[发明专利]非端部接触式少片抛物线型主副簧端点力的确定方法

摘要

本发明涉及非端部接触式少片抛物线型主副簧端点力的确定方法，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各片副簧的结构参数、弹性模量、主副簧间隙、及主副簧所受载荷，利用各片主副簧的变形、刚度及载荷之间的关系，对各片主簧和副簧的端点力分别进行确定。通过实例及ANSYS仿真验证可知，利用该方法可得到准确、可靠的非端部接触式少片变截面主副簧的各片主簧和各片副簧的端点力的确定值，为非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的设计、刚度计算和应力强度校核提供了可靠的技术基础，从而可提高产品设计水平和性能及车辆行驶平顺性；同时，还可降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

主权项

非端部接触式少片抛物线型主副簧端点力的确定方法，其中，少片抛物线型变截面主副簧的一半对称结构由根部平直段、抛物线段、端部平直段三段构成，各片主簧的端部非同构，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，副簧触点与主簧抛物线段之间设有主副簧间隙；当载荷大于副簧起作用载荷时，副簧触点与主簧抛物线段内某点相接触，主副簧共同起作用；当主副簧接触之后，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，还受副簧触点支撑力的作用；在主副簧的各片结构参数、弹性模量、主副簧间隙、及所承受载荷给定情况下，对非端部接触式少片抛物线型主副簧的各片主簧和各片副簧的端点力进行计算，具体计算步骤如下：(1)端点受力情况下的各片抛物线型变截面主簧的端点变形系数G_x‑Di计算：根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度L_M，宽度b，弹性模量E，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比β_i，i＝1,2,…,m，对端点受力情况下的各片主簧的端点变形系数G_x‑Di进行计算，即$G_{x-Di}=\frac{4\[l_{2M}^3(1-{\mathrm{\β}}_i^3)+L_M^3\]}{Eb},i=1,2,...,m;$(2)端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x‑BC计算：根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度L_M，宽度b，弹性模量E，安装间距的一半l₃，主簧片数m，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M，副簧触点与主簧端点的水平距离l₀，对端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x‑BC进行计算，即$G_{x-BC}=\frac{2}{Eb}\[8l_{2M}^{3/2}{l}_0^{3/2}-(9l_{2M}^2+3L_M^2)l_0+2l_{2M}^3+2L_M^3\];$(3)主副簧接触点受力情况下的第m片主簧的端点变形系数G_x‑Dpm计算：根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度L_M，宽度b，弹性模量E，主簧片数m，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离，副簧触点与主簧端点的水平距离l₀，对主副簧接触点受力情况下的第m片主簧的端点变形系数G_x‑Dpm进行计算，即$G_{x-D_{p}m}=\frac{4}{bE}(l_{2M}^3-6l_0{l}_{2M}^2+4l_{2M}^{3/2}{l}_0^{3/2}+L_M^3);$(4)主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x‑BCp计算：根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度L_M，宽度b，弹性模量E，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M，副簧触点与主簧端点的水平距离l₀，对在主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x‑BCp进行计算，即$G_{x-{\mathrm{BC}}_p}=\frac{4}{Eb}\[(L_M-l_{2M})(L_M^2-3L_M{l}_0+L_M{l}_{2M}+3l_0^2-3l_0{l}_{2M}+l_{2M}^2)-(6l_{2M}{l}_0^2-2l_{2M}^3-16l_0^{3/2}{l}_{2M}^{1/2}+12l_0{l}_{2M}^3)\];$(5)端点受力情况下的各片副簧的端点变形系数G_x‑DAj及n片叠加副簧的总端点变形系数G_x‑DAT的计算：根据少片抛物线型变截面副簧的一半长度L_A，宽度b，弹性模量E，副簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2A，副簧片数n，其中，第j片副簧的抛物线段的厚度比β_Aj，j＝1,2,…,n，对端点受力情况下的各片副簧的端点变形系数G_x‑DAj进行计算，即$G_{x-DAj}=\frac{4\[l_{2A}^3(1-{\mathrm{\β}}_{Aj}^3)+L_A^3\]}{Eb},j=1,2,...,n;$根据各片副簧的端点变形系数G_x‑DAj，对n片叠加副簧的总端点变形系数G_x‑DAT为$G_{x-DAT}=\frac{1}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{1}{G_{x-DAj}}};$(6)非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的各片主簧和各片副簧的一半刚度计算：I步骤：主副簧接触之前的各片主簧的一半刚度K_Mi计算：根据主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h_2M，及步骤(1)中计算得到的G_x‑Di，对主副簧接触之前的各片主簧的一半刚度K_Mi进行计算，即$K_{Mi}=\frac{h_{2M}^3}{G_{x-Di}},i=1,2,...,m;$II步骤：主副簧接触之后的各片主簧的一半刚度K_MAi计算：根据主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h_2M，各片副簧的根部平直段的厚度h_2A，步骤(1)中计算所得到的G_x‑Di，步骤(2)中计算得到的G_x‑BC，步骤(3)中计算得到的G_x‑Dpm，步骤(4)中计算得到的G_x‑BCp，及步骤(5)中计算得到的G_x‑DAT，对主副簧接触之后各片抛物线型变截面主簧的一半刚度K_MAi分别进行计算，即$K_{MAi}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{h_{2M}^3}{G_{x-Di}},& i=1,2,...,m-1\\ \frac{h_{2M}^3(G_{x-DAT}{h}_{2M}^3+G_{x-{\mathrm{BC}}_p}{h}_{2A}^3)}{G_{x-Dm}(G_{x-DAT}{h}_{2M}^3+G_{x-{\mathrm{BC}}_p}{h}_{2A}^3)-G_{x-D_{p}m}{G}_{x-BC}{h}_{2A}^3},& i=m\end{array}\right.;$III步骤：各片副簧的一半刚度K_Aj计算：根据副簧片数n，各片副簧的根部平直段的厚度h_2A，及步骤(5)中计算得到的G_x‑DAj，对各片副簧的一半刚度K_Aj进行计算，即$K_{Aj}=\frac{h_{2A}^3}{G_{x-DAj}},j=1,2,...,n;$(7)非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的各片主簧和各片副簧的端点力确定：i步骤：副簧起作用载荷P_K的计算：根据主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h_2M，I步骤中计算得到的K_Mi，步骤(2)中计算得到的在端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x‑BC，及主副簧间隙δ，对副簧起作用载荷P_K进行计算，即$P_K=\frac{2{\mathrm{\δh}}_{2M}^3\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{Mi}}{G_{x-BC}{K}_{Mm}};$ii步骤：各片主簧的端点力P_i确定：根据少片抛物线型变截面主副簧所受载荷的一半即单端点载荷P，主簧片数m，i步骤中计算得到的P_K，I步骤中计算得到的K_Mi，及II步骤中计算所得到的K_MAi，确定各片主簧的端点力P_i，即$P_i=\left\{\begin{array}{cc}\frac{K_{Mi}P}{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{Mi}},& P\≤P_K/2,i=1,2,\mathrm{...}m\\ \frac{K_{Mi}{P}_K}{2\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{Mi}}+\frac{K_{MAi}(2P-P_K)}{2\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{MAi}},& P\>P_K/2,i=1,2,\mathrm{...}m\end{array}\right.;$其中，当P≤P_K/2时，P_i为当载荷小于副簧起作用载荷时，主副簧未接触，仅主簧起作用情况下的各片主簧的端点力；当P>P_K/2时，P_i为当载荷大于副簧起作用载荷时，主副簧相接触，主副簧共同起作用情况下的各片主簧的端点力；iii步骤：各片副簧的端点力P_Aj确定：根据少片抛物线型变截面主副簧所受载荷的一半即单端点载荷P，其中，P>P_K/2；主簧片数m，各片主簧根部平直段的厚度h_2M，副簧片数n，各片副簧根部平直段的厚度h_2A；i步骤中计算得到的P_K，步骤(2)中计算得到的G_x‑BC，步骤(4)中计算得到的G_x‑BCp，及步骤(5)中计算得到的G_x‑DAT，II步骤中计算所得到的K_MAi，及III步骤中计算得到的K_Aj，确定各片副簧的端点力P_Aj，即$P_{Aj}=\frac{K_{Aj}{K}_{MAm}{G}_{x-BC}{h}_{2A}^3(2P-P_K)}{2\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{K}_{Aj}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{MAi}(G_{x-DAT}{h}_{2M}^3+G_{x-{\mathrm{BC}}_p}{h}_{2A}^3)}.$