两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计法制造技术

本发明专利技术涉及两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据各片一级和二级主簧及副簧的结构参数、骑马螺栓夹紧距、空载载荷、额定载荷及许用应力，对两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的接触载荷进行优化匹配设计。通过样机的ANSYS仿真和加载挠度及应力试验可知，本发明专利技术所提供的两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计法是正确的，为两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧设计和特性仿真及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得到可靠的接触载荷设计值，在满足板簧应力强度的前提下，提高车辆行驶平顺性；同时，还可以降低设计和使用测试费用，加快产品开发速度。

Matching design method for contact load of two stage main spring type non equal frequency variable stiffness spring plate

The invention relates to a method for matching design of contact load of two stage main spring type unequal eccentric frequency gradual rigidity spring plate, belonging to the technical field of suspension leaf spring. According to the invention, the structure parameters of grade one and two main spring and spring riding bolt clamping distance, load, rated load and allowable stress, contact load on the two main spring type non biased variable stiffness spring optimized matching design. Through the ANSYS simulation and prototype load deflection and stress test shows that the matching design method provided by the invention two main spring type non biased variable stiffness spring contact load is correct, laid a reliable technical basis for the two main spring type non biased type variable stiffness spring design and the characteristics of simulation and CAD software development. We can use this method to get reliable contact load design value, to meet the strength of the spring should be the premise, improve vehicle ride comfort; at the same time, but also can reduce the design and use of test cost, speed up product development.

【技术实现步骤摘要】
两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计法
本专利技术涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计法。
技术介绍
为了进一步提高车辆在半载情况下的行驶平顺性，可将原一级渐变刚度板簧的主簧拆分为两级主簧，即采用两级主簧式渐变刚度板簧；同时，由于受主簧强度的制约，通常通过第一级主簧、第二级主簧和副簧初始切线弧高及两级渐变间隙，使第二级主簧和副簧适当提前承担载荷，从而降低第一级主簧的应力，即两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧，其中，接触载荷不仅影响板簧的刚度特性、悬架的偏频及车辆行驶平顺性，而且影响板簧的应力强度、悬架可靠性及车辆行驶安全性，同时，接触载荷匹配设计也是两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧设计前提。然而，由于两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的挠度计算非常复杂，并且受根部重叠部分等效厚度及主簧根部最大应力计算的制约，先前一直未能给出两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计法，大都是凭经验进行确定，因此，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。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对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、可靠的两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计法，为两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧设计及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渐变刚度板簧的设计要求，提高两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的设计水平、产品质量和性能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、可靠的两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计法，设计流程如图1所示。两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，是由第一级主簧1、第二级主簧2和副簧3组成。采用两级主簧，并通过第一级主簧1、第二级主簧2和副簧的初始切线弧高HgM10、HgM20和HgA0，在第一级主簧1与第二级主簧2和第二级主簧2与副簧3之间设有两级渐变间隙δM12和δMA，以提高半载情况下的车辆行驶平顺性。为了确保满足第一级主簧1应力强度设计要求，第二级主簧2和副簧3适当提前承担载荷，悬架渐变载荷偏频不相等，即非等偏频型渐变刚度板簧。渐变刚度板簧的一半总跨度等于首片主簧的一半作用长度L11T，骑马螺栓夹紧距的一半为L0，宽度为b，弹性模量为E。第一级主簧1的片数为n1，第一级主簧各片的厚度为h1i，一半作用长度为L1iT，一半夹紧长度L1i＝L1iT-L0/2，i＝1,2,…,n1。第二级主簧2的片数为n2，第二级主簧各片的厚度为h2j，一半作用长度为L2jT，一半夹紧长度L2j＝L2iT-L0/2，j＝1,2,…,n2。副簧3的片数为m，副簧各片的厚度为hAk，一半作用长度为LAkT，一半夹紧长度LAk＝LAkT-L0/2，k＝1,2,…,m。根据第一级主簧、第二级主簧和副簧的结构参数、骑马螺栓夹紧距、许用应力、空载载荷和额定载荷，对两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷进行匹配设计。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计法，其特征在于采用以下设计步骤：(1)第一级主簧及其与第二级主簧和副簧的根部重叠部分等效厚度hM1e、hM2e和hMAe的计算：I步骤：第一级主簧的根部重叠部分等效厚度hM1e的计算根据第一级主簧的片数n1,第一级主簧各片的厚度h1i，i＝1,2,…,n1，对第一级主簧根部重叠部分的等效厚度hM1e进行计算，即II步骤：第一级主簧与第二级主簧的根部重叠部分等效厚度hM2e的计算根据第二级主簧的片数n2，第二级主簧各片的厚度h2j，j＝1,2,…,n2，及I步骤中计算得到的hM1e，对第一级主簧与第二级主簧的根部重叠部分等效厚度hM2e进行计算，即III步骤：主副簧的根部重叠部分总等效厚度hMAe的计算根据副簧的片数m，副簧各片的厚度hAk，k＝1,2,…,m，及II步骤中计算得到的hM2e，对主副簧的根部重叠部分总等效厚度hMAe进行计算，即(2)两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的第1次开始接触载荷Pk1的优化匹配设计：A步骤：第一级主簧的最大厚度板簧的厚度h1max的确定根据第一级主簧的片数n1，第一级主簧各片的厚度h1i，i＝1,2,…,n1，确定第一级主簧的最大厚度板簧的厚度h1max，即h1max＝max(h1i)，i＝1,2,…,n1；B步骤：最大第1次开始接触载荷Pk1max的计算根据两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的宽度b，许用应力[σ]，额定载荷PN；第一级主簧首片的一半夹紧长度L11，步骤中(1)计算得到的hM1e、hM2e和hMAe，及A步骤中确定的h1max，以最大第1次开始接触载荷Pk1max为参变量，建立关于最大第1次开始接触载荷Pk1max的方程，即利用Matlab计算程序，求解上式方程，便可得到两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的第1次最大开始接触载荷Pk1max；C步骤：第1次开始接触载荷Pk1的优化匹配设计根据空载载荷P0，及B步骤计算得到的Pk1max，对两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的第1次开始接触载荷Pk1进行优化匹配设计，即Pk1＝P0+0.618(Pk1max-P0)；(3)两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的第2次完全接触载荷Pw2的匹配设计：根据额定载荷PN，及步骤(2)中优化匹配得到的Pk1，对两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的第2次完全接触载荷Pw2进行匹配设计，即(4)两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的第2次开始接触载荷Pk2的匹配设计：根据步骤(2)中优化匹配设计得到的Pk1，及步骤(3)中匹配设计得到的Pw2，对两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的第2次开始接触载荷Pk2进行匹配设计，即本专利技术比现有技术具有的优点由于两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的挠度计算非常复杂，并且受根部重叠部分等效厚度及主簧根部最大应力计算的制约，先前一直未能给出两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计法，大都是凭经验进行确定，因此，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。本专利技术可根据各片主簧和副簧的结构参数、骑马螺栓夹紧距、许用应力、额定载荷给定情况下，在第一级主簧根部最大应力计算及最大第1次接触载荷确定的基础上，对两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的接触载荷进行匹配设计。通过样机的ANSYS仿真和加载挠度及应力试验可知，本专利技术所提供的两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计法是正确的，为两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧设计和特性仿真及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得到可靠的接触载荷Pk1、Pk2和Pw2设计值，不仅可满足板簧刚度、悬架偏频及车辆行驶平顺性的要求，而且还满足弹簧的应力强度设计要求；同时，还可以降低设计和使用测试费用，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是两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计流程图；图2是两级主簧式非等偏频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：本文档来自技高网...

【技术保护点】
两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计法，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；将原一级渐变刚度板簧的主簧拆分设计为两级主簧，即两级主簧式渐变刚度板簧，通过两级主簧和副簧的初始切线弧高及两级渐变间隙，提高车辆在半载情况下的行驶平顺性；为了确保满足第一级主簧应力强度设计要求，第二级主簧和副簧适当提前承担载荷，悬架在渐变载荷下的偏频不相等，即两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数、骑马螺栓夹紧距、许用应力、空载载荷和额定载荷，对两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷进行匹配设计，具体设计步骤如下：(1)第一级主簧及其与第二级主簧和副簧的根部重叠部分等效厚度h

【技术特征摘要】
1.两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计法，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；将原一级渐变刚度板簧的主簧拆分设计为两级主簧，即两级主簧式渐变刚度板簧，通过两级主簧和副簧的初始切线弧高及两级渐变间隙，提高车辆在半载情况下的行驶平顺性；为了确保满足第一级主簧应力强度设计要求，第二级主簧和副簧适当提前承担载荷，悬架在渐变载荷下的偏频不相等，即两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数、骑马螺栓夹紧距、许用应力、空载载荷和额定载荷，对两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧接触载荷进行匹配设计，具体设计步骤如下：(1)第一级主簧及其与第二级主簧和副簧的根部重叠部分等效厚度hM1e、hM2e和hMAe的计算：I步骤：第一级主簧的根部重叠部分等效厚度hM1e的计算根据第一级主簧的片数n1,第一级主簧各片的厚度h1i，i＝1,2,…,n1，对第一级主簧根部重叠部分的等效厚度hM1e进行计算，即II步骤：第一级主簧与第二级主簧的根部重叠部分等效厚度hM2e的计算根据第二级主簧的片数n2，第二级主簧各片的厚度h2j，j＝1,2,…,n2，及I步骤中计算得到的hM1e，对第一级主簧与第二级主簧的根部重叠部分等效厚度hM2e进行计算，即III步骤：主副簧的根部重叠部分总等效厚度hMAe的计算根据副簧的片数m，副簧各片的厚度hAk，k＝1,2,…,m，及II步骤中计算得到的hM2e，对主副簧的根部重叠部分总等效厚度hMAe进行计算，即(2)两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的第1次开始接触载荷Pk1的优化匹配设计：A步骤：第一级主簧的最大厚度板簧的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，于曰伟，朱召辉，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