汽车悬挂系统的结构强度分析与优化.pdf

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1、第33卷第08期计算机仿真2016年8月文章编号：1006—9348(2016)08—0121一04汽车悬挂系统的结构强度分析与优化滕绯虎，刘广璞，孙新东，候聪亚(中北大学机械与动力工程学院。山西太原030051)摘要：由于钢板弹簧作为汽车悬挂系统的重要组成部件。宽度对悬挂有很大影响，宽度过宽会降低汽车的舒适性，过窄又会使板簧刚度不够，容易折断。传统悬挂优化方法采用多目标算法，忽略单一变量对板簧性能的影响；多为静态分析，忽略板簧的动态特性。针对某轻型载货汽车前悬挂的变截面钢板弹簧。提出一种有限元动态分析方法，建立三种不同宽度板簧模

2、型，利用有限元分析软件ANsYsworkknch对其进行模态分析。前五阶模态分析结果表明，在满足刚度需求的前提下增加钢板弹簧宽度会降低汽车的行驶平顺性和舒适性。再对汽车悬挂系统结构进行改进。通过添加橡胶减震垫来改善钢板弹簧受力状况，结果表明，橡胶减震垫可减少钢板弹簧应力集中。并可保证钢板弹簧的强度。关键词：钢板弹簧；变截面；模态分析；有限元；优化中图分类号：1罚91．9文献标识码：BStructureStrengthAnalysisandOptimiza廿onofAutomobneS吣pe鹏ionSystemTENGFei—hu，

3、UUGuang—pu，SUNXin—dong，HOUCong—ya(CouegeofMech肌icalandPowerEngineeriIlg，NorthUrIive璐时ofChi腿，’蹦yll舳Shanxi03005l，Chim)ABSll队CT：kafsprirIg鹊卸imponamcomponentof鲫tomobilesuspe璐ionsystem，its讲dtlIh幽agreatiIlnuenceon叫tomobilesmpensi叩．r11lepaperpmposedafiIIiteelementdesi印metlIo

4、dfort}Ieleafspringofali曲ttnJckhntsuspension．Threekind80fsteelspringmodelswitlIdi丘．erent试dtIIswereestablished，舳dt}Iemodala瑚ly8isw幽carriedoutusingt11efiniteelement趴alysiss硪啪reANSYSWorkbench．鸭efi璐tfiveordermodal肌alysisresllltsshowtllat，on山epreIIliseofmeetingtherequiremen

5、t0f8t诳hess，inc弛踮ingtlle丽dtlloftllele“8pringc蚰弛ducetIlecoH怕rtof曲ving．nench蛐giIlgtIle肌tomobilesuspe璐ionsystemstnlctu他，tlleresllltsshowtllataddingmb．berd锄pingpadc肌improvetlles蛐IIgs仃e8scondition，蚰dreducetIles蛐ngbmkenc蛐sedbystressconcentra-tion．ⅪⅣwom塔：Leafs—ng；Variablecros

6、s—section；Mode觚alysis；Filliteelement；0ptiIIli孤tionl引言悬挂系统中钢板弹簧结构设计的是否合理，对汽车的平顺性和安全性等都有很大影响⋯。在汽车行驶途中，由于地面不平等多种因素，势必会导致钢板弹簧的振动，从而引起整车振动，对钢板弹簧进行模态分析是对钢板弹簧的振动特性进行分析，这可为钢板弹簧的优化设计提供依据。如果通过模态分析方法即可确定某机械结构在一个易受影响的频率范围内各阶模态的特性，则在此频率范围内便可预测出结构的实际振动响应BJ。随着科学技术的发展，钢板弹簧的优化方法也越来越收稿

7、日期：2015一10一08修回日期：2015一lO一18多。文献[3]将遗传算法中的权重系数变换法和混合法应用到钢板弹簧的优化设计中；文献[4]将拓扑优化方法应用到钢板弹簧压板的优化设计中；文献[5]应用NsGA一Ⅱ方法对悬挂进行多目标优化设计。但是这些方法都是对悬挂系统的多目标优化方法，忽略单一变量对整个悬挂系统影响。同时，钢板弹簧多在汽车行驶过程中出现问题，这些方法只是对钢板弹簧的静态特性进行分析而没有考虑动态特性，因此缺乏说服力。本文采用采用有限元法，用有限元法计算钢板弹簧的刚度和应力问题，具有理论上严密、力学模型统一、精度

8、高等优点。利用有限元软件ANsYSwo制)ench对三种不同宽度钢板弹簧进行模态分析，分析其动态特性。依据结果分析只改变宽度这一个参数来研究宽度对钢板弹簧性能的影响，确定一121—；◆二器耋蓑批钏⋯一黎篓固2部分单片变截面弹簧～：竺鼢‰郭5‰Ⅷ锄噼