一级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法技术

本发明专利技术涉及一级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据一级渐变刚度板簧的安装加紧距、首片主簧的厚度和作用长度、弹性模量、主簧夹紧刚度、主副簧夹紧复合刚度、开始接触载荷、完全接触载荷、额定载荷及在额定载荷下渐变刚度钢板弹簧剩余弧高的设计要求值，通过微元曲面叠加计算，对该一级渐变刚度钢板弹簧各片主簧下料长度进行设计。通过实际下料和样机加工验证可知，利用该方法可得到准确可靠的各片主簧的下料长度设计，为板簧的设计、下料、加工及现代化CAD软件开发奠定了可靠的技术。同时，利用该方法还可以节省材料、优化生产工艺、提高生产效率，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 main spring of first grade tapered spring plate

The invention relates to a design method for the blanking length of each main spring of a first grade gradual rigidity leaf spring, belonging to the technical field of suspension leaf spring. According to the invention can be a gradual rigidity leaf spring mounted to the first piece, from the main spring and the thickness effect of length, elastic modulus, spring stiffness, primary side clamping spring clamping composite stiffness, contact load, start complete contact load and design load ratings and rated load in the remaining leaf spring of varying stiffness the camber of the desired value, the micro surface superposition calculation, the design of a leaf spring of varying stiffness each main spring length. Through the actual material processing and the prototype shows that the length of design material can be got by this method is accurate and reliable the main spring, which is a reliable method for the spring design, material, processing and modern CAD software development. At the same time, the method can save material, optimize production process, improve production efficiency, reduce design and test cost, and speed up product development.

【技术实现步骤摘要】
一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钢板弹簧，特别是一级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法。
技术介绍
为了满足在不同载荷下车辆行驶平顺性的要求，通常车辆悬架采用一级渐变刚度板簧，其中，主簧首片和其他各片主簧的下料长度是由夹紧段长度、曲面段长度和首片吊耳圆周长度所决定的，影响加工工艺、生产效率和材料节省率。然而，由于受渐变过程主簧挠度和主簧初始曲面形状计算的制约，先前一直未能给出一级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法，不能满足车辆行业快速发展及现代化CAD软件开发的要求。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对非等偏频一级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、可靠的一级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法，一级渐变刚度板簧主簧的设计、下料、加工及现代化CAD软件开发，奠定了可靠的技术，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性及非等偏频一级渐变刚度板簧现代化CAD设计要求，提高非等偏频一级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；同时，提高材料节省率和生产加工效率，降低设计和试验测试费用，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、可靠的基于刚度的一级渐变刚度板簧的末片主簧调整设计的方法，设计流程如图1所示。一级渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，是由主簧1和副簧2所组成的，一级渐变刚度板簧的一半跨度，即为首片主簧的一半作用长度为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，各片主簧的厚度为hi，主簧的一半作用长度为Lit，一半夹紧长度Li＝Lit-L0/2，i＝1,2,…n。副簧2的片数为m，各片副簧的厚度为hAj，各片副簧的一半作用长度为LAjt，一半夹紧长度LAj＝LAjt-L0/2，j＝1,2,…m。通过主簧和副簧初始切线弧高，确保副簧首片端部上表面与主簧末片端部下表面之间设置有一定的主副簧间隙δMA，以满足渐变刚度板簧簧开始接触载荷和完全接触载荷、主簧应力强度和悬架渐变刚度的设计要求。主簧首片和其他各片主簧的下料长度是由夹紧段长度、曲面段长度和首片吊耳圆周长度所决定的，影响加工工艺、生产效率和材料节省率；根据一级渐变刚度板簧的安装夹紧距、首片主簧的厚度和作用长度、弹性模量、主簧夹紧刚度、主副簧夹紧复合刚度、开始接触载荷、完全接触载荷、额定载荷及在额定载荷下渐变刚度钢板弹簧剩余弧高的设计要求值，对该一级渐变刚度钢板弹簧各片主簧下料长度进行设计。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的一级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：(1)一级渐变刚度板簧的渐变夹紧刚度Kkwp的计算：根据开始接触载荷Pk，完全接触载荷Pw，主簧夹紧刚度KM，主副簧复合夹紧刚度KMA，对一级渐变刚度板簧在载荷P∈[Pk,Pw]范围内的渐变夹紧刚度KkwP进行计算，即(2)一级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0的确定：根据开始接触载荷Pk，完全接触载荷Pw，额定载荷PN，在额定载荷下的剩余切线弧高HgMsy，主簧夹紧刚度KM；主副簧复合夹紧刚度KMA，及步骤(1)中计算得到的KkwP，对一级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0进行确定，即(3)一级渐变刚度板簧的首片主簧初始状态曲面形状fx的计算：I步骤：基于初始切线弧高的首片主簧的等效端点力F1e的计算根据一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的厚度h1，一半夹紧长度L1，步骤(2)中所确定的HgM0，对基于初始切线弧高的首片主簧的等效端点力F1e进行计算，即II步骤：首片主簧在任意位置处的变形系数GMx的计算根据一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧长度L1，以距离对称中心L0/2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III步骤：首片主簧初始曲面形状fx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，I步骤中计算得到的F1e，II步骤中计算得到的GMx，对一级渐变刚度板簧首片主簧初始曲面形状fx进行计算，即(4)一级渐变刚度板簧的首片主簧下料长度L1C的设计:A步骤：首片主簧在一半夹紧长度范围内的曲面段长度L1c1的计算根据首片主簧的一半夹紧长度L1，以ΔL为曲面微元长度，在0～L1范围内划分为Nc＝L1/ΔL个曲面微元，根据II步骤计算得到的首片主簧初始曲面形状fx及在任意位置xj处的曲面弧高0≤xj≤L1，j＝1,2,…,Nc+1，利用叠加原理对首片主簧在一半夹紧长度内的曲面段长度L1c1进行计算，即B步骤：首片主簧单个吊耳的圆周长度L1c2计算根据主簧两端吊耳的中径de，对单个吊耳的圆周长度L1c2进行计算，即L1c2＝πde；C步骤：首片主簧下料长度L1c的设计根据骑马螺栓夹紧距的一半L0，A步骤中计算得到的L1c1，B步骤中计算得到的L1c2，对一级渐变刚度板簧的首片主簧下料长度L1C进行设计，即L1C＝2(L1c1+L1c2+L0/2)；(5)一级渐变刚度板簧其他各片主簧下料长度的设计a步骤：首片主簧与其他各片主簧的一半作用长度之差的计算根据主簧片数n，各片主簧的一半作用长度Lit，i＝1,2,…,n；分别计算首片主簧与其他各片主簧的一半作用长度之差，即ΔLi1＝L1t-Lit，i＝2,…,n；b步骤：其他各片主簧下料长度的设计根据骑马螺栓夹紧距的一半L0，主簧片数n，步骤(4)的A步骤中计算得到的L1c1，a步骤中计算得到的ΔLi1，i＝2,…,n；分别对他各片主簧的下料长度进行设计，即LiC＝2(L1c1+L0/2-ΔLi1),i＝2,…,n。本专利技术比现有技术具有的优点由于受渐变过程主簧挠度和主簧初始曲面形状计算的制约，先前一直未能给出一级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法，不能满足车辆行业快速发展及现代化CAD软件开发的要求。本专利技术可根据一级渐变刚度板簧的安装夹紧距、首片主簧的厚度和作用长度、弹性模量、主簧夹紧刚度、主副簧夹紧复合刚度、开始接触载荷、完全接触载荷、额定载荷及在额定载荷下渐变刚度钢板弹簧剩余弧高的设计要求值，在主簧初始切线弧高和首片主簧初始曲面形状计算的基础上，通过微元曲面及叠加计算，对一级渐变刚度钢板弹簧各片主簧下料长度进行设计。通过实际下料和样机加工验证可知，利用该方法可得到准确可靠的各片主簧的下料长度，为渐变刚度板簧主簧的设计、下料、加工及现代化CAD软件开发，奠定了可靠的技术。同时，利用该方法还可以节省材料、优化生产工艺、提高生产效率、降低设计和试验测试费用，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是一级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计流程图；图2是一级渐变刚度板簧的一半对称结构示意图；图3是实施例的一级渐变刚度板簧的渐变夹紧刚度KkwP随载荷P的变化曲线；图4是实施例的一级渐变刚度板簧的首片主簧在任意位置处的变形系数GMx曲线；图5是实施例的一级渐变刚度板簧的首片主簧初始状态曲面形状曲线fx。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：某一级渐变刚度钢板弹簧的宽度b＝63mm，骑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法，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；通过主簧和副簧的初始切线弧高及渐变间隙，确保满足板簧渐变刚度、悬架偏频特性和主簧应力强度设计要求，即非等偏频型一级渐变刚度板簧；根据一级渐变刚度板簧的骑马螺栓夹紧距、首片主簧的厚度和作用长度、弹性模量、主簧夹紧刚度、主副簧夹紧复合刚度、开始接触载荷、完全接触载荷、额定载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高，在渐变夹紧刚度计算的基础上，通过主簧初始切线弧高设计和初始曲面形状及曲面微元叠加计算，对一级渐变刚度钢板弹簧各片主簧下料长度进行设计，具体设计步骤如下：(1)一级渐变刚度板簧的渐变夹紧刚度K

【技术特征摘要】
1.一级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法，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；通过主簧和副簧的初始切线弧高及渐变间隙，确保满足板簧渐变刚度、悬架偏频特性和主簧应力强度设计要求，即非等偏频型一级渐变刚度板簧；根据一级渐变刚度板簧的骑马螺栓夹紧距、首片主簧的厚度和作用长度、弹性模量、主簧夹紧刚度、主副簧夹紧复合刚度、开始接触载荷、完全接触载荷、额定载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高，在渐变夹紧刚度计算的基础上，通过主簧初始切线弧高设计和初始曲面形状及曲面微元叠加计算，对一级渐变刚度钢板弹簧各片主簧下料长度进行设计，具体设计步骤如下：(1)一级渐变刚度板簧的渐变夹紧刚度Kkwp的计算：根据开始接触载荷Pk，完全接触载荷Pw，主簧夹紧刚度KM，主副簧复合夹紧刚度KMA，对一级渐变刚度板簧在载荷P∈[Pk,Pw]范围内的渐变夹紧刚度KkwP进行计算，即(2)一级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0的确定：根据开始接触载荷Pk，完全接触载荷Pw，额定载荷PN，在额定载荷下的剩余切线弧高HgMsy，主簧夹紧刚度KM；主副簧复合夹紧刚度KMA，及步骤(1)中计算得到的KkwP，对一级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0进行确定，即(3)一级渐变刚度板簧的首片主簧初始状态曲面形状fx的计算：I步骤：基于初始切线弧高的首片主簧的等效端点力F1e的计算根据一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的厚度h1，一半夹紧长度L1，步骤(2)中所确定的HgM0，对基于初始切线弧高的首片主簧的等效端点力F1e进行计算，即II步骤：首片主簧在任意位置处的变形系数GMx的计算根据一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧长度L1，以距离对称中心L0/2位置为坐标原点，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，杨腾飞，袁光明，赵雷雷，汪晓，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