具有变属性复合空气悬架板簧导向臂结构的设计方法技术

本发明专利技术涉及一种具有变属性复合空气悬架板簧导向臂的结构设计方法，包括以下步骤：S1、以板簧导向臂上的U型螺栓为界，将左右两悬臂梁进行分段处理；将导向臂分成五段，第一段为平直段，其长度由装配条件确定，厚度为选定坯料厚度；第二段和第四段为过渡段；构建板簧导向臂截面优化模型；S2、对板簧导向臂进行受力分析；S3、选取优化的设计变量，约束以及目标；S4、对于优化模型进行MOGA多目标直接优化法进行优化。发明专利技术在现有结构的基础上，通过对板簧导向臂进行变属性的设计，进行优化，进一步减轻复合空气悬架重量，并且由于改为一根板簧，使复合空气悬架结构更简单，在满足整车轻量化设计要求的情况下，减少零件数量，同时降低成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
具有变属性复合空气悬架板簧导向臂结构的设计方法


[0001]本专利技术涉及汽车空气悬架轻量化领域，更具体地说，涉及一种具有变属性复合空气悬架板簧导向臂结构的设计方法。

技术介绍

[0002]悬架是汽车行驶系统的重要组成部分，扮演着衰减和传递来自车轮纵向、垂向和侧向的力及力矩的重要角色。复合式空气悬架系统主要由导向臂、导向臂支架、空气弹簧、横向推力杆、限位块、减振器和控制系统组成，其中板簧导向臂主要用作传力导向杆系，但也作为弹性元件承受部分垂直载荷。目前对于复合空气悬架的轻量化大都聚焦在导向臂支架上，对于导向臂的优化较少。由于导向臂钢板弹簧导向臂前端与车架上的支架相连，末端与空气弹簧相连，中端通过U型螺栓与车桥相连，减振器安装于车桥与车架之间，故分析导向臂的载荷时，外部力仅仅需要考虑U型螺栓连接点、空气弹簧连接点、支架连接点三个点的受力情况。故可以U型螺栓为界，将导向臂看作为左右两段悬臂梁结构，参考弹簧手册，由于导向臂的结构已经定型，故进行尺寸优化将导向臂分为五段进行变截面优化，进一步减轻复合空气悬架重量，并且由于改为一根板簧，使复合空气悬架结构更简单，在满足整车轻量化设计要求的情况下，减少零件数量，同时降低成本。
[0003]目前采用的平直型板簧导向臂固定在车桥的上端，但是平直型板簧导向臂一般需要采用两根长短不一的导向臂，造成材料和成本的增加。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种具有变属性复合空气悬架板簧导向臂结构的设计方法，在满足结构性能的要求下，对导向臂进行轻量化设计。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种具有变属性复合空气悬架板簧导向臂的结构设计方法，板簧导向臂结构包括一根变截面的板簧，在所述板簧的一端平直段向上设有卷耳，变截面的板簧的设计方法包括以下步骤：
[0006]S1、以板簧导向臂上的U型螺栓为界，将左右两悬臂梁进行分段处理；将导向臂分成五段，第一段为平直段，其长度由装配条件确定，厚度为选定坯料厚度；第二段和第四段为过渡段，其厚度取决于刚度及强度约束条件，第五段长度及截面厚度由装配条件确定；构建板簧导向臂截面优化模型；
[0007]S2、对板簧导向臂进行受力分析，并得出其有限元模型的边界条件，然后进行静力学分析；
[0008]S3、选取优化的设计变量，约束以及目标；
[0009]S4、对于优化模型进行MOGA多目标直接优化法进行优化，然后进行有限元分析，验证强度和刚度条件。
[0010]按上述方案，所述步骤S1中的板簧导向臂截面优化模型如下：
[0011]设计变量为：
[0012]X＝[x1,x2,x3,x4,x5,x6]＝[a,b,c,d,A,B][0013]其中a、b、c、d表示第二，三，四，五段截面各截面的长度，A表示第二段截面到第三段截面的上升的厚度，B表示第一段的厚度；
[0014]目标函数为：选取的目标为质量最小，总变形和应力最大。
[0015]按上述方案，板簧导向臂截面优化模型中的线性约束条件为：选取的设计变量的上下限。
[0016]按上述方案，板簧导向臂截面优化模型中的非线性约束条件为：许用应力1154MPa，最大变形不超过5mm。
[0017]按上述方案，板簧的最大厚度不超过60mm，板簧截面的斜率小于1/10。
[0018]实施本专利技术的具有变属性复合空气悬架板簧导向臂结构的设计方法，具有以下有益效果：
[0019]1、本专利技术提供了一种变属性的板簧导向臂结构，由形状、尺寸不同的矩形截面通过放样建模而成，每个截面的尺寸参数通过优设计方法得出，整体具备变截面和变属性的特征。
[0020]2、相对于现有的长短不一的两根平直导向臂，本专利技术改为一根变属性的导向臂，在满足结构要求的同时，使复合空气悬架结构更简单，在满足整车轻量化设计要求的情况下，减少零件数量，同时降低成本，同时又具备矩形截面的特点，具有良好的抗弯曲性能。
附图说明
[0021]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0022]图1是本专利技术变属性板簧导向臂的设计方法示意图；
[0023]图2为建立的优化设计五段导向臂二维模型示意图；
[0024]图3为有限元分析得到的位移云图；
[0025]图4为有限元分析得到的应力云图；
[0026]图5为优化得到的Pareto解集图；
[0027]图6为选取最优解得到的位移云图；
[0028]图7为选取最优解得到的应力云图。
具体实施方式
[0029]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。
[0030]本专利技术提供了一种具有变属性复合空气悬架板簧导向臂结构的设计方法。板簧导向臂结构的特征在于：在变截面板簧一端平直段向上设有卷耳，将原本两根平直的板簧改设为一根，同时通过对这根板簧采取变截面处理。以U型螺栓连接处为界限，左右两边可看作两段悬臂梁，将导向臂分成五段，第一段为平直段，其长度由装配条件确定，厚度为选定坯料厚度；第二段和第四段为过渡段，其厚度主要取决于刚度及强度约束条件，第五段长度及截面厚度同样由装配条件确定。截面形状为矩形，过度段的截面形状随着长度的变化而改变，属于变截面板簧导向臂；过渡段的截面的厚度沿轴向变化，属于变属性板簧导向臂。本专利技术在现有结构的基础上，通过对板簧导向臂进行变属性的设计，进行优化，进一步减轻
复合空气悬架重量，并且由于改为一根板簧，使复合空气悬架结构更简单，在满足整车轻量化设计要求的情况下，减少零件数量，同时降低成本。
[0031]进一步的，板簧导向臂的横截面形状具体为矩形，具有良好的抗弯曲性能。
[0032]进一步的，优设计方法为建立板簧导向臂优化模型，以每段截面的长度，和过度段截面的厚度为设计变量，以质量最小为目标函数，对于约束条件可分为线性约束和非线性约束，线性约束具体包括形状尺寸约束和最小厚度约束，非线性约束截面最大应力小于许用应力。
[0033]进一步的，因为截面所受应力和尺寸约束等的不同，得出的截面形状和大小也不同，所以具有变截面的特征。
[0034]进一步的，因为过渡段的截面厚度大小沿轴向尺寸发生变化，所以具有变属性的特征。
[0035]进一步的，变属性板簧导向臂是通过变截面实现的，在沿长度上其厚度会发生变化，表现为在U型螺栓受力处的区域更厚，并且板簧的最大厚度不能超过60mm，板簧截面的斜率小于1/10。
[0036]如图1所示为变属性的板簧导向臂的设计方法路线图。
[0037]第一步：以U型螺栓为界，将左右两悬臂梁进行分段处理，构建优化模型；
[0038]第二步：对板簧导向臂进行受力分析，并得出其有限元模型的边界条件，然后进行静力学分析；
[0039]第三步：选取优化的设计变量，约束以及目标；
[0040]第四步：对于优化模型进行MOGA多目标直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有变属性复合空气悬架板簧导向臂的结构设计方法，其特征在于，板簧导向臂结构包括一根变截面的板簧，在所述板簧的一端平直段向上设有卷耳，变截面的板簧的设计方法包括以下步骤：S1、以板簧导向臂上的U型螺栓为界，将左右两悬臂梁进行分段处理；将导向臂分成五段，第一段为平直段，其长度由装配条件确定，厚度为选定坯料厚度；第二段和第四段为过渡段，其厚度取决于刚度及强度约束条件，第五段长度及截面厚度由装配条件确定；构建板簧导向臂截面优化模型；S2、对板簧导向臂进行受力分析，并得出其有限元模型的边界条件，然后进行静力学分析；S3、选取优化的设计变量，约束以及目标；S4、对于优化模型进行MOGA多目标直接优化法进行优化，然后进行有限元分析，验证强度和刚度条件。2.根据权利要求1所述的具有变属性复合空气悬架板簧导向臂结构的设计方法，其特征在于，所述步骤S1中的板簧...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐峰祥，邓香林，王得伟，杜阔，牛小强，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：