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毕业设计开题报告（理工类）

卡车钢板弹簧解析计算及优化设计方法

研究

设计题目卡车钢板弹簧解析计算及优化设计方法研究

学生姓名耿元学号0912101029专业车辆工程

一、课题的目的和意义：

钢板弹簧一直是汽车悬架弹簧的主要形式，汽车钢板弹簧不仅起着弹性元件的作用，

而且也能起导向元件的作用，并且能够传递各种力和扭矩，各片间的摩擦和铰链处的摩擦

还可以衰减振动。本课题将致力于卡车钢板弹簧的优化设计，系统分析研究钢板弹簧的解

析计算方法。

（1）该课题涉及的钢板弹簧各参数的解析计算，影响钢板弹簧的刚度和变形。解析

计算方法的提出可以大幅度改善汽车的操纵稳定性和平顺性，充分满足现代汽车对钢板弹

簧设计的要求，具有极大的学术研究价值。

（2）现代汽车悬架设计要求日趋精确化，深入研究钢板弹簧的优化设计问题，将会

有效实现汽车悬架整体优化，降低生产成本，推动汽车工业技术的发展，具有极其重要的

社会价值和经济价值。

二、近年来国内外研究现状：

钢板弹簧的几何形状十分简单，但在工作过程中存在大变形、各叶片间的接触等多种

非线性因素，多年来一直没有形成比较完善切合实际的设计与分析方法。

目前国内外对钢板弹簧的研究，大都采用材料力学线性梁理论，主要有悬臂梁法、集

中载荷法、共同曲率法，国内知名院士郭孔辉还结合这两种方法提出整簧挠度实质上是主

片挠度的观点，提出主片分析法。国外的zahavi首次利用有限元方法研究了钢板弹簧的接

触问题，后来刘广宽又首次在三维实体的基础上进行了有限元的精确离散化。最近几年，

CAE和ansys广泛应用在汽车钢板弹簧的优化设计中，应用此软件可以计算钢板弹簧的力

学性能和动态特性。

利用有限元法优化设计钢板弹簧，虽然与传统的解析方法比较，理论上更严密、精度

更高，但是只能求得近似结果。目前，对钢板弹簧的厚度、弧高、曲面形状、刚度校核等

一系列问题，大都是利用经验公式、作图法、软件仿真等确定钢板弹簧的参数，都还没有

可靠、准确的解析计算方法，不能满足汽车悬架设计日趋精确化的要求。

参考文献

[1]张宁。汽车钢板弹簧设计，吉林大学，2007

[2]邹海荣，黄其柏。国内外汽车钢板弹簧设计与分析方法的发展进程，上海汽车，

2004

[3]杨宗孟。汽车钢板弹簧的设计与计算，汽车技术，1979.（1）

[4]刘广宽。汽车钢板弹簧计算模型的研究，当代汽车，1986，（4）

[5]Zahavi,E..analysisofacontactprobleminleafsprings.MechanicesResearch

Communications,1992,19(1)

[6]李智安。基于matlab的少片钢板弹簧的优化设计，福州大学，2011

[7]周长城。车辆悬架弹性力学解析计算理论，机械工业出版社

[8]王望予。汽车设计，机械工业出版社

三、研究内容、设计方案、可行性分析和预期目标：

1、研究内容：

钢板弹簧解析计算：对钢板弹簧设计计算之前，先确定簧上载荷、弹簧长度、静挠度和

动挠度、满载弧高等主要参数和尺寸，然后对钢板弹簧进行设计计算。其设计计算包括钢

板弹簧各片厚度的确定、钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算、钢板弹簧刚

度校核等。

2、设计方案：

钢板弹簧计算模型简化①

确定钢板弹簧基本参数②

解析计算钢板弹簧各片厚单片设计钢板设计钢板弹簧各

度③弹簧厚度④片厚度⑤

解析计算钢板弹簧弧高与

曲面形状⑤

Ansys验证、具体实例分

析及matlab仿真

钢板弹簧刚度校核⑥

①、钢板弹簧计算模型简化：将钢板弹簧计算模型简化为悬臂梁

②、确定钢板弹簧基本参数：汽车悬架对钢板弹簧所要求的刚度