汽车钢板弹簧刚度分析

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http://www.77cn.com.cn7 N的集中载荷， .k 5板簧各片之间的接触采用 sd le il e线一接触单元模拟，图 5所示。 i n线如为清楚起见， 各片之间的接触单元没有画出。

设计 算 究 计研

b采用三维实体单元对板簧各片进行有限元 .网格划分，予材料参数。赋 c用接触单元定义板簧各片之问的接触。 . d按照板簧的实际工作状态对模型施加载荷 .与约束。

e提交计算，到板簧的载荷一形曲线， .得变对

于恒刚度多片簧，对此曲线进行线性拟合，即可得出 钢板弹簧刚度的数值。运用有限元法求解板簧刚度时应注意如下几点：是正确合理的约束，一二是叶片问摩擦的处理， 即如何选取合适的摩擦系数，三是选择合适的接触刚度。 32几何模型 .

艇图 5钢板弹簧载荷与约束

34求解及后处理 .

把整个载荷分为 3 O个子载荷步施加到模型中 去，采用 N sa at n的非线性求解器 sl 0 r o 16进行求解， 根据各载荷步的垂直载荷及垂直位移即可得到板簧的载荷一移曲线，而可以得到板簧的刚度。位进

计算对象为某型 l O片等厚度对称钢板弹簧，其右半部分如图 3所示。

图 3钢板弹簧几何模型示意

位移/ mm

图 6钢板弹簧载荷一移曲线位

表 1给出了板簧装配后的几何尺寸。装配后的总成弧高为 10mm。 2 襄 1钢板弹簧装配后备片尺寸序号12

由曲线数据进行线性拟合可得到此板簧的刚度

为 01 1 N mm。 . k/ 4 9 35结果讨论 .

m m

叶片长度12 0 212 0 2

叶片宽度7 57 5

叶片厚度88

分别采用共同曲率法、中载荷法、片分析法集主计算了此钢板弹簧的刚度，并与有限元计算结果进行对比(见表 2。由结果可见，统计算方法和有限 )传元法计算得到的结果相差不大，均存在一定差异，但 这是由于 3种传统方法在考虑叶片之间的接触时与实际情况存在一定偏差，并且未能考虑钢板弹簧的大变形特性以及钢板弹簧各片之间的摩擦所致。衰 2钢板弹簧刚度计算值比较计算方法刚度/ N m k m相对差异/ %

34_

10 8 996 7 84 5 72 3

7 57 5 7 5 7 5

88 8 8

5 6

7_

61 048 8 36 6 24 4

7 57 5 7 5 7 5

88 8 8

8 9 l O

共同曲率法

O18O .3O187 .3 018l . 3 01 1 . 4 9

-. 27 5- .6 2 2 - .8 26

33有限元模型及载荷边界条件 .

集中载荷法主片分析法有限元法

由于板簧的对称性，取其一半进行分析，只采用 8节点 6面体单元划分网格，划分好的有限元模型如图 4所示。

4关于摩擦的讨论如何准确有效地模拟摩擦是非常关键的问题， 而实际板簧中各个叶片之问的摩擦因数与其使用条图 4钢板弹簧有限元模型

件、接触面之问的状态等均有关系，其准确值往往很难得到。因此，必要考查不同摩擦因数对计算结果有的影响，以明确摩擦在钢板弹簧弹性行为中的作用。汽车技术

在对称面上施加固定约束，在板簧悬臂端施加一

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http://www.77cn.com.cn由图 8可以看出，在正弦激励作用下，板簧的位移响应有一个明显的滞后，并且在加载、载状态变卸化时，均存在一个位移相对变化很小的平台期，这都是因为摩擦存在的缘故。图 9为承受动载荷时板簧的载荷一位移曲线。

___I___ __。__。。— 。:__。______-。。——堡_蔓：__-____。。。

—— _-_。____-__。。——一 _ - _- _ _ -婴茎：

图 7为分别取摩擦因数= 0和： .( 03动摩擦因数取 02时，板弹簧加载、载过程中的载荷一 .)钢卸变形曲线。童柱6 4 2 O 8 6 4 2 O

位移/ m a r

图 7钢板弹簧载荷一变形曲线

可见，当摩擦因数= Q时，载与卸载曲线相加互重合，时板簧的加载刚度与卸载刚度值相等，此都为板簧的实际刚度。 当摩擦因数不为零时，加载与卸载路径产生了

位移 t m a r

图 9正弦激励下板簧的载荷一位移曲线

由图 9可见，在每一次循环中，外力功之和并不

为零，是图中迟滞曲线所包围的面积，而据此可以得出钢板弹簧在此载荷作用下的等效阻尼 _,处不 4此 再详述。 最后，指出的是，应在此仅讨论叶片之间的摩擦对刚度特性的影响。常，摩擦因数可取 0￣ .,通静 . 03 2

差别，相同载荷卸载时所产生的位移要大于加载时的情况，并且两者均值与摩擦因数为零时的位移值相等。由此，以得知摩擦使得板簧的加载刚度大于可卸载刚度，两者的平均刚度即板簧的实际刚度可以

动摩擦因数取 01— ., . 0但对于不同的钢板弹簧， 5 2其叶片之间的摩擦因数应由试验确定。

等效为没有摩擦时的情况。 在卸载的初始阶段，随着载荷的减小，簧位移板几乎不发生变化，这是由于在采用库仑摩擦模型时， 在载荷减小的瞬间，叶片之间的动摩擦转变为静摩擦，片相对位置不再发生变化；各随着载荷的进一步减小，叶片间的最大静摩擦力不足以抵消板簧的回弹力与外载荷之差时，叶片之间的静摩擦又转变成了动摩擦，继续卸载，簧才沿卸载曲线继续变形，板直至载荷为零。

5结束语 采用有限元 …… 此处隐藏：3461字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……