高应力少片钢板弹簧结构分析及实验研究

摘要

钢板弹簧是汽车的重要部件。相比较与传统多片簧，少片变截面钢板弹簧在满足基本要求的基础上，质量轻、平顺性更好，而逐渐地被应用于载货汽车。对少片钢板弹簧进行结构优化设计，提高其可靠性，有利于减少资源的使用，符合轻量化发展趋势。基于此，本文对高应力少片变截面钢板弹簧进行结构优化设计、仿真分析、试验验证与实验研究，主要研究内容有:
　　(1)以质量最优化为目标，基于约束条件，使用MATLAB软件进行优化计算，得到最优设计结构尺寸参数;对几种建模方法比较，提出简便精确的建模方法-预压式建模方法，并结合装配完成后各片簧两端部紧密贴合的要求，对自由状态的各片簧端部进行合理设计。
　　(2)基于CAE分析软件，对设计的少片簧进行强度、刚度分析，并与后续的试验对比验证，验证所设计板簧满足其强度、刚度要求。
　　(3)建立板簧柔性体模型，求解板簧动刚度，验证所设计板簧动刚度满足设计要求，并分析加载频率对板簧动力学特性的影响。在主片簧卷耳处添加摩擦，调节摩擦接触参数，分析卷耳处干摩擦对板簧动力学的影响，为后续分析卷耳处干摩擦对单片簧疲劳寿命的影响做铺垫。
　　(4)对板簧疲劳特性进行分析，并结合加工工艺影响，对仿真寿命进行修正，与试验进行对比，验证所设计板簧疲劳寿命满足要求。
　　(5)在验证所设计板簧满足强度、动静刚度、疲劳特性要求的基础上，使用第五章疲劳分析方法，分析卷耳处干摩擦对单片簧疲劳寿命的影响，并通过使用滚花销轴的方式改变摩擦系数，与单片簧装配后进行疲劳实验验证。在总结分析变截面单片簧实验失败的基础上，对实验进行修正完善，实验结果基本验证了主片簧疲劳寿命随卷耳处摩擦系数增大而减小的结论，随后基于试验结果并根据板簧实际加工过程对该实验的可靠性与稳定性进行了探讨分析。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本课题的研究目的及意义

1．4 研究的主要内容

第二章 少片变截面钢板弹簧优化设计及模型建立

2．1 数学模型

2．1．1 按抛物线形变化

2．1．2 按线性变化

2．2 少片簧优化设计

2．2．1 设计变量

2．2．2 目标函数

2．2．3 约束条件

2．2．4 高应力少片簧优化计算

2．3 少片簧三维模型建立

2．3．1 Pro／E骨架折弯法建模

2．3．2 拟合法建模

2．3．3 预压式建模法

2．3．4 三种方法探究与板簧建模

2．4 本章小结

第三章 少片变截面钢板弹簧有限元分析

3．1 有限元软件简介

3．1．1 Hypermesh简介

3．1．2 ANSYS简介

3．2 有限元模型建立

3．2．1 网格划分

3．2．2 接触对的建立

3．3 装配应力分析

3．4 该少片簧满载、极限工况分析

3．5 该少片簧刚度分析

3．6 自由状态下该少片簧强度、刚度仿真分析

3．6．1 自由状态少片簧满载、极限工况分析

3．6．2 自由状态板簧刚度分析

3．7 本章小结

第四章 少片簧动刚度分析

4．1．1 三连杆法

4．1．2 离散梁法

4．1．3 柔性体法

4．2 板簧动力学模型建立

4．3 板簧动刚度仿真分析

4．3．1 加载频率对该少片簧动刚度影响分析

4．3．2 板簧卷耳处干摩擦对板簧动力学特性的影响分析

4．4 本章小结

第五章 少片簧疲劳仿真分析及实验研究

5．1．1 疲劳理论的发展

5．1．2 疲劳破坏的性质

5．1．3 疲劳分析基本流程

5．1．4 材料疲劳特性

5．2 少片簧疲劳寿命仿真分析

5．3 加工工艺对板簧疲劳寿命的影响

5．4 该少片簧刚度与疲劳试验验证

5．4．1 试验目的

5．4．2 试验方案

5．4．3 试验结果及与仿真结果对比

5．5 本章小结

第六章 卷耳处干摩擦对钢板弹簧疲劳寿命的影响分析及实验研究

6．1 卷耳处干摩擦对单片变截面簧疲劳寿命影响仿真分析

6．2．1 实验目的

6．2．2 实验样品及试验设备

6．2．3 实验方案

6．2．4 实验结果及分析

6．3 实验结果分析与修正试验

6．3．1 实验样品的修改

6．3．2 实验方案的完善

6．4 该等厚主片簧疲劳寿命仿真分析

6．5．1 实验结果分析

6．5．2 影响板簧疲劳寿命稳定性的其他因素分析

6．6 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况