搅拌车前悬架钢板弹簧的计算分析及试验研究(终稿).doc

摘要随着我国基础设施建设的快速发展，混凝土搅拌运输车作为一种运输混凝土的专用车被广泛应用。其施工过程一般由满载运料和空载返回两种状态组成，在整个过程中满载和空载的时间各占50%。目前混凝土搅拌运输车的前悬架设计指标一般只考虑满载舒适安全的要求，而不考虑空载状态，导致空载时有明显的共振现象，严重影响搅拌车的舒适性。在悬架装置中，钢板弹簧起传递车轮与车架之间的力和力矩,缓和路面不平引起振动和冲击的作用，是车辆设计优劣的关键之一，因此优化其结构和性能参数对车辆安全性和舒适性具有重要意义。在各类钢板弹簧中，变刚度少片簧因结构简单，成本低，质量轻，适应性好等优点，已成为悬架装置研究的重点，是未来高性能搅拌车前悬架装置的发展趋势。本文通过前期大量的调查和研究，拟设计一种搅拌车专用前悬架变刚度少片簧，使其既能保证搅拌车满载时的行驶安全，又能大大提高空载时的乘坐舒适性能。首先，对比分析各类钢板弹簧的特性，选择变刚度钢板簧作为研究目标；其次，根据多种理论方法，建立钢板弹簧的数学模型，并进行应力和模态分析，得到一种满足要求的变刚度少片簧；最后通过台架试验和道路试验，验证仿真分析结论。本研究既解决了搅拌车使用中遇到的现实问题，同时也促进了专用车设计水平的发展，在理论应用方面有积极意义。关键词：混凝土搅拌运输车钢板弹簧仿真应用Abstract目录摘要1Abstract2目录3第一章绪论51.1研究目的和意义51.2．载货汽车用钢板弹簧的概况51.3、钢板弹簧的特性61.3.1多片钢板弹簧的特性61.3.2少片变截面钢板弹簧的特性81.4、钢板弹簧的功能结构81.5、钢板弹簧应用中存在的舒适性问题101.6本课题研究内容和意义11第二章钢板弹簧的计算模型分析132.1钢板弹簧的力学模型概况132.2钢板弹簧计算的材料力学基础132.2.1等截面简支梁和悬臂梁132.2.2梯形简支梁和梯形悬臂梁152.3共同曲率法172.3.1板片厚度相同的多板弹簧的计算172.3.2板厚不同的多板簧计算182.4集中载荷法202.5综合法222.6有限元分析法242.6.1什么是有限元242.6.2有限元法的发展概况252.6.3通用有限元软件ANSYS的介绍262.6.4结构分析在ANSYS的实现262.7多片钢板弹簧有限元模型的建立272.7.1多片钢板弹簧强度和刚度分析272.7.2多片钢板弹簧模态分析322.7.3多片钢板弹簧有限元计算结果分析342.7.4本章小结35第三章钢板弹簧的试验研究与分析363.1试验项目及其方法363.1.1弹簧特性试验363.1.2台架疲劳试验363.2试验验证373.2.1试验对象373.2.2试验条件383.3试验过程简介383.4样车的试验分析383.4.1激励源识别383.4.2悬架参数的影响分析403.4.3悬架参数调整的测试验证413.4.4样车改善对策413.4.5结论423.5改进前少片簧应力道路试验433.5.1试验用少片钢板弹簧433.5.2试验状态433.5.3试验结果443.6改进后少片簧应力台架试验453.6.1试验用少片钢板弹簧453.6.2测试状态463.6.3试验结果463.6.4试验分析473.7改进后少片簧整车道路试验483.7.1试验用少片钢板弹簧493.7.2台架试验493.7.3道路试验493.8本章小结493.9整车振动对比试验503.9.1试验测试基本情况及环境状况503.9.2试验测试513.9.3本章小结54四总结554.1研究的主要内容554.2研究展望56第一章绪论1.1研究背景及意义安全、节能、环保、舒适性和耐久性是衡量现代载货汽车性能的五大指标，其中与顾客使用感受最密切的是车辆的乘坐舒适性，目前已受到各研究机构的广泛重视。其中对于载货汽车行驶平顺性、操作稳定性、横向稳定性及纵向稳定性、通行性、燃油经济性以及噪音和隔振性影响比较重要的载货汽车总成，就是汽车悬架。悬架通常由弹性元件、导向机构及避震机构组成，其中弹性元件是最重要的。钢板弹簧是载货汽车悬架中最早采用的弹性元件。由于其具有：（1）结构简单，制造、维修方便、价格经济；（2）除了垂向载荷外，还能将侧向力、纵向力及其力矩从车轮传递到车架或车身；（3）能使上述作用力合理地分布到车架或车身上；（4）可实现悬架弹性特性的渐变性等优点，从而获得了广泛的应用。随着在结构形式、设计方法及材料性能、加工工艺方面的不断发展，钢板弹簧能够更好地满足整车性能、疲劳寿命以及轻量化设计的要求。直到现在钢板弹簧仍是载货汽车和部分客车的非独立悬架中主要采用元件。目前混凝土搅拌运输车（以下简称搅拌车）采用的都是通用的载货汽车底盘背一个搅拌筒上装，搅拌车与普通的载货汽车相比，在运输方面有其特殊性，始终处于满载送料与空车返回循环中，空载和满载运输时间各占