高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性的仿真计算方法技术

本发明专利技术涉及高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性的仿真计算方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据主簧和副簧的结构设计参数，主簧加紧刚度，主副簧复合加紧刚度，主簧和副簧的初始切线弧高，弹性模量和额定载荷，对高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性进行仿真计算。通过额定载荷下的主簧挠度仿真计算值与设计值的比较可知，本发明专利技术所提供的高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性的仿真计算方法是正确的，可得到准确可靠的挠度仿真计算值，为高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度及主副簧间隙的仿真计算奠定了可靠的技术基础；同时，利用该方法可提高产品设计水平、质量和性能，并且还可降低设计和试验测试费用，加快产品开发速度。

A simulation method for calculating the load deflection characteristics of a high strength first grade tapered leaf spring

The invention relates to a simulation method for calculating the load deflection characteristics of a high strength first grade gradient stiffness spring plate, which belongs to the technical field of suspension steel plate spring. The invention can according to the structural design of the main spring and the auxiliary spring parameters, stepping up the main spring stiffness, the main auxiliary spring to composite stiffness, the initial tangent camber of main spring and spring, the elastic modulus and the rated load, the simulation calculation of load deflection characteristics of high strength and a gradual rigidity leaf spring. The main spring deflection simulation under the rated load calculation and comparison of the design value, the simulation calculation method of load deflection characteristics of high intensity gradient level provided by the invention of the leaf spring stiffness is correct and accurate and reliable calculation of deflection simulation values, laid the foundation for reliable simulation of the maximum height limit the strength of a variable stiffness spring deflection and a main spring clearance calculation; at the same time, the method can improve the level of product design, quality and performance, and also can reduce design and testing costs, speed up product development.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆悬架板簧，特别是高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性的仿真计算方法。
技术介绍
随着高强度钢板材料的出现，可采用高强度一级渐变刚度板簧，以满足在不同载荷下的车辆行驶平顺性及悬架渐变偏频保持不变的设计要求，其中，渐变刚度板簧的挠度随载荷的变化特性，不仅影响主副簧切线弧高，而且还影响悬架系统偏频和车辆行驶平顺性。因此，对于给定设计结构参数的高强度一级渐变刚度板簧，是否满足载荷挠度特性的设计要求，应通过仿真计算给出所设计板簧的载荷挠度特性。然而，由于在渐变过程中的板簧挠度及渐变刚度计算非常复杂，且受重叠部分等效厚度计算及接触载荷反求关键问题的制约，据所查资料可知，先前国内外一直未给出高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性的仿真计算方法。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对高强度一级渐变刚度设计板簧提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性的仿真计算方法，为高强度一级渐变刚度板簧特性仿真计算及仿真软件开发奠定可靠的技术基础，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性对高强度一级渐变刚度板簧的设计要求，通过载荷挠度特性的仿真计算可及时发现产品设计所存在问题，从而提高产品设计水平、质量和性能；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、可靠的高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性的仿真计算方法，仿真计算流程图，如图1所示。板簧采用高强度钢板，宽度为b，弹性模量为E，各片板簧为以中心穿装孔对称的结构，其安装夹紧距的一半L0为骑马螺栓夹紧距的一半L0；高强度一级渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，由主簧1和副簧2构成，其中，主簧1的片数为n，各片主簧的厚度为hi，一半作用长度为Lit，一半夹紧长度为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，一半作用长度为LAjt，一半夹紧长度为LAj＝LAjt-L0/2，j＝1,2,…,m。主簧夹紧刚度KM，主副簧复合夹紧刚度KMA。末片主簧的下表面与首片副簧的上表面之间的主副簧渐变间隙δMA，其大小是由主簧初始切线弧高与副簧初始切线弧高所决定的。当载荷达到开始起作用载荷Pk时，在骑马螺栓夹紧距外侧，末片主簧下表面与首片副簧上表面开始接触；当载荷达到完全接触载荷Pw时，末片主簧下表面与首片副簧上表面完全接触。当载荷在[Pk,Pw]范围内变化时，主簧末片下表面与副簧首片上表面的接触位置及主副簧渐变复合夹紧刚度KkwP随载荷而变化，从而满足悬架偏频保持不变的设计要求，即等偏频型一级渐变刚度板簧。根据所设计主簧和副簧的结构参数、主簧夹紧刚度和主副簧复合夹紧刚度、弹性模量、主簧初始切线弧高和副簧初始切线弧高设计值，对高强度一级渐变刚度板簧在不同载荷下的挠度特性进行仿真计算。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性的仿真计算方法，其特征在于采用以下仿真计算步骤：(1)高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk的仿真计算：A步骤：末片主簧下表面初始曲率半径RM0b的仿真计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…n，首片主簧的一半夹紧长度L1，主簧初始切线弧高HgM0，对末片主簧下表面初始曲率半径RM0b进行仿真计算，即B步骤：首片副簧上表面初始曲率半径RA0a的仿真计算根据首片副簧的一半夹紧长度LA1，副簧初始切线弧高HgA0，对首片副簧上表面初始曲率半径RA0a进行仿真计算，即C步骤：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的等效厚度hMe进行计算，即D步骤：渐变刚度板簧开始接触载荷Pk的仿真计算：根据高强度一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧跨长度L1，A步骤中计算得到的RM0b，B步骤中计算得到的RA0a，及C步骤中计算得到的hMe，对高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk进行仿真计算，即(2)高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw的仿真计算根据主簧夹紧刚度KM，主副簧的复合夹紧刚度KMA，及步骤(1)中仿真计算得到的Pk，对高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw进行验算，即(3)高强度一级渐变刚度板簧的渐变夹紧刚度KkwP的仿真计算根据主簧夹紧刚度KM，步骤(1)中仿真计算得到的Pk，步骤(2)中仿真计算得到的Pw，对高强度一级渐变刚度板簧在载荷P∈[Pk,Pw]范围内的渐变夹紧刚度KkwP进行仿真计算，即(4)高强度一级渐变刚度板簧在不同载荷P下的挠度特性的仿真计算：根据主簧夹紧刚度KM，主副簧的复合夹紧刚度KMA，额定载荷PN，步骤(1)中仿真计算得到的Pk，步骤(2)中仿真计算得到的Pw，步骤(3)中仿真计算得到的KkwP，对高强度一级渐变刚度板簧在不同载荷P下的挠度特性进行仿真计算，即本专利技术比现有技术具有的优点由于主副簧渐变接触过程中板簧挠度计算非常复杂，同时受板簧重叠部分等效厚度计算和接触载荷反求关键问题的制约，据所查资料可知，先前国内外一直未给出高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性的仿真计算方法。本专利技术可根据所设计高强度一级渐变刚度板簧的结构参数，主簧和副簧的初始切线弧高设计值，首先仿真计算得到高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk和完全接触载荷Pw；然后，根据高强度一级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度KM、主副簧复合夹紧刚度KMA，对渐变复合夹紧刚度KkwP进行仿真计算；最后，根据额定载荷PN，仿真计算得到的开始接触载荷Pk、完全接触载荷Pw、及渐变复合夹紧刚度KkwP，对高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性进行仿真计算。通过样机加载位移试验测试可知，额定载荷下的主簧挠度仿真计算值，与测试结果接近。表明本专利技术所提供的高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性的仿真计算方法，为高强度一级渐变刚度板簧的初始切线弧高和主副簧间隙的仿真验证及特性仿真软件开发，奠定了技术基础。利用该方法可得到高强度一级渐变刚度板簧的在不同载荷情况下的主簧挠度仿真计算值，提高高强度一级渐变刚度板簧的设计水平、质量和性能，确保主簧初始切线弧高及主副簧间隙满足特性设计要求，提高车辆行驶平顺性；同时，还可降低设计和试验测试费用，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是高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性的仿真计算流程图；图2是高强度一级渐变刚度板簧的一半对称结构示意图；图3是实施例的高强度一级渐变刚度板簧的渐变夹紧刚度KkwP随载荷P的变化曲线；图4是实施例的高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性曲线。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：某高强度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。主簧片数n＝3片，副簧片数m＝2片，主副簧的总片数N＝5。其中，各片主簧的厚度h1＝h2＝h3＝7mm，各片主簧的一半作用长度分别为L1t＝525mm，L2t＝461mm，L3t＝399mm；各片主簧的一半夹紧长度分别为L1＝L1t-L0/2＝500mm，L2＝L2t-L0/2＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性的仿真计算方法，其中，板簧采用高强度钢板，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，确保满足板簧接触载荷、渐变刚度及悬架在渐变载荷下的偏频保持不变的设计要求，即等偏频型一级渐变刚度板簧；根据所设计主簧和副簧的结构参数、主簧夹紧刚度和主副簧复合夹紧刚度、弹性模量、主簧初始切线弧高和副簧初始切线弧高设计值，对高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk的仿真计算：A步骤：末片主簧下表面初始曲率半径RM0b的仿真计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…n，首片主簧的一半夹紧长度L1，主簧初始切线弧高HgM0，对末片主簧下表面初始曲率半径RM0b进行仿真计算，即RM0b=L12+HgM022HgM0+Σi=1nhi;]]>B步骤：首片副簧上表面初始曲率半径RA0a的仿真计算根据首片副簧的一半夹紧长度LA1，副簧初始切线弧高HgA0，对首片副簧上表面初始曲率半径RA0a进行仿真计算，即RA0a=LA12+HgA022HgA0;]]>C步骤：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的等效厚度hMe进行计算，即hMe=h13+h23+...+hn33;]]>D步骤：渐变刚度板簧开始接触载荷Pk的仿真计算：根据高强度一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧跨长度L1，A步骤中计算得到的RM0b，B步骤中计算得到的RA0a，及C步骤中计算得到的hMe，对高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk进行仿真计算，即Pk=EbhMe3(RA0a-RM0b)6L1RM0bRA0a;]]>(2)高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw的仿真计算根据主簧夹紧刚度KM，主副簧的复合夹紧刚度KMA，及步骤(1)中仿真计算得到的Pk，对高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw进行验算，即Pw=KMAKMPK;]]>(3)高强度一级渐变刚度板簧的渐变夹紧刚度KkwP的仿真计算根据主簧夹紧刚度KM，步骤(1)中仿真计算得到的Pk，步骤(2)中仿真计算得到的Pw，对高强度一级渐变刚度板簧在载荷P∈[Pk,Pw]范围内的渐变夹紧刚度KkwP进行仿真计算，即KkwP=KMPPk,P∈[Pk,Pw];]]>(4)高强度一级渐变刚度板簧在不同载荷P下的挠度特性的仿真计算：根据主簧夹紧刚度KM，主副簧的复合夹紧刚度KMA，额定载荷PN，步骤(1)中仿真计算得到的Pk，步骤(2)中仿真计算得到的Pw，步骤(3)中仿真计算得到的KkwP，对高强度一级渐变刚度板簧在不同载荷P下的挠度特性进行仿真计算，即fM=PKM,0≤P<PkPkKM+∫PkPdPKkwP,Pk≤P<PwPkKM+∫PkPwdPKkwP+(PN-Pw)KMA,Pw≤P≤PN.]]>...

【技术特征摘要】
1.高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性的仿真计算方法，其中，板簧采用高强度钢板，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，确保满足板簧接触载荷、渐变刚度及悬架在渐变载荷下的偏频保持不变的设计要求，即等偏频型一级渐变刚度板簧；根据所设计主簧和副簧的结构参数、主簧夹紧刚度和主副簧复合夹紧刚度、弹性模量、主簧初始切线弧高和副簧初始切线弧高设计值，对高强度一级渐变刚度板簧的载荷挠度特性进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk的仿真计算：A步骤：末片主簧下表面初始曲率半径RM0b的仿真计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…n，首片主簧的一半夹紧长度L1，主簧初始切线弧高HgM0，对末片主簧下表面初始曲率半径RM0b进行仿真计算，即RM0b=L12+HgM022HgM0+Σi=1nhi;]]>B步骤：首片副簧上表面初始曲率半径RA0a的仿真计算根据首片副簧的一半夹紧长度LA1，副簧初始切线弧高HgA0，对首片副簧上表面初始曲率半径RA0a进行仿真计算，即RA0a=LA12+HgA022HgA0;]]>C步骤：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的等效厚度hMe进行计算，即hMe=h13+h23+...+hn33;]]>D步骤：渐变刚度板簧开始接触载荷Pk的仿真计算：根据高强度一级渐变刚度板簧的宽...

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