[发明专利]端部接触式少片端部加强型主副簧各片应力的计算方法

摘要

本发明端部接触式少片端部加强型主副簧各片应力的计算方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量、副簧起作用载荷及主副簧所承受载荷，对端部接触式少片端部加强型主副簧的各片主簧和副簧在不同位置处的应力进行计算。通过实例计算和ANSYS仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的各片主簧和副簧在不同位置处的应力计算值；利用该方法提高端部接触式少片端部加强型主副簧的设计水平、产品质量、性能和可靠性，提高车辆行驶的平顺性和安全性；降低悬架弹簧质量和成本，同时，降低产品设计及试验费用，加快产品开发设计速度。

主权项

1.端部接触式少片端部加强型主副簧各片应力的计算方法，其中，端部接触式少片端部加强型主副簧的一半对称结构由根部平直段、抛物线段、斜线段和端部平直段4段构成，斜线段对变截面主副簧的端部起加强作用；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，满足第1片主簧复杂受力的要求；副簧触点与主簧端部平直段之间设有主副簧间隙，以满足副簧起作用载荷的设计要求；当载荷大于副簧起作用载荷，主副簧接触一起工作时，各片主簧和副簧的受力及在不同位置处的应力不相等；在各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量、副簧起作用载荷、主副簧承受载荷给定情况下，对端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的各片主簧和副簧在不同位置处的应力进行计算，具体计算步骤如下：(1)端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的各片主簧和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KMi计算：根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到弹簧端点的距离l2M，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，斜线段的厚度比γMi，斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpi，斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mi，i＝1,2,…,m；对主副簧接触之前的各片主簧的一半刚度KMi进行计算，即式中，Gx－Ei为在端点力作用情况下的第i片主簧的端点变形系数，即II步骤：主副簧接触之后的各片主簧的一半刚度KMAi计算：根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；主簧的一半长度LM，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，主簧抛物线段的根部到弹簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，斜线段的厚度比γMi，斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpi，主簧斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mi，i＝1,2,…,m；副簧的一半长度LA，各片副簧的根部平直段的厚度h2A，副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离l2A，副簧片数n，其中，第j片副簧的抛物线段的厚度比βAj，斜线段的厚度比γAj，斜线段的根部到副端点的距离l1Apj，斜线段的端部到副簧端点的距离l1Aj，j＝1,2,…,n；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，对主副簧接触之后的各片主簧的一半刚度KMAi进行计算，即式中，Gx－Ei为在端点力作用情况下的第i片主簧的端点变形系数；Gx－EAT为在端点力作用情况下的n片叠加副簧的总端点变形系数，Gx－EAj为在端点力作用情况下的第j片副簧的端点变形系数；Gx‑DE为在端点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数；Gx‑Ezm为在主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧的端点变形系数；Gx‑DEz为在主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数，即III步骤：各片副簧的一半刚度KAj计算：根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；副簧的一半长度LA，各片副簧的根部平直段的厚度h2A，副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离l2A，副簧片数n，其中，第j片副簧的抛物线段的厚度比βAj，斜线段的厚度比γAj，斜线段的根部到副簧端点的距离l1Apj，斜线段的端部到副簧端点的距离l1Aj，对各片副簧的一半刚度KAj进行计算，即式中，(2)端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的各片主簧和副簧的端点力计算：i步骤：各片主簧的端点力Pi计算：根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧所受载荷的一半即单端点载荷P，副簧起作用载荷PK，I步骤中计算得到的KMi，及II步骤中计算所得到的KMAi，对各片主簧的端点力Pi进行计算，即ii步骤：各片副簧的端点力PAj计算：根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧所受载荷的一半即单端点载荷P，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‑DE、Gx‑DEz和Gx‑EAT，及III步骤中计算得到的KAj，对各片副簧的端点力PAj进行计算，即(3)端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的各片主簧不同位置应力的计算：A步骤：前m‑1片主簧不同位置x处应力的计算：根据端部接触式少片端部加强型变截面主簧的一半长度LM，斜线段的长度Δl，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的端部厚度h1Mpi，第i片主簧的端部平直段的厚度h1Mi，第i片主簧的抛物线段的端部到主簧端点的距离l1Mpi，第i片主簧的端部平直段的长度l1Mi；及i步骤中计算得到的Pi，以主簧自由端为坐标原点，以主簧端点为坐标原点，对少片端部加强型变截面钢板弹簧的前m‑1片主簧在不同位置x处的应力进行计算，即式中，h2Mi(x)为第i片主簧斜线段在x位置处的厚度，h2Mpi(x)为第i片主簧抛物线段在x位置处的厚度，即B步骤：第m片主簧不同位置x处应力的计算：根据端部接触式少片端部加强型变截面主簧的一半长度LM，斜线段的长度Δl，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，抛物线段的根部到弹簧端点的距离l2M，副簧触点与主簧端点的水平距离l0；主簧片数m，其中，第m片主簧的抛物线段的端部厚度h1Mpm，第m片主簧的抛物线段的端部到主簧端点的距离l1Mpm，第m片主簧的端部平直段的长度l1Mm和厚度h1Mm；及步骤(2)的i步骤中计算得到的Pm，ii步骤中计算得到的PAj，以主簧端点为坐标原点，对少片端部加强型变截面钢板弹簧的第m片主簧在不同位置x处的应力σMm进行计算，即式中，h2Mm(x)为第m片主簧斜线段在x位置处的厚度，h2Mpm(x)为第m片主簧抛物线段在x位置处的厚度，即(4)端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的各片副簧在不同位置应力的计算：根据少片端部加强型变截面副簧的一半长度LA，宽度b，副簧根部平直段的厚度h2A，斜线段的长度Δl，副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离l2A，副簧片数n，其中，第j片副簧的抛物线段的端部到副簧端点的距离l1Apj，副簧抛物线段的端部厚度为h1Apj，端部平直段的厚度h1Aj和长度l1Aj；及ii步骤中计算得到的PAj，j＝1,2,…,n，以副簧自由端为坐标原点，对少片端部加强型变截面钢板弹簧的各片副簧在不同位置x处的应力进行计算，即式中，h2Aj(x)为第j片副簧斜线段在x位置处的厚度，h2Apj(x)为第j片副簧抛物线段在x位置处的厚度，即