摘 要

本文旨在为某牵引车型设计合理的中、后桥平衡悬架系统。

其中主要的工作内容包括：

1. 平衡悬架典型工况受力分析；
2. 钢板弹簧总成与悬架推力杆的主要参数设计计算；
3. 钢板弹簧三维模型典型工况下的有限元分析；
4. 分析钢板弹簧片间摩擦对其使用性能的影响。

本文采用的是理论计算与有限元分析相结合的研究方式。在计算出钢板弹簧的具体参数之后，在CATIA软件中绘制出其实际装配后的三维模型，并在Workbench软件中通过施加不同的载荷大小来模拟其满载工况与极限工况下的应力、应变和位移分布情况。在分析摩擦力的工作中采用的是类似的方法。

分析结果表明，本文所设计的钢板弹簧是符合使用要求的。同时摩擦力的存在会影响悬架的平顺性，是需要严格控制的。

关键词：钢板弹簧；平衡悬架；有限元；片间摩擦

Abstract

This paper aims to design a reasonable tractor balanced suspension system of middle and rear axle.

The main work includes:

1.Stress analysis of balance suspension in typical operating conditions;

2.Design and calculation of the main parameters of the steel plate spring assembly and the propelling rod;

3.Finite meta-analysis of the steel plate spring’s three-dimensional model in typical operating conditions;

4.Analysis of performance influence of frictions between steel plate springs;

The theoretical calculation and finite element analysis are used in this paper. After calculating the specific parameters of the steel plate spring, I draws the three-dimensional model of the actual assembly by the CATIA software, simulates distribution of stress, strain and displacement under the conditions of full load work and limit work by burdening different loads by Workbench software. And I take a similar approach in the analysis of friction forces.

The analysis results show that the steel plate spring designed in this paper meet the operating requirements. At the same time, the existence of friction will affect the ride comfort of the suspension, and it requires strict control.

Key Words: steel plate spring, balanced suspension, finite element analysis, friction

目 录

第1章 绪论 1

1.1汽车悬架概述 1

1.2汽车悬架构件 1

1.2.1导向机构 1

1.2.2弹性元件 2

1.2.3梯形机构 2

1.2.4阻尼元件 2

1.2.5稳定装置 2

1.3汽车悬架的基本要求 3

1.4多轴汽车的平衡悬架 3

1.4.1平衡悬架原理简介 4

1.4.2平衡悬架的结构型式 4

1.5平衡悬架研究现状分析 6

1.6本设计的目标与意义 7

1.7本章小结 7

第2章 平衡悬架设计计算 9

2.1平衡悬架典型工况受力分析 9

2.1.1加速工况受力分析 9

2.1.2制动工况受力分析 11

2.1.3爬坡工况受力分析 11

2.1.4受力分析小结 12

2.2钢板弹簧设计计算 12

2.2.1钢板弹簧概述 12

2.2.2钢板弹簧主要参数的选取与计算 14

2.3推力杆设计计算 21

2.3.1推力杆概述 21

2.3.2推力杆主要参数的选取与计算 21

2.4本章小结 23

第3章 多片等厚钢板弹簧模型的建立 24

3.1钢板弹簧常用数学模型简介 24

3.1.1共同曲率法 24

3.1.2集中载荷法 25

3.1.3综合法 25

3.2钢板弹簧三维模型的建立 26

3.2.1 CATIA软件简介 26

3.2.2钢板弹簧三维模型的绘制 28

3.3本章小结 30

第4章 钢板弹簧有限元分析 31

4.1有限元分析方法基本理论 31

4.2钢板弹簧有限元模型的建立 34

4.2.1单元类型的选择 35

4.2.2网格的划分 35

4.2.3接触方式的建立 37

4.2.4载荷步的建立 38

4.3各工况下的静力学分析 39

4.3.1满载工况分析结果 39

4.3.2极限工况分析结果 41

4.3.3有限元计算结果总结 42

4.4本章小结 42

第5章 片间摩擦对钢板弹簧的影响分析 44

5.1摩擦理论简介 44

5.2片间摩擦有限元仿真分析 45

5.3本章小结 53

第6章 结论 54

参考文献 55

附录 MATLAB程序代码 56

致谢 57

第1章 绪论

1.1汽车悬架概述

汽车悬架作为汽车构造中的重要组成部分，主要用于架设和悬置汽车悬挂质体，即除了传动轴以外将汽车悬挂质体和非悬挂质体相联系的所有部件的统称。汽车悬架的主要功能包括衰减振动、缓冲、散能、承载、传递各种力和力矩以及调节车身高度等。

汽车悬架的品质，不仅决定着汽车的平顺性、操纵稳定性和车身稳定性，而且还关系着汽车动力性的发挥。与此同时，它还关系着汽车行驶系统和承载系统的动态载荷，关系着军用汽车的工作任务周期，关系着商用货车、客车运营成本的大小，关系着车辆平均技术速度的高低以及影响相关零部件的使用寿命等。

虽然汽车悬架种类多样且总成部件相对比较复杂，但在研究过程中人们习惯于将其分为三个方面：悬架型式、悬架构件和包括总布置设计等内容的悬架系统。它们三者之间具有如下关系：悬架型式由不同的悬架构件所构成，而整车和整桥的悬架系统又是由各车轮与车轴的悬架型式所决定的^[1]。

1.2汽车悬架构件

悬架构件，就是构成悬架的总成部件，它们是悬架的基础。弹性元件、导向机构、阻尼元件、梯形机构以及限位胶块和稳定装置等都是悬架系统所必需的组成部分。不过，某些零部件只要满足一定的使用条件，便可以同时具有以上多种悬架构件的功用。例如钢板弹簧，它既是弹性元件，又是导向机构。又如麦弗逊悬架（Mepherson Strut Suspension）中的减振器柱，它既是阻尼元件，又是导向机构等。

1.2.1导向机构

导向机构是导向和传力的机构，它关系着车轮相互间的位移特征并保证其间的力和力矩的可靠传递，是任何悬架都不可缺少的。此外，它不仅起着导向和传力的作用，而且还决定着悬架的独立与关联，连悬架的名称也往往是由导向机构决定的，如单纵臂悬架、双横臂悬架、半拖臂悬架等。