钢板弹簧作为汽车悬架中重要组成部分，对汽车性能有着重要影响。但它并非最终产品，而是隶属于其他产品的零部件，对主机厂的依赖性很大。过去基本上是主机厂负责悬架弹簧设计，钢板弹簧企业按图纸加工，而现在一些主机厂则需要零部件厂家共同参与产品的设计和开发。但在现阶段车型多元化的生产机制下，同平台改型已经成为钢板弹簧量产设计的主要方向。在已有平台的基础上，快速、准确做出改型车的零部件配套设计，已经成为主机厂对零部件企业的主要要求。
运动汽车２．钢板弹簧的建模过程与运动轨迹分析
3.1 平台选择与研究背景
Catia的sketch模块是一个具有空间约束能力的几何构造系统，它除了提供基本的线条样式之外，还能起到更贴近空间位置的作用。这种空间开发环境可以改变二维作图的弊病，极大提高开发者的效率，更便于CAD为核心的三维模型一体化开发。
本文以某款微车的改型开发为例，在车身硬点不变的情况下，改变整车载荷后，为满足姿态角要求，重新匹配各弹簧刚度，通过构造板簧曲线完成底盘系统的后悬架三维模型。并以绝对约束作为输入条件，绘制各个典型状态下的曲线，从而完成运动轨迹的描绘。然后使之与教科书中的二维绘图法做出的运动
轨迹对比，逐点分析偏差。然后与实际车空、满载情况下板簧扫描出的点云位置对比，保证设计的准确性。
3.2 设计流程
图1 建模流程图
对于整车姿态的要求，由设计要求给出，结合外形特点、路况要求等。
对于板簧参数的提供，由以上输入条件计算得出。
实车扫描位置，由实验数据给出；二维绘图法在硬点基础上绘制得出。
3.2.1 输入要求
根据载荷变化和姿态角要求计算得到板簧设计参数，平面设计如下：
空载弧高；满载弧高
；自由弧高；
主片簧长度
、厚度、厚度；
下夹板有效长度；
前卷耳直径
；后卷耳直径；
3.2.2 主片簧曲线绘制
选取吊耳中心平面，开始按板簧图纸绘制主片簧曲线。在约束几何关系的同时，调整圆弧长度以满足主片簧长度的设计要求，同时按照空载弧高设计出曲线，如图2：
图中曲线须满足，前卷耳中心与前吊耳轴线重合，后卷耳中心位于以后
吊耳轴线为中心半径的圆弧上。同时须满足对称板簧设计，前弧和后弧度均为440mm
。夹紧段与水平面成。
同上述空载曲线，调整板簧弧高至满载要求，改变卷耳切点位置，调整圆弧长度满足主片簧长度设计要求，完成满载状态板状曲线的绘制，如图引入后悬中缓冲块模型，根据几何关系，由空载状态计算出缓冲块中心至主片簧中心距离，上极限位置取缓冲块压缩至1/2处，达到此状态时主片簧已出现反拉，且原曲线由两段圆弧变为四段圆弧。完成几何约束，绘制上极限位置曲线。如图3
将板簧向下拉至最低处，约束满足主片簧长度，做出下极限曲线，如图4。
引入减震器模型，以空载状态为约束原点，将其做伸缩运动。其最长伸长量应比下极限位置的伸长量略大。最大压缩量应大于缓冲块压缩至1/2处时缩短量。
将后卷耳中心与下极限曲线在后卷耳位置的切点连线，其与切线角度应小于180度。以避免下极限时出现钢板弹簧反背现象。
3.2.3 运动轨迹分析
将上述各典型位置板簧曲线中心点连接成一条光滑曲线，形成板簧的运动轨迹，如图5。
按照教科书中二维绘图法，取出理论轨迹的圆心和半径:
旋转中心：在纵向与卷耳中心相聚/4
（为卷耳中心到前U形螺栓中心距离）；
在高度方向上与卷耳中心相聚e/2（e为卷耳半径）。
旋转半径：连接旋转中心与板簧中心安装点。
绘制出板簧理论运动曲线，如图5。
由图可见，描点法生成的轨迹线较之理论曲线有绕空载中心顺时针旋转约0.65度的趋势。
引入空载满载车体点云，取出板簧中心点位置，进行对比。发现满载时中心点较之描点法生成的曲线X正向偏差为0.12mm，由此可说明实际曲线相对于描点曲线仍有绕空载中心的顺时针旋转趋势。故描点曲线比理论曲线更接近与实车位置。
基于Ｃａｔｉａ的钢板弹簧三维模型构造及运动轨迹分析
孙超 中国汽车工程研究院汽车轻量化工程技术研究中心 重庆 ４０００３９
摘要 本文介绍了汽车用钢板弹簧的三维模型构造方法，以Ｃａｔｉａ的草图绘制为基础研究了其结构形式。根据非独立后悬架运动学原则，利用模型的空间位置为开发平台，在整车坐标下验证钢板弹簧运动轨迹。通过逐点对比分析与实际的偏差，保证了制作精度。本文提出建模的及验证方法操作简单、变化灵活，易于变载荷后的后悬钢板弹簧匹配及建模。而且较之绘图法做出的轨迹曲线更直观、更精确。这对得到高精度的三维模型和运动分析具有重要意义。
关键词
Ｃａｔｉａ 钢板弹簧 三维模型 运动轨迹
/
/
设计实践 / DESIGN PRACTICE
3.2.4 板簧三维模型生成
以上已经得到板簧各状态下的曲线，取空载状态为数模状态，将空载状态下主片簧曲线通过Y 向拉伸成面并增厚，按板簧设计图纸所要求厚度宽度等完成三维模型设计，按照相贴合的偏置性原则，依次完成其他各片板簧及附
件设计。
图2
满载主片簧曲线
图3
上极限主片簧曲线
图4
下极限主片簧曲线
图5 运动轨迹分析
３．结束语
本文介绍了基于Catia 的钢板弹簧三维模型建模技术及运动轨迹分析方法，利用其强大的建模功能，以
草图拉伸法为例详细介绍了建模原理、方法、步骤。并在理论曲线和实际点云的对比下精确地给出了高精度的空载板簧模型，极大方便了变载荷后的后悬板簧再设计，缩短了制造周期，对我国发展多元型汽车工业制造技术具有重大意义，
同时也是对参数模块化设计方法的一种
有益尝试。
参考文献
[1]张英会. 弹簧手册. 机械工业出版社. 1997[2]林金木. 钢板弹簧设计计算. 汽车工程. 1995.03期[3]郑银环. 汽车钢板弹簧计算模型研究. 武汉理工大学. 2005
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