较复杂。为了减轻质量和轧制工艺难度，目前出现了种纤维增强塑料代替钢板，质量可减少以上。钢板弹簧的中部般固定在车桥上。主片卷耳受力严重是薄弱处，为改善主片卷耳的受力情况，常将第二片末端也弯成卷耳，包在主片卷耳的外面亦称包耳。为了使得在弹簧变形时各片有相对滑动的可能，在主片卷耳与第二片包耳之间留有较大的空隙。有些悬架中的钢板弹簧两端不做成卷耳，而采用其他的支承连接方式如非悬架。中心螺栓用来连接各种弹簧片，并保证各片装配时的相对位置。中心螺栓到两端卷耳中心的距离可以相等，也可不相等者。钢板弹簧端部有三种结构型式端部为矩形的钢板，其制造简单，广泛应用在载货汽车上端部为梯形的钢板，其质量小节省钢材，较多的用在载货汽车上端部为椭圆形的钢板，这种结构改善了应力分布状况，片端弹性好，片间摩擦小，重量也较轻，但制造工艺复杂，成本较高，般在轿车上应用较多。钢板弹簧将车桥与车身连接起来，起到缓冲减振和传力的作用。由于载货汽车后悬架载质量变化较大，为了保持悬架的频率不变或变化不大，广泛地在后悬架中采用副钢板弹簧总成。副钢板弹簧总成般装在主钢板弹簧总成上方，当后悬架负荷较小时，仅由主钢板弹簧起作用。在负荷增加到定程度时，副钢板弹簧总成与车架上的支架接触，开始起作用。此时，主副钢板弹簧起工作，起承受载荷而使悬架刚度增大，保证车身振动频率不至因载荷增加而变化过大。为了进步改善钢板弹簧的受力状况，可采用不同形状的断面。矩形断面钢板弹簧结构简单，但受拉应力面的棱角处易产生疲劳裂纹采用上下不对称的横断面，由于断面抗弯的中性轴线上移，不但可减小拉应力，而且节省了材料。在车架加载弹簧变形时，钢板弹簧各片之间产生相对滑动进而产生摩擦，此时钢板弹簧本身具有定的减振作用。如果钢板弹簧各片之间产生干摩擦时，轮胎所受到的冲击要直接传给车架，并直接使钢板弹簧各片磨损，故安装钢板弹簧时，应在各片之间涂上适量的石墨润滑剂。钢板弹簧各片之间有相对滑动而产生摩擦，可以促进车架振动的衰减，即起减振作用。除此外，钢板弹簧本身还兼起导向机构的作用，控制车轮相对车身按规定轨迹进行运动，以获得较好的操纵稳定性。另外钢板弹簧还在车轮与车架间起传递各个方向力矩的作用。导向机构的断裂将直接危及整车安全性，对于悬架应尤为注意。钢板弹簧多用于厢式车及卡车，由若干片长度不同的细长弹簧片组合而成。它比螺旋弹簧结构简单,成本低,可紧凑地装配于车身底部，工作时各片间产生摩擦，因此本身具有衰减效果。但如果产生严重的干摩擦,就会影响吸收冲击的能力。重视乘坐舒适性的现代轿车很少使用。钢板弹簧的特性多片钢板弹簧的特性多片钢板弹簧的各片钢板迭加成倒三角形状，最上端的钢板最长，最下端的钢板最短。钢板弹簧主体的中间部位由通过骑马螺栓又称型螺栓固定在车桥上，两端的卷耳用销子铰接在车架的支架上。这样，通过钢板弹簧将车桥与车身连接起来，起到缓冲减振传力的作用。钢板的片数与支承汽车的重量和减震效果相关，钢板越多越厚越短，弹簧刚性就越大。但是，当钢板弹簧挠曲时，各片之间就会互相滑动摩擦产生噪声。另外，摩擦还会引起弹簧变形，造成行驶不平顺。因此，在承载量不是很大的汽车上，就出现了少片钢板弹簧，以消除多片钢板弹簧的缺陷。但是由于多片钢板弹簧生产与加工的方便，仍然得到极大程度的使用。多片钢板弹簧的结构形式材料加工制造手段和设计方法直在进步和发展。近年来，已经开发出中低碳系列弹簧钢代替原先直采用的高碳弹簧钢以提高可加工性，还有的采用复合材料以减轻自重。在加工手段上，则普遍采用了预压和应力喷丸等措施提高板弹簧的疲劳寿命。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。在汽车的悬架设计中，弹性元件的设计是个重要组成部分。常用的弹性元件有钢板弹簧螺旋弹簧空气弹簧及油气弹簧等。由于钢板弹簧在悬架中兼作导向机构用，可使悬架结构简化，且保养维修方便制造成本低，所以还在中低档汽车的悬架中广泛采用。多片钢板弹簧最常用的材料为热轧弹簧扁钢，其截面形状为上下表面平坦允许稍向内凹，两侧为圆边，圆边半径为厚度的倍。由于板簧的疲劳破坏总是始于受拉伸的上表面，故下表面常采用抛物线侧边或单面单槽单面双槽形状以使截面的中性轴向上移动，减小拉伸应力。通常认为许用压应力可大于许用拉应力，其比值达。经验表明，采用此类截面的板簧与采用传统截面的板簧相比可节约的钢材，疲劳寿命约可提高。叶片的端部可以按其形状和加工方式分为矩形梯形片端切角椭圆形片端压延和片端压延切断等四种。其中矩形为制造成本最低的种由于对片端不做任何加工，但同时也是效果最差的种。与压延过的片端相比，在片端的接触区域内，传递的压力更大也更集中，导致片间摩擦和磨损加剧。同时也使板簧的作用机理与等应力方式相去甚远，导致了板簧质量的增大。梯形结构比矩形结构有所改善，制造成本略有增加。片端压延的椭圆形端部更接近于理想的等应力形状，并且在接触区内压力分布更均匀，片间摩擦磨损都有所减少，但需要专门的压延设备。压延后再切断的端部结构成本最高，效果也最好。以板簧端部的支承形式而言，可以大致分为卷耳和滑板两大类。滑板形式多见于两级式主副簧悬架中副簧的支承和平衡悬架中板簧的支承。卷耳根据其相对板簧上平面的位置可分为上卷耳平卷耳和下卷耳三类。其中平卷耳的纵向作用力可以直接传递给主片，减少振峰值加速度前桥车架车架车架车架座椅滑轨多片簧初始状态变刚度少片簧片通过道路振动试验测试分析，可得到如下结论采用变刚度前板簧结构，其动刚度接近于静刚度，能够有效衰减搅拌车空车回程的共振。变刚度少片簧台架应力试验试验用变刚度少片簧图板簧尺寸结构图表刚度参数项目理论刚度实测刚度空载满载空载满载参数如图所示,共布置应力测点个，第片第二片第三片第四片板簧中心位置至两旁测点间隔距离如下第片第二片第三片第四片测试状态表测试工况板簧载荷自由状态受载状态压缩量理论满载注自由状态指板簧在台架上不受载荷时，台架电脑显示的板簧中心高度受载状态指板簧在台架上承受载荷时，台架电脑显示的板簧中心高度压缩量自由状态受载状态试验结果及分析各测点应力见下表，均满足要求。表各测点应力表载荷状态压缩量采集通道坏副簧未接触数据损坏副簧未接触数据损坏各点应力变形的关系为线性变化关系,如下图,图所示图各关键位置应力变化图第片距中心处应力最大第点，模拟满载时，最大应力压缩时，最大应力图各测试点应力分布图第二片距中心处应力较大第点，模拟满载时，最大应力压缩时，最大应力第三片距中心处应力较大第点，模拟满载时，最大应力压缩时，最大应力变刚度少片簧道路试验试验用少片钢板弹簧图改进后少片簧测试点位置测点位置与台架测点保持致，点，重点关注点和点的最大应力。测试工况满载，坑洼坏路，车速。试验结果与分析表各测点应力表测点道路试验应变应力台架试验载荷状态应变应力从上述测试可知，搅拌车满载情况下，并且在坑洼路面行驶时，其板簧动态应力与静态承受时的应力基本等同，均能满足使用要求。四全文总结与展望研究的主要内容本研究以混凝土搅拌运输车的前悬架钢板弹簧为研究对象，系统地研究了基于现代接触动力学理论和技术的钢板弹簧悬架系统的计算机辅助建模，优化设计，分析和试验研究。主要工作有如下几个方面系统的介绍了几种传统的钢板弹簧多片簧，少片簧，变截面少片簧，变刚度多片簧等。混凝土搅拌运输车实际运用中存在的问题空车回程工况振动大，驾乘不舒适为本文的研究出发点，通过实验证明优化前悬架钢板弹簧结构可有效衰减车辆振动。分别以传统多片簧尺寸结构，优化设计变刚度少片簧结构进行了仿真研究，在应力仿真分析以及模态仿真分析基础上，提出了解决方案使用边变刚度少片簧前悬架，能经济有效的解决搅拌车空车回程振动大问题。在仿真分析解决方案的前提下，分别对多片簧和变刚度少片簧进行台架试验和实际道路对比试验，优化设计的变刚度少片簧有效的解决搅拌车空车回程振动大问题，以及应力测试均满足要求，证明了仿真分析解决方案的正确性。研究展望由于本人理论水平和客观条件的限制，本文的理论深度和试验设计工作还有诸多不足。为了能进步将优化设计，有限元分析以及多系统动力学等理论知识更好的应用在汽车及零部件设计，性能分析和仿真上，本人认为可以在以下几个方面作进步研究。应用设计语言参数化建立各种类型钢板弹簧的计算模型，充分考虑结构的大变形片间接触和摩擦情况，对之进行优化设计与分析，实现各类板簧的精益设计。开发套集钢板弹簧优化设计分析与动力学仿真于体的系统，综合考虑更多的实际因素，实现钢板弹簧的设计分析试验都在计算机上完成，做到设计与分析同步，减少样品试制和试验的次数，加快产品的设计周期，减少开发费用。预期的钢板弹簧系统组成如图所示。图钢板弹簧系统组成参考文献刘惟信汽车设计北京清华大学出版社，王望予汽车设计北京机械工业出版社，小林明汽车工程手册第二分册北京机械工业出版社，江浩斌，周孔亢农用运输车钢板弹簧选型与计算机辅助参数设计江苏理工大学学报自然科学版肖军汽车钢板弹簧的应用及其发展趋势城市车辆杨宗孟汽车钢板弹簧的设计与计算汽车技术郭孔辉钢板弹簧刚度计算的主片分析法汽车工程刘广宽汽车钢板弹簧计算模型的研究当代汽车林金木有限单元法解钢板弹簧汽车工程郑贤中，蒙培生，黄延恩等受力钢板弹簧的有限元三维数值模拟机械设计与研究邹海荣，黄其柏基于非线性的汽车钢板弹簧断裂问题分析华中科技大学学报自然科学版胡玉梅，邓兆祥，王欣等汽车后悬架的非线性有限元分析重庆大学学报丁能根，马建军钢板弹簧迟滞特性的有限元分析汽车工程王其东基于多体理论的汽车悬架系统分析设计与控制研究合肥合肥工业大学，郑银环汽车钢板弹簧计算模型研究武汉武汉理工大学，王跃先，周钢等齐次扩容精细算法计算力学学报向宇，黄玉盈精细时程积分法的误差分析与精度设计计算力学学报向宇，黄玉盈种新型齐次扩容精细积分法华中科技大学学报于安和，桂良进钢板弹簧刚度特性的有限元分析汽车技术胡国友，夏品奇，杨劲松渐变刚度钢板弹簧刚度特性计算的曲率载荷混合法南京航空航天大学学报王庆五，徐人平，杨晓光用传递矩阵法求解变截面钢板弹簧的固有频率拖拉机与农用运输车李世荣，宋曦，周又和弹性曲梁几何非线性精确模型及其数值解