高强度两级渐变刚度板簧的主簧各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的各片主簧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高强度两级渐变刚度板簧的各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量、额定载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高设计要求值，通过初始曲面形状计算及微元曲面长度叠加计算，对高强度两级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度进行设计。通过样机下料加工试验测试可知，本发明专利技术所提供的高强度二级渐变刚度板簧的主簧各片下料长度的设计方法是正确的，为高强度两级渐变刚度板簧主簧下料长度设计提供了可靠设计技术。利用该方法可得到准确可靠的各片主簧下料长度设计值，节省材料，提高生产效率；同时，还可降低设计和试验费用，加快产品开发速度。

Design method for blanking length of main spring of each piece of high strength two stage tapered spring plate

The invention relates to a design method for the main spring blanking length of each piece of high strength two stage gradual rigidity leaf spring, belonging to the technical field of vehicle suspension leaf spring. The invention can according to structural parameters, high strength two gradual rigidity leaf spring the main spring and spring elastic modulus, rated load and rated load in the remaining camber design requirements by tangent value, initial surface shape and surface length calculation element superposition calculation, design of high-strength material length two level gradient the spring stiffness of each main spring. The prototype material processing test shows that the design method of the length of the main spring material of high strength two gradient provided by the invention of the spring stiffness of each piece is right, to provide a reliable technology for high strength two variable stiffness spring spring length design. With this method, accurate and reliable design values of the main spring blanking length can be saved, the production efficiency can be improved, and the cost of design and test can be reduced, and the product development speed can be accelerated.

【技术实现步骤摘要】
高强度两级渐变刚度板簧的各片主簧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的主簧各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，主簧长度对板簧刚度具有重要影响，并且主簧各片下料长度的设计是否准确可靠，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，主簧挠度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，高强度两级渐变刚度板簧的挠度计算非常复杂，同时，还受主簧初始曲面形状计算的制约，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主簧各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的主簧各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的主簧各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、第1次和第2次接触载荷、额定载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高设计要求值，通过主簧初始切线弧高确定和曲面形状计算的基础上，通过微曲面微元及叠加计算，对高强度两级渐变刚度板簧的主簧各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的主簧各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各不同片数重叠段的等效厚度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，k＝1,2,...,m2；主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+m1，主副簧的总片数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主簧夹紧刚度KM及其与各级副簧复合夹紧刚度的计算：I步骤：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，对主簧夹紧刚度KM进行计算，即II步骤：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；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，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III步骤：主副簧复合夹紧刚度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，j＝1,2,…,m1；第二级副簧片数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(3)高强度两级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0的确定：根据第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，额定载荷PN，在额定载荷下的主簧剩余切线弧高HgMsy，步骤(2)中分别计算得到的KM，KMA1和KMA2，对高强度两级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0进行确定，即(4)高强度两级渐变刚度板簧的首片主簧下料长度L1C的设计：A步骤：首片主簧的等效端点力F1e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；首片主簧的厚度h1，首片主簧的一半夹紧长度L1，步骤(3)中所确定的主簧初始切线弧高HgM0，对首片主簧的等效端点力F1e进行计算，即B步骤：首片主簧在任意位置处的变形系数GMx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；首片主簧的一半夹紧长度L1，以距离板簧对称中心L0/2的位置为坐标原点，对首片主簧在任意位置x处的变形系数GMx进行计算，即C步骤：首片主簧初始曲面形状fMx的计算，根据首片主簧的厚度h1，首片主簧的一半夹紧长度L1，A步骤中计算得到的F1e，B步骤中计算得到的GMx，对首片主簧的初始曲面形状fMx进行计算，即D步骤：首片主簧的下料长度L1C设计根据首片主簧的一半夹紧长度L1，骑马螺栓夹紧距的一半L0，首片主簧两端吊耳的中径de，以ΔL为曲面微元的长度，在0～L1范围内划分为Nc＝L1/ΔL个曲面微元，依据C步骤计算得到的首片主簧初始曲面形状曲线fMx及在任意位置xj处的曲面高度fMxj，0≤xj≤L1，j＝1,2,…,Nc+1，利用叠加原理对首片主簧的下料长度L1C进行设计，即(5)高强度两级渐变刚度板簧的其他主簧各片下料长度的设计：根据主簧片数n，首片主簧的一半跨度L1T，首片主簧两端吊耳的中径de，其他n-1片主簧的一半跨度LiT，及其他各片主簧与首片主簧的一半跨度之差ΔL1i＝L1T-LiT，i＝2,3,..,n，步骤(4)中设计得到的L1C，对其他主簧各片的下料长度进行设计，即LiC＝L1C-2πde-2ΔL1i，i＝2,3,..,n。本专利技术比现有技术具有的优点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，主簧挠度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，高强度两级本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强度两级渐变刚度板簧的主簧各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、额定载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高设计要求值，在主簧初始切线弧高确定和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的主簧各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各不同片数重叠段的等效厚度h

【技术特征摘要】
1.高强度两级渐变刚度板簧的主簧各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、额定载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高设计要求值，在主簧初始切线弧高确定和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的主簧各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各不同片数重叠段的等效厚度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，k＝1,2,...,m2；主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+m1，主副簧的总片数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主簧夹紧刚度KM及其与各级副簧复合夹紧刚度的计算：I步骤：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，对主簧夹紧刚度KM进行计算，即II步骤：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；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，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III步骤：主副簧复合夹紧刚度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，j＝1,2,…,m1；第二级副簧片数m2，第二级副簧各片的一半夹紧长度分别为LA2...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，马驰骋，朱召辉，赵雷雷，杨腾飞，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