基于偏频仿真的一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法制造技术

本发明专利技术涉及基于偏频仿真的一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据主副簧的结构参数、弹性模量、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设计值，空载载荷和额定载荷及偏频设计要求值，在接触载荷和偏频特性仿真计算的基础上，对一级渐变刚度板簧接触载荷进行调整设计。通过实例设计和样机车辆行驶平顺性试验可知，表明本发明专利技术所提供的基于偏频仿真的一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法是正确的，为一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计提供了可靠的技术方法。利用该方法可提高悬架的设计水平和性能及车辆行驶平顺性和安全性；同时，降低设计和试验费用，加快产品开发速度。

A design method for adjusting the contact load of a gradual change stiffness spring plate based on bias frequency simulation

The invention relates to a design method for adjusting the contact load of a first grade gradual stiffness spring plate based on bias frequency simulation, belonging to the technical field of suspension leaf spring. According to the invention, the main structure parameters of spring elastic modulus, stiffness of main spring to spring up, the main and auxiliary composite stiffness, initial tangent camber design of main spring and spring value, load and rated load and frequency offset value calculated based on the design requirements, contact load and frequency characteristics on the simulation adjust the level of design, variable stiffness spring contact load. Through the example of the design and prototype vehicle ride comfort test results show that, the design method of partial adjustment of frequency simulation of a variable stiffness spring based on contact load is correct, to provide technical and reliable method for the design of adjustment to a gradual rigidity leaf spring contact load. With this method, the design level and performance of suspension can be improved, vehicle ride comfort and safety can be improved. At the same time, the cost of design and test will be reduced, and the speed of product development will be accelerated.

【技术实现步骤摘要】
基于偏频仿真的一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法
本专利技术涉及车辆悬架板簧，特别是基于偏频仿真的一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法。
技术介绍
为了满足车辆行驶平顺性的要求，通常采用一级渐变刚度板簧悬架，其中，悬架偏频影响车辆行驶平顺性和安全性，而且悬架偏频不仅与弹簧悬架刚度有关，而且与接触载荷有关，对于给定设计结构板簧悬架的偏频特性的仿真计算，并根据偏频仿真计算结果，依据偏频设计要求值，对一级渐变刚度板簧接触载荷进行调整设计，确保悬架偏频满足车辆平顺性设计要求。然而，由于受接触载荷仿真计算和渐变接触过程中的悬架渐变刚度及渐变偏频计算的制约，先前一直未能给出基于偏频仿真的一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，不能满足车辆行业快速发展及现代化CAD软件开发的要求。然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设计要求，因此，必须建立一种精确、可靠的基于偏频仿真的一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，为一级渐变刚度板簧悬架系统的设计、特性仿真计算及CAD软件开发奠定可靠的技术基础，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性及对一级渐变刚度板簧设计的要求，提高一级渐变刚度板簧悬架的设计水平、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、可靠的基于偏频仿真的一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，其调整设计流程，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总跨度，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，板簧的宽度为b，弹性模量为E。主簧1的片数为n，各片主簧的厚度为hi，一半作用长度为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，一半作用长度为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，并且还应该满足板簧安装及在额定载荷下剩余切线弧高的设计要求。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；为了满足主簧应力强度的要求，悬架开始接触载荷偏频f0k与完全接触载荷偏频f0w不相等，即设计为非等偏频一级渐变刚度板簧。悬架在不同载荷下的偏频特性影响车辆行驶平顺性和安全性。根据主簧和副簧的结构参数、弹性模量、主簧夹紧刚度，主副簧复合夹紧刚度，主簧和副簧的初始切线弧高，空载载荷和额定载荷，及偏频设计要求值，在接触载荷仿真计算和悬架偏频特性仿真验算的基础上，对一级渐变刚度板簧接触载荷进行调整设计，确保悬架偏频特性满足车辆悬架系统设计要求。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的基于偏频仿真的一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，其特征在于采用以下调整设计步骤：(1)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的确定根据主簧片数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，确定末片主簧下表面初始曲率半径RM0b，即B步骤：首片副簧上表面初始曲率半径RA0的确定根据首片副簧的一半夹紧长度LA1，副簧初始切线弧高HgA0，确定首片副簧上表面初始曲率半径RA0a，即C步骤：开始接触载荷Pk的仿真计算根据一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；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跨长度L1；A步骤中所确定的RM0b，B步骤中所确定的RA0a，对开始接触载荷Pk进行仿真计算，即式中，hMe为主簧根部重叠部分的等效厚度，(2)一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw的仿真计算：a步骤：完全接触时的主簧切线弧高表达式HgMw的建立根据主簧初始切线弧高HgM0，主簧夹紧刚度KM，主副簧复合夹紧刚度KMA，步骤(1)中仿真计算得到的Pk，以完全接触载荷Pw为参变量，建立完全接触时的主簧切线弧高表达式HgMw，即式中，A、B和C为所定义的渐变挠度计算的中间参数，B＝-CPk，b步骤：完全接触时的末片主簧下表面曲率半径RMwb表达式的建立：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，a步骤中所建立的HgMw，以完全接触载荷Pw为参变量，建立完全接触时的末片主簧下表面曲率半径表达式RMwb，即c步骤：完全接触载荷Pw的仿真计算根据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长度L1，步骤(1)中所得到的RM0b、hMe和Pk，及b步骤中所建立的RMwb，以完全接触载荷Pw为参变量，建立一级渐变刚度板簧的完全接触载荷仿真计算数学模型，即求解上述数学模型，便可得到非等偏频一级渐变板簧的完全接触载荷Pw；(3)一级渐变刚度板簧悬架的偏频特性的仿真计算：根据主簧夹紧刚度KM，主副簧夹紧复合刚度KMA，空载载荷P0，额定载荷PN，步骤(1)的C步骤中仿真计算得到的Pk，步骤(2)中仿真计算得到的Pw，对一级渐变刚度板簧悬架系统在不同载荷下的偏频特性进行仿真计算，即式中，g为重力加速度，g＝9.8m/s2；(4)基于偏频仿真的一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计：根据仿真计算得到的板簧在原接触载荷下的偏频特性f0随载荷P变化的特性，主簧夹紧刚度KM，主副簧复合夹紧刚度KMA，以开始接触载荷和完全接触载荷下的偏频设计要求值f0kI和f0wI为目标，对一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk和完全接触载荷Pw进行调整设计，即本专利技术比现有技术具有的优点由于受接触载荷仿真计算和渐变接触过程中的悬架渐变刚度及渐变偏频计算的制约，先前一直未能给出基于偏频仿真的一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，不能满足车辆行业快速发展及现代化CAD软件开发的要求。悬架在不同载荷下的偏频特性影响车辆行驶平顺性和安全性；对于给定设计结构板簧悬架的偏频特性的仿真计算，可确保其偏频特性满足车辆悬架系统的设计要求。本专利技术可根据主簧和副簧的结构参数、弹性模量、主簧夹紧刚度，主副簧复合夹紧刚度，主簧和副簧的初始切线弧高，空载载荷和额定载荷，悬架偏频设计要求值，在接触载荷仿真计算和悬架偏频仿真验算的基础上，对一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法。通过实例设计和样机的车辆行驶平顺性验测试可知，本专利技术所提供的基于偏频仿真的一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法是正确的，为一级渐变刚度板簧悬架设计提供了可靠的技术基础。利用该方法可提高悬架系统的设计水平、质量和性能，进一步提高车辆的行驶平顺性和安全性；同时，还可以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是基于偏频仿真的一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计流程图；图2是一级渐变刚度板簧的一半对称结构示意图；图3是实施例的仿真计算得到的原设计结构和接触载荷下的一级渐变刚度板簧悬架的偏频f0随载荷P变化的特性曲线；图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于偏频仿真的一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，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，即非等偏频型一级渐变刚度板簧悬架；根据主簧和副簧的结构参数、弹性模量、主簧夹紧刚度，主副簧复合夹紧刚度，主簧和副簧的初始切线弧高，空载载荷和额定载荷及偏频设计要求值，在接触载荷仿真计算和悬架偏频特性仿真验算的基础上，对一级渐变刚度板簧接触载荷进行调整设计，具体调整设计步骤如下：(1)一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P

【技术特征摘要】
1.基于偏频仿真的一级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，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，即非等偏频型一级渐变刚度板簧悬架；根据主簧和副簧的结构参数、弹性模量、主簧夹紧刚度，主副簧复合夹紧刚度，主簧和副簧的初始切线弧高，空载载荷和额定载荷及偏频设计要求值，在接触载荷仿真计算和悬架偏频特性仿真验算的基础上，对一级渐变刚度板簧接触载荷进行调整设计，具体调整设计步骤如下：(1)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的确定根据主簧片数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，确定末片主簧下表面初始曲率半径RM0b，即B步骤：首片副簧上表面初始曲率半径RA0的确定根据首片副簧的一半夹紧长度LA1，副簧初始切线弧高HgA0，确定首片副簧上表面初始曲率半径RA0a，即C步骤：开始接触载荷Pk的仿真计算根据一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；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跨长度L1；A步骤中所确定的RM0b，B步骤中所确定的RA0a，对开始接触载荷Pk进行仿真计算，即式中，hMe为主簧根部重叠部分的等效厚度，(2)一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw的仿真计算：a步骤：完全接触时的主簧切线弧高表达式HgMw的建立根据主簧初始切线弧高HgM0，主簧夹紧刚度KM，主副簧复合夹紧刚度KMA，步骤(1)中仿真计算得到的Pk，以完全接触载荷Pw为参变量，建立完全接触时的主簧切线弧高表达式HgMw，即式中，A、B...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，赵雷雷，于曰伟，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