非端部接触式少片根部加强型主副簧端点力的确定方法技术

本发明专利技术涉及非端部接触式少片根部加强型主副簧端点力的确定方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据非端部接触式少片根部加强型主副簧的各片主簧和副簧的结构参数、主副簧间隙、弹性模量、主副簧所承受载荷，确定出各片主簧和各片副簧的端点力。通过实例及仿真验证可知，该发明专利技术所提供的非端部接触式少片根部加强型主副簧端点力的确定方法是正确的，可得到准确可靠的各片主簧和副簧的端点力，为非端部接触式少片根部加强型主副簧的设计、复合刚度验算、应力强度校核奠定了重要技术基础，利用该方法可提高少片根部加强型变截面主副簧的设计水平、产品质量和使用寿命及车辆行驶平顺性；同时，还可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根部加强型主副簧端点力的确定方法。
技术介绍
为了满足车辆悬架在不同载荷下的变刚度设计要求，通常将少片变截面钢板弹簧设计为主副簧，其中，主簧与副簧触点之间设计有一定的主副簧间隙，确保当载荷大于副簧起作用载荷后，主副簧接触而一起共同工作，满足主副簧复合刚度设计要求。由于第1片主簧的受力复杂，不仅承受垂向载荷，同时还承受扭转载荷和纵向载荷，因此，实际所设计的第1片主簧的端部平直段的厚度和长度大于他各片主簧的厚度和长度，即大都采用端部非等构的少片变截面主副；同时，为了加强少片抛物线型变截面主副簧根部的强度，通常在根部平直段与抛物线段之间增设一斜线段，即采用根部加强型的少片变截面主副簧。另外，由于为了满足主副簧不同复合刚度的设计要求，通常采用不同长度的副簧，即主簧与副簧的接触位置也不同，因此，主副簧可分为端部接触式和非端部接触式，其中，在副簧根部平直段厚度及片数给定情况下，非端部接触式主副簧的复合刚度小于端部接触式的复合刚度。少片变截面主副簧端点力的计算，是制约少片变截面主副簧设计、刚度计算、应力强度校核的关键问题。然而，由于主簧的端部平直段非等构、根部设计斜线加强段、主副簧长度不相等、主副簧的变形及端点力存有耦合，因此，先前一直未能给出非端部接触式少片根部加强型变截面主副簧端点力的计算方法，不能满足非端部接触式少片根部加强型变截面主副簧的精确设计和分析计算的要求。因此，必须建立一种精确、可靠的非端部接触式少片根部加强型主副簧端点力的确定方法，满足车辆行业快速发展及对少片抛物线型变截面主副钢板弹簧精确设计和分析计算的要求，提高少片抛物线型变截面主副簧的设计水平、产品质量和性能，确保满足主副簧复合刚度及应力强度的设计要求，提高车辆行驶平顺性；同时，降低设计及试验费用，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根部加强型主副簧端点力的确定方法，其流程图，如图1所示。非端部接触式少片根部加强型主副簧为对称结构，可将对称的一半弹簧看作悬臂梁，即将对称中心线看作一半弹簧的固定根部，将主簧端部受力点和副簧端部接触受力点分别看作一半对称结构主簧端点和副簧端点，其一半对称结构示意图，如图2所示，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的各片是由根部平直段、斜线段、抛物线段、端部平直段四段构成，其中，斜线段对钢板弹簧起加强作用。主簧1的各片根部之间和与副簧3及其各片根部之间设置有根部垫片2，主簧1的各片端部平直段之间设置有端部垫片4，端部垫片4的材料为碳纤维复合材料，以防止工作时产生摩擦噪声。其中，非端部接触式少片根部加强型主副簧的宽度为b，安装间距的一半l3，斜线段的长度为Δl，弹性模量为E；主簧片数为m，主簧的一半长度为LM，斜线段的根部到主簧端点的距离为l2M，斜线段的端部到主簧端点的距离为l2Mp；各片主簧的根部平直段的厚度为h2M，斜线段的端部厚度为h2Mp，斜线段的厚度比γM＝h2Mp/h2M；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；各片主簧的端部平直段的厚度为h1i，各片主簧的抛物线段的厚度比为βi＝h1i/h2Mp，各片主簧的端部平直段的长度副簧的一半长度为LA，副簧触点与主簧端点的水平距离为l0＝LM-LA，副簧斜线段的根部到副簧端点的距离为l2A，副簧斜线段的端部到副簧端点的距离为
l2Ap；副簧片数为n，各片副簧的根部平直段的厚度为h2A，副簧斜线段的端部厚度为h2Ap，各片斜线段的厚度比γA＝h2Ap/h2A；各片副簧的端部平直段的厚度为hA1j，各片副簧的抛物线段的厚度比为βAj＝hA1j/h2Ap，各片副簧的端部平直段的长度副簧1触点与主簧三抛物线段之间垂向距离为主副簧间隙δ，当载荷大于副簧起作用载荷时，副簧触点与第m片主簧的抛物线段内某点相接触；当主副簧接触之后，各片主簧和副簧的端点受力不相等，且第m片主簧除了受端点力之外，还受副簧的端点支撑力。在各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量、主副簧间隙及主副簧所承受载荷给定情况下，对非端部接触式少片根部加强型主副簧的端点力进行计算。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根部加强型主副簧端点力的确定方法，其特征在于采用以下步骤：(1)端点受力情况下的各片根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根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，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2Mp，主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l2M，副簧斜线段的厚度比γM，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，i＝1,2,…,m，对端点受力情况下的各片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 + 4 l 2 M p 3 ( 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
非端部接触式少片根部加强型主副簧端点力的确定方法，其中，非端部接触式少片根部加强型变截面主副簧的一半对称结构是由根部平直段、斜线段、抛物线段和端部平直段4段构成，斜线段对弹簧根部起加强作用；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厚度和长度；副簧长度小于主簧长度，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，即主副簧为非端部接触式；当主副簧接触之后，各片主副簧的端点力不相同，且与副簧相接触的1片主簧除了受端点力之外，还受副簧触点支撑力的作用；在各片主簧和副簧的结构参数、主副簧间隙、弹性模量及主副簧所承受载荷给定情况下，对非端部接触式少片根部加强型主副簧的各片主簧和副簧的端点力进行计算，具体计算步骤如下：(1)端点受力情况下的各片根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根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，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2Mp，主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l2M，副簧斜线段的厚度比γM，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，i＝1,2,…,m，对端点受力情况下的各片主簧的端点变形系数Gx‑Ei进行计算，即Gx-Ei=4(LM3-l2M3)Eb+4l2Mp3(2-βi3)EbγM3+6ΔlEbγM2(γM-1)3(4l2Mp2γM-l2Mp2-3l2Mp2γM2+3l2M2γM2-4l2M2γM3)+6ΔlEbγM2(γM-1)3(l2M2γM4-2l2Mpl2MγM+2l2Mp2γM2lnγM+2l2M2γM2lnγM+2l2Mpl2MγM3)-24l2Mpl2MγM2ΔllnγMEbγM2(γM-1)3,i=1,2,...,m;]]>(2)端点受力情况下的第m片根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‑CD计算：根据非端部接触式少片根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，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2Mp，主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l2M，副簧斜线段的厚度比γM，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‑CD进行计算，即Gx-CD=4LM3-6l0LM2-4l2M3+6l0l2M2Eb+8l2Mp3+16l2Mp3/2l03/2-24l2Mp2l0EbγM3-6l0Δl(l2Mp+l2MγM)EbγM2+6ΔlEbγM2(γM-1)3(4l2Mp2γM-l2Mp2-3l2Mp2γM2+3l2M2γM2-4l2M2γM3+l2M2γM4-2l2Mpl2MγM)+6ΔlEbγM2(γM-1)3(2l2Mp2γM2lnγM+2l2M2γM2lnγM+2l2Mpl2MγM3-4l2Mpl2MγM2lnγM);]]>(3)主副簧接触点受力情况下的第m片根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根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，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2Mp，主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l2M，副簧斜线段的厚度比γM，副簧触点与主簧端点的水平距离l0，主簧片数m，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧的端点变形系数Gx‑Epm进行计算，即Gx-Epm=4LM3-6l0LM2-4l2M3+6l0l2M2Eb-12Eb[3Δl(l2MγM-l2Mp)22(γM-1)3-2l2MΔl(l2MγM-l2Mp)(γM-1)2-3Δl(l2MγM-l2Mp)22(γM-1)3γM2-2l2MpΔl(l2MγM-l2Mp)(γM-1)3γM2-Δl3(γM-1)3lnγM]...

【技术特征摘要】
1.非端部接触式少片根部加强型主副簧端点力的确定方法，其中，非端部接触式少片根部加强型变截面主副簧的一半对称结构是由根部平直段、斜线段、抛物线段和端部平直段4段构成，斜线段对弹簧根部起加强作用；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厚度和长度；副簧长度小于主簧长度，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，即主副簧为非端部接触式；当主副簧接触之后，各片主副簧的端点力不相同，且与副簧相接触的1片主簧除了受端点力之外，还受副簧触点支撑力的作用；在各片主簧和副簧的结构参数、主副簧间隙、弹性模量及主副簧所承受载荷给定情况下，对非端部接触式少片根部加强型主副簧的各片主簧和副簧的端点力进行计算，具体计算步骤如下：(1)端点受力情况下的各片根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根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，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2Mp，主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l2M，副簧斜线段的厚度比γM，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，i＝1,2,…,m，对端点受力情况下的各片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 + 4 l 2 M p 3 ( 2 - β i 3 ) Ebγ M 3 + 6 Δ l Ebγ M 2 ( γ M - 1 ) 3 ( 4 l 2 M p 2 γ M - l 2 M p 2 - 3 l 2 M p 2 γ M 2 + 3 l 2 M 2 γ M 2 - 4 l 2 M 2 γ M 3 ) + 6 Δ l Ebγ M 2 ( γ M - 1 ) 3 ( l 2 M 2 γ M 4 - 2 l 2 M p l 2 M γ M + 2 l 2 M p 2 γ M 2 lnγ M + 2 l 2 M 2 γ M 2 lnγ M + 2 l 2 M p l 2 M γ M 3 ) - 24 l 2 M p l 2 M γ M 2 Δllnγ M Ebγ M 2 ( γ M - 1 ) 3 , i = 1 , 2 , ... , m ; ]]>(2)端点受力情况下的第m片根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-CD计算：根据非端部接触式少片根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，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2Mp，主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l2M，副簧斜线段的厚度比γM，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-CD进行计算，即 G x - C D = 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 p 3 + 16 l 2 M p 3 / 2 l 0 3 / 2 - 24 l 2 M p 2 l 0 Ebγ M 3 - 6 l 0 Δ l ( l 2 M p + l 2 M γ M ) Ebγ M 2 + 6 Δ l Ebγ M 2 ( γ M - 1 ) 3 ( 4 l 2 M p 2 γ M - l 2 M p 2 - 3 l 2 M p 2 γ M 2 + 3 l 2 M 2 γ M 2 - 4 l 2 M 2 γ M 3 + l 2 M 2 γ M 4 - 2 l 2 M p l 2 M γ M ) + 6 Δ l Ebγ M 2 ( γ M - 1 ) 3 ( 2 l 2 M p 2 γ M 2 lnγ M + 2 l 2 M 2 γ M 2 lnγ M + 2 l 2 M p l 2 M γ M 3 - 4 l 2 M p l 2 M γ M 2 lnγ M ) ; ]]>(3)主副簧接触点受力情况下的第m片根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根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，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2Mp，主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l2M，副簧斜线段的厚度比γM，副簧触点与主簧端点的水平距离l0，主簧片数m，对主副簧接触点处受力情况下的第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 - 12 E b [ 3 Δ l ( l 2 M γ M - l 2 M p ) 2 2 ( γ M - 1 ) 3 - 2 l 2 M Δ l ( l 2 M γ M - l 2 M p ) ( γ M - 1 ) 2 - 3 Δ l ( l 2 M γ M - l 2 M p ) 2 2 ( γ M - 1 ) 3 γ M 2 - 2 l 2 M p Δ l ( l 2 M γ M - l 2 M p ) ( γ M - 1 ) 3 γ M 2 - Δl 3 ( γ M - 1 ) 3 lnγ M ] - 24 l 0 l 2 M p 2 - 8 l 2 M p 3 - 16 l 0 3 / 2 l 2 M p 3 / 2 Ebγ M 3 - ]]> 6 l 0 Δ l ( l 2 M γ M - l 2 M p ) Ebγ M 2 ; ]]>(4)主副簧接触点受力情况下的第m片根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-CDp计算：根据非端部接触式少片根部加强型变截面主副簧的宽度b，安装间距的一半l3，斜线段的长度Δl，弹性模量E；主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2Mp，主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l2M，副簧斜线段的厚度比γM，副簧触点与主簧端点的水平距离l0，主簧片数m，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-CDp进行计算，即 G x - CD p = 4 ( L M - l 2 M ) ( L M 2 - 3 l 0 L M + L M l 2 M + 3 l 0 2 - 3 l 0 l 2 M + l 2 M 2 ) E b - 12 E b [ l 0 2 Δ l ( γ M - 1 ) 2 - 3 Δ l ( l 2 M γ M - l 2 M p ) 2 2 ( γ M - 1 ) 3 + 2 l 2 M p Δ l ( Δ l - l 2 M p - l 0 γ M + l 2 M γ M ) ( γ M - 1 ) 2 γ M 2 + Δ l [ 2 l 0 3 Δ l ( γ M - 1 ) ( l ...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，于曰伟，汪晓，邵明磊，王凤娟，刘瑞军，袁光明，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37