高强度两级渐变刚度板簧各级副簧首片下料长度的设计方法技术

本发明专利技术涉及高强度两级渐变刚度板簧各级副簧首片下料长度的设计方法，属于车辆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参数，弹性模量，接触载荷，及主簧初始切线弧高设计值，通过各级副簧首片的初始切线弧高设计、曲面形状计算及微元弧高叠加计算，对高强度两级渐变刚度板簧各级副簧首片下料长度进行设计。通过样机下料加工试验测试结果可知，本发明专利技术所提供的高强度二级渐变刚度板簧的各级副簧首片下料长度的设计方法是正确的，可得到准确可靠的各级副簧首片的下料长度设计值，为高强度二级渐变刚度板簧现代化CAD设计奠定了可靠的技术基础；同时，利用该方法可节省材料，降低设计和试验测试费用，加快产品开发速度。

【技术实现步骤摘要】
高强度两级渐变刚度板簧各级副簧首片下料长度的设计方法
本专利技术涉及车辆悬架板簧，特别是高强度两级渐变刚度板簧各级副簧首片下料长度的设计方法。
技术介绍
随着高强度钢板材料的出现，车辆悬架可采用高强度两级渐变刚度板簧，从而进一步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，各级副簧长度对板簧刚度具有重要影响，并且各级副簧首片下料长度决定着其他各片副簧下料长度的设计的设计，各级副簧首片下料长度设计是否准确可靠，对节省材料和提高生产效率具有决定性作用。然而，由于主簧与一级副簧和二级副簧的渐变接触过程中，接触长度和渐变刚度都随载荷而变化，主簧和各级副簧的挠度计算不仅与主簧和一级副簧及二级副簧的结构参数有关，而且还与各次接触载荷有关，因此，各级副簧初始切线弧高设计及初始曲面形状计算非常复杂，据所查资料可知，先前国内外一直未给出高强度两级渐变刚度板簧各级副簧首片下料长度的设计方法。随着车辆行业的快速发展，对高强度两级渐变刚度板簧设计提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的高强度两级渐变刚度板簧各级副簧首片下料长度的设计方法，以满足车辆行业快速发展对高强度两级渐变刚度板簧的设计要求，提高产品设计水平、生产效率和材料利用率；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、可靠的高强度两级渐变刚度板簧各级副簧首片下料长度的设计方法，设计流程图，如图1所示。等偏频两级渐变刚度板簧的各片板簧采用高强度钢板，宽度为b，弹性模量为E，各片板簧的以中心栓穿装孔为中心的对称结构，其安装夹紧距的一半L0为骑马螺栓夹紧距的一半L0；高强度两级渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，由主簧1、第一级副簧2和第二级副簧3构成，其中，主簧1的片数为n，主簧各片的厚度为hi，一半作用长度为LiT，一半夹紧长度为Li＝LiT-L0/2，i＝1,2,…,n，主簧夹紧刚度为KM，主簧的初始切线弧高为HgM0。第一级副簧2的片数为m1，第一级副簧各片的厚度为hA1j，一半作用长度为LA1jT，一半夹紧长度为LA1j＝LAjT-L0/2，j＝1,2,…,m1，主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度为KMA1，第一级副簧的初始切线弧高为HgA10。第二级副簧3的片数为m2，第二级副簧各片的厚度为hA2k，一半作用长度为LA2kT，一半夹紧长度为LA2k＝LA2kT-L0/2，k＝1,2,…,m2，主簧与第一级和第二级副簧的总复合夹紧刚度为KMA2；第二级副簧的初始切线弧高为HgA20。根据各片板簧的结构参数，弹性模量，接触载荷，主簧初始切线弧高设计值，在各级副簧初始切线弧高设计及初始曲面形状计算的基础上，通过曲面微元及叠加计算，对高强度两级渐变刚度板簧各级副簧首片下料长度进行设计。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的高强度两级渐变刚度板簧各级副簧首片下料长度的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：(1)高强度两级渐变刚度板簧的第一级副簧初始切线弧高HgA10的确定i步骤：主簧末片下表面初始曲率半径半径RM0b计算根据主簧的片数n，主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；主簧的初始切线弧高设计值HgM0；主簧首片的一半夹紧长度L1，对主簧末片下表面初始曲率半径半径RM0b进行计算，即ii步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径半径RA10a计算根据高强度两级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n，主簧各片的厚度hii＝1,2,…,n，主簧首片的一半夹紧长度L1，第1次开始接触载荷Pk1，i步骤中计算得到的RM0b，对第一级副簧首片上表面初始曲率半径半径RA10进行计算，即式中，hMe为主簧根部重叠部分的等效厚度，iii步骤：第一级副簧的初始切线弧高HgA10的确定根据第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，ii步骤中计算得到的RA10a，对第一级副簧的初始切线弧高HgA10进行确定，即(2)高强度两级渐变刚度板簧的第二级副簧初始切线弧高HgA20的确定a步骤：第一级副簧末片下表面初始曲率半径半径RA10b计算根据第一级副簧的片数m1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,m1；步骤(1)的ii步骤中计算得到的RA10a，对第一级副簧末片下表面初始曲率半径半径RA10b进行计算，即b步骤：第二级副簧首片上表面初始曲率半径半径RA20a的计算根据高强度两级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1；第一级副簧的片数m1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,m1；第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，步骤(1)的ii步骤中计算得到的hMe，及a步骤中计算得到的RA10b，对第二级副簧首片上表面初始曲率半径半径RA20a进行计算，即式中，hMA1e为主簧与第一级副簧的根部重叠部分等效厚度，c步骤：第二级副簧的初始切线弧高HgA20的确定根据第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21，b步骤中计算得到的RA20a，对第二级副簧初始切线弧高HgA20进行确定，即(3)高强度两级渐变刚度板簧的两级副簧首片曲面形状的计算根据高强度两级渐变刚度板簧的宽度b，骑马螺栓夹紧距的一半L0，弹性模量E；第一级副簧首片的厚度hA11，第一级副簧首片一半夹紧长度LA11；第二级副簧首片的厚度hA21；第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21；步骤(1)中所确定的HgA10，步骤(2)中所确定的HgA20，以距离板簧对称中心L0/2的位置为坐标原点，对第一级副簧和第二级副簧首片的初始曲面形状fA1x和fA2x进行计算，即式中，GA1x和GA2x分别为第一级副簧和第二级副簧的首片在任意位置x处的变形系数，分别为其中，FA1e和FA2e分别为第一级副簧和第二级副簧的首片，对应于初始切线弧高HgA10和HgA20的等效端点力，分别为和(4)高强度两级渐变刚度板簧的第一级副簧首片下料长度LA1C的设计：根据第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，骑马螺栓夹紧距的一半L0，以ΔL为曲面微元长度，将LA11划分N1＝LA11/ΔL个曲面微元，依据步骤(3)中计算得到的第一级副簧首片初始曲面形状fA1x及在任意位置xj处的曲面高度0≤xj≤LA11，j＝1,2,…,N1+1，利用叠加原理对第一级副簧首片的下料长度LA1C的进行设计，即(5)高强度两级渐变刚度板簧的第二级副簧首片下料长度LA2C的设计：根据第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21，骑马螺栓夹紧距的一半L0，以ΔL为曲面微元长度，将LA21划分N2＝LA21/ΔL个曲面微元，依据步骤(3)中计算得到的第二级副簧首片初始曲面形状fA2x及在任意位置xk处的曲面高度0≤xk≤LA21，k＝1,2,…,N2+1，利用叠加原理对第二级副簧首片的下料长度LA2C的进行设计，即本专利技术比现有技术具有的优点由于高强度两级渐变刚度板簧各级副簧初始切线弧高设计及初始曲面形状计算非常复杂，先前国内外一直未给出高强度两级渐变刚度板簧各级副簧首片下料长度的设计方法。本专利技术可根据主簧各片和副簧的结构参数，弹性模量，接触载荷，主簧初始切线弧高设计值，通过各级副簧首片的初始切线弧高设计及曲面形状和微元弧高叠加计算，对高强度两本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强度两级渐变刚度板簧各级副簧首片下料长度的设计方法，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；板簧由主簧和两级副簧构成，通过主簧和两级副簧的初始切线弧高及两级渐变间隙，确保板簧满足接触载荷、渐变刚度和悬架在渐变载荷下的偏频保持不变的要求，即等渐变偏频型高强度两级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，接触载荷，主簧初始切线弧高设计值，通过各级副簧首片的初始切线弧高设计及曲面形状和曲面微元叠加计算，对高强度两级渐变刚度板簧各级副簧首片下料长度进行设计，具体设计步骤如下：(1)高强度两级渐变刚度板簧的第一级副簧初始切线弧高H

【技术特征摘要】
1.高强度两级渐变刚度板簧各级副簧首片下料长度的设计方法，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；板簧由主簧和两级副簧构成，通过主簧和两级副簧的初始切线弧高及两级渐变间隙，确保板簧满足接触载荷、渐变刚度和悬架在渐变载荷下的偏频保持不变的要求，即等渐变偏频型高强度两级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，接触载荷，主簧初始切线弧高设计值，通过各级副簧首片的初始切线弧高设计及曲面形状和曲面微元叠加计算，对高强度两级渐变刚度板簧各级副簧首片下料长度进行设计，具体设计步骤如下：(1)高强度两级渐变刚度板簧的第一级副簧初始切线弧高HgA10的确定i步骤：主簧末片下表面初始曲率半径RM0b计算根据主簧的片数n，主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；主簧的初始切线弧高设计值HgM0；主簧首片的一半夹紧长度L1，对主簧末片下表面初始曲率半径RM0b进行计算，即ii步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a计算根据高强度两级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n，主簧各片的厚度hii＝1,2,…,n，主簧首片的一半夹紧长度L1，第1次开始接触载荷Pk1，i步骤中计算得到的RM0b，对第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10进行计算，即式中，hMe为主簧根部重叠部分的等效厚度，iii步骤：第一级副簧的初始切线弧高HgA10的确定根据第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，ii步骤中计算得到的RA10a，对第一级副簧的初始切线弧高HgA10进行确定，即(2)高强度两级渐变刚度板簧的第二级副簧初始切线弧高HgA20的确定a步骤：第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b计算根据第一级副簧的片数m1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,m1；步骤(1)的ii步骤中计算得到的RA10a，对第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b进行计算，即b步骤：第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a的计算根据高强度两级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1；第一级副簧的片数m1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,m1；第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，步骤(1)的ii步骤中计算得到的hMe，及a步骤中计算得到的RA10b，对第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a进行计算，即式中，h...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，杨腾飞，马驰骋，朱召辉，赵雷雷，袁光明，陈海真，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37