基于Catia软件钢板弹簧模型曲线及运动轨迹的分析

王连连

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于Catia软件钢板弹簧模型曲线及运动轨迹的分析

王连连

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文重点介绍汽车用钢板弹簧的三维建模方法，基于CATIA软件草绘模块进行钢板弹簧中性层曲线的研究、绘制。在整车坐标下，根据钢板弹簧运动原则验证其垂直跳动运动轨迹、纵扭变形轨迹。本文所提出的建模在CATIA软件中易于操作，提高变载荷下的钢板弹簧匹配、建模的效率。CATIA绘制整车坐标下的钢板弹簧曲线直接、精准，且为后续平台开发提供有力的技术支持。

CATIA；建模；钢板弹簧曲线；运动轨迹

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

引言

CATIA软件为当今汽车行业主流设计软件，操作界面简单，能够多模块同时操作，提高建模效率，此次钢板弹簧建模是基于CATIA V5R19版本。在汽车非独立悬架设计中，钢板弹簧设计尤为重要，因为直接影响操纵稳定性、轴转向效应。转向干涉量、减振器行程、传动轴长度的设定，都需要计算钢板弹簧的运动特性。

1、钢板弹簧建模过程

本文以某轻卡改型开发为例，在车架安装点不变的情况下，改变输入载荷，且满足整车姿态角要求，重新匹配钢板弹簧刚度参数，通过CATIA构建钢板弹簧各状态中性层曲线。

1.1 参数输入

输入项 参数值板簧前安装硬点 X=3970.0 Y=-507.5 Z=-173.0吊耳安装点 X=5405.5 Y=-507.5 Z=-138.0主片长L 1475mm满载弧高f0 36.7mm下极限弧高f1 66.0mm上极限弧高f2 -16.0mm卷耳半径r 24mm夹紧距Sj 154mm吊耳作用长w 95mm

板簧安装点、吊耳安装点可根据车架整车坐标提取。

1.2 CATIA草绘

进入CATIA草绘模块，根据输入条件，绘制钢板弹簧满载、下极限、上极限状态中性层曲线，如图1、2所示：

首先绘制板簧单边曲线，约束弧高、夹紧距、吊耳作用长度，通过对称实现板簧全部曲线参数化，并且输入不同载荷下弧高的变化定义板簧夹紧状态下中心距基线参数的变化：

S-板簧中心距

L-主片长度

f-弧高

r-卷耳半径(中性层)

Sj-夹紧距

2、钢板弹簧垂直跳动运动轨迹分析

2.1 圆心位置：

先确定板簧基线（前、后卷耳中心连线），对于上卷式卷耳，圆心位于基线上方处的平行线上r/2，对于下卷式卷耳，位于基线下方处的平行线上r/2，对于平卷式即位于基线上（即主片中性层）。

r是卷耳中心到主片中性层的距离，如图3：

2.2 半径长度

圆半径是板簧有效半长的3/4，即R ＝3/4，是有效半长，是设计长度减去无效长度Sj。R是半径，是板簧中点p（任何位置）到圆心的距离，要从该中点去确定圆心位置O。如图4。

3、钢板弹簧纵扭变形轨迹分析

为使分析单纯化，只考虑板簧中部承受纯弯矩，两端承受大小相等、方向相反的垂直力；此外，为简化分析，只研究平卷式板簧，且不计及吊耳或滑板对基线斜角变化的影响。

仍然采用等应力梁亦即整圆弧的假设，这时板簧主片中性层的纵扭变形由前、后两段反向圆弧所组成，如图6所示。令固定端在汽车前进方向的前方，承受力矩M为反时针方向。

说明：M 为纵扭力矩、板簧的近似不动点（瞬时中心）g、主片原中点m、纵扭之后板簧中点由m移至p、L2为板簧有效全长、R为圆弧半径。

4、结论

本文介绍了基于CATIA软件，建立钢板弹簧模型曲线及运动轨迹的分析方法，利用草绘的强大功能实现钢板弹簧满载、下极限、上极限状态曲线约束，极大的方便平台化钢板弹簧的设计，缩短建模周期，对我国汽车行业设计、制造提供了技术支持。

[1]董学锋.钢板弹簧悬架运动学解析.长春汽车研究所.1991.

[2]陈耀明.钢板弹簧纵扭问题分析.东风汽车工程研究院.2005.

[3]郭孔辉.板簧变形运动学分析.长春汽车研究所.2000.

[4]刘惟信.汽车设计.清华大学出版社.2001.

[5]陈家瑞.汽车构造.人民交通出版社.1993.

[6]王霄锋.汽车底盘设计[M].清华大学出版社.

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，硕士研究生，主要从事结构优化和优化算法的研究。