吨载重汽车悬架系统设计设计论文

1、 吨载重汽车悬架系统设计设计 论文 学 大 北 工 业河 ) (论文毕业设计说明书 110302 张长龙 号： 作 者：学 机械学院 院：学 车辆工程 ：(系专业) 吨载重汽车悬架系统设计 10 目： 题 副教授 刘芳 指导者： 评阅者： 1010 吨载重汽车悬架系统设计吨载重汽车悬架系统设计 日 8 月 6 年 2015 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 毕业设计（论文）中文摘要 题目：10 吨载重汽车悬架系统设计 摘要： 本次设计的题目是 10 吨载重平头货车的悬架设计。悬架是车架与车桥之间一切传力连接装置的总称。悬架是保证汽车平顺性的重要部件之一。悬架作为汽车必不可少的一部

2、分，其在保证汽车正常行驶中、保证车内乘员的舒适性、以及在改变汽车的轻量化中都占有着必不可少的一部分。本次设计以参考 EQ1092 货车的一些基本参数进行设计悬架，所以本次的悬架主要采用钢板弹簧。根据钢板弹簧的一些特殊性，在选型上，前悬架采用钢板弹簧与减振器并联装配，后悬架采用主副钢板弹簧的方式来设计本次的题目。通过参照一些参数进行钢板弹簧的参数设计，以及减振器的从选型和一些主要参数的计算。通过设计画出二维图而且对一部分进行了三维的转换，从而进一步对其进行受力分析及校核。 关键词：弹性元件、钢板弹簧、减振器、建模、Ansys 分析 5 5 吨载重汽车悬架系统设计吨载重汽车悬架系统设计 1010

3、(论文）外文摘要毕业设计 Design of 10 tons truck suspension system Title： Abstract：force design.All flat truck suspension tons of this design is 10 load The topic device. connected floorboard of the frame and axle is the suspension between Suspension is one of the important parts of comfortability. Suspension a

4、s part of the vehicle occupant driving of car, ensures the car is necessary, in the normal comfort and lightweight change the car has been the indispensable part of.This truck of EQ1092 parameters to design some basic design with reference to suspension. According steel plate spring USES suspension,

5、 so the main the using suspension selection, the front particularity of leaf spring, the type some steel plate spring and shock absorber parallel assembly, rear suspension with the method of main leaf spring and to design the topic. By reference to some of the parameters to design the parameters of

6、the leaf spring and shock absorber from to the design of some main parameters.Through selection the and calculation great make d transformation.we can 3 of the and d draw 2 figure on part the progress on the stress analysis and checking. Keywords: elastic element, leaf spring, shock absorber, the mo

7、deling and analysis of Ansys 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 目 录 1 绪论 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.2 国内外发展概况 . 1 1.3 研究意义 . 3 1.4 论文构成及研究内容 . 3 2 悬架的结构与分析 . 4 2.1 悬挂系统组成和分类 . 4 2.2 悬挂系统的结构形式 . 4 2.2 悬架系统设计要求 . 5 2.3 悬架主要参数的确定 . 6 3 弹性元件的设计 . 8 3.1 钢板弹簧的布置方案 . 8 3.2 钢板弹簧的支撑端的形式选择 . 8 3.3 钢板弹簧夹的结构选择 . 9 3.4 钢板弹簧的设计计算 .

8、 10 4 减振器的设计 . 16 4.1 减振器的简介与选型 . 16 4.2 减振器的设计要求 . 17 4.3 减振器的安装位置 . 18 4.4 减振器的计算 . 18 5 强度校核 . 22 5.1 三维软件简介 . 22 5.2 钢板弹簧的建模 . 22 5.3 Ansys 分析 . 27 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 5.4 后悬钢板弹簧的强度验算 . 34 总结 . 36 致谢 . 37 38 参考文献 . 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 1 绪论 1.1 课题背景 在这物流快速发展的 21 世纪，环境问题越来越严峻，为了适应这一切，作为人类的

9、代步工具-汽车，也就受到了巨大的关注。而且随着社会的发展人类对于汽车的要求也越来越高，对待不同的汽车其要求也不同。 汽车分为商用车和乘用车两类。随着物流的发展，人类对于与汽车的要求不仅仅是载人在载货上要求也越来越高。这也就促进了商用车的快速发展。 而货车作为商用车的一员，由于其发动机一般采用的是柴油机，且运载货物较重，对环境污染较重，而且对路面的破坏程度也较大，为了更好保护环境以及保证资源的长时间使用，为此世界各国都开始了对商用车的研究，其中货车是最为备受关注的。 悬架是车架与车桥之间的一切传力连接装置的总称，其作用是把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要

10、传2。悬架作为汽车的重要组成部分之一，它递到车架上，以保证汽车的正常行驶即能保证汽车的平顺性又能进一步减轻汽车质量，保证汽车的利用率。为了更好地满足人们的要求，再根据汽车的发展状况以及现阶段国内的发展状况，本次课题尽量以轻质量且符合大众要求为目的进行本次的悬架设计。 1.2 国内外发展概况 国内汽车悬架弹簧的生产企业很多，可以说是遍布全国各地，但真正具有规模的专业生产企业才仅只占到一半以下。我国的产品质量生产水平与国外先进的生产水平还有很大的差距。为了提高我国生产水平，我们还需要处理各种各样的问题。例如：生产规模小集中度低散乱差。而且真正形成大规模、大批量生产的企业仍停留在简单生产工艺的水平上

11、，产品成本较高难以参与国际市 1 ) 论文论文 2015 届本科毕业设计届本科毕业设计(河北工业大学河北工业大学8而在这四国内能够生产高档次汽车钢板弹簧的企业也仅仅只有四家， 。场竞争家中也仅有三家可以生产商用车悬架。而在重卡领域，每个主机厂都采用自己信得过的钢板弹簧配套厂家，很少在采用别的钢板弹簧，这也就影响了我国在 重型卡车钢板弹簧悬架的发展。而作为钢板弹簧的进一步发展对象空气悬架，现已运用在部分商用车中，而其发展最终的目的将逐渐取代扁钢弹簧，使扁钢弹簧逐渐远离市场。空气弹簧在发达国家已有了很长一段发展历史，在国外的许多工业发达国家生产的商用车已经装有空气弹簧悬架，但我国仍处于起步阶段，空

12、气弹簧只应用在部分商用车上，虽然在这些车上已使用空气弹簧但是还很难被市场所接受，其主要原因是因为我国国情的原因，超载现象严重，空汽悬架超载能力低且价格贵而 利润微薄，很难被商户所接受也就导致了空气悬架很难在国内快速发展。但在实验中发现空气悬架系统相对于钢板弹簧悬架系统而言：其成本高但其寿命长，维修工作少，运营成本低。空气悬架虽然有很多的优点，但因其初始成本较高，且国内技术不成熟，一直在购买国外产品。无法大面积采用空气弹簧。故而在国内一直采用钢板悬架。 在一个就是在国外和国内经常谈到橡胶悬架，在这轻量化的高度要求下，橡胶悬架在国外也已经得到试用和推广。由于国内的橡胶悬架技术上不纯熟，所以国内重型

13、卡车上的橡胶悬架都是由国外引进的。橡胶悬架以橡胶弹簧作为弹性元件。根据橡胶的变刚度的优势，可以加强悬架的承载能力。从而使其比钢板弹簧悬架在承载性、安全性和可靠性等方面更具有优势，尤其是在恶劣环境中。 虽然橡胶悬架系统相对于钢板弹簧的优势很多，但由于国内载重汽车超重现象无法得到彻底的遏制，从而在橡胶悬架的发展也受到了一定的影响。在这国内技术上不纯熟一直在购买国外的成品。其次，在国内市场上有很少的车辆在使用，从而对于这种悬架在市场上对推广受到一定的阻力。再者，橡胶悬架布置复杂难于修理，且修理费用昂贵，综上所述，橡胶悬架在国内实行还有很长一段时间。 2 ) 届本科毕业设计届本科毕业设计(论文论文 2

14、015 河北工业大学河北工业大学所以钢板弹簧在国内的研究仍然占有很大的比重，而作为悬架的进一步发 展趋势中的橡胶弹簧悬架以及空气弹簧悬架也必须重视起来。 研究意义 1.3 通过查阅资料发现钢板弹簧悬架在我国仍然存在着很大的市场，且发展前景也较大，虽然空气悬架的发展是悬架发展的必然趋势，但是对于现在的中国，钢板弹簧悬架的应用还是非常的广泛的。因此，在提高载重汽车的轻量化、平顺性、操纵稳定性及延长路面使用率的众多要求下，悬架作为汽车的重要组成 部分之一，其起着重大作用。为此，在和实际生产相结合的同时，通过对悬架系统重要零部件的设计、计算和校核、对各个参数优化分析以及汽车动力学性能的分析。从而达到初

15、始介绍悬架设计的全过程的目的。从而对载重汽车的进一步优化和设计提供帮助，6 也为载重汽车的实际生产提供进一步指导，为商用车的进一步发展提供帮助。也希望通过此次设计加强自己对悬架认识，也提高自己对软件的应用熟练 程度，为自己进一步学习打下基础。 1.4 论文构成及研究内容本次设计为初次设计，内容主要包含了以下几部分：一，悬架系统的选型和布置形式；二，悬架的主要参数选择；三，钢板弹簧的设计，包含了钢板弹簧的弧高、长度、宽度等一些主要参数；四，减振器的设计，包含了减振器的基本构型、以及内部一些基本尺寸；五，钢板弹簧的初步建模；六，钢板弹簧 的应力分析；最后对本次设计的总结。画成，其包含了悬架系统的总

16、装图、前悬最后以附加二维图由 Autuo CAD 架总成图和后悬架总成图。 3 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 2 悬架的结构与分析 2.1 悬挂系统组成和分类 悬挂系统装置即我们常说的悬架，悬架一般有三部分组成：导向机构、减振器、弹性元件。由于工作环境的不同以及材料的不同，所以在一些悬架的组成中增添了一些辅助性弹性元件如横向稳定器。但由于钢板弹簧的一些特殊性，例如：钢板弹簧在汽车上纵向安置时，而且其一端与车架做固定铰链连接时，2。钢板弹簧就可以担负起传递所有各向力和力矩以及决定车轮运动轨迹的任务从而避免了增加导向机构，使系统变的简单；但钢板弹簧片数较多时，由于钢板弹簧本身就是

17、弹性元件而且具有一定的减振能力，所以在一般对减振要求不高的车辆上，我们会不装减振器以降低成本。 悬架系统一般分为两大类即：非独立悬架和独立悬架。但有时也会将其分为三类：主动悬架，半主动悬架、非主动悬架。由于非独立悬架结构简单切结合现阶段我国以及国外对悬架的研究，故在本次设计中采用非独立悬架。 2.2 悬挂系统的结构形式 在结构的选型上，主要根据以下两点来选型：一，在弹性元件上的选择，由于空气弹簧和橡胶弹簧适用范围小；且价格贵不符合中国现阶段国情。为了满足广大用车一族的高利益低成本的原则，所以选择钢板弹簧。二，由于初次设计，没有任何的经验，所以在设计时我参照了 EQ1092 货车的前后悬架设计进

18、行设计。 前悬架采用钢板弹簧与减振器组合的形式，钢板弹簧中部用两个 U 型螺栓固定在前桥上。弹簧两端的卷耳孔中压入衬套。前端卷耳用钢板弹簧销与前支架相连，形成固定铰链支点，与车架连起来；后端卷耳则通过钢板弹簧吊耳销与用铰链挂在后支架上可以自由摆动的吊耳相连，与车架连起来 4 河北工业大学河北工业大学 2015 届本科毕业设计届本科毕业设计(论文论文) 后悬架则采用主副弹簧并联的形式进行设计。副弹簧装在主弹簧的上方。主副钢板弹簧中部用盖板与 U 型螺栓固定在后桥壳的钢板座上。 在前后悬架的设计上，其支撑端上采用一端固定一端摆动的形式进行设计的，这样保证了钢板弹簧在受载发生变形时有利于改变两端中心

19、线之间的距离。由于钢板弹簧的中心部分受到的弯矩较大，为了更好的保证钢板弹簧的使用寿命，也为了更好的利用材料，所以在设计上采用钢板弹簧逐次递减的形式进行安装。这样的安装也间接的减小了主片的承受载荷保证了各片受力的均匀性。 2.2 悬架系统设计要求 悬架作为汽车的主要部分之一，为了能更好的保证汽车的平顺性，以及驾驶员的舒适性，在设计时还还要保证其与方向盘的操纵机构不能产生干涉，所以在设计时提出了以下几项要求： 1、保证汽车有良好的行驶平顺性； 2、具有合适的衰减振动能力； 3、保证汽车具有良好的操纵稳定性 4、汽车制动或加速时，需要保证车身的稳定，减少车身纵倾，转弯时车身1。侧倾角要合适 5、有良

20、好的隔声能力； 6、结构紧凑、占用空间尺寸要小； 7、为了可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，必须在满足零部件质1。量要小的同时要保证有足够的强度和寿命 由于后悬架采用主副弹簧的结构形式，所以在设计时，为了更好的保证在主簧工作转换到主副簧同时工作的情况下，汽车的平顺性以及货物的完整性，对于副簧的设计提出如下要求： 1、为了保证汽车的平顺性，在汽车由空载到满载的情况下，必须保证车身的振动频率变化范围较小。 5 ) 论文届本科毕业设计(河北工业大学 2015 、在副簧工作前、后应保证悬架的振动频率变化较小。2 但由于两者在现实生活中，很难同时达到。又由于本次设计的货车基本处 于满载运行，所以在

21、本次设计中要求副簧达到第一条要求。 悬架主要参数的确定 2.3 f）悬架静挠度 1c 与此时悬架刚度之比被称为悬架静挠 F 当汽车满载静止时，悬架上的载荷w1 度。 f/n511c(2-1) （n 指汽车部分车身的固有频率也称偏频） 由公式可知：悬架的静挠度会直接影响车身振动的偏频。因此，想要保证汽车具有良好的行驶平顺性，就必须正确地选取悬架的静挠度。经查阅资料：发现货车满载时,前悬架偏频要求在 1.502.10HZ,后悬架偏频要求在 1.702.17HZ。 22=62mm （5/2)=(5/1.9)=69mm 后悬架 f 所以计算的前悬架 fc2c12）悬架动挠度 f d 由于缓冲块受到压缩

22、时，会影响车轮中心相对与车架的垂直位移。因此，当汽车行驶在坏路面上时，为了防止经常与缓冲块碰撞，导致汽车平顺性降低，根据前辈设计经验以及查阅资料可知。在汽车的动挠度设计上有一定的范围。而一般要求货车的动挠度 f 取 69cm d本次设计选取的悬架静挠度为 f=62mm。 d3)其他的一些注意事项 悬架的弹性特性（悬架所受垂直力与悬架变形的比例关系） 、后悬架的主副弹簧刚度分配、悬架侧倾角刚度以及悬架侧倾角刚度在前、后轴的分配问题。 6 河北工业大学河北工业大学 2015 届本科毕业设计届本科毕业设计(论文论文) 这些问题都是在悬架设计中必须要考虑的问题。其对悬架和汽车的搭配是否合理、汽车行驶是

23、否平顺等等问题都有至关重要的影响。但由于其主要为设计过程中需考虑的问题而在设计中很少需要计算。因此，在本次设计中只略微提及并未作重要讲解，如果想要了解更多关于这些参数与悬架之间的关系，请参照汽车设计中悬架设计一节。 7 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 3 弹性元件的设计 3.1 钢板弹簧的布置方案 钢板弹簧的布置方式可以分为两种：一，纵置；二，横置。横置的特点：由于无法传递纵向力，必须设置附加导向装置，从而加大了汽车质量。使结构变得复杂。纵置的特点：可以传递各种力和力矩且结构简单，所以在设计时可以不用添加导向机构。减少了汽车的复杂性。 根据悬架中钢板弹簧中部在车轴上的固定中心与

24、两卷耳的相对位置，又将纵置分为对称布置和非对称布置。 根据使用情况的不同，布置的方式也不同，一般只有由于整车布置上的原因，或者钢板弹簧在汽车上的安装位置不动的情况下，且有想改变轴距已达到分配轴荷的目的时才会采用非对称布置。其他情况均采用对称性布置。 故在此设计中采用的最常见的情况即钢板弹簧纵置对称式布置的方案进行设计。 3.2 钢板弹簧的支撑端的形式选择 由于钢板弹簧的固定方式不同，其支承端的形式也不同，大致上可以分为两部分：卷耳和滑板式。 滑板式多用于两级式主副簧悬架中副簧的支承和平衡悬架中板簧的支承。卷耳式是在货车最为常见的一种形式，也是种类比较多的一种，为了区别这些卷耳。又根据基准相对于

25、平面的位置将其分为三类即上卷耳、平卷耳和下卷耳。而这三种卷耳各有各的特点。平卷耳可以将法向作用力直接传递给主片减少对主片的附加卷曲力矩。上卷耳和平卷耳均可以在必要时采用第二片加强卷耳。下卷耳虽然无法像上卷耳和平卷耳那样，但下卷耳可以保证在主片断裂时仍能起支撑作用，而且还可以在悬架反弹时仍与主片一起担负簧载部分的重力。由于下卷耳的特殊作用，所以其经常用于对板簧的安装 8 河北工业大学河北工业大学 2015 届本科毕业设计届本科毕业设计(论文论文) 位置与角度有特殊要求的情况中。但为了进一步减缓悬架所承受的水平冲击，进而采用非各向同性的橡胶支承。如图所示：为各端支撑端的结构形式。 a）上卷耳 b）

26、下卷耳 c）平卷耳 d）滑板 图 3-1 卷耳的结构形式图 在本次设计中采用的是上卷耳式的支撑方式。 3.3 钢板弹簧夹的结构选择 为了更好的保证钢板弹簧的固定，也防止钢板弹簧之间产生滑移，保证各片之间的良好接触，更好传递力，所以在钢板弹簧安装时，需要将各片连接夹紧，从而采用了钢板弹簧夹。目前应用最广泛的是可拆型弹簧夹。下图各种弹簧夹示意图。 a)、b)不可拆装式 c)可执装式 图 3-2 钢板弹簧结构 9 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 3.4 钢板弹簧的设计计算 已知参数： 满载静止时汽车的前、后桥负荷 G=23347.8N,G=67983.3N 和簧下部分质21量G=48

27、47N,G=9403N;汽车轴距 L=3950mm u2u1F=（23347.8-4847)/2=9250.4N wF=(67983.3-9403)/2=29290.15N w3.4.1 前悬架钢板弹簧的计算 (1) 满载弧高 fa 将钢板弹簧安装到车轴（桥）上以后，当汽车满载时，钢板弹簧主片上表1。其作用：一，保证汽车具有面与两端连线间的最大高度差被称之为满载弧高给定的高度；二，保证在使用期间钢板弹簧能有足够的塑性变形；三，保证在已限定的车架高度中有足够的动挠度值。所以在选取满载弧高时有一定的范围限制。即取 f=1020mm。故取 f=20mm。 aa(2) 钢板弹簧长度 L 的确定 由于钢

28、板弹簧的长度过长或过短都会对汽车的行驶状况产生一定影响。钢板弹簧长度增加：一，显著降低弹簧应力,提高使用寿命；二，降低刚度，改善汽车行驶平顺性；三，在刚度一定的情况下，能增加钢板弹簧的纵向倾角刚度。而钢板弹簧的纵向倾角刚度增大，可以减少车轮扭转力矩所引起的弹性变形。然而钢板弹簧过长，会引起钢板弹簧在布置时，产生一定的困难。 因此，为了既能保证钢板弹簧长度的优势，又能很好的安装布置，所以在钢板弹簧设计时就其长度做了一些要求。经查阅资料发现：货车的前悬架，L=（0.260.35）轴距；后悬架,L=(0.350.45)轴距。 故选取钢板弹簧的长度为 L=39500.32=1264mm (3)钢板断面

29、尺寸及片数的确定 钢板断面宽度 b 的确定公式 10 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 3 （ 3-1）E48JksL/c0式子中各字母所代表的含义： s 为 U 型螺栓中心距，s=120mm k 为考虑 U 形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数，取 k=0.5。 c 为钢板弹簧垂直刚度，c=F/f 所以 c=134N/mm。 wW，=1.36。 为挠度增大系数，E 为弹性模量 3 J=31554.6mm 所以0钢板弹簧总截面系数： ks/4LWF（3-2） wW0=350MPa450MPa,表面经喷丸处理后，为许用弯曲应力,为55SiMnVB,pp取400MPa，所以 W6960.9

30、 0钢板弹簧平均厚度： 2ksL w（3-3）h2J/W 00p6Efc=9mm h 所以p钢板弹簧片宽： 叶片宽度对于钢板弹簧的使用寿命有一定的要求。叶片宽度增加，可以增强卷耳的强度；但叶片过宽，会导致车身受倾向力倾斜时，钢板弹簧扭转应力增大。如果叶片过窄，为了保证钢板弹簧的有效性，则需增加片数、增加片间的摩擦或者弹簧的厚度；弹簧过窄，还会导致钢板弹簧装配布置的复杂性。所以在一般设计钢板弹簧厚度时，经常保证 6b/h0.3 车，s1 。=0.5sY 减振器阻尼系数的确定(2) 减振器阻尼系数用下式计算求得： 1 22 a2(mn)/S ） （4-3 为减小传到车身上的冲击力，当减振器活塞的振

31、动速度达到一定值时，减 v。在减振器的安装如图振器的卸荷阀打开。将此时活塞的速度称为卸荷速度X: 5 所示时，一般采用下式计算减振器的阻尼系数1nacosvA/ X ） （4-4 19 ) (论文河北工业大学 2015 届本科毕业设计 为悬架振动固有频率。0.3m/s;A 为车身振幅，取40mm;取为式中，vX 的确定 (3) 筒式减振器工作缸直径 D 为了保证减振器的正常运行，一般在设计筒式减振器时，其工作缸的直径 F 计算求得。工作缸的直径如下所示：会根据伸张行程的最大卸荷力04F1 D02p1 （4-5）为连杆直径和缸筒直径之比， ；为工作缸最大允许压力，取 34MPap=0.4，在设计

32、中，一般都将减振器的工作缸直径设计成整数，一般本减振器取的工作缸直径 D 有以下几种：20，30，40， （45） ，50，65mm 等几种选取。由于工工作直径已被列为标准件，所以在选取时应根据标准选用，具体数据参考 QC/T4911999汽车筒式减振器 尺寸系列及技术条件 。 4.3.2 筒式减振器其它参数的确定 (1) 筒式减振器各缸直径的确定 本课题设计选取 D=50mm，而为了保证有足够得油，所以在设计贮油缸直D与D 的关系设计成如下所示：径时一般将 cD=（1.351.50）D （4-6） c壁厚为 2mm。 所以根据上面的公式（4-1）（4-6） ，在由所设计选取的数值，可以计算出

33、Dv=20000Ns/m， ， 。D=50mm 减振器的如下一些数值：=70mm， ，=0.3m/scXD75mm。防尘罩的直径 防(2) 工作行程、导向座长度的确定 在液压缸工作行程长度设计时，一般根据执行机构实际工作的最大行程来确定，由于液压缸为标准件，所以在设计时，还参照液压缸活塞行程参数系列 20 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 标准（B2348-80） 。 本课题设计选取的工作行程 L=150mm 当活塞全部外伸时，从支承面中点到缸盖没支支承面中点的距离 H 称为最小导向长度。由于导向长度过小，将会导致液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，进而影响液压缸的稳定性，因

34、此在设计时必须保证活塞有一定的最小导向长度。 对一般的液压缸，最小导向长度 G 经常满足如下要求： LDH 202（4-7） 式中： L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。 活塞宽度 B 一般取 B=（0.61.0）D；而缸盖滑动支承面的长度，一般根 l1据液压缸的内径 D 而确定。 21 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 5 强度校核 为了进一步保证悬架的使用寿命，以及汽车的行驶平顺性。作为弹性元件的钢板弹簧，其强度检验在设计中是重中之重。为了能充分了解钢板弹簧在汽车行驶时所产生的最大应力，我采用了三维软件对钢板弹簧进行了建模和有限元分析。由于后悬的钢板弹簧运行较复杂，所以在本

35、章中还采用了部分手算的方法，来进一步核查钢板弹簧的强度。 注：本章涉及了钢板弹簧的 UG 建模、ANSYS 分析以及后悬架钢板弹簧的强度分析。 5.1 三维软件简介 在现社会，电脑对于人类越来越重要。各行各业的发展几乎都离不开电脑。而在机械行业中，三维软件的发展变得尤为重要。三维软件是一项借助于电脑的辅助作图工具，其用参数形象的模拟出了所需要的实体模型、所设计模型在实际中受力情况以及力在模型中的传递情况。三维软件为现代设计提供了很大的帮助，减少了材料的浪费，也为设计技术的提高提供了很大帮助。因此，为了进一步了解钢板弹簧的受力情况，以及钢板弹簧力的传递情况，在本次设计采用三维软件先对钢板弹簧进行

36、初步分析，检验其强度是否符合要求。 由于，三维软件可以形象地表达出实体模型，所以现在社会中得到了广泛的应用，从而进一步促进三维软件的发展。现在仅机械行业就包含了多种三维软件。而比较普遍使用的有：UG、CATIA、SolidWorks 等等。根据课程所学和自学软件的掌握情况，在本次设计采用 UG8.5 进行初步的建模与装配以及 ANSYS 进行有限元分析。 5.2 钢板弹簧的建模 经过了第三章和第四章的详细计算，从而为了进一步检验所设计的合理性， 22 河北工业大学河北工业大学 2015 届本科毕业设计届本科毕业设计(论文论文) 以及查看设计图形的基本模型。为了更加清楚的了解各个零部件间的关系，

37、也为了下一步对所装配的实体进行下一步的有限元分析作准备。 钢板弹簧作为钢板悬架的弹性元件，其在汽车的行驶中起着必不可少的作用，其间接得保证汽车行驶平顺性。因此，对于钢板弹簧的分析变得尤为重要。故，在下面的建模与分析中只针对钢板弹簧。 5.2.1 单片钢板弹簧的建模步骤以及注意事项 1）先打开 UG 8.5 新建文件模型 文件名 1.prt 如图所示 图 5-1 UG 操作图 进入文件。 2）选择拉伸，弹出如下的对话框： 23 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) UG 操作图 图 5-2 ）选择曲线中的草图设计。根据自己所设计的二维图形的其中一个视图（3 进行草图绘制，一般都选择主视

38、图进行绘制。由于所选的拉伸方向的不同，在装配的过程会出现装配不到一起或者自己所想要装配的形状相反。因此为了能很好完成装配过程，因此在设计单个零部件时应尽量选择同一个平面。如图所 示为三维建模前的二维草图。 钢板弹簧草图 图 5-3 ）完成草图，进行拉伸选择所要拉伸的从长度及方向。然后点击应用就 4（完成了第一片钢板弹簧的设计。注意：在完成草图时要尽量检验各个曲线之间是否是光滑连接，以防止在在拉伸是由于线段间的多出或者产生一定的矛盾而 无法完成拉伸。将会得到如图所示的基本钢板弹簧模型 24 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 第一片钢板弹簧示意图图 5-4 在建模是一定要对各个零部按

39、照上面的步骤完成对各片弹簧的初步建模。5) 件的名称进行标注以防止在装配时出现装错的问题。 钢板弹簧的装配 5.2.2 作为建模的重要一部分，在装配时一定要认真。由于装配结果的合理性将会直接影响到下一步的有限元分析。因此，为了进一步保证强度分析的准确性， 所以在装配时必须认真。现在开始进行钢板弹簧装配。 添加组件，将已经建好模的钢板弹簧文件打开，如图所示：1) 25 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 5-5 UG 装配操作图图将钢板弹簧移动到同一工作面中，进行旋转，移动为下一步添加约束做 2) 装配。此步也是为了防止直接添加约束导致装配不到一起而引起下一步分析的 错误。添加约束，

40、使钢板弹簧连接到一起，完成出的装配。由于下一步分析所3) 一般保存格式不同，所以在完成装配后应选择文件进行导 UG 需的文件格式与格式的文件。在导出的过程会出现黑屏画面。切记不要将出，将实体导成 step 此画面关掉，这是导出文件必须的程序转换环节。 UG 注意此图为导出文件的必要程序，不是电脑损坏的问题。 ）装配完成。得到如下装配图。4 26 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 前悬架的钢板弹簧装配图图 5-6 后悬架的弹簧装配图 图 5-7 ANSYS 分析 5.3 为了进一步了解材料的属性和所设计的钢板弹簧的刚度是否满足要求，也为了进一步与实际相结合，使得到的数据更准确，因此

41、采用三维建模数据分析。但由于只是对钢板弹簧进行应力和应变分析，所以在本次分析中我将用约束替代一些零部件的作用。例如：弹簧夹、螺栓。但由于采用约束替代零部件，所 以得到分析强度会将比实际值篇小一些。下面开始进行钢板弹簧的分析。 分析步骤 5.3.1 时，ANSYS 格式（由于在安装将已经装配好的文件从 UG 导出转成 STP 建立新文件，开始进行分析装相通，所以需要转化）打开 ANSYSUG 未安装与 配好的文件。 27 ) 2015 届本科毕业设计(论文河北工业大学 1）新建文件，列入程序如图所示： Ansys 操作图图 5-8 design A2 文件进入 2）将已经转好格式的文件导入到 g

42、eometry 中。打开所以分析时分析其二分之由于钢板弹簧为对称性，model 截面进行文件的转换。 一就行。所以需要进关于材料的选择。3)由于本次是选用的材料在系统中无法查找。 行添加新的材料。即将材料设为 55SiMnVB.并设置其参数。进行接触进行接触单元的设置。在树形中找到 Connections）进入 4Model。为了保证接触协调性，防单元的设置。接触间采用摩擦接触，摩擦系数为 0.3 止接触表面相互穿透。所以采用增光拉格朗日的方法进行计算。为了进一步追总接触单元，在设计时应进行单元之间 pinball 设计本次设为 3mm 注意：进入 Model 比较缓慢需耐心等待。进入后会出现

43、一如下图所示的树形 28 河北工业大学河北工业大学 2015 届本科毕业设计届本科毕业设计(论文论文) 图 5-9 Model 操作图 （5）网格的划分。此次分析采用的是电脑自行划分，由于电脑运行较慢，所以在设计是采用的是基本的网格划分法。注意网格的划分大小根据电脑的运行程度进行划分。 图 5-10 网格划分 （6）添加载荷和固定约束。 由于本次设计的静载时的弹簧所承载的静载为 9250.4N。考虑到汽车的行驶状况的影响，所以在设计需要一个动载荷。其动载因数为 2.5.由于钢板弹簧的对称型，所以此次添加的载荷为总载荷的 1/4 即载荷为 5781.5N。为保证钢板弹簧面与面之间的接触需添加一个

44、预载荷。 。即起到螺栓紧固的作用。 由于钢板弹簧与车桥相固定，所以在进行分析时的钢板弹簧的支撑面选取最低端的面为固定面。 29 河北工业大学河北工业大学 2015 届本科毕业设计届本科毕业设计(论文论文) 图 5-11 加载图 （7）求解并添加应力与应变的分析结果。 右击 static structural 选择 solve 等待分析结果。最后在 soulution 中选择应力、应变及总的分析图如下图所示： 图 5-12 solution 结果图操作 更新 solution 得到最终的结果 30 河北工业大学河北工业大学 2015 届本科毕业设计届本科毕业设计(论文论文) 5.3.25.3.2

45、 分析结果 通过应用 ANSYS 求解得到如下图所示的结果： 1)前悬应力分析图： 图 5-13 前悬应力 根据分析图 13 可知钢板弹簧的最大应力为 45.782Mpa 小于要求的额定值。所以从此图可知设计的钢板弹簧符合要求。 2) 前悬应变分析图： 图 5-14 前悬应变 3) 前悬最终的分析结果： 31 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 前悬总分析图图 5-15 中发现钢板弹簧的受力点为卷耳处，而且所受力符合基本要求，所从 total 以本次设计前悬架符合要求。 后悬分析情况 6.2.2 后悬架由于是采用的主副弹簧并联的方式装配，由于不同的工况，钢板弹簧的运行方式不同。后悬

46、的载荷较小时，只有主簧在运行，由于货车经常处于满载运行状况，而其余时间均处于空载。当空载时，钢板弹簧的应力是足够的， 所以只需分析满载时钢板弹簧的运行情况。由于后悬满载时，副弹簧与支架接触产生一定的力。此时主副簧同时工作。也就意味着此时的钢板弹簧受到最少四个力。分别为主簧的两个卷耳处和副簧 与支架接触点产生的力。所以在分析添加力时最少添加四个。虽然在满载时主副钢板弹簧同时受力，但主要受力还是由主簧承担，因此在此设计中满载时受力分为三份，主簧占有三分之二，副簧占有三分之一进行 本次设计。 ）主副簧同时作用时的应力分析图 1 32 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 主副簧应力图 5-

47、16 图 ）主副簧同时作用时的应变分析图 2 主簧应变图 5-17 图 3）主簧同时作用时的总应变分析图 33 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 图 5-18 主副簧总分析图 经过以上三图可知：钢板弹簧在此情况下符合要求。 5.4 后悬钢板弹簧的强度验算 由于后悬在工作时，钢板弹簧从空载到满载是一个刚度变化情况。因此，我们都将后悬的主副钢板弹簧视为非线性钢板弹簧。进而也就表明了在第三节中对于后悬的分析只能代表某一时刻的钢板弹簧刚度。但这一时刻是否是后悬所受力最大处及钢板弹簧受力最大时，无从考究。因此，在本章中将近一步检验钢板弹簧的强度是否符合要求。 通过观察汽车的行驶状况，了解到

48、:当汽车驱动时，由于惯性的作用使此时的后悬架所受的力最大，因而导致此时的钢弹弹簧所受力最大。因此只需分析满载时，汽车驱动时钢板弹簧所受的力进而求出钢板弹簧的刚度。经查阅资料得到此时钢板弹簧应力公式如下： ） （5-1 bhGll/llWGmm/c2210222212 注：=67983.3N G 为作用在后轮的垂直载荷，G22m 1.2；为驱动时的后轴负荷转移系数，为20.8 ，取为道路附着系数 75mm 钢板弹簧片宽，为 B15mm 钢板主片厚度，为 h1790mm ，均为为钢板弹簧前、后段长度、ll 21800mm 为弹簧固定点到路面的距离， 为 C40937.5mm 为钢板弹簧总截面系数，为 W0 34 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 代入公式求得 为 672.7Mpa1000Mpa 所以后悬设计符合要求 35 河北工业大学 2015 届本科毕业设计(论文) 总 结 经过几个月的毕业设计，我从一开始的迷茫到一点点的熟悉整个设计的过程。