基于Catia軟件鋼板彈簧模型曲線及運動軌跡的分析

王連連

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于Catia軟件鋼板彈簧模型曲線及運動軌跡的分析

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軟件草繪模塊進行鋼板彈簧中性層曲線的研究、繪制。在整車坐標下，根據鋼板彈簧運動原則驗證其垂直跳動運動軌跡、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繪制整車坐標下的鋼板彈簧曲線直接、精準，且為后續平臺開發提供有力的技術支持。

CATIA；建模；鋼板彈簧曲線；運動軌跡

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

引言

CATIA軟件為當今汽車行業主流設計軟件，操作界面簡單，能夠多模塊同時操作，提高建模效率，此次鋼板彈簧建模是基于CATIA V5R19版本。在汽車非獨立懸架設計中，鋼板彈簧設計尤為重要，因為直接影響操縱穩定性、軸轉向效應。轉向干涉量、減振器行程、傳動軸長度的設定，都需要計算鋼板彈簧的運動特性。

1、鋼板彈簧建模過程

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

1.1 參數輸入

輸入項 參數值板簧前安裝硬點 X=3970.0 Y=-507.5 Z=-173.0吊耳安裝點 X=5405.5 Y=-507.5 Z=-138.0主片長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w 95mm

板簧安裝點、吊耳安裝點可根據車架整車坐標提取。

1.2 CATIA草繪

進入CATIA草繪模塊，根據輸入條件，繪制鋼板彈簧滿載、下極限、上極限狀態中性層曲線，如圖1、2所示：

首先繪制板簧單邊曲線，約束弧高、夾緊距、吊耳作用長度，通過對稱實現板簧全部曲線參數化，并且輸入不同載荷下弧高的變化定義板簧夾緊狀態下中心距基線參數的變化：

S-板簧中心距

L-主片長度

f-弧高

r-卷耳半徑(中性層)

Sj-夾緊距

2、鋼板彈簧垂直跳動運動軌跡分析

2.1 圓心位置：

先確定板簧基線（前、后卷耳中心連線），對于上卷式卷耳，圓心位于基線上方處的平行線上r/2，對于下卷式卷耳，位于基線下方處的平行線上r/2，對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 半徑長度

圓半徑是板簧有效半長的3/4，即R ＝3/4，是有效半長，是設計長度減去無效長度Sj。R是半徑，是板簧中點p（任何位置）到圓心的距離，要從該中點去確定圓心位置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，為簡化分析，只研究平卷式板簧，且不計及吊耳或滑板對基線斜角變化的影響。

仍然采用等應力梁亦即整圓弧的假設，這時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方向的前方，承受力矩M為反時針方向。

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

4、結論

本文介紹了基于CATIA軟件，建立鋼板彈簧模型曲線及運動軌跡的分析方法，利用草繪的強大功能實現鋼板彈簧滿載、下極限、上極限狀態曲線約束，極大的方便平臺化鋼板彈簧的設計，縮短建模周期，對我國汽車行業設計、制造提供了技術支持。

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[3]郭孔輝.板簧變形運動學分析.長春汽車研究所.2000.

[4]劉惟信.汽車設計.清華大學出版社.2001.

[5]陳家瑞.汽車構造.人民交通出版社.1993.

[6]王霄鋒.汽車底盤設計[M].清華大學出版社.

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，主要從事結構優化和優化算法的研究。