一级渐变刚度板簧的副簧各片厚度及片数的设计方法技术

本发明专利技术涉及一级渐变刚度板簧的副簧各片厚度及片数的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据主簧的结构参数，弹性模量，许用应力，主副簧复合加紧刚度，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及片数进行设计。通过样机试验可知，表明本发明专利技术所提供一级渐变刚度板簧的副簧各片厚度及片数的设计方法是正确的，可得到准确可靠的副簧片数和各片厚度设计值，确保满足板簧复合加紧刚度和应力强度设计要求，为一级渐变刚度板簧的副簧设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法可提高一级渐变刚度板簧的设计水平、产品质量和可靠性及车辆行驶平安全性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

【技术实现步骤摘要】

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副簧各片厚度及片数的设计方法。
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，同时还应该满足应力强度的设计要求，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，而且还影响板簧一系列强度、可靠性和使用寿命。由于副簧各片厚度和片数的设计，不仅与主副簧复合夹紧刚度和主簧夹紧刚度有关，而且还与接触载荷、许用应力有关，因此，副簧各片厚度和片数的设计非常复杂，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副簧各片厚度及片数的设计方法，不能满足车辆行业快速发展及悬架弹簧现代化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副簧各片厚度及片数的设计方法，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性及一级渐变刚度板簧的设计要求，确保板簧同时满足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副簧各片厚度及片数的设计方法，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，各片主簧的一半作用长度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。一级渐变刚度板簧的空载载荷P0，开始接触载荷为Pk，完全接触载荷为Pw，额定载荷PN。副簧的厚度和片数不仅满足主副簧复合夹紧刚度的设计要求，同时还应该满足应力强度的设计要求。根据主簧的结构参数，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及片数进行设计。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副簧各片厚度及片数的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：(1)一级渐变刚度板簧的主簧根部重叠部分等效厚度HMe的计算：根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,..,n，对主簧根部重叠部分等效厚度HMe进行计算，即(2)基于主副簧夹紧复合刚度KMA的主副簧根部单片等效厚度HMAe的确定：根据一级渐变钢板弹簧的宽度b，安装夹紧间距的一半长度L0，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧长度L1，主副簧夹紧刚度设计值KMA；预取主副簧的总片数N，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，取等效单片等应力主簧的抛物线段厚度比βMA，其中，βMA＝0.4～0.5，对主副簧根部的单片等效厚度HMAe进行确定，即(3)一级渐变刚度板簧的副簧根部等效厚度HAe的计算：根据步骤(1)计算得到的HMe，步骤(2)计算得到的HMAe，对副簧根部等效厚度HAe进行计算，即(4)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]的确定根据渐变刚度钢板弹簧的宽度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(3)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(5)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(3)中计算得到的HAe，步骤(4)中所确定的[hA]，取副簧片数m≥mmin；则各片副簧的厚度hAj为将hAj向上圆整到板簧标准系列厚度，便可得到m片等厚度副簧的各片厚度设计值hAj。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副簧各片厚度及片数的设计方法，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的结构参数，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，在副簧的根部重叠部分等效厚度和最大许用厚度确定的基础上，对一级渐变刚度板簧的副簧各片厚度及片数进行设计。通过实例和样机设计及试验可知，本专利技术所提供的一级渐变刚度板簧的副簧各片厚度及片数的设计方法是正确的，可得到准确可靠的副簧片数和各片厚度设计值，为一级渐变刚度板簧的副簧设计奠定了可靠的技术基础，确保板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，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。附图说明为了更好地理解本专利技术，下面结合附图做进一步的说明。图1是一级渐变刚度板簧的副簧各片厚度及片数的设计流程图；图2是一级渐变刚度板簧的一半对称结构示意图。具体实施方案下面通过实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例：某一级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，骑马螺栓夹紧距的一半L0＝50mm，弹性模量E＝200GPa，许用应力[σ]＝450MPa。板簧跨度的一半即首片主簧的一半作用长度L1t＝525mm，主簧片数n＝3，各片厚度hi＝8mm，i＝1,2,..,n；首片主簧的一半夹紧长度L1＝L1t-L0/2＝500mm。主副簧夹紧刚度设计值KMA＝172.9N/mm。开始接触载荷Pk＝1900N，额定载荷PN＝7227N。根据一级渐变刚度板簧的宽度，弹性模量，许用应力，主副簧复合夹紧刚度，马螺栓夹紧距的一半L0，主簧片数和厚度，首片主簧的一半夹紧长度，开始接触载荷Pk和额定载荷PN，对该一级渐变刚度板簧的副簧各片厚度及片数进行设计。本专利技术实例所提供的一级渐变刚度板簧的副簧各片厚度及片数的设计方法，其设计流程如图1所示，具体设计步骤如下：(1)一级渐变刚度板簧的主簧根部重叠部分等效厚度HMe的计算：根据主簧片数n＝3，各片厚度hi＝8mm，i＝1,2,..,n，对主簧根部重叠部分等效厚度HMe进行计算，即(2)基于主副簧夹紧复合刚度KMA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＝63mm，弹性模量E＝200GPa，马螺栓夹紧距的一半L0＝50mm；首片主簧的一半夹紧长度L1＝500mm，主副簧夹紧刚度设计值KMA＝172.9N/mm；主簧片数n＝3，预取副簧片数m＝2，主副簧的总片数N＝n+m＝5，取末片副簧的一半夹紧长度LN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一级渐变刚度板簧的副簧各片厚度及片数的设计方法，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，即非等渐变偏频型板簧；根据主簧的结构参数，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及片数进行设计，具体设计步骤如下：(1)一级渐变刚度板簧的主簧根部重叠部分等效厚度HMe的计算：根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,..,n，对主簧根部重叠部分等效厚度HMe进行计算，即HMe=Σi=1nhi33;]]>(2)基于主副簧夹紧复合刚度KMA的主副簧根部单片等效厚度HMAe的确定：根据一级渐变钢板弹簧的宽度b，安装夹紧间距的一半长度L0，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧长度L1，主副簧夹紧刚度设计值KMA；预取主副簧的总片数N，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，取等效单片等应力主簧的抛物线段厚度比βMA，其中，βMA＝0.4～0.5，对主副簧根部的单片等效厚度HMAe进行确定，即HMAe=KMA2[L13+ΔLN3(1-βMA3)]Eb3;]]>(3)一级渐变刚度板簧的副簧根部等效厚度HAe的计算：根据步骤(1)计算得到的HMe，步骤(2)计算得到的HMAe，对副簧根部等效厚度HAe进行计算，即HAe=HMAe3-HMe33;]]>(4)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]的确定根据渐变刚度钢板弹簧的宽度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[hA]=b[σ]HMAe33(PN-Pk)L1;]]>II步骤：副簧最少片数mmin的确定根据步骤(3)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mmin=HAe3[hA]3;]]>(5)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(3)中计算得到的HAe，步骤(4)中所确定的[hA]，取副簧片数m≥mmin；则各片副簧的厚度hAj为hAj=HAem3,j=1,2,...,m;]]>将hAj向上圆整到板簧标准系列厚度，便可得到m片等厚度副簧的各片厚度设计值hAj。...

【技术特征摘要】
1.一级渐变刚度板簧的副簧各片厚度及片数的设计方法，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，即非等渐变偏频型板簧；根据主簧的结构参数，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及片数进行设计，具体设计步骤如下：(1)一级渐变刚度板簧的主簧根部重叠部分等效厚度HMe的计算：根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,..,n，对主簧根部重叠部分等效厚度HMe进行计算，即HMe=Σi=1nhi33;]]>(2)基于主副簧夹紧复合刚度KMA的主副簧根部单片等效厚度HMAe的确定：根据一级渐变钢板弹簧的宽度b，安装夹紧间距的一半长度L0，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧长度L1，主副簧夹紧刚度设计值KMA；预取主副簧的总片数N，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，取等效单片等应力主簧的抛物线段厚度比βMA，其中，βMA＝0.4～0.5，对主副簧根部的单片等效厚度HMAe进行确定，即HMAe=KMA2[L13+ΔLN3(1-&b...

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