[发明专利]端部和根部加强型少片变截面钢板弹簧的设计方法

说明书

本发明涉及端部和根部加强型少片变截面钢板弹簧的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据钢板弹簧的结构、设计刚度、根部和端部的斜线段厚度比、及初选抛物线段厚度比，首先确定出等效单片的根部厚度h_e，并根据许用应力，确定出根部最大许用厚度[h₂]；然后，根据h_e和[h₂]，对少片变截面钢板弹簧片数N和根部厚度h₂进行设计；随后，根据等效单片的端部厚度βh_e，对各片端部平直段的厚度和长度分别进行设计。通过ANSYS仿真验证可知，利用方法可得到准确的端部和根部加强型少片变截面弹簧的参数设计值，提高产品设计水平和性能，降低弹簧重量，提高车辆行驶平顺性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

技术领域

本发明涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是端部和根部加强型少片变截面钢板弹簧的设计方法。

背景技术

少片变截面钢板弹簧与多片叠加钢板弹簧相比，由于其受力合理，应力载荷趋于均衡，并且节省材料和成本，实现车辆轻量化，降低车轮动载，提高车辆行驶安全性，同时还节省燃油，提高车辆运输效率，因此具有良好的经济效益和社会效益，国外已经得到了推广应用。对于少片变截面钢板弹簧，通常在根部平直段与抛物线段之间，以及端部平直段与抛物线之间，各增设一斜线段，即采用端部和根部加强型的少片变截面钢板弹簧，这样不仅可降低弹簧的应力，提高其应力强度，同时，还可进一步满足刚度精确设计值，而且还可便于抛物线段的加工，改善其加工工艺性。尽管先前曾有人给出了少片抛物线型变截面钢板弹簧的设计方法，例如，彭莫和高军曾在《汽车工程》第14卷第3期，提出了变断面钢板弹簧的设计计算方法，该方法只能对端部和根部未加强，且端部等构的少片抛物线型变截面钢板弹簧进行设计，其不足之处是不能满足端部和根部加强型少片变截面钢板弹簧的设计要求。

对于端部和根部加强型少片变截面钢板弹簧，由于受变形、刚度计算理论以及少片变截面钢板弹簧等效厚度及拆分设计理论的制约，至今尚未给出一直简便、准确、可靠的设计方法，目前大都是忽略端部和根部加强斜线段的影响，将斜线段直接近似看作抛物线段，对端部和根部加强型少片变截面钢板弹簧进行近似设计，因此，很难得到准确可靠的参数设计值。随着计算机及有限元仿真软件的仿真，目前尽管有人曾对端部和根部加强型少片变截面钢板弹簧采用ANSYS建模仿真法，但是该方法仅能对给定设计结构的端部和根部加强型少片变截面钢板弹簧的变形或刚度进行仿真验证，不能提供精确的解析设计式，更不能满足车辆快速发展及对悬架钢板弹簧现代化CAD设计软件开发的要求。

因此，必须建立一种精确、可靠的端部和根部加强型少片变截面钢板弹簧的设计方法，满足车辆行业快速发展及对悬架钢板弹簧精确设计的要求，提高少片变截面钢板弹簧的设计水平和性能，提高车辆行驶平顺性和安全性；同时，降低弹簧质量及成本，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

发明内容