两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧根部最大应力的仿真计算法制造技术

本发明专利技术涉及两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧根部最大应力的仿真计算法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据各片主簧与各级副簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，弹性模量，初始切线弧高设计值及额定载荷，在接触载荷仿真计算的基础上，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧根部最大应力进行仿真计算。通过样机试验可知，所建立根部最大应力的仿真计算法是正确的，为两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的应力仿真计算提供了可靠的技术方法。利用该方法可得到可靠根部最大应力的仿真计算值，可提高两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的设计水平和性能及车辆行驶安全性；同时，降低设计和试验测试费用，加快产品开发速度。

Simulation method for maximum stress of spring root of two stage auxiliary spring type non equal frequency variable stiffness spring plate

The invention relates to a method for simulating and calculating the maximum stress of the root springs at the root of a two stage auxiliary spring type non equal frequency variable rigidity spring leaf, belonging to the technical field of suspension leaf springs. The invention can according to the structure parameters of each main spring and spring at all levels, a bolt clamping distance, elastic modulus, initial tangent camber design value and the rated load, based on the simulation calculation in the contact load, on the two side spring type non biased type variable stiffness spring root maximum stress simulation. Through the prototype test, it can be concluded that the simulation method of the maximum stress of the root is correct. It provides a reliable technical method for the stress simulation calculation of the two stage spring type non equal frequency variable stiffness spring plate. We can use this method to get reliable simulation of root maximum stress values can be improved by two grade side spring type non biased type variable stiffness spring design and performance and vehicle safety; at the same time, reduce design and testing costs, speed up product development.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧根部最大应力的仿真计算法。
技术介绍
为了提高车辆在额定载荷下的行驶平顺性的设计要求，将原一级渐变刚度板簧的副簧拆分设计为两级副簧，即采用两级副簧式渐变刚度板簧；同时，由于受主簧强度的制约，通常通过主簧初始切线弧高、第一级副簧和第二级副簧初始切线弧高及两级渐变间隙，使副簧适当提前承担载荷，从而降低主簧应力，在接触载荷下的悬架偏频不相等，即两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧，其中，主簧和各级副簧的根部应力决定板簧的可靠性和使用寿命，并且影响车辆行驶安全性。然而，由于受两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的根部重叠部分等效厚度和挠度计算及接触载荷仿真问题的制约，先前一直未能给出两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧根部最大应力的仿真计算法，因此，不能满足车辆行业快速发展和悬架弹簧现代化CAD设计及软件开发的要求。随着车辆行驶速度及对车辆行驶平顺性和安全性要求的不断提高，对渐变刚度板簧悬架设计提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧根部最大应力的仿真计算法，为两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的应力仿真验算、强度校核及现代化CAD软件开发奠定可靠的技术基础，满足车辆行业快速发展、车辆行驶安全性及对渐变刚度板簧的设计要求，提高两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的设计水平、产品质量和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、可靠的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧根部最大应力的仿真计算法，仿真计算流程如图1所示。两级副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，是由主簧1、第一级副簧2和第二级副簧3组成。采用两级副簧，主簧与第一级副簧之间和第一级副簧与第二级副簧之间设有两级渐变间隙δMA1和δA12，以提高额定载荷下的车辆行驶平顺性；为了确保满足主簧应力强度设计要求，第一级副簧和第二级副簧适当提前承担载荷，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。板簧的一半总跨度等于首片主簧的一半作用长度L1T，骑马螺栓夹紧距的一半为L0，宽度为b，弹性模量为E。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Li＝LiT-L0/2，i＝1,2,…,n。第一级副簧片数为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LA1j＝LA1jT-L0/2，j＝1,2,…,m1。第二级副簧片数为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LA2k＝LA2kT-L0/2，k＝1,2,…,m2。主簧和各级副簧的根部应力决定板簧的可靠性和使用寿命，并且影响车辆行驶安全性。根据各片主簧与第一级和第二级副簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，弹性模量，主簧和各级副簧的初始切线弧高设计值，及额定载荷，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧根部最大应力进行仿真计算。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧根部最大应力的仿真计算法，其特征在于采用以下仿真计算步骤：(1)主簧及其与第一级和第二级副簧的根部重叠部分等效厚度hMe、hMA1e和hMA2e的计算：根据主簧片数n,主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数m1,第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,m1；第二级副簧片数m2,第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,m2；对主簧重叠部分的等效厚度hMe、主簧与第一级副簧重叠部分的等效厚度hMA1e、及主簧与第一级和第二级副簧重叠部分的等效厚度hMA2e分别进行计算，即：(2)主簧和第一级与第二级副簧的最大厚度板簧的厚度hmax、hA1max和hA2max的确定：A步骤：主簧最大厚度板簧的厚度hmax的确定根据主簧片数n，各片厚度hi，i＝1，2,...,n，确定主簧的最大厚度钢板弹簧的厚度hmax，即hmax＝max(hi)，i＝1，2,...,n，；B步骤：第一级副簧的最大厚度板簧的厚度hA1max的确定根据第一级副簧片数m1，各片厚度hA1j，j＝1，2,...,m1，确定第一级副簧的最大厚度板簧的厚度hA1max，即hA1max＝max(hA1j)，j＝1，2,...,m1；C步骤：第二级副簧的最大厚度板簧的hA2max的确定根据第二级副簧片数m2，各片厚度hA2k，k＝1，2,...,m2，确定第二级副簧的最大厚度hA2max，即hA2max＝max(hA2k)，k＝1，2,...,m2；(3)第1次和第2次开始接触载荷Pk1和Pk2的仿真计算：I步骤：主簧末片下表面初始曲率半径RM0b的计算根据主簧初始切线弧高HgM0，主簧首片的一半夹紧长度L1，主簧片数n，主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；对主簧末片下表面初始曲率半径RM0b进行计算，即II步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a的计算根据第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，第一级副簧的初始切线弧高设计值HgA10，对第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a进行计算，即III步骤：第一级副簧首片下表面初始曲率半径RA10b的计算根据第一级副簧片数m1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,m1；及II步骤中计算得到的RA10a，对第一级副簧首片下表面初始曲率半径RA10b进行计算，即IV步骤：第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a的计算根据第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21，第二级副簧的初始切线弧高HgA20，对第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a进行计算，即V步骤：第1次开始接触载荷Pk1的仿真计算根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧跨长度L1，步骤(1)中计算得到的hMe，I步骤中计算得到的RM0b，II中计算得到的RA10a，对第1次开始接触载荷Pk1进行仿真计算，即VI步骤：第2次开始接触载荷Pk2的仿真计算根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧跨长度L1，步骤(1)中计算得到的hMAe，I步骤中计算得到的RM0b，II步骤中计算得到的RA10a，及V步骤中仿真计算得到的Pk1，对第2次开始接触载荷Pk2进行仿真计算，即(4)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的主簧根部最大应力σMmax的仿真计算：根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，主簧首片的一半夹紧长度L1，额定载荷PN，步骤(1)中仿真计算得到的Pk1和Pk2；步骤(1)中计算得到的hMe、hMA1e和hMA2e，步骤(2)的A步骤中所确定的hmax，对主簧在不同载荷P下的根部最大应力σMmax进行仿真计算，即(5)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第一级副簧根部最大应力σA1max的仿真计算：根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，主簧首片的一半夹紧长度L1，额定载荷PN，步骤(1)中计算得到的hMA1e和hMA2e，步骤(2)的B步骤中所确定的hA1max，步骤(3)中仿真计算得到的Pk1和Pk2，对第一级副簧在不同载荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧根部最大应力的仿真计算法，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；将副簧设计为两级副簧，通过主簧和两级副簧的初始切线弧高及两级渐变间隙，提高车辆在额定载荷下的行驶平顺性；为了确保满足主簧应力强度设计要求，使第一级副簧和第二级副簧适当提前承担载荷，悬架在渐变载荷下的偏频不相等，即非等偏频型渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，弹性模量，主簧和各级副簧的初始切线弧高设计值，及额定载荷，在第1次和第2次开始接触载荷仿真计算的基础上，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧根部最大应力进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)主簧及其与第一级和第二级副簧的根部重叠部分等效厚度hMe、hMA1e和hMA2e的计算：根据主簧片数n,主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数m1,第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,m1；第二级副簧片数m2,第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,m2；对主簧重叠部分的等效厚度hMe、主簧与第一级副簧重叠部分的等效厚度hMA1e、及主簧与第一级和第二级副簧重叠部分的等效厚度hMA2e分别进行计算，即：hMe=Σi=1nhi33;]]>hMA1e=Σi=1nhi3+Σj=1m1hA1j33;]]>hMA2e=Σi=1nhi3+Σj=1m1hA1j3+Σk=1m2hA2k33;]]>(2)主簧和第一级与第二级副簧的最大厚度板簧的厚度hmax、hA1max和hA2max的确定：A步骤：主簧最大厚度板簧的厚度hmax的确定根据主簧片数n，各片厚度hi，i＝1，2,...,n，确定主簧的最大厚度钢板弹簧的厚度hmax，即hmax＝max(hi)，i＝1，2,...,n，；B步骤：第一级副簧的最大厚度板簧的厚度hA1max的确定根据第一级副簧片数m1，各片厚度hA1j，j＝1，2,...,m1，确定第一级副簧的最大厚度板簧的厚度hA1max，即hA1max＝max(hA1j)，j＝1，2,...,m1；C步骤：第二级副簧的最大厚度板簧的hA2max的确定根据第二级副簧片数m2，各片厚度hA2k，k＝1，2,...,m2，确定第二级副簧的最大厚度hA2max，即hA2max＝max(hA2k)，k＝1，2,...,m2；(3)第1次和第2次开始接触载荷Pk1和Pk2的仿真计算：I步骤：主簧末片下表面初始曲率半径RM0b的计算根据主簧初始切线弧高HgM0，主簧首片的一半夹紧长度L1，主簧片数n，主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；对主簧末片下表面初始曲率半径RM0b进行计算，即RM0b=L12+HgM022HgM0+Σi=1nhi;]]>II步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a的计算根据第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，第一级副簧的初始切线弧高设计值HgA10，对第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a进行计算，即RA10a=LA112+HgA1022HgA10;]]>III步骤：第一级副簧首片下表面初始曲率半径RA10b的计算根据第一级副簧片数m1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,m1；及II步骤中计算得到的RA10a，对第一级副簧首片下表面初始曲率半径RA10b进行计算，即RA10b=RA10a+Σj=1m1hA1j;]]>IV步骤：第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a的计算根据第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21，第二级副簧的初始切线弧高HgA20，对第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a进行计算，即RA20a=LA212+HgA2022HgA20;]]>V步骤：第1次开始接触载荷Pk1的仿真计算根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧跨长度L1，步骤(1)中计算得到的hMe，I步骤中计算得到的RM0b，II中计算得到的RA10a，对第1次开始接触载荷Pk1进行仿真计算，即Pk1=EbhMe3(RA10a-RM0b)6L1RM0bRA10a;]]>VI步骤：第2次开始接触载荷Pk2的仿真计算根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧跨长度L1，步骤(1)中计算得到的hMAe，I步骤中计算得到的RM0b，II步骤中计算得到的RA10a，及V步骤中仿真计算得到的Pk1，对第2次开始接触载荷Pk2进行仿真计算，即Pk2=Pk1+EbhMA1e3(RA20a-RA10b)6L1RA10bRA20a]]>(4)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的主簧根部最大应力σMmax的仿真计算：根据两级副簧式非等偏频型渐变刚...

【技术特征摘要】
1.两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧根部最大应力的仿真计算法，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；将副簧设计为两级副簧，通过主簧和两级副簧的初始切线弧高及两级渐变间隙，提高车辆在额定载荷下的行驶平顺性；为了确保满足主簧应力强度设计要求，使第一级副簧和第二级副簧适当提前承担载荷，悬架在渐变载荷下的偏频不相等，即非等偏频型渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，弹性模量，主簧和各级副簧的初始切线弧高设计值，及额定载荷，在第1次和第2次开始接触载荷仿真计算的基础上，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧根部最大应力进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)主簧及其与第一级和第二级副簧的根部重叠部分等效厚度hMe、hMA1e和hMA2e的计算：根据主簧片数n,主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数m1,第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,m1；第二级副簧片数m2,第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,m2；对主簧重叠部分的等效厚度hMe、主簧与第一级副簧重叠部分的等效厚度hMA1e、及主簧与第一级和第二级副簧重叠部分的等效厚度hMA2e分别进行计算，即：hMe=Σi=1nhi33;]]>hMA1e=Σi=1nhi3+Σj=1m1hA1j33;]]>hMA2e=Σi=1nhi3+Σj=1m1hA1j3+Σk=1m2hA2k33;]]>(2)主簧和第一级与第二级副簧的最大厚度板簧的厚度hmax、hA1max和hA2max的确定：A步骤：主簧最大厚度板簧的厚度hmax的确定根据主簧片数n，各片厚度hi，i＝1，2,...,n，确定主簧的最大厚度钢板弹簧的厚度hmax，即hmax＝max(hi)，i＝1，2,...,n，；B步骤：第一级副簧的最大厚度板簧的厚度hA1max的确定根据第一级副簧片数m1，各片厚度hA1j，j＝1，2,...,m1，确定第一级副簧的最大厚度板簧的厚度hA1max，即hA1max＝max(hA1j)，j＝1，2,...,m1；C步骤：第二级副簧的最大厚度板簧的hA2max的确定根据第二级副簧片数m2，各片厚度hA2k，k＝1，2,...,m2，确定第二级副簧的最大厚度hA2max，即hA2max＝max(hA2k)，k＝1，2,...,m2；(3)第1次和第2次开始接触载荷Pk1和Pk2的仿真计算：I步骤：主簧末片下表面初始曲率半径RM0b的计算根据主簧初始切线弧高HgM0，主簧首片的一半夹紧长度L1，主簧片数n，主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；对主簧末片下表面初始曲率半径RM0b进行计算，即RM0b=L12+HgM022HgM0+Σi=1nhi;]]>II步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a的计算根据第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，第一级副簧的初始切线弧高设计值HgA10，对第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a进行计算，即RA10a=LA112+HgA1022HgA10;]]>III步骤：第一级副簧首片下表面初始曲率半径RA10b的计算根据第一级副簧片数m1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,m1；及II步骤中计算得到的RA10a，对第一级副簧首片下表面初始曲率半径RA10b进行计算，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，汪晓，袁光明，赵雷雷，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