有限元的汽车钢板弹簧结构分析和形状优化设计(附件)
钢板弹簧是汽车悬架系统的重要组成部件，当路面对轮子传来冲击力时，钢板弹簧变形起到缓冲和减振的作用。因为钢板弹簧在汽车上的广泛应用，所以钢板弹簧的的结构分析与优化设计便成了一个重要的问题。利用有限元ANSYS软件对其进行结构分析以期改善钢板弹簧的缺点。本文首先利用SolidWorks软件依据设计理论进行三维建模，然后将模型导入到有限元软件中，设置参数，划分网格，施加载荷进行仿真模拟。通过改变施加的载荷大小分析钢板弹簧的刚度强度以及应力应变等。结果表明在合理设计范围内，减少钢板弹簧片的厚度可以提高钢板弹簧的刚度，并且随着载荷的增加钢板弹簧的应力也不断增加，在一定范围内呈线性关系，应力主要集中在中心螺栓部位。改善后的钢板弹簧可以提高汽车行驶时的舒适性和平稳性。关键词 汽车钢板弹簧，结构分析，形状优化，有限元
目录
1 引言 2
1.1 汽车钢板弹簧的概述 2
1.2 钢板弹簧国内外发展现状 3
1.3 汽车钢板弹簧的种类 4
1.4 本课题的目标与意义 4
1.5 课题的研究任务 4
2 汽车钢板弹簧有限元法基本概述 5
2.1 有限元法的基本思想 5
2.2有限元法分析的基本步骤 6
2.3 ANSYS软件简介 6
2.4本章小结 7
3 汽车钢板弹簧三维模型的建立 7
3.1汽车钢板弹簧的设计概述 7
3.2 汽车钢板弹簧基本参数的确定 7
3.3钢板弹簧三维参数化模型的建立 9
3.4 本章小结 10
4 汽车钢板弹簧有限元分析流程 10
4.1 汽车钢板弹簧仿真模型建立 11
4.2 网格单元的划分 11
4.3 ANSYS软件对汽车钢板弹簧结构分析的结果 12
5 ANSYS软件对汽车钢板弹簧结构分析 14
5.1 钢板弹簧的总成变形 14
5.2 钢板弹簧的应力分析 14
5.3 钢板弹簧装配过程的仿真分析 15
5.4 汽车钢板弹簧刚度校核 15
5.5 汽车钢板弹簧弧高的校核 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
8
5.6 钢板弹簧的强度校核 18
6 汽车钢板弹簧的优化与总结 18
结论 20
致谢 21
参考文献 22
1 引言
随着汽车制造业的不断繁荣，汽车制造企业为了提高自身的竞争力，降低生产成本以便获得更大的利益，开始与国内零部件厂商加强合作。这使得汽车零部件的供求变得更加稳定。在此背景下汽车钢板弹簧的需求也大了起来。汽车钢板弹簧在我国是用量最大的汽车弹性零部件之一，虽然新的汽车悬架技术在不断发展，但是受制于我国的基本行情以及技术现状，钢板弹簧依然是主流。
1.1 汽车钢板弹簧的概述
汽车钢板弹簧的发展历史悠久，但是其本身也存在诸多问题。因为实际的需要，钢板弹簧一般用在载货汽车的非独立悬架系统中。汽车钢板弹簧的重量相较于一般弹簧元件重量要更大，这也间接导致了悬架系统的重量变大，影响汽车行驶的平稳性和舒适度，与车架连接处的钢板弹簧销容易磨损。另外，汽车钢板弹簧片的长度过长，影响汽车后悬与前悬的距离。即便是在西方发达国家，也没有完全摆脱钢板弹簧的这些缺点。随着机械制造工艺的不断发展，汽车钢板弹簧的强度刚度材料都需要极高的要求。钢板弹簧的缺点也不断被改进和优化，以便更好地适应市场。
1.2 钢板弹簧国内外发展现状
汽车钢板弹簧在国内已经是一个比较成熟的产业，钢板弹簧的生产制造技术也不断提高。国内外对汽车钢板弹簧的材料选择，加工工艺和结构设计都进行了大量的研究。汽车的轻量化是研究的重要部分，而钢板弹簧时实现轻量化的重要部件之一。为此，国内外汽车行业大多采用少片钢板弹簧，这种弹簧是由一片或者数片变截面钢板弹簧组成，重量被大大减轻。沈阳汽车工程学院的陈丽彬等人对少片钢板的
结构和计算方法进行了研究和总结，并对少片钢板弹簧的工艺措施进行了分析。少片钢板弹簧采用变截面结构，比钢板弹簧更容易做成等应力梁[9]。
钢板弹簧计算方法难以考虑钢板弹簧实际工作情况，南京航空航天大学的王勇等人综合考虑钢板弹簧实际工作过程中的大变形，各弹簧片和垫片之间的摩擦等非线性因素，基于有限元分析方法对某汽车后悬架渐变刚度钢板弹簧的刚度及强度特性进行分析[6]。
在国际发达国家中，汽车悬架大致经历了钢板弹簧悬架，钢板弹簧加气囊复合式悬架，被动全空气悬架，主动全空气这样一个过程。但是即便如此，国际发达国家也未完全摆脱钢板弹簧悬架结构[20]。
弹簧优化研究已经取得了很大的进展，在多片等截面钢板弹簧的基础上稍加改片端部变截面钢板弹簧，又称为短锥弹簧。目前应用也很广泛，并在一定程度上节省了材料，减轻重量，提高了舒适性。但是同时，汽车对钢板弹簧的要求也不断提高。国外已经从60年代开始研制生产少片变截面钢板弹簧，即全轧锥弹簧。国内从 80 年代初开始研制，各钢板弹簧专业生产厂于 80 年代中期开始纷纷引进全锥形变截面轧机，起步较晚，但是发展较快。少片变 截面钢板弹簧一般由1到4片等宽的簧片组成，它在长度方向利用变厚截面保证等强度设计准则，既节 省材料，又减轻自重。同时由于减少了片间摩擦，改善了汽车行驶平顺性[13]。
1.3 汽车钢板弹簧的种类
汽车钢板弹簧也被称为叶片弹簧,被广泛应用在汽车悬架系统中,用以传递力和力矩.起到减少车身晃动,提高汽车行驶时的平稳性和舒适度的作用.随着技术的不断改革,不断更新换代,钢板弹簧的发展也日新月异,但大体上还是以多片钢板弹簧和少片钢板弹簧两大类为主.
(1)多片簧钢板弹簧,这类弹簧主要应用在重型卡车上,多片簧钢板弹簧因为弹簧片数目较多,所以刚度较大,可以承受较大的载荷.但由于各片之间的摩擦,所以汽车行驶时会产生噪音,并且减振作用大大减弱,影响舒适性和平稳性.
(2)少片簧钢板弹簧,主要用在轻型卡车上,质量比多片簧钢板弹簧要轻的多,减振性能也更强,但是加工工艺比较复杂,成产设计的成本也更高.
1.4 本课题的目标与意义
目录
1 引言 2
1.1 汽车钢板弹簧的概述 2
1.2 钢板弹簧国内外发展现状 3
1.3 汽车钢板弹簧的种类 4
1.4 本课题的目标与意义 4
1.5 课题的研究任务 4
2 汽车钢板弹簧有限元法基本概述 5
2.1 有限元法的基本思想 5
2.2有限元法分析的基本步骤 6
2.3 ANSYS软件简介 6
2.4本章小结 7
3 汽车钢板弹簧三维模型的建立 7
3.1汽车钢板弹簧的设计概述 7
3.2 汽车钢板弹簧基本参数的确定 7
3.3钢板弹簧三维参数化模型的建立 9
3.4 本章小结 10
4 汽车钢板弹簧有限元分析流程 10
4.1 汽车钢板弹簧仿真模型建立 11
4.2 网格单元的划分 11
4.3 ANSYS软件对汽车钢板弹簧结构分析的结果 12
5 ANSYS软件对汽车钢板弹簧结构分析 14
5.1 钢板弹簧的总成变形 14
5.2 钢板弹簧的应力分析 14
5.3 钢板弹簧装配过程的仿真分析 15
5.4 汽车钢板弹簧刚度校核 15
5.5 汽车钢板弹簧弧高的校核 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
8
5.6 钢板弹簧的强度校核 18
6 汽车钢板弹簧的优化与总结 18
结论 20
致谢 21
参考文献 22
1 引言
随着汽车制造业的不断繁荣，汽车制造企业为了提高自身的竞争力，降低生产成本以便获得更大的利益，开始与国内零部件厂商加强合作。这使得汽车零部件的供求变得更加稳定。在此背景下汽车钢板弹簧的需求也大了起来。汽车钢板弹簧在我国是用量最大的汽车弹性零部件之一，虽然新的汽车悬架技术在不断发展，但是受制于我国的基本行情以及技术现状，钢板弹簧依然是主流。
1.1 汽车钢板弹簧的概述
汽车钢板弹簧的发展历史悠久，但是其本身也存在诸多问题。因为实际的需要，钢板弹簧一般用在载货汽车的非独立悬架系统中。汽车钢板弹簧的重量相较于一般弹簧元件重量要更大，这也间接导致了悬架系统的重量变大，影响汽车行驶的平稳性和舒适度，与车架连接处的钢板弹簧销容易磨损。另外，汽车钢板弹簧片的长度过长，影响汽车后悬与前悬的距离。即便是在西方发达国家，也没有完全摆脱钢板弹簧的这些缺点。随着机械制造工艺的不断发展，汽车钢板弹簧的强度刚度材料都需要极高的要求。钢板弹簧的缺点也不断被改进和优化，以便更好地适应市场。
1.2 钢板弹簧国内外发展现状
汽车钢板弹簧在国内已经是一个比较成熟的产业，钢板弹簧的生产制造技术也不断提高。国内外对汽车钢板弹簧的材料选择，加工工艺和结构设计都进行了大量的研究。汽车的轻量化是研究的重要部分，而钢板弹簧时实现轻量化的重要部件之一。为此，国内外汽车行业大多采用少片钢板弹簧，这种弹簧是由一片或者数片变截面钢板弹簧组成，重量被大大减轻。沈阳汽车工程学院的陈丽彬等人对少片钢板的
结构和计算方法进行了研究和总结，并对少片钢板弹簧的工艺措施进行了分析。少片钢板弹簧采用变截面结构，比钢板弹簧更容易做成等应力梁[9]。
钢板弹簧计算方法难以考虑钢板弹簧实际工作情况，南京航空航天大学的王勇等人综合考虑钢板弹簧实际工作过程中的大变形，各弹簧片和垫片之间的摩擦等非线性因素，基于有限元分析方法对某汽车后悬架渐变刚度钢板弹簧的刚度及强度特性进行分析[6]。
在国际发达国家中，汽车悬架大致经历了钢板弹簧悬架，钢板弹簧加气囊复合式悬架，被动全空气悬架，主动全空气这样一个过程。但是即便如此，国际发达国家也未完全摆脱钢板弹簧悬架结构[20]。
弹簧优化研究已经取得了很大的进展，在多片等截面钢板弹簧的基础上稍加改片端部变截面钢板弹簧，又称为短锥弹簧。目前应用也很广泛，并在一定程度上节省了材料，减轻重量，提高了舒适性。但是同时，汽车对钢板弹簧的要求也不断提高。国外已经从60年代开始研制生产少片变截面钢板弹簧，即全轧锥弹簧。国内从 80 年代初开始研制，各钢板弹簧专业生产厂于 80 年代中期开始纷纷引进全锥形变截面轧机，起步较晚，但是发展较快。少片变 截面钢板弹簧一般由1到4片等宽的簧片组成，它在长度方向利用变厚截面保证等强度设计准则，既节 省材料，又减轻自重。同时由于减少了片间摩擦，改善了汽车行驶平顺性[13]。
1.3 汽车钢板弹簧的种类
汽车钢板弹簧也被称为叶片弹簧,被广泛应用在汽车悬架系统中,用以传递力和力矩.起到减少车身晃动,提高汽车行驶时的平稳性和舒适度的作用.随着技术的不断改革,不断更新换代,钢板弹簧的发展也日新月异,但大体上还是以多片钢板弹簧和少片钢板弹簧两大类为主.
(1)多片簧钢板弹簧,这类弹簧主要应用在重型卡车上,多片簧钢板弹簧因为弹簧片数目较多,所以刚度较大,可以承受较大的载荷.但由于各片之间的摩擦,所以汽车行驶时会产生噪音,并且减振作用大大减弱,影响舒适性和平稳性.
(2)少片簧钢板弹簧,主要用在轻型卡车上,质量比多片簧钢板弹簧要轻的多,减振性能也更强,但是加工工艺比较复杂,成产设计的成本也更高.
1.4 本课题的目标与意义
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