现代汽车设计方法期末

1基于MATLAB的少片变厚截面板簧轻量化设计1题目的引入近年来在许多国家的汽车上采用了一种由单片或2—3片变厚度断面的弹簧片构成的少片变截面钢板弹簧，其弹簧片的断面尺寸沿长度方向是变化的，片宽保持不变。这种少片变截面钢板弹簧克服了多片钢板弹簧质量大，性能差〔由于片间摩擦的存在，影响了汽车的行驶平顺性〕的缺点。据统计，在两种弹簧寿命相等的情况下，少片变截面钢板弹簧可减少质量40%~50%。因此，这种弹簧对实现车辆的轻量化，节约能源和合金弹簧钢材大为有利。目前我国生产的中、轻型载货汽车的钢板弹簧悬架根本上都采用了少片变截面钢板弹簧。正是由于汽车轻量化需求，在国内外汽车设计中，逐渐采用少片变截面板簧取代多片等截面板簧。少片变截面板簧制造方便，结构简单，节省材料，能够进一步提高板簧的单位储能量。簧片应力分布均匀，可充分利用材料，大大减少片间摩擦，减轻簧片磨损，提高板簧寿命，降低板簧动刚度，从而改善车辆的行驶平顺性同时对提高汽车动力性、经济性与稳定性也极有利。为满足汽车轻量化需求，在国内外汽车设计中，逐渐采用少片变截面板簧取代多片等截面板簧。现在汽车上采用的变厚截面弹簧主要有两种型式。即叶片宽度不变与宽度向两端变宽的弹簧。这里选取叶片宽度不变的板簧利用MATLAB软件对截面尺寸进行优化设计。2进行需求分析并建立数学模型2.1.设计变量对于梯形变厚断面弹簧〔图1〕，其设计参数包括长度、、，厚度尺度、，叶片宽度b及叶片数n。怨图且1盲梯形跌变厚圣断面闲弹簧结截面马简图寄——见端部哲等厚遮局部愉厚度窝蜻弹才貌洞设牙穿——坊中部僻等厚晕局部嫩厚度妙——补端部老等厚及长度埋代先珍含唉框餐银溪锣——云中部敢等厚佩长度庭之半常——罪弹簧今总长归之半略途产版英泊贸轻禽揪搭——宁端部什载荷造一般分取决懂于弹亚簧在载汽车叔上的呢装夹腊情况处，因芒此是净预先号确定封的，繁即为面常数穿；宽澡度b粒取决案于整蹄车布绒置和妄弹簧拢扁钢济的尺浇寸规时格，逝在弹纤簧设告计之雾前可扶以选训定一易个适骄当值衡；叶券片数鸭n一金般小香于或刮等于勇4，遮在优罢化设寄计过兼程中耀，可岔以将病其作笛为常粪数。非因此祥，优缎化少适片簧身结构栗参数某时，振其设胞计变玉量共偷有4酷个，屠即捡并作咽为连相续变断量来而考虑常。面2.太2幻目标狠函数波设计稳少片飘变截糊面钢皇板弹闷簧是颗为了富满足摇车辆盐轻量肠化要蚕求，沫在满屑足板声簧性裕能的组条件揪下，由尽量累降低饮其质考量。糟故优熔化设心计的放目标寇函数野为重框量最侦轻，居即奏求辽。通2.菜3约汽束方倚程棵考虑剪到钢度板弹肆簧的自布置袄、刚队度、果强度惰、材谅料、当尺寸唱规格侦以及比制造鹊工艺晋等方倦面的记要求截，可脱列出集以下阅约束敬方程甚。失〔1闲〕弹腊簧卷辈耳处碧应力遥复杂激，为迎使弹鞋簧卷价耳具浴有足预够的摆强度莫，弹刊簧端激部等甩厚部忽分的居厚度悟应大唯于其刊最小鞠的允仗许厚煌度战：圆〔2份〕为称了保激证弹缺簧钢妇材料龄的淬怠透性扩，弹番簧中普部最软大厚蓄度牛应限馒制在腊某一前允许粒厚度柔之内认：包〔3海〕根默据弹雀簧厚役度写和绑不相廉等，婚且助1m粱m才的要腥求，采得约俘束方兵程：争〔4架〕考普虑弹桑簧的宾应力冰分布管和其这在棋区段炎内的忽强度午，最港大应隔力应叙小于偷允许支应力匀，得免约束楼方程掩：盘雄〔熟5〕况考虑掘卷耳弊的尺差寸要编求：艺〔6唉〕由膊弹簧狸主片秧最大篮伸直愉长度独之半熟应限巴制在济某一颤允许恒长度莲L之民内的雨弹簧丝总体僚布置包要求折，得恶约束录方程架：给〔7牢〕为册保证昼汽车滑具有短良好贤的平掩顺性江，弹毯簧刚透度K系对于圾设计笨要求窑的刚梁度帖的误肯差应画小于曾，由锹此得册约束曲方程迟带入缎截面泳尺寸柔参数辈得疲：伍〔8虏〕释计作算应初力应涉小于辅材料肯的允森许应泽力。疗首先棍要判焰断出情弹簧鞭最大葛应力印的位色置，动然后春计算底其最樱大应掌力。洋当塌时，鼻得约为束方用程：兵当剑时，扒弹簧侦最大扮应力抱点出苦现在盈弹簧郑中部拼截面急，由赛此得棋约束什方程弟：受由上贫述分更析结匀果可爆知少忆片簧遥以质桐量最恶小为点目标慈函数戚的优杯化设他计问万题，阵是一蛇个4弄维8川个不花等式冶约束盆的非彻线性喘规划裤问题巨。结在设扩计编错程的顽过程悲中，中将n观值在笋1~咬4之紫间反惜复试限验，脑最终坑得出纯，在政n表=2杜时有逝优化比结果巴。所钉以，垄可以窄将n别值直别接带紫入2工即可殖。不格必将坡其作在为变柏量来号对待得。窃3代M贡AT敌LA金B优龙化程昼序设吐计取3.更1锅选取瓶常量拼数值凳端部酿载荷储=详=5元07曾6N染弹簧乳宽度牙b草=皇8c平m摔端部梦等厚护局部棒最小掏允许树厚度弹=蛙0.旨8c立m烤取弹融簧材称料为齐55棍Si先Mn盈VB谱，那么棒弹簧关最大绣允许抢淬透报厚度眯=缘1.信5c骂m强允许萌刚度疯误差菠Ka丑=0勿.熔1遵螺栓磁距离宪s=歌97衰mm广取中木间等靠厚部瞧分长惑度快=仍5c狭m政设计员刚度余K=腊39摇7袋N/扯cm投许用席应力旬=3谣50午MP钞a尖俯=4服20撤M膨Pa榴3舒.2阳M腹AT魄LA问B优那化程丈序代剩码与箱实现械3.座2.碎1庭主函冠数碗fu串nc肝ti限on更访f=孝fu绍n(丈x)躺fp讯=f荷op救en蠢('割e:充11蜻.t俗xt旁',谅'r涂')骆;鼻%读济取数叉据闹S=凝fs般ca恩nf响(f挪p,缴'%音g'驾);绍%将姜数据姑写入世矩阵敲中庸%S漠=t救ex男tr何ea总d(逢'l列l.络tx菜t'赏);怪st仆=f格cl户os众e(疯fp睁);裕b=明S(陆1,彻1)堆;掏n=厌S(在2,驻1)船;蓄l3怒=S押(3也,1尽);交f=莲0.捧15文6损*b庙*n俗*(匙x(惰1)缓*x帮(犯3甜)+嫩0.宇5*挠(x槐(4僚)-虎x(璃3)猎-l雄3)总*(供x(授1)调+x山(2胀))馋+x诱(2像)*誉l3紧);桌sa能ve犬c走es牛hi杀i.彻ma弊t谢f匙3.腐2.玩2藏函数倒体狼fu用nc乘ti舅on老唱[c升,c皆eq信]=同co秧nf再un挽(x苗)随%非落线性壳约束塞fp染=f巷op蚁en矛('余e:伤12芽.t然xt婶',叹'r辫')简;牺%聪读取菜数据仔S=披fs机ca喊nf该(f桶p,班'%某g'汇);售%将傲数据笑写入状矩阵三中抵st贩=f证cl瞧os鬼e(末fp至);也%S夫=t匹ex妻tr额ea到d(剑'l嚷2.菠tx李t'集);胶o1怀=S栽(1宇,1反);俘哥嘉床瓣%o氧1=老35链0M盾Pa走o2焦=S蜻(2仅,1闭);晋伞传选秘%o羽1=丰42而0M修Pa东b=扭S(甘3,洪1)懂;施舱落净被%b均=蚁8c密m烂l3宝=S早(4鞋,1坝);千知炕扇脆%l床3=概5c野m万ke脉=S伞(5音,1猴);井湿梯树右%k素e=寨39声7直MP蒙a草ka庭=S欣(6院,1忌);妖巷定狐有%k卸a=血0.默01绸p=壤S(膝7,尤1)词;牢酸碌吼平%p炮=5恢07弄6树n=丹S(比8,呢1)新;重礼荡裙睬%n往=2张cc岔=6惕*p牲*x补(3缸)亿*0姥.0忙1胀/(颗n*太b*泳x(召1)云^2夕);列c(差1)夺=c绣c-银o1辱;佛if胖x谋(3芹)<玉=(世x(钢4)多-5仗)*徐(2矮*x挣(1缓)/砖x(挨2)午-1颂)歇cc歉c=慕6*尚p*烘(x陈(4讽)-慌5)雀/(些b*壶n*愈x(密2)赴^2惹);剖货察c(左2)艳=c焰cc北-o府2;膀el阻se奸cc壳c=羞1.量5*尸p*膊(x插(2逝)-渴x(狠1)眨)*雪((阿(x盛(4预)-绣5)道-x宇(3有))捆/(艇x(政2)抽-x萌(1铁))吊)^民2/于(b吃*n暖*(梢x(淡1)种*(张x(某4)叮-5诱)-币x(探2)隶*x锅(3环))磁);貌c(施2)交=c宅cc建-o凤2;荣en曾d沉A=李x(香3)虹/(氧x(秩4)直-5锻);籍B=渗x(炉1)雹/x坛(2促);闯D=卵A/辉B;粱k=缸D^奋(3电)-船1.两5*狠(1捞-A疫)^敞(3狂)/晌(1国-B哈)^耀(3暮)*翁(2方*l草og焦(B期)+株4*奖(1离-B洲)*号(1国-D滨)/蓝(1牧-A征)-足(1屡-D惜)^纯(2亿)*凳(1那么-B揭^(呈2)册)/从(1等-A厌)^妄(2克))埋-1长;胡E=典9.动66昏*1完0^嫂(6校)*蹄b*呆n*饰x(猴2)广^(区3)阁/(笛ke雅*x库(4肚)^严(3笑)+室ke营*(看x(堆4)这-l学3)承^(倡3)泉*k绑)-寺1;红c(驼3)鞋=a但bs流(E域)-不ka补;杏c=词[c宋(1冰);猫c(嫁2)碍;c遗(3笼)]俗;规ce垒q=巾[]垫;歼t=压[x统(1腥),扫x(热2)日,x迷(3环),脸x(占4)趴];忘di窗sp马(t笔);诱%显栗示矩吨阵膨fs数=f些op陪en传('镰e:勇13沿.t呆xt松',迷'w五')诊;%总存入押数据哪fp谁ri痕nt豆f(猾fs佩,'爹%放5.隶3f慧',僚x(唉1)昼);忘fs邀1=好fo匀pe交n(确'e还:1盒4.啊tx批t'排,'淋w'速);话fp平ri据nt熊f(毛fs谷1,矿'%朝5.微3f痕',西x(叉2)航);节fs熊2=纵fo策pe惩n(颈'e调:1敞5.裂tx是t'网,'菊w'锯);妻fp们ri里nt钻f(搂fs划2,糊'%脖5.院3f佳',宅x(烫3)爹);伶fs啄3=高fo神pe窝n(米'e轨:1颤6.蛛tx既t'攻,'拉w'霉);昏fp祥ri帅nt掠f(朱fs储3,雅'%循5.驰3f链',闻x(纯4)油);馅st福at比us日=f泳cl锦os成e(疲fs蜓);首st尿at届us券=f遵cl债os悔e(押fs牢1)请;s姥ta民tu惠s=签fc黑lo责se亡(f肠s2窃);矿st愉at挺us金=f缝cl兄os永e(应fs让3)黎;须3.农2.派3磨命令膝窗口栽调用焦优化拌程序脖进行威优化凉%犯fo下rm养at哲l知on腐g瞧法x0晨=[手0.蔑5;申1.罚0;堆8;贞35案]挪;装A=烟[1斗,-糖1,援0,辛0]恩;服驻b=脊[-菠0.惕1]哑;枪驻Ae顾q=奉[]歌;违饱be驴q=蛾[]秧;未块lb配=[曲0.捐8佣;剃1.粱0;园5.呈0;董30翅.0盯];桐显ub跃=[五1.谎5;腰1息.5袖;1副0.锻0;驴35醉.0址];示op细ti投on捎s=斥op桥ti鉴ms耐et率('宇La像rg快es狭ca辉le疼',罢'o拍ff趋')盏;闻[x呼,f肢,e晌xi词tf路la促g,哪ou捧tp调ut愚,l搏am详bd箱a,抵gr剥ad凤,h捆es加si方an絮]=扯fm木in杯co灵n(席@f辜un射,x稳0,晋A,贵b,娱Ae阻q,锣be贡q,阔lb侵,u基b,扰@c暮on迈fu寺n,资op鸟ti营on候s)泛;闲lo短ad启c燥es笑hi璃i.顽ma档t钉fs须4=曾fo座pe疲n(喘'e叹:1角7.妹tx布t'典,'拍w'涝);读fp鞋ri救nt杰f(誉fs扩4,政'%溪5.锐3f喝',草f)咸;依运行劝程序踪，买得到骨如下佛数据萝：帐表轿1饼变浊量值堤及目继标函饺数值附片数寸n根/c贸m瞒/c惨m糟/c瓣m舟/c懂m留f/造kg览n=朽2与0.冤89颈4首1.亡0度27围8.蹄0甜3嫁4颤34散.9哨99炭83芽.4厨06老整理含结果携进行姨圆整德后得悄：灭=9泽㎜技;锅=1讯0㎜圣;爬=8教0摸㎜仗;泡=泡35息0㎜纽逝此时臂质量药最轻捡，为掩83党.4鸭06千kg盗。克4变烤截面扯钢板汪弹簧酷的校菜核尘4.隶1弹鹅簧最店大应麻力点捧及最阔大应崇力它图静2标梯层形变羡厚端阁面叶薄片板回簧几令何形委状巨图右2嘴中，杏过B计点做丢抛物桃线消的切袋线。袄便得鲜到梯收形叶右片弹毙簧A纵BC泰D。部当在汤L1那X衬L2堂长度全范围棚内。垫梯形薪弹簧框BC枪长度买上任根意一仔点厚习度释均大惜于抛搞物线溪弹簧剃上对勇应点龟的厚负度。崇因此够梯形趣弹簧社在这奔段上常的任虏意截滤面的厅应力协均小区于抛衣物线个弹簧豆上对饮应点伤的应裹力。唤又因洪为抛律物线芦上各感处应奉力相党等，义且等遥于B皱点处昼的应融力，射所以政梯形烈弹簧禽BC阳长度线范围营内任楼意截冬面上服的应赞力必畏然小税于B买点处亭的应汗力。基图中僚梯形挠弹簧失的B燥C直性线的类方程阻为：每〔舍1拢〕腿假设弹陡簧端椒部厚附度抛=h覆1,翁那么叶霜片等亭厚部纵分理助论长朴度值绒。瘦(侄2显)厕假设养梯形棵叶片钟实际抛等厚廊局部犬的长废度为滋L1碌那么当布时即雁理论盗长度视大于属实际覆长度隔时，惠最大剖应力辈应出叙现在纱x>食L2犁区段亭内，亲另外器当亲β彩<0搏.5澡时罢即2节h1座<h岛2那么泻<0配,有霞<L弱1。牌弹簧谜最大嫌应力受点在扩x<姻L2阵区段葵内。腾假设最净大应达力点圈不是尝出现望在B类点，羊那么由倾：存(柄3神)富令捧伸那么可榜得弹路簧最泥大应蓝力