汽车悬架钢板弹簧的刚度计算与试验验证.pdf

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1、2016(9)FOCUS摘要：汽车悬架钢板弹簧刚度对汽车行驶平稳性和路面友好性存在一定的影响。基于共同曲率法中的阶梯形单片弹簧法计算汽车悬架钢板弹簧的理论刚度值和修正后弹簧刚度值的正确性，通过载荷一位移基本原理试验方法，得到钢板弹簧位移变形量并计算出实际钢板弹簧的刚度值，与共同曲率法所得计算结果进行对比。结果表明，用共同曲率法计算出来的弹簧刚度比试验结果偏大一些．经刚度修正系数修正后，误差在5％左右，在允许的范围内，验证了试验结果的可行性，为以后汽车悬架钢板弹簧的设计提供分析方法和依据。关键词：钢板弹簧；共同曲率法；试验验证；结果分析StiffnessCalcu

2、lationandExperimentAnalysisonLeafSpringofAutomobileSuspension*Abstract：Thestiffnessofautomobilesuspensionleafspringhassomeinfluenceonvehicleridecomfortandfriendlyroadsurface．Thetheoreticalstiffnessandthecorrectnessoftheleafspringstiffnessarecalculatedusingthesteppedsingle—leafspringm

3、ethod．Thedistancechangeofleafspringisobtainedbasedonload—distancetestmethod，atthesametimetheactualstiffnessofleafspringiscalculated，andmakingthecomparisonwiththecalculationresultsthatisgottenfromthenormalcurvature．Theresultsshowthatthespringstiffnessthatiscalculatewiththenormalcurvat

4、ureislargerthanthosethatisobtainedfromthetest．theerroriswithin5％afterthecorrectnessofstiffnessvalue．Thetestfeasibilityisverifiedwithintheallowablerange，whichwillprovidetheanalysismethodandbasisforthedesignofautomobilesuspensionleafspringinthefuture．Keywords：Leafspring；Normalcurvature

5、method；Experimentalverification；Resultsanalysis钢板弹簧是汽车悬架系统中广泛应用的元件，其几何形状十分简单，但在工作过程中存在大变形(几何非线性)及各叶片间的接触(状态非线性)等多种非线性因素I，I。事实上，弹簧各片的接触状态与各片本身及同组其他叶片的自由曲率、弧高、厚度、长度等几何形状、装配力及工作载荷等多种因素有关，是多个弹性体的组合件承受工作载荷件下的一个非线性接触响应问题121。文章介绍了汽车钢板弹簧现有计算方法——共同曲率法，指明该方法的基础假设，并给出了详细的计算过程；以及通过钢板弹簧的载荷一位移试验，计

6、算实际刚度数值，并且和计算结果进行了对比分析。1基于共同曲率法的刚度计算1．1共同曲率法的基础假设共同曲率法也称为展开法，是将多板簧在长度上作两等分后，如图1所示(图1中，z。为阶梯形单片弹簧主片长度之半，h为簧片厚度，b为簧片宽度)，再将各板簧排列在同一平面上构成一片板簧，如图2所示，这种方法计算出来的板簧杼陛等同于原多板簧之半的特性％共同曲率法假设在任何载荷下，各片板簧沿长度无间隙接触，同一截面上的各片板簧具有共同的曲率半径。如果将多片板簧各片按长度展开成一个新的阶}基金项目：国家自然科学基金项目(11472180)；教育部新世纪优秀人才计划项目(NCET一

7、13—0913)资助．．45——梯形单片板簧，就可以用计算单片钢板弹簧刚度的方法来计算多片钢板弹簧的刚度。1．2基于共同曲率法的阶梯形单片弹簧刚度计算1．2．1阶梯形单片弹簧变形量阶梯形钢板弹簧的计算模型，如图3所示。该模型弹簧的断面惯性矩沿长度变化不能用一个连续函数表示网，因此为了求得弹簧的变形，只能采用分段积分求出。用单位载荷法求负荷作用点处弹簧变形量，如式(1)所示。产『：吐孕dx+f：孕出+-．．+』i：。孚山c·，式(1)经整理后得乒鲁∑以+。(1，。一y州)j乜^：1其中：鲰+l=fl一“式中：产-弹簧变形量，mitt；卜载荷力，kN；卜材料的弹性模

8、量，GPa；f：，z，，