变截面钢板弹簧设计方法技术

本发明专利技术公开了一种变截面钢板弹簧设计方法，其属于钢板弹簧技术领域。它解决了现有技术中传统钢板弹簧在设计时存在的钢板弹簧的刚度、应力与实际生产出来的产品存在较大差异的缺陷。其包括以下步骤：S1：将钢板弹簧的结构分为平直段L0、根部过渡段L1‑

【技术实现步骤摘要】
变截面钢板弹簧设计方法


[0001]本专利技术属于钢板弹簧
，具体地说，尤其涉及一种变截面钢板弹簧设计方法。

技术介绍

[0002]由于用户对商用车舒适性的要求越来越高，主机厂对钢板弹簧应力、刚度要求精度越来越高，传统的设计方法存在天然误差，无法消除，当前已经难以满足主机厂日渐严苛的要求。
[0003]当前业内对变截面钢板弹簧进行等应力设计过程中，使其宽度b保持不变，根据等应力要求逐渐改变其厚度值。为了数学描述上更简单，将板簧截面简化为纯矩形，如图6所示。如此设计的钢板弹簧，其等应力段某一截面X处的应力σ
x
、厚度h
x
、宽度b、作用距离L
x
及其作用载荷P的数学关系为σ
x
＝6PL
x
/bh
x2
，该关系式正好符合抛物线的数学描述，因此业内又将变截面钢板弹簧称为抛物线钢板弹簧。但实际上，钢板弹簧截面并非图6所示纯矩形，而是根据原材料的不同，分为如图2和图3所示的两种截面。由于忽略圆角的影响，原有设计方法设计的钢板弹簧其刚度、应力与实际生产出来的产品存在较大差异，需要通过反复试验确定一修正系数用以修正设计方案，而这一过程又严重依赖于设计及生产经验，因此造成不同的设计人员、不同的生产厂家其设计方案不同，产品一致性也难以保证，同时难以满足当前主机厂对钢板弹簧刚度精度方面的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种变截面钢板弹簧设计方法，其应用此方法设计的变截面钢板弹簧，其应力值、刚度值与实际产品的应力值、刚度值偏差极小，其精度提高10％以上，最大程度保证了主机厂对钢板弹簧精度的高要求。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是采用以下技术方案实现的：
[0006]一种变截面钢板弹簧设计方法，包括以下步骤：
[0007]S1：将钢板弹簧的结构分为平直段L0、根部过渡段L1‑
L0、等应力段L2‑
L1、延伸段L3‑
L2、端部过渡段L4‑
L3、端部等厚度段L
‑
L4；
[0008]S2：获取基本参数，包括承受载荷P、板簧宽度b、有效长度L、平直段L0，根据钢板弹簧材料及应用环境，确定等应力段应力σ
x
＝σ；
[0009]S3：计算圆角r
x
和惯性矩I
x
；
[0010]S4：获取各点厚度的计算公式，并计算原材料厚度(即平直段L0段厚度)和根部过渡段L1‑
L0厚度；
[0011]S5：获取L2、L3、L4及端部厚度h5，延伸段L3‑
L2、端部过渡段L4‑
L3各点厚度对应的计算公式；
[0012]S6：获取钢板弹簧各位置处厚度的计算公式；
[0013]S7：计算板簧刚度。
[0014]优选地，当钢板弹簧截面为腰形孔形状时，圆角r
x
的计算公式为：
[0015][0016]惯性矩I
x
的计算公式为：
[0017][0018]其中，r
x
为截面圆角，h
x
为截面厚度。
[0019]优选地，根据弯曲应力公式可得，各点厚度的计算公式为：
[0020][0021]其中，公式(3)是关于h
x
的3次方程，其解不连续，因此将L
x
在0
‑
L范围内间隔一定距离依次计算，其解的集合即为各点的精确厚度；将L
x
＝0带入公式(3)中求解，由此计算所得结果根据原材料规格向上圆整即得原材料厚度h0；
[0022]根据板簧生产设备能力，确定L1，将其带入公式(3)求得此处厚度h1，根部过渡段L1‑
L0段内各点厚度的计算公式为：
[0023][0024]其中，L
x
在[L0，L1]范围内间隔一定距离依次计算即可得到L1‑
L0段各点的集合。
[0025]优选地，根据钢板弹簧生产设备能力，依次获取L2、L3、L4及端部厚度h5，延伸段L3‑
L2、端部过渡段L4‑
L3各点厚度对应的计算公式为：
[0026][0027][0028]优选地，钢板弹簧各位置处厚度的计算公式为：
[0029][0030]其中，按照公式(7)间隔一定距离依次计算，即可获得变截面钢板弹簧各位置处的精确厚度；
[0031]根据材料力学莫氏定理，可求出各段在载荷P作用下的变形量，其计算公式为：
[0032][0033]总变形δ的计算公式为：
[0034]δ＝δ0+δ1+δ2+δ3+δ4+δ
5 (9)
[0035]板簧总刚度K的计算公式为：
[0036][0037]其中，n为等应力段厚度计算过程中的间隔数，m为板簧片数。
[0038]优选地，当钢板弹簧截面为圆角矩形时，钢板弹簧圆角r
x
的计算公式为：
[0039][0040]惯性矩I
x
的计算公式为：
[0041][0042]其中，k为实际测量所得修正系数，r
x
为截面圆角，h
x
为截面厚度，r0为原材料截面圆角，h0为原材料截面厚度。
[0043]优选地，根据公式粗略估算原材料厚度，结果向上圆整，根据市场上原材料规格确定圆角r0；
[0044]根据弯曲应力公式可得，等应力段L2‑
L1各点厚度的计算公式为：
[0045][0046]根据板簧生产设备能力，确定L1，将其带入公式(12)求得此处厚度h1，根部过渡段L1‑
L0内各点厚度的计算公式为：
[0047][0048]其中，L
x
在L0‑
L1范围内间隔一定距离依次计算即可得到此段各点的集合。
[0049]优选地，根据钢板弹簧生产设备能力，依次获取L2、L3、L4及端部厚度h5，延伸段L3‑
L2、端部过渡段L4‑
L3各点厚度对应的计算公式为：
[0050][0051][0052]优选地，钢板弹簧各位置处厚度的计算公式为：
[0053][0054]其中，按照公式(17)间隔一定距离依次计算，即可获得变截面钢板弹簧各位置处的精确厚度。
[0055]优选地，根据材料力学莫氏定理，可求出各段在载荷P作用下的变形量，其计算公式为：
[0056][0057]总变形δ的计算公式为：
[0058]δ＝δ0+δ1+δ2+δ3+δ4+δ5ꢀꢀꢀ
(18)
[0059]板簧总刚度K的计算公式为：
[0060][0061]其中，n为等应力段厚度计算过程中的间隔数，m为板簧片数。
[0062]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0063]1、本专利技术针对钢板弹簧截面为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变截面钢板弹簧设计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：将钢板弹簧的结构分为平直段L0、根部过渡段L1‑
L0、等应力段L2‑
L1、延伸段L3‑
L2、端部过渡段L4‑
L3、端部等厚度段L
‑
L4；S2：获取基本参数，包括承受载荷P、板簧宽度b、有效长度L、平直段L0，根据钢板弹簧材料及应用环境，确定等应力段应力σ
x
＝σ；S3：计算圆角r
x
和惯性矩I
x
；S4：获取各点厚度的计算公式，并计算原材料厚度(即平直段L0段厚度)和根部过渡段L1‑
L0厚度；S5：获取L2、L3、L4及端部厚度h5，延伸段L3‑
L2、端部过渡段L4‑
L3各点厚度对应的计算公式；S6：获取钢板弹簧各位置处厚度的计算公式；S7：计算板簧刚度。2.根据权利要求1所述的变截面钢板弹簧设计方法，其特征在于：当钢板弹簧截面为腰形孔形状时，圆角r
x
的计算公式为：惯性矩I
x
的计算公式为：其中，r
x
为截面圆角，h
x
为截面厚度。3.根据权利要求2所述的变截面钢板弹簧设计方法，其特征在于：根据弯曲应力公式可得，各点厚度的计算公式为：其中，公式(3)是关于h
x
的3次方程，其解不连续，因此将L
x
在0
‑
L范围内间隔一定距离依次计算，其解的集合即为各点的精确厚度；将L
x
＝0带入公式(3)中求解，由此计算所得结果根据原材料规格向上圆整即得原材料厚度h0；根据板簧生产设备能力，确定L1，将其带入公式(3)求得此处厚度h1，根部过渡段L1‑
L0段内各点厚度的计算公式为：其中，L
x
在[L0，L1]范围内间隔一定距离依次计算即可得到L1‑
L0段各点的集合。4.根据权利要求3所述的变截面钢板弹簧设计方法，其特征在于：根据钢板弹簧生产设备能力，依次获取L2、L3、L4及端部厚度h5，延伸段L3‑
L2、端部过渡段L4‑
L3各点厚度对应的计算公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩恒，张振翀，马金秋，郭兴龙，杜会军，于修水，张冬，马艳超，季长兴，许烨，王建军，
申请(专利权)人：淄博国创中心先进车用材料技术创新中心，
类型：发明
国别省市：