一级渐变刚度板簧的各片副簧厚度和长度的设计方法技术

本发明专利技术涉及一级渐变刚度板簧的各片副簧厚度和长度的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据各片主簧的结构参数、安装夹紧间距、宽度，弹性模量，许用应力、主副簧复合夹紧刚度、开始接触载荷和额定载荷，对一级渐变刚度板簧的副簧各片厚度和长度进行设计。通过样机加载挠度及夹紧刚度试验可知，本发明专利技术所提供的一级渐变刚度板簧的各片副簧厚度和长度的设计方法是正确的，为一级渐变刚度板簧设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得到可靠的副簧参数设计值，确保满足主副簧复合夹紧刚度和应力强度设计要求，提高一级渐变刚度板簧的设计水平、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。

Design method of thickness and length of each secondary spring of grade variable stiffness spring plate

The invention relates to a design method for the thickness and length of each secondary spring of a first grade gradual rigidity leaf spring, belonging to the technical field of suspension leaf spring. According to the invention, the structure parameters of main spring installation clamping spacing, width, elastic modulus, allowable stress and two-stage composite clamping stiffness, start contact load and rated load, to design a variable stiffness spring spring each sheet thickness and length. The test shows that the stiffness of prototype load deflection and clamping, the design methods of each piece of auxiliary spring thickness and length of the invention provides a variable stiffness spring is correct, laid a reliable technical basis for a gradual rigidity leaf spring design. We can use this method to get the value of reliable auxiliary spring design parameters, to meet the main and auxiliary spring composite clamping rigidity and stress strength design requirements, improve the ride comfort and safety of a gradual rigidity leaf spring design, performance and reliability and reduce the vehicle; at the same time, design and test cost, speed up product development.

【技术实现步骤摘要】
一级渐变刚度板簧的各片副簧厚度和长度的设计方法
本专利技术涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是一级渐变刚度板簧的各片副簧厚度和长度的设计方法。
技术介绍
为了满足在不同载荷下的车辆行驶平顺性的设计要求，可采用一级渐变刚度板簧，其中，副簧的厚度和片数影响主副簧复合夹紧刚度、悬架偏频及车辆行驶平顺性和行驶安全性，而且还影响板簧的应力强度、可靠性和使用寿命，即所设计副簧的各片厚度和长度应同时满足主副簧复合夹紧刚度和板簧应力强度的设计要求。由于副簧各片厚度和长度的设计，不仅与主副簧复合夹紧刚度、许用应力和载荷有关，而且还与主簧各片的结构参数、接触载荷有关，因此，副簧各片厚度和长度的设计非常复杂，同时还受受主副簧夹紧刚度和副簧根部最大应力和副簧最大许用厚度等关键问题的制约，先前一直未能给出一级渐变刚度板簧的各片副簧厚度和长度的设计方法，不能满足车辆行业快速发展及一级渐变刚度板簧现代化CAD软件开发的要求。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对一级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、可靠的一级渐变刚度板簧的各片副簧厚度和长度的设计方法，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性及安全性及一级渐变刚度板簧设计的要求，确保板簧同时满足复合夹紧刚度、渐变刚度和应力强度的设计要求，进一步提高一级渐变刚度板簧的设计水平、产品质量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、可靠的一级渐变刚度板簧的各片副簧厚度和长度的设计方法，设计流程如图1所示。一级渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，是由主簧1和副簧2所组成的，一级渐变刚度板簧的一半跨度，即为首片主簧的一半作用长度为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，各片主簧的厚度为hi，主簧的一半作用长度为Lit，一半夹紧长度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，各片副簧的一半作用长度为LAjt，一半夹紧长度LAj＝LAjt-L0/2，j＝1,2,…m。通过主簧和副簧初始切线弧高，确保副簧首片端部上表面与主簧末片端部下表面之间设置有一定的主副簧间隙δMA，以满足渐变刚度板簧开始接触载荷和完全接触载荷、主簧应力强度和悬架渐变刚度的设计要求。开始接触载荷为Pk，额定载荷PN。副簧的各片厚度和长度不仅满足主副簧复合夹紧刚度的设计要求，同时还应该满足板簧应力强度的设计要求。根据主簧各片的结构参数、安装夹紧间距、宽度，弹性模量，许用应力、主副簧复合夹紧刚度、首片主簧的一半夹紧长度、开始接触载荷Pk和额定载荷PN，对一级渐变刚度板簧的副簧各片厚度和长度进行设计。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的一级渐变刚度板簧的各片副簧厚度和长度的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：(1)基于主副簧夹紧复合刚度的主副簧根部等效厚度HMAe的确定根据一级渐变刚度板簧的宽度b，安装夹紧间距的一半长度L0，弹性模量E；主簧片数n，首片主簧的一半夹紧长度L1；主副簧夹紧刚度KMA，预取副簧片数m，主副簧总片数N＝n+m，取末片副簧的一半夹紧长度LN＝3L0-L0/2，末片副簧的端点与首片主簧端点之间的距离ΔLN＝L1-LN，取主副簧的等效单片等应力板簧的抛物线段厚度比βMA＝0.4～0.5，对主副簧根部等效厚度HMAe进行确定，即(2)一级渐变刚度板簧的副簧根部等效厚度HAe的设计：根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,..,n；步骤(1)计算得到的HMAe，对一级渐变刚度板簧的副簧根等效部厚度HAe进行设计，即(3)一级渐变刚度板簧的副簧最大许用厚度[hA]和最少片数mmin的确定：I步骤：副簧最大许用厚度[hA]的确定根据一级渐变刚度板簧的宽度b，许用应力[σ]；首片主簧的一半夹紧长度L1，开始接触载荷Pk，额定载荷PN，步骤(2)中计算得到的HMAe，对副簧最大许用厚度[hA]进行确定，即II步骤：副簧最少片数mmin的确定根据步骤(2)中计算得到的HAe，I步骤中所确定的[hA]，对副簧最少片数mmin进行确定，即(4)一级渐变刚度板簧的副簧片数m及各片厚度hAj的设计：根据步骤(2)中设计得到的HAe，步骤(3)的I步骤中确定的[hA]和mmin，向上圆整mmin，且取m≥mmin，得到副簧片数m，并对各片副簧的厚度hAj进行设计，即m≥mmin，将hAj向上圆整为板簧标准系列厚度，便可得到m片副簧的实际设计厚度为hAj；(5)一级渐变刚度板簧的各片副簧一半作用长度LAjt的设计：A步骤：各片副簧端部外侧重叠段的等效厚度计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,...n，步骤(3)中设计得到的副簧片数m，各片副簧的厚度为hAj，j＝1,2,...m；主副簧的总片数N＝n+m，对一级渐变刚度板簧不同片数k重叠段的等效厚度hke进行计算，k＝1,2,...,N，即根据计算所得到的hke，第j片副簧的端部外侧的重叠段的板簧片数NF＝n+j-1，因此，可得第j片副簧的端部外侧的重叠段的等效厚度hAjFe为B步骤：首片副簧的最小一半作用长度LA1tmin的设计根据一级渐变刚度板簧的宽度b，许用应力[σ]；首片主簧的一半作用长度L1t,首片主簧的厚度h1，额定载荷PN，及A步骤中计算得到的hA1Fe，对首片副簧的最小一半作用长度LA1tmin进行设计，即式中，hA1Fe为首片副簧的端部外侧的重叠段的等效厚度，hA1Fe＝hne；C步骤：其他各片副簧的最小一半作用长度的设计根据一级渐变刚度板簧的宽度b，许用应力[σ]；首片主簧的一半长度L1t,首片主簧的厚度h1，开始接触载荷Pk，额定载荷PN，副簧片数m，A步骤中计算得到的hAjFe，对其他各片副簧的最小一半作用长度LAjtmin，j＝2,...m，进行设计，即D步骤：各片副簧的一半作用长度的圆整设计根据步骤B中设计得到的LA1tmin，步骤C中设计得到的LAjtmin，j＝2,...,m，对其进行向上圆整，得到各片副簧一半作用长度的实际设计值，即LAjt,j＝1,2,...,m。本专利技术比现有技术具有的优点由于受主副簧夹紧刚度和副簧根部最大应力、主簧根部等效厚度、主副簧根部等效厚度计算和副簧根部等效厚度计算等关键问题的制约，先前一直未能给出一级渐变刚度板簧的各片副簧厚度和长度的设计方法，不能满足车辆行业快速发展及对悬架弹簧所提出的更高要求。本专利技术可根据主簧各片的结构参数、安装夹紧间距、宽度，弹性模量，许用应力、主副簧复合夹紧刚度、首片主簧的一半夹紧长度、开始接触载荷Pk和额定载荷PN，对一级渐变刚度板簧的副簧各片厚度和长度进行设计。通过ANSYS仿真和试验测试可知，表明本专利技术所提供的一级渐变刚度板簧的各片副簧厚度和长度的设计方法是正确的，该方法可得到可靠的副簧厚度和片数设计值，为一级渐变刚度板簧设计奠定了可靠的技术基础，确保副簧满足复合夹紧刚度、应力强度的设计要求。利用该方法可提高一级渐变刚度板簧的设计水平、产品质量、性能和可靠性及车辆行驶安全性；同时，还可节省设计和试验测试费用，加快产品开发速度。附图说明为了更好地理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一级渐变刚度板簧的各片副簧厚度和长度的设计方法，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；通过主簧和副簧的初始切线弧高及渐变间隙，确保满足悬架偏频特性和主簧应力强度设计要求，即非等渐变偏频型一级渐变刚度板簧；根据各片主簧的结构参数、安装夹紧间距、宽度，弹性模量，许用应力、主副簧复合夹紧刚度、首片主簧的一半夹紧长度、开始接触载荷P

【技术特征摘要】
1.一级渐变刚度板簧的各片副簧厚度和长度的设计方法，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；通过主簧和副簧的初始切线弧高及渐变间隙，确保满足悬架偏频特性和主簧应力强度设计要求，即非等渐变偏频型一级渐变刚度板簧；根据各片主簧的结构参数、安装夹紧间距、宽度，弹性模量，许用应力、主副簧复合夹紧刚度、首片主簧的一半夹紧长度、开始接触载荷Pk和额定载荷PN，对一级渐变刚度板簧的副簧片数、各片厚度和长度进行设计，具体设计步骤如下：(1)基于主副簧夹紧复合刚度的主副簧根部等效厚度HMAe的确定根据一级渐变刚度板簧的宽度b，安装夹紧间距的一半长度L0，弹性模量E；主簧片数n，首片主簧的一半夹紧长度L1；主副簧夹紧刚度KMA，预取副簧片数m，主副簧总片数N＝n+m，取末片副簧的一半夹紧长度LN＝3L0-L0/2，末片副簧的端点与首片主簧端点之间的距离ΔLN＝L1-LN，取主副簧的等效单片等应力板簧的抛物线段厚度比βMA＝0.4～0.5，对主副簧根部等效厚度HMAe进行确定，即(2)一级渐变刚度板簧的副簧根部等效厚度HAe的设计：根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,..,n；步骤(1)计算得到的HMAe，对一级渐变刚度板簧的副簧根等效部厚度HAe进行设计，即(3)一级渐变刚度板簧的副簧最大许用厚度[hA]和最少片数mmin的确定：I步骤：副簧最大许用厚度[hA]的确定根据一级渐变刚度板簧的宽度b，许用应力[σ]；首片主簧的一半夹紧长度L1，开始接触载荷Pk，额定载荷PN，步骤(2)中计算得到的HMAe，对副簧最大许用厚度[hA]进行确定，即II步骤：副簧最少片数mmin的确定根据步骤(2)中计算得到的HAe，I步骤中所确定的[hA]，对副簧最少片数mmin进行确定，即(4)一级渐变刚度板簧的副簧片数m及各片厚度hAj的设计：根据步骤(2)中设计得到的HAe，步骤(3)的I步骤中确定的[hA]和mmin，向上圆整mmin...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炳超，周长城，
申请(专利权)人：王炳超，
类型：发明
国别省市：山东,37