钢板弹簧是汽车悬架系统的重要弹性元件,其强度及刚度特性直接影响着整车安全的行驶性和操纵稳定性。随着轻量化成为主流的技术要求,少片变截面钢板弹簧因具有质量轻、使用寿命长等优点,逐渐被广泛使用。变截面钢板弹簧的传统设计方法大多以三段式模型为基础,虽便于运算,但与实际生产的变截面簧形状存在较大差异,导致无法精确计算簧片刚度、实现材料利用最大化。针对以上问题,本文主要开展了以下工作:(1)建立了变截面钢板弹簧刚度计算的传递矩阵法基于Euler梁小变形理论,将变截面钢板弹簧离散为一系列的梯形梁单元,在精确分析各段梯形梁单元变形特点的基础上,推导梯形变截面梁单元的转角、挠度公式;结合半片钢板弹簧受力分析,建立了分段梯形变截面钢板弹簧刚度计算的传递矩阵法。考虑轧制过程截面变形对刚度计算精度的影响,通过板簧强度、刚度试验获取截面变形修正系数。最后通过数值案例,验证所建立的刚度计算的传递矩阵法的有效性。(2)提出了一种“五段式标准化”变截面钢板弹簧优化新模型以质量最小为优化目标,综合考虑悬架总成的刚度、强度及制造工艺约束,提出一种“五段式标准化”优化设计新模型。采用条件筛选与性能优选相结合的优化设计方法,以Matlab为开发平台,研制了GUI优化设计程序。通过不同形式板簧单片、板簧总成的实例设计,验证优化设计模型的有效性。(3)研究了变截面钢板弹簧疲劳寿命分析方法基于分析钢板弹簧疲劳寿命的名义应力法,在考虑表面粗糙度、热处理及喷丸等影响因素的前提下,研究了修正的材料S-N曲线,结合有限元仿真应力结果,分析得到变截面钢板弹簧的疲劳寿命云图并确定疲劳危险区。通过在疲劳软件中控制残余压应力单一变量模拟不同喷丸强度下的变截面钢板弹簧疲劳寿命,得到了残余压应力对疲劳寿命的影响规律。(4)开展了变截面钢板弹簧性能试验参照国标试验规范,对前文所研究的变截面钢板弹簧单片及总成结构进行了满载载荷下的强度试验、静载刚度试验及垂直负荷下的疲劳试验。通过比较强度刚度试验与仿真数据获得截面变形修正系数,为文中推导的刚度计算的传递矩阵法及提出的“五段式标准化”优化设计模型提供有效数据支撑。