【摘要】：汽車工業(yè)是體現一個國家工業(yè)發(fā)展水平和綜合制造能力的重要標志。目前,人們對汽車特別是重型牽引車的平順性和舒適性的要求越來越高。少片變剛度鋼板彈簧相對于傳統(tǒng)的多片鋼板彈簧或少片變截面鋼板彈簧在上述兩個方面具有很大的優(yōu)勢。隨著設計能力、制造能力以及材料研發(fā)水平的不斷提高和發(fā)展,少片變剛度鋼板彈簧懸架系統(tǒng)已經成為重型牽引車的發(fā)展趨勢。本文以某重型牽引車為平臺,針對我國少片變剛度鋼板彈簧設計、生產的現狀,結合當今先進的設計研究手段,主副簧采用全嚙合曲線型的接觸方式,對后懸少片變剛度鋼板彈簧進行優(yōu)化設計。主要工作內容如下:(1)研究鋼板彈簧的數學模型,深入了解梯形變截面鋼板彈簧的設計計算方法,建立原后懸少片定剛度鋼板彈簧的數學模型并對少片定剛度鋼板彈簧的剛度、強度等計算方法進行研究,進而分析原模型的結構性能。(2)在滿足后懸設計要求的前提下,上下級均采用少片變剛度全嚙合鋼板彈簧,應用MATLAB優(yōu)化工具箱對其進行結構參數的優(yōu)化設計,確定上下級主副簧合適的結構設計參數;然后,對優(yōu)化設計前后后懸上下級主副簧的結構性能進行對比分析,重點探討了上下級主副簧K點位置以及自由狀態(tài)下少片變剛度鋼板彈簧全嚙合曲線的確定。(3)利用結構非線性有限元方法,考慮板簧工作過程中的大變形、簧片間的接觸等多種非線性因素,通過適當的特性選取,模擬簧片間的非線性接觸。應用Hyper Mesh中的ANSYS模塊建立后懸少片變剛度全嚙合鋼板彈簧的有限元模型,分別在滿載、動載和夾緊三種工況下分析了板簧的應力和應變分布。結果表明優(yōu)化設計后鋼板彈簧滿足設計要求,建立的模型精確度極高。(4)建立定剛度和變剛度鋼板彈簧簡單等截面梁模型,在MATLAB中直觀反映定剛度板簧和變剛度板簧在應力和偏頻方面的差異,對比分析得出變剛度鋼板彈簧的適用條件。通過運用理論分析及經驗知識來解決工程實際問題,與生產實踐結合緊密,同時,提供了后懸少片變剛度全嚙合鋼板彈簧一整套優(yōu)化設計方案,并對比分析了變剛度板簧與定剛度板簧的優(yōu)劣,對后懸少片鋼板彈簧的工程設計具有一定的指導意義。
[Abstract]:Automobile industry is an important symbol of a country's industrial development level and comprehensive manufacturing capability. At present, the requirements for ride comfort of vehicles, especially heavy tractor, are becoming higher and higher. Compared with the traditional multi-leaf spring or the few variable-section leaf spring, the leaf spring with less variable stiffness has a great advantage in the above two aspects. With the development of design capability, manufacturing capability and material research and development, the spring suspension system with less variable stiffness steel plate has become the development trend of heavy-duty tractor. In this paper, a heavy tractor is used as a platform, aiming at the present situation of the design and production of the steel leaf spring with less variable stiffness in our country, combined with the advanced design and research means, the main and auxiliary spring adopts the contact mode of full meshing curve. The optimum design of the leaf spring with variable stiffness is carried out. The main work is as follows: (1) study the mathematical model of leaf spring, deeply understand the design and calculation method of trapezoid leaf spring with variable section, establish the mathematical model of the leaf spring with fixed stiffness and the stiffness of the leaf spring with little stiffness. The strength and other calculation methods are studied, and then the structural performance of the original model is analyzed. (2) under the premise of satisfying the requirements of rear suspension design, the upper and lower levels adopt the full meshing leaf spring with less variable stiffness, MATLAB optimization toolbox is used to optimize the structural parameters to determine the appropriate structural design parameters of the upper and lower primary and secondary spring, and then the structural performance of the upper and lower primary and secondary spring is compared and analyzed before and after the optimization design. The K-point position of the upper and lower main pair spring and the determination of the full meshing curve of the leaf spring under free condition are discussed. (3) the large deformation in the working process of the leaf spring is considered by using the structural nonlinear finite element method. The nonlinear contact between the Reed and other nonlinear factors is simulated by proper selection of characteristics. The finite element model of full meshing leaf spring with variable stiffness is established by using ANSYS module in Hyper Mesh. The stress and strain distributions of leaf spring are analyzed under three conditions: full load, dynamic load and clamping. The results show that the optimum design meets the requirements of the design and the accuracy of the model is very high. (4) the simple iso-section beam model of the steel plate spring with constant stiffness and variable stiffness is established. The differences in stress and frequency between the plate spring with constant stiffness and the leaf spring with variable stiffness are reflected intuitively in MATLAB, and the suitable conditions of the leaf spring with variable stiffness are obtained by comparison and analysis. Through the application of theoretical analysis and empirical knowledge to solve practical engineering problems, it is closely combined with production practice. At the same time, a whole set of optimal design scheme for full meshing leaf spring with variable stiffness and rear suspension is provided. The advantages and disadvantages of variable stiffness leaf spring and fixed stiffness leaf spring are compared and analyzed, which is of certain guiding significance to the engineering design of rear suspension less leaf spring.
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U463.33

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本文編號：2273052