢板弹簧，并利用MATLAB 软件对本次所设计板簧进行了参数优化。

对于少片变截面钢板弹簧三维模型的建立，提出了更加简捷精确的Pro/E骨架折弯建模方法，并进行了分析验证。

根据现代接触动力学相关理论，考虑大变形、片间接触和摩擦等多种非线性因素，在ANSYS Workbench 15.0中建立了少片变截面钢板弹簧的有限元模型，完成了板簧强度和刚度校核，探究了过渡段圆弧半径大小对板簧特性的影响，并对不同摩擦系数下的板簧应力分布、变形量、刚度和偏频进行了分析研究。

研究了疲劳寿命分析的基本理论，确定了少片变截面钢板弹簧疲劳寿命分析方法。

在综合考虑粗糙度、热处理和喷丸处理对板簧疲劳寿命影响的基础上，联合ANSYS Workbench与Designlife按照实际试验条件，对板簧进行了精确的一体化疲劳寿命仿真。

按照相关标准，对本次设计的少片变截面钢板弹簧进行了台架刚度试验和疲劳试验，验证了有限元分析与疲劳寿命仿真的正确与否。

关键词: 少片变截面钢板弹簧，优化设计，疲劳寿命仿真，有限元分析ABSTRACTLeaf spring is a important elastic element for heavy truck suspension balance system , which is a significant factor to the comfort and energy saving of heavy truck.Taper leaf spring is more lighter and better comfort compared to traditional leaf spring, which was widely used in heavy vehicles. The suspension performance and safety of Taper leaf spring can be reflected by lean design and fatigue life prediction, the development of CAE technology can provide a powerful tool to solve these problems.According to the CAE investigation of a taper leaf spring in a balanced suspension system. This paper presents a complete process for it, which include optimization design, precise modeling and finite element analysis, and the fatigue life simulation of the integration. Then lean design and digital life prediction of a balanced suspension taper leaf spring is conducted. It provides a certain reference to design and performance study. The detail process as follows: Studied two kinds of structure forms of taper leaf spring, and the parameter optimization of the plate spring is utilized by the MATLAB software.For taper leaf spring 3d model establishment, the more precise and simple modeling method of Pro/E frame bending is presented, and is validated.According to modern contact dynamics related theory, some nonlinear factors is considered, such as large deformation, contact and friction. The finite element model of taper leaf spring is established in the ANSYS Workbench 15.0, checking strength and rigidity of leaf spring, exploring the effect of transition arc radius on the characteristic of leaf spring, stress distribution and deformation, stiffness and frequency of the leaf spring are analyzed under different friction coefficient.To determine the analysis method of leaf spring fatigue life, the basic theory of fatigue life analysis is studied. The influence of roughness, heat treatment and shot peening treatment on leaf spring fatigue life is analysis. By combined ANSYS Workbench withDesignlife under the actual test condition, the precise integration fatigue life simulation of leaf spring is carried out.In accordance with the relevant standards, stiffness test and fatigue test of taper leaf spring is conducted. Then the finite element analysis and the fatigue life simulation is verified.Keywords: Taper leaf spring,Optimization design,fatigue life simulation, finite element analysis第一章绪论1.1 概述悬架系统是汽车上重要组成部分之一，它弹性地将车架（或承载式车身）与车轴（或车轮）连接起来[1]。

基于接触摩擦的变截面钢板弹簧悬架性能分析

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｌｅａｆｓｐｒｉｎｇａｐｐｌｉｅｄｏｎｌｙａｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｗｉｔｈｏｕｔ
文章编号：１６７４－２９７４（２０１３）０５ — ００４４ — ０５
基－Ｔ－－接触摩擦的变截面钢板弹簧悬架性能分析
周水庭，黄红武一，付建朝。，左佳。，向铁明
（１．湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，湖南长沙４１００８２；２．厦门理工学院机械与汽车工程学院，４１０１３７）福建厦门３６１０２４；３．湖南易通汽车配件科技发展有限公司，湖南长沙
摘要：传统钢板弹簧分析只是采用简化力学模型，而没有考虑簧片间的摩擦．为了更
好地对少片变截面钢板弹簧进行设计，本文首先对少片变截面钢板弹簧悬架进行参数化建
模．然后应用接触理论添加接触单元，来模拟钢板弹簧间的摩擦，进行钢板弹簧悬架的有限元计算，得到钢板弹簧悬架的装配预应力、刚度和阻尼特性的仿真值．与由传统预应力计算
方法得到的结果和行业推荐值进行比较分析，证明基于接触摩擦的少片变截面钢板弹簧悬架性能分析的方法更能反映簧片实际的受力情况．

任意截面钢板弹簧刚度和强度的有限元分析

任意截面钢板弹簧刚度和强度的有限元分析马建军1严彦丛1丁能根21. 安徽安凯汽车股份有限公司2. 北京航空航天大学[ 摘要] 钢板弹簧悬架是货车、客车等车辆中广泛使用的一类悬架。

对于等截面叶片的普通钢板弹簧悬架，采用材料力学的计算方法可以容易地确定其垂直刚度。

但对于变截面叶片钢板弹簧，悬架刚度和强度计算有效和可行的方法是采用有限元法。

通过建立钢板弹簧片与片之间的接触单元，采用ANSYS有限元软件分析任意截面钢板弹簧垂直刚度和强度，并可以分析得到钢板弹簧总成在自由状态下的弧高。

以安凯HFF6850客车前、后悬架钢板弹簧为例，分析了其垂直刚度和强度。

叙词钢板弹簧刚度有限元法一、引言对于货车、客车等车辆中广泛使用的钢板弹簧悬架，如何准确地计算其垂直刚度和强度是该类悬架设计时必须加以解决的问题。

由于钢板弹簧悬架的垂直刚度直接影响到汽车的行驶平顺性和操纵稳定性等动力学性能，研究钢板弹簧悬架垂直刚度特性的计算方法具有较大的实际意义。

对于各片为等截面、刚度不变的钢板弹簧悬架，可采用共同曲率法和集中载荷法[1] [2]计算其刚度。

共同曲率法基于的假设是在任何负荷下弹簧弯曲时各片间都全面接触，在同一截面上各片具有共同的曲率半径。

集中载荷法则假设各片之间只在端点接触并传递载荷。

这两种计算方法是根据材料力学的理论得到的。

然而，从材料的合理利用出发，实际使用的钢板弹簧也有采用沿叶片长度方向大范围内的变截面结构。

另外，从获得更好行驶平顺性的要求出发，有时还将钢板弹簧设计成渐变刚度的。

为解决这两类钢板弹簧的刚度计算问题，必须寻找新的计算方法。

有限元法为复杂结构钢板弹簧的刚度计算提供了新的分析手段，ANSYS等大型有限元软件所提供的接触单元可以解决钢板弹簧等结构分析时遇到的大变形和接触非线性问题。

本文着重介绍采用ANSYS有限元软件分析任意截面叶片钢板弹簧的垂直刚度、总成在自由状态下的弧高及不同垂直载荷下的应力，并给出了安凯HFF6850客车前、后悬架钢板弹簧的分析结果。

基于接触摩擦的变截面钢板弹簧悬架性能分析

基于接触摩擦的变截面钢板弹簧悬架性能分析作者：周水庭黄红武付建朝左佳向铁明来源：《湖南大学学报·自然科学版》2013年第05期摘要：传统钢板弹簧分析只是采用简化力学模型，而没有考虑簧片间的摩擦.为了更好地对少片变截面钢板弹簧进行设计，本文首先对少片变截面钢板弹簧悬架进行参数化建模.然后应用接触理论添加接触单元，来模拟钢板弹簧间的摩擦，进行钢板弹簧悬架的有限元计算，得到钢板弹簧悬架的装配预应力、刚度和阻尼特性的仿真值.与由传统预应力计算方法得到的结果和行业推荐值进行比较分析，证明基于接触摩擦的少片变截面钢板弹簧悬架性能分析的方法更能反映簧片实际的受力情况.关键词：接触原理；有限元法；钢板弹簧悬架；性能中图分类号：U463.218 文献标识码：A通常情况下，当整车总布置的一系列参数确定之后，在少片变截面钢板弹簧悬架的设计选型中，其簧片数、长度、宽度、厚度、曲率半径、自由弧高和总成刚度等基本参数，就能随之得到.其中，各簧片及总成的曲率半径、自由弧高和总成刚度是板簧总成设计的主要参数，均由其预应力决定.因此，在少片变截面钢板弹簧悬架的设计中，簧片的预应力计算与刚度分析至关重要.据统计，美国三大汽车公司1978年采用变截面钢板弹簧约占板簧总产量的60%.我国从20世纪80年代开始研制变截面钢板弹簧.由于在实际工况中，钢板弹簧往往同时存在着大应力和大变形，尤其是传统计算方法没有考虑片间接触摩擦等非线性因素，导致其计算精度受到严重影响，误差较大.本文考虑了片间实际存在的接触摩擦状况，对少片变截面钢板弹簧进行性能计算与分析，比传统方法更能反映钢板弹簧的实际工作情况.1基于接触摩擦的钢板弹簧悬架性能的计算理论文献3-8]表明：对于接触摩擦问题，一般将两个面的接触简化为由3个节点组成的接触对.基于接触摩擦的有限元方法对钢板弹簧悬架性能的计算和分析，实质上是对簧片进行虚拟装配，由于考虑了片间实际存在的接触摩擦，相比传统计算方法能更准确、真实地模拟簧片之间的非线性接触因素.根据GB/T 19844-2005，设计弹簧特性试验台如图6所示.该装置采用滑动销轴和夹紧机构对钢板弹簧进行夹紧支承.试验中，逐级对钢板弹簧进行加载和卸载，测试钢板弹簧的静态刚度、静载弧高和空载弧高等参数.这样，通过试验就可以验证仿真与试验结果的一致性.试验结果如表3所示.4 结论1）簧片的预应力决定了簧片自由曲率半径和总成的自由弧高.与传统计算方法相比，基于有限元接触分析的计算方法能更全面合理地对少片变截面钢板弹簧悬架进行应力、刚度和阻尼特性分析，得到与实际更吻合的计算结果.2）通过基于接触摩擦的有限元法计算出钢板弹簧悬架的阻尼，再配合确定减震器参数，可设计出理想的悬架系统.3）使用基于接触摩擦的有限元方法完全可以代替传统计算方法计算悬架的性能，得到更接近实际的悬架特性.这样就可以缩短悬架总成的设计开发周期.参考文献[1]林小瑛.少片不等长变截面钢板弹簧的优化设计J].福州大学学报，2001，29（1）：56-59.LIN Xiaoying. An optimum design of the few different lengths of taper leaf springJ]. Journal of Fuzhou University，2001， 29（1）：56-59.（In Chinese）2]张洪欣.汽车设计M].2版.北京：机械工业出版社，1996：149-151.ZHANG Hongxin. Automotive designM]. 2nd ed. China Machine Press，1996：149-151.（In Chinese）3]WRIGGERS P， VAN T V， STEIN E. Finite element formulation of large deformation impactcontact problems with frictionJ]. Computer Structure， 1990，37（3）：319-331.4]BERTSEKAS D P. Constrained optimization and lagrange multiplier methods[M].New York： Academic Press，1984：325-327.5]WOO K L，THOMAS T R.Contact of rough surfaces： a review of experimentalwork[J].1980，58（2）：331-340.6]WRIGGERS putational contact mechanicsM]. New York：John Wiley & Sons Ltd，2002：320-323.7]唐应时，陈明媚，潘佳炜，等.基于接触摩擦的多片式钢板弹簧悬架预应力的计算J]. 湖南大学学报：自然科学版，2009，36（4）：29-33.TANG Yingshi， CHEN Mingmei， PAN Jiawei，et al. Computation of the prestress of multileaf spring based on FEM with contact frictionJ]. Journal of Hunan University： Natural Sciences， 2009，36（4）：29-33. （In Chinese）8]刘桂荣，QUEK S S.有限元法实用教程M].长沙：湖南大学出版社，2004：31-32.LIU Guirong，QUEK S S.The finite element method： a practical courseM].Changsha：Hunan University Press，2004：31-32.（In Chinese）9]唐应时，占良胜，方其让，等.基于动态仿真的副变速器箱体有限元分析J].中南大学学报：自然科学版，2006， 37（4）：769-774.TANG Yingshi， ZHAN Liangsheng， FANG Qirang， et al. Finite element analysis of subtransmission case based on dynamic analysisJ].Journal of Central South University： Natural Science，2006， 37（4）：769-774.（In Chinese）10]唐应时，柴天，和进军，等. 基于接触摩擦的少片变截面钢板弹簧的刚度分析J].中南大学学报：自然科学版，2009， 40（3）：694-698.TANG Yingshi，CHAI Tian，HE Jinjun，et al. Analysis of stiffness of taper leaf spring based on contact frictionJ]. Journal of Central South University： Natural Science， 2009， 40（3）：694-698.（In Chinese）11]张建乔，刘永红，吕广忠.基于参数化模型特征的有限元网格划分方法研究J].制造业自动化，2005，27（9）： 33-35.ZHANG Jianqiao， LIU Yonghong， LV Guangzhong. The FEM mesh generation method based on characteristic manufacturing automationJ].Manufacturing Automation，2005，27（9）：33-35.（In Chinese）12]李轶石.基于有限元的某多片钢板弹簧性能仿真研究D].长沙：湖南大学机械与运载工程学院，2007：36-37.LI Yishi.Character simulation rearch of multileaf spring based on FEMD].Changsha： College of Mechanical and Vehicle Engineering， Hunan University，2007：36-37. （In Chinese）13]谷安涛.应用CAE技术进行钢板弹簧精确设计J].汽车工程，2002，24（1）：73-75.GU Antao. Precise design for laminated spring using CAE J]. Automotive Engineers，2002，24（1）： 73-75.（In Chinese）。