非端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法技术

技术编号:13732601 阅读:72 留言:0更新日期:2016-09-21 14:15
本发明专利技术非端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法,属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据各片主簧的结构参数、副簧长度和片数及副簧的抛物线段厚度比和斜线段厚度比、弹性模量及主副簧复合刚度设计要求值,对非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部厚度进行设计。通过实例及ANSYS仿真验证可知,该方法可得到准确可靠的副簧根部厚度设计值,为该结构类型主副簧的副簧根部厚度设计提供了可靠的设计方法,并为CAD软件开发奠定了可靠技术基础。利用该方法可提高车辆悬架少片变截面主副簧的设计水平、产品质量及车辆行驶平顺性;同时,降低悬架弹簧重量和成本,降低设计及试验费用,加快产品开发速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆悬架钢板弹簧,特别是非端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法
技术介绍
少片变截面钢板弹簧因具有重量轻、片间摩擦小、噪声小等优点,被广泛应用在车辆钢板弹簧悬架系统中。为了满足加工工艺、应力强度、刚度及吊耳厚度的设计要求,在实际工程应用过程中,通常将少片变截面钢板弹簧设计为非端部接触式少片端部加强型变形截面主副簧形式。在副簧长度和片数、抛物线段厚度比和斜线段厚度比给定情况下,副簧的根部平直段厚度不仅影响主副簧的复合刚度和应力强度和使用寿命,还影响车辆行驶平顺性。然而,由于该形式的少片变截面主副簧的结构复杂,各片主簧的端部平直段非等构,副簧长度小于主簧长度,且当载荷大于副簧起作用载荷主副簧接触之后,副簧端部触点与主簧抛物线段内某点相接触,各片主副簧的内力及变形存有耦合,对其分析计算非常困难,目前国内外一直未曾给出可靠的非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部厚度设计方法。先前大都是忽略各片主簧的端部非等构,并且将主副簧看作等长,直接利用主副簧的复合刚度设计要求值减去主簧刚度值,对副簧的刚度及根部平直段厚度进行近似设计,所以不能满足非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧精确设计及CAD软件开发的要求。因此,必须建立一种准确、可靠的非端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧根部平直段厚度设计方法,满足车辆悬架少片变截面主副簧精确设计及CAD软件开发的要求,在不增加产品成本的前提下,提高车辆悬架少片变截面主副簧的设计水平、质量和性能及车辆行驶平顺性;同时,降低产品设计及试验费用,加快产品开发速度。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷,本专利技术所要解决的技术问题是提供一种简便、可靠的非端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法,设计流程图,如图1所示。非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧为对称结构,主副簧的一半对称结构可看作为悬臂梁,即对称中心线为根部固定端,主簧的端部受力点和副簧的触点分别作为主簧端点和副簧端点,非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的一半对称结构示意图,如图2所示,其中,包括:主簧1,根部垫片2,副簧3,端部垫片4;主簧1和副簧3的一半对称结构由根部平直段、抛物线段、斜线段、端部平直段四段构成,斜线段对变截面弹簧的端部起加强作用;主簧1的各片根部平直段之间、副簧3的各片根部平直段之间、及主簧1与副簧3的根部平直段之间,均设有根部垫片2,主簧1各片的端部平直段设有端部垫片4,端部垫片的材料为碳纤维复合材料,用来降低弹簧工作时所产的摩擦噪声。主簧1和副簧3的宽度为b,安装间距的一半长度为l3,斜线段的长度为Δl,弹性模量为E。主簧1的一半长度为LM,各片主簧的根部平直段的厚度为h2M,抛物线段的根部到主簧端点的距离为l2M=LM-l3;各片主簧的端部平直段非等构,即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度,大于其他各片的厚度和长度;主簧片数为m,其中,第i片主簧的抛物线段的端部厚度为h1Mpi,抛物线段的厚度比βi=h1Mpi/h2M,抛物线段的端部到主簧端点的距离l1Mpi=l2Mβi2,端部平直段的厚度和长度分别为h1Mi和l1Mi=l1Mpi-Δl,斜线段的厚度比γMi=h1Mi/h1Mpi,i=1,2,…,m。副簧3的一半长度为LA,各片副簧的根部平直段的厚度为h2A,抛物线段的根部到副簧端点的距离为l2A=LA-l3;副簧片数为n,其中,第j片副簧的抛物线段的端部厚度为h1Apj,抛物线段的厚度比βAj=h1Apj/h2A,抛物线段的端部到副簧端点的距离l1Apj=l2AβAj2,端部平直段的厚度和长
度分别为h1Aj和l1Aj=l1Apj-Δl,斜线段的厚度比γAj=h1Aj/h1Apj,j=1,2,…,n。副簧3端部触点与主簧1端点的水平距离为l0=LM-LA;副簧3的端部触点与第m片主簧抛物线段之间设有主副簧间隙δ;当载荷大于副簧起作用载荷时,副簧触点与主簧抛物线段内某点相接触,主副簧共同工作,以满足主副簧的复合刚度设计要求。在各片主簧的结构参数、副簧的长度和片数及其抛物线段的厚度比和斜线段的厚度比、弹性模量、及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下,对非端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧根部平直段厚度进行设计。为解决上述技术问题,本专利技术所提供的非端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法,其特征在于采用以下设计步骤:(1)端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-Ei计算:根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b,斜线段的长度Δl,弹性模量E;主簧的一半长度LM,抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,主簧片数m,其中,第i片主簧的抛物线段的厚度比βi,斜线段的厚度比γMi,斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpi,斜线段的端部到弹簧端点的距离l1Mi=l1Mpi-Δl,i=1,2,…m,对端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-Ei进行计算,即 G x - E i = 4 ( L M 3 - l 2 M 3 ) E b - 8 l 2 M 3 / 2 本文档来自技高网
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【技术保护点】
非端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法,其中,非端部接触式少片端部加强型主副簧的一半对称结构由根部平直段、抛物线段、斜线段和端部平直段4段构成,斜线段对变截面主副簧的端部起加强作用;各片主簧的端部平直段非等构,即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度,大于其他各片主簧的端部平直段的厚度和长度,以满足第1片主簧复杂受力的要求;副簧触点与主簧抛物线段之间设有一定的主副簧间隙,以满足副簧起作用载荷的设计要求;当载荷大于副簧起作用载荷时,主副簧接触而共同工作,以满足复合刚度设计要求;在各片主簧的结构参数、副簧的长度和片数及其抛物线段的厚度比和斜线段的厚度比、弹性模量、及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下,对非端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧根部厚度进行设计,具体设计步骤如下:(1)端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx‑Ei计算:根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b,斜线段的长度Δl,弹性模量E;主簧的一半长度LM,抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,主簧片数m,其中,第i片主簧的抛物线段的厚度比βi,斜线段的厚度比γMi,斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpi,斜线段的端部到弹簧端点的距离l1Mi=l1Mpi‑Δl,i=1,2,…m,对端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx‑Ei进行计算,即Gx-Ei=4(LM3-l2M3)Eb-8l2M3/2(l1Mpi3/2-l2M3/2)Eb+4l1Mi3EbγMi3βi3+6Δl(4l1Mi2γMi-l1Mi2-3l1Mi2γMi2+3l1Mpi2γMi2-4l1Mpi2γMi3)EbγMi2βi3(γMi-1)3-6Δl(-l1Mpi2γMi4-2l1Mil1MpiγMi+2l1Mi2γMi2lnγMi+2l1Mpi2γMi2lnγMi+2l1Mil1MpiγMi3-4l1Mil1MpiγMi2lnγMi)EbγMi2βi3(γMi-1)3;]]>(2)端点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BC计算:根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b,弹性模量E;主簧的一半长度LM,抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,副簧触点与主簧端点的水平距离l0,主簧片数m,对端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BC进行计算,即Gx-BC=4LM3-18l2M2l0-6LM2l0+4l2M3+16l2M3/2l03/2Eb;]]>(3)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx‑Epm计算:根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b,弹性模量E;主簧的一半长度LM,抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,副簧触点与主簧端点的水平距离l0,主簧片数m,对主副簧接触点受力情况下的第m片主簧的端点变形系数Gx‑Epm进行计算,即Gx-Epm=4LM3-6l0LM2-4l2M3+6l0l2M2Eb+8l2M3/2(l01/2-l2M1/2)2(2l01/2+l2M1/2)Eb;]]>(4)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BCp计算:根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b,弹性模量E;主簧的一半长度LM,抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,副簧触点与主簧端点的水平距离l0,主簧片数m,对主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BCp进行计算,即Gx-BCp=4(3LMl02-3LM2l0-9l0l2M2-9l02l2M+LM3+l2M3+16l03/2l2M3/2)Eb;]]>(5)端点受力情况下的n片端部加强型变截面叠加副簧的总端点变形系数Gx‑EAT计算:根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b,斜线段的长度Δl,弹性模量E;副簧的一半长度LA,副簧片数n,抛物线段的根部到副簧端点的距离l2A,抛物线段的厚度比βA,斜线段的厚度比γA,斜线段的根部到副簧端点的距离l1Ap,斜线段的端部到副簧端点的距离l1A,对n片叠加副簧的总端点变形系数Gx‑EAT进行计算,即Gx-EAT=4(LA3-l2A3)Ebn-8l2A3/2(l1Ap3/2-l2A3/2)Ebn+4l1A3EbnγA3βA3+6Δl(4l1A2γA-l...

【技术特征摘要】
1.非端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法,其中,非端部接触式少片端部加强型主副簧的一半对称结构由根部平直段、抛物线段、斜线段和端部平直段4段构成,斜线段对变截面主副簧的端部起加强作用;各片主簧的端部平直段非等构,即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度,大于其他各片主簧的端部平直段的厚度和长度,以满足第1片主簧复杂受力的要求;副簧触点与主簧抛物线段之间设有一定的主副簧间隙,以满足副簧起作用载荷的设计要求;当载荷大于副簧起作用载荷时,主副簧接触而共同工作,以满足复合刚度设计要求;在各片主簧的结构参数、副簧的长度和片数及其抛物线段的厚度比和斜线段的厚度比、弹性模量、及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下,对非端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧根部厚度进行设计,具体设计步骤如下:(1)端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-Ei计算:根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b,斜线段的长度Δl,弹性模量E;主簧的一半长度LM,抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,主簧片数m,其中,第i片主簧的抛物线段的厚度比βi,斜线段的厚度比γMi,斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpi,斜线段的端部到弹簧端点的距离l1Mi=l1Mpi-Δl,i=1,2,…m,对端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-Ei进行计算,即 G x - E i = 4 ( L M 3 - l 2 M 3 ) E b - 8 l 2 M 3 / 2 ( l 1 M p i 3 / 2 - l 2 M 3 / 2 ) E b + 4 l 1 M i 3 Ebγ M i 3 β i 3 + 6 Δ l ( 4 l 1 M i 2 γ M i - l 1 M i 2 - 3 l 1 M i 2 γ M i 2 + 3 l 1 M p i 2 γ M i 2 - 4 l 1 M p i 2 γ M i 3 ) Ebγ M i 2 β i 3 ( γ M i - 1 ) 3 - 6 Δ l ( - l 1 M p i 2 γ M i 4 - 2 l 1 M i l 1 M p i γ M i + 2 l 1 M i 2 γ M i 2 lnγ M i + 2 l 1 M p i 2 γ M i 2 lnγ M i + 2 l 1 M i l 1 M p i γ M i 3 - 4 l 1 M i l 1 M p i γ M i 2 lnγ M i ) Ebγ M i 2 β i 3 ( γ M i - 1 ) 3 ; ]]>(2)端点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BC计算:根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b,弹性模量E;主簧的一半长度LM,抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,副簧触点与主簧端点的水平距离l0,主簧片数m,对端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BC进行计算,即 G x - B C = 4 L M 3 - 18 l 2 M 2 l 0 - 6 L M 2 l 0 + 4 l 2 M 3 + 16 l 2 M 3 / 2 l 0 3 / 2 E b ; ]]>(3)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-Epm计算:根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b,弹性模量E;主簧的一半长度LM,抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,副簧触点与主簧端点的水平距离l0,主簧片数m,对主副簧接触点受力情况下的第m片主簧的端点变形系数Gx-Epm进行计算,即 G x - E p m = 4 L M 3 - 6 l 0 L M 2 - 4 l 2 M 3 + 6 l 0 l 2 M 2 E b + 8 l 2 M 3 / 2 ( l 0 1 / 2 - l 2 M 1 / 2 ) 2 ( 2 l 0 1 / 2 + l 2 M 1 / 2 ) E b ; ]]>(4)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BCp计算:根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b,弹性模量E;主簧的一半长度LM,抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,副簧触点与主簧端点的水平距离l0,主簧片数m,对主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BCp进行计算,即 G x - BC p = 4 ( 3 L M l 0 2 - 3 L M 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员:周长城于曰伟赵雷雷焦学键刘灿昌王凤娟邵明磊
申请(专利权)人:山东理工大学
类型:发明
国别省市:山东;37

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