某轻型货车钢板弹簧的设计分析开题报告

全文总字数：3400字

1. 研究目的与意义

钢板弹簧是轻型货车悬架中应用最广泛的一种弹性元件，同时兼具弹性元件、减振元件和导向机构的功用，所以正确设计钢板弹簧对研究车辆的操纵稳定性和乘坐舒适性有着至关重要的影响。有限元法给钢板弹簧设计提供了先进的设计手段、通过有限元计算，可以找到设计中存在的问题。

2. 国内外研究现状分析

目前，在汽车悬架系统中，经常使用的弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧以及油气弹簧等。这些弹性元件有其自身的特点，适用环境也各不相同。钢板弹簧与其他弹性元件相比，不仅起着其他弹性元件的作用，而且其片间的摩擦和铰链处的摩擦还可以起到衰减部分振动的作用。钢板弹簧之所以能得到广泛地应用，除了上述作用以外，还因为它具有结构简单、工作可靠和价格低廉等特点。因此，钢板弹簧不仅在客车、货车中广泛地应用，而且在部分轿车中也有广泛地应用。 就功能而言，钢板弹簧不仅要具有一定的承载能力，而且又必须具有一定的弹性，来缓和来自路面的冲击，但两者又往往是矛盾的。此外，还要考虑板簧的实际使用情况、生产成本和制造工艺的问题。因此在设计钢板弹簧时，在满足前者的基础上，也要尽可能的满足后者的要求。 汽车钢板弹簧的设计计算是一项比较繁杂的工作。因此，解决板簧的设计计算过程的繁杂问题，提高设计计算效率，缩短旧板簧改进和新板簧开发周期，特别是在满足整车性能设计要求等方面的需求，一直是国内外专家研究的热点^[1]。

一、国外研究概况

国外的专家主要致力于复合材料板簧的研究。纤维增强的优点是材料单向强度值高、弹性模量小、单位质量储能大，很适合于制造汽车钢板弹簧这样要求弹性弯曲的构件。许多专家对复合材料板簧进行了优化设计。h.a.ai-qureshi对复合材料弹簧进行了分析、设计和加工方面的研究，并对样品进行测试，试验结果表明由玻璃纤维增强塑料支撑的板簧性能很好^[2]。a.e.baumal和j.j.mcphee采用遗传算法对复合材料板簧进行最优设计，给出了采用遗传算法优化设计复合材料板簧的计算公式和解决方法^[3]。sairam.k.a.运用ansys软件对轻型车后悬架系统中用的一种复合材料钢板弹簧进行了分析和优化设计，并与同样条件下普通钢板弹簧进行了分析和优化设计，并与同样条件下普通钢板弹簧的分析结果进行对比，比较结果表明优化后的复合材料板簧应力较低，固有频率较大，且弹簧重量减轻了很多^[4]。 在1955年美国洛克威尔国际公司开始准备研制少片簧，于1960年的时候装车展出。在此不久，在1961年的时候美国通用汽车公司在chevrolet d轿车上就对开发少片簧展开了研究，而后对少片簧的研究逐渐得到了迅速的发展，至1964年的时候已经得到较为广泛地应用^[5]。根据书籍统计在1978年的时候美国的三大汽车公司对少片变截面钢板弹簧的使用比率已经达到大约60%，在20世纪60年代初期英国的钢铁公司也开始对该项技术展开了深入的研究，终于在1967年的时候生产出第一副板簧装在了福特车上，至1967年的时候该钢铁公司就生产出100多万副少片变截面板簧^[6]。在当时，西欧的很多生产商都致力于研究少片变截面弹簧，再生产和制造中并将其作为标准部件。在1965年的时候日本将少片变截面板簧应用到轿车的悬架系统之中，并于1966年着手创建工厂，之后少片簧在日本得到了较为广泛的应用^[7]。少片簧具有的特点是片数比较少、质量轻、平顺性好等，这些优点有利于实现整车轻量化和提高整车的平顺性以及乘坐舒适性。这也是少片簧得到较为普遍使用的一个重要原因。当然少片簧也不是十全十美，材料硬度的要求比较高，要有相匹配的减震器，以及少片钢板弹簧的表面需要涂一层含锌粉的环氧漆，在使用过程中如果发现簧片上油漆脱落，应该迅速地予以补涂。同时少片簧的抗疲劳能力、高应力性能、高强度也有待于设计者不断进行研究和发展^[8]。 在20世纪70年代，在美国、欧洲先后出现了采用单片簧作为弹性元件的悬架系统^[9]。对比少片簧而言，设计者可以对单片簧进行精准的设计。而后，从节能和环保的角度出发，要求悬架系统既要满足整体设计要求又要尽可能质量轻，复合材料的钢板弹簧和类型繁多的静变刚度特征的结构型式诞生了，渐变刚度钢板弹簧就是众多类型中的一种。板簧的设计，各种特性的分析，以及试制周期和生产成本也大大减少，设计方法也更加合理。

3. 研究的基本内容与计划

假期-第2周：熟悉课题内容，阅读相关材料，明确设计任务，撰写开题报告和文献综述；

第3-8周：仔细阅读收集到的参考资料，根据给定的参数对钢板弹簧进行具体的设计和强度校核；

第9-13周：学习有限元分析软件，应用该软件对钢板弹簧进行有限元分析；

4. 研究创新点

对钢板弹簧进行具体的设计和有限元分析。