高强度三级渐变刚度板簧的接触载荷的设计方法技术

本发明专利技术涉及高强度三级渐变刚度板簧的接触载荷的设计方法，属于车辆悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据高强度三级渐变刚度板簧的主簧各片和副簧的结构参数，弹性模量，空载载荷和额定载荷及偏频设计要求值，对高强度三级渐变刚度板簧的各次接触载荷进行设计。通过样机仿真及车辆行驶平顺性试验可知，本发明专利技术所提供的高强度三级渐变刚度板簧的接触载荷的设计方法是正确的。利用该方法可得可靠的接触载荷设计值，满足在不同载荷下的悬架渐变偏频及车辆行驶平顺性的设计要求，提高车辆行驶平顺性和安全性；同时，还可降低设计和试验费用，加快产品开发速度。

【技术实现步骤摘要】
高强度三级渐变刚度板簧的接触载荷的设计方法
本专利技术涉及车辆悬架板簧，特别是高强度三级渐变刚度板簧的接触载荷的设计方法。
技术介绍
为了满足在不同载荷下的车辆行驶平顺性及悬架渐变偏频保持不变的设计要求，随着高强度钢板材料的出现，可采用高强度三级渐变板簧，进一步提高车辆行驶平顺性。其中，高强度三级渐变板簧的各级接触载荷，不仅影响主簧各片和副簧的根部最大应力的大小，而且还影响渐变刚度及悬架偏频和车辆行驶平顺性。然而，由于渐变刚度和悬架渐变偏频不仅与高强度一级渐变刚度板簧的结构和悬架载荷及质量有关，而且还与接触载荷大小有关，同时，主簧和各级副簧在渐变过程中的渐变刚度及悬架偏频的计算非常复杂，据所查资料可知，目前国内外尚未给出可靠的高强度三级渐变刚度板簧的接触载荷的设计方法。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对车辆悬架系统设计提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的高强度三级渐变刚度板簧的接触载荷的设计方法，以满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性不断提高及对车辆悬架高强度三级渐变板簧的设计要求，提高产品的设计水平、质量、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、可靠的高强度三级渐变刚度板簧的接触载荷的设计方法，其设计流程如图1所示。高强度三级渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，是由主簧1、第一级副簧2和第二级副簧3和第三级副簧4所组成的，高强度三级渐变刚度板簧的一半总跨度为首片主簧的一半作用长度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，其中，主簧各片的厚度为hi，一半作用长度LiT，一半夹紧长度Li＝LiT-L0/2，i＝1,2,…,n。第一级副簧2的片数为n1，第一级副簧各片的厚度为hA1j,一半作用长度LA1jT，一半夹紧长度LA1j＝LA1jT-L0/2，j＝1,2,…,n1。第二级副簧3的片数为n2，第二级副簧各片的厚度为hA2k,一半作用长度LA2kT，一半夹紧长度LA2k＝LA2kT-L0/2，k＝1,2,…,n2。第三级副簧4的片数为n3，第三级副簧各片的厚度为hA3l,一半作用长度LA3lT，一半夹紧长度LA3l＝LA3lT-L0/2，l＝1,2,…,n3。高强度三级渐变刚度板簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，主簧及各级副簧之间设有三级渐变间隙δMA1、δA12和δA23，即末片主簧下表面与第一级副簧首片上表面之间设有一级渐变间隙δMA1；第一级副簧末片下表面与第二级副簧首片上表面之间设有二级渐变间隙δA12；第二级副簧末片下表面与第三级副簧首片上表面之间设有三级渐变间隙δA23。通过主簧和各级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙，以满足渐变刚度钢板弹簧的各次接触载荷及渐变刚度和悬架偏频的设计要求。根据各片板簧的结构参数，弹性模量，空载载荷P0和额定载荷PN及悬架偏频设计要求值，对高强度三级渐变刚度板簧的各次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高强度三级渐变刚度板簧的接触载荷的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：(1)强度三级渐变刚度板簧的各不同片数重叠段的等效厚度hme的计算：根据主簧的片数n,主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧的片数n2,第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2；第三级副簧的片数n3，第三级副簧各片的厚度hA3l，l＝1,2,…,n3；主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，对三级渐变刚度钢板弹簧的各不同片数m重叠段的等效厚度hme进行计算，m＝1,2,…,N，即：(2)高强度三级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度及其与各级副簧的复合夹紧刚度的计算：i步骤：主簧的夹紧刚度KM的仿真计算根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝i＝1,2,…,n，对主簧的夹紧刚度KM进行仿真计算，即ii步骤：主簧与第一级副簧的夹紧复合刚度KMA1的计算：根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j,j＝1,2,…,n1；主簧和第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N1，对主簧与一级副簧的夹紧复合刚度KMA1进行计算，即iii步骤：主簧与第一级和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2的计算：根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n，主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j,j＝1,2,…,n1；第二级副簧的片数n2，第二级副簧各片的一半夹紧长度LA2k＝LN1+k，k＝1,2,…,n2；主簧与第一级和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+n2，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N2，对主簧与第一级和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2进行仿真计算，即iv步骤：主副簧的总复合夹紧刚度KMA3的仿真计算：根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n，主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1，第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j,j＝1,2,…,n1；第二级副簧的片数n2，第二级副簧各片的一半夹紧长度LA2k＝LN1+k，k＝1,2,…,n2；第三级副簧的片数n3，第三级副簧各片的一半夹紧长度LA3l＝LN2+l，l＝1,2,…,n3；主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N，对主副簧的总夹紧复合刚度KMA3进行仿真计算，即，即(3)高强度三级渐变刚度板簧悬架系统的渐变载荷偏频f0的设计：I步骤：悬架系统的空载载荷偏频f00的确定根据空载载荷P0，步骤(2)的i步骤中计算得到的KM，对高强度三级渐变刚度板簧悬架系统的空载载荷偏频f00进行确定，即式中，g为重力加速度，g＝9.8m/m2；II步骤：悬架系统的额定载荷偏频f0N的确定根据额定载荷PN，步骤(2)的iv步骤中计算得到的KMA3，对高强度三级渐变刚度板簧悬架系统的额定载荷偏频f0N进行确定，即III步骤：悬架系统的渐变载荷偏频f0的设计根据I步骤中计算得到的f00，II步骤计算得到的f0N，对高强度三级渐变刚度板簧悬架系统的渐变载荷偏频f0进行设计，即f0＝f0N+(1-0.618)(f00-f0N)；(4)高强度三级渐变刚度板簧的各次接触载荷的匹配设计：根据步骤(2)中分别计算得到的KM，KMA1，KMA2和KMA3，步骤(3)中设计得到的f0，对高强度三级渐变刚度板簧的第1次开始接触载荷Pk1，第2第开始接触载荷Pk2，第3第开始接触载荷Pk3和第3次完全接触载荷Pw3分别进行设计，即本专利技术比现有技术具有的优点由于高强度三级渐变板簧的渐变夹紧复合刚度本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强度三级渐变刚度板簧的接触载荷的设计方法，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；板簧由主簧和三级副簧构成，通过主簧和三级副簧的初始切线弧高设计及三级渐变间隙，确保满足接触载荷、渐变刚度、悬架偏频及车辆行驶平顺性的设计要求；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，空载载荷，额定载荷及悬架偏频设计要求值，对高强度三级渐变刚度板簧的各次接触载荷进行匹配设计，具体匹配设计步骤如下：(1)强度三级渐变刚度板簧的各不同片数重叠段的等效厚度h

【技术特征摘要】
1.高强度三级渐变刚度板簧的接触载荷的设计方法，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；板簧由主簧和三级副簧构成，通过主簧和三级副簧的初始切线弧高设计及三级渐变间隙，确保满足接触载荷、渐变刚度、悬架偏频及车辆行驶平顺性的设计要求；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，空载载荷，额定载荷及悬架偏频设计要求值，对高强度三级渐变刚度板簧的各次接触载荷进行匹配设计，具体匹配设计步骤如下：(1)强度三级渐变刚度板簧的各不同片数重叠段的等效厚度hme的计算：根据主簧的片数n,主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧的片数n2,第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2；第三级副簧的片数n3，第三级副簧各片的厚度hA3l，l＝1,2,…,n3；主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，对三级渐变刚度钢板弹簧的各不同片数m重叠段的等效厚度hme进行计算，m＝1,2,…,N，即：(2)高强度三级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度及其与各级副簧的复合夹紧刚度的计算：i步骤：主簧的夹紧刚度KM的仿真计算根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝i＝1,2,…,n，对主簧的夹紧刚度KM进行仿真计算，即ii步骤：主簧与第一级副簧的夹紧复合刚度KMA1的计算：根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j,j＝1,2,…,n1；主簧和第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N1，对主簧与一级副簧的夹紧复合刚度KMA1进行计算，即iii步骤：主簧与第一级和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2的计算：根据高强度三级渐变刚度钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，于曰伟，马驰骋，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