两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧渐变间隙的设计方法技术

本发明专利技术涉及两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧渐变间隙的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据各片板簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，各次接触载荷，各级夹紧刚度，额定载荷及剩余切线弧高，在曲面高度计算的基础上，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧渐变间隙进行设计。通过样机加载挠度试验可知，本发明专利技术所提供的两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧渐变间隙的设计方法是正确的，为板簧设计及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得到可靠的两级渐变间隙设计值，确保满足板簧接触载荷和悬架偏频设计要求，提高产品设计水平和性能及车辆行驶平顺性；同时，还可降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

Design method of gradual gap of two stage main spring type non equal frequency variable stiffness spring plate

The invention relates to a design method of a two stage main spring type unequal frequency bias type gradual change rigidity leaf spring gradual gap, belonging to the technical field of suspension leaf spring. The invention can according to the structure parameters, the leaf spring elastic modulus, riding bolt clamping distance, the contact load, various clamping stiffness, rated load and residual based on the calculated height of camber tangent and curved surface, on the two main spring type non biased type variable stiffness spring gradually variable gap design. The prototype load deflection test shows that the design method provided by the invention two main spring type non biased type variable stiffness spring gradient gap is correct, lay a foundation for reliable spring design and CAD software development. Using this method we can obtain two level gradient clearance design reliable value, to meet the spring contact load and suspension frequency design requirements, improve the ride comfort and vehicle performance and the level of product design; 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】
两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧渐变间隙的设计方法
本专利技术涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧渐变间隙的设计方法。
技术介绍
为了进一步提高车辆在半载情况下的行驶平顺性，可采用两级主簧式渐变刚度板簧，即将原一级渐变刚度板簧的主簧拆分为两级主簧；同时，为了确保主簧的应力强度，通常通过第一级主簧、第二级主簧和副簧初始切线弧高及两级渐变间隙，使第二级主簧和副簧适当提前承担载荷，从而降低第一级主簧的应力，即采用两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧悬架，其中，两级渐变间隙影响板簧的接触载荷、应力强度、悬架偏频及车辆行驶平顺性和安全性。然而，由于两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的挠度计算非常复杂，且受板簧初始切线弧高设计和曲面形状及任意位置曲面高度计算的制约，据所查阅资料可知，先前一直未能给出两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧渐变间隙的设计方法，大都是通过试验测试进行加以确定，因此，不能满足车辆行业快速发展及悬架弹簧现代化CAD设计要求。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对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、可靠的两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧渐变间隙的设计方法，为两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧设计及CAD软件开发奠定可靠的技术基础，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性及对渐变刚度板簧的设计要求，提高两级主簧式非等偏频型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、可靠的两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧渐变间隙的设计方法，设计流程如图1所示。两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，是由第一级主簧1、第二级主簧2和副簧3组成。采用两级主簧，并通过第一级主簧1、第二级主簧2和副簧的初始切线弧高HgM10、HgM20和HgA0，在第一级主簧1与第二级主簧2和第二级主簧2与副簧3之间设有两级渐变间隙δM12和δMA，以提高半载情况下的车辆行驶平顺性。为了确保满足第一级主簧1应力强度设计要求，第二级主簧2和副簧3适当提前承担载荷，悬架渐变载荷偏频不相等，即将板簧设计为非等偏频型渐变刚度板簧。渐变刚度板簧的一半总跨度等于首片主簧的一半作用长度L11T，骑马螺栓夹紧距的一半为L0，宽度为b，弹性模量为E。第一级主簧1的片数为n1，第一级主簧各片的厚度为h1i，一半作用长度为L1iT，一半夹紧长度L1i＝LiT-L0/2，i＝1,2,…,n1。第二级主簧2的片数为n2，第二级主簧各片的厚度为h2j，一半作用长度为L2jT，一半夹紧长度L2j＝LiT-L0/2，j＝1,2,…,n2。第一级主簧和二级主簧的片数主簧n＝n1+n2。副簧3的片数为m，副簧各片的厚度为hAk，一半作用长度为LAkT，一半夹紧长度LAk＝LAkT-L0/2，k＝1,2,…,m。根据各片板簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，各次接触载荷，各级夹紧刚度，额定载荷及剩余切线弧高设计要求值，在初始切线弧高设计和曲面高度计算的基础上，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧渐变间隙进行设计。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧渐变间隙的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：(1)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的两级渐变夹紧刚度KkwP1和KkwP2计算：A步骤：第一级渐变复合夹紧刚度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，第一级主簧夹紧刚度KM1，第一级主簧和第二级主簧的复合夹紧刚度KM2，对载荷P在[Pk1,Pk2]范围时的第一级渐变复合夹紧刚度KkwP1进行计算，即B步骤：第二级渐变复合夹紧刚度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，第二级主簧的复合夹紧刚度KM2，主副簧的总复合夹紧刚度KMA，对载荷P在[Pk2,Pw2]范围时的第二级渐变复合夹紧刚度KkwP2进行计算，即(2)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第一级主簧初始切线弧高HgM10的设计根据第一级主簧夹紧刚度KM1，主副簧的总复合夹紧刚度KMA；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PN下的剩余弧高HgMsy，步骤(1)中计算得到的KkwP1和KkwP2，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第一级主簧初始切线弧高HgM10进行设计，即(3)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第二级主簧初始切线弧高HgM20的设计：i步骤：第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM10计算根据第一级主簧片数n1，第一级主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n1，第一级主簧首片的一半夹紧长度L11，步骤(2)中设计得到的HgM10，对第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM10b进行计算，即ii步骤：第二级主簧首片上表面初始曲率半径RM20计算根据两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；第一级主簧片数n1，第一级主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n1，第一级主簧首片的一半夹紧长度L11，第1次开始接触载荷Pk1，及i步骤中计算得到的RM10b，对第二级主簧首片上表面初始曲率半径RM20a进行计算，即式中，hM1e为第一级主簧的根部重叠部分等效厚度，iii步骤：第二级主簧初始切线弧高HgM20的设计根据第二级副簧首片的一半夹紧长度L21，ii步骤值计算得到的RM20a，对第二级主簧初始切线弧高HgM20进行设计，即(4)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的副簧初始切线弧高HgA0的设计a步骤：第二级主簧末片下表面初始曲率半径RM20b计算根据第二级主簧片数n2，第二级主簧各片的厚度h2j，j＝1,2,…,n2，ii步骤中计算得到的RM20a，对第二级主簧末片下表面初始曲率半径RM20b进行计算，即b步骤：副簧首片上表面初始曲率半径RA0a的计算根据两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；第一级主簧片数n1，第一级主簧各片的厚度h1i，i＝1,2,…,n1，第一级主簧首片的一半夹紧长度L11；第二级主簧片数n2，第二级主簧各片的厚度h2j，j＝1,2,…,n2；第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，及a步骤中计算得到的RM20b，对副簧首片上表面初始曲率半径RA0a进行计算，即hM2e为第一级主簧和第二级主簧的根部重叠部分等效厚度，c步骤：副簧初始切线弧高HgA0的设计根据副簧首片的一半夹紧长度LA1，b步骤值计算得到的RA0a，对副簧初始切线弧高HgA0进行设计，即(5)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第一级渐变间隙δM12的设计：I步骤：第一级主簧首片的等效端点力FM1e计算根据两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；第一级主簧首片的厚度h11，第一级主簧首片的一半夹紧长度L11，步骤(2)中设计得到的HgM10，对第一级主簧首片的等效端点力FM1e进行计算，即II步骤：第一级主簧末片在对应第二级主簧首片端点位置处的曲面高度HM1-M2end计算根据两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量本文档来自技高网...

【技术保护点】
两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧渐变间隙的设计方法，其中，各片板簧为以中心穿装孔对称结构，安装夹紧距的一半为骑马螺栓夹紧距的一半；将原一级渐变刚度板簧的主簧拆分设计为两级主簧，通过两级主簧和副簧的初始切线弧高及两级渐变间隙，提高半载情况下的车辆行驶平顺性；同时，为了确保满足第一级主簧应力强度设计要求，第二级主簧和副簧适当提前承担载荷，悬架在渐变载荷下的偏频不相等，即两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，各次接触载荷，各级夹紧刚度，额定载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高设计要求值，在初始切线弧高设计和曲面高度计算的基础上，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧渐变间隙进行设计，具体设计步骤如下：(1)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的两级渐变夹紧刚度K

【技术特征摘要】
1.两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧渐变间隙的设计方法，其中，各片板簧为以中心穿装孔对称结构，安装夹紧距的一半为骑马螺栓夹紧距的一半；将原一级渐变刚度板簧的主簧拆分设计为两级主簧，通过两级主簧和副簧的初始切线弧高及两级渐变间隙，提高半载情况下的车辆行驶平顺性；同时，为了确保满足第一级主簧应力强度设计要求，第二级主簧和副簧适当提前承担载荷，悬架在渐变载荷下的偏频不相等，即两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，各次接触载荷，各级夹紧刚度，额定载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高设计要求值，在初始切线弧高设计和曲面高度计算的基础上，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧渐变间隙进行设计，具体设计步骤如下：(1)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的两级渐变夹紧刚度KkwP1和KkwP2计算：A步骤：第一级渐变复合夹紧刚度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，第一级主簧夹紧刚度KM1，第一级主簧和第二级主簧的复合夹紧刚度KM2，对载荷P在[Pk1,Pk2]范围时的第一级渐变复合夹紧刚度KkwP1进行计算，即B步骤：第二级渐变复合夹紧刚度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，第二级主簧的复合夹紧刚度KM2，主副簧的总复合夹紧刚度KMA，对载荷P在[Pk2,Pw2]范围时的第二级渐变复合夹紧刚度KkwP2进行计算，即(2)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第一级主簧初始切线弧高HgM10的设计根据第一级主簧夹紧刚度KM1，主副簧的总复合夹紧刚度KMA；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PN下的剩余弧高HgMsy，步骤(1)中计算得到的KkwP1和KkwP2，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第一级主簧初始切线弧高HgM10进行设计，即(3)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第二级主簧初始切线弧高HgM20的设计：i步骤：第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM10计算根据第一级主簧片数n1，第一级主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n1，第一级主簧首片的一半夹紧长度L11，步骤(2)中设计得到的HgM10，对第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM10b进行计算，即ii步骤：第二级主簧首片上表面初始曲率半径RM20计算根据两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；第一级主簧片数n1，第一级主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n1，第一级主簧首片的一半夹紧长度L11，第1次开始接触载荷Pk1，及i步骤中计算得到的RM10b，对第二级主簧首片上表面初始曲率半径RM20a进行计算，即式中，hM1e为第一级主簧的根部重叠部分等效厚度，iii步骤：第二级主簧初始切线弧高HgM20的设计根据第二级副簧首片的一半夹紧长度L21，ii步骤值计算得到的RM20a，对第二级主簧初始切线弧高HgM20进行设计，即

【专利技术属性】
技术研发人员：王炳超，周长城，
申请(专利权)人：王炳超，
类型：发明
国别省市：山东,37