自卸汽车前悬架变刚度钢板弹簧对平顺性影响的研究

摘要

TY-1型重型自卸车作为一种专用工程车辆，常用于矿山、建筑工地等行驶路况差、工作环境恶劣的场合。车辆在此类环境下工作时会表现出很差的平顺性。悬架系统作为现代汽车的主要系统总成之一，与整车的平顺性密切相关。
　　现代大部分汽车悬挂的质量分配系数近似为1，即前、后轴各自的载荷质量在垂直方向上的振动是相互独立的。驾驶室位于前桥上方，所以相对于后悬架而言，前悬架的振动偏频对驾驶室舒适性影响更大，因此，优化前悬架就显得尤为重要。驾驶员为提高经济效益，一般在卸货后空载回程时会提高车速，轴荷的降低以及车速的提高就使得车辆的平顺性变得很差。
　　针对工程自卸车空满载时平顺性不一致的问题，本文依托山西省高新技术产业化项目——工程专用自卸车开发，以提高自卸车空载回程工况下的整车平顺性为目标，提出前悬架两级变刚度钢板弹簧的设计。
　　本文根据标杆车型原定偏频以及前轴空、满载时的轴荷设计了变刚度板簧的两级刚度，选定副簧参与工作时前轴的载荷。依据板簧刚度计算公式对主、副簧各簧片的几何参数进行设计。并在CATIA中建立相应的数字模型用于有限元中进行板簧总成夹紧仿真分析和刚度仿真分析验证，分析结果表明各簧片组装夹紧后的主簧和总成在刚度上满足设计要求。
　　本文对TY-1型自卸车的驾驶室和车架也进行了柔性化建模，并对其进行了模态仿真分析，通过与驾驶室和车架的模态试验结果的对比分析，验证了驾驶室和车架有限元模型的可信性。并结合实车试验条件及仿真目标，有针对性的对整车模型的一些零部件进行了化简和取舍。在此基础上，建成了包含驾驶室、驾驶室悬置、车架、前悬架等子系统的TY-1型自卸车刚柔耦合模型。
　　本文对TY-1型自卸车进行了实车工地道路平顺性测试，并在测试车关键部位布置了加速度传感器，以获取关键零部件和关键节点的振动情况。试验结果表明:自卸车满载时的平顺性要好于空载时的平顺性;车辆空载时在工地路况下平顺性很差。
　　为了验证所建整车多体动力学模型，本文将路试时采集的实车前后桥的振动加速度信号输入到TY-1型自卸车的整车多体动力学模型的相应部位，并输出驾驶室地板Z向的振动加速度信号以对该模型进行平顺性仿真。通过对比驾驶室地板Z向的试验和仿真所得振动加速度曲线，说明了TY-1型自卸车刚柔耦合模型的可信度。在验证了模型可信度的基础上，对分别装配了新、原板簧的模型在采集的空载回程工况信号下进行平顺性仿真，对比各自驾驶室地板垂向振动加速度曲线的振幅和均方根值来说明新设计的板簧在应对空载回程工况时的优越性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 两级刚度复式钢板弹簧简介

1．3 钢板弹簧悬架研究历史和现状

1．4 本文主要研究内容及意义

1．5 本文的课题来源

第二章 两级刚度复式钢板弹簧的设计

2．1 悬架系统的重要参数

2．2 变刚度板簧簧片的参数选定及计算

2．3 板簧支座与副簧支架的设计

2．4 钢板弹簧参数的确定

2．4．1 原普通多片钢板弹簧

2．4．2 改进设计变刚度钢板弹簧

2．4．3 改进设计板簧对整车参数的影响

2．5 本章小结

第三章 变刚度钢板弹簧总成有限元分析

3．1 板簧总成三维实体建模及有限元前处理

3．1．1 钢板弹簧总成三维建模

3．1．2 钢板弹簧总成有限元前处理

3．2 钢板弹簧总成夹紧仿真分析

3．3 本章小结

第四章 整车刚柔耦合多体动力学建模

4．1 ADAMS软件简介

4．1．1 理论基础

4．1．2 ADAMS模块组成及特点

4．2 整车多体动力学建模

4．2．1 利用HyperMesh生成模态中性文件

4．2．2 试验模态分析及柔性体的验证

4．2．3 整车模型的建立

4．3 本章小结

第五章 整车平顺性试验及仿真

5．1 整车道路试验

5．1．1 试验方案设计

5．1．2 试验数据处理及评价

5．2 整车刚柔耦合模型平顺性仿真

5．3 整车刚柔耦合模型(新板簧)平顺性仿真及对比

5．4 本章总结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及参与的项目