钢板弹簧matlab,Matlab/GUI在钢板弹簧悬架设计中的应用

0引言钢板弹簧是汽车悬架应用最广泛的一种弹性元件,它是由若干片等宽但不等长(厚度可以相等也可以不相等)的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁,其一般构造如图1所示。钢板弹簧悬架设计时,首先需要确定整车基本参数,然后初算钢板弹簧刚度、估算钢板弹簧U形螺栓夹紧处的总惯性矩从而算得钢板平均厚度,再确定各叶片的宽度、片数、厚度和长度,最后进行刚度验算,并计算弹簧总成及各片的曲率半径和弧高。钢板弹簧的设计过程复杂繁琐,Matlab在解决此类问题时提供了很好的手段,作为一种高效工程计算系统不但提供大量的涉及各工程领域的工具箱来简化科学计算、工程设计和分析等工作,还提供了对图形用户界面(GUI)的支持,可以将数据或计算结果用图形来表示,使数据特征或性能能够直观地体现出来。[1]1钢板弹簧悬架设计过程钢板弹簧在汽车上可以纵置或者横置。后者因为要传递纵向力,必须设置附加的导向传力装置,图1钢板弹簧简图使结构复杂、质量加大,所以只在极少数汽车上应用。纵置钢板弹簧能传递各种力和力矩,并且结构简单,故在汽车上得到广泛应用。钢板弹簧又有对称式与不对称式之分,多数情况下汽车采用对称式钢板弹簧,因此本文设计的钢板弹簧类型为纵置对称式钢板弹簧。[2]1.1钢板弹簧垂直刚度的初步确定首先根据整车布置需要确定钢板弹簧设计如下基本参数:1)钢板弹簧簧上载荷Fw;2)钢板弹簧伸直长度L;3)钢板弹簧悬架静绕度fc;4)钢板弹簧悬架动绕度fd;5)钢板弹簧满载弧高fa。根据簧上载荷Fw与钢板弹簧悬架静绕度fc初算钢板弹簧垂直刚度c=ffwc(1)1.2钢板弹簧U形螺栓夹紧处总惯性矩的确定有关钢板弹簧的刚度、强度等,可在引入修正系数后按等截面简支梁的计算公式计算,根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需的总惯性矩Jo,对于对称式钢板弹簧Jo=(L4-8ksE)3c(2)式中,s为U形螺栓中心距(mm);k为考虑U形螺栓夹紧处钢板弹簧后的无效长度系数;为挠度增大系数;E为材料的弹性模量(MPa)。1.3钢板平均厚度的确定采用式(3)预算出钢板弹簧平均厚度hp,再校核钢板弹簧最大行程时的最大应力max,如果最大应力不满足设计要求,则重新选择参数计算确定hp。钢板弹簧平均厚度为hp=(L-ks)2[w]6Efc(3)钢板弹簧最大行程时的最大应力max为max=[w](fcfc+fd)(4)式中,[w]为材料的许用弯曲应力(MPa)。1.4各钢板叶片宽度、片数和厚度的确定有了hp以后,再选钢板弹簧的片宽b。增大片宽,能增加卷耳强度,但当车身受侧向力作用倾斜时,弹簧的扭曲应力增大。应根据设计需要选择合适的片宽与片厚比r,可求得叶片宽为b=rhp(5)钢板弹簧的片数n为n=1b2hJp3o(6)对于钢板弹簧每片厚度,在1.1hp附近取值,再对钢板弹簧的总惯性矩Jo进行校核,确定片厚是否合理。1.5各叶片长度计算与刚度验算钢板弹簧各叶片长度是基于各叶片展开图接近梯形梁的这一原则来确定的,所以选用作图法来确定钢板弹簧的各片长度。首先确定钢板弹簧第一片长度l1=L2(7)其余第i片的一半长度l1为l1=[l1-(l1-S2)](i-1)n(8)在此之前,有关挠度增大系数、惯性矩Jo、片长和叶片端部形状等的确定都不够准确,所以有必要验算刚度,这里采用公曲率法计算刚度。刚度验算公式为c=n6Ek=1a3k+1(Yk-Yk+1)(9)其中ak+1=l1-lk+1(10)Yk=k1i=1Ji(11)Yk+1=0(12)式中,为经验修正系数。1.6钢板弹簧总成在自由状态下弧高及曲率半径钢板弹簧各片装配后,在预压缩

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