钢板弹簧文献综述

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1、广师天河学院毕业设计文献综述题 目：基于UG的汽车钢板弹簧参数化设计（一）系 别： 专 业：学生姓名：陈剑锋 学 号：2008611843101指导教师：2011年12月30日毕业设计文献综述1. 引言钢板弹簧是汽车悬架中一种广泛应用的弹性元件，它是由若干片等宽但不等长的 合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁。中国汽车工业经过几十年的发展，已经成为国民经济重要的支柱产业，汽车工业 在拉动经济增长、增加就业、增加财税收入等方面发挥着重要作用。新世纪以来，随 着全球产业结构调整和生产重心的转移，我国潜力巨大的市场需求、良好的投资环境 吸引了众多世界著名跨国汽车集团来华发展汽车业务，国内民营企

2、业也开始涉足汽车 制造业，我国汽车产业的发展也出现了由合资发展向自主创新发展的转变，产业转移 显著提高了中国汽车整车及零部件产业的技术实力和制造能力。2011年，中国汽车产 1850.51万辆，同比增长2.45%，再创历史新高。这么大的汽车市场，这么快的发展速度，必然促进汽车零部件产业的发展。但是 我国汽车钢板弹簧的性能还不适应国内外市场的需求。提高钢板弹簧的性能有助于提 高汽车市场的竞争力，钢板弹簧市场有广泛的、相当的发展空间。2. 正文2.1汽车钢板弹簧的发展状况钢板弹簧的结构形式、材料、加工制造手段和设计方法一直在进步和发展。目前 已有传统的多片簧、少片变截面簧和渐变刚度板簧可以适应不同

3、的需要。近年来，有 人开发出中、低碳系列的弹簧钢代替原先一直采用的高弹簧钢以提高加工性，还有的 采用复合材料以减轻自重。在加工手段上则普遍采用的预压和应力喷丸等措施提高板 簧的疲劳寿命。钢板弹簧的设计也从传统的初选参数，试制，试验，修改设计的模式 逐步转向经验设计与优化设计相结合以缩短开发周期，减少浪费。广义而言，钢板弹簧设计应通过合理选择结构型式和设计参数使板簧能够满足整 车总布置所规定的弹性特性和装配要求，在使用中具有足够的疲劳寿命，满足轻量化 设计的要求，并且有经济可行的生产成本。2.2汽车钢板弹簧的技术发展趋势变截面钢板弹簧与相同功能的多片簧相比可节省钢材30%50%，降低生产成本，

4、节约油耗。少片簧各片有大致相同的工作长度，其厚度沿片长按一定规律变化，叶片 中应力趋于均匀分布，近似于等强度梁。同时由于簧片间加入了减摩垫片，使片间接 触长度变短、动摩擦和动刚度减少，有利于提高整车的行驶平顺性。渐变刚度钢板弹 簧是国外6070年代出现并日渐成熟的一种新型钢板弹簧，具有结构较复合式钢板弹 簧合理、布置较简单方便、非簧载质量轻等优点。其刚度在工作过程中是渐变的，适 用于载荷变化范围不太大的后悬架。钢板弹簧约占汽车自重的5%7%，随着人们对节约能源，节约材料以及对汽车平 顺性要求的不断提高，汽车用钢板弹簧不仅要求轻量化，而且要求弹簧在满载和空载 下的频率基本相同，这就使得钢板弹簧逐

5、渐向变截面变刚度的方向发展。2.3基于UG的参数化设计钢板弹簧设计过程中，由于同一系列的钢板弹簧具有结构相同而尺寸不同，或结 构类似只是某些特征有所不同的特点。用传统的设计方法将耗费大量的人力和物力， 随着UG技术的不断发展，特征建模和参数化设计技术为弥补传统设计方法的上述不足 创造了良好的条件。参数化设计是通过编程、输入板簧的基本参数程序，即可自动生成钢板弹簧，由 此，可以确定人机交互窗口。参数化是一种基于特征、尺寸约束、数据相关、尺寸驱 动设计修改的技术。程序开发的目的是为了节省建模时间，程序越智能化，就会越使 设计人员尽可能少的参与其中，效率就越高。2.4汽车钢板弹簧设计与计算2.4.1

6、钢板弹簧的结构分析钢板弹簧在汽车上分为纵置和横置。板簧端部的支撑型式大致分为卷儿和滑板两 大类。叶片端部按其形状和加工方式分为矩形、梯形（片端切角）、椭圆形和片端压 延切断四种。最常用的板簧材料为热轧弹簧扁钢，还有常见的单面单槽、丁形断面、抛 物线侧边、单面双槽。2.4.2多片钢板弹簧设计计算的内容对钢板弹簧设计计算之前，首先应和总体设计人员协商，确定下列主要参数和尺 寸：弹簧上载荷、弹簧长度、静挠度、动挠度和满载弧高。当这些参数确定后，就可 进行钢板弹簧设计计算。2.4.3多片钢板弹簧设计计算的步骤(1) 钢板弹簧各片长度的确定选择钢板弹簧各叶片长度时，应尽可能使应力在片间的分布合理，以达到

7、各片寿 命接近的要求确定各片长度可用展开作图或计算法。目前常采用简便的展开作图法。 该方法是基于实际钢板弹簧各片展开图接近提醒量的形状这一原则来做图。(2) 钢板弹簧刚度校核各片长度和断面尺寸确定以后需要进行刚度校核，这是因为在前面的计算中，有 一些参数如扰度增大系数，惯性矩，片长以及叶片端部形状影响系数等都考虑得比较 粗糙，所以完全有必要用精确的公式对刚度作进一步核算。一般可用共同曲率法或集 中载荷法进行计算，过去沿用比较久的共同曲率法。其前提是假定同一截面上各片的 弯矩之和等于外力所引起的力矩，从而求得刚度公式。(3) 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算钢板弹簧总成装配后，未经与

8、压缩和未经U形螺栓夹紧前应具有的弧高主要取决 于它的静扰度和总布置所要求的满载弧高，以及弹簧在与压缩时候产生的塑料变形和 U形螺栓夹棍后引起的弧高变化，故这就是钢板弹簧在自由状态下的总成弧高。(4) 钢板弹簧组装后总成弧高核算根据最小势能原理，钢板弹簧总成的稳定状态是各片势能总和最小的状态，由此 可求得钢板弹簧组装后总成弧高度。(5) 钢板弹簧强度校核汽车行驶时，钢板弹簧除受垂直载荷外，还受到其它方向的力和力矩以及冲击载 荷等作用，因此必须对这些受力工况的极限状态进行强度校核，以保证弹簧能可靠地 工作。2.4.4少片钢板弹簧的设计与计算少片弹簧在轻型车和轿车上得到越来越多的应用。其特点是叶片由

9、等长、等宽、 变截面的13片叶片组成。利用变厚断面来保持等强度特性，并比多片弹簧减少 20%40%的质量。2.4.5变刚度钢板弹簧的设计与计算变刚度钢板弹簧多见于轻型载货汽车的后悬架，其目的是为了在空载(带驾驶员) 和满载时都能获得良好的平顺性。汽车空载时只有主簧起作用，载荷增加时随着主簧 的变形与副簧逐渐贴合，全设计载荷附近主副簧完全贴合共同起作用。变刚度板簧有 利于提高汽车的平顺性，但在布置上要求有足够的变形空间。2.5钢板弹簧的热成形工艺分析(1) 加热温度的选择。变形温度对金属的塑性有重大影响。生产中由于变形温度控制不当，从而造成各 种成形失效是不乏其例的。确定最佳变形温度范围是制定工

10、艺规范的主要内容之一。(2) 加热时间的选择。热成形工艺中的加热时间一般包括坯料升温时间、均热时间与保温时间三部分。(3) 保压定形时间的选择。保压时间的确定，应该以板料具有的热量全部传递给模具来计算，当板料温度与 模具温度相同并且都低于板料的马氏体转变结束温度时，保压定形才能结束(4 )其他工艺参数的选择。在钢板弹簧热成形工艺中，还有其他一些工艺参数需要确定。尤其是一些与传统 冷冲压工艺类似，例如：定位基准的选择，毛坯尺寸的计算，成形力等。还有一些淬 火热处理方面的工艺参数等。3 .总结随着科学的不断进步，钢板弹簧也在不断向着最优化的方向发展。本文主要阐述 了钢板弹簧的设计与计算理论，并通过示例，说明基于UG参数化建模前的钢板弹簧设 计计算，对其优化分析。在满足强度条件和刚度条件的要求下，使钢板弹簧的质量减 少，达到优化设计的目的。并通过对其热成形工艺分析，得出热成形时的温度和钢板 成形的应力范围，然后对这个范围充分利用，提高生产效率和质量，降低其生产成本。 参考文献1 刘惟信，汽车设计，清华大学出版社，2001年7月2 王丰元 马明星，课程设计指导书，中国电力出版社，2009年1月3 张金柱，悬架系统，化学工业出版社，2005年1月4 James D.Halderman Chase D.Mitchell,Jr.汽车操纵与悬架系统，中国劳 动社会出版社，2006年7月