某轻型货车钢板弹簧的设计分析文献综述

 2022-05-12 09:05

提到车辆开发就不得不提到车辆震动这个话题,而轻型货车的开发设计中离不开的问题就是减振问题。其中轻型货车这方面性能和悬架性能的优劣息息相关。

悬架影响着汽车的操纵稳定性、通过性、燃油经济性等多种性能,而钢板弹簧是轻型货车悬架中重要的承载部件。钢板弹簧不仅结构简单,生产成本低廉而且还具备导向机构,减振元件和弹性元件的作用。有效的确定钢板弹簧的形态和设计数据对提高轻型货车的整体性能有很大的作用,而通过有限元软件设计钢板弹簧是如今的先进方法。

  1. 钢板弹簧国内外研究概况

1.国外研究概况

钢板弹簧是汽车悬架上广泛应用的一种弹性元件,外观上看似简单,但因为现实中多种因素,所以钢板弹簧的设计和分析都十分复杂,多年来一直没有完美的方法。多年来许多学者都纷纷进行研究,也随着时代科技的发展,设计钢板弹簧的方法也发生重大改变。

比较传统的就有“共同曲率法”,这是前苏联学者帕尔希洛夫斯基[[1]]在1954年提出来的。该方法是假设钢板弹簧的每一簧片之间紧密贴合,且在同一截面上弯曲曲率相等。就是这样把他们看作同一片簧片,计算钢板弹簧的刚度特性和应力,可是这种计算方法在计算钢板弹簧末端几片簧片时误差较大,从而得到的刚度往往偏大,因此需要在计算过程中需要不断修正。

在上世纪50年代时,又有一位前苏联的学者提出了“集中载荷法”,这种方法和“共同曲率法”相似,他是假设钢板弹簧在工作时 只有钢板弹簧的根部和端部接触,这样在第一片在受力之后,就会把力传给它接触的下一片,由于这种力为集中力,所以相邻出的两个簧片之间挠度相等。这种假设符合现实中钢板弹簧末端经常磨损的情况。所以相比于“共同曲率法”,这种方法在计算最后两片簧片时应力计算精度较高,但对于其他簧片计算的刚度得到的结果往往偏小[[2]]。

一直到1980年,前苏联学者巴希洛夫斯基[[3]]综合了两种算法,提出了用“集中载荷法”计算最后两片簧片,其他簧片使用“共同曲率法”的方法去计算。为此,他进行了一些实验去验证这个结论,可是结果和试验结果之间还存在较大的差距,计算的刚度比实验结果不符,这种方法只能适用于一些簧片较少的板簧。

以上三种方法都是并没有考虑钢板弹簧的片间接触摩擦以及板簧大变形等等这些非线性因素,大大脱离了实际的工况,不能得到完全正确的力学特性。而随着有限元技术和CAE技术的出现和发展和在工程实践中的成功应用,终于使钢板弹簧的设计和分析发生了重大的改变。在1992年时,Zahavi[[4]]就针对钢板弹簧的接触问题使用有限元方法研究的,他对满载工况下的钢板弹簧进行了分析,发现接触过程与钢板弹簧的变形存在一定的关联性。此后,钢板弹簧的设计在国外学者的研究下越发精密,

  1. 国内研究概况

国内也有许多学者进行过对钢板弹簧刚度和应力的计算,对其展开了深入的研究,并且也取得了不错的成果。虽然我国对于钢板弹簧的研究晚于国外,但在1979年时,杨宗孟[[5]]就提出了一种钢板弹簧的模型,然后对钢板弹簧的片端厚度和边界条件进行了合理的修正,提高了钢板弹簧刚度方面的计算精度。在这个模型中,末尾的两短簧片自由端处收到一集中载荷,其余簧片具有共同曲率。在此之后,吉林大学的郭孔辉院士[[6]]又提出了主片分析法,为了弥补共同曲率法中存在的缺陷。以及田光宇等人则针对集中载荷法中存在的固有缺陷,提出了改良的集中载荷法。可是这些方法都不能反映钢板弹簧的力学特性,也使得钢板弹簧的设计一直差错率较高,开发和制作成本较高,很浪费人力和物力。

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