卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度的计算方法技术

本发明专利技术属于卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度计算技术领域，具体涉及一种卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度的计算方法。本发明专利技术可根据卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的结构参数和材料特性参数，在考虑卵形截面质心坐标偏移量的情况下，对卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的垂向刚度进行计算。通过样机的ANSYS仿真和试验验证可知，利用方法可得到准确、可靠的卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度的计算值，确保垂向刚度满足设计要求，且为卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧及关键参数设计奠定可靠的技术基础，从而提高产品设计水平和性能及车辆行驶的平稳性和安全性；同时，还降低设计及试验费用，加快产品开发速度。加快产品开发速度。加快产品开发速度。

【技术实现步骤摘要】
卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度的计算方法


[0001]本专利技术涉及一种卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度的计算方法，属于卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度计算


技术介绍

[0002]随着车辆的快速发展及行驶速度的不断提高，对车辆悬架弹簧的性能及设计提出了更高的要求。为了满足螺旋弹簧应力强度和安装空间的设计要求，有时会采用卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧。然而，由于丝径截面为卵形截面，且中径随极角位置而变化，因此，卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的垂向刚度计算非常复杂。据所查资料可知，目前国内外一直未曾给出准确、可靠的卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度的计算方法。随着车辆行驶速度及对行驶平稳性和安全性要求的不断提高，对车辆悬架弹簧设计提出了更高的要求，必须满足螺旋弹簧安装和垂向刚度的设计要求。因此，必须建立一种准确、可靠的卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度的计算方法，为卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧及关键参数设计奠定可靠的技术基础，从而提高产品的正向开发设计能力、设计水平、可靠性和使用寿命，满足车辆行驶平顺性和安全性的要求；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

[0003]根据以上现有技术中的不足，本专利技术的目的在于：提供一种卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度的计算方法，可准确、可靠的计算出卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的垂向刚度，其计算流程图，如图1所示。
[0004]本专利技术所述的卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度的计算方法，卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的丝径卵形截面的示意图，如图2所示，卵形截面可看作是由一半椭圆和一半圆组合而成的，半圆的半径等于椭圆的短半轴，即卵形截面的长半轴b，卵形截面的短半轴为a,o为半圆圆心，ox为卵形截面的质心，以卵形截面的质心ox为坐标原点，建立丝径卵形截面的坐标系，其中，x0为卵形截面质心的坐标偏移量，D1和D2分别为截锥型螺旋弹簧首端和末端的卵形截面的半圆圆心的中径，即首端中径D1和末端中径D2。卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的结构及参数符号的示意图，如图3所示，截锥型螺旋弹簧首端的圆心为原点O，以首端原点O到丝径的有效起始点为X轴，以首端原点O到末端中径圆心为Z轴，建立截锥型螺旋弹簧的坐标系,螺旋弹簧的有效高度H0，升角为α，D1x和D2x分别为在考虑截面质心坐标偏移量x0下的截锥型螺旋弹簧的首端有效中径D1x和末端有效中径D2x。螺旋弹簧的弹性模量E，泊松比μ，剪切模量G。根据卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的结构参数，弹性模量，泊松比，剪切模量，对卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的垂向刚度进行计算，确保卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的垂向刚度满足车辆悬架的设计要求。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所提供的一种卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度的计算方法，采用了以下计算步骤：
[0006](1)卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的升角α的计算：
[0007]根据卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的有效圈数n，有效高度H0，截锥型螺旋弹簧的首端中径D1，末端中径D2，对卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的升角α进行计算，即
[0008][0009]式中，LC为n圈丝径在水平投影平面内的总圆弧长度，
[0010](2)螺旋弹簧丝径卵形截面的质心坐标偏移量x0的计算：
[0011]根据丝径卵形截面的长半轴b，短半轴a，对丝径卵形截面的质心坐标偏移量x0进行计算，即
[0012][0013](3)螺旋弹簧丝径卵形截面的惯性矩Ib和极惯性矩Ip的计算：
[0014]根据丝径卵形截面的长半轴b，短半轴a，步骤(2)中计算得到的x0，对丝径卵形截面的惯性矩Ib和极惯性矩Ip进行计算，即
[0015][0016][0017](4)卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的垂向柔度Rdz的计算：
[0018]步骤I：卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的首端和末端的有效中径D1x和D2x的计算
[0019]根据卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的截锥型螺旋弹簧的首端中径D1，末端中径D2，及步骤(2)中计算得到的卵形截面的质心坐标偏移量x0，对在考虑截面质心坐标偏移量x0下的卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的首端和末端的有效中径D1x和D2x进行计算，即D1x＝D1
‑
2x0，
[0020]D2x＝D2
‑
2x0。
[0021]步骤II：卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的垂向柔度Rdz的计算
[0022]根据卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的有效圈数n，弹性模量E，剪切模量G,步骤(1)中计算得到的α，步骤(2)中计算得到的x0，步骤(3)中计算得到的Ib和Ip，及I步骤中计算得到的D1x和D2x，对卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的垂向柔度Rdz进行计算，即
[0023][0024](5)卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的垂向刚度Kz的计算：
[0025]根据步骤(4)中计算得到的Rdz，对卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的垂向刚度Kz进行计算，即
[0026][0027]本专利技术与现有技术相比所具有的有益效果是：
[0028]本专利技术所述的卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度的计算方法，可根据卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的结构参数和材料特性参数，即根据卵形丝径截面的长半轴和短半轴、有效圈数、有效高度、截锥型螺旋弹簧的首端中径和末端中径、螺旋弹簧材料的弹性模量、泊松比和剪切模量，在考虑卵形丝径截面的质心坐标偏移量的情况下，对卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的垂向刚度进行计算；通过样机的ANSYS仿真和试验验证可知，利用方法可得到准确、可靠的卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度的计算值，确保卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的垂向刚度满足设计要求，可提高产品的正向开发设计能力、设计水平和性能，提高车辆行驶平顺性；同时，还降低设计及试验费用，加快产品开发速度。
附图说明
[0029]图1是卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度的计算流程图；
[0030]图2是卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧丝径的卵形截面的示意图；
[0031]图3是卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的结构及参数符号的示意图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图对本专利技术的实施例做进一步描述：
[0033]实施例1：
[0034]如图1至图3所示，某悬架弹簧，为了满足安装的要求，采用卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧。其中，截锥型螺旋弹簧的首端中径D1＝100mm，末端中径D2＝130mm，丝径卵形截面的长半轴b＝7.0mm，短半轴a＝5.5mm，有效圈数n＝4.5，有效高度H0＝350mm，弹性模量E＝206GPa，泊松比μ＝0.3，剪切模量根据卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的结构参数，弹性模量，泊松比，剪切模量，对该卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的垂向刚度进行计算。
[0035]本专利技术实例所提供的卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度的计算方法，其计算的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧垂向刚度的计算方法，其中，丝径的截面为卵形，可看作是由一半圆和一半椭圆所构成的，且螺旋弹簧首端的中径和末端的中径不相等，即卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧；根据卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的结构参数和材料特性参数，对卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的垂向刚度进行计算，其特征在于，计算步骤如下：(1)卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的升角α的计算：根据卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的有效圈数n，有效高度H0，截锥型螺旋弹簧的首端中径D1，末端中径D2，对卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的升角α进行计算，即式中，L
C
为n圈丝径在水平投影平面内的总圆弧长度，(2)螺旋弹簧丝径卵形截面的质心坐标偏移量x0的计算：根据丝径卵形截面的长半轴b，短半轴a，对丝径卵形截面的质心坐标偏移量x0进行计算，即(3)螺旋弹簧丝径卵形截面的惯性矩I
b
和极惯性矩I
p
的计算：根据丝径卵形截面的长半轴b，短半轴a，步骤(2)中计算得到的x0，对丝径卵形截面的惯性矩I
b
和极惯性矩I
p
进行计算，即进行计算，即(4)卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的垂向柔度R
dz
的计算：步骤I：卵形截面丝径式截锥型螺旋弹簧的首端和末端的有效中径D
1x

【专利技术属性】
技术研发人员：穆波，周长城，朱士超，周超，王靖业，耿向明，张晓杰，
申请(专利权)人：山东星泉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：