基于Catia的钢板弹簧三维模型构造及运动轨迹分析
catia钢板弹簧建模流程
catia钢板弹簧建模流程
以下是卡迪亚(CATIA)钢板弹簧建模的流程:
catia钢板弹簧建模流程
1. 启动CATIA软件,创建新的Part文件。
2. 设置绘制约束和单位。
通常情况下,钢板弹簧采用毫米(mm)作为基本单位。
3. 根据设计要求,绘制弹簧的剖面草图。
通常包括矩形、圆形等基本几何图形的组合。
4. 利用拉伸功能,将二维草图拉伸生成三维实体特征。
5. 利用阵列功能,沿螺旋轨迹复制实体特征,从而生成弹簧的螺旋形状。
6. 根据需求调整螺旋半径、螺距、圈数等参数。
7. 如需生成非圆形螺旋弹簧,可以在草图中设计出所需的截面曲线,然后执行相同的拉伸和阵列操作。
8. 检查模型几何尺寸,确认符合设计要求。
9. 对于需要添加安装装置的情况,可以绘制新的草图并通过拉伸、阵列等操作生成相应零件。
10. 最后可将弹簧及其他部件组装生成产品装配体。
11. 生成模型后可进行仿真分析、渲染等后续工作。
按照上述流程逐步操作,即可在CATIA中建模出所需的钢板弹簧。
需要注意的是,对于较复杂的结构,可能需要运用局部操作、参数化等高级建模技术。
基于基础知识进行的钢板弹簧式悬架运动校核
基于基础知识进行的钢板弹簧式悬架运动校核艾磊【摘要】Use the“DMU Kinematics”orders of CATIA、Orders of UG、Vehicle structure based on knowledge,We can restrict the unsymmetrical tapered spring clamp、Symmetrical spring clamp suspension motion simulation and calculation analysis,Obtain the motion of suspension、movement principium, Whether the request around of the wheel movement and the spare parts past muster or not.%运用CATIA三维数字模型“DMU Kinematics”模块、UG建模模块、汽车构造基础知识，分别对非对称变截面钢板弹簧、对称式钢板弹簧进行运动数字模拟及模型理论计算分析，获得悬架运动模型、运动原理，验证传动轴运动滑移曲线、车轮跳动与周边件空间间隙是否符合设计要求。
【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2014(000)011【总页数】3页(P75-77)【关键词】传动轴;非对称变截面钢板弹簧;对称式钢板弹簧;板簧式悬架【作者】艾磊【作者单位】长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000【正文语种】中文【中图分类】U463.8CLC NO.:U463.8Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)11-75-03钢板弹簧式悬架运动是通过钢板弹簧的运动变形体现车轮位移的变化，本文探讨对钢板弹簧式悬架运动分析。
根据钢板弹簧式悬架体现车轮跳动的轨迹，且车轮上下跳动位置的不同，传动轴需要设计轴向移动量，进而可以获得传动轴动运包络及传动轴移动端的滑移曲线、分析传动轴的万向节工作角度及滑移量、进行相传动轴与周边件空间关系的校核，可根据车轮跳动的轨迹对车轮运动至极限位置时，车轮与周边零部件空间关系的校核。
基于多体动力学的钢板弹簧建模方法研究
基于多体动力学的钢板弹簧建模方法研究钢板弹簧是一种常见的机械零部件，广泛应用于汽车、航空、军工等领域。
在设计过程中，必须准确地确定其力学特性，因此需要建立相应的数学模型。
传统的理论方法主要是通过分析和求解微分方程来得到钢板弹簧的受力状态和弹性变形，但是这种方法并不适用于复杂的几何形状和非线性受力情况。
为了解决这个问题，多体动力学方法成为一种重要的建模技术。
多体动力学是一种基于质点系统的分析方法，可以考虑到各个物体之间的相互作用和碰撞，可以用于描述任意形状的结构的动力学行为。
钢板弹簧可以看作是由许多离散的质点组成的一个连续体，每个质点受到周围质点的作用力和外部力的作用。
因此，可以运用多体动力学的思想来建立钢板弹簧的模型。
钢板弹簧可以看作是由若干个薄板组成的结构，每个薄板可以看作是一个刚体，它的质量、刚度和阻尼都可以通过物理实验测量得到。
在模型中，每个薄板对应一个质点，它的位置和速度可以表示出该薄板的运动状态。
每个质点之间的作用力可以通过受力分析得到，作用力的大小和方向受到相邻质点之间的距离和速度差的影响。
在多体动力学模型中，钢板弹簧的运动可以通过求解牛顿运动方程得到。
牛顿运动方程描述了物体在受到力作用下的运动状态，可以通过数值迭代方式计算出下一个时间步的位置和速度。
因此，可以通过多体动力学方法模拟出钢板弹簧在不同外部载荷下的受力情况和形变情况，从而进一步分析和优化设计方案。
总之，多体动力学方法是一种基于质点系统的建模方法，可以用于建立任意形状的结构的动力学模型。
钢板弹簧是一种常用的机械零部件，可以通过多体动力学方法建立其数学模型。
通过该模型，可以分析钢板弹簧在复杂载荷下的受力情况和弹性变形情况，为钢板弹簧的设计和生产提供理论依据。
在应用多体动力学方法建立钢板弹簧模型时，需要首先确定模型的几何形状和材料特性。
钢板弹簧通常具有复杂的几何形状，其内部布局和刚度分布都会对受力性能产生较大的影响。
因此，需要通过数值仿真分析的方式来确定最佳的钢板弹簧设计。
基于AdamsCar的钢板弹簧建模及仿真应用研究
基于Adams/Car的钢板弹簧建模及仿真应用研究马天飞，佐安康吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室，长春 130022【摘要】：简单介绍了利用铁木辛柯梁模拟钢板弹簧的基本理论，使用MSC Adams/Car软件建立了不考虑片间摩擦作用的钢板弹簧参数化模型。
进行平行轮跳试验仿真。
将所建立的钢板弹簧悬架系统应用于某商用车整车模型，进行平顺性仿真分析并利用道路试验验证了钢板弹簧模型的正确性。
通过修改关键参数迅速重新构建钢板弹簧模型以改善整车平顺性，为改进钢板弹簧设计方案提供了依据。
【关键词】汽车，钢板弹簧，参数化建模，仿真，MSC Adams/CarThe Model And Application Research 0f Leaf-spring With MSC Adams/CarMa Tianfei, Zuo AnkangState Key Laboratory of Automobile Dynamic Simulation, Changchun 130022 Abstract: The common theory of building leaf-spring model with beam method is introduced simply. The leaf-spring model with various stiffness values is built by using MSC Adams/Car without considering the friction between the leaves. The simulation of parallel wheel travel is carried out. The full vehiclemulti-body dynamics model is created in Adams/Car. The simulation of ride performance is carried out, and its results are conformable to that of vehicle test on proving ground. Therefore, it proves that virtual prototype model is correct and believable. The stiffness value used in the simulation of ride performance can be got through adjusting the key parameters of the beam, the analysis can provide evidence in designing leaf-spring.Key words: vehicle，leaf-spring model，parametric_modeling，simulation，MSC Adams/Car1 引言随着计算机技术的发展，多体动力学方法在汽车仿真领域应用的越来越广泛。
汽车钢板弹簧有限元设计分析
摘要钢板弹簧是汽车非独立悬挂装置中常用的一种弹性元件。
其作用是传递车轮与车身之间的力和力矩，缓和由于路面不平而传递给车身的冲击载荷，衰减冲击载荷所引起的振动，保证车辆的行驶平顺性。
钢板弹簧结构简单，维修方便，成本低廉，在悬挂系统中可兼起导向作用，因此得到极为广泛的应用。
本文在对多片钢板弹簧结构应力有限元分析的基础上，对根据课题要求设计的钢板弹簧的合理性进行验证。
利用PRO/E软件建立钢板弹簧的三维实体模型，根据建成的钢板弹簧三维模型，利用ANSYS软件进行映射网格划分，并在两簧片的接触区域生成ANSYS软件所提供的接触单元，建立起多片钢板弹簧的有限元模型。
通过适当的特性选取，模拟簧片间的非线性接触。
模拟装配夹紧过程施加的载荷约束，并计算该过程中钢板弹簧内部产生的预应力，验证钢板弹簧设计的正确性，同时比较了少片变截面钢板弹簧相对于多片变截面钢板弹簧的优势。
关键词：多片钢板弹簧；少片变截面钢板弹簧；有限元；接触；ANSYSABSTRACTLeaf spring is an elastic component often used in dependent-type suspension on modern vehicles.It’s function is transferring the force and moment from wheel to body，decreasing the impact load from road surface，attenuating the vibration which caused by the impact load，assuring the regular running of the vehicle，Leaf spring has simpleness configuration and low manufacturing cost，it’s easy to maintain and as a guide mechanism of the suspension.Those advantages makes leaf spring be used wildly.By using the PRO/E making use of the solid model，a FE model of the multi-leaf spring is constructed by ANSYS mapped mesh.To figure out the nonlinear contact condition of the leaf spring，we use contact element type to simulate the contact region of leaf spring，and treat with the elements’attributes properly.A simulation of multi-leaf spring assemble is performed and the initial stress produced during this process is displayed，compare it to the theoretic value to confirm the FE model.Then simulate the stiffness test and calculate the stiffness value，compare it to real test value.KEY WORDS:Multi-leaf spring;taper-leaf spring;FEM;Contact;ANSYS目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 钢板弹簧简介 (1)1.2 多片钢板弹簧国内外研究现状 (1)1.3本课题研究的内容和意义 (2)第2章悬架结构形式的选择 (3)2.1 悬架概述 (3)2.2 悬架的结构形式及选择 (3)2.2.1独立悬架 (3)2.2.2非独立悬架 (4)第3章钢板弹簧的设计 (5)3.1 结构设计分析 (5)3.1.1 钢板弹簧的布置方案 (5)3.1.2 钢板弹簧的种类 (5)3.1.3 钢板弹簧断面形状 (7)3.1.4 钢板弹簧叶片端部的形状 (8)3.1.5 弹簧卷耳 (9)3.1.6 弹簧包耳 (10)3.1.7 钢板弹簧中心螺栓 (10)3.1.8 弹簧夹箍 (11)3.2钢板弹簧设计的已知参数 (12)3.2.1 钢板弹簧计算的初始条件 (12)3.2.2 满载弧高 (13)3.2.3 钢板弹簧长度L的确定 (13)3.2.4 钢板断面尺寸及片数的确定 (13)3.3 钢板弹簧各片长度的确定 (14)3.4 钢板弹簧刚度验算 (14)3.5 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算 (14)3.5.1 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高 (14)3.5.2 钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定 (15)3.6 钢板弹簧总成弧高的核算 (16)3.7 钢板弹簧的强度验算 (17)3.7.1 后钢板弹簧应力分析 (17)3.7.2 钢板弹簧卷耳内径和弹簧销直径确定及其强度核算 (17)3.8 设计总结 (18)3.9少片变截面弹簧的设计计算 (18)第4章基于ANSYS的多片钢板弹簧的有限元分析 (19)4.1 多片钢板弹簧三维模型的建立 (19)4.1.1 Pro/e三维建模简介 (19)4.1.2 钢板弹簧三维模型的建立 (20)4.2 多片钢板弹簧有限元模型的建立 (20)4.2.1有限元分析概述 (20)4.2.2 ANSYS概述 (21)4.2.3 多片钢板弹簧有限元模型的建立 (21)4.2.4 多片钢板弹簧的接触定义 (22)4.3 多片钢板弹簧的计算结果分析 (23)4.3.1 钢板弹簧的装配过程分析 (23)4.3.2 钢板弹簧满载应力分析 (27)4.4 少片变截面钢板弹簧满载应力分析 (28)第5章结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录1 图纸潍坊学院本科毕业设计第1章绪论1.1 钢板弹簧简介板弹簧作为悬架的组成部分是汽车上非常重要的一个部件，一般用钢板组成，对整车的性能有着很大的影响。
基于Catia的钢板弹簧三维模型构造及运动轨迹分析
基于Catia的钢板弹簧三维模型构造及运动轨迹分析作者：孙超来源：《现代装饰·理论》2011年第08期摘要本文介绍了汽车用钢板弹簧的三维模型构造方法，以Catia的草图绘制为基础研究了其结构形式。
根据非独立后悬架运动学原则，利用模型的空间位置为开发平台，在整车坐标下验证钢板弹簧运动轨迹。
通过逐点对比分析与实际的偏差，保证了制作精度。
本文提出建模的及验证方法操作简单、变化灵活，易于变载荷后的后悬钢板弹簧匹配及建模。
而且较之绘图法做出的轨迹曲线更直观、更精确。
这对得到高精度的三维模型和运动分析具有重要意义。
关键词 Catia 钢板弹簧三维模型运动轨迹1.国内钢板弹簧设计的行业背景钢板弹簧作为汽车悬架中重要组成部分，对汽车性能有着重要影响。
但它并非最终产品，而是隶属于其他产品的零部件，对主机厂的依赖性很大。
过去基本上是主机厂负责悬架弹簧设计，钢板弹簧企业按图纸加工，而现在一些主机厂则需要零部件厂家共同参与产品的设计和开发。
但在现阶段车型多元化的生产机制下，同平台改型已经成为钢板弹簧量产设计的主要方向。
在已有平台的基础上，快速、准确做出改型车的零部件配套设计，已经成为主机厂对零部件企业的主要要求。
2.钢板弹簧的建模过程与运动轨迹分析3.1平台选择与研究背景Catia的sketch模块是一个具有空间约束能力的几何构造系统，它除了提供基本的线条样式之外，还能起到更贴近空间位置的作用。
这种空间开发环境可以改变二维作图的弊病，极大提高开发者的效率，更便于CAD为核心的三维模型一体化开发。
本文以某款微车的改型开发为例，在车身硬点不变的情况下，改变整车载荷后，为满足姿态角要求，重新匹配各弹簧刚度，通过构造板簧曲线完成底盘系统的后悬架三维模型。
并以绝对约束作为输入条件，绘制各个典型状态下的曲线，从而完成运动轨迹的描绘。
然后使之与教科书中的二维绘图法做出的运动轨迹对比，逐点分析偏差。
然后与实际车空、满载情况下板簧扫描出的点云位置对比，保证设计的准确性。
CATIA弹簧的创建 -工程
CATIA弹簧的创建 -工程1. 弹簧的定义和基础知识弹簧是一种能够弹性地变形并具有反弹力的机械构件。
经常用于工业、汽车工程、航空航天和机械制造等领域。
它分为压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧、扭杆弹簧等多种类型，应用环境和载荷的不同类型也不同。
1.1 弹簧的用途弹簧通常有以下使用目的：•控制或减小震动和冲击•阻尼振动•储存和释放能量•将物体或部件定位在特定位置•调节力量和压力等参数1.2 弹簧的工作原理弹簧由金属线或带制成的螺旋状构造，在外力作用下可以弹性地变形。
当外力去除时，弹簧会通过恢复力回到原来的形状和长度。
弹簧的变形量按照荷载而变化，理论上呈线性关系分布。
2. CATIA中的弹簧创建在CATIA中，可以通过几种不同的方式创建弹簧。
我们先学习最常用的方式，也是最为简单的方法。
2.1 创建基础草图首先打开CATIA软件，选择创建一个新的零件。
在草图工作区中创建一个圆，圆的大小可以通过您的工程要求进行配置。
选择适当的圆心并确定圆的半径。
然后，通过“线段”工具绘制基础形状。
将“线段”从圆的边缘向外延伸。
接下来通过基础形状的顶点，在“辅助线”工具中添加两条辅助线。
它们将帮助我们定位“弹簧”的绕线方向和位置。
选择“样条曲线”工具，在第一个基础形状的顶点处开始创建一个曲线。
在这个圆上创建尽可能平滑的曲线，并且跟随第二个辅助线的方向。
然后，选择“绕线”工具来创建弹簧的每一个绕线。
使每一个线圈之间距离相等，并且线圈平滑无间断。
通过使用“修剪”工具来移除基础形状，最终完成草图。
2.2 创建弹簧的旋转特征现在，我们将使用“旋转”工具将草图转化为弹簧的3D模型。
首先，选择“旋转特征”工具，你可以在菜单栏的“机械设计模块”中找到。
为了在3D模型中增加轴向对齐，选择并创建一个轴线的草图。
在轴线的草图中，旋转模型的每个绕线的一整个圈的距离。
选择弹簧的轴线，设置弹簧的绕制方向，并进行绕线数量注释。
此时你就成功地创建了弹簧的形状。
CATIA做运动分析
CATIA做运动分析
1.将某一单元的装配图XX-01-00复制一个重命名为：XX-01-motion，打开后将所有参与运动分析的部件以Part文件的形式置于根目录下（其中气缸杆和缸体分为两个Part），并删除所有的约束关系。
2. 将CATIA运行的模式由装配设计模式改为DMU Kinematics模式运行。
3.
4.
5. 双击装配树中的固联双击出现对话框，按下Ctrl+Shift键同时用鼠标选取其
6.
7. 选中铰支点处孔中心线对孔中心线，再选中两个在同一
8. 选中气缸旋转点处孔中心线对孔中心线，再选中两
9. 选中气缸铰接头处孔中心线对孔中心线，完成后点
10.
11.
行运动快慢的调节（数值为总运动过程所分的步数）。
12. 运动完成点
13.删除非运动部件，保存。
14.在装配设计下打开XX-01-00单元，将XX-01-Motion装入，编辑颜色使用。
本单元运动分析完成。
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１．国内钢板弹簧设计的行业背景
钢板弹簧作为汽车悬架中重要组成部分，对汽车性能有着重要影响。
但它并非最终产品，而是隶属于其他产品的零部件，对主机厂的依赖性很大。
过去基本上是主机厂负责悬架弹簧设计，钢板弹簧企业按图纸加工，而现在一些主机厂则需要零部件厂家共同参与产品的设计和开发。
但在现阶段车型多元化的生产机制下，同平台改型已经成为钢板弹簧量产设计的主要方向。
在已有平台的基础上，快速、准确做出改型车的零部件配套设计，已经成为主机厂对零部件企业的主要要求。
２．钢板弹簧的建模过程与运动轨迹分析
3.1 平台选择与研究背景
Catia的sketch模块是一个具有空间约束能力的几何构造系统，它除了提供基本的线条样式之外，还能起到更贴近空间位置的作用。
这种空间开发环境可以改变二维作图的弊病，极大提高开发者的效率，更便于CAD为核心的三维模型一体化开发。
本文以某款微车的改型开发为例，在车身硬点不变的情况下，改变整车载荷后，为满足姿态角要求，重新匹配各弹簧刚度，通过构造板簧曲线完成底盘系统的后悬架三维模型。
并以绝对约束作为输入条件，绘制各个典型状态下的曲线，从而完成运动轨迹的描绘。
然后使之与教科书中的二维绘图法做出的运动轨迹对比，逐点分析偏差。
然后与实际车空、满载情况下板簧扫描出的点云位置对比，保证设计的准确性。
3.2 设计流程
图1 建模流程图
对于整车姿态的要求，由设计要求给出，结合外形特点、路况要求等。
对于板簧参数的提供，由以上输入条件计算得出。
实车扫描位置，由实验数据给出；二维绘图法在硬点基础上绘制得出。
3.2.1 输入要求
根据载荷变化和姿态角要求计算得到板簧设计参数，平面设计如下：
空载弧高；满载弧高
；自由弧高；
主片簧长度
、厚度、厚度；
下夹板有效长度；
前卷耳直径
；后卷耳直径；
3.2.2 主片簧曲线绘制
选取吊耳中心平面，开始按板簧图纸绘制主片簧曲线。
在约束几何关系的同时，调整圆弧长度以满足主片簧长度的设计要求，同时按照空载弧高设计出曲线，如图2：
图中曲线须满足，前卷耳中心与前吊耳轴线重合，后卷耳中心位于以后
吊耳轴线为中心半径的圆弧上。
同时须满足对称板簧设计，前弧和后弧度均为440mm。
夹紧段与水平面成。
同上述空载曲线，调整板簧弧高至满载要求，改变卷耳切点位置，调整圆弧长度满足主片簧长度设计要求，完成满载状态板状曲线的绘制，如图引入后悬中缓冲块模型，根据几何关系，由空载状态计算出缓冲块中心至主片簧中心距离，上极限位置取缓冲块压缩至1/2处，达到此状态时主片簧已出现反拉，且原曲线由两段圆弧变为四段圆弧。
完成几何约束，绘制上极限位置曲线。
如图3
将板簧向下拉至最低处，约束满足主片簧长度，做出下极限曲线，如图4。
引入减震器模型，以空载状态为约束原点，将其做伸缩运动。
其最长伸长量应比下极限位置的伸长量略大。
最大压缩量应大于缓冲块压缩至1/2处时缩短量。
将后卷耳中心与下极限曲线在后卷耳位置的切点连线，其与切线角度应小于180度。
以避免下极限时出现钢板弹簧反背现象。
3.2.3 运动轨迹分析
将上述各典型位置板簧曲线中心点连接成一条光滑曲线，形成板簧的运动轨迹，如图5。
按照教科书中二维绘图法，取出理论轨迹的圆心和半径:
旋转中心：在纵向与卷耳中心相聚/4
（为卷耳中心到前U形螺栓中心距离）；
在高度方向上与卷耳中心相聚e/2（e为卷耳半径）。
旋转半径：连接旋转中心与板簧中心安装点。
绘制出板簧理论运动曲线，如图5。
由图可见，描点法生成的轨迹线较之理论曲线有绕空载中心顺时针旋转约0.65度的趋势。
引入空载满载车体点云，取出板簧中心点位置，进行对比。
发现满载时中心点较之描点法生成的曲线X正向偏差为0.12mm，由此可说明实际曲线相对于描点曲线仍有绕空载中心的顺时针旋转趋势。
故描点曲线比理论曲线更接近与实车位置。
基于Ｃａｔｉａ的钢板弹簧三维模型构造及运动轨迹分析
孙超 中国汽车工程研究院汽车轻量化工程技术研究中心 重庆 ４０００３９
摘要 本文介绍了汽车用钢板弹簧的三维模型构造方法，以Ｃａｔｉａ的草图绘制为基础研究了其结构形式。
根据非独立后悬架运动学原则，利用模型的空间位置为开发平台，在整车坐标下验证钢板弹簧运动轨迹。
通过逐点对比分析与实际的偏差，保证了制作精度。
本文提出建模的及验证方法操作简单、变化灵活，易于变载荷后的后悬钢板弹簧匹配及建模。
而且较之绘图法做出的轨迹曲线更直观、更精确。
这对得到高精度的三维模型和运动分析具有重要意义。
关键词
Ｃａｔｉａ 钢板弹簧 三维模型 运动轨迹
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设计实践 / DESIGN PRACTICE
3.2.4 板簧三维模型生成
以上已经得到板簧各状态下的曲线，取空载状态为数模状态，将空载状态下主片簧曲线通过Y 向拉伸成面并增厚，按板簧设计图纸所要求厚度宽度等完成三维模型设计，按照相贴合的偏置性原则，依次完成其他各片板簧及附
件设计。
图2
满载主片簧曲线
图3
上极限主片簧曲线
图4
下极限主片簧曲线
图5 运动轨迹分析
３．结束语
本文介绍了基于Catia 的钢板弹簧三维模型建模技术及运动轨迹分析方法，利用其强大的建模功能，以草图拉伸法为例详细介绍了建模原理、方法、步骤。
并在理论曲线和实际点云的对比下精确地给出了高精度的空载板簧模型，极大方便了变载荷后的后悬板簧再设计，缩短了制造周期，对我国发展多元型汽车工业制造技术具有重大意义，
同时也是对参数模块化设计方法的一种
有益尝试。
参考文献
[1]张英会. 弹簧手册. 机械工业出版社. 1997[2]林金木. 钢板弹簧设计计算. 汽车工程. 1995.03期[3]郑银环. 汽车钢板弹簧计算模型研究. 武汉理工大学. 2005。