端部接触式少片端部加强型变截面主副簧复合刚度的验算方法技术

本发明专利技术端部接触式少片端部加强型变截面主副簧复合刚度的验算方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量，对端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的复合刚度进行计算。通过实例和ANSYS仿真验证可知，该端部接触式少片端部加强型变截面主副簧复合刚度的验算方法是准确可靠的，可得到准确可靠的主副簧复合刚度验算值，为端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的复合刚度验算提供了可靠的验算方法。利用该方法可提高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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是端部接触式少片端部加强型变截面主副簧复合刚度的验算方法。
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、刚度及端部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端部接触式少片端部加强型变截面主副簧形式，其中，主副簧的复合刚度对车辆悬架性能具有重要影响，并且影响车辆的行驶平顺性和安全性。然而，由于该形式的少片变截面钢板弹簧的结构复杂，且主副簧接触之后存有内力及变形耦合，因此，端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的复合刚度解析验算非常困难，先前国内外一直未曾给出可靠的端部接触式少片端部加强型变截面主副簧复合刚度的验算方法。据所查阅资料可知，目前国内外对于端部接触式少片端部加强型变截面主副簧，大都是利用ANSYS仿真软件，通过实体建模对给定结构的变截面钢板弹簧进行数值仿真验证。尽管有限元仿真分析方法可得到比较可靠的仿真数值，然而，由于ANSYS仿真分析只能对给定结构参数的钢板弹簧特性进行仿真验证，不能提供精确的主副簧复合刚度解析计算式，所以不能实现解析设计，更不能满足端部接触式少片端部加强型变截面钢板弹簧CAD软件开发的要求。因此，必须建立一种准确、可靠的端部接触式少片端部加强型变截面主副簧复合刚度的验算方法，满足端部接触式少片端部加强型变截面钢板弹簧解析设计及主副簧复合刚度验算的要求，提高少片变截面钢板弹簧的设计水平、质量和性能，提高车辆行驶平顺性和安全性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。专利技术内容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、可靠的端部接触式少片端部加强型变截面主副簧复合刚度的验算方法，计算流程图，如图1所示。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，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各片的根部平直段之间、副簧3的各片根部平直段之间、及主簧1和副簧3之间均设有根部垫片2；主簧1的各片端部平直段之间设有端部垫片4，端部垫片4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，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；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各片的一半长度为LA，副簧触点与主簧端点的水平距离为l0＝LM-LA，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，各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。副簧端部触点与第m片主簧的端部平直段之间设有主副簧间隙δ；当载荷大于副簧起作用载荷时，副簧触点与主簧端部平直段内某点相接触，以满足主副簧复合刚度的设计要求。在各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量给定情况下，对端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的复合刚度进行验算。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的端部接触式少片端部加强型变截面主副簧复合刚度的验算方法，其特征在于采用以下验算步骤：(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，主簧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，第i片主簧的斜线段的厚度比γMi，第i片主簧的斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpi，第i片主簧的斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mi，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 - 8 l 2 M 3 / 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
端部接触式少片端部加强型变截面主副簧复合刚度的验算方法，其中，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，端部平直段和抛物线段之间设有一斜线段，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；副簧触点与主簧端部平直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，副簧触点与第m片主簧的端部平直段某点相接触，以满足主副簧的复合刚度设计要；在各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量给定情况下，对端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的复合刚度进行验算，具体验算步骤如下：(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，主簧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，第i片主簧的斜线段的厚度比γMi，第i片主簧的斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpi，第i片主簧的斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mi，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-8l2M3/2(l1Mpi3/2-l2M3/2)Eb+4l1Mi3EbγMi3βi3+6Δl(4l1Mi2γMi-l1Mi2-3l1Mi2γMi2+3l1Mpi2γMi2-4l1Mpi2γMi3)EbγMi2βi3(γMi-1)3-6Δl(-l1Mpi2γMi4-2l1Mil1MpiγMi+2l1Mi2γMi2lnγMi+2l1Mpi2γMi2lnγMi+2l1Mil1MpγMi3-4l1Mil1MpiγMi2lnγMi)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端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx‑DE计算：根据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，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpm，斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mm，斜线段的厚度比γMm；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，对端点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx‑DE进行计算，即Gx-DE=4LM3-6l0LM2-4l2M3+6l0l2M2Eb-8l2M3/2(l1Mpm1/2-l2M1/2)(l1Mpm+l2M-3l0+l1Mpm1/2l2M1/2)Eb+2(l1Mm-l0)2(2l1Mm+l0)EbγMm3βm3+6Δl(4l1Mm2γMm-l1Mm2-3l1Mm2γMm2-4l1Mpm2γMm3-2l1Mml1MpmγMm)EbγMm2βm3(γMm-1)3+6Δl(3l1Mpm2γMm2+l1Mpm2γMm4+2l1Mm2γMm2lnγMm+2l1Mpm2γMm2lnγMm+2l1Mml1MpmγMm3)EbγMm2βm3(γMm-1)3-24l1Mml1MpmΔlγMm2lnγMmEbγMm2βm3(γMm-1)3-6l0Δl(l1MpmγMm+l1Mm)EbγMm2βm3;]]>(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‑Ezm计算：根据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，主抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpm，斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mm，斜线段的厚度比γMm；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧的端点位置变形系...

【技术特征摘要】
1.端部接触式少片端部加强型变截面主副簧复合刚度的验算方法，其中，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，端部平直段和抛物线段之间设有一斜线段，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；副簧触点与主簧端部平直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，副簧触点与第m片主簧的端部平直段某点相接触，以满足主副簧的复合刚度设计要；在各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量给定情况下，对端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的复合刚度进行验算，具体验算步骤如下：(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，主簧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，第i片主簧的斜线段的厚度比γMi，第i片主簧的斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpi，第i片主簧的斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mi，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 - 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 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端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-DE计算：根据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，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpm，斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mm，斜线段的厚度比γMm；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，对端点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-DE进行计算，即 G x - D E = 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 1 M p m 1 / 2 - l 2 M 1 / 2 ) ( l 1 M p m + l 2 M - 3 l 0 + l 1 M p m 1 / 2 l 2 M 1 / 2 ) E b + 2 ( l 1 M m - l 0 ) 2 ( 2 l 1 M m + l 0 ) Ebγ M m 3 β m 3 + 6 Δ l ( 4 l 1 M m 2 γ M m - l 1 M m 2 - 3 l 1 M m 2 γ M m 2 - 4 l 1 M p m 2 γ M m 3 - 2 l 1 M m l 1 M p m γ M m ) Ebγ M m 2 β m 3 ( γ M m - 1 ) 3 + 6 Δ l ( 3 l 1 M p m 2 γ M m 2 + l 1 M p m 2 γ M m 4 + 2 l 1 M m 2 γ M m 2 lnγ M m + 2 l 1 M p m 2 γ M m 2 lnγ M m + 2 l 1 M m l 1 M p m γ M m 3 ) Ebγ M m 2 β m 3 ( γ M m - 1 ) 3 - 24 l 1 M m l 1 M p m Δlγ M m 2 lnγ M m Ebγ M m 2 β m 3 ( γ M m - 1 ) 3 - 6 l 0 Δ l ( l 1 M p m γ M m + l 1 M m ) Ebγ M m 2 β m 3 ; ]]>(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-Ezm计算：根据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，主抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpm，斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mm，斜线段的厚度比γMm；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧的端点位置变形系数Gx-Ezm进行计算，即 G x - E z 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 1 M p m 1 / 2 - l 2 M 1 / 2 ) ( l 1 M p m + l 2 M - 3 l 0 + l 1 M p m 1 / 2 l 2 M 1 / 2 ) E b + 2 ( l 1 M m - l 0 ) 2 ( 2 l 1 M m + l 0 ) Ebγ M m 3 β m 3 + ]]> 6 Δ l ( 4 l 1 M m 2 γ M m - l 1 M m 2 - 3 l 1 M m 2 γ M m 2 + 3 l 1 M p m 2 γ M m 2 - 4 l 1 M p m 2 γ M m 3 + l 1 M p m 2 γ M m 4 - 2 l 1 M m l 1 M p m γ M m ) Ebγ M m 2 β m 3 ( γ M m - 1 ) 3 + 6 Δ l ( 2 l 1 M m 2 γ M m 2 lnγ M m + 2 l 1 M p m 2 γ M m 2 lnγ M m + 2 l 1 M m l 1 M p m γ M m 3 - 4 l 1 M m l 1 M p m γ M m 2 lnγ M m ) Ebγ M m 2 β m 3 ( γ M m - 1 ) 3 - 6 l 0 Δ l ( l 1 M p m γ M m + l 1 M m ...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，于曰伟，邵杰，赵雷雷，焦学键，汪晓，王凤娟，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37