高强度三级渐变刚度板簧的最大限位挠度的设计方法技术

本发明专利技术涉及高强度三级渐变刚度板簧的最大限位挠度的设计方法，属于车辆悬架钢板弹簧技术领域。可根据各片主簧和副簧的结构参数，弹性模量，最大许用应力，各次接触载荷，对高强度三级渐变刚度板簧的最大限位挠度进行设计。通过样机试验测试可知，最大限位挠度设计值与样机试验值相吻合，表明所提供的高强度三级渐变刚度板簧的最大限位挠度设计方法是正确的，为高强度三级渐变刚度板簧设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得到准确可靠的最大限位挠度设计值，提高产品设计水平、质量和使用寿命，确保限位装置真正对板簧起保护作用，防止因受冲击而断裂，提高板簧可靠性及车辆行驶安全性；同时，降低设计和试验费用，加快产品开发速度。

Design method for maximum deflection of high strength three stage tapered spring plate

The invention relates to a design method for maximum limit deflection of a high strength three stage tapered spring leaf, belonging to the technical field of a vehicle suspension leaf spring. According to the structural parameters, modulus of elasticity, maximum allowable stress and contact load of each main spring and auxiliary spring, the maximum deflection of high strength three grade tapered spring plate is designed. The prototype test shows that the maximum deflection limit value is consistent with the design of prototype test value, show that the maximum deflection design method of high strength three gradient provided by spring stiffness is correct, laid a reliable technical basis for high strength grade three gradual rigidity leaf spring design. We can use this method to get accurate and reliable maximum limit deflection design value, improve the level of product design, quality and service life, to ensure that the real limit device protective effect on the leaf spring, to prevent fracture due to impact, improve driving safety and reliability of vehicle leaf spring; at the same time, reduce design and testing costs, 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，特别是高强度三级渐变刚度板簧的最大限位挠度的设计方法。
技术介绍
随着高强度钢板材料的出现，可采用高强度三级渐变板簧，从而满足在不同载荷下的悬架渐变刚度及悬架偏频保持不变的设计要求，进一步提高车辆行驶平顺性，其中，依据最大许用应力及最大许用载荷所对应的主簧最大挠度作为最大限位挠度，并依据最大限位挠度设置一限位保护装置，防止因受冲击板簧断裂，提高板簧的可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性。然后，由于主簧挠度不仅与主簧及各级副簧的结构和载荷有关，而且还与接触载荷大小有关，因此，高强度三级渐变板簧的主簧挠度计算非常复杂，据所查资料可知，目前国内外尚未给出可靠的高强度三级渐变刚度板簧的最大限位挠度的设计方法。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对车辆悬架系统设计提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的高强度三级渐变刚度板簧的最大限位挠度的设计方法，以满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性不断提高及对高强度三级渐变板簧的设计要求，确保限位装置真正在冲击载荷情况下对板簧起保护作用，防止因受冲击而断裂，提高产品的设计水平、性能和可靠性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、可靠的高强度三级渐变刚度板簧的最大限位挠度的设计方法，其设计流程如图1所示。高强度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，高强度三级渐变刚度板簧的一半总跨度为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。主簧1的片数为n，其中，主簧各片的厚度为hi，一半作用长度LiT，一半夹紧长度Li＝LiT-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。高强度三级渐变刚度板簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，主簧及各级副簧之间设有三级渐变间隙δMA1、δA12和δA23，即末片主簧下表面与第一级副簧首片上表面之间设有一级渐变间隙δMA1；第一级副簧末片下表面与第二级副簧首片上表面之间设有二级渐变间隙δA12；第二级副簧末片下表面与第三级副簧首片上表面之间设有三级渐变间隙δA23。依据最大许用应力及最大许用载荷所对应的主簧最大挠度作为最大限位挠度，并依据最大限位挠度设置一限位保护装置，防止因受冲击板簧断裂，提高板簧的可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性。根据各片板簧的结构参数，弹性模量，最大许用应力及各次接触载荷，对高强度三级渐变刚度板簧的最大挠度进行设计。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的高强度三级渐变刚度板簧的最大限位挠度的设计方法，其特征在于采用以下计算步骤：(1)高强度三级渐变刚度板簧的最大许用载荷Pmax的确定：I步骤：各不同片数重叠段的等效厚度hme的计算根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的总片数N，其中，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；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；对三级渐变刚度钢板弹簧的各不同片数m重叠段的等效厚度hme进行计算，m＝1,2,…,N，即：其中，主簧根部重叠部分等效厚度hMe，主簧与第一级、第二级和第三级副簧的根部等效厚度hMA1e、hMA2e和hMA3e分别为II步骤：主簧最大厚度板簧厚度hmax的确定根据主簧的片数n,主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…n，确定主簧最大厚度板簧的厚度hmax，即hmax＝max(hi)，i＝1,2,…n；III步骤：最大许用载荷Pmax的确定根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b，首片主簧的一半夹紧长度L1，最大许用应力[σ]；第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，第3次开始接触载荷Pk3；I步骤中计算得到的hMe、hMA1e、hMA2e和hMA3e，II步骤中所确定的hmax，对二级高强度渐变刚度板簧的最大许用载荷Pmax进行计算，即(2)高强度三级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度的计算：根据高强度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,主簧各片的一半夹紧长度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进行仿真计算，即(3)高强度三级渐变刚度板簧的主簧与各级副簧的复合夹紧刚度的计算i步骤：主簧与第一级副簧的夹紧复合刚度KMA1的计算根据高强度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,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度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夹紧复合刚度KMA1进行计算，即ii步骤：主簧与第一级和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2的计算根据高强度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,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j,j＝1,2,…,n1；第二级副簧的片数n2，第二级副簧各片的一半夹紧长度LA2k＝LN1+k，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，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夹紧复合刚度KMA2进行仿真计算，即iii步骤：主副簧的总复合夹紧刚度KMA3的仿真计算根据高强度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,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j,j＝1,2,…,n1；第二级副簧的片数n2，第二级副簧各片的一半夹紧长度LA2k＝LN1+k，k＝1,2,…,n2；第三级副簧的片数n3，第三级副簧各片的一半夹紧长度LA3l＝LN2+l，l＝1,2,…,n3；主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，其中，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N，对主副簧的总夹紧复合刚度KMA3进行仿真计算，即，即(4)高强度三级渐变刚度板簧的最大限位挠度fMmax的设计：根据第1次开始接触载荷Pk1，第2第开始接触载荷Pk2，第3第开始接触载荷Pk3和第3次完全接触载荷Pw3，步骤(1)中计算得到的Pmax，步骤(2)计算得到的KM，步骤(3)计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强度三级渐变刚度板簧的最大限位挠度的设计方法，其中，板簧采用高强度钢板，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，通过主簧与各级副簧的初始切线弧高及三级渐变间隙，满足板簧接触载荷、渐变刚度、悬架偏频及车辆行驶平顺性的设计要求，即高强度三级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，最大许用应力，各次接触载荷，在最大许用载荷确定的基础上，通过高强度三级渐变刚度板簧在最大许用载荷下的挠度计算，对高强度三级渐变刚度板簧的最大限位挠度进行设计，具体计算步骤如下：(1)高强度三级渐变刚度板簧的最大许用载荷Pmax的确定：I步骤：各不同片数重叠段的等效厚度hme的计算根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的总片数N，其中，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；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；对三级渐变刚度钢板弹簧的各不同片数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≤n+n1Σi=1nhi3+Σj=1n1hA1j3+Σk=1m-n-n1hA2k33,n+n1+1≤m≤n+n1+n2Σi=1nhi3+Σj=1n1hA1j3+Σk=1n2hA2k3+Σl=1m-n-n1-n2hA3l33,n+n1+n2+1≤m≤N;]]>其中，主簧根部重叠部分等效厚度hMe，主簧与第一级、第二级和第三级副簧的根部等效厚度hMA1e、hMA2e和hMA3e分别为hMe=hne=Σi=1nhi33,i=1,2,...,n;]]>hMA1e=h(n+n1)e=hMe3+Σj=1n1hA1j33,j=1,2,...,n1;]]>hMA2e=h(n+n1+n2)e=hMA1e3+Σk=1n2hA2k33,k=1,2,...,n2;]]>hMA3e=hNe=hMA2e3+Σl=1n3hA3l33,l=1,2,...,n3;]]>II步骤：主簧最大厚度板簧厚度hmax的确定根据主簧的片数n,主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…n，确定主簧最大厚度板簧的厚度hmax，即hmax＝max(hi)，i＝1,2,…n；III步骤：最大许用载荷Pmax的确定根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b，首片主簧的一半夹紧长度L1，最大许用应力[σ]；第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，第3次开始接触载荷Pk3；I步骤中计算得到的hMe、hMA1e、hMA2e和hMA3e，II步骤中所确定的hmax，对二级高强度渐变刚度板簧的最大许用载荷Pmax进行计算，即Pmax=hMA3e3[b[σ]3L1hmax-Pk1hMe3-Pk2-Pk1hMA1e3-Pk3-Pk2hMA2e3]+Pk3;]]>(2)高强度三级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度的计算：根据高强度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,主簧各片的一半夹紧长度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进行仿真计算，即KM=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σm=2n-1(L1-Lm+1)3-(L1-Lm)3hme3+L13-(L1-Ln)3hne3];]]>(3)高强度三级渐变刚度板簧的主簧与各级副簧的复合夹紧刚度的计算i步骤：主簧与第一级副簧的夹紧复合刚度KMA1的计算根据高强度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,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度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夹紧复合刚度KMA1进行计算，即KMA1=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σm=2N1-1(L1-Lm+1)3-(L1-Lm)3hme3+L13-(L1-LN1)3hN1e3];]]>ii步骤：主簧与第一级和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2的计算根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽...

【技术特征摘要】
1.高强度三级渐变刚度板簧的最大限位挠度的设计方法，其中，板簧采用高强度钢板，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，通过主簧与各级副簧的初始切线弧高及三级渐变间隙，满足板簧接触载荷、渐变刚度、悬架偏频及车辆行驶平顺性的设计要求，即高强度三级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，最大许用应力，各次接触载荷，在最大许用载荷确定的基础上，通过高强度三级渐变刚度板簧在最大许用载荷下的挠度计算，对高强度三级渐变刚度板簧的最大限位挠度进行设计，具体计算步骤如下：(1)高强度三级渐变刚度板簧的最大许用载荷Pmax的确定：I步骤：各不同片数重叠段的等效厚度hme的计算根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的总片数N，其中，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；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；对三级渐变刚度钢板弹簧的各不同片数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≤n+n1Σi=1nhi3+Σj=1n1hA1j3+Σk=1m-n-n1hA2k33,n+n1+1≤m≤n+n1+n2Σi=1nhi3+Σj=1n1hA1j3+Σk=1n2hA2k3+Σl=1m-n-n1-n2hA3l33,n+n1+n2+1≤m≤N;]]>其中，主簧根部重叠部分等效厚度hMe，主簧与第一级、第二级和第三级副簧的根部等效厚度hMA1e、hMA2e和hMA3e分别为hMe=hne=Σi=1nhi33,i=1,2,...,n;]]>hMA1e=h(n+n1)e=hMe3+Σj=1n1hA1j33,j=1,2,...,n1;]]>hMA2e=h(n+n1+n2)e=hMA1e3+Σk=1n2hA2k33,k=1,2,...,n2;]]>hMA3e=hNe=hMA2e3+Σl=1n3hA3l33,l=1,2,...,n3;]]>II步骤：主簧最大厚度板簧厚度hmax的确定根据主簧的片数n,主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…n，确定主簧最大厚度板簧的厚度hmax，即hmax＝max(hi)，i＝1,2,…n；III步骤：最大许用载荷Pmax的确定根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b，首片主簧的一半夹紧长度L1，最大许用应力[σ]；第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，第3次开始接触载荷Pk3；I步骤中计算得到的hMe、hMA1e、hMA2e和hMA3e，II步骤中所确定的hmax，对二级高强度渐变刚度板簧的最大许用载荷Pmax进行计算，即Pmax=hMA3e3[b[σ]3L1hmax-Pk1hMe3-Pk2-Pk1hMA1e3-Pk3-Pk2hMA2e3]+Pk3;]]>(2)高强度三级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度的计算：根据高强度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,主簧各片的一半...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，于曰伟，赵雷雷，汪晓，杨腾飞，邵明磊，毛少坊，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37