[发明专利]一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法

权利要求书

1.一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1)提出少片钢板弹簧片间摩擦系数计算模型；

2)对少片钢板弹簧片间静摩擦系数计算模型建模；

3)基于摩擦功对少片钢板弹簧片间静摩擦系数计算求解；

4)对少片钢板弹簧的变形运动学进行分析；

5)得到一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法；

经过上述步骤，完成对载货汽车少片钢板弹簧的片间摩擦系数计算模型建模，得到一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法；

所述步骤1)中，是忽略钢板弹簧由夹具或其他约束体等所产生的摩擦损耗，对一般干摩擦而言，其摩擦系数μ随滑动速度的增大而减小，则少片钢板弹簧片间摩擦系数计算模型为：

上述公式(1)中，μ₀为静摩擦系数；为板簧相对变形速度；β为摩擦系数随滑动速度变化曲线的斜率角度；

所述步骤2)中，是对步骤1)中的计算模型中的少片钢板弹簧片间静摩擦系数μ₀计算模型进行建模，具体是通过力学分析和几何结构分析的方法得到了钢板弹簧片间正应力以及片间相对变形量的计算公式；根据片间摩擦力做功原理，得到一种在加载振幅和频率较小的工况下板簧片间摩擦力做功的计算公式；根据能量转换关系，推导出板簧在静载压缩下摩擦功的计算公式；根据摩擦功相等原理，得到少片钢板弹簧片间静摩擦系数μ₀计算公式为：

上述公式(2)中，P为加载的载荷；X为板簧在外载荷P的作用下产生的变形量；m为板簧的质量；F_N为板簧两端部片间正应力之和；Y为板簧一端总的滑移量；

所述步骤3)中，是对步骤2)中两种基于摩擦功少片钢板弹簧片间静摩擦系数计算求解：基于力学法板簧片间摩擦功计算模型，根据力学分析的方法，得到了钢板弹簧片间正应力的计算公式为：

上述公式(3)中，K_静为板簧静刚度；a为主片簧自由状态下弧高；b为副片簧自由状态下弧高；P为加载的载荷；

根据几何结构分析的方法得到了钢板弹簧片间相对变形量的计算公式，具体是：

主片簧在振幅从-A到A的过程中其下表面的压缩量为：

副片簧在振幅从-A到A的过程中其上表面的拉伸量为：

则一端总的滑移量为：

上述公式(6)中：L₁为板簧主片长；L₂为板簧副片长；s为板簧中部片厚；r₁为振幅在-A时，板簧主片簧的曲率半径；r₂为振幅在A时，板簧主片簧的曲率半径；

根据片间摩擦力做功原理，可得到一种在加载振幅和频率较小的工况下板簧片间摩擦力做功的计算公式，板簧片间接触处的摩擦系数为静摩擦系数μ₀，一个周期内两端部片间滑移量均为2Y，端部片间正应力均为F_N/2，则一个周期内摩擦力所做的功Ws为：

基于能量法板簧片间摩擦力做功计算模型，静载压缩时钢板弹簧会发生一定的变形，静载荷对钢板弹簧做的功一部分用于移动簧载质量，包括簧载质量的动能和势能，还有一部分则用来克服摩擦力做功，根据能量守恒定律，少片板簧静载压缩下的摩擦功计算方法如下：

E_f＝E_总-U_L-E_k (8)

上述式(8)中，E_f为少片簧摩擦力做功的理论值；E_总为静载荷对板簧总成所做的外力功；U_L为板簧质量的势能；E_k为板簧质量的动能；

在实际工况中，钢板弹簧静刚度的变化非常小，可视为恒定，外载荷从0增加到P，外力是线性变化的，将外载荷P对板簧所做外力功等效为1/2P的外力对板簧所做恒力功，则

通过弯曲梁理论可知，板簧在较小激励工况下片间摩擦行为和静载压缩下片间摩擦行为基本一致，通过建立摩擦功的相等关系，可以得到板簧的静摩擦系数为：

W_s＝E_f (12)