王連連

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于Catia軟件鋼板彈簧模型曲線及運(yùn)動(dòng)軌跡的分析

王連連

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文重點(diǎn)介紹汽車用鋼板彈簧的三維建模方法，基于CATIA軟件草繪模塊進(jìn)行鋼板彈簧中性層曲線的研究、繪制。在整車坐標(biāo)下，根據(jù)鋼板彈簧運(yùn)動(dòng)原則驗(yàn)證其垂直跳動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡、縱扭變形軌跡。本文所提出的建模在CATIA軟件中易于操作，提高變載荷下的鋼板彈簧匹配、建模的效率。CATIA繪制整車坐標(biāo)下的鋼板彈簧曲線直接、精準(zhǔn)，且為后續(xù)平臺(tái)開發(fā)提供有力的技術(shù)支持。

CATIA；建模；鋼板彈簧曲線；運(yùn)動(dòng)軌跡

CLC NO.: U462.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)04-92-02

引言

CATIA軟件為當(dāng)今汽車行業(yè)主流設(shè)計(jì)軟件，操作界面簡(jiǎn)單，能夠多模塊同時(shí)操作，提高建模效率，此次鋼板彈簧建模是基于CATIA V5R19版本。在汽車非獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)中，鋼板彈簧設(shè)計(jì)尤為重要，因?yàn)橹苯佑绊懖倏v穩(wěn)定性、軸轉(zhuǎn)向效應(yīng)。轉(zhuǎn)向干涉量、減振器行程、傳動(dòng)軸長(zhǎng)度的設(shè)定，都需要計(jì)算鋼板彈簧的運(yùn)動(dòng)特性。

1、鋼板彈簧建模過程

本文以某輕卡改型開發(fā)為例，在車架安裝點(diǎn)不變的情況下，改變輸入載荷，且滿足整車姿態(tài)角要求，重新匹配鋼板彈簧剛度參數(shù)，通過CATIA構(gòu)建鋼板彈簧各狀態(tài)中性層曲線。

1.1 參數(shù)輸入

輸入項(xiàng) 參數(shù)值板簧前安裝硬點(diǎn) X=3970.0 Y=-507.5 Z=-173.0吊耳安裝點(diǎn) X=5405.5 Y=-507.5 Z=-138.0主片長(zhǎng)L 1475mm滿載弧高f0 36.7mm下極限弧高f1 66.0mm上極限弧高f2 -16.0mm卷耳半徑r 24mm夾緊距Sj 154mm吊耳作用長(zhǎng)w 95mm

板簧安裝點(diǎn)、吊耳安裝點(diǎn)可根據(jù)車架整車坐標(biāo)提取。

1.2 CATIA草繪

進(jìn)入CATIA草繪模塊，根據(jù)輸入條件，繪制鋼板彈簧滿載、下極限、上極限狀態(tài)中性層曲線，如圖1、2所示：

首先繪制板簧單邊曲線，約束弧高、夾緊距、吊耳作用長(zhǎng)度，通過對(duì)稱實(shí)現(xiàn)板簧全部曲線參數(shù)化，并且輸入不同載荷下弧高的變化定義板簧夾緊狀態(tài)下中心距基線參數(shù)的變化：

S-板簧中心距

L-主片長(zhǎng)度

f-弧高

r-卷耳半徑(中性層)

Sj-夾緊距

2、鋼板彈簧垂直跳動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡分析

2.1 圓心位置：

先確定板簧基線（前、后卷耳中心連線），對(duì)于上卷式卷耳，圓心位于基線上方處的平行線上r/2，對(duì)于下卷式卷耳，位于基線下方處的平行線上r/2，對(duì)于平卷式即位于基線上（即主片中性層）。

r是卷耳中心到主片中性層的距離，如圖3：

2.2 半徑長(zhǎng)度

圓半徑是板簧有效半長(zhǎng)的3/4，即R ＝3/4，是有效半長(zhǎng)，是設(shè)計(jì)長(zhǎng)度減去無效長(zhǎng)度Sj。R是半徑，是板簧中點(diǎn)p（任何位置）到圓心的距離，要從該中點(diǎn)去確定圓心位置O。如圖4。

3、鋼板彈簧縱扭變形軌跡分析

為使分析單純化，只考慮板簧中部承受純彎矩，兩端承受大小相等、方向相反的垂直力；此外，為簡(jiǎn)化分析，只研究平卷式板簧，且不計(jì)及吊耳或滑板對(duì)基線斜角變化的影響。

仍然采用等應(yīng)力梁亦即整圓弧的假設(shè)，這時(shí)板簧主片中性層的縱扭變形由前、后兩段反向圓弧所組成，如圖6所示。令固定端在汽車前進(jìn)方向的前方，承受力矩M為反時(shí)針方向。

說明：M 為縱扭力矩、板簧的近似不動(dòng)點(diǎn)（瞬時(shí)中心）g、主片原中點(diǎn)m、縱扭之后板簧中點(diǎn)由m移至p、L2為板簧有效全長(zhǎng)、R為圓弧半徑。

4、結(jié)論

本文介紹了基于CATIA軟件，建立鋼板彈簧模型曲線及運(yùn)動(dòng)軌跡的分析方法，利用草繪的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)鋼板彈簧滿載、下極限、上極限狀態(tài)曲線約束，極大的方便平臺(tái)化鋼板彈簧的設(shè)計(jì)，縮短建模周期，對(duì)我國汽車行業(yè)設(shè)計(jì)、制造提供了技術(shù)支持。

[1]董學(xué)鋒.鋼板彈簧懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)解析.長(zhǎng)春汽車研究所.1991.

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[6]王霄鋒.汽車底盤設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社.

Analysis of leaf spring's curves and trajectories based on Catia

Wang Lianlian
(Jiang-Huai Automobile Company, Anhui Hefei 230601 )

This article focuses on automotive leaf spring 3D modeling method, studying and drawing leaf spring neutral layer curves based on CATIA sketch modules. In the vehicle coordinates, according to the principles of the leaf spring's vertical jump trajectory, longitudinal twisting deformation trajectory.The method of modeling mentioned in CATIA is easy to operate, raise the efficiency of variable load leaf spring's matching and modeling. CATIA drawing leaf spring's sport curve under the vehicle coordinate direct, accurate and provide strong technical support for the follow-up platform.

CATIA; model; leaf spring curve；trajectory

U462.2

A

1671-7988(2015)04-92-02

曾多，碩士研究生，主要從事結(jié)構(gòu)優(yōu)化和優(yōu)化算法的研究。