两片变刚度全啮合钢板弹簧粒子群优化设计
游雄杰，干年妃，程超
（湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，湖南长沙410082）
来稿日期：2017-10-24
基金项目：国家自然科学基金项目（51505138）
作者简介：游雄杰，（1989-），男，湖南岳阳人，硕士研究生，主要研究方向：汽车底盘CAE 与结构优化；
干年妃，（1977-），女，湖南长沙人，博士研究生，讲师，主要研究方向：汽车设计、汽车CAE 与结构优化
1 引言
少片钢板弹簧作为汽车悬架的弹性元件在重量上有很大的
优势，能够有效的降低整车自重。同时它的材料利用率高，能够节
约原材料，降低成本。而少片变刚度钢板弹簧不仅能够实现轻量
化，还能显著提高整车的舒适性能。少片变刚度钢板弹簧己经成
为重型载货汽车的发展趋势[1]。
目前，少片变刚度钢板弹簧广泛应用于轻、微型汽车的悬架
系统。主副簧接触型式主要是抛物线型或渐开线型，对于少片变
刚度钢板弹簧的优化设计与计算中的应力计算一般采用经验公
式修正[2]，对整个接触过程的板簧应力变化研究较少。主要是使用优化工具箱或其它优化算法，对板簧进行单目标轻量化的优化设计[3]。单目标轻量化的优化算法虽然对应力和刚度有约束，但仍具有很大的盲目性和随机性，有时甚至会优化不出结果，得不到满意的结论，导致做到轻量化的同时，悬架的可靠性能和平顺性能又难以达到要求。在原有设计理论的基础上[4-6]，采用全啮合曲线型的接触型式，提出一种新的少片变刚度板簧的设计计算方法。以某重卡牵引车少片变刚度全啮合钢板弹簧为例，进行试验设计，建立三个目标之间的二次多项式函数近似模型，将多目标优化算法引入到板簧优化设计过程中，找到几个目标和变量之间的变化关系，从
摘要：通过推导两片变刚度全啮合钢板弹簧质量、应力和偏频的计算方程，拟合出两片变刚度板簧的全啮合接触过程。然后利用近似模型方法和多目标粒子群优化算法对某牵引车两片变刚度全啮合钢板弹簧进行优化设计。在满足板簧强度刚度的基础上，采用拉丁超立方方法进行试验设计，基于二次多项式函数建立近似模型，利用多目标粒子群优化算法进行全局寻优设计，最后通过仿真和有限元分析对优化模型进行验证。优化后悬架性能有较大改善。结果表明，该方法对汽车尤其是重卡牵引车少片变刚度全啮合钢板弹簧优化设计具有一定的指导意义。
关键词：变刚度；全啮合；钢板弹簧；粒子群算法；有限元
中图分类号：TH16；U463.334.1文献标识码：A 文章编号：1001-3997（2018）03-0205-04
Optimal Design of Taper Leaf Spring with Variable Stiffness and Closely
Intermeshing Based on Multi-Objective Particle Swarm Optimization Algorithm
YOU Xiong-jie ，GAN Nian-fei ，CHENG Chao
（State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacture of Automobile Body ，Hu ’nan University ，Hu ’nan Changsha 410082，China ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Aims to fit out the closely intermeshing contact friction process between the taper leaf springs with variable stiffness by deducing weight,stress and offset frequency calculation equations of taper leaf spring with variable stiffness and closely intermeshing.Then use the method optimization design for a tractor taper leaf spring with variable stiffness and closely intermeshing based on the approximation model and multi -objective particle swarm optimization algorithm.The premise of optimal design is to ensure the performance requirements,such as strength and stiffness.The Latin hypercube method is used to design the experiments,and the approximation model is established based on the quadratic polynomial function,The global optimization design is also performed based on the multi -objective particle swarm optimization algorithm.At last ，the optimization model will be verified through simulation and finite element analysis.The optimized suspension performance improved substantially.The results show that this method for vehicle ，especially heavy tractor taper leaf spring with variable stiffness and closely intermeshing optimization design has a certain guiding significance.
Key Woｒdｓ：Vａｒiａｂle Sｔiffneｓｓ；Cloｓely Inｔeｒmeｓhing ；Leａf Spｒing ；Pａｒｔiｃle Swａｒm Ａlgoｒiｔhm ；Finiｔe ElemenｔMeｔhod Machinery Design &Manufacture 机械设计与制造第3期
2018年3月205
万方数据