非等偏频型三级渐变刚度板簧各片主簧下料长度的设计方法技术

本发明专利技术涉及非等偏频型三级渐变刚度板簧各片主簧下料长度的设计方法，属于车辆悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据各片主簧和各级副簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，弹性模量，各次接触载荷，额定载荷，及在额定载荷下的主簧剩余切线弧高设计要求值，两端吊耳中径，在主簧初始切线弧高设计和初始曲面形状计算基础上，通过曲面微元叠加，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的各片主簧的下料长度进行设计。通过样机下料加工试验可知，本发明专利技术所提供的非等偏频型三级渐变刚度板簧各片主簧下料长度的设计方法是正确的，得到准确可靠的各片主簧下料长度设计值。利用该方法可提高材料利用率，改善加工工艺，提高生产效率。

Design method of blanking length of main spring for each stage of unequal stiffness type three stage tapered spring plate

The invention relates to a design method of a non constant frequency type three grade tapered spring leaf blanking length of each piece of spring leaf, belonging to the technical field of a vehicle suspension leaf spring. The invention can according to the structural parameters of the main spring and spring at all levels, a bolt clamping distance, elastic modulus, the rated load, contact load and rated load in the main spring camber tangent remaining design value, two lug in size, design and initial surface shape in the initial tangent spring based on the calculation of the arc height, surface element overlay, the design of the length of non biased type three gradual rigidity leaf spring under the. The prototype material processing test shows that the design method of the length of the material provided by the invention of non biased type three variable stiffness spring the main spring is right, get accurate and reliable the main spring length under the design value of material. The method can improve material utilization, improve processing technology and improve production efficiency.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆悬架板簧，特别是非等偏频型三级渐变刚度板簧各片主簧下料长度的设计方法。
技术介绍
为了满足在不同载荷下的车辆行驶平顺性，可将原一级渐变刚度板簧的主簧和副簧分别拆分为两级，即采用三级渐变刚度板簧；同时，为了确保主簧的应力强度，通常通过主簧和三级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙，使三级副簧适当提前承担载荷，从而降低主簧的应力，即采用非等偏频型三级渐变刚度板簧悬架，其中，各片主簧下料长度设计是否准确可靠，不仅影响加工工艺和生产效率，而且还影响其他各级副簧下料长度的设计。然而，由于非等偏频式三级渐变刚度板簧的挠度解析计算非常复杂，且受各级板簧根部重叠部分等效厚度计算、初始切线弧高设计和曲面形状计算等关键问题的制约，先前国内外一直未给出非等偏频型三级渐变刚度板簧各片主簧下料长度的设计方法，不能满足非等偏频型三级渐变刚度板簧的设计及CAD软件开发要求。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对渐变刚度板簧悬架提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的非等偏频型三级渐变刚度板簧各片主簧下料长度的设计方法，非等偏频型三级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度设计提供可靠的技术方法，并且CAD软件开发奠定重要的技术基础，提高材料利用率，改善加工工艺，提高生产效率；同时，降低设计和试验费用，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、可靠的非等偏频型三级渐变刚度板簧各片主簧下料长度的设计方法，其设计流程如图1所示。三级渐变刚度钢板弹簧的一半对称结构如图2所示，是由主簧1、第一级副簧2和第二级副簧3和第三级副簧4所组成的，三级渐变刚度板簧的总跨度的一半等于首片主簧的一半作用长度L1T，骑马螺栓夹紧距的一半为L0，钢板弹簧的宽度为b，弹性模量为E，最大许用应力[σ]。其中，主簧1的片数n片，各片主簧的厚度为hi，一半作用长度为LiT，一半夹紧长度Li＝L1iT-L0/2，i＝1,2,…,n。第一级副簧2的片数为n1，第一级副簧各片的厚度为hA1j，一半作用长度为LA1jT，一半夹紧长度LA1j＝LA1jT-L0/2，j＝1,2,…,n1。第二级副簧3的片数为n2，第二级副簧各片的厚度为hA2k，一半作用长度LA2kT，一半夹紧长度LA2k＝LA2kT-L0/2，k＝1,2,…,n2。第三级副簧4的片数为n3，第三级副簧各片的厚度为hA3l，一半作用长度LA3lT，一半夹紧长度LA3l＝LA3lT-L0/2，l＝1,2,…,n3。通过主簧和各级副簧的初始切线弧高，在主簧1的末片下表面与第一级副簧2的首片上表面之间设置有第一级渐变间隙δMA1；第一级副簧2的末片下表面与第二级副簧3的首片上表面之间设置有第二级渐变间隙δA12；第二级副簧3的末片下表面与第三级副簧4的首片上表面之间设置有第三级渐变间隙δA23，以满足渐变刚度板簧的接触载荷、渐变刚度、应力强度、悬架偏频及车辆行驶平顺性和安全性的设计要求，即非等偏频型三级渐变刚度板簧。主簧1首片两端设有吊耳，吊耳中径为de，用于与车架链接。根据各片主簧和各级副簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，弹性模量，各次接触载荷，额定载荷，及在额定载荷下的主簧剩余切线弧高设计要求值，两端吊耳中径，在主簧初始切线弧高设计和初始曲面形状计算基础上，通过曲面微元及叠加计算，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的各片主簧的下料长度进行设计。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的非等偏频型三级渐变刚度板簧各片主簧下料长度的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：(1)非等偏频型三级渐变刚度钢板弹簧的各级夹紧刚度的计算：A步骤：各不同片数重叠段的等效厚度hme的计算根据主簧的片数n,各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧的片数n2,第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2；第三级副簧的片数n3，第三级副簧各片的厚度hA3l，l＝1,2,…,n3；主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，主簧与第一级副簧和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+n2，主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的各不同片数m重叠段的等效厚度hme的进行计算，m＝1,2,…,N，即：其中，主簧的根部重叠部分等效厚度hMe＝hne；主簧与第一级副簧的根部重叠部分等效厚度主簧与第一级副簧和第二级副簧的根部重叠部分等效厚度主副簧的根部重叠部分的总等效厚度hMA3e＝hNe；B步骤：主簧的夹紧刚度KM计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n，各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝i＝1,2,…,n,对主簧的夹紧刚度KM进行计算，即C步骤：主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数n1,第一副簧的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,…,n1；主簧和第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N1，对主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1进行计算，即D步骤：主簧与第一级副簧和第二级副簧的复合夹紧刚度KMA2计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数n1,第一副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧片数n2,第二级副簧各片的一半夹紧长度k＝1,2,…,n2，主簧和第一级副簧和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+n2，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N2，对主簧与第一级和第二级副簧的复合夹紧刚度KMA2进行计算，即E步骤：主副簧的总复合夹紧刚度KMA3计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧片数n2,第二级副簧各片的一半夹紧长度k＝1,2,…,n2，第三级副簧片数n3,第三级副簧各片的一半夹紧长度l＝1,2,…,n3，主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N，对主副簧的总复合夹紧刚度KMA3进行计算，即，即(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级渐变夹紧刚度KkwP1、KkwP2和KkwP3的计算：I步骤：第一级渐变夹紧刚度KkwP1的计算根据第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，步骤(1)中计算得到的KM和KMA1，对载荷P在[Pk1,Pk2]范围时的非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级的渐变夹紧刚度KkwP1进行计算，即II步骤：第二级渐变夹紧刚度KkwP2的计算根据第2次开始接触载荷Pk2，第3次开始接触载荷Pk3，步骤(1)中计算得到的KMA1和KMA2，对载荷P在[Pk2,Pk3]范围时的非等偏频型三级渐变刚度板簧的第二级渐本文档来自技高网...

【技术保护点】
非等偏频型三级渐变刚度板簧各片主簧下料长度的设计方法，其中，各片板簧为以中心穿装孔对称的结构，安装夹紧距的一半为骑马螺栓夹紧距的一半；板簧由主簧和三级副簧构成，通过主簧和各级副簧的初始切线弧高及三级渐变间隙，确保满足板簧接触载荷、渐变刚度和应力强度的设计要求，即非等偏频型三级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，弹性模量，各次接触载荷，额定载荷，及在额定载荷下的剩余切线弧高设计要求值，两端吊耳中径，在主簧初始切线弧高设计和初始曲面形状计算基础上，通过曲面微元及叠加计算，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的各片主簧的下料长度进行设计，具体设计步骤如下：(1)非等偏频型三级渐变刚度钢板弹簧的各级夹紧刚度的计算：A步骤：各不同片数重叠段的等效厚度hme的计算根据主簧的片数n,各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧的片数n2,第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2；第三级副簧的片数n3，第三级副簧各片的厚度hA3l，l＝1,2,…,n3；主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，主簧与第一级副簧和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+n2，主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的各不同片数m重叠段的等效厚度hme的进行计算，m＝1,2,…,N，即：其中，主簧的根部重叠部分等效厚度hMe＝hne；主簧与第一级副簧的根部重叠部分等效厚度主簧与第一级副簧和第二级副簧的根部重叠部分等效厚度主副簧的根部重叠部分的总等效厚度hMA3e＝hNe；B步骤：主簧的夹紧刚度KM计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n，各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝i＝1,2,…,n,对主簧的夹紧刚度KM进行计算，即C步骤：主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数n1,第一副簧的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,…,n1；主簧和第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N1，对主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1进行计算，即D步骤：主簧与第一级副簧和第二级副簧的复合夹紧刚度KMA2计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数n1,第一副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧片数n2,第二级副簧各片的一半夹紧长度k＝1,2,…,n2，主簧和第一级副簧和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+n2，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N2，对主簧与第一级和第二级副簧的复合夹紧刚度KMA2进行计算，即E步骤：主副簧的总复合夹紧刚度KMA3计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧片数n2,第二级副簧各片的一半夹紧长度k＝1,2,…,n2，第三级副簧片数n3,第三级副簧各片的一半夹紧长度l＝1,2,…,n3，主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N，对主副簧的总复合夹紧刚度KMA3进行计算，即，即(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级渐变夹紧刚度KkwP1、KkwP2和KkwP3的计算：I步骤：第一级渐变夹紧刚度KkwP1的计算根据第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，步骤(1)中计算得到的KM和KMA1，对载荷P在[Pk1,Pk2]范围时的非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级的渐变夹紧刚度KkwP1进行计算，即II步骤：第二级渐变夹紧刚度KkwP2的计算根据第2次开始接触载荷Pk2，第3次开始接触载荷Pk3，步骤(1)中计算得到的KMA1和KMA2，对载荷P在[Pk2,Pk3]范围时的非等偏频型三级渐变刚度板簧的第二级渐变夹紧刚度KkwP2进行计算，即III步骤：第三级渐变夹紧刚度KkwP2的计算根据第3次开始接触载荷Pk3，第3次完全接触载荷Pw3，步骤(1)中计算得到的KMA2＝和KMA3，对载荷P在[Pk3,Pw3]范围时的非等偏频型三级渐变刚度板簧的第三级渐变夹紧刚度KkwP3进行计算，即(3)非等偏频型三级渐变刚度钢板弹簧的主簧初始切线弧高HgM10的确定：根据第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷...

【技术特征摘要】
1.非等偏频型三级渐变刚度板簧各片主簧下料长度的设计方法，其中，各片板簧为以中心穿装孔对称的结构，安装夹紧距的一半为骑马螺栓夹紧距的一半；板簧由主簧和三级副簧构成，通过主簧和各级副簧的初始切线弧高及三级渐变间隙，确保满足板簧接触载荷、渐变刚度和应力强度的设计要求，即非等偏频型三级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，弹性模量，各次接触载荷，额定载荷，及在额定载荷下的剩余切线弧高设计要求值，两端吊耳中径，在主簧初始切线弧高设计和初始曲面形状计算基础上，通过曲面微元及叠加计算，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的各片主簧的下料长度进行设计，具体设计步骤如下：(1)非等偏频型三级渐变刚度钢板弹簧的各级夹紧刚度的计算：A步骤：各不同片数重叠段的等效厚度hme的计算根据主簧的片数n,各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧的片数n2,第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2；第三级副簧的片数n3，第三级副簧各片的厚度hA3l，l＝1,2,…,n3；主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，主簧与第一级副簧和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+n2，主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的各不同片数m重叠段的等效厚度hme的进行计算，m＝1,2,…,N，即：其中，主簧的根部重叠部分等效厚度hMe＝hne；主簧与第一级副簧的根部重叠部分等效厚度主簧与第一级副簧和第二级副簧的根部重叠部分等效厚度主副簧的根部重叠部分的总等效厚度hMA3e＝hNe；B步骤：主簧的夹紧刚度KM计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n，各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝i＝1,2,…,n,对主簧的夹紧刚度KM进行计算，即C步骤：主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数n1,第一副簧的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,…,n1；主簧和第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N1，对主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1进行计算，即D步骤：主簧与第一级副簧和第二级副簧的复合夹紧刚度KMA2计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数n1,第一副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧片数n2,第二级副簧各片的一半夹紧长度k＝1,2,…,n2，主簧和第一级副簧和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+n2，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N2，对主簧与第一级和第二级副簧的复合夹紧刚度KMA2进行计算，即E步骤：主副簧的总复合夹紧刚度KMA3计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧片数n2,第二级副簧各片的一半夹紧长度k＝1,2,…,n2，第三级副簧片数n3,第三级副簧各片的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，赵雷雷，刘灿昌，汪晓，杨腾飞，邵明磊，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