钢板弹簧的波动传递特性分析

摘要本次设计的题目是汽车钢板弹簧减震性能的理论分析与计算。

主要任务是对江铃汽车少片簧进行的理论分析与计算。

设计的主要内容是：选定钢板弹簧的结构，根据给定的尺寸、外力等数据，运用机械振动学中的离散体与连续体的知识，用连续体振动方程计算出钢板弹簧各片的应力，而后再用有限元软件Ansys软件分析各片簧的应力，然后把理论计算结果与软件分析结果进行比较，最后根据尺寸用CAD软件画出钢板弹簧的零件图和装配图。

钢板弹簧是汽车悬架的重要元件，其能保证汽车具有良好的行驶平顺性和良好的操纵稳定性，还能保证汽车在车轮跳动时，主销定位参数变化不大，车轮运动与导向机构相协调，不出现摆振现象，转向时使整车有一定的不足转向。

钢板弹簧本身还能兼起导向机构的作用，并且由于弹簧各片之间的摩擦而起到一定的减震作用。

总之，由实践得知钢板弹簧对汽车行驶平顺性、稳定性、通过性、燃油经济性等多种使用性能都有影响，因此钢板弹簧的设计对汽车的性能有很大影响，其设计也是汽车设计的一个重要方面。

关键词：钢板弹簧理论分析机械振动学 Ansys有限元软件ABSTRACTThe title of this design is the calculation and theoretical analysis of damping performance of automobile leaf spring. The main task is the calculation and theoretical analysis of less leaf spring of JiangLing cars. The main content of the design: selected the structure of leaf spring, according to the given size and forces and other data, using the knowledge of discrete body and continuous body of the mechanical vibration , then calculate the forces of each piece of steel spring according to the continuous body vibration equation. Then analysis the forces with the finite element software. Then compare the two results, finally paint out the assembly drawings.Leaf spring is an important component of automobile suspended frame , which can ensure the car has a good ride and good handling and stability , also can guarantee pin location parameters changed significantly and wheel movement aligned with steering mechanism and has no vibration and also ensure the vehicle has a certain lack of steering when the car beats the wheel. Leaf spring itself can also holds up the role of steering mechanism, and due to friction between the springs, it also can play s certain role of shock.In short, the practice proved that spring on vehicle ride comfort, stability, adoption, fuel economy, and other kinds of performance, so the design of leaf spring have a great impact on the performance of the car, its design is also an important aspect of automotive design.KEYWORDS: leaf spring theoretical analysis mechanical vibration ANSYS finite element software目录前言 (1)1.汽车工业简介 (1)2.汽车构造 (2)3.汽车悬架系统的作用、组成与分类 (2)4.设计任务 (5)2 钢板弹簧的传统理论分析 (3)2.1受力分析和载荷计算 (3)2.1.1 受力分析和静态载荷的计算 (3)2.1.2动态载荷的计算 (4)2.2钢板弹簧传统分析方法的应力计算 (6)2.2.1 力学模型的简化 (7)3 应力的计算 (8)3.1共同曲率法 (8)3.2许用应力的确定 (10)3.3少片钢板弹簧的简单估算方法 (11)3.4极限工况应力计算 (12)3.5钢板弹簧刚度和挠度的计算 (13)3.5.1 建模假设 (13)3.5.2 主副簧接触过程中的载荷计算 (14)3.5.3 载荷—挠度特性计算 (15)3.5.4钢板弹簧刚度的计算公式 (17)3.5.5 钢板弹簧自由刚度的计算 (18)3.5.6 夹紧状态下钢板弹簧刚度的计算 (19)3.6钢板弹簧振动理论分析 (19)4 钢板弹簧的有限元计算与分析 (22)4.1有限元工程分析在汽车设计中的应用 (22)4.2建立有限元模型 (23)4.2.1 有限元计算模型的简化 (23)4.2.2 定义单元属性 (24)4.2.3 接触分析 (25)4.2.4 施加载荷和约束 (27)4.2.5 设置求解选项 (28)4.2.6 有限元计算结果 (29)5 理论计算结果与有限元计算结果比较 (32)6 小结 (33)7 致谢 (34)8 参考文献 (35)前言1.汽车工业简介汽车是最重要的现代交通工具，汽车的种类最多、最普及、活动范围最广泛、运输量最大的交通工具。

汽车钢板弹簧
汽车钢板弹簧是汽车悬挂系统中的重要组成部分，其作用是支撑和缓冲车身的
震动，保证车辆在行驶过程中的稳定性和舒适性。

本文将介绍汽车钢板弹簧的结构、工作原理和制造工艺。

结构
汽车钢板弹簧由多个弯曲的钢板片组成，通常呈扁平状。

钢板片之间通过中间
销轴或螺栓连接，形成一个整体。

钢板弹簧的结构紧凑，能够在有限的空间内提供足够的支撑力。

工作原理
汽车行驶时，车辆经过颠簸路面或转弯时，车身会产生上下或左右的震动。

汽
车钢板弹簧通过对这些震动的吸收和缓冲，减少车身的颠簸幅度，使车辆保持平稳。

当车辆经过颠簸路面时，钢板弹簧会受到外力的压缩或拉伸，钢板片之间产生
相对位移，从而存储弹性能量。

当车辆通过颠簸路段后，钢板弹簧释放储存的能量，使车身恢复平稳。

制造工艺
汽车钢板弹簧的制造工艺主要包括以下步骤： 1. 材料选择：选用高强度和弹性
良好的优质钢板作为原料。

2. 编织成形：将钢板片按照设计要求通过编织机器制
成弹簧的形状。

3. 热处理：对已经形成的弹簧进行热处理，提高强度和弹性。

4.
表面处理：对弹簧表面进行防锈处理，增加弹簧的耐用性。

5. 装配：将各个零部
件组装在一起，形成完整的汽车钢板弹簧。

汽车钢板弹簧的制造工艺严格，要求高度精准，以确保其性能稳定和可靠性。

结论
汽车钢板弹簧在汽车悬挂系统中扮演着重要的角色，通过对震动的吸收和缓冲，提高了车辆在行驶过程中的稳定性和舒适性。

制造工艺的精准和良好的材料选择使得汽车钢板弹簧成为汽车行驶过程中不可或缺的部件。

钢板弹簧纵扭问题分析东风汽车工程研究院陈耀明摘要：本文除了对板簧垂直跳动时的变形运动轨迹做了必要的澄清说明之外，主要对板簧的纵扭变形进行分析。

结论是板簧纵扭时不存在固定不变的转动中心（不动点），该中心的高低随施加的纵扭力矩大小而变化，而且其位置与板簧的刚度和片长有关。

由于该中心位置的变化范围有限，并且可以得到控制，本文提出了一些减小纵扭干涉的具体措施，从而在设计阶段，就可以使制动跑偏问题得到有效控制。

关键词：钢板弹簧纵扭瞬时中心（Leaf Spring; Wind Up; Instantaneous Center）在一些自主开发的车型中，其悬架和转向系的匹配往往由于考虑不周，发生制动跑偏问题。

这种跑偏不可能从调整左右制动器的制动力分配来解决，而应从分析板簧的变形运动学，即垂直跳动和纵扭的变形轨迹来解决。

本文着重阐述纵扭问题。

1．理论假设无论是多片簧或少片（包括单片）变截面簧，都希望设计成等应力梁，即各片之间及沿片长方向都是等应力的。

实际上，由于端部卷耳、根部中心孔等结构上的原因，以及等寿命（比例尺效应）的考虑，钢板弹簧的轮廓线不可能是等应力梁，但却是近似的等应力梁。

为了方便理论分析，在许多地方均假设钢板弹簧是一根等应力梁。

根据材料力学小挠度梁的变形理论，若沿片长厚度相同，等应力梁受力后的曲率变化均相同。

也就是说，如果钢板弹簧原始状态是直线或整圆弧的，则在承载变形后，仍保持是整圆弧的，即，其主片沿整个片长是一个半径随载荷而变化的圆弧。

这个假设及结论对于垂直跳动和纵扭变形均有效，但不要忘记这个前提及以下的分析均是近似的。

2．垂直跳动时的变形轨迹已有的文献对此已给出了明确的结论，其中SAE手册《叶片弹簧的设计与应用》给出了“三杆机构”的作图求解法，对于非对称和对称式板簧都适用。

但此方法比较麻烦，特别对于对称式板簧，早已有了更简捷的方法。

郭孔辉院士的《汽车操纵动力学》中附录E《板簧变形运动学分析及其应用》对此在理论上作了严谨的分析，涉及这方面内容的结论是正确的，且与SAE方法一致。

钢铁制弹簧的波形稳定性与变形能力研究摘要：弹簧是一种常见的机械元件，在工业和日常生活中广泛应用。

本文研究了钢铁制弹簧的波形稳定性与变形能力。

通过实验和分析，我们发现弹簧的波形稳定性与其所使用的材料和制造工艺密切相关。

我们还探讨了弹簧的变形能力对其功能的影响。

研究结果对于优化弹簧设计和制造过程具有重要的指导意义。

1. 引言弹簧作为一种能够储存和释放能量的装置，在自动化机械、汽车工业、家具制造等领域得到广泛应用。

弹簧的波形稳定性和变形能力是评估其性能的两个重要指标。

2. 材料与制造工艺钢铁是制作弹簧的常见材料之一。

材料的选择和处理工艺对弹簧的性能有着重要影响。

一般来说，高硬度和高强度的钢铁材料使得弹簧能够承受更大的负荷和变形。

同时，使用适当的制造工艺，如冷却和热处理，可以改善材料的性能并提高弹簧的波形稳定性。

3. 弹簧的波形稳定性研究通过实验和数值模拟，我们研究了钢铁制弹簧的波形稳定性。

实验结果表明，弹簧的波形稳定性与材料的强度、弹性模量以及制造工艺有关。

当材料强度过高时，弹簧容易发生塑性变形，导致波形失稳。

而当材料强度过低时，弹簧可能无法承受预期的负荷。

因此，需要找到适当的材料和制造工艺来平衡弹簧的波形稳定性和强度。

4. 弹簧的变形能力研究弹簧的变形能力是指弹簧在承受负荷时能够产生多大的变形。

通过实验和数值模拟，我们研究了钢铁制弹簧的变形能力。

实验结果显示，弹簧的变形能力与材料的弹性模量和形变限制有关。

弹性模量越大，弹簧能够产生的变形越小。

而形变限制则限制了弹簧的最大变形程度。

因此，在设计弹簧时需要综合考虑材料的弹性模量和形变限制，以满足特定应用的要求。

5. 优化弹簧设计和制造通过对弹簧的波形稳定性和变形能力进行研究，我们可以优化弹簧的设计和制造过程。

首先，选择合适的钢铁材料和制造工艺，确保弹簧具有良好的波形稳定性。

其次，根据特定应用的要求，确定弹簧的变形能力和负荷承受能力，以提供最佳的性能和寿命。

2汽车钢板弹簧的性能、计算和试验汽车钢板弹簧的性能、计算和试验东风汽车公司技术中心陈耀明1983年3月初稿2005年1月再稿目录前言（2）一．钢板弹簧的基本功能和特性（3）1.汽车振动系统的组成（3）2.悬架系统的组成和各元件的功能（6）3.钢板弹簧的弹性特性（7）4.钢板弹簧的阻尼特性（12）5.钢板弹簧的导向特性（14）二．钢板弹簧的设计计算方法（17）1.单片和少片变断面弹簧的计算方法（17）2.多片钢板弹簧的刚度和工作应力计算（24）3.多片弹簧各单片长度的确定（32）4.多片弹簧的弧高计算（36）5.钢板弹簧计算中的几个具体问题（43）三．钢板弹簧的试验（46）1.钢板弹簧的静刚度测定（46）2.钢板弹簧的动刚度测定（50）3.钢板弹簧的应力测定（52）4.钢板弹簧单片疲劳试验（53）5.钢板弹簧总成疲劳试验（54）前言本文是为汽车工程学会悬架专业学组所办的“减振器短训班”撰写的讲义，目的是让汽车减振器的专业人员对钢板弹簧拥有一些基本知识，以利于本身的工作。

内容分为三部分：钢板弹簧的基本功能和特性，设计计算方法，以及试验等。

因为这部分内容非本次短训班的重点，所以要求尽量简单扼要，也许有许多不全面的地方，只供学习者参考。

有关钢板弹簧较详细的论述，可参考本学组所编的“汽车悬架资料”。

一．钢板弹簧的基本功能和特性1.汽车振动系统的组成汽车在道路上行驶，由于路面存在不平度以及其它各种原因，必然引起车体产生振动。

从动态系统的观点来看，汽车是一个多自由度的振动系统。

其振源主要来自路面不平度的随机性质的激振，此外还有发动机、传动系统以及空气流动所引起的振动等等。

为改善汽车的平顺性，也就是为减小汽车的振动，关键的问题是研究如何对路面不平度的振源采取隔振措施，这就是设计悬架系统的根本目的。

换言之，就是在一定的道路不平度输入情况下，通过悬架系统的传递特性，使车体的振动输出达到最小。

当研究对象仅限于悬架系统时，人们往往把车体当为一个刚体来看待。

钢板弹簧特点解析钢板弹簧特点解析钢板弹簧是一种常见且广泛应用于各行业的弹簧类型。

它由一系列平行排列并通过螺旋弯曲形成的钢板组成。

钢板弹簧具有许多独特的特点和优势，本文将对其进行详细的解析。

1. 强度和耐久性:钢板弹簧由高质量的钢板制成，因此具有出色的强度和耐久性。

这使得它们能够承受重负荷和持久的使用，在各种应力和变形条件下保持其功能和形状。

2. 大变形能力:与其他类型的弹簧相比，钢板弹簧具有更大的变形能力。

它们可以在不失去性能和形状的情况下，经历大幅度的变形。

这对于各种机械和结构应用非常重要，因为它们需要能够适应不同的工作条件和变化。

3. 高重量比:钢板弹簧具有较高的重量比，即它们在给定的加载条件下能够承受更大的力量而不会增加很多重量。

这使得它们在要求轻量化设计和节省空间的应用中特别有用，如汽车工业、航空航天、机械制造和电子设备等。

4. 常数力量和线性性能:钢板弹簧通常具有良好的力-位移线性性能，这意味着它们在加载和变形过程中可以提供相对恒定的力量。

这对于许多应用场景非常重要，如减震系统、悬挂系统和控制系统等，需要精确的力量输入和响应。

5. 抗疲劳性能:钢板弹簧经过适当的设计和处理，可以具有良好的抗疲劳性能。

这意味着它们可以在长期循环加载和变形条件下保持其功能和寿命，而不会出现塑性变形或失效。

这使得它们在需要长期可靠性和持久性的应用中非常有价值。

总结和回顾：钢板弹簧是一种独特且多功能的弹簧类型，具有强度和耐久性、大变形能力、高重量比、常数力量和线性性能以及抗疲劳性能等特点。

这些特点使得钢板弹簧在各种领域广泛应用，包括机械制造、汽车工业、电子设备和航空航天等。

通过深入了解和掌握钢板弹簧的特点，我们可以更好地选择和应用它们，以满足不同应用领域的需求。

钢板弹簧的特点和优势对于工程师、设计师和制造商来说都非常重要。

在设计和使用过程中，考虑到其强度、变形能力和抗疲劳性能等因素是至关重要的，以确保钢板弹簧在实际应用中具有高质量、可靠性和持久性。

钢板弹簧的作用及工作原理
钢板弹簧又称为螺旋弹簧，它是一种由多个矩形钢板叠加而成的弹簧，广泛应用于汽车、机械、建筑等行业中。

以下是钢板弹簧的作用及工作原理：
1、钢板弹簧的作用：
2、支撑和减震：钢板弹簧可以支撑和承受汽车、机械等设备的重量和冲击，同时也可以在行驶过程中吸收和缓冲振动，起到减震的作用。

3、节约空间：相对于螺旋弹簧而言，钢板弹簧具有更大的刚度和稳定性，同时占用空间较小，可以更好地适应各种空间限制。

4、维护方便：钢板弹簧在使用寿命内，可以通过调整、更换、修复等方式进行维护，成本较低。

5、钢板弹簧的工作原理：
6、钢板弹簧的组成：钢板弹簧主要由多个矩形钢板组成，通常包括主片、副片、端部固定装置和中间固定装置等部分。

7、钢板弹簧的工作过程：当汽车、机械等设备需要承受重量和冲击时，钢板弹簧会根据需要产生相应的变形。

在弹性变形范围内，钢板弹簧可以通过弯曲、拉伸等方式吸收能量，减轻设备的振动和冲击。

8、钢板弹簧的特性：钢板弹簧具有良好的减震效果和可靠性，可以满足多种不同的需求。

同时，钢板弹簧的刚度和稳定性较高，可以适应不同的工作条件和环境。

总之，钢板弹簧作为一种常见的弹性元件，其作用和工作原理需要在实际应用中进行深入了解和掌握。

板簧结构的力学特性研究板簧作为一种常见的力学结构，在各个领域广泛应用，如汽车制造、建筑工程和机械设备等。

板簧的力学特性研究对于优化设计和改进产品性能至关重要。

本文将探讨板簧结构的力学特性，并从不同角度进行深入分析。

一、板簧结构简介板簧通常由金属材料制成，具有一定的弹性和刚度。

它通常采用片状结构的设计，可以承受外力的作用并产生弹性形变。

板簧的形状和尺寸可以根据具体需求进行调整，以满足不同的工程要求。

二、板簧的力学特性1. 刚度特性板簧的刚度是指在外力作用下，板簧产生的弯曲变形和恢复原状的能力。

刚度决定了板簧的弯曲程度和变形范围。

板簧的刚度主要取决于材料的弹性系数和板簧的几何形状。

通过调整材料和结构的参数，可以改变板簧的刚度，以适应不同的工作条件。

2. 自然频率板簧的自然频率是指在无外力作用下，板簧在固有频率下的振动状态。

自然频率与板簧的质量、刚度和几何形状密切相关。

自然频率的研究对于确定板簧的振动特性以及防止共振现象的发生至关重要。

3. 疲劳寿命板簧在长期使用中，由于受到反复加载和应力集中，容易发生疲劳破坏。

疲劳寿命是指板簧在特定工作条件下能够承受的加载次数。

通过疲劳试验和统计分析，可以确定板簧的疲劳寿命，为合理设计和维护提供依据。

三、板簧力学特性的研究方法1. 数值模拟数值模拟是研究板簧力学特性的一种重要方法。

采用有限元分析等数值方法，可以对板簧的受力分布、应力应变分布及变形特征进行模拟和预测。

通过调整模型参数和结构设计，可以优化板簧的力学性能。

2. 实验测试实验测试是验证和分析板簧力学特性的直接方法。

通过设计合适的试验装置和方法，进行加载和变形测试，可以得到板簧的载荷-变形曲线和应力-应变曲线等关键数据。

实验测试可以为数值模拟提供数据支持，并验证模拟结果的准确性。

3. 理论分析理论分析是对板簧力学特性的基本原理和数学模型的理论推导和分析。

通过建立适当的微分方程或差分方程，可以对板簧的力学行为进行分析和计算，探究其工作原理和行为规律。

钢板弹簧悬架的减震原理钢板弹簧悬架是一种常见的汽车减震系统，它能够有效地减少车辆行驶时的震动和颠簸，提高行驶的舒适性和稳定性。

本文将介绍钢板弹簧悬架的减震原理及其特点。

钢板弹簧悬架通常由钢板弹簧、减震器、支撑架以及悬架支架等部分组成。

其中，钢板弹簧是主要的减震部件，其作用是吸收路面不平的冲击力，并将其分散到车身各部位。

减震器则是起辅助减震作用的部件，它通过内部的油压装置或者气压装置来消除车辆行驶时的震动和颠簸。

支撑架的作用是支撑车轮和车架，使之保持稳定的位置和运动轨迹，从而确保车辆行驶的安全性和舒适性。

钢板弹簧悬架的减震原理是基于钢板弹簧的特性进行设计的。

钢板弹簧是一种可以承受较大压力和弯曲变形的弹性元件，具有较好的回弹性和耐久性。

在车辆行驶时，车轮经过不平路面时，钢板弹簧会受到外部力的作用，发生弯曲变形。

随着车辆向前行驶，钢板弹簧逐渐恢复原状，在恢复过程中将吸收并分散路面冲击力。

相对应的，车架则受到一个反作用力，和路面通过车轮传递来的反作用力相反。

同时，减震器也起到了辅助减震的作用。

当车辆行驶时，减震器内部的液体或气体受到不断的挤压和拉伸，从而可以消除车辆行驶过程中产生的震动和颠簸。

减震器的结构和材料也会影响其减震效果和寿命。

目前市面上常见的减震器包括运动式减震器、液压式减震器、气压式减震器等类型。

钢板弹簧悬架具有以下特点：（1）较好的减震效果：钢板弹簧悬架能够有效地吸收路面冲击和振动，减少车身的震动和颠簸，提高行驶的舒适性和稳定性。

（2）寿命长：钢板弹簧由于使用材料的原因，其寿命相对较长，具有较好的耐久性和回弹性。

（3）价格相对较低：相对于空气悬架和独立悬架等高级悬架系统，钢板弹簧悬架具有价格较低的优势。

（4）制造工艺相对简单：钢板弹簧悬架的制造工艺相对简单，易于维修和更换部件。

综上所述，钢板弹簧悬架是一种常见的汽车减震系统，其减震原理基于钢板弹簧的特性和原理进行设计。

钢板弹簧悬架具有较好的减震效果、寿命长、价格低廉以及制造工艺简单等优点，因此得到了广泛的应用。

1汽车钢板弹簧动态受力分析培训材料左安梅一、汽车直线行驶时，钢板弹簧动态受力分析汽车直线行驶时，钢板弹簧除承受垂直方向的静载荷外，还承受纵向力及冲击载荷等。

（1）纵向力（制动力或驱动力）汽车紧急制动时，前钢板弹簧承受载荷最大，在板簧后半段出现最大应力，此时作用在板簧上的载荷为：P1=m1G1L1+L2(L2-Φc) P2=m1G1L1+L2(L1+Φc) 式中 G1——作用在车轮上载荷，N；C——板簧固定点至路面距离，mm；L1、L2——板簧前、后段长度，mm；φ——路面附着系数，取Φ=0.8；m1——制动时前轴载荷分配系数，对于载货汽车，m1=1.4~1.6。

前钢板弹簧后半段应力为：σ1max= m1G1(L1+φc)L2(L1+L2)W02式中 W0——钢板弹簧总断面系数，mm 3；汽车驱动时，后钢板弹簧承受载荷最大，在板簧前半段出现最大应力：σ2max= m2G2(L2-φc)L1(L1+L2)W0+m2G2φbh 式中 G2——作用在后轮上载荷，N；m2——驱动时后桥载荷分配系数，对于载货汽车，m2=1.1~1.2。

若后悬架为两级刚度复式钢板弹簧时，应先求出汽车在驱动时主、副弹簧上各自承受的载荷，然后再按上式计算主片应力。

（2） 冲击载荷钢板弹簧达到极限动行程时，弹簧应力达最大值，极限动行程一般指弹簧与缓冲块相碰时行程。

极限应力σmax=σ（fm+fd）一般弹簧σmax≤900~1000N/ mm 2 二、汽车转弯时，钢板弹簧受力分析（1） 悬架横向角刚度前、后悬架都是纵置钢板弹簧，没有横向稳定杆时，悬架横向角刚度为：Kα=0.5（K 1D 12+K 2D 22）式中 Kα——悬架横向角刚度，N·mm/rad；K 1 ——前板簧垂直刚度，N /mm；K 2 ——后板簧垂直刚度，N /mm；D1——前悬架板簧中心距，mm；D2——后悬架板簧中心距，mm。

（2） 侧倾力臂侧倾力臂是指簧载质量的质心到侧倾轴线距离。

钢板弹簧作用及工作原理
钢板弹簧是一种由钢板制成的弹性元件，主要用于储存和释放能量，以实现各种运动或振动的目的。

它的工作原理基于弹性变形和恢复的特性。

当外力作用在钢板弹簧上时，弹簧会发生弹性变形。

这是因为钢板弹簧的材料具有弹性，能够在一定范围内承受应力而不发生永久性变形。

当外力移除或减小时，弹簧会恢复原状，并释放储存的能量。

主要有两种钢板弹簧：压缩弹簧和拉伸弹簧。

压缩弹簧是将钢板弯曲成环形或圆柱形结构，它的工作原理是当外力作用于压缩弹簧上时，弹簧会压缩变形，存储弹性势能。

当外力移除或减小时，弹簧会恢复原状，并释放储存的能量。

拉伸弹簧是将钢板拉伸成直线形状，它的工作原理是当外力作用于拉伸弹簧上时，弹簧会拉伸变形，存储弹性势能。

当外力移除或减小时，弹簧会恢复原状，并释放储存的能量。

钢板弹簧有许多应用，如汽车悬挂系统、工业机械、电子设备等。

它们能够提供稳定的支撑力或扭矩，并具有吸震、减振、调节压力等功能。

收稿日期:2010-01-22;修改日期:2010-04-14基金项目:国家自然科学基金资助项目(50675099)和江苏省自然科学基金资助项目(BK2007197)作者简介:孙加平(1967-),男,汉族,山东省诸城市人,高级工程师,硕士。

E-m ai:lj m a0415@126.co m文章编号:1006-1355(2010)05-0084-04某汽车板簧系统振动传递特性试验研究孙加平1,安木金2,李舜酩2,张袁元2,张德满2(1.北汽福田诸城汽车厂,山东诸城 262200;2.南京航空航天大学,南京 210016)摘 要:针对某汽车驾驶室振动剧烈的问题,对其板簧系统的隔振特性进行了试验研究,通过在实际路面上的行车测试,得到了悬置系统两侧的振动加速度,进行了振动信号的时域分析、频谱分析、相关分析和传递特性分析,得出钢板弹簧的刚度大小是影响板簧系统振动传递特性的主要因素。

根据分析结果对该车板簧系统进行了改进,改进后的板簧系统隔振效果得到了明显提高。

关键词:振动与波;汽车;板簧系统;传递特性中图分类号:U 461.3 文献标识码:ADOI 编码:10.3969/.j issn .1006-1355.2010.05.019Experi m ental Study on V ibration T ransfer Characteristicsof the L eaf Spri ng Syste m of an Auto mobileSU N J ia-p ing 1,AN M u-jin 2,LI Shun -m ing 2,Z HANG Yuan -yuan 2,Z HANG D e -man2(1.Be iqi Futian Auto m ob il e Co .,LTD,Zhucheng ,Shandong 262200,Ch i n a ;2.N an jing Un i v ersity o fA er onau tics and Astronautics ,N anjing 210016,Ch i n a)Abstract :To solve strong -v i b ration prob le m o f an auto m obile ,the vibration transfer character i s tics the leaf spring syste m is analyzed experi m entally .The v i b rati o n acceleration on both si d es of the suspen -sion syste m o f an auto m ob ile driven on act u al road is m easured .The ti m e -do m a i n analysis ,frequency spectr um ana l y sis ,re l a ti v e analysis and transfer characteristics ana l y sis of v i b rati o n signals are carried ou.t It is found that the stiffness m agnit u de o f the leaf spri n g is the m a i n factor w hich i n fluences thetransfer characteristics o f the leaf spring syste m.A ccord i n g to the results ,the leaf spr i n g syste m is i m -pr oved ,and its v i b rati o n iso lation effect is re m arkably raised .Key words :v i b ration and w ave ;automobile ;l e af spr i n g syste m;transfer characteristic汽车行驶时,由路面不平以及发动机、传动系和车轮等旋转部件激发汽车振动。

摘要本次设计的题目是汽车钢板弹簧减震性能的理论分析与计算。

主要任务是对江铃汽车少片簧进行的理论分析与计算。

设计的主要内容是：选定钢板弹簧的结构，根据给定的尺寸、外力等数据，运用机械振动学中的离散体与连续体的知识，用连续体振动方程计算出钢板弹簧各片的应力，而后再用有限元软件Ansys软件分析各片簧的应力，然后把理论计算结果与软件分析结果进行比较，最后根据尺寸用CAD软件画出钢板弹簧的零件图和装配图。

钢板弹簧是汽车悬架的重要元件，其能保证汽车具有良好的行驶平顺性和良好的操纵稳定性，还能保证汽车在车轮跳动时，主销定位参数变化不大，车轮运动与导向机构相协调，不出现摆振现象，转向时使整车有一定的不足转向。

钢板弹簧本身还能兼起导向机构的作用，并且由于弹簧各片之间的摩擦而起到一定的减震作用。

总之，由实践得知钢板弹簧对汽车行驶平顺性、稳定性、通过性、燃油经济性等多种使用性能都有影响，因此钢板弹簧的设计对汽车的性能有很大影响，其设计也是汽车设计的一个重要方面。

关键词：钢板弹簧理论分析机械振动学 Ansys有限元软件ABSTRACTThe title of this design is the calculation and theoretical analysis of damping performance of automobile leaf spring. The main task is the calculation and theoretical analysis of less leaf spring of JiangLing cars. The main content of the design: selected the structure of leaf spring, according to the given size and forces and other data, using the knowledge of discrete body and continuous body of the mechanical vibration , then calculate the forces of each piece of steel spring according to the continuous body vibration equation. Then analysis the forces with the finite element software. Then compare the two results, finally paint out the assembly drawings.Leaf spring is an important component of automobile suspended frame , which can ensure the car has a good ride and good handling and stability , also can guarantee pin location parameters changed significantly and wheel movement aligned with steering mechanism and has no vibration and also ensure the vehicle has a certain lack of steering when the car beats the wheel. Leaf spring itself can also holds up the role of steering mechanism, and due to friction between the springs, it also can play s certain role of shock.In short, the practice proved that spring on vehicle ride comfort, stability, adoption, fuel economy, and other kinds of performance, so the design of leaf spring have a great impact on the performance of the car, its design is also an important aspect of automotive design.KEYWORDS: leaf spring theoretical analysis mechanical vibration ANSYS finite element software目录前言 (1)1.汽车工业简介 (1)2.汽车构造 (2)3.汽车悬架系统的作用、组成与分类 (2)4.设计任务 (5)2 钢板弹簧的传统理论分析 (3)2.1受力分析和载荷计算 (3)2.1.1 受力分析和静态载荷的计算 (3)2.1.2动态载荷的计算 (4)2.2钢板弹簧传统分析方法的应力计算 (6)2.2.1 力学模型的简化 (7)3 应力的计算 (8)3.1共同曲率法 (8)3.2许用应力的确定 (10)3.3少片钢板弹簧的简单估算方法 (11)3.4极限工况应力计算 (12)3.5钢板弹簧刚度和挠度的计算 (13)3.5.1 建模假设 (13)3.5.2 主副簧接触过程中的载荷计算 (14)3.5.3 载荷—挠度特性计算 (15)3.5.4钢板弹簧刚度的计算公式 (17)3.5.5 钢板弹簧自由刚度的计算 (18)3.5.6 夹紧状态下钢板弹簧刚度的计算 (19)3.6钢板弹簧振动理论分析 (19)4 钢板弹簧的有限元计算与分析 (22)4.1有限元工程分析在汽车设计中的应用 (22)4.2建立有限元模型 (23)4.2.1 有限元计算模型的简化 (23)4.2.2 定义单元属性 (24)4.2.3 接触分析 (25)4.2.4 施加载荷和约束 (27)4.2.5 设置求解选项 (28)4.2.6 有限元计算结果 (29)5 理论计算结果与有限元计算结果比较 (32)6 小结 (33)7 致谢 (34)8 参考文献 (35)前言1.汽车工业简介汽车是最重要的现代交通工具，汽车的种类最多、最普及、活动范围最广泛、运输量最大的交通工具。

论文板簧运动规律及设计工作中的应用本文中所讨论的板簧运动，是基于板簧变形后仍是理想的圆弧形，且假设板簧上表面的弧长是不变的。

该假设的验证，在参考文献变截面少片簧的变形规律不符合此假设，因此不适用。

1.自由状态下的中心点轨迹以上卷耳为例来推导。

图1中的板簧曲线代表板簧第一片的中心线图1如图所示，以板簧前端卷耳中心为坐标原点建立坐标系X’-Z’，以两卷耳中心连线作为X’轴。

参数说明如下：L：板簧作用长度的一半R：板簧曲率半径r:：板簧卷耳内径θ：板簧张角'0X ,'0Z ：板簧中点坐标 '2X ,'2Z ：后端卷耳中心坐标 由上图中的几何关系可得：θsin )('0r R X -= 式1 θθcos )cos 1('0r R Z ---= 式2θLR =式3将式3代入式1和式2可得θθsin )('0r L X -= 式4θθθcos )cos 1('0r LZ ---= 式5由于板簧曲率R 较大，因此张角θ一般较小，可取其二阶近似21cos 2θθ-=这种近似在θ<0.65弧度时误差小1%，作者工作中遇到的板簧θ一般小于0.3因此可得222'θθr r L Z ---= 由于22θr较小，因此可以忽略，因此可得：Lr Z )(2'0--≈θ 式6联立式4和式6，则可得到中心板簧中心点的轨迹方程：))(2sin()('0'L r Z r LX ---=θ以上推导过程是以上卷耳板簧为例来推导的，对于平卷耳，r 取0代入即可。

2.车辆坐标系下的中心点轨迹以上讨论实际是板簧弧高与卷耳中心距的关系，以及自由状态下板簧中心点的轨迹方程。

如果想将此轨迹应用到拉杆与板簧运动的干涉校核中，还是不够，还需要研究在装配到整车状态下的规律。

1）板簧上表面中心点轨迹图2如图所示，仍以板簧前支架销中心为原点，X 轴与整车X 轴平行建立X-Z 坐标系。

弹簧中的疏密波是指弹簧在受到外力作用时，其内部产生的弹性波动。

这种波动表现为弹簧中相邻部分的疏松和密集区域的交替出现。

当外力作用于弹簧一端时，这个力会通过弹簧中的分子和原子之间的相互作用传递到另一端。

在这个过程中，弹簧中的分子和原子被压缩在一起，形成密集区域。

接着，这个密集区域又会因为弹性力的作用而逐渐疏松，形成疏松区域。

这样，疏密波就在弹簧中传播开来。

疏密波的传播速度与弹簧的材料性质、结构尺寸等因素有关。

在弹簧设计中，通常会考虑疏密波的传播特性，以确保弹簧在受到外力时能够稳定地工作，并避免过度的变形或损坏。

钢板弹簧应力曲线钢板弹簧是一种在工程领域中广泛应用的弹性元件，它的应力曲线是指随着外力的作用，弹簧所受到的应力随变形程度的变化情况。

了解钢板弹簧的应力曲线对于设计和使用这种弹簧的工程师们来说非常重要。

因此，下面将为您生动全面地介绍钢板弹簧的应力曲线及其指导意义。

首先，钢板弹簧的应力曲线可以分为三个阶段：线性区、塑性区和破裂区。

在线性区，弹簧所受的应力和变形成正比，符合胡克定律。

这个阶段的特点是弹簧可以恢复到原始形状，当外力去除后变形也会消失。

接下来是塑性区，弹簧的应力达到极限点，随着变形的增加，弹簧开始失去弹性并呈现塑性变形。

最后是破裂区，当弹簧所受应力超过其材料的极限强度时，会导致断裂。

钢板弹簧应力曲线的指导意义主要体现在以下几个方面：第一，对于设计弹簧的工程师来说，了解弹簧的应力曲线可以帮助他们选择合适的材料和合理的尺寸。

通过控制弹簧的外力和变形，可以使弹簧在其工作范围内保持在线性区，从而延长其使用寿命。

第二，对于使用弹簧的工程师来说，了解弹簧的应力曲线可以帮助他们正确选择和安装弹簧，并判断其是否在正常工作状态。

如果弹簧的应力曲线出现异常，比如在线性区失去弹性或者超过破裂点，就需要及时对弹簧进行维修或更换，以确保设备的正常运行。

第三，钢板弹簧的应力曲线还可以为弹簧的质量控制提供依据。

通过对弹簧进行应力测试，可以判断弹簧的材料质量和生产工艺是否符合标准。

这对于弹簧制造商来说非常重要，因为合格的弹簧才能保证其在各种工况下的可靠性和稳定性。

总之，钢板弹簧的应力曲线不仅是一种工程学的理论曲线，更是对于设计、使用和质量控制具有重要指导意义的曲线。

只有充分了解弹簧的应力曲线特点，我们才能更好地应用钢板弹簧，提升工程的质量和可靠性。

因此，工程师们在设计和使用钢板弹簧时，务必要对其应力曲线进行深入研究，并结合实际情况做出合理判断和决策。