現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)方法期末論文

1、 PAGE 12 PAGE 13 基于MATLAB的少片變厚截面板簧輕量化設(shè)計(jì)1題目的引入近年來(lái)在許多國(guó)家的汽車上采用了一種由單片或23片變厚度斷面的彈簧片構(gòu)成的少片變截面鋼板彈簧，其彈簧片的斷面尺寸沿長(zhǎng)度方向是變化的，片寬保持不變。這種少片變截面鋼板彈簧克服了多片鋼板彈簧質(zhì)量大，性能差（由于片間摩擦的存在，影響了汽車的行駛平順性）的缺點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在兩種彈簧壽命相等的情況下，少片變截面鋼板彈簧可減少質(zhì)量40% 50%。因此，這種彈簧對(duì)實(shí)現(xiàn)車輛的輕量化，節(jié)約能源和合金彈簧鋼材大為有利。目前我國(guó)生產(chǎn)的中、輕型載貨汽車的鋼板彈簧懸架基本上都采用了少片變截面鋼板彈簧。正是由于汽汽車輕量量化需求求，在國(guó)

2、國(guó)內(nèi)外汽汽車設(shè)計(jì)計(jì)中，逐逐漸采用用少片變變截面板板簧取代代多片等等截面板板簧。少少片變截截面板簧簧制造方方便，結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單，節(jié)省省材料，能能夠進(jìn)一一步提高高板簧的的單位儲(chǔ)儲(chǔ)能量?；苫善瑧?yīng)力力分布均均勻，可可充分利利用材料料，大大大減少片片間摩擦擦，減輕輕簧片磨磨損，提提高板簧簧壽命，降降低板簧簧動(dòng)剛度度，從而而改善車車輛的行行駛平順順性同時(shí)時(shí)對(duì)提高高汽車動(dòng)動(dòng)力性、經(jīng)經(jīng)濟(jì)性與與穩(wěn)定性性也極有有利。為為滿足汽汽車輕量量化需求求，在國(guó)國(guó)內(nèi)外汽汽車設(shè)計(jì)計(jì)中，逐逐漸采用用少片變變截面板板簧取代代多片等等截面板板簧。現(xiàn)在汽車上上采用的的變厚截截面彈簧簧主要有有兩種型型式。即即葉片寬寬度不變變與寬度度向兩端

3、端變寬的的彈簧。這這里選取取葉片寬寬度不變變的板簧簧利用MMATLLAB軟軟件對(duì)截截面尺寸寸進(jìn)行優(yōu)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)。2進(jìn)行需求求分析并并建立數(shù)數(shù)學(xué)模型型2.1.設(shè)設(shè)計(jì)變量量對(duì)于梯形變變厚斷面面彈簧（圖圖1），其其設(shè)計(jì)參參數(shù)包括括長(zhǎng)度、，厚度度尺度、，葉片片寬度bb及葉片片數(shù)n。圖1梯形變變厚斷面面彈簧截截面簡(jiǎn)圖圖端部等等厚部分分厚度 中部部等厚部部分厚度度端部等等厚長(zhǎng)度度 中部等等厚長(zhǎng)度度之半彈簧總總長(zhǎng)之半半 端部載載荷一般取決于于彈簧在在汽車上上的裝夾夾情況，因因此是預(yù)預(yù)先確定定的，即即為常數(shù)數(shù)；寬度度b取決決于整車車布置和和彈簧扁扁鋼的尺尺寸規(guī)格格，在彈彈簧設(shè)計(jì)計(jì)之前可可以選定定一個(gè)適適當(dāng)值；葉

4、片數(shù)數(shù)n一般般小于或或等于44，在優(yōu)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)過(guò)程中中，可以以將其作作為常數(shù)數(shù)。因此此，優(yōu)化化少片簧簧結(jié)構(gòu)參參數(shù)時(shí)，其其設(shè)計(jì)變變量共有有4個(gè)，即即并作為連續(xù)續(xù)變量來(lái)來(lái)考慮。2.2目標(biāo)標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)少片變變截面鋼鋼板彈簧簧是為了了滿足車車輛輕量量化要求求，在滿滿足板簧簧性能的的條件下下，盡量量降低其其質(zhì)量。故故優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)的目目標(biāo)函數(shù)數(shù)為重量量最輕，即即求。2.3約束束方程考慮到鋼板板彈簧的的布置、剛剛度、強(qiáng)強(qiáng)度、材材料、尺尺寸規(guī)格格以及制制造工藝藝等方面面的要求求，可列列出下列列約束方方程。（1）彈簧簧卷耳處處應(yīng)力復(fù)復(fù)雜，為為使彈簧簧卷耳具具有足夠夠的強(qiáng)度度，彈簧簧端部等等厚部分分的厚度度應(yīng)大于于其

5、最小小的允許許厚度：（2）為了了保證彈彈簧鋼材材料的淬淬透性，彈彈簧中部部最大厚厚度應(yīng)限限制在某某一允許許厚度之之內(nèi)：（3）根據(jù)據(jù)彈簧厚厚度和不相等等，且11mm的的要求，得得約束方方程：（4）考慮慮彈簧的的應(yīng)力分分布和其其在區(qū)段段內(nèi)的強(qiáng)強(qiáng)度，最最大應(yīng)力力應(yīng)小于于允許應(yīng)應(yīng)力，得得約束方方程： （55）考慮慮卷耳的的尺寸要要求： （6）由彈彈簧主片片最大伸伸直長(zhǎng)度度之半應(yīng)應(yīng)限制在在某一允允許長(zhǎng)度度L之內(nèi)內(nèi)的彈簧簧總體布布置要求求，得約約束方程程：（7）為保保證汽車車具有良良好的平平順性，彈彈簧剛度度K對(duì)于于設(shè)計(jì)要要求的剛剛度的誤誤差應(yīng)小小于，由由此得約約束方程程帶入截面尺尺寸參數(shù)數(shù)得： （8）計(jì)

6、算應(yīng)力應(yīng)應(yīng)小于材材料的允允許應(yīng)力力。首先先要判斷斷出彈簧簧最大應(yīng)應(yīng)力的位位置，然然后計(jì)算算其最大大應(yīng)力。 當(dāng)時(shí)，得約約束方程程：當(dāng)時(shí)，彈簧簧最大應(yīng)應(yīng)力點(diǎn)出出現(xiàn)在彈彈簧中部部截面，由由此得約約束方程程： 由上述分析析結(jié)果可可知少片片簧以質(zhì)質(zhì)量最小小為目標(biāo)標(biāo)函數(shù)的的優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)問(wèn)題題，是一一個(gè)4維維8個(gè)不不等式約約束的非非線性規(guī)規(guī)劃問(wèn)題題。在設(shè)計(jì)編程程的過(guò)程程中，將將n值在在144之間反反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)，最終終得出，在在 n=2時(shí)有有優(yōu)化結(jié)結(jié)果。所所以，可可以將nn值直接接帶入22即可。不不必將其其作為變變量來(lái)對(duì)對(duì)待。3 MATTLABB優(yōu)化程程序設(shè)計(jì)計(jì)3.1選取取常量數(shù)數(shù)值端部載荷=50076NN彈簧寬

7、度 b=88cm端部等厚部部分最小小允許厚厚度=0.88cm取彈簧材料料為555SiMMnVBB，則彈彈簧最大大允許淬淬透厚度度=1.55cm允許剛度誤誤差Kaa=0.1螺栓距離ss=977mm取取中間等等厚部分分長(zhǎng)度=5cmm設(shè)計(jì)剛度KK=3997 NN/cmm許用應(yīng)力=3500MPaa =4200MPaa3.2 MMATLLAB優(yōu)優(yōu)化程序序代碼與與實(shí)現(xiàn)3.2.11主函數(shù)數(shù)functtionn ff=fuun(xx)fp=foopenn(ee:111.txxt,r);%讀取數(shù)據(jù)據(jù)S=fsccanff(fpp,%g);%將將數(shù)據(jù)寫(xiě)寫(xiě)入矩陣陣中%S=teextrreadd(lll.ttxt);s

8、t=fcclosse(ffp);b=S(11,1);n=S(22,1);l3=S(3,11); f=0.1156*b*nn*(xx(1)*x(3)+00.5*(x(4)-x(33)-ll3)*(x(1)+x(22)+x(22)*ll3);save cesshiii.maat ff3.2.22函數(shù)體體functtionn c,cceq=coonfuun(xx) %非線性性約束fp=foopenn(ee:122.txxt,r); %讀讀取數(shù)據(jù)據(jù)S=fsccanff(fpp,%g);%將將數(shù)據(jù)寫(xiě)寫(xiě)入矩陣陣中st=fcclosse(ffp);%S=teextrreadd(ll2.ttxt);o1=S(

9、1,11); %oo1=3350MMPao2=S(2,11); %oo1=4420MMPab=S(33,1); %bb=8ccml3=S(4,11); %ll3=55cmke=S(5,11); %kke=3397 MPaaka=S(6,11); %kka=00.011p=S(77,1); %pp=50076n=S(88,1); %nn=2cc=6*p*xx(3)*0.01/(n*b*xx(1)2);c(1)=cc-o1;if x(3)L2區(qū)區(qū)段內(nèi)，另另外當(dāng)0.5 時(shí)時(shí)即2hh1hh2則0,有有L11。彈簧簧最大應(yīng)應(yīng)力點(diǎn)在在xLL2區(qū)段段內(nèi)。若若最大應(yīng)應(yīng)力點(diǎn)不不是出現(xiàn)現(xiàn)在B點(diǎn)點(diǎn)，則由由： (3)令 則可可得彈簧簧最大應(yīng)應(yīng)力點(diǎn)位位置X= (4)彈簧最大應(yīng)應(yīng)力為： （5）根據(jù)上述分分析，下下面來(lái)確確定本設(shè)設(shè)計(jì)彈簧簧最大應(yīng)應(yīng)力點(diǎn)位位置。由由于