非等偏频型三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算法制造技术

本发明专利技术涉及非等偏频型三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算法，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，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，初始切线弧高，在接触载荷和渐变夹紧刚度仿真计算的基础上，对非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行仿真计算。通过样机加载挠度及刚度试验可知，本发明专利技术所提供的非等偏频型三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算法是正确的。利用该方法可得到准确可靠的在不同载荷下的夹紧刚度特性仿真计算值，确保满足板簧夹紧刚度特性设计要求，提高产品的设计水平、质量、性能及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。

Simulation calculation method for stiffness of plate spring with unequal stiffness of three stage tapered stiffness

The invention relates to a simulation calculation method for unequal frequency type three stage gradual rigidity spring plate clamping rigidity characteristic, belonging to the technical field of vehicle suspension leaf spring. The invention can according to structural parameters, the main spring and various auxiliary spring elastic modulus, a bolt clamping distance, initial tangent camber calculation, in the contact load and stiffness gradient clamping simulation, stiffness characteristics of bias type three variable stiffness spring under different loads of non clamping etc. simulation calculation. Through the load deflection and stiffness test of the prototype, the simulation calculation method of the stiffness of the spring plate with unequal frequency stiffness of three grade tapered stiffness is provided. We can use this method to get accurate and reliable under different load clamping stiffness simulation calculation, ensure the spring clamping stiffness design requirements, improve the ride comfort and safety design level, quality, performance and vehicle products; at the same time, reduce the cost of design and test, speed up product development.

【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夹紧刚度特性的仿真计算法。
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，为了满足主簧的应力强度，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，板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性，不仅与主簧各片和各级副簧的结构参数有关，而且还与接触载荷有关，并且影响悬架偏频特性、静挠度和动挠度及车辆行驶平顺性和安全性。对于给定设计结构的非等偏频型三级渐变刚度板簧，是否满足夹紧刚度特性设计要求，必须对其进行仿真计算。然而，由于非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性计算非常复杂，并且受渐变夹紧刚度计算和接触载荷仿真计算问题的制约，先前国内外一直未给出非等偏频型三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算法，不能满足非等偏频型三级渐变刚度板簧设计及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夹紧刚度特性的仿真计算法，为非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性仿真计算提供可靠的技术方法，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性及对非等偏频型三级渐变刚度板簧的设计要求，提高产品的设计水平、质量和性能及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。
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夹紧刚度特性的仿真计算法，其仿真计算流程如图1所示。三级渐变刚度板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主簧首片的一半作用长度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，主簧片数n片，主簧各片的厚度为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。根据主簧各片和各级副簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，主簧和各级副簧的初始切线弧高，在接触载荷和渐变夹紧刚度仿真计算的基础上，对非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行仿真计算。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夹紧刚度特性的仿真计算法，其特征在于采用以下仿真计算步骤：(1)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各不同片数重叠段的等效厚度的计算：根据主簧的片数n,主簧各片的厚度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；主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+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；主簧与第一级和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+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进行计算，m＝1,2,…,N，即：其中，主簧根部重叠部分的等效厚度hMe＝hne；主簧与第一级副簧的根部重叠部分的等效厚度hMA1e＝hN1e；主簧与第一级副簧和第二级副簧的根部重叠部分的等效厚度hMA2e＝hN2e；主副簧的根部重叠部分的总等效厚度hMA3e＝hNe；(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧和各级副簧的初始曲率半径的计算：I步骤：第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM0b计算根据主簧片数n，主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；主簧首片的一半夹紧长度L1，主簧的初始切线弧高HgM0，对主簧末片下表面初始曲率半径RM0b进行计算，即II步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a计算根据第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，第一级副簧的初始切线弧高HgA10，对第一级副簧末片上表面初始曲率半径RA10a进行计算，即III步骤：第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b计算根据第一级副簧片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；II步骤中计算得到的RA10a，对第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b进行计算，即IV步骤：第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a的计算根据第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21，第二级副簧的初始切线弧高设计值HgA20，对第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a进行计算，即V步骤：第二级副簧首片下表面初始曲率半径RA20b的计算很据第二级副簧片数n2，第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2，及IV步骤所确定的RA20a，对第二级副簧首片下表面初始曲率半径RA20b进行计算，即VI步骤：第三级副簧首片上表面曲率半径RA30a的计算根据第三级副簧首片的一半夹紧长度LA31，第三级副簧的初始切线弧高设计值HgA30，对第三级副簧首片上表面曲率半径RA30a进行计算，即(3)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各次接触载荷的仿真计算：A步骤：第1次开始接触载荷Pk1的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，步骤(1)中计算得到的hMe，步骤(2)中计算得到的RM0b和RA10a，对第1次开始接触载荷Pk1进行仿真计算，即B步骤：第2次开始接触载荷Pk2的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，步骤(1)中计算得到的hMA1e，步骤(2)中计算得到的RA10b和RA20a，及A步骤中仿真计算得到的Pk1，对第2次开始接触载荷Pk2进行仿真计算，即C步骤：第3次开始接触载荷Pk3的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，步骤(1)中计算得到的hMA2e，步骤(2)中计算得到的RA20b和RA30a，及B步骤中仿真计算得到的Pk2，对第3次开始接触载荷Pk3进行仿真计算，即D步骤：第3次完全接触载荷Pw3的仿真计算根本文档来自技高网...

【技术保护点】
非等偏频型三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算法，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；板簧是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，确保满足板簧各次接触载荷、渐变复合夹紧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，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，初始切线弧高，在接触载荷和渐变夹紧刚度仿真计算的基础上，对非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各不同片数重叠段的等效厚度的计算：根据主簧的片数n,主簧各片的厚度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；主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+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；主簧与第一级和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+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进行计算，m＝1,2,…,N，即：hme=Σi=1mhi33,1≤m≤nΣi=1nhi3+Σj=1m-nhA1j33,n+1≤m≤N1Σi=1nhi3+Σj=1n1hA1j3+Σk=1m-N1hA2k33,N1+1≤m≤N2Σi=1nhi3+Σj=1n1hA1j3+Σk=1m-N1hA2k3+Σl=1m-N2hA3l33,N2+1≤m≤N;]]>其中，主簧根部重叠部分的等效厚度hMe＝hne；主簧与第一级副簧的根部重叠部分的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的等效厚度主副簧的根部重叠部分的总等效厚度hMA3e＝hNe；(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧和各级副簧的初始曲率半径的计算：I步骤：第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM0b计算根据主簧片数n，主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；主簧首片的一半夹紧长度L1，主簧的初始切线弧高HgM0，对主簧末片下表面初始曲率半径RM0b进行计算，即RM0b=L12+HgM022HgM0+Σi=1nhi;]]>II步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a计算根据第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，第一级副簧的初始切线弧高HgA10，对第一级副簧末片上表面初始曲率半径RA10a进行计算，即RA10a=LA112+HgA1022HgA10;]]>III步骤：第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b计算根据第一级副簧片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；II步骤中计算得到的RA10a，对第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b进行计算，即RA10b=RA10a+Σj=1n1hA1j;]]>IV步骤：第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a的计算根据第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21，第二级副簧的初始切线弧高设计值HgA20，对第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a进行计算，即RA20a=LA212+HgA2022HgA20;]]>V步骤：第二级副簧首片下表面初始曲率半径RA20b的计算很据第二级副簧片数n2，第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2，及IV步骤所确定的RA20a，对第二级副簧首片下表面初始曲率半径RA20b进行计算，即RA20b=RA20a+Σk=1n2hA2k;]]>VI步骤：第三级副簧首片上表面曲率半径RA30a的计算根据第三级副簧首片的一半夹紧长度LA31，第三级副簧的初始切线弧高设计值HgA30，对第三级副簧首片上表面曲率半径RA30a进行计算，即RA30a=LA312+HgA3022HgA30;]]>(3)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各次接触载荷的仿真计算：A步骤：第1次开始接触载荷Pk1的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，步骤(1)中计算得到的hMe，步骤(2)中计算得到的RM0b和RA10a，对第1次开始接触载荷Pk1进行仿真计算，即Pk1=EbhMe3(RA10a-RM0b)6L1RA10bRM0a;]]>B步骤：第2次开始接触载荷Pk2的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，步骤(1)中计算得到的hMA1e，步骤(2)中计算得到的RA10b和RA20a，...

【技术特征摘要】
1.非等偏频型三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算法，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；板簧是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，确保满足板簧各次接触载荷、渐变复合夹紧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，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，初始切线弧高，在接触载荷和渐变夹紧刚度仿真计算的基础上，对非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各不同片数重叠段的等效厚度的计算：根据主簧的片数n,主簧各片的厚度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；主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+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；主簧与第一级和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+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进行计算，m＝1,2,…,N，即：hme=Σi=1mhi33,1≤m≤nΣi=1nhi3+Σj=1m-nhA1j33,n+1≤m≤N1Σi=1nhi3+Σj=1n1hA1j3+Σk=1m-N1hA2k33,N1+1≤m≤N2Σi=1nhi3+Σj=1n1hA1j3+Σk=1m-N1hA2k3+Σl=1m-N2hA3l33,N2+1≤m≤N;]]>其中，主簧根部重叠部分的等效厚度hMe＝hne；主簧与第一级副簧的根部重叠部分的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的等效厚度主副簧的根部重叠部分的总等效厚度hMA3e＝hNe；(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧和各级副簧的初始曲率半径的计算：I步骤：第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM0b计算根据主簧片数n，主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；主簧首片的一半夹紧长度L1，主簧的初始切线弧高HgM0，对主簧末片下表面初始曲率半径RM0b进行计算，即RM0b=L12+HgM022HgM0+Σi=1nhi;]]>II步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a计算根据第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，第一级副簧的初始切线弧高HgA10，对第一级副簧末片上表面初始曲率半径RA10a进行计算，即RA10a=LA112+HgA1022HgA10;]]>III步骤：第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b计算根据第一级副簧片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；II步骤中计算得到的RA10a，对第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b进行计算，即RA10b=RA10a+Σj=1n1hA1j;]]>IV步骤：第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a的计算根据第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21，第二级副簧的初始切线弧高设计值HgA20，对第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a进行计算，即RA20a=LA212+HgA2022HgA20;]]>V步骤：第二级副簧首片下表面初始曲率半径RA20b的计算很据第二级副簧片数n2，第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2，及IV步骤所确定的RA20a，对第二级副簧首片下表面初始曲率半径RA20b进行计算，即RA20b=RA20a+Σk=1n2hA2k;]]>VI步骤：第三级副簧首片上表面曲率半径RA30a的计算根据第三级副簧首片的一半夹紧长度LA31，第三级副簧的初始切线弧高设计值HgA30，对第三级副簧首片上表面曲率半径RA30a进行计算，即RA30a=LA312+HgA3022HgA30;]]>(3)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各次接触载荷的仿真计算：A步骤：第1次开始接触载荷Pk1的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，步骤(1)中计算得到的hMe，步骤(2)中计算得到的RM0b和RA10a，对第1次开始接触载荷Pk1进行仿真计算，即Pk1=EbhMe3(RA10a-RM0b)6L1RA10bRM0a;]]>B步骤：第2次开始接触载荷Pk2的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，步骤(1)中计算得到的hMA1e，步骤(2)中计算得到的RA10b和RA20a，及A步骤中仿真计算得到的Pk1，对第2次开始接触载荷Pk2进行仿真计算，即Pk2=Pk1+EbhMA1e3(RA20a-RA10b)6L1RA10bRA20a;]]>C步骤：第3次开始接触载荷Pk3的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，步骤(1)中计算得到的hMA2e，步骤(2)中计算得到的RA20b和RA30a，及B步骤中仿真计算得到的Pk2，对第3次开始接触载荷Pk3进行仿真计算，即Pk3=Pk2+EbhMA2e3(RA30a-RA20b)6L1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，赵雷雷，朱召辉，汪晓，杨腾飞，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