非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法技术

本发明专利技术非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法，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和副簧的结构尺寸、弹性模量、主副簧间隙、及主副簧所受载荷，对非端部接触式少片端部加强型主副簧的各片主簧和副簧的端点力进行确定。通过实例及ANSYS仿真验证可知，该方法可得到准确、可靠的各片主簧和副簧的端点力值，为非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定提供了可靠的确定方法，并且为其设计、刚度和强度校核奠定了可靠的技术基础。利用该方法可提高非端部接触式端部加强型少片变截面主副钢板弹簧的设计水平、产品质量和性能、可靠性及车辆的行驶平顺性及安全性；同时，还降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

Method for determining end force of non end contact type small piece end strengthening type main auxiliary spring

The invention relates to a method for determining the end force of a non end contact type small piece end strengthening type main auxiliary spring. According to the invention, the structure size of main spring and spring elastic modulus, vice principal, vice principal of spring spring clearance and the load, the contact end type film end strengthening main spring the main spring and spring force to determine the endpoint. Through the example and the ANSYS simulation shows that this method can get accurate and reliable the main spring and spring the end force value, provides a reliable method to determine the main endpoint determined to strengthen the spring force for the end of the non contact type film ends, and for its design, stiffness and strength check lay a solid technical basis. Using this method can improve the contact end of the taper type main auxiliary spring end design level, product quality and performance, and reliability of vehicle ride comfort and safety; at the same time, but also reduce the design and test cost, speed up product development.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法。
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非端部接触式少片端部加强型主副簧形式。当载荷大于副簧起作用载荷主副簧接触之后，各片主簧和副簧的端点力的分析计算，制约着主副簧的设计计算、刚度及强度校核。然而，由于非端部接触式少片端部加强型主副簧的主簧端部平直段非等构，副簧长度小于主簧长度，主副簧接触之后，各片主簧和副簧的变形及内力存有耦合，端点力的计算非常复杂。据所查阅资料可知，目前国、内外一直未曾给出可靠的非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法，不能满足非端部接触式少片变截面端部加强型主副簧的设计、刚度及强度校核的要求。因此，必须建立一种准确、可靠的非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法，满足非端部接触式少片端部加强型变截面钢板弹簧解析设计及强度校核的要求，提高少片变截面钢板弹簧的设计水平、质量、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。
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、可靠的非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法，确定流程图，如图1所示。非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，非端部接触式少片端部加强型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的各片根部平直段之间、副簧3的各片根部平直段之间、及主簧1与副簧3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。其中，各片主簧的一半长度为LM，是由根部平直段、抛物线段、斜线段、端部平直段四段构成；斜线段对变截面端部起加强作用；每片主簧根部平直段的厚度为h2M，每片主簧安装间距的一半长度为l3，每片主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离为l2M＝LM-l3，各片主簧抛物线段的端部厚度为h1Mpi，即各片主簧抛物线段的厚度比βi＝h1Mpi/h2M，i＝1,2,…,m，m为主簧片数，各片主簧抛物线段的端部到主簧端点的距离l1Mpi＝l2Mβi2；主簧1每片斜线段的长度为Δl，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，各片主簧端部平直段的厚度和长度分别为h1Mi和l1Mi＝l1Mpi-Δl；各片主簧斜线段的厚度比γMi＝h1Mi/h1Mpi；各片副簧的一半长度为LA，是由根部平直段、抛物线段、斜线段、端部平直段四段构成；副簧触点到主簧端点的水平距离为l0，各片副簧的根部平直段的厚度为h2A，安装间距的一半长度为l3，各片副簧的抛物线段的根部到副簧端点的距离为l2A＝LA-l3，抛物线段的端部厚度为h1Apj，即各片副簧抛物线段的厚度比βAj＝h1Apj/h2A，j＝1,2,…,n，n为副簧片数，各片副簧抛物线段的端部到副簧端点的距离l1Apj＝l2AβAj2；副簧斜线段的长度为Δl，各片副簧端部平直段的厚度和长度分别为h1Aj和l1Aj＝l1Apj-Δl；各片副簧斜线段的厚度比γAj＝h1Aj/h1Apj。副簧触点与主簧抛物线段之间设有主副簧间隙δ；当载荷大于副簧起作用载荷时，副簧与主簧抛物线段内某点相接触；当主副簧端部接触之后，主副簧各片端部受力不相同，且与副簧相接触的主簧除了受端点力之外，还在接触点处承受副簧的支撑力。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法，其特征在于采用以下计算步骤：(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：根据非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，安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片主簧抛物线段的厚度比βi，第i片主簧斜线段的厚度比γMi，第i片主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpi，第i片主簧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+2l1Mil1MpiγMi3-4l1Mil1MpiγMi2lnγMi)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抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BC计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，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；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，主簧片数m，对端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BC进行计算，即Gx-BC=4LM3-18l2M2l0-6LM2l0+4l2M3+16l2M3/2l03/2Eb;]]>(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-Epm计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，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；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，主簧片数m，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧的端点变形系数Gx-Epm进行计算，即Gx-Epm=4LM3-6l0LM2-4l2M3+6l0l2M2Eb+8l2M3/2(l01/2-l2M1/2)2(2l01/2+l2M1/2)Eb;]]>(4)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在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BCp计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，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；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，主簧片数m，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BCp进行计算，即Gx-BCp=4(3LMl02-3LM2l0-9l0l2M2-9l02本文档来自技高网...

【技术保护点】
非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法，其中，非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，端部平直段和抛物线段之间设有一斜线段，对变截面主副簧端部起加强作用；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；副簧长度小于主簧长度，副簧触点与主簧抛物线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，各片主簧和副簧的端点力不相同；在各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量、主副簧间隙给定情况下，对非端部接触式少片端部加强型各片主副簧的端点力进行确定，具体确定步骤如下：(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：根据非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，安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片主簧抛物线段的厚度比βi，第i片主簧斜线段的厚度比γMi，第i片主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpi，第i片主簧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+2l1Mil1MpiγMi3-4l1Mil1MpiγMi2lnγMi)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抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BC计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，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；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，主簧片数m，对端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BC进行计算，即Gx-BC=4LM3-18l2M2l0-6LM2l0+4l2M3+16l2M3/2l03/2Eb;]]>(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‑Epm计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，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；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，主簧片数m，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧的端点变形系数Gx‑Epm进行计算，即Gx-Epm=4LM3-6l0LM2-4l2M3+6l0l2M2Eb+8l2M3/2(l01/2-l2M1/2)2(2l01/2+l2M1/2)Eb;]]>(4)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在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BCp计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，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；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，主簧片数m，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BCp进行计算，即Gx-BCp=4(3LMl02-3LM2l0-9l0l2M2-9l02l2M+LM3+l2M3+16l03/2l2M3/2)Eb;]]>(5)端点受力情况下的各片端部加强型变截面副簧的端点变形系数Gx‑EAj及n片叠加副簧的总端点变形系数Gx‑EAT计算：根据非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；副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离l2A，副簧片数n，其中，第j片副簧抛物线段的厚度比βAj，第j片副簧斜线段的厚度比γAj，第j片副簧的斜线段的根部到副簧端点的距离l1Apj，第j片副簧的斜线段的端部到弹簧端点的距离l1Aj，j＝1,2,…,n；对端点受力情况下的各片副簧的端点变形系数Gx‑EAj进行计算，即Gx-EAj=4(LA3-l2A3)Eb-8l2A3/2(l1Apj3/2-l2A3/2)Eb+4l1A...

【技术特征摘要】
1.非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法，其中，非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，端部平直段和抛物线段之间设有一斜线段，对变截面主副簧端部起加强作用；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；副簧长度小于主簧长度，副簧触点与主簧抛物线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，各片主簧和副簧的端点力不相同；在各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量、主副簧间隙给定情况下，对非端部接触式少片端部加强型各片主副簧的端点力进行确定，具体确定步骤如下：(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：根据非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，安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片主簧抛物线段的厚度比βi，第i片主簧斜线段的厚度比γMi，第i片主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpi，第i片主簧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+2l1Mil1MpiγMi3-4l1Mil1MpiγMi2lnγMi)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抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BC计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，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；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，主簧片数m，对端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BC进行计算，即Gx-BC=4LM3-18l2M2l0-6LM2l0+4l2M3+16l2M3/2l03/2Eb;]]>(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-Epm计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，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；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，主簧片数m，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧的端点变形系数Gx-Epm进行计算，即Gx-Epm=4LM3-6l0LM2-4l2M3+6l0l2M2Eb+8l2M3/2(l01/2-l2M1/2)2(2l01/2+l2M1/2)Eb;]]>(4)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在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BCp计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，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；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，主簧片数m，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BCp进行计算，即Gx-BCp=4(3LMl02-3LM2l0-9l0l2M2-9l02l2M+LM3+l2M3+16l03/2l2M3/2)Eb;]]>(5)端点受力情况下的各片端部加强型变截面副簧的端点变形系数Gx-EAj及n片叠加副簧的总端点变形系数Gx-EAT计算：根据非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；
\t副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离l2A，副簧片数n，其中，第j片副簧抛物线段的厚度比βAj，第j片副簧斜线段的厚度比γAj，第j片副簧的斜线段的根部到副簧端点的距离l1Apj，第j片副簧的斜线段的端部到弹簧端点的距离l1Aj，j＝1,2,…,n...

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