高强度两级渐变刚度板簧的刚度特性的计算方法技术

本发明专利技术涉及高强度两级渐变刚度板簧的刚度特性的计算方法，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板簧的结构参数，弹性模量，接触载荷，空载载荷和额定载荷，对高强度两级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行计算。通过ANSYS仿真和样机加载挠度及刚度试验可知，本发明专利技术所提供的高强度两级渐变刚度板簧的刚度特性的计算方法是正确的。利用该方法可得准确可靠的高强度两级渐变刚度板簧的刚度特性设计值，确保刚度特性满足悬架系统的设计要求，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。

Calculation method of stiffness characteristics of high strength two stage tapered spring plate

The invention relates to a method for calculating the stiffness characteristics of a high strength two stage tapered spring plate, belonging to the technical field of a vehicle suspension leaf spring. According to the structural parameters of the leaf spring, the elastic modulus, the contact load, the no-load load and the rated load, the clamping rigidity characteristics of the two stage graded stiffness leaf spring with different strength are calculated. Through the ANSYS simulation and the loading deflection and stiffness test of the prototype, the calculation method of the stiffness characteristic of the high strength two stage tapered stiffness leaf spring is correct. The design of stiffness characteristics of high strength two gradient by using this method can get accurate and reliable spring stiffness values, ensure stiffness to meet the design requirements of suspension system, improve vehicle ride comfort and safety; at the same time, but also can reduce the cost of design and test, speed up product development.

【技术实现步骤摘要】
高强度两级渐变刚度板簧的刚度特性的计算方法
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的刚度特性的计算方法。
技术介绍
随着高强度钢板材料的出现，可采用高强度两级渐变刚度板簧，进一步满足在不同载荷下的悬架渐变偏频保持不变的设计要求。高强度两级渐变刚度板簧的刚度特性，影响车辆行驶平顺性和安全性，它不仅与高强度两级渐变刚度板簧的主簧各片和副簧的结构有关，而且还与第1第和第2次开始接触载荷及第2次完全接触载荷有关，同时，由于主簧和第一级副簧及与第二级副簧在渐变过程中的挠度及渐变刚度计算非常复杂，据所查资料可知，目前国内外尚未给出高强度等二级渐变刚度板簧的刚度特性的计算方法。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对高强度两级渐变刚度板簧悬架系统设计提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的高强度两级渐变刚度板簧的刚度特性的计算方法，确保高强度两级渐变刚度板簧的刚度特性满足车辆悬架系统的设计要求，提高高强度两级渐变刚度板簧的设计水平、产品质量和性能，满足车辆行驶平顺性和安全性的设计要求；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的刚度特性的计算方法，设计流程图，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，安装夹紧距的一半L0为骑马螺栓夹紧距的一半L0；高强度等偏频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。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KM1，末片主簧的下表面与第一副簧首片的上表面之间的设置有第一级渐变间隙δMA1。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，第一级副簧末片下表面与第二副簧首片的上表面之间的设置有第二级渐变间隙δMA2。当载荷P小于第1次开始起作用载荷Pk1时，只有主簧起作用，悬架夹紧刚度为主簧夹紧刚度KM；当载荷达到第2次开始起作用载荷Pk2时，末片主簧下表面与第一级副簧首片上表面完全接触，板簧夹紧刚度为主簧和第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1；当载荷达到第2次完全起作用载荷Pw2时，主簧和第一级副簧与第二级副簧完全接触，悬架夹紧刚度为主副簧的总复合夹紧刚度KMA2。当载荷在[Pk1,Pw2]范围内变化时，高强度两级渐变刚度板簧的第一级和第二级渐变复合夹紧刚度KkwP1和KkwP2随载荷而变化，从而满足在不同载荷下的悬架系统偏频保持不变的设计要求。根据各片板簧的结构参数，弹性模量，接触载荷，空载载荷和额定载荷，对高强度两级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行计算。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的刚度特性的计算方法，其特征在于采用以下匹配设计步骤：(1)高强度两级渐变刚度板簧的各不同片数l重叠段的等效厚度hle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m1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,m1；第二级副簧的片数m2，第二级副簧各片的厚度hA2k，j＝1,2,…,m2；主簧的总片数N＝n+m1+m2，对高强度两级渐变刚度板簧的各不同片数l重叠段的等效厚度hle进行计算，l＝1,2,…,N，即(2)高强度两级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度KM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；主簧的片数n，主簧各片的一半夹紧长度Li，及步骤(1)中计算得到的hle，l＝i＝1,2,…,n，对高强度两级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度KM进行计算，即(3)高强度两级渐变刚度板簧的主簧与第一级副簧复合夹紧刚度KMA1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m1，第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,…,m1，主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+m1，及步骤(1)中计算得到的hle，l＝1,2,…,N1，对主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1进行计算，即(4)高强度两级渐变刚度板簧的主副簧总复合夹紧刚度KMA2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m1，第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,…,m1；第二级副簧的片数m2，第二级副簧各片的一半夹紧长度分别为LA2k＝LN1+k，k＝1,2,…,m2；主副簧的总片数N＝n+m1+m2，及步骤(1)中计算得到的hle，l＝1,2,…,N，对主副簧的总复合夹紧刚度KMA2进行计算，即(5)高强度两级渐变刚度板簧的第一级和第二级渐变夹紧刚度KkwP1和KkwP2的计算：I步骤：第一级渐变夹紧刚度KkwP1的计算根据第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，步骤(2)中计算得到的KM，对载荷P在[Pk1，Pk2]范围时的第一级渐变夹紧刚度KkwP1进行计算，即II步骤：第二级渐变夹紧刚度KkwP2的计算根据第2次开始接触载荷Pk2，第2次完全接触载荷Pw2，步骤(3)中计算得到的KMA1，对载荷P在[Pk2，Pw2]范围时的第二级渐变夹紧刚度KkwP2进行计算，即(6)高强度两级渐变刚度板簧的夹紧刚度随载荷变化特性的计算：根据空载载荷P0，额定载荷PN第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，第2次完全接触载荷Pw2，步骤(2)中计算得到的KM，步骤(3)中计算得到的KMA1，步骤(4)中计算得到的KMA2，步骤(5)中计算得到的KkwP1和KkwP2，对高强度两级渐变刚度板簧在不同载荷P下的夹紧刚度特性KP进行计算，即本专利技术比现有技术具有的优点主簧与一级副簧和二级副簧的渐变接触过程中，高强度等偏频两级渐变刚度板簧的挠度和渐变夹紧复合刚度计算非常复杂，不仅与主簧和一级副簧及二级副簧的结构参数有关，而且还与接触载荷有关，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的刚度特性的计算方法。本专利技术可根据高强度两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、额定载荷、第1第开始接触载荷Pk1、第2次开始接触载荷Pk2和完全接触载荷Pw2，对高强度两级渐变刚度板簧的夹紧刚度随载荷的变化特性进行计算。通过ANSYS仿真和样机试验验证可知，本专利技术所提供的高强度两级渐变刚度板簧的刚度特性的计算方法是正确的。利用该方法可得可靠的刚度特性设计值，确保刚度特性满足悬架系统的设计要求，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，加快产品开发速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强度两级渐变刚度板簧的刚度特性的计算方法，其中，板簧采用高强度钢板，各片板簧诶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，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，空载载荷和额定载荷，对高强度两级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行计算，具体计算步骤如下：(1)高强度两级渐变刚度板簧的各不同片数l重叠段的等效厚度h

【技术特征摘要】
1.高强度两级渐变刚度板簧的刚度特性的计算方法，其中，板簧采用高强度钢板，各片板簧诶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，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，空载载荷和额定载荷，对高强度两级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行计算，具体计算步骤如下：(1)高强度两级渐变刚度板簧的各不同片数l重叠段的等效厚度hle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m1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,m1；第二级副簧的片数m2，第二级副簧各片的厚度hA2k，j＝1,2,…,m2；主簧的总片数N＝n+m1+m2，对高强度两级渐变刚度板簧的各不同片数l重叠段的等效厚度hle进行计算，l＝1,2,…,N，即(2)高强度两级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度KM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；主簧的片数n，主簧各片的一半夹紧长度Li，及步骤(1)中计算得到的hle，l＝i＝1,2,…,n，对高强度两级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度KM进行计算，即(3)高强度两级渐变刚度板簧的主簧与第一级副簧复合夹紧刚度KMA1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m1，第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,…,m1，主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+m1，及步骤(1)中计算得到的hle，l＝1,2,…,N1，对主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1进行计算，即

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，于曰伟，赵雷雷，邢玉清，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