高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧下料长度的设计方法技术

本发明专利技术涉及高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧下料长度的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可各片主簧和副簧结构参数，弹性模量，主簧初始切线弧高，开始接触载荷，在副簧初始切线弧高设计及首片副簧初始曲面形状计算的基础上，通过曲面微元及叠加计算，对各片副簧下料长度进行精确设计。通过样机下料加工试验可知，本发明专利技术所提供的高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧下料长度的设计方法是正确的，为CAD软件开发奠定了重要技术基础。利用该方法可得到精确的各片副簧下料长度设计值，可提高材料节省率，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。

【技术实现步骤摘要】
高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧下料长度的设计方法
本专利技术涉及车辆悬架板簧，特别是高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧下料长度的设计方法。
技术介绍
随着高强度钢板材料的出现，可采用高强度一级渐变刚度板簧，在首片副簧上表面与末片主簧下表面之间设计有主副簧渐变间隙，以满足在不同接触载荷下的渐变刚度、悬架偏频及车辆行驶平顺性设计要求，其中，副簧曲面既不是圆形曲面，也不是斜线曲面，更不是抛物线曲面，而是三次曲面，因此，根据各片副簧跨度，采用传统的设计方法对各片副簧的下料长度进行设计，很难得到精确下料长度设计值，不仅影响生产效率，而且还影响材料的利用率和经济效益。然而，由于在渐变过程中的板簧挠度、渐变夹紧刚度及副簧曲面形状计算非常复杂，并且还受重叠部分等效厚度计算、主簧夹紧刚度和主副簧复合夹紧刚度计算等关键问题的制约，据所查资料可知，先前国内外一直未给出高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧下料长度的设计方法。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对高强度一级渐变刚度设计板簧提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧下料长度的设计方法，满足车辆行业快速发展及高强度一级渐变刚度板簧的现代化CAD设计要求，并通过各片副簧下料长度的精确设计，提高生产效率，降低材料浪费，提高产品设计水平和质量及企业经济效益；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、可靠的高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧下料长度的设计方法，设计流程图，如图1所示。高强度一级渐变刚度板簧的各片板簧采用高强度钢板，宽度为b，弹性模量为E，各片板簧以中心穿装栓孔的对称结构，其安装夹紧距的一半L0为骑马螺栓夹紧距的一半L0；高强度一级渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，由主簧1和副簧2构成，其中，主簧1的片数为n，各片主簧的厚度为hi，一半作用长度为Lit，一半夹紧长度为Li＝Lit-L0/2，i＝1,2,…,n；副簧2的片数为m，各片副簧的厚度为hAj，一半作用长度为LAjt，一半夹紧长度为LAj＝LAjt-L0/2，j＝1,2,…,m。末片主簧的下表面与首片副簧的上表面之间的主副簧渐变间隙δMA，其大小是由主簧初始切线弧高与副簧初始切线弧高所决定的。当载荷达到开始起作用载荷Pk时，在骑马螺栓夹紧距外侧，末片主簧下表面与首片副簧上表面开始接触；当载荷达到完全接触载荷Pw时，末片主簧下表面与首片副簧上表面完全接触。当载荷在[Pk,Pw]范围内变化时，主簧末片下表面与首片副簧上表面的接触位置及主副簧渐变复合夹紧刚度KkwP随载荷而变化，从而满足悬架偏频保持不变的设计要求，即等偏频型一级渐变刚度板簧悬架。根据各片主簧和副簧结构参数，弹性模量，主簧夹紧刚度、主副簧复合夹紧刚度、主簧初始剩余切线弧高设计要求值，在对副簧初始切线弧高设计及首片副簧初始曲面形状计算的基础上，通过曲面微元及叠加计算，对高强度一级渐变刚度板簧的首片副簧的下料长度和其他各片副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高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧下料长度的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：(1)高强度一级渐变刚度板簧的首片副簧上表面初始曲率半径RA0a计算：A步骤：首片主簧上表面初始曲率半径RM0a的计算根据首片主簧的一半夹紧长度L1，主簧初始切线弧高HgM0，对首片主簧上表面初始曲率半径RM0a进行计算，即B步骤：末片主簧下表面初始曲率半径RM0b的计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n；及A步骤中计算得到的RM0a，对末片主簧下表面初始曲率半径RM0b进行计算，即C步骤：首片副簧上表面初始曲率半径RA0a的计算根据高强度一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧长度L1，主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n；开始接触载荷Pk，及B步骤中计算得到的RM0b，对首片副簧上表面初始曲率半径RA0进行计算，即式中，hMe为主簧根部重叠部分等效厚度，(2)高强度一级渐变刚度板簧的副簧初始切线弧高HgA0的确定：根据首片副簧的一半夹紧长度LA1，步骤(1)的C步骤中计算得到的RA0a，确定副簧初始切线弧高HgA0，即(3)高强度一级渐变刚度板簧的首片副簧初始曲面形状fA1x的计算：根据高强度一级级渐变刚度板簧的宽度b，骑马螺栓夹紧距的一半L0，弹性模量E；首片副簧的厚度hA1，首片副簧的一半夹紧长度LA1；步骤(2)中所确定的HgA0，以距离板簧对称中心L0/2的位置为坐标原点，对首片副簧初始曲面形状fA1x进行计算，即式中，GA1x为首片副簧在任意位置x处的变形系数，0≤x≤LA1；FA1e为基于初始切线弧高HgA0的首片副簧的等效端点力，(4)高强度一级渐变刚度板簧的首片副簧下料长度LA1C的设计:根据首片副簧的一半夹紧长度LA1，骑马螺栓夹紧距的一半L0，以ΔL为曲面微元长度，将LA1划分N1＝LA1/ΔL个曲面微元，依据步骤(3)中计算得到的fA1x及在任意位置xj处的曲面弧高0≤xj≤LA1，j＝1,2,…,N1+1，利用叠加原理对首片副簧的下料长度LA1C的进行设计，即(5)高强度一级渐变刚度板簧的其他各片副簧下料长度的设计：根据副簧片数m，首片副簧的一半夹紧长度LA1，其他各片副簧的一半夹紧长度LAj，及其他各片副簧与首片副簧的一半夹紧长度之差ΔLAj1＝LA1-LAj，j＝2,..,m，步骤(4)中设计得到的LA1C，对其他各片副簧下料长度的设计进行设计，即LAjC＝LA1C-2ΔLAj1，j＝2,..,m。本专利技术比现有技术具有的优点主副簧渐变接触过程中，高强度一级渐变刚度板簧的挠度计算非常复杂，同时受板簧重叠部分等效厚度计算和初始切线弧高设计和首片副簧曲面形状计算等关键问题的制约，据所查资料可知，先前国内外一直未给出高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧下料长度的设计方法。本专利技术可根据所设计的高强度一级渐变刚度板簧的各片主簧和副簧结构参数，弹性模量，主簧夹紧刚度、主副簧复合夹紧刚度、主簧初始剩余切线弧高设计要求值，在对副簧初始切线弧高设计及首片副簧曲面形状计算的基础上，通过将首片副簧曲面划分成为多个微曲面单元，利用叠加原理，对高强度一级渐变刚度板簧的首片副簧的下料长度和其他各片副簧的下料长度进行设计。通过样机下料加工试验测试可知，本专利技术所提供的高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧下料长度的设计方法是正确的，为高强度一级渐变刚度板簧的现代化CAD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各片副簧下料长度的设计值，节省材料，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。附图说明为了更好地理解本专利技术，下面结合附图做进一步的说明。图1是高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧下料长度的设计流程图；图2是高强度一级渐变刚度板簧的一半对称结构示意图；图3是实施例的计算得到的高强度一级渐变刚度板簧的首片副簧初始曲面形状fA1x。具体实施方案下面通过实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例：某高强度一级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，骑马螺栓夹紧距的一半L0＝50mm，弹性模量E＝2本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧下料长度的设计方法，其中，板簧采用高强度钢板，各片板簧以中心穿装孔的对称结构，安装夹紧距的一半为骑马螺栓夹紧距的一半；通过主簧与副簧的初始切线弧高及渐变间隙，确保满足板簧接触载荷、渐变刚度及悬架在渐变载荷下的偏频保持不变的设计要求，即等偏频型一级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，主簧切线弧高，弹性模量，开始接触载荷，在对副簧初始切线弧高设计的基础上，通过副簧曲面形状计算及曲面微元叠加，对高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧的下料长度进行设计，具体设计步骤如下：(1)高强度一级渐变刚度板簧的首片副簧上表面初始曲率半径R

【技术特征摘要】
1.高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧下料长度的设计方法，其中，板簧采用高强度钢板，各片板簧以中心穿装孔的对称结构，安装夹紧距的一半为骑马螺栓夹紧距的一半；通过主簧与副簧的初始切线弧高及渐变间隙，确保满足板簧接触载荷、渐变刚度及悬架在渐变载荷下的偏频保持不变的设计要求，即等偏频型一级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，主簧切线弧高，弹性模量，开始接触载荷，在对副簧初始切线弧高设计的基础上，通过副簧曲面形状计算及曲面微元叠加，对高强度一级渐变刚度板簧的各片副簧的下料长度进行设计，具体设计步骤如下：(1)高强度一级渐变刚度板簧的首片副簧上表面初始曲率半径RA0a计算：A步骤：首片主簧上表面初始曲率半径RM0a的计算根据首片主簧的一半夹紧长度L1，主簧初始切线弧高HgM0，对首片主簧上表面初始曲率半径RM0a进行计算，即B步骤：末片主簧下表面初始曲率半径RM0b的计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n；及A步骤中计算得到的RM0a，对末片主簧下表面初始曲率半径RM0b进行计算，即C步骤：首片副簧上表面初始曲率半径RA0a的计算根据高强度一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧长度L1，主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n；开始接触载荷Pk，及B步骤中计算得到的RM0b，对首片副簧上表面初始曲率半径RA0进行计算，即式中，hMe为主簧根部重叠部分等效厚度，(2)高强度一级渐变刚度板簧的副簧初始切线弧高HgA0的确定：根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海真，周长城，杨腾飞，袁光明，赵雷雷，汪晓，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