[发明专利]非端部接触式少片斜线型主副簧各片强度的校核方法

摘要

本发明涉及非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧强度的校核方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量、许用应力、副簧起作用载荷及主副簧承受所受的最大载荷，对各片主簧和副簧的应力强度进行校核。通过实例及仿真验证可知，该发明所提供的非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧强度的校核方法是正确的，利用该方法可得到准确可靠的各片主簧和副簧的应力强度校核值，可提高非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的设计水平、产品质量和使用寿命及车辆行驶平顺性；同时，还可降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

主权项

非端部接触式少片斜线型主副簧各片强度的校核方法，其中，少片斜线型变截面主副簧的一半对称结构是由根部平直段、斜线段和端部平直段3段构成；各片主簧的端部平直段非等构，即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片主簧的端部平直段的厚度和长度；副簧长度小于主簧长度，当载荷大于副簧起作用载荷时，副簧触点与主簧在斜线段内某点相接触，即主副簧为非端部接触式；主副簧接触之后，各片主副簧的端点力不相同，且与副簧相接触的1片主簧除了受端点力之外，还在接触点处受副簧触点支撑力的作用；在非端部接触式少片斜线型主副簧的各片结构参数、弹性模量、许用应力、副簧起作用载荷及最大载荷给定情况下，对非端部接触式少片斜线型主副簧的各片主簧和副簧的应力强度进行校核，具体校核步骤如下：(1)非端部接触式少片斜线型变截面主副簧的各片主簧和副簧的一半夹紧刚度计算：I步骤：主副簧接触之前的各片主簧的一半夹紧刚度KMi计算：根据少片斜线型变截面主簧的一半长度LM，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，宽度b，弹性模量E，安装间距的一半l3，主簧斜线段的根部到主簧端点的水平距离l2M；第i片主簧的斜线段的厚度比βi，其中，i＝1,2,…,m，对主副簧接触之前的各片主簧的一半夹紧刚度KMi进行计算，即KMi=h2M3Gx-Di,i=1,2,...,m;]]>式中，II步骤：主副簧接触之后的各片主簧的一半夹紧刚度KMAi计算：根据少片斜线型变截面主簧的一半长度LM，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，宽度b，弹性模量E，安装间距的一半l3，主簧斜线段的根部到主簧端点的水平距离l2M；第i片主簧的斜线段的厚度比βi，其中，i＝1,2,…,m；副簧的一半长度LA，副簧片数n，各片副簧的根部平直段的厚度h2A，副簧斜线段的根部到副簧端点的水平距离l2A，副簧触点与主簧端点的水平距离l0；第j片副簧的斜线段的厚度比βAj，其中，j＝1,2,…,n，对主副簧接触之后，各片主簧的一半夹紧刚度KMAi进行计算，即KMAi=h2M3Gx-Di,i=1,2,...,m-1h2M3(Gx-DATh2M3+Gx-BCph2A3)Gx-Dm(Gx-DATh2M3+Gx-BCph2A3)-Gx-DpmGx-BCh2A3,i=m;]]>式中，Gx-Di=4Eb[(LM-l3/2)3-l2M3]+6l2M3(βi+1)2[3(βi-1)-2lnβi(1+βi)]Eb+4βi3l2M3Eb;]]>Gx-DAT=1Σj=1n1Gx-DAj;]]>Gx-DAj=4Eb[(LA-l3/2)3-l2A3]+6l2A3(βAj+1)2[3(βAj-1)-2lnβAj(1+βAj)]Eb+4βAj3l2A3Eb;]]>Gx-BC=12l2M3Eb[βm(3βm2+7βm+4)2+(βm+1)3lnl2M(βm+1)l0+l2Mβm-l2Mβm(4l0+3l2Mβm)(βm+1)32(l0+l2Mβm)2]+4(LM-l3/2)3-6l0(LM-l3/2)2-4l2M3+6l0l2M2Eb-6l2M2l0(l2M-l0)(βm+1)(2l0+l2Mβm+βml0)Eb(l0+l2Mβm)2;]]>Gx-Dpm=12Eb[l2M2(βm+1)(2l0+l0βm+4l2Mβm+3l2Mβm2)2+l2M3(βm+1)3lnl2M(βm+1)l0+l2Mβm]-12Eb[l2M3(βm+1)3(2l02+5l0l2Mβm+3l2M2βm2)2(l0+l2Mβm)2]+[4(LM-l3/2)3-6l0(LM-l3/2)2-4l2M3+6l0l2M2]Eb;]]>Gx-BCp=4(LM-l3/2-l2M)[(LM-l3/2)2-3(LM-l3/2)l0+(LM-l3/2)l2M+3l02-3l0l2M+l2M2]Eb-6l2M(βm+1)Eb[2l2M2βm+l02+3l2M2+2l2M2(1+βm)2lnl0+l2Mβml2M(βm+1)-4l0l2M-2l0l2Mβm];]]>III步骤：各片副簧的一半夹紧刚度KAj计算：根据少片斜线型变截面副簧的一半长度LA，副簧片数n，各片副簧的根部平直段的厚度h2A，宽度b，弹性模量E，安装间距的一半l3，副簧斜线段的根部到副簧端点的水平距离l2A；第j片副簧的斜线段的厚度比βAj，其中，j＝1,2,…,n，对各片副簧的一半夹紧刚度KAj进行计算，即KAj=h2A3Gx-DAj,j=1,2,...,n;]]>式中，(2)非端部接触式少片斜线型变截面主副簧的各片主簧和副簧的最大端点力计算：i步骤：各片斜线型变截面主簧的最大端点力计算：根据少片斜线型变截面主副簧所受最大载荷的一半即单端点最大载荷Pmax，副簧片数n，副簧起作用载荷PK，主簧片数m，I步骤中计算得到的KMi，及II步骤中计算所得到的KMAi，对各片主簧的最大端点力Pmaxi进行计算，即Pmaxi=KMiPK2Σi=1mKMi+KMAi(2Pmax-PK)2Σi=1mKMAi;]]>ii步骤：各片斜线型变截面副簧的最大端点力计算：根据少片斜线型变截面钢板弹簧主簧所受最大载荷的一半即单端点最大载荷Pmax，副簧起作用载荷PK，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，副簧片数n，各片副簧的根部平直段的厚度h2A，II步骤中计算得到的KMAi、Gx‑BC、Gx‑BCp和Gx‑DAT，及III步骤中计算得到的KAj，对各片副簧的最大端点力PAmaxj进行计算，即PAmaxj=KAjKMAmGx-BCh2A3(2Pmax-PK)Σj=1nKAjΣi=1mKMAi(Gx-DATh2M3+Gx-BCph2A3);]]>(3)非端部接触式少片斜线型变截面主副簧的各片主簧和副簧的最大应力计算：A步骤：前m‑1片主簧的各片最大应力计算：根据少片斜线型变截面主簧的一半长度LM，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，宽度b，安装间距的一半l3，i步骤中计算得到的Pmaxi，对前m‑1片主簧的各片的最大应力分别进行计算，即σimax=6Pmaxi(LM-l3/2)bh2M2,i=1,2,...,m-1;]]>B步骤：第m片主簧的最大应力计算：根据少片斜线型变截面主簧的斜线段的根部到主簧端点的水平距离l2M，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，宽度b，第m片主簧的斜线段的厚度比βm，i步骤中计算得到的第m片主簧的最大端点力Pmaxm，对第m片主簧的最大应力进行计算，即σmmax=6Pmaxmβm2l2Mb(βmh2M)2,]]>C步骤：各片副簧的最大应力计算：根据少片斜线型变截面副簧的一半长度LA，副簧片数n，各片副簧的根部平直段的厚度h2A，宽度b，安装间距的一半l3，ii步骤中计算得到的PAmaxj，对各片副簧的最大应力分别进行计算，即σAjmax=6PAmaxj(LA-l3/2)bh2A2,j=1,2,...,n;]]>(4)非端部接触式少片斜线型变截面主副簧的各片主簧和副簧的应力强度校核：①步骤：前m‑1片主簧的应力强度校核：根据钢板弹簧的许用应力[σ]，及A步骤中计算得到的前m‑1片主簧的各片的最大应力，对非端部接触式少片斜线型变截面主副簧的前m‑1片主簧的各片应力强度进行校核，即：如果σimax>[σ]，则第i片主簧，不满足应力强度要求；如果σimax≤[σ]，则第i片主簧，满足应力强度要求，i＝1,2,…,m‑1；②步骤：第m片主簧的应力强度校核：根据钢板弹簧的许用应力[σ]，及B步骤中计算得到的第m片主簧的最大应力，对非端部接触式少片斜线型变截面主副簧的第m片主簧的应力强度进行校核，即：如果σmmax>[σ]，则第m片主簧，不满足应力强度要求；如果σmmax≤[σ]，则第m片主簧，满足应力强度要求；③步骤：各片副簧的应力强度校核：根据钢板弹簧的许用应力[σ]，及C步骤中计算得到的各片副簧的最大应力，对非端部接触式少片斜线型变截面主副簧的各片副簧的应力强度进行校核，即：如果σAjmax>[σ]，则第j片副簧，不满足应力强度要求；如果σAjmax≤[σ]，则第j片副簧，满足应力强度要求，j＝1,2,…,n。