两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算方法技术

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接触载荷的验算方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据该渐变刚度钢板弹簧的各片主簧与第一级和第二级副簧的结构参数，弹性模量及初始切线弧高设计值，利用接触载荷与板簧曲率半径和初始切线弧高之间关系，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的进行验算。通过实例验算可知，本发明专利技术所提供的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算方法是正确的，为两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的特性仿真奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得到可靠各次接触载荷验算值，提高产品设计水平和性能及车辆行驶平顺性和安全性；同时，降低设计和试验测试费用，加快产品开发速度。

Checking method for contact load of two stage auxiliary spring type non equal frequency variable stiffness spring plate

The invention relates to a method for checking the contact load of a two stage auxiliary spring type unequal eccentric frequency type gradual rigidity spring plate, belonging to the technical field of suspension leaf spring. The invention can according to the structural parameters of the leaf spring of varying stiffness of the main spring and the first and second auxiliary spring, elastic modulus and initial tangent camber design value, the relationship between the contact load and the leaf curvature radius and initial tangent arc height, on the two side spring type non biased type variable stiffness spring contact load checking. Through the calculating example shows that the checking method provided by the invention two side spring type non biased type variable stiffness spring contact load is correct, lay and technical foundation for simulation two side spring type non biased type variable stiffness spring. We can use this method to get the reliable contact load calculation value, improve the ride comfort and safety level of product design and performance and vehicle; 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接触载荷的验算方法。
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，接触载荷不仅影响板簧的应力强度、渐变刚度和挠度，而且还影响悬架偏频及车辆行驶平顺性和安全性。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及挠度计算问题的制约，先前一直未能给出两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算方法，因此，不能满足车辆行业快速发展和悬架弹簧悬架现代化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接触载荷的验算方法，为两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧设计及现代化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接触载荷的验算方法，设计流程如图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，第i片主簧的主簧厚度为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j片一级副簧的厚度为hA1j＝hn+j，一半作用长度为LA1jT，一半夹紧长度LA1j＝Ln+j＝LA1jT-L0/2，j＝1,2,…,m1。主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+m1。第二级副簧片数为m2，其中，第k片副簧的厚度为hA2k＝hN1+k，一半作用长度为LA2kT，一半夹紧长度LA2k＝LN1+k＝LA2kT-L0/2，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。接触载荷不仅影响板簧的应力强度、渐变刚度和挠度，而且还影响悬架偏频及车辆行驶平顺性和安全性。根据该渐变刚度钢板弹簧的各片主簧与第一级和第二级副簧的结构参数，弹性模量及初始切线弧高设计值，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的进行验算，确保各次接触载荷满足板簧设计要求。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接触载荷的验算方法，其特征在于采用以下验算步骤：(1)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的主簧及各级副簧的曲率半径的计算：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，各片主簧厚度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，第一级副簧副簧初始切线弧高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(2)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第1次开始接触载荷Pk1的验算：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，主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n；步骤(1)的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进行验算，即式中，hMe为主簧根部重叠部分的等效厚度，(3)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第2次开始接触载荷Pk2的验算：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，主簧片数n，各片主簧的厚度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；步骤(1)的I步骤中计算得到的RM0b，II步骤中计算得到的RA10a，及步骤(2)中验算得到的Pk1，对第2次开始接触载荷Pk2进行验算，即式中，hMA1e为主簧和第一级副簧的根部重叠部分的等效厚度，(4)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第2次完全接触载荷Pw2的验算：根据步骤(2)中验算得到的Pk1，步骤(3)中验算得到的Pk2，对第2次完全接触载荷Pw2进行验算，即本专利技术比现有技术具有的优点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及挠度计算问题的制约，先前一直未能给出两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算方法，因此，不能满足车辆行业快速发展和悬架弹簧悬架现代化CAD设计及软件开发的要求。本专利技术可根据各片主簧和副簧的结构参数、初始切弧高设计值及骑马螺栓夹紧距，接触载荷与板簧曲率半径、挠度和初始切线弧高之间关系及各次接触载荷匹配设计原则，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷进行验算。通过实例验算可知，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接触载荷的验算方法是正确的，为两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的特性仿真计算及初始切线弧高、最大限位挠度和应力强度的校核计算，奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得到可靠的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧各次接触载荷验算值，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，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是两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算流程图；图2是两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的一半对称结构示意图。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：某两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，骑马螺栓夹紧距的一半L0＝50mm，弹性模量E＝200GPa。主副簧的总片数为N＝5，其中，主簧片数n＝3片，各片主簧的厚度h1＝h2＝h3＝8m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接触载荷的验算方法，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；将副簧设计为两级副簧，通过主簧和各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，弹性模量，初始切线弧高，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的进行验算，具体验算步骤如下：(1)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的主簧及各级副簧的曲率半径的计算：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，各片主簧厚度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，第一级副簧副簧初始切线弧高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;]]>(2)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第1次开始接触载荷Pk1的验算：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，主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n；步骤(1)的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进行验算，即Pk1=EbhMe3(RA10a-RM0b)6L1RM0bRA10a;]]>式中，hMe为主簧根部重叠部分的等效厚度，(3)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第2次开始接触载荷Pk2的验算：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，主簧片数n，各片主簧的厚度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；步骤(1)的I步骤中计算得到的RM0b，II步骤中计算得到的RA10a，及步骤(2)中验算得到的Pk1，对第2次开始接触载荷Pk2进行验算，即Pk2=Pk1+EbhMA1e3(RA20a-RA10b)6L1RA10bRA20a]]>式中，hMA1e为主簧和第一级副簧的根部重叠部分的等效厚度，(4)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第2次完全接触载荷Pw2的验算：根据步骤(2)中验算得到的Pk1，步骤(3)中验算得到的Pk2，对第2次完全接触载荷Pw2进行验算，即Pw2=Pk22Pk1.]]>...

【技术特征摘要】
1.两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算方法，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；将副簧设计为两级副簧，通过主簧和各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，弹性模量，初始切线弧高，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的进行验算，具体验算步骤如下：(1)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的主簧及各级副簧的曲率半径的计算：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，各片主簧厚度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，第一级副簧副簧初始切线弧高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...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，赵雷雷，于曰伟，汪晓，杨腾飞，邵明磊，王凤娟，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37