基于偏频仿真的两级主簧式渐变刚度板簧接触载荷调整设计法制造技术

本发明专利技术涉及基于偏频仿真的两级主簧式渐变刚度板簧接触载荷调整设计法，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和第二级主簧及副簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，初始切线弧高，各级夹紧刚度，空载载荷和额定载荷，悬架偏频设计要求值，在各次接触载荷和悬架偏频仿真计算的基础上，对接触载荷进行调整设计。通过样机的车辆行驶平顺性试验可知，本发明专利技术所提供的基于偏频仿真的两级主簧式渐变刚度板簧接触载荷调整设计法是正确的，为基于偏频仿真的接触载荷调整设计提供了可靠的技术方法。利用该方法可确保满足悬架偏频的设计要求；同时，提高产品设计水平和性能及车辆行驶平顺性，降低产品设计及试验费，夹紧快开发速度。

【技术实现步骤摘要】
基于偏频仿真的两级主簧式渐变刚度板簧接触载荷调整设计法
本专利技术涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是基于偏频仿真的两级主簧式渐变刚度板簧接触载荷调整设计法。
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，可将原一级渐变刚度板簧的主簧拆分为两级主簧，即两级主簧式渐变刚度板簧；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，即两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧，其中，悬架系统在不同载荷下的偏频特性不仅与各片板簧的结构、夹紧刚度及载荷有关，而且与各次接触载荷及渐变夹紧刚度有关，并且影响车辆行驶平顺性和安全性。对给定设计结构的两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧是否满足悬架偏频设计要求，需要根据结构及载荷对悬架系统偏频特性进行仿真验证，并在此基础上以悬架渐变偏频设计要求值为目标，对各次接触载荷进行调整设计。然而，由于受两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的渐变夹紧刚度和接触载荷及悬架偏频仿真计算问题的制约，先前一直未能给出基于偏频仿真的两级主簧式渐变刚度板簧接触载荷调整设计法，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系统提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的基于偏频仿真的两级主簧式渐变刚度板簧接触载荷调整设计法，为两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧悬架系统设计及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悬架系统的设计水平和性能及车辆行驶平顺性；同时，降低设计及试验费用，夹紧快产品开发速度。
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、可靠的基于偏频仿真的两级主簧式渐变刚度板簧接触载荷调整设计法，调整设计流程如图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。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，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＝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。第一级主簧的夹紧刚度为KM1，第一级和第二级主簧的复合夹紧刚度为KM2，主副簧的总复合夹紧刚度为KMA。根据各片板簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，初始切线弧高，空载载荷和额定载荷，在接触载荷仿真计算的基础上，以悬架渐变偏频设计要求值为目标，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧悬架的接触载荷进行调整设计。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的基于偏频仿真的两级主簧式渐变刚度板簧接触载荷调整设计法，其特征在于采用以下调整设计步骤：(1)两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的各级板簧初始曲率半径的计算：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，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IV步骤：副簧首片上表面的曲率半径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Pk1、Pk2和Pw2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的等效厚度，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；第一级主簧首片的一半夹紧跨长度L11，第二级主簧片数n2，第二级主簧各片的厚度h2j，j＝1,2,…,n2；及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为第一级主簧与第二级主簧的根部重叠部分的等效厚度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，对第2次完全接触载荷Pw2进行验算，即(3)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧悬架系统的偏频特性的仿真计算：根据第一级主簧的夹紧刚度KM1，主副簧的总复合夹紧刚度KMA，空载载荷P0，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型渐变刚度板簧悬架系统在不同载荷下的偏频特性进行仿真计算，即式中，g为重力加速度，g＝9.8m/s2。(4)基于偏频仿真的两级主簧式渐变刚度板簧的各次接触载荷的调整设计：根据步骤(3)中仿真计算所得到的在第1次接触载荷、第2次开始接触载荷和第2次完全接触载荷下的悬架偏频f0k1、f0k2和f0w2值，与设计要求值f0I进行比较；如果悬架偏频仿真计算值f0k1、f0k2和f0w2高于设计要求值f0I，可根据第一级主簧的夹紧刚度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，以悬架偏频设计要求值f0I为目标，对第各次接触载荷进行调整设计，即本专利技术比现有技术具有的优点由于受两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的渐变夹紧刚度和接触载荷仿真计算的制约，先前一直未能给出基于偏频仿真的两级主簧式渐变刚度板簧接触载荷调整设计法，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。本专利技术可根据各片第一级本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于偏频仿真的两级主簧式渐变刚度板簧接触载荷调整设计法，其中，各片板簧以中心栓孔为中心的对称结构，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，初始切线弧高，空载载荷和额定载荷，在接触载荷和悬架偏频仿真计算的基础上，以悬架偏频设计要求值为目标，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧悬架系统的接触载荷进行调整设计，具体调整设计步骤如下：(1)两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的各级板簧初始曲率半径的计算：I步骤：第一级主簧末片下表面初始曲率半径R

【技术特征摘要】
1.基于偏频仿真的两级主簧式渐变刚度板簧接触载荷调整设计法，其中，各片板簧以中心栓孔为中心的对称结构，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，初始切线弧高，空载载荷和额定载荷，在接触载荷和悬架偏频仿真计算的基础上，以悬架偏频设计要求值为目标，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧悬架系统的接触载荷进行调整设计，具体调整设计步骤如下：(1)两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的各级板簧初始曲率半径的计算：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，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IV步骤：副簧首片上表面的曲率半径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Pk1、Pk2和Pw2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

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，赵雷雷，刘灿昌，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