汽车制造与试验技术论文

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汽车悬架钢板弹簧的计算机辅助设计


摘 要
悬架系统是汽车重要总成之一，它的主要任务是传递作用在车轮和车架之间的一切力和力矩，缓和路面传给车身的冲击载荷，衰减振动，保证行驶平顺性以及操纵的稳定性。钢板弹簧是悬架系统的一种，由于钢结构简单，使用可靠，成本较低，因此钢板弹簧使用很广泛。
本文选用主片挠度法进行多片钢板弹簧进行设计，用机械优化设计方法对少片变截面钢板弹簧的设计；运用MATLAB计算机编程使多片钢板弹簧设计过程程序化，运用MATLAB工具箱中的优化函数进行少片变截面钢板弹簧设计的编程，这样不仅能缩短设计周期，提高设计的效率，还能保证设计计算的精度和准确度；本文还给出了运用这两种方法对同一组参数进行设计的实例，并对两种设计方案进行了对比；最后运用SolidWorks进行三维建模，运用 SolidWorks中的COSMOS/Works进行有限元进行简单的有限元分析，验证设计的正确性，最终输出二维工程图纸。

关键词：钢板弹簧，多片，少片变截面，MATLAB编程，建模，有限元分析

目 录
中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1 引言 1
1.2钢板弹簧的发展及国内外研究概况 2
1.2.1钢板弹簧的分类 2
1.2.2钢板弹簧的设计计算方法及国内外研究现状 3
1.2.3计算机在板簧设计中的应用与发展 4
1.3 本课题的主要任务和目的. 4
2多片钢板弹簧的设计计算 5
2.1钢板弹簧设计计算的内容 5
2.2钢板弹簧设计计算步骤 5
2.2.1钢板弹簧应力计算 5
2.2.2钢板弹簧各片弦长确定 7
2.2.3钢板弹簧刚度验算和应力计算 8
2.2.4钢板弹簧各片的实际长度 10
2.2.5钢板弹簧总成在自由状态下的各片曲率半径 11
2.2.6钢板弹簧的预应力选取及各片自由状态下的曲率半径和弧高 12
2.2.7钢板弹簧组装后总成弧高F0（自由状态） 13
2.3钢板弹簧总成在极限工况下的强度验算 14
2.4本章小结 14
3少片变截面钢板弹簧设计计算 15
3.1概述 15
3.2变截面板簧断面形状的分析 15
3.3少片变厚断面弹簧的优化设计 18
3.3.1机械优化设计的基本概念 18
3.3.2少片弹簧优化设计 20
3.4本章小结 22
4钢板弹簧的Matlab程序设计 23
4.1 Matlab的介绍 23
4.2多片普通钢板弹簧设计计算程序 23
4.3少片变截面钢板弹簧优化设计程序 24
4.3.1优化函数Fmincon()的介绍 24
4.3.2少片钢板弹簧的优化设计程序 25
4.4本章小结 26
5三维建模、有限元分析及二维图绘制 27
5.1钢板弹簧三维建模 27
5.2有限元分析 28
5.2.1 COSMOS/Works有限元简介 28
5.2.2多片普通钢板弹簧有限元分析 29
5.2.3少片变截面钢板弹簧有限元分析 31
5.3二维图绘制 33
5.4本章小结 33
6总结 34
参考文献 35
附录A：钢板弹簧设计程序 36

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