钢板弹簧的波动传递特性分析
汽车钢板弹簧减振性能的理论分析与计算
摘要本次设计的题目是汽车钢板弹簧减震性能的理论分析与计算。
主要任务是对江铃汽车少片簧进行的理论分析与计算。
设计的主要内容是：选定钢板弹簧的结构，根据给定的尺寸、外力等数据，运用机械振动学中的离散体与连续体的知识，用连续体振动方程计算出钢板弹簧各片的应力，而后再用有限元软件Ansys软件分析各片簧的应力，然后把理论计算结果与软件分析结果进行比较，最后根据尺寸用CAD软件画出钢板弹簧的零件图和装配图。
钢板弹簧是汽车悬架的重要元件，其能保证汽车具有良好的行驶平顺性和良好的操纵稳定性，还能保证汽车在车轮跳动时，主销定位参数变化不大，车轮运动与导向机构相协调，不出现摆振现象，转向时使整车有一定的不足转向。
钢板弹簧本身还能兼起导向机构的作用，并且由于弹簧各片之间的摩擦而起到一定的减震作用。
总之，由实践得知钢板弹簧对汽车行驶平顺性、稳定性、通过性、燃油经济性等多种使用性能都有影响，因此钢板弹簧的设计对汽车的性能有很大影响，其设计也是汽车设计的一个重要方面。
关键词：钢板弹簧理论分析机械振动学 Ansys有限元软件ABSTRACTThe title of this design is the calculation and theoretical analysis of damping performance of automobile leaf spring. The main task is the calculation and theoretical analysis of less leaf spring of JiangLing cars. The main content of the design: selected the structure of leaf spring, according to the given size and forces and other data, using the knowledge of discrete body and continuous body of the mechanical vibration , then calculate the forces of each piece of steel spring according to the continuous body vibration equation. Then analysis the forces with the finite element software. Then compare the two results, finally paint out the assembly drawings.Leaf spring is an important component of automobile suspended frame , which can ensure the car has a good ride and good handling and stability , also can guarantee pin location parameters changed significantly and wheel movement aligned with steering mechanism and has no vibration and also ensure the vehicle has a certain lack of steering when the car beats the wheel. Leaf spring itself can also holds up the role of steering mechanism, and due to friction between the springs, it also can play s certain role of shock.In short, the practice proved that spring on vehicle ride comfort, stability, adoption, fuel economy, and other kinds of performance, so the design of leaf spring have a great impact on the performance of the car, its design is also an important aspect of automotive design.KEYWORDS: leaf spring theoretical analysis mechanical vibration ANSYS finite element software目录前言 (1)1.汽车工业简介 (1)2.汽车构造 (2)3.汽车悬架系统的作用、组成与分类 (2)4.设计任务 (5)2 钢板弹簧的传统理论分析 (3)2.1受力分析和载荷计算 (3)2.1.1 受力分析和静态载荷的计算 (3)2.1.2动态载荷的计算 (4)2.2钢板弹簧传统分析方法的应力计算 (6)2.2.1 力学模型的简化 (7)3 应力的计算 (8)3.1共同曲率法 (8)3.2许用应力的确定 (10)3.3少片钢板弹簧的简单估算方法 (11)3.4极限工况应力计算 (12)3.5钢板弹簧刚度和挠度的计算 (13)3.5.1 建模假设 (13)3.5.2 主副簧接触过程中的载荷计算 (14)3.5.3 载荷—挠度特性计算 (15)3.5.4钢板弹簧刚度的计算公式 (17)3.5.5 钢板弹簧自由刚度的计算 (18)3.5.6 夹紧状态下钢板弹簧刚度的计算 (19)3.6钢板弹簧振动理论分析 (19)4 钢板弹簧的有限元计算与分析 (22)4.1有限元工程分析在汽车设计中的应用 (22)4.2建立有限元模型 (23)4.2.1 有限元计算模型的简化 (23)4.2.2 定义单元属性 (24)4.2.3 接触分析 (25)4.2.4 施加载荷和约束 (27)4.2.5 设置求解选项 (28)4.2.6 有限元计算结果 (29)5 理论计算结果与有限元计算结果比较 (32)6 小结 (33)7 致谢 (34)8 参考文献 (35)前言1.汽车工业简介汽车是最重要的现代交通工具，汽车的种类最多、最普及、活动范围最广泛、运输量最大的交通工具。
汽车钢板弹簧
汽车钢板弹簧
汽车钢板弹簧是汽车悬挂系统中的重要组成部分，其作用是支撑和缓冲车身的
震动，保证车辆在行驶过程中的稳定性和舒适性。
本文将介绍汽车钢板弹簧的结构、工作原理和制造工艺。
结构
汽车钢板弹簧由多个弯曲的钢板片组成，通常呈扁平状。
钢板片之间通过中间
销轴或螺栓连接，形成一个整体。
钢板弹簧的结构紧凑，能够在有限的空间内提供足够的支撑力。
工作原理
汽车行驶时，车辆经过颠簸路面或转弯时，车身会产生上下或左右的震动。
汽
车钢板弹簧通过对这些震动的吸收和缓冲，减少车身的颠簸幅度，使车辆保持平稳。
当车辆经过颠簸路面时，钢板弹簧会受到外力的压缩或拉伸，钢板片之间产生
相对位移，从而存储弹性能量。
当车辆通过颠簸路段后，钢板弹簧释放储存的能量，使车身恢复平稳。
制造工艺
汽车钢板弹簧的制造工艺主要包括以下步骤： 1. 材料选择：选用高强度和弹性
良好的优质钢板作为原料。
2. 编织成形：将钢板片按照设计要求通过编织机器制
成弹簧的形状。
3. 热处理：对已经形成的弹簧进行热处理，提高强度和弹性。
4.
表面处理：对弹簧表面进行防锈处理，增加弹簧的耐用性。
5. 装配：将各个零部
件组装在一起，形成完整的汽车钢板弹簧。
汽车钢板弹簧的制造工艺严格，要求高度精准，以确保其性能稳定和可靠性。
结论
汽车钢板弹簧在汽车悬挂系统中扮演着重要的角色，通过对震动的吸收和缓冲，提高了车辆在行驶过程中的稳定性和舒适性。
制造工艺的精准和良好的材料选择使得汽车钢板弹簧成为汽车行驶过程中不可或缺的部件。
5钢板弹簧的纵扭问题分析
钢板弹簧纵扭问题分析东风汽车工程研究院陈耀明摘要：本文除了对板簧垂直跳动时的变形运动轨迹做了必要的澄清说明之外，主要对板簧的纵扭变形进行分析。
结论是板簧纵扭时不存在固定不变的转动中心（不动点），该中心的高低随施加的纵扭力矩大小而变化，而且其位置与板簧的刚度和片长有关。
由于该中心位置的变化范围有限，并且可以得到控制，本文提出了一些减小纵扭干涉的具体措施，从而在设计阶段，就可以使制动跑偏问题得到有效控制。
关键词：钢板弹簧纵扭瞬时中心（Leaf Spring; Wind Up; Instantaneous Center）在一些自主开发的车型中，其悬架和转向系的匹配往往由于考虑不周，发生制动跑偏问题。
这种跑偏不可能从调整左右制动器的制动力分配来解决，而应从分析板簧的变形运动学，即垂直跳动和纵扭的变形轨迹来解决。
本文着重阐述纵扭问题。
1．理论假设无论是多片簧或少片（包括单片）变截面簧，都希望设计成等应力梁，即各片之间及沿片长方向都是等应力的。
实际上，由于端部卷耳、根部中心孔等结构上的原因，以及等寿命（比例尺效应）的考虑，钢板弹簧的轮廓线不可能是等应力梁，但却是近似的等应力梁。
为了方便理论分析，在许多地方均假设钢板弹簧是一根等应力梁。
根据材料力学小挠度梁的变形理论，若沿片长厚度相同，等应力梁受力后的曲率变化均相同。
也就是说，如果钢板弹簧原始状态是直线或整圆弧的，则在承载变形后，仍保持是整圆弧的，即，其主片沿整个片长是一个半径随载荷而变化的圆弧。
这个假设及结论对于垂直跳动和纵扭变形均有效，但不要忘记这个前提及以下的分析均是近似的。
2．垂直跳动时的变形轨迹已有的文献对此已给出了明确的结论，其中SAE手册《叶片弹簧的设计与应用》给出了“三杆机构”的作图求解法，对于非对称和对称式板簧都适用。
但此方法比较麻烦，特别对于对称式板簧，早已有了更简捷的方法。
郭孔辉院士的《汽车操纵动力学》中附录E《板簧变形运动学分析及其应用》对此在理论上作了严谨的分析，涉及这方面内容的结论是正确的，且与SAE方法一致。
钢铁制弹簧的波形稳定性与变形能力研究
钢铁制弹簧的波形稳定性与变形能力研究摘要：弹簧是一种常见的机械元件，在工业和日常生活中广泛应用。
本文研究了钢铁制弹簧的波形稳定性与变形能力。
通过实验和分析，我们发现弹簧的波形稳定性与其所使用的材料和制造工艺密切相关。
我们还探讨了弹簧的变形能力对其功能的影响。
研究结果对于优化弹簧设计和制造过程具有重要的指导意义。
1. 引言弹簧作为一种能够储存和释放能量的装置，在自动化机械、汽车工业、家具制造等领域得到广泛应用。
弹簧的波形稳定性和变形能力是评估其性能的两个重要指标。
2. 材料与制造工艺钢铁是制作弹簧的常见材料之一。
材料的选择和处理工艺对弹簧的性能有着重要影响。
一般来说，高硬度和高强度的钢铁材料使得弹簧能够承受更大的负荷和变形。
同时，使用适当的制造工艺，如冷却和热处理，可以改善材料的性能并提高弹簧的波形稳定性。
3. 弹簧的波形稳定性研究通过实验和数值模拟，我们研究了钢铁制弹簧的波形稳定性。
实验结果表明，弹簧的波形稳定性与材料的强度、弹性模量以及制造工艺有关。
当材料强度过高时，弹簧容易发生塑性变形，导致波形失稳。
而当材料强度过低时，弹簧可能无法承受预期的负荷。
因此，需要找到适当的材料和制造工艺来平衡弹簧的波形稳定性和强度。
4. 弹簧的变形能力研究弹簧的变形能力是指弹簧在承受负荷时能够产生多大的变形。
通过实验和数值模拟，我们研究了钢铁制弹簧的变形能力。
实验结果显示，弹簧的变形能力与材料的弹性模量和形变限制有关。
弹性模量越大，弹簧能够产生的变形越小。
而形变限制则限制了弹簧的最大变形程度。
因此，在设计弹簧时需要综合考虑材料的弹性模量和形变限制，以满足特定应用的要求。
5. 优化弹簧设计和制造通过对弹簧的波形稳定性和变形能力进行研究，我们可以优化弹簧的设计和制造过程。
首先，选择合适的钢铁材料和制造工艺，确保弹簧具有良好的波形稳定性。
其次，根据特定应用的要求，确定弹簧的变形能力和负荷承受能力，以提供最佳的性能和寿命。
2汽车钢板弹簧的性能、计算和试验
2汽车钢板弹簧的性能、计算和试验汽车钢板弹簧的性能、计算和试验东风汽车公司技术中心陈耀明1983年3月初稿2005年1月再稿目录前言（2）一．钢板弹簧的基本功能和特性（3）1.汽车振动系统的组成（3）2.悬架系统的组成和各元件的功能（6）3.钢板弹簧的弹性特性（7）4.钢板弹簧的阻尼特性（12）5.钢板弹簧的导向特性（14）二．钢板弹簧的设计计算方法（17）1.单片和少片变断面弹簧的计算方法（17）2.多片钢板弹簧的刚度和工作应力计算（24）3.多片弹簧各单片长度的确定（32）4.多片弹簧的弧高计算（36）5.钢板弹簧计算中的几个具体问题（43）三．钢板弹簧的试验（46）1.钢板弹簧的静刚度测定（46）2.钢板弹簧的动刚度测定（50）3.钢板弹簧的应力测定（52）4.钢板弹簧单片疲劳试验（53）5.钢板弹簧总成疲劳试验（54）前言本文是为汽车工程学会悬架专业学组所办的“减振器短训班”撰写的讲义，目的是让汽车减振器的专业人员对钢板弹簧拥有一些基本知识，以利于本身的工作。
内容分为三部分：钢板弹簧的基本功能和特性，设计计算方法，以及试验等。
因为这部分内容非本次短训班的重点，所以要求尽量简单扼要，也许有许多不全面的地方，只供学习者参考。
有关钢板弹簧较详细的论述，可参考本学组所编的“汽车悬架资料”。
一．钢板弹簧的基本功能和特性1.汽车振动系统的组成汽车在道路上行驶，由于路面存在不平度以及其它各种原因，必然引起车体产生振动。
从动态系统的观点来看，汽车是一个多自由度的振动系统。
其振源主要来自路面不平度的随机性质的激振，此外还有发动机、传动系统以及空气流动所引起的振动等等。
为改善汽车的平顺性，也就是为减小汽车的振动，关键的问题是研究如何对路面不平度的振源采取隔振措施，这就是设计悬架系统的根本目的。
换言之，就是在一定的道路不平度输入情况下，通过悬架系统的传递特性，使车体的振动输出达到最小。
当研究对象仅限于悬架系统时，人们往往把车体当为一个刚体来看待。
汽车多片钢板弹簧动态特性分析的一种方法
１ 多 片 钢 板 弹 簧 的 建 模
１ １ 基 本 假 设 ．
钢 板弹 簧簧 片 间作用 力必 须满 足 变形 协调 条 件和 力 的边界 条件 ， 由于各 簧 片是 层叠 在一 起运 动 的 ， 没有 发 生脱层 现 象 ， 文 提 出如下 假设 ： 本 （ ） 板弹 簧左 右对 称 ， １钢 当用 骑 马 螺栓 在 车 桥 上 固定 后 ， 可认 为钢板 弹 簧几 何 模 型 为 层合 曲线 悬
摘 要 ： 出 了分 析 汽 车多 片钢 板 弹 簧 动 态 特 性 的 一 种 新 方 法 。 基 于 曲 线 梁 理 论 ， 合 出 一 种 全新 的适 合 于 汽 提 整 车 多 片 钢 板 弹 簧 动 态 特 性 分 析 的～ 阶矩 阵 微 分 方 程 ， 借 助 于 精 细 积 分 法 建 立 了 一 种 高 精 度 的计 算 方 法 。 文 并 中结 合 实 例 计 算 ， 过 与 有 限 元 法 的 比较 ， 证 了 该 方 法 的 正确 性 。 通 验 关 键 词 ： 片 钢 板 弹 簧 ； 态 特 性 ； 线 梁 ； 细 积 分 法 多 动 曲 精
臂 梁 ， 图 １ （ ） 板 弹 簧各 相 邻 簧 片 间沿 整 个 长 见 ；２ 钢 度无 间 隙接触 ； ３ 忽 略摩擦 力 的影 响 ， （） 假设 钢 板 弹 簧簧 片 间只有 垂 直方 向 的作用 力 。
１ ２ 曲 梁 单 元 的 力 学 模 型 ．
曲梁 单元 的力 学模 型 如 图 ２所 示 ， 中 ． 曲 其 ８是 线 坐标 ， ）是 曲 梁 单 元 的法 向 位 移 ， （ （ ｕ 卢）是 切
展 和在 工程 中的成 功应用 ， 文献 ［ ４ 采 用有 限元 法对 钢 板 弹簧 进 行 动态 特 性分 析 。有 限元 法具 有计 ３— ］ 算适 应 面广 ， 有较 多通 用程 序 可供 应用 的特 点 ， 它仅适 用 于 中低频 分析 。而钢板 弹 簧在颠 簸 不平 的 且 但
钢板弹簧特点解析
钢板弹簧特点解析钢板弹簧特点解析钢板弹簧是一种常见且广泛应用于各行业的弹簧类型。
它由一系列平行排列并通过螺旋弯曲形成的钢板组成。
钢板弹簧具有许多独特的特点和优势，本文将对其进行详细的解析。
1. 强度和耐久性:钢板弹簧由高质量的钢板制成，因此具有出色的强度和耐久性。
这使得它们能够承受重负荷和持久的使用，在各种应力和变形条件下保持其功能和形状。
2. 大变形能力:与其他类型的弹簧相比，钢板弹簧具有更大的变形能力。
它们可以在不失去性能和形状的情况下，经历大幅度的变形。
这对于各种机械和结构应用非常重要，因为它们需要能够适应不同的工作条件和变化。
3. 高重量比:钢板弹簧具有较高的重量比，即它们在给定的加载条件下能够承受更大的力量而不会增加很多重量。
这使得它们在要求轻量化设计和节省空间的应用中特别有用，如汽车工业、航空航天、机械制造和电子设备等。
4. 常数力量和线性性能:钢板弹簧通常具有良好的力-位移线性性能，这意味着它们在加载和变形过程中可以提供相对恒定的力量。
这对于许多应用场景非常重要，如减震系统、悬挂系统和控制系统等，需要精确的力量输入和响应。
5. 抗疲劳性能:钢板弹簧经过适当的设计和处理，可以具有良好的抗疲劳性能。
这意味着它们可以在长期循环加载和变形条件下保持其功能和寿命，而不会出现塑性变形或失效。
这使得它们在需要长期可靠性和持久性的应用中非常有价值。
总结和回顾：钢板弹簧是一种独特且多功能的弹簧类型，具有强度和耐久性、大变形能力、高重量比、常数力量和线性性能以及抗疲劳性能等特点。
这些特点使得钢板弹簧在各种领域广泛应用，包括机械制造、汽车工业、电子设备和航空航天等。
通过深入了解和掌握钢板弹簧的特点，我们可以更好地选择和应用它们，以满足不同应用领域的需求。
钢板弹簧的特点和优势对于工程师、设计师和制造商来说都非常重要。
在设计和使用过程中，考虑到其强度、变形能力和抗疲劳性能等因素是至关重要的，以确保钢板弹簧在实际应用中具有高质量、可靠性和持久性。
钢板弹簧的作用及工作原理
钢板弹簧的作用及工作原理
钢板弹簧又称为螺旋弹簧，它是一种由多个矩形钢板叠加而成的弹簧，广泛应用于汽车、机械、建筑等行业中。
以下是钢板弹簧的作用及工作原理：
1、钢板弹簧的作用：
2、支撑和减震：钢板弹簧可以支撑和承受汽车、机械等设备的重量和冲击，同时也可以在行驶过程中吸收和缓冲振动，起到减震的作用。
3、节约空间：相对于螺旋弹簧而言，钢板弹簧具有更大的刚度和稳定性，同时占用空间较小，可以更好地适应各种空间限制。
4、维护方便：钢板弹簧在使用寿命内，可以通过调整、更换、修复等方式进行维护，成本较低。
5、钢板弹簧的工作原理：
6、钢板弹簧的组成：钢板弹簧主要由多个矩形钢板组成，通常包括主片、副片、端部固定装置和中间固定装置等部分。
7、钢板弹簧的工作过程：当汽车、机械等设备需要承受重量和冲击时，钢板弹簧会根据需要产生相应的变形。
在弹性变形范围内，钢板弹簧可以通过弯曲、拉伸等方式吸收能量，减轻设备的振动和冲击。
8、钢板弹簧的特性：钢板弹簧具有良好的减震效果和可靠性，可以满足多种不同的需求。
同时，钢板弹簧的刚度和稳定性较高，可以适应不同的工作条件和环境。
总之，钢板弹簧作为一种常见的弹性元件，其作用和工作原理需要在实际应用中进行深入了解和掌握。
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图 & 插值于四条边界的类双线性 J . *--1F 曲面片 (02R & 51B;CS-<,B0-1 J . 8--1F S,B?+
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中图分类号：J4&ON
文献标识码：W
动的研究还没有见到。与其它弹性元件不同的是，通常把钢板 弹簧的振动简化为不同梁的横向振动。随着车速的提高，高频 振动的影响越来越显著。以减少高频振动为目标的悬架设计也
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引起人们的重视，为此需要探讨钢板弹簧的波动传递特性。由 于缺乏可参考的文献资料，因此对钢板弹簧悬架高频振动的研 究从单片弹簧入手。也就是从单片弹簧的振动传递的本质入手 进行研究，以此为基础进行复杂弹簧高频振动的研究。在实际 中需要对钢板弹簧的特性进行细微的描述。
方法可以得出梁作简谐振动的振动形态，也即梁振动的主振型 为简谐振动。简谐波是理想化的行波，其固有频率也是简谐振 动的固有频率。在现有的资料中， 这种解法极为普遍， 并且已被 认可和接受。通过此种得到的结果只是悬臂梁弯曲自由振动的 （- ） （$ ） 、 、 一种可能形式， 不能代表所有的自由振动形式。从式 （. ） 可以了解到， 三种情况下梁的固有频率是不一致的。以上所 述是用频域描述波动方程， 在应用时应考虑限定条件。
【摘要】 对钢板弹簧三种波动方程进行分析， 针对不同的波动方程， 分别提出求解钢板弹簧传递 特性的方法， 并推导出弹性波在钢板弹簧中的传递速度， 对沿弹簧传播的位移、 速度、 应力、 应变和 作用力的传递特性进行了探讨。 推导了钢板弹簧不同传递波的波阻公式， 为钢板弹簧的波动理论建 模及实际应用提供参考。 关键词：钢板弹簧；三种波动方程；传递特性 【!"#$%&’$】()*++ ,-$+ +.#-/0123 14 3/++5 36*027 -*+ -2-589+:" -;;1*:027 /1 :044+*+2/ ,-$+ +.#-/0123" *-03027 /)+ 2+, <+/)1: /1 402: 315#/012 /1 /)+ /*-23<033012 ;)-*-;/+* 14 3/++5 36*027" ;12;5#:027 /)+ +5-3/0; ,-$+ /*-23<033012 $+51;0/8 02 /)+ 3/++5 36*027" :03;#33027 /)+ /*-23<033012 ;)-*-;/+*3 14 :0365-;+<+2/、 $+51;0/8、 3/*+33 3/*-02 -2: 41*;+ 14 /)+ 36*027 /*-23<033012= >12;5#:027 /)+ ,-$+ *+303/-2;+ +.#-/012 14 3/++5 36*027 -2: <-?027 41#2:-/012 41* /)+ ,-$+ /)+1*8 <1:+5027 -2: 6*-;/0;-5 -6650;-/012 14 3/++5 36*027= ()* +,%-#. /$))0 #1%234；56%)) +&7) )89&$2,3#；5%&3#:2##2,3 ’6&%&’$)%
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钢板弹簧的波动传递特性分析!
符朝兴 师忠秀 刘大维 ! 青岛大学 机电工程学院，青岛 "##$%& ’
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在车辆悬架的弹性元件。在模拟分析弹簧的隔振效果时H 通常 将钢板弹簧的质量及具体结构予以忽略 H 但对钢板弹簧高频振
!来稿日期： "$$N . $U . &K !基金项目T 辽宁省教育厅 ! "$"&#OOK& ’ 资助项目
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（5 ）
按照波动理论， 当物体的一端被扰动后需要经过一段时间到 达另一端，设物体的长度为 3，则扰动从弹簧的一端传到弹簧的 另一端的时间为 & % 3 4 2。再设冲击激励的时间为 &!。如果扰动 在波动的传播过程中， 如果物体在传 的时间足够长， 即 & &!6 & ’ ， 播方向上是均质、连续、形状一致，那么波的传递速度就不会改 变( 也就是扰动的波形不会改变。只有冲击波到达传动物体的另 一端开始返回时， 其波形开始改变。如果扰动的时间很短， 即 & &! 那么在扰动到达另一端之前波形就会改变。从上面的分析 7&’， 中可以了解到， 冲击波形的改变， 不但与波动传动物体的形状有 关， 还与激励波的波长有关， 也就是说与冲击的时间有关。 因此研 究物体冲击响应， 不但要考虑物体自身因素， 也应该考虑激励因 &,’ （5） 是一个变量， 不适于用波动理论分析物体受到 素的影响。 但式 激励时的响应。通过上面的分析可知， 梁的弯曲振动是对梁整体 长度的振动分析， 是物体的一种变形的响应分析。