两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧挠度特性的仿真计算法制造技术

本发明专利技术涉及两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧挠度特性的仿真计算法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据各片第一级、第二级主簧和副簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，初始切线弧高，在接触载荷和渐变刚度仿真计算的基础上，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧挠度特性进行仿真计算。通过样机的ANSYS仿真和加载挠度试验可知，本发明专利技术所提供的两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧挠度特性的仿真计算法是正确的，为两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧特性仿真验证奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得到准确、可靠的挠度仿真计算值，提高板簧设计水平、质量和性能及车辆行驶平顺性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

Simulation calculation method for deflection characteristics of two stage main spring type non equal frequency variable stiffness spring plate

The invention relates to a simulation calculation method for the deflection characteristic of two stage main spring type non equal frequency variable rigidity spring plate, belonging to the technical field of suspension leaf spring. According to the invention the first and the second main spring and spring structure parameters, elastic modulus, a bolt clamping distance, initial tangent camber calculation, in the contact load and variable stiffness simulation, calculation of the two main spring type non biased type of variable stiffness spring deflection simulation. The prototype of ANSYS simulation and load deflection test shows that the simulation method provided by the invention two main spring type non biased gradual rigidity leaf spring deflection characteristics is correct, lays the groundwork for reliable two main spring type non biased variable stiffness spring characteristics simulation. We can use this method to get accurate and reliable simulation of deflection value, improve the ride comfort of the leaf spring design level, quality and performance of the vehicle; at the same time, reduce the cost of design and test, 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，特别是两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧挠度特性的仿真计算法。
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、第二级主簧和副簧的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，即给次接触载荷适当提前，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，板簧的挠度特性影响悬架的静挠度、动挠度和偏频及车辆行驶平顺性和安全性，且在不同载荷下挠度特性仿真计算，是两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的初始切线弧高、最大限位挠度及渐变间隙仿真验证的前提。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，并且受板簧根部重叠部分等效厚度和渐变刚度计算及接触载荷仿真计算的制约，先前一直未能给出两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧挠度特性的仿真计算法，大都是通过试验加以确定，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渐变刚度板簧挠度特性的仿真计算法，为两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的设计、特性验证及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。专利技术内容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渐变刚度板簧挠度特性的仿真计算法，仿真计算流程如图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。板簧的一半跨度等于第一级主簧首片的一半作用长度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＝L1iT-L0/2，i＝1,2,…,n1。第二级主簧2的片数为n2，各片二级主簧的厚度为h2j，一半作用长度为L2jT，一半夹紧长度L2j＝L2jT-L0/2，j＝1,2,…,n2。副簧3的片数为m，各片副簧的厚度为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，第一级主簧夹紧刚度，第一级主簧与第二级主簧和副簧的复合夹紧刚度，初始切线弧高，及额定载荷，在各次接触载荷和渐变夹紧刚度仿真计算基础上，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧在不同载荷下的挠度特性进行仿真计算。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧挠度特性的仿真计算法，其特征在于采用以下仿真计算步骤：(1)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的两级主簧和副簧的初始曲率半径计算：I步骤：第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM10b计算根据第一级主簧片数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，第一级主簧的初始切线弧高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RM20a计算根据第二级主簧首片的一半夹紧长度L21，第二级主簧的初始切线弧高HgM20，对第二级主簧末片上表面初始曲率半径RM20a进行计算，即III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，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IV步骤：副簧首片上表面初始曲率半径RA0a计算根据副簧首片的一半夹紧长度LA1，副簧的初始切线弧高HgA0，对副簧末片上表面初始曲率半径RA0a进行计算，即(2)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各次接触载荷的仿真计算：A步骤：第1次开始接触载荷Pk1的仿真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跨长度L11，步骤(1)中计算得到的RM10b和RM20a，对第1次开始接触载荷Pk1进行仿真计算，即式中，hM1e为第一级主簧的根部重叠部分等效厚度，B步骤：第2次开始接触载荷Pk2的仿真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；第二级主簧片数n2，第二级主簧各片的厚度h2j，j＝1,2,…,n2；步骤(1)中计算得到的RM20b和RA0a，A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，即式中，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：第2次完全接触载荷Pw2的仿真计算根据A步骤中仿真计算得到的Pk1，B步骤中仿真计算得到的Pk2，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第2次完全接触载荷Pw2进行仿真计算，即(3)两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的渐变夹紧刚度的仿真计算：a步骤：第一级渐变夹紧刚度KkwP1的仿真计算根据第一级主簧夹紧刚度KM1，第一级与第二级主簧的复合夹紧刚度KM2，步骤(2)中仿真计算得到的Pk1和Pk2，对载荷P在[Pk1,Pk2]范围内的第一级渐变夹紧刚度KkwP1进行仿真计算，即b步骤：第二级渐变夹紧刚度KkwP2的仿真计算根据第一级和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，步骤(2)中仿真计算得到的Pk2和Pw2，对载荷P在[Pk2,Pw2]范围内的第二级渐变夹紧刚度KkwP2进行仿真计算，即(4)两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧在不同载荷下的挠度特性的仿真计算：根据第一级主簧夹紧刚度KM1，第一级和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，额定载荷PN，步骤(2)中所仿真计算得到的Pk1、Pk2和Pw2，及步骤(3)中仿真计算得到的KkwP1和KkwP2，对两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧在不同载荷下的挠度特性进行仿真计算，即本专利技术比现有技术具有的优点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，并且受板簧根部重叠部分等效厚度和渐变刚度计算及接触载荷仿真计算的制约，先前一直未能给出两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧挠度特性的仿真计算法，大都是通过试验加以确定，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。本专利技术可本专利技术可根据各片第一级、第二级主簧和副簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，初本文档来自技高网...

【技术保护点】
两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧挠度特性的仿真计算法，其中，各片板簧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，第一级主簧夹紧刚度，第一级主簧与第二级主簧和副簧的复合夹紧刚度，初始切线弧高，及额定载荷，在各次接触载荷和渐变夹紧刚度仿真计算基础上，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧在不同载荷下的挠度特性进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的两级主簧和副簧的初始曲率半径计算：I步骤：第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM10b计算根据第一级主簧片数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，第一级主簧的初始切线弧高HgM10，对第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM10b进行计算，即RM10b=L112+HgM1022HgM10+Σi=1n1h1i;]]>II步骤：第二级主簧首片上表面初始曲率半径RM20a计算根据第二级主簧首片的一半夹紧长度L21，第二级主簧的初始切线弧高HgM20，对第二级主簧末片上表面初始曲率半径RM20a进行计算，即RM20a=L212+HgM2022HgM20;]]>III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，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RM20b=RM20a+Σj=1n2h2j;]]>IV步骤：副簧首片上表面初始曲率半径RA0a计算根据副簧首片的一半夹紧长度LA1，副簧的初始切线弧高HgA0，对副簧末片上表面初始曲率半径RA0a进行计算，即RA0a=LA12+HgA022HgA0;]]>(2)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各次接触载荷的仿真计算：A步骤：第1次开始接触载荷Pk1的仿真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跨长度L11，步骤(1)中计算得到的RM10b和RM20a，对第1次开始接触载荷Pk1进行仿真计算，即Pk1=EbhM1e3(RM20a-RM10b)6L11RM20bRM10a;]]>式中，hM1e为第一级主簧的根部重叠部分等效厚度，B步骤：第2次开始接触载荷Pk2的仿真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；第二级主簧片数n2，第二级主簧各片的厚度h2j，j＝1,2,…,n2；步骤(1)中计算得到的RM20b和RA0a，A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+EbhM2e3(RA0a-RM20b)6L11RM20bRA0a;]]>式中，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：第2次完全接触载荷Pw2的仿真计算根据A步骤中仿真计算得到的Pk1，B步骤中仿真计算得到的Pk2，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第2次完全接触载荷Pw2进行仿真计算，即Pw2=Pk22Pk1;]]>(3)两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的渐变夹紧刚度的仿真计算：a步骤：第一级渐变夹紧刚度KkwP1的仿真计算根据第一级主簧夹紧刚度KM1，第一级与第二级主簧的复合夹紧刚度KM2，步骤(2)中仿真计算得到的Pk1和Pk2，对载荷P在[Pk1,Pk2]范围内的第一级渐变夹紧刚度KkwP1进行仿真计算，即KkwP1=PPk1KM1+P-Pk1Pk2-Pk1(KM2-Pk2Pk1KM1),P∈[Pk1,Pk2];]]>b步骤：第二级渐变夹紧刚度KkwP2的仿真计算根据第一级和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，步骤(2)中仿真计算得到的Pk2和Pw2，对载荷P在[Pk2,Pw2]范围内的第二级渐变夹紧刚度KkwP2进行仿真计算，即KkwP2=PPk2KM2+P-Pk2Pw2-Pk1(KMA-Pw2Pk2KM2),P∈[Pk2,Pw2];]]>(4)两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧在不同载荷下的挠度特性的仿真计算：根据第一级主簧夹紧刚度KM1，第一级和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，额定载荷PN，步骤(2)中所仿真计算得...

【技术特征摘要】
1.两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧挠度特性的仿真计算法，其中，各片板簧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，第一级主簧夹紧刚度，第一级主簧与第二级主簧和副簧的复合夹紧刚度，初始切线弧高，及额定载荷，在各次接触载荷和渐变夹紧刚度仿真计算基础上，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧在不同载荷下的挠度特性进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的两级主簧和副簧的初始曲率半径计算：I步骤：第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM10b计算根据第一级主簧片数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，第一级主簧的初始切线弧高HgM10，对第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM10b进行计算，即RM10b=L112+HgM1022HgM10+Σi=1n1h1i;]]>II步骤：第二级主簧首片上表面初始曲率半径RM20a计算根据第二级主簧首片的一半夹紧长度L21，第二级主簧的初始切线弧高HgM20，对第二级主簧末片上表面初始曲率半径RM20a进行计算，即RM20a=L212+HgM2022HgM20;]]>III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，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RM20b=RM20a+Σj=1n2h2j;]]>IV步骤：副簧首片上表面初始曲率半径RA0a计算根据副簧首片的一半夹紧长度LA1，副簧的初始切线弧高HgA0，对副簧末片上表面初始曲率半径RA0a进行计算，即RA0a=LA12+HgA022HgA0;]]>(2)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各次接触载荷的仿真计算：A步骤：第1次开始接触载荷Pk1的仿真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跨长度L11，步骤(1)中计算得到的RM10b和RM20a，对第1次开始接触载荷Pk1进行仿真计算，即Pk1=EbhM1e3(RM20a-RM10b)6L11RM20bRM10a;]]>式中，hM1e为第一级主簧的根部重叠部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，王炳超，赵雷雷，朱召辉，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