作者：周俊杰 孙宝庆
来源：《计算机辅助工程》2013年第03期
摘要：根据钢板弹簧模型所需要的参数，利用Adams/Chassis建立某型客车钢板弹簧动力学模型，并对其建立过程进行详细说明.对缩短汽车设计周期、提高产品质量和降低产品开发成本，具有重要现实意义.
关键词：客车； 钢板弹簧； Adams/Chassis
中图分类号：U463.33文献标志码：B
0引言
钢板弹簧是客车中应用很广泛的弹性元件之一，由若干不等长但等宽的金属弹簧叶片叠加而成.其近似一根等强度的弹性梁，能承受来自各个方向上的力，使来自各个方向的力合理分布在客车的骨架和车身上，同时还承担客车在启动和制动时的扭矩.[1]在对客车进行整体性能测试时，钢板弹簧的建立显得尤为重要.
本文基于Adams/Chassis中的leafspring preprocessor模块，按照实际参数，建立某型客车的钢板弹簧，对于模拟整车性能、缩短研发周期，有着重要意义.
1Adams介绍
Adams是由美国MDI公司开发的虚拟样机分析软件，目前己被全世界各行各业的数百家主要制造商采用.Adams软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等.Adams/Chassis模块是MDI公司为美国福特汽车公司开发的专用汽车分析仿真模块.在SDI环境中，具有完善的整车控制功能，并且具有完整连接器、立体轴向拖臂的后悬架模块.
Adams已成为CAE领域使用范围最广、应用行业最多的虚拟样机技术之一，是一款集建模、求解、可视化技术于一体的虚拟样机软件.在许多国际大型公司、企业均采用该技术作为仿真平台.可用于建立复杂机械系统的“功能化数字样机”，在现实工作条件下逼真地模拟所有运动情况，并且可快速分析多种设计方案，直至获得最优设计方案.
2钢板弹簧的建立
传统的钢板弹簧的建立，是运用集中载荷法、共同曲率法等各种计算方法建立起钢板弹簧的数学模型，
并且根据得到的数学模型进行钢板弹簧的设计计算，生产出所需的钢板弹簧.这样生产出的钢板弹簧的刚度和强度并不一定满足要求，必须进行钢板弹簧的台架试验.如果不符合要求，那么必须重新进行计算，重新生产、试验，浪费大量的人力和物力，也不易提高产品质量[2].传统钢板弹簧的建立流程见图1.
随着社会进步的加快，人们生活水平的不断提高，人们对产品的要求也越来越高；同时，社会竞争更加激烈，产品复杂程度越来越高，产品开发周期越来越短，产品保修维护期望越来越高，生产计划越来越灵活，在现实中，一些客观条件约束等原因的存在，催使着计算机CAE技术的不断发展.
在各种CAE技术中，虚拟样机技术是一个重要分支.开发新产品时，在概念设计阶段，通过学科理论和计算机语言，对设计阶段的产品进行虚拟性能测试，达到提高设计性能、降低设计成本、缩短产品开发时间的目的.与传统的设计方式相比，基于虚拟样机技术的钢板弹簧建立有着明显优势和更好的操作性，产品开发周期之间的关系见图2.在制造物理样机前就可以进行样机测试，出和发现潜在问题，能够缩短产品开发周期的40%～70%.
2.1Adams中钢板弹簧的建模方法
在Adams中，有着多种钢板弹簧的建模方法，包括等效中性面法、SAE三段梁法和离散量法等.[3]
（1）等效中性面法.主要用来建立主副簧式钢板弹簧模型，它将主簧上所有看成一整片，然后将这片钢板弹簧分成若干刚体，刚体之间用柔性BEAM连接，刚体质量和转动惯量按照所有主整体的实际质量特性给定；副簧建模方法亦然.主、副之间的接触通过Adams中接触函数模拟.
太平洋汽车模型 （2）SAE三段梁法.这是一种简化的钢板弹簧模型，即将钢板弹簧看成中间刚性衬套或者球铰连接起来，前、后梁与车架用弹性衬套或者铰链副连接，并通过选择合适的衬套参数，使之达到实际钢板弹簧的刚度.
（3）离散梁法.这是以有限元为依据的方法，将每片钢板弹簧都离散成若干段的刚体，且在每段离散刚体之间都用BEAM梁连接，BEAM梁参数根据钢板弹簧截面形状与材质得出.各片之间的接触利用Adams中的接触力定义.中性面法可视为离散梁法，它将各片等效成一片.离散梁法可建立与实际钢板弹簧性能和形状接近的模型.
2.2钢板弹簧的建立
钢板弹簧从结构上看，主要由钢板弹、前卷耳、后卷耳、束缚框架、前钢板眼观套、首钩和弹簧衬套等各个零部件构成.本文基于离散梁法，对某型客车的钢板弹簧进行建模.
首先启动Adams/Chassis中的leaf spring preprocessor窗口，打开之前在spring.ltf中建立的板簧设计程序.在General中进行设置，其中，钢板数目为4，摩擦因数为0，影响指数为2.1，配件算法为2阶多项式拟合.这样就得到钢板弹簧的一般信息.
打开界面中的Axle选项，对内部的参数进行设置，虚拟轴上的额外质量为0.5 kg，Leafpack的参考指标为37.7 mm，前、后不活跃长度和设计载荷下的高度参考标记皆为默认，轴的安装类型为overslung.
在设置完轴的信息后，对吊耳的信息进行相应设置，在打开界面上的Shackle窗口后，将吊耳的质量和长度等信息设置在其中，参数见图3.
3结束语
在Adams虚拟样机环境下，利用Adams/Chassis中的leaf spring preprocessor窗口，建立某型客车的钢板弹簧三维实体模型.对整车性能的仿真提供很大帮助，大大提高整车仿真的效率和准确性，同时也为客车悬架性能的研究提供基础.
参考文献：
[1]尹文杰. 车辆悬架动力学/运动学分析和参数优化[D]. 北京： 北京理工大学， 2003.
[2]李军， 邢俊文， 谭文浩. Adams实例教程[M]. 北京： 北京理工大学出版社， 2002.
[3]史世俊. Adams钢板弹簧离散梁建模及重型载货汽车悬架K&C特性仿真[D]. 吉林： 吉林大学， 2012.（编辑陈锋杰）
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