端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度设计方法技术

本发明专利技术端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据端部接触式少片端部加强型主副簧的各片主簧的结构参数、副簧长度、弹性模量及主副簧复合刚度设计要求值，对端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度进行设计。通过实例及试验验证可知，该端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度设计方法是正确的，可得到准确可靠的副簧刚度设计值，为端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧参数设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法提高产品设计水平和性能及车辆行驶平顺性；同时，降低产品设计及试验费用，加快产品开发速度。

【技术实现步骤摘要】
端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度设计方法
本专利技术涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度设计方法。
技术介绍
少片变截面钢板弹簧因具有重量轻、片间摩擦小、噪声小等优点，被广泛应用在车辆钢板弹簧悬架系统中。为了满足加工工艺、应力强度、刚度及吊耳厚度的设计要求，在实际工程应用过程中，通常将少片变截面钢板弹簧设计为端部接触式少片端部加强型变形截面主副簧形式。副簧的刚度不仅影响主副簧的复合刚度及车辆行驶平顺性，同时还决定副簧结构参数的设计。然而，由于该形式的少片变截面主副簧的结构复杂，各片主簧的端部平直段非等构，主副簧的长度不相等，且当载荷大于副簧起作用载荷主副簧接触之后，各片主副簧的内力及变形存有耦合，对其分析计算非常困难，目前国内外一直未曾给出可靠的端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度设计方法。先前大都是忽略各片主簧的端部非等构，并且将主副簧看作等长，直接利用主副簧的复合刚度设计要求值减去主簧刚度，对副簧刚度进行近似设计，所以不能满足端部接触式少片端部加强型变截面主副簧精确设计及CAD软件开发的要求。因此，必须建立一种准确、可靠的端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度设计方法，满足端部接触式少片端部加强型变截面主副簧解析设计及CAD软件开发的要求，在不增加产品成本的前提下，提高少片变截面钢板弹簧的设计水平、质量和性能及车辆行驶平顺性；同时，降低产品设计及试验费用，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、可靠的端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度设计方法，设计流程图，如图1所示。端部接触式少片端部加强型变截面主副簧为对称结构，主副簧的一半对称结构可看作为悬臂梁，即对称中心线为根部固定端，主簧的端部受力点和副簧的触点分别作为主簧端点和副簧端点，一半对称结构的主副簧及主副簧间隙的示意图，如图2所示，其中，包括：主簧1，根部垫片2，副簧3，端部垫片4；主簧1的一半对称结构是由根部平直段、抛物线段、斜线段、端部平直段四段构成，斜线段对变截面弹簧的端部起加强作用；主簧1的各片根部平直段之间、副簧3的根部平直段之间、及主簧1与副簧3的根部平直段之间均设有根部垫片2；主簧1各片的端部平直段设有端部垫片4，端部垫片4的材料为碳纤维复合材料，用来降低弹簧工作时所产的摩擦噪声。主簧1和副簧3的宽度为b，安装间距的一半长度为l3，斜线段的长度为Δl，弹性模量为E。主簧1的一半长度为LM，各片主簧的根部平直段的厚度为h2M，抛物线段的根部到主簧端点的距离为l2M＝LM-l3；主簧片数为m，各片抛物线段的端部厚度为h1Mpi，抛物线段的厚度比βi＝h1Mpi/h2M，抛物线段的端部到主簧端点的距离l1Mpi＝l2Mβi2；各片主簧的端部平直段非等构，即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片主簧的端部平直段的厚度和长度，其中，各片主簧的端部平直段的厚度和长度分别为h1Mi和l1Mi＝l1Mpi-Δl；斜线段的厚度比γMi＝h1Mi/h1Mpi，i＝1,2,…,m。副簧3的一半长度为LA，副簧端部触点与主簧端点的水平距离为l0＝LA-LM，副簧触点与第m片主簧端部平直段与之间设有主副簧间隙δ；当载荷大于副簧起作用载荷时，副簧触点与主簧端部平直段内某点相接触，以满足主副簧复合刚度的设计要求；在各片主簧的结构参数、副簧长度、弹性模量及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下，对端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度进行设计。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：(1)端点受力情况下的各片端部加强型主簧的端点变形系数Gx-Ei计算：根据端部接触式少片端部加强型主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，斜线段的厚度比γMi，斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpi，斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mi，i＝1,2,…,m，对端点受力情况下的各片主簧的端点变形系数Gx-Ei进行计算，即(2)端点受力情况下的第m片端部加强型主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-DE计算：根据端部接触式少片端部加强型主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpm，斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mm，斜线段的厚度比γMm；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，对端点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-DE进行计算，即(3)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型主簧的端点变形系数Gx-Ezm计算：根据端部接触式少片端部加强型主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpm，斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mm，斜线段的厚度比γMm；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，对主副簧接触点受力情况下的第m片主簧的端点变形系数Gx-Ezm进行计算，即(4)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-DEz计算：根据端部接触式少片端部加强型主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpm，斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mm，斜线段的厚度比γMm；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，对主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-DEz进行计算，即(5)端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度KAT设计：根据主副簧复合刚度设计要求值KMAT，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，步骤(1)中计算所得到的Gx-Ei，步骤(2)中计算所得到的Gx-DE，步骤(3)中计算所得到的Gx-Ezm，及步骤(4)中计算所得到的Gx-DEz，对该端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度KAT进行设计，即本专利技术比现有技术具有的优点由于该端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的结构复杂，各片主簧的端部平直段非等构，主副簧的长度不相等，且当载荷大于副簧起作用载荷主副簧接触之后，各片主副簧的内力及变形存有耦合，对其分析计算非常困难，目前国内外一直未曾给出可靠的端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度设计方法。先前大都是忽略各片主簧的端部平直段非等构，并且将主副簧看作等长，直接利用主副簧的复合刚度设计要求值减去主簧刚度，对副簧刚度进行近似设计，所以不能满足端部接触式少片端部加强型变截面主副簧精确设计及CAD软件开发的要求。本专利技术可根据各片主簧的结构参数、副簧长度、弹性模量及主副簧复合刚度设计要求值，对端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度进行设本文档来自技高网...

【技术保护点】
端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度设计方法，其中，端部接触式少片端部加强型主副簧的一半对称结构由根部平直段、抛物线段、斜线段和端部平直段4段构成，斜线段对变截面主副簧的端部起加强作用；各片主簧的端部平直段非等构，即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片主簧的厚度和长度，以满足第1片主簧复杂受力的要求；副簧触点与主簧端部平直段之间设有一定的主副簧间隙，以满足副簧起作用载荷的设计要求；当载荷大于副簧起作用载荷时，主副簧接触一起工作，以满足复合刚度设计要求；在各片主簧的结构参数、副簧长度、弹性模量及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下，对端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度进行设计，具体设计步骤如下：(1)端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx‑Ei计算：根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，斜线段的厚度比γMi，斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpi，斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mi，i＝1,2,…,m，对端点受力情况下的各片主簧的端点变形系数Gx‑Ei进行计算，即Gx-Ei=4(LM3-l2M3)Eb-8l2M3/2(l1Mpi3/2-l2M3/2)Eb+4l1Mi3EbγMi3βi3+6Δl(4l1Mi2γMi-l1Mi2-3l1Mi2γMi2+3l1Mpi2γMi2-4l1Mpi2γMi3)EbγMi2βi3(γMi-1)3-6Δl(-l1Mpi2γMi4-2l1Mil1MpiγMi+2l1Mi2γMi2lnγMi+2l1Mpi2γMi2lnγMi+2l1Mil1MpγMi3-4l1Mil1MpiγMi2lnγMi)EbγMi2βi3(γMi-1)3;]]>(2)端点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx‑DE计算：根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpm，斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mm，斜线段的厚度比γMm；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，对端点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx‑DE进行计算，即Gx-DE=4LM3-6l0LM2-4l2M3+6l0l2M2Eb-8l2M3/2(l1Mpm1/2-l2M1/2)(l1Mpm+l2M-3l0+l1Mpm1/2l2M1/2)Eb+2(l1Mm-l0)2(2l1Mm+l0)EbγMm3βm3+6Δl(4l1Mm2γMm-l1Mm2-3l1Mm2γMm2-4l1Mpm2γMm3-2l1Mml1MpmγMm)EbγMm2βm3(γMm-1)3+6Δl(3l1Mpm2γMm2+l1Mpm2γMm4+2l1Mm2γMm2lnγMm+2l1Mpm2γMm2lnγMm+2l1Mml1MpmγMm3)EbγMm2βm3(γMm-1)3-24l1Mml1MpmΔlγMm2lnγMmEbγMm2βm3(γMm-1)3-6l0Δl(l1MpmγMm+l1Mm)EbγMm2βm3;]]>(3)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx‑Ezm计算：根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpm，斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mm，斜线段的厚度比γMm；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，对主副簧接触点受力情况下的第m片主簧的端点变形系数Gx‑Ezm进行计算，即Gx-Ezm=4LM3-6l0LM2-4l2M3+6l0l...

【技术特征摘要】
1.端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度设计方法，其中，端部接触式少片端部加强型主簧的一半对称结构由根部平直段、抛物线段、斜线段和端部平直段4段构成，斜线段对主簧的端部起加强作用；各片主簧的端部平直段非等构，即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，分别大于其他各片主簧的端部平直段的厚度和长度，以满足第1片主簧复杂受力的要求；副簧触点与末片主簧端部平直段之间设有一定的主副簧间隙，以满足副簧起作用载荷的设计要求；当载荷大于副簧起作用载荷时，主副簧接触一起工作，以满足复合刚度设计要求；在各片主簧的结构参数、副簧长度、弹性模量及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下，对端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧刚度进行设计，具体设计步骤如下：(1)端点受力情况下的各片端部加强型主簧的端点变形系数Gx-Ei计算：根据端部接触式少片端部加强型主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，斜线段的厚度比γMi，斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpi，斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mi，i＝1,2,…,m，对端点受力情况下的各片主簧的端点变形系数Gx-Ei进行计算，即(2)端点受力情况下的第m片端部加强型主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-DE计算：根据端部接触式少片端部加强型主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpm，斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mm，斜线段的厚度比γMm；副簧触点...

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