三级渐变刚度板簧等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法制造技术

本发明专利技术涉及三级渐变刚度板簧等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，属于悬架渐变刚度板簧技术领域。本发明专利技术可根据主簧的片数和各级副簧的片数，主簧和各级副簧的各片板簧的结构参数，第1次、第2次和第3次开始接触载荷，额定载荷，及首片主簧在额定载荷下的许用应力，对三级渐变刚度板簧的各片等厚主簧的预夹紧应力进行匹配设计。通过样机试验可知，本发明专利技术所提供的三级渐变刚度板簧等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法是正确的，为三级渐变刚度板簧的各片等厚主簧自由切线弧高的设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法可确保各片主簧的预夹紧应力满足设计要求，提高产品的设计水平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。

【技术实现步骤摘要】
三级渐变刚度板簧等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法
本专利技术涉及车辆悬架渐变刚度板簧，特别是三级渐变刚度板簧等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法。
技术介绍
为了满足在不同载荷下的车辆行驶平顺性的设计要求，可采用三级渐变刚度板簧，即在主簧末片与第一级副簧首片之间、第一级副簧末片与第二级副簧首片之间、及第二级副簧末片与第三级副簧首片之间，设计有三级渐变间隙，其中，应用最为广泛的是等厚主簧式三级渐变刚度板簧，即主簧各片厚度相等。为了提高主簧强度和使用寿命，通过各片主簧各自不同的自由切线弧高，确保板簧装配夹紧后的主簧初始切线弧高及夹紧刚度特性满足设计要求；同时，使首片或前几片主簧受预夹紧压应力，而末片或后几片主簧受预夹紧拉应力，提高板簧可靠性和使用寿命。各片等厚主簧预夹紧应力的匹配设计，不仅影响各片主簧的预夹紧应力及车辆行驶平顺性和安全性，同时，还是各片等厚主簧自由切线弧高设计的前提。然而，据所查资料可知，由于受主簧及其与各级副簧的根部重叠部分等效厚度计算及各片主簧之间的预夹紧应力之差计算的制约，先前国内外一直未曾给出准确可靠的三级渐变刚度板簧等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，不能满足车辆快速发展及对悬架三级渐变刚度板簧现代化CAD设计的要求。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对三级渐变刚度板簧各片等厚主簧设计提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的三级渐变刚度板簧等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，为三级渐变刚度板簧各片等厚主簧自由切线弧高的设计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三级渐变刚度板簧设计的要求，提高产品的设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，降低产品的设计及试验费用，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、可靠的三级渐变刚度板簧等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，其匹配设计流程图，如图1所示。三级渐变刚度板簧等厚主簧、第一级、第二级和第三级副簧的一半对称夹紧结构示意图，如图2所示，是由主簧1、第一级副簧2、第二级副簧3、第三级副簧4构成。三级渐变刚度板簧板簧的宽度为b，弹性模量为E，骑马螺栓夹紧的根部平直段的一半长度为L0。主簧1的片数为n，各片主簧的厚度相等，即等厚式叠加主簧，各片主簧的厚度为h，各片主簧的一半作用长度为LiT，i＝1,2,…,n。第一级副簧2的片数为n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，第一级副簧各片的一半作用长度为LA1jT，j＝1,2,…,n1。第二级副簧3的片数为n2，第二级副簧各片的厚度hA2k，第二级副簧各片的一半作用长度为LA2kT，k＝1,2,…,n2。第三级副簧4的片数为n3，第三级副簧各片的厚度hA3l，第三级副簧各片的一半作用长度为LA3lT，l＝1,2,…,n3。三级渐变刚度板簧装配夹紧之后，首片主簧的初始切线弧高为HgC1，第一级副簧首片板簧的初始切线弧高为HgA1C，第二级副簧首片板簧的初始切线弧高为HgA2C，第三级副簧首片板簧的初始切线弧高为HgA3C，并且在末片主簧与第一级副簧首片之间、第一级副簧末片与第二级副簧首片之间、及第二级副簧末片与第三级副簧首片之间，形成三级渐变间隙δMA1、δA12和δA23，从而满足板簧渐变刚度的设计要求。通过各片等厚主簧的各自不同自由切线弧高及自由曲率半径，确保板簧装配夹紧后的首片主簧初始切线弧高满足和各片主簧预夹紧应力满足设计要求。根据主簧片数，第一级、第二级和第三级副簧的片数，主簧、第一级、第二级和第二级副簧的各片板簧的结构参数，第1次、第2次和第3次开始接触载荷，额定载荷，首片主簧在额定载荷下的许用应力，对三级渐变刚度板簧的各片等厚主簧的预夹紧应力进行匹配设计，为各片等厚主簧自由切线弧高设计奠定可靠的技术基础。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的三级渐变刚度板簧等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，其特征在于采用以下匹配设计步骤：(1)主簧及其与各级副簧的根部重叠部分等效厚度hMe、hMA1e、hMA2e、hMA3e的计算：根据主簧片数n,各片等厚主簧的厚度h；第一级副簧的片数n1，第一级副簧的各片板簧厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧片数n2,第二级副簧的各片板簧厚度hA2k，k＝1,2,…,n2；第三级副簧片数n3,第三级副簧片数的各片板簧厚度hA3l，j＝1,2,…,n3；对主簧及其与第一级、第二级和第三级副簧的根部重叠部分等效厚度hMe、hMA1e、hMA2e和hMA3e进行计算，即：(2)三级渐变刚度板簧的首片主簧根部最大应力σmax1的计算：根据三级渐变刚度板簧的宽度b，根部平直段的一半长度L0，首片主簧的厚度h，首片主簧的一半作用长度L1T；第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，第3次开始接触载荷Pk3，额定载荷PN，步骤(1)中计算得到的hMe、hMA1e、hMA2e和hMA3e，对三级渐变刚度板簧在额定载荷下的首片主簧最大根部应力σmax1进行计算，即(3)三级渐变刚度板簧的各片主簧之间预夹紧应力之差Δσ的确定:根据主簧片数n，各片主簧的厚度h，首片主簧在额度载荷下的许用应力[σ1]，步骤(2)中计算得到的σmax1，对三级渐变刚度板簧的各片主簧之间预夹紧应力之差Δσ进行确定，即(4)三级渐变刚度板簧的各片等厚主簧预夹紧应力σi的匹配设计:根据主簧片数n，首片主簧在额度载荷下的许用应力[σ1]，步骤(2)中计算得到的σmax1，步骤(3)中所确定的Δσ，对三级渐变刚度板簧的各片等厚度主簧的预夹紧应力σi进行匹配设计i＝1,2,…,n，即σi＝([σ1]-σmax1)+(i-1)Δσ，i＝1,2,…,n。本专利技术比现有技术具有的优点对于三级渐变刚度板簧各片等厚主簧预夹紧应力，由于受主簧及其与各级副簧的根部重叠部分等效厚度计算及各片主簧之间的预夹紧应力之差计算的制约，先前国内外一直未曾给出准确可靠的三级渐变刚度板簧等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，不能满足车辆快速发展及对悬架三级渐变刚度板簧现代化CAD设计的要求。本专利技术可根据主簧的片数，第一级、第二级和第三级副簧的片数，各片主簧和各级副簧的结构参数，额定载荷，及首片主簧在额定载荷下的许用应力，对三级渐变刚度板簧的各片等厚主簧的预夹紧应力进行匹配设计。通过样机试验测试可知，本专利技术所提供的三级渐变刚度板簧等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法是正确的，可得到准确可靠的各片等厚主簧预夹紧应力的匹配设计值，为三级渐变刚度板簧的各片等厚主簧预夹紧应力的匹配设计提供了可靠的技术方法，并且为各片等厚主簧自由切线弧高的设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法可确保三级渐变刚度板簧装配夹紧后的各片等厚主簧的预夹紧应力和首片主簧的初始切线弧高的满足设计要求，从而提高产品的设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，降低产品的设计及试验费用，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是三级渐变刚度板簧等厚主簧预夹紧应力的匹配设计流程图；图2是三级渐变刚度板簧等厚主簧、第一级、第二级和第三级副簧的一半对称夹紧结构示意图。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。实施例一，某三级渐变刚度板簧的宽度b＝60mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三级渐变刚度板簧等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，其中，三级渐变刚度板簧由主簧，第一级、第二级和第三级副簧构成，根部平直段用于骑马螺栓装配夹紧，板簧装配夹紧后在主簧与各级副簧之间形成三级渐变间隙，满足板簧三级渐变刚度的要求；各片主簧厚度相等，即等厚叠加主簧；各片主簧预夹紧应力的匹配设计是各片主簧自由切线弧高设计的前提；根据主簧片数，第一级、第二级和第三级副簧的片数，主簧、第一级、第二级和第二级副簧的各片板簧的结构参数，第1次、第2次和第3次开始接触载荷，额定载荷，首片主簧在额定载荷下的许用应力，对三级渐变刚度板簧的各片等厚主簧的预夹紧应力进行匹配设计，其特征在于采用以下具体匹配设计步骤：(1)主簧及其与各级副簧的根部重叠部分等效厚度hMe、hMA1e、hMA2e、hMA3e的计算：根据主簧片数n,各片等厚主簧的厚度h；第一级副簧的片数n1，第一级副簧的各片板簧厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧片数n2,第二级副簧的各片板簧厚度hA2k，k＝1,2,…,n2；第三级副簧片数n3,第三级副簧片数的各片板簧厚度hA3l，j＝1,2,…,n3；对主簧及其与第一级、第二级和第三级副簧的根部重叠部分等效厚度hMe、hMA1e、hMA2e和hMA3e进行计算，即：...

【技术特征摘要】
1.三级渐变刚度板簧等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，其中，三级渐变刚度板簧由主簧，第一级、第二级和第三级副簧构成，根部平直段用于骑马螺栓装配夹紧，板簧装配夹紧后在主簧与各级副簧之间形成三级渐变间隙，满足板簧三级渐变刚度的要求；各片主簧厚度相等，即等厚叠加主簧；各片主簧预夹紧应力的匹配设计是各片主簧自由切线弧高设计的前提；根据主簧片数，第一级、第二级和第三级副簧的片数，主簧、第一级、第二级和第二级副簧的各片板簧的结构参数，第1次、第2次和第3次开始接触载荷，额定载荷，首片主簧在额定载荷下的许用应力，对三级渐变刚度板簧的各片等厚主簧的预夹紧应力进行匹配设计，其特征在于采用以下具体匹配设计步骤：(1)主簧及其与各级副簧的根部重叠部分等效厚度hMe、hMA1e、hMA2e、hMA3e的计算：根据主簧片数n,各片等厚主簧的厚度h；第一级副簧的片数n1，第一级副簧的各片板簧厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧片数n2,第二级副簧的各片板簧厚度hA2k，k＝1,2,…,n2；第三级副簧片数n3,第三级副簧片数的各片板簧厚度hA3l，j＝1,2,…,n3；对主簧及其与第一级、第二级和第三级副簧的根部重叠部分等效...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，赵雷雷，毛少坊，于曰伟，汪晓，杨铖兆，李晓晗，杨腾飞，梁宇通，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37