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| 汽车悬架用组合发条弹簧机构底板冲压件的设计 |
本文针对提出的新型车用组合发条机构，分析了其底板结构和性能。利用ANSYS 软件对其进行了静力学分析和模态分析，结果表明底板的一阶模态频率较低，因此提出了增加加强筋、增大局部尺寸和增加局部台阶结构，通过模态仿真计算显示增加局部台阶结构的方案能有效提升底板的机械性能。国外资料有针对回收汽车悬架振动的研究，其中奥迪于2015 年展示了eRot 概念车，其改进的电动阻尼器已经能很好回收悬架振动能量，加拿大有大学报道进行了悬架振动能量回收的研究。国内吉林大学的于长淼等通过串联齿轮齿条机构，将悬架的直线位移转化为发电机的旋转运动，在实现悬架需要的阻尼的同时回收悬架振动能量。上海交通大学的曹民等研究了改进后的主动悬架特性，同时也兼顾回收悬架振动能量。这些研究显示回收悬架振动能量，在大部分道路条件下，能显著改善汽车的整车效率和提升舒适性。因而提出了车辆悬架用组合发条弹簧，变悬架的直线位移运动为发电机的旋转运动，实现悬架需要的弹性变形和阻尼功能，其结构如图1 所示。通过内齿传动并联的发条弹簧满足了悬架需要的弹性力要求，发电机轴与发条弹簧轴通过钢丝绳实现连接传动，将悬架的小位移变形转化为发电机轴的大角度转动。在悬架发生变形时，发电机转动发电，控制发电机的输出实现对阻尼的调节。因而该弹簧机构将悬架的弹性元件和阻尼元件扁平化，同时具有回收悬架振动能量的功能。样机的底板采用铝合金底板，使用数控加工中心加工后获得，这导致加工时间较长、生产效率低。而将底板改为冲压件，则能大幅提高生产效率、材料利用率，进一步提升发条弹簧机构的轻量化和结构的紧凑。底板机械性能分析对底板进行冲压件的改进设计，发条弹簧安装孔进行压延拉伸处理，使得安装孔的强度得到加强。安装发条弹簧的外沟槽采用盲槽结构，以加强这部分区域的强度。安装电机的外围采用通孔结构，与电机的外围形状相配合，由于该局部尺寸较小，均为薄壁件，为提高其仿真计算结果的精度，对其进行了局部加密，改进后的仿真模型如图2 所示。仿真模型施加的力和约束如图3 所示，其中心具有周布的6 个发条弹簧，其尺寸受到传动内齿圈尺寸的限制，同时也受到高度的限制。传动内齿圈取较小的尺寸，则车身对应部位将不需要空出较大空间来容纳悬架弹簧，使得车身内部容积增大。扩展发条弹簧用来补充发条弹簧的弹力，横向布置是为了在汽车中更容易布置。图3 中，A 安装螺栓处约束，B 安装小轴承处约束，C 安装大轴承处约束，选择中心发条弹簧的截面高度为0.65mm，截面宽度为7mm，计算获得的D、E、F、G、H、I 中心发条弹簧施加的最大弹力为20N，J、K 扩展发条弹簧施加的最大弹力为30N。
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