端部加强型少片主簧在端部平直段与副簧间隙的设计方法技术

本发明专利技术涉及端部加强型少片主簧在端部平直段与副簧间隙的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术根据各片端部加强型变截面主簧的结构尺寸和弹性模量，首先确定出各片主簧的端点变形系数Gx‑Ei，及第N片在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx‑DE；然后，根据副簧起作用载荷设计要求值及Gx‑Ei，得到第N片主簧的端点力FN；随后，根据第N片主簧的根部平直段厚度h2、Gx‑DE和FN，对端部加强型少片变截面主簧在端部平直段与副簧触点之间的主副簧间隙进行设计。通过仿真验证可知，利用方法可得到准确可靠的主副簧间隙设计值，从而提高产品设计水平和性能及车辆平顺性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

【技术实现步骤摘要】
端部加强型少片主簧在端部平直段与副簧间隙的设计方法
本专利技术涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是端部加强型少片主簧在端部平直段与副簧间隙的设计方法。
技术介绍
对于少片变截面钢板弹簧，为了满足变刚度的要求，通常将其设计为主、副簧，其中，主簧在与副簧相接触点位置处设计有一定的间隙，确保在大于一定载荷之后，主、副簧接触而一起共同工作，满足车辆悬架对钢板弹簧刚度的设计要求。由于少片变截面主簧的第1片其受力复杂，不仅承受垂向载荷，同时还承受扭转载荷和纵向载荷，因此，实际所设计的第1片钢板弹簧的端部厚度，通常比其他各片的要偏厚一些，即大都采用端部非等构的少片变截面钢板弹簧；同时，为了加强主簧端部平直段与抛物线段的强度，通过在主簧端部平直段与抛物线段之间增设一斜线段，即采用端部非等构且加强型的少片变截面主簧，从而降低主簧端部应力。另外，由于所采用副簧的长度不同，即副簧与主簧的接触位置不同，因此，对于少片抛物线型变截面主、副钢板弹簧，可分为在端部平直段接触和在抛物线段接触的两种类型，以满足主副簧不同复合刚度的设计要求。然后，由于端部加强型少片变截面钢板弹簧在任意位置变形计算非常复杂，因此，先前一直未能给出端部加强型少片主簧在端部平直段与副簧接触点处的主、副簧间隙的设计方法。尽管先前曾有人给出了少片斜线型变截面钢板弹簧的设计方法，例如，彭莫，高军曾在《汽车工程》，1992年(第14卷)第3期，提出了变断面钢板弹簧的设计计算方法，该方法主要是针对端部等构的少片抛物型变截面钢板弹簧进行设计，其不足之处是不能满足端部非等构的少片变截面钢板弹簧的设计要求，更不能满足端部加强型少片变截面主簧在端部平直段与副簧接触点处的主、副簧间隙的设计。随着计算机及有限元仿真软件的发展，目前尽管有人曾对端部非等构的少片变截面主簧的变形，采用ANSYS建模仿真法，但是该方法仅能对给出实际设计结构的少片变截面钢板弹簧的变形或刚度进行仿真验证，不能提供精确的解析设计式，更不能满足车辆快速发展及对悬架钢板弹簧现代化CAD设计软件开发的要求。因此，必须建立一种精确、可靠的端部加强型少片主簧在端部平直段与副簧接触点处的主、副簧间隙的设计方法，满足车辆行业快速发展及对少片变截面主、副钢板弹簧精确设计的要求，提高变截面钢板弹簧的设计水平、产品质量和性能，提高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、可靠的端部加强型少片主簧在端部平直段与副簧间隙的设计方法，设计流程图如图1所示。端部加强型少片抛物线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，即将对称中心线看作为一半弹簧的根部固定端，主簧的端部受力点和副簧的触点分别看作为主簧端点和副簧端点。端部加强型少片变截面主副簧的一半对称结构示意图，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各片的一半长度为L，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起加强作用；每片根部平直段的厚度为h2，长度为l3，抛物线段的根部到主簧端点的水平距离为l2，抛物线段的端部厚度为h1ip，即各片抛物线段的厚度比βi＝h1ip/h2，抛物线段的端部到主簧端点的水平距离l1ip＝l2βi2；主簧1各片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，各片主簧的端部平直段的厚度为h1i，斜线段的长度为Δl，斜线段的端部到主簧端点的水平距离l1i＝l1ip-Δl；斜线段的厚度比γ＝h1i/h1ip；主簧1的各片根部平直段及与副簧3的根部平直段之间设有根部垫片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；副簧的一半长度为LA，即副簧3端部触点到主簧1端点的水平距离为l0；主簧1的第N片端部平直段与副簧3端部触点之间设有主、副簧间隙δ，当载荷大于副簧起作用载荷时，副簧与主簧端部平直段内某点相接触。在主簧各片的结构参数、弹性模量、副簧长度、副簧起作用载荷给定情况下，对端部加强型少片变截面主簧在端部平直段与副簧触点之间的主副簧间隙进行设计。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的端部加强型少片主簧在端部平直段与副簧间隙的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：(1)各片端部加强型少片变截面主簧的端点变形系数Gx-Ei计算：根据端部加强型少片变截面主簧的一半长度L，宽度b，弹性模量E，斜线段的长度Δl，抛物线段的根部到主簧端点的水平距离l2，斜线段的厚度比γ，主簧片数N，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，第i片主簧斜线段的根部到主簧端点的水平距离l1ip，第i片主簧斜线段的端部到主簧端点的水平距离l1i，i＝1,2,…,N，对各片端部加强型少片变截面主簧的端点变形系数Gx-Ei进行计算，即(2)第N片端部加强型少片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：根据端部加强型少片变截面主簧的一半长度L，宽度b，弹性模量E，斜线段的长度Δl，抛物线段的根部到主簧端点的水平距离l2，主簧片数N，其中，第N片主簧的抛物线段的厚度比βN，第N片主簧的斜线段的根部到主簧端点的水平距离l1Np，第N片主簧的端部平直段的长度l1N，斜线段的厚度比γ，副簧触点于主簧端点的水平距离l0，对第N片端部加强型少片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进行计算，即(3)副簧起作用载荷下的第N片端部加强型少片变截面主簧的端点力FN计算：I步骤：根据各片端部加强型少片变截面主簧的根部平直段的厚度h2，主簧片数N，及步骤(1)中计算得到的各片主簧的端点变形系数Gx-Ei，确定各片端部加强型少片变截面主簧的一半刚度KMi，即II步骤：根据设计所要求的副簧起作用载荷一半即单端点载荷P，主簧片数N，及I步骤中所确定的各片主簧的一半刚度KMi，对副簧起作用载荷下的第N片端部加强型少片变截面主簧的端点力FN进行计算，即式中，KMN为第N片端部加强型变截面主簧的一半刚度；(4)端部加强型少片变截面主簧在端部平直段与副簧触点之间的主副簧间隙δ设计：根据各片端部加强型少片变截面主簧的根部平直段的厚度h2，主簧片数N，II步骤中计算得到的第N片主簧的端点力FN，及步骤(2)中计算得到的Gx-DE，对端部加强型少片变截面主簧在端部平直段与副簧触点之间的主副簧间隙δ进行设计，即本专利技术比现有技术具有的优点由于端部加强型少片变截面钢板弹簧在任意位置变形计算非常复杂，因此，先前一直未能给出端部加强型少片主簧在端部平直段与副簧接触点处的主、副簧间隙的设计方法。尽管有人曾对端部加强型少片抛物线型变截面主、副簧间隙采用ANSYS建模仿真法，但是该方法仅能对给出实际设计结构的钢板弹簧的变形进行仿真验证，不能提供精确的解析设计式，更不能满足车辆快速发展及对少片变截面钢板弹簧现代化CAD设计软件开发的要求。本专利技术可根据各片端部加强型少片变截面主簧的结构尺寸、弹性模量，首先确定出各片主簧在端点位置处的变形系数，及第N主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数；然后，通过各片在端点位置处的变形系数及刚本文档来自技高网...

【技术保护点】
端部加强型少片主簧在端部平直段与副簧间隙的设计方法，其中，端部加强型少片抛物线型变截面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，端部平直段和抛物线段之间设有一斜线段，对变截面主簧端部起加强作用；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，大于其他各片的厚度和长度，以满足第1片主簧复杂受力的要求；主簧端部平直段与副簧触点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；在主簧的各片结构参数、材料特性参数、副簧长度、副簧起作用载荷给定情况下，对端部加强型少片变截面主簧在端部平直段与副簧触点之间的主副簧间隙进行设计，具体设计步骤如下：(1)各片端部加强型少片变截面主簧的端点变形系数Gx‑Ei计算：根据端部加强型少片变截面主簧的一半长度L，宽度b，弹性模量E，安装间距的一半l3，斜线段的长度Δl，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2＝L‑l3，斜线段的厚度比γ，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，第i片主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l1ip＝l2βi2，第i片主簧斜线段的端部到主簧端点的距离l1i＝l1ip‑Δl，其中，i＝1,2,…,N，N为主簧片数，对各片端部加强型少片变截面的端点变形系数Gx‑Ei进行计算，即Gx-Ei=4(L3-l23)Eb-8l23/2(l1ip3/2-l23/2)Eb+4l1i3Ebγ3βi3+6Δl(4l1i2γ-l1i2-3l1i2γ2+3l1ip2γ2-4l1ip2γ3+l1ip2γ4)Ebγ3βi3(γ-1)3-6Δl(-2l1il1ipγ+2l1i2γ2lnγ+1l1ip2γ2lnγ+2l1il1ipγ3-4l1il1ipγ2lnγ)Ebγ3βi3(γ-1)3,i=1,2,...,N;]]>(2)第N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：根据端部加强型少片变截面主簧的一半长度L，宽度b，弹性模量E，斜线段的长度Δl，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2，第N片主簧的抛物线段的厚度比βN，第N片主簧的斜线段的根部到主簧端点的距离l1Np＝l2βN2，第N片主簧的端部平直段的长度l1N＝l1Np‑Δl，斜线段的厚度比γ，副簧触点于主簧端点的水平距离l0，对第N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进行计算，即Gx-DE=4L3-6l0L2-4l23+6l0l22Eb-8l23/2(l1Np1/2-l21/2)(l1Np+l2-3l0+l1Np1/2l21/2)Eb+2(l1M-l0)2(2l1N-l0)Ebγ3βN3+6Δl(4l1N2γ-l1N2-3l1N2γ3+3l1Np2γ2-4l1Np2γ3+l1Np2γ4-2l1Nl1Npγ+2l1N2γ2lnγ+2l1Np2γ2lnγ)Ebγ3βN3(γ-1)3+6Δl(2l1Nl1Npγ3-4l1Nl1Npγ2lnγ)Ebγ3βN3(γ-1)3-6l0Δl(l1Npγ+l1N)Ebγ3βN3;]]>(3)副簧起作用载荷下的第N片端部加强型变截面主簧的端点力FN计算：I步骤：根据端部加强型少片变截面主簧的根部平直段的厚度h2，及步骤(1)中计算得到的各片主簧的端点变形系数Gx‑Ei，确定各片端部加强型变截面主簧的一半刚度KMi，即端部加强型变截面主簧的一半刚度II步骤：根据设计所要求的副簧起作用载荷一半即单端点载荷P，及I步骤中所确定的各片主簧的一半刚度KMi，对副簧起作用载荷下的第N片端部加强型变截面主簧的端点力FN进行计算，即FN=KMNPΣi=1NKMi,i=1,2,...,N,]]>式中，KMN为第N片端部加强型变截面主簧的一半刚度；(4)端部加强型少片变截面主簧在端部平直段与副簧触点之间的主副簧间隙δ设计：根据端部加强型变截面主簧的根部平直段的厚度h2，II步骤中计算得到的第N片主簧的端点力FN，及步骤(2)中计算得到的Gx‑DE，对端部加强型变截面主簧在端部平直段与副簧触点之间的主副簧间隙δ进行设计，即δ=Gx-DEFNh23....

【技术特征摘要】
1.端部加强型少片主簧在端部平直段与副簧间隙的设计方法，其中，端部加强型少片变截面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，端部平直段和抛物线段之间设有一斜线段，对变截面主簧端部起加强作用；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；主簧端部平直段与副簧触点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；在主簧的各片结构参数、弹性模量、副簧长度、副簧起作用载荷给定情况下，对端部加强型少片变截面主簧在端部平直段与副簧触点之间的主副簧间隙进行设计，具体设计步骤如下：(1)各片端部加强型少片变截面主簧的端点变形系数Gx-Ei计算：根据端部加强型少片变截面主簧的一半长度L，宽度b，弹性模量E，斜线段的长度Δl，抛物线段的根部到主簧端点的水平距离l2，斜线段的厚度比γ，主簧片数N，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，第i片主簧斜线段的根部到主簧端点的水平距离l1ip，第i片主簧斜线段的端部到主簧端点的水平距离l1i，i＝1,2,…,N，对各片端部加强型少片变截面主簧的端点变形系数Gx-Ei进行计算，即(2)第N片端部加强型少片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：根据端部加强型少片变截面主簧的一半长...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，王炳超，于曰伟，赵雷雷，王凤娟，邵明磊，张云山，
申请(专利权)人：周长城，
类型：发明
国别省市：山东;37