端部接触式少片根部加强型主副簧各片强度的校核方法技术

本发明专利技术涉及端部接触式少片根部加强型主副簧各片强度的校核方法，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根部加强型变截面主副簧的各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量、许用应力、副簧起作用载荷及最大载荷，对各片主簧和各片副簧的应力强度进行校核。通过实例及仿真验证可知，该发明专利技术所提供的端部接触式少片根部加强型主副簧各片强度的校核方法是正确的，利用该方法可得到准确可靠的各片主簧和副簧的最大应力校核值，提高少片根部加强型变截面主副簧的设计水平、产品质量和使用寿命、及车辆行驶平顺性；同时，还可降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

【技术实现步骤摘要】

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根部加强型主副簧各片强度的校核方法。
技术介绍
少片变截面钢板弹簧与多片叠加钢板弹簧相比，具体节省材料、减轻簧下质量、提高车辆平顺性和运输效率等优点，引起了国内外车辆专家的高度重视，并且在国外已进行了广泛的推广和应用。对于少片变截面钢板弹簧，通常将其设计为主副簧，并通过主副簧间隙，确保在大于副簧起作用载荷之后，主副簧接触而一起工作，满足车辆悬架在不同载荷情况下对钢板弹簧刚度和应力强度的设计要求。由于第1片主簧的受力复杂，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片主簧的端部平直段的厚度和长度，通常大于他各片主簧的端部平直段的厚度和长度，即在实际设计和生产中，大都采用端部非等构的少片变截面主副簧。少片变截面钢板弹簧主要有两种类型，一种是抛物线型，另外一种是斜线型，其中，抛物线型的应力为等应力，其所受应力比斜线型的更加合理；同时，为了加强抛物线型变截面钢板弹簧的根部强度，可在根部平直段与抛物线段之间增加一斜线段，即采用根部加强型变截面主副簧。少片抛物线型变截面主副簧，可采用不同的副簧长度以满足不同复合刚度和应力强度的设计要求，因此，根据副簧的长度不同即主副的不同接触位置，可将少片变截面主副簧分为端部接触式和非端部接触式两种，在相同副簧根部平直段厚度情况下，端部接触式的少片变截面主副簧的复合刚度大于非端部接触式。对于所设计的端部接触式少片根部加强型变截面主副簧，其强度应满足悬架弹簧的使用寿命和安全性要求，然而，由于端部接触式少片根部加强型变截面主副钢板弹簧的主簧长度与副簧长度不相等、各片主簧的端部平直段非等构，且主副簧接触之后，主簧和副簧的变形和内力存有耦合，因此，端部接触式少片根部加强型变截面主副簧的各片主簧和副簧的端点力及最大应力计算非常复杂，先前一直未能给出简便、准确、可靠的端部接触式少片根部加强型变截面主副簧各片强度的校核方法。因此，必须建立一种精确、可靠的端部接触式少片根部加强型变截面主副簧各片强度的校核方法，满足车辆行业快速发展及对悬架钢板弹簧精确设计的要求，提高端部接触式少片根部型变截面主副簧的设计水平、产品质量和使用寿命；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、可靠的端部接触式少片根部加强型主副簧各片强度的校核方法，其校核流程图，如图1所示。端部接触式少片根部加强型变截面主副簧为对称结构，可将对称的一半弹簧看作悬臂梁，即将对称中心线看作一半弹簧的固定根部，将主簧端部受力点和副簧触点受力点看作一半主、副簧的端点，其一半对称结构示意图，如图2所示，包括：主簧1，根部垫片2，副簧3，端部垫片4，主簧1和副簧3的各片是由根部平直段、斜线段、抛物线段、端部平直段四段构成，其中，斜线段对钢板弹簧根部起加强作用；主簧1的各片根部平直段之间、副簧3各片根部平直段之间、及主簧1与副簧3之间设置有根部垫片2；主簧1的各片端部平直段之间设置有端部垫片4，端部垫片4的材料为碳纤维复合材料，以防止工作时产生摩擦噪声。各片根部加强型变截面主簧的根部平直段的厚度为h2M，宽度为b，一半长度为LM，安装间距的一半l3，斜线段的长度为Δl，斜线段的根部到主簧端点的距离为l2M，斜线段的端部到主簧端点的距离为l2Mp；各片主簧的斜线段的端部厚度为h2Mp，斜线段的厚度比γM＝h2Mp/h2M；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；各片主簧的端部平直段的厚度和长度分别为h1i和l1i，抛物线段的厚度比为βi＝h1i/h2Mp，i＝1,2,…,m，m为主簧片数。各片副簧的根部平直段的厚度为h2A，宽度为b，一半长度为LA，安装间距的一半l3，副簧斜线段的长度为Δl，斜线段的根部到副簧3端点的距离为l2A，斜线段的端部到副簧端点的距离为l2Ap；各片副簧的斜线段的端部厚度为h2Ap，斜线段的厚度比γA＝h2Ap/h2A；各片副簧的端部平直段的厚度和长度分别为hA1j和lA1j，抛物线段的厚度比为βAj＝hA1j/h2Ap，j＝1,2,…,n，n为副簧片数。副簧长度的一半长度LA小于主簧的一半长度LM，副簧触点与主簧端点的水平距离为l0＝LM-LA；副簧触点与主簧端部平直段之间的垂向距离为主副簧间隙为δ，当载荷大于副簧起作用载荷时，副簧触点与第m片主簧的端部平直段内某点相接触；当主副簧接触之后，主副簧的各片端点力不相等，且第m片主簧除了受端点力之外，还受副簧触点支撑力的作用。在主副簧的各片结构参数、弹性模量、许用应力、副簧起作用载荷、最大载荷给定情况下，对端部接触式少片根部加强型变截面主副簧的各片主簧和副簧的应力强度进行校核。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根部加强型主副簧各片强度的校核方法，其特征在于采用以下校核步骤：(1)端部接触式少片根部加强型变截面主副簧的各片主簧和副簧的一半夹紧刚度计算：I步骤：主副簧接触之前的各片主簧的一半夹紧刚度KMi计算：根据少片根部加强型变截面主簧的一半长度LM，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，宽度b，弹性模量E，安装间距的一半l3，各片主簧的斜线段的长度Δl，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2Mp＝LM-l3-Δl，斜线段的根部到主簧端点的距离l2M＝LM-l3，主簧的斜线段的厚度比γM；第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，其中，i＝1,2,…,m，对主副簧接触之前的各片主簧的一半夹紧刚度KMi进行计算，即 K M i = h 2 M 3 G x - E i , i = 1 , 2 , ... , m ; ]]>式中， G x - E i = 4 [ ( L M 本文档来自技高网...

【技术保护点】
端部接触式少片根部加强型主副簧各片强度的校核方法，其中，根部加强型变截面主副簧为对称结构，其一半对称结构是由根部平直段、斜线段、抛物线段和端部平直段4段所构成；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；副簧的长度小于主簧的长度，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，即主副簧为端部接触式；主副簧接触之后，各片主副簧的端点力不相同，且与副簧相接触的1片主簧除了受端点力之外，还受副簧触点支撑力的作用；在主副簧的各片结构参数、弹性模量、许用应力、副簧起作用载荷、最大载荷给定情况下，对端部接触式少片根部加强型变截面主副簧的各片主簧和副簧的应力强度进行校核，具体校核步骤如下：(1)端部接触式少片根部加强型变截面主副簧的各片主簧和副簧的一半夹紧刚度计算：I步骤：主副簧接触之前的各片主簧的一半夹紧刚度KMi计算：根据少片根部加强型变截面主簧的一半长度LM，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，宽度b，弹性模量E，安装间距的一半l3，各片主簧的斜线段的长度Δl，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2Mp＝LM‑l3‑Δl，斜线段的根部到主簧端点的距离l2M＝LM‑l3，主簧的斜线段的厚度比γM；第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，其中，i＝1,2,…,m，对主副簧接触之前的各片主簧的一半夹紧刚度KMi进行计算，即KMi=h2M3Gx-Ei,i=1,2,...,m;]]>式中，Gx-Ei=4[(LM-l3/2)3-l2M3]Eb+4l2Mp3(2-βi3)EbγM3+6ΔlEbγM2(γM-1)3(4l2Mp2γM-l2Mp2-3l2Mp2γM2-4l2M2γM3)+6ΔlEbγM2(γM-1)3(3l2M2γM2+l2M2γM4-2l2Mpl2MγM+2l2Mp2γM2lnγM+2l2M2γM2lnγM+2l2Mpl2MγM3)-24l2Mpl2MγM2Δl lnγMEbγM2(γM-1)3;]]>II步骤：主副簧接触之后的各片主簧的一半夹紧刚度KMAi计算：根据少片根部加强型变截面主簧的一半长度LM，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，宽度b，弹性模量E，安装间距的一半l3，各片主簧的斜线段的长度Δl，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2Mp＝LM‑l3‑Δl，斜线段的根部到主簧端点的距离l2M＝LM‑l3，各片主簧的斜线段的厚度比γM，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，其中，i＝1,2,…,m；副簧的一半长度LA，副簧片数n，各片副簧的根部平直段的厚度h2A，副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离l2Ap＝LA‑l3‑Δl，斜线段的根部到副簧端点的距离l2A＝LA‑l3，副簧斜线段的厚度比γA，第j片副簧的抛物线段的厚度比βAj，其中，j＝1,2,…,n，n为副簧片数，副簧触点与主簧端点的水平距离l0；对主副簧接触之后的各片主簧的一半夹紧刚度KMAi进行计算，即KMAi=h2M3Gx-Ei,i=1,2,...,m-1h2M3(Gx-EATh2M3+Gx-DEzh2A3)Gx-Em(Gx-EATh2M3+Gx-DEzh2A3)-Gx-EzmGx-DEh2A3,i=m;]]>式中，Gx-Ei=4[(LM-l3/2)3-l2M3]Eb+4l2Mp3(2-βi3)EbγM3+6ΔlEbγM2(γM-1)3(4l2Mp2γM-l2Mp2-3l2Mp2γM2-4l2M2γM3)+]]>6ΔlEbγM2(γM-1)3(3l2M2γM2+l2M2γM4-2l2Mpl2MγM+2l2Mp2γM2lnγM+2l2M2γM2lnγM+2l2Mpl2MγM3)-24l2Mpl2MγM2Δl lnγMEbγM2(γM-1)3;]]>Gx-EAT=1Σj=1n1Gx-EAj;]]>Gx-EAj=4(LA-l3/2)3-l2A3]Eb+4l2Ap3(2-βAj3)EbγA3+6ΔlEbγA2(&gamma...

【技术特征摘要】
1.端部接触式少片根部加强型主副簧各片强度的校核方法，其中，根部加强型变截面主副簧为对称结构，其一半对称结构是由根部平直段、斜线段、抛物线段和端部平直段4段所构成；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；副簧的长度小于主簧的长度，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，即主副簧为端部接触式；主副簧接触之后，各片主副簧的端点力不相同，且与副簧相接触的1片主簧除了受端点力之外，还受副簧触点支撑力的作用；在主副簧的各片结构参数、弹性模量、许用应力、副簧起作用载荷、最大载荷给定情况下，对端部接触式少片根部加强型变截面主副簧的各片主簧和副簧的应力强度进行校核，具体校核步骤如下：(1)端部接触式少片根部加强型变截面主副簧的各片主簧和副簧的一半夹紧刚度计算：I步骤：主副簧接触之前的各片主簧的一半夹紧刚度KMi计算：根据少片根部加强型变截面主簧的一半长度LM，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，宽度b，弹性模量E，安装间距的一半l3，各片主簧的斜线段的长度Δl，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2Mp＝LM-l3-Δl，斜线段的根部到主簧端点的距离l2M＝LM-l3，主簧的斜线段的厚度比γM；第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，其中，i＝1,2,…,m，对主副簧接触之前的各片主簧的一半夹紧刚度KMi进行计算，即 K M i = h 2 M 3 G x - E i , i = 1 , 2 , ... , m ; ]]>式中， G x - E i = 4 [ ( L M - l 3 / 2 ) 3 - l 2 M 3 ] E b + 4 l 2 M p 3 ( 2 - β i 3 ) Ebγ M 3 + 6 Δ l Ebγ M 2 ( γ M - 1 ) 3 ( 4 l 2 M p 2 γ M - l 2 M p 2 - 3 l 2 M p 2 γ M 2 - 4 l 2 M 2 γ M 3 ) + 6 Δ l Ebγ M 2 ( γ M - 1 ) 3 ( 3 l 2 M 2 γ M 2 + l 2 M 2 γ M 4 - 2 l 2 M p l 2 M γ M + 2 l 2 M p 2 γ M 2 lnγ M + 2 l 2 M 2 γ M 2 lnγ M + 2 l 2 M p l 2 M γ M 3 ) - 24 l 2 M p l 2 M γ M 2 Δ l lnγ M Ebγ M 2 ( γ M - 1 ) 3 ; ]]>II步骤：主副簧接触之后的各片主簧的一半夹紧刚度KMAi计算：根据少片根部加强型变截面主簧的一半长度LM，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，宽度b，弹性模量E，安装间距的一半l3，各片主簧的斜线段的长度Δl，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2Mp＝LM-l3-Δl，斜线段的根部到主簧端点的距离l2M＝LM-l3，各片主簧的斜线段的厚度比γM，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，其中，i＝1,2,…,m；副簧的一半长度LA，副簧片数n，各片副簧的根部平直段的厚度h2A，副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离l2Ap＝LA-l3-Δl，斜线段的根部到副簧端点的距离l2A＝LA-l3，副簧斜线段的厚度比γA，第j片副簧的抛物线段的厚度比βAj，其中，j＝1,2,…,n，n为副簧片数，副簧触点与主簧端点的水平距离l0；对主副簧接触之后的各片主簧的一半夹紧刚度KMAi进行计算，即 K M A i = h 2 M 3 G x - E i , i = 1 , 2 , ... , m - 1 h 2 M 3 ( G x - E A T h 2 M 3 + G x - DE z h 2 A 3 ) G x - E m ( G x - E A T h 2 M 3 + G x - DE z h 2 A 3 ) - G x - E z m G x - D E h 2 A 3 , i = m ; ]]>式中， G x - E i = 4 [ ( L M - l 3 / 2 ) 3 - l 2 M 3 ] E b + 4 l 2 M p 3 ( 2 - β i 3 ) Ebγ M 3 + 6 Δ l Ebγ M 2 ( γ M - 1 ) 3 ( 4 l 2 M p 2 γ M - l 2 M p 2 - 3 l 2 M p 2 γ M 2 - 4 l 2 M 2 γ M 3 ) + ]]> 6 Δ l Ebγ M 2 ( γ M - 1 ) 3 ( 3 l 2 M 2 γ M 2 + l 2 M 2 γ M 4 - 2 l 2 M p l 2 M γ M + 2 l 2 M p 2 γ M 2 lnγ M + 2 l 2 M 2 γ M 2 lnγ M + 2 l 2 M p l 2 M γ M 3 ) - 24 l 2 M p l 2 M γ M 2 Δ l lnγ M Ebγ M 2 ( γ M - 1 ) 3 ; ]]> G x - E A T = 1 Σ j = 1 n 1 G x - E A j ; ]]> G x - E A j = 4 ( L A - l 3 / 2 ) 3 - l 2 A 3 ] E b + 4 l 2 A p 3 ( 2 - β A j 3 ) Ebγ A 3 + 6 Δ l Ebγ A 2 ( γ A - 1 ) 3 ( 4 l 2 A p 2 γ A - l 2 A p 2 - 3 l 2 A p 2 γ A 2 - 4 l 2 A 2 γ A 3 ) + 6 Δ l Ebγ A 2 ( γ A - 1 ) 3 ( 3 l 2 A 2 γ A 2 + l 2 A 2 γ A 4 - 2 l 2 A p l 2 A γ A + 2 l 2 A p 2 γ A 2 lnγ A + 2 l 2 A 2 γ A 2 lnγ A + 2 l 2 A p l 2 A γ A 3 ) - 24 l 2 A p l 2 A γ A 2 Δ l lnγ A Ebγ A 2 ( γ A - 1 ) 3 ; ]]> G x - D E = 4 ( L M - l 3 / 2 ) 3 - 6 l 0 ( L M - l 3 / 2 ) 2 - 4 l 2 M 3 + 6 l 0 l 2 M 2 E b - 6 l 0 Δ l ( l 2 M p + l 2 M γ M ) Ebγ M 2 + 2 ( l 0 - l 2 M p β m 2 ) 2 ( 2 l 2 M p β m 2 + l 0 ) Ebγ M 3 β m 3 + 8 l 2 M p 2 ( 1 - β m ) ( l 2 M p - 3 l 0 + l 2 M p β m 2 + l 2 M p β m ) Ebγ M 3 + 6 Δ l Ebγ M 2 ( γ M - 1 ) 3 ( 4 l 2 M p 2 γ M - l 2 M p 2 - 3 l 2 M p 2 γ M 2 ) + 6 Δ l Ebγ M 2 ( γ M - 1 ) 3 ( 3 l 2 M 2 γ M 2 - 4 l 2 M 2 γ M 3 + l 2 M 2 γ M 4 - 2 l 2 M p l 2 M γ M + 2 l 2 M p 2 γ M 2 lnγ M + 2 l 2 M 2 γ M 2 lnγ M ) + 6 Δ l Ebγ M 2 ( γ M - 1 ) 3 ( 2 l 2 M p l 2 M γ M 3 - 4 l 2 M p l 2 M γ M 2 lnγ M ) ; ]]> G x - E z m = 4 ( L M - l 3 / 2 ) 3 - 6 l 0 ( L M - l 3 / 2 ) 2 - 4 l 2 M 3 + 6 l 0 l 2 M 2 E b - 12 E b [ - Δl 3 ( - 3 l 2 M p 2 + 2 l 2 M l 2 M p γ M + 4 l 2 M l 2 M p + l 2 M 2 γ M 2 ) 2 ( γ M - 1 ) 3 Δl 2 + 4 Δl 3 l 2 M 2 γ M 2 ( ...

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