[发明专利]非端部接触式少片抛物线型主副簧限位挠度的设计方法

摘要

本发明涉及非端部接触式少片抛物线型主副簧限位挠度的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片弹簧的结构参数、弹性模量、最大许用安全应力及限位块自由长度，对非端部接触式少片抛物线型主副簧的限位挠度进行设计。通过样机加载变形试验测试可知，本发明所提供的非端部接触式少片抛物线型主副簧限位挠度的设计方法是正确的，可得到准确可靠的限位挠度设计值，为非端部接触式少片抛物线型主副簧的设计及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础。利用该方法可提高产品设计水平、质量和性能及车辆行驶平顺性，同时，降低产品设计和试验测试费用，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限位挠度的设计方法，其中，非端部接触式少片抛物线型变截面钢板弹簧的一半对称结构由根部平直段、抛物线段和端部平直段3段构成，各片主簧的端部平直段是非同构的，即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片的厚度和长度，以满足第1片主簧复杂受力的要求；主簧抛物线段与副簧触点之间设有一定的主副簧间隙，以满足副簧起作用载荷的设计要求；在各片弹簧的结构参数、弹性模量、最大许用安全应力及限位块自由长度给定情况下，对非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的限位挠度进行设计，具体设计步骤如下：(1)非端部接触式少片抛物线型钢板弹簧主、副簧端点变形系数的计算：I步骤：端点受力情况下的各片主簧端点变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，其中，i＝1,2,…,m，m为主簧片数，对端点受力情况下的各片主簧在端点处的变形系数Gx‑Di进行计算，即Gx-Di=4[l2M3(1-βi3)+(LM-l3/2)3]Eb;]]>II步骤：端点受力情况下的第m片主簧在副簧接触点处变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离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Gx‑BC进行计算，即Gx-BC=2Eb[8l2M3/2l03/2-(9l2M2+3(LM-l3/2)2l0+2l2M3+2(LM-l3/2)3];]]>III步骤：主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧端点变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离l0，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在端点位置处的变形系数Gx‑Dpm进行计算，即Gx-Dpm=4bE[l2M3-6l0l2M2+4l2M3/2l03/2+(LM-l3/2)3];]]>IV步骤：主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在副簧接触点处变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离l0，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BCp进行计算，即Gx-BCp=4Eb{(LM-l3/2-l2M)[(LM-l3/2)2-3(LM-l3/2)l0+(LM-l3/2)l2M+3l02-3l0l2M+l2M2]-(6l2Ml02-2l2M3-16l03/2l2M1/2+12l0l2M3)};]]>V步骤：端点受力情况下的各片副簧端点变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧副簧的一半长度LA，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2A，弹性模量E，第j片副簧的抛物线段的厚度比βAj，其中，j＝1,2,…,n，n为副簧片数，对端点受力情况下的各片副簧在端点位置处的变形系数Gx‑DAj进行计算，即Gx-DAj=4[l2A3(1-βAj3)+(LA-l3/2)3]Eb;]]>其中，n片副簧叠加后的变形系数Gx‑DAT为Gx-DAT=1Σj=1n1Gx-DAj;]]>(2)非端部接触式少片抛物线型钢板弹簧主、副簧各片夹紧刚度的计算：A步骤：副簧接触之前的各片主簧夹紧刚度KMi的计算：根据主簧根部厚度h2M，及步骤(1)的I步骤中计算得到的Gx‑Di，确定副簧接触之前的各片主簧在夹紧状态下的一半刚度KMi，即KMi=h2M3Gx-Di,i=1,2,...,m;]]>其中，m为主簧片数；B步骤：副簧接触之后的各片主簧夹紧刚度KMAi的计算：根据主簧根部厚度h2M，副簧根部厚度h2A，步骤(1)的I步骤中计算得到的Gx‑Di、II步骤中计算得到的Gx‑BC、III步骤中计算得到的Gx‑Dpm、IV步骤中计算得到的Gx‑BCp、及V步骤中计算得到的Gx‑DAT，确定主副簧接触之后的各片主簧在夹紧状态下的一半刚度KMAi，即KMAi=h2M3Gx-Di,i=1,2,...,m-1h2M3(Gx-DATh2M3+Gx-BCph2A3)Gx-Dm(Gx-DATh2M3+Gx-BCph2A3)-Gx-DpmGx-BCh2A3,i=m;]]>其中，m为主簧片数；C步骤：各片副簧夹紧刚度KAj的计算：根据副簧根部厚度h2A，及步骤(1)的V步骤中计算得到的Gx‑DAj，确定各片副簧在夹紧状态下的一半刚度KAj，即KAj=h2A3Gx-DAj,j=1,2,...,n;]]>其中，n为副簧片数；(3)基于最大许用安全应力的主、副簧所受的一半最大载荷的计算：i步骤：副簧起作用时的一半载荷Fk的计算：根据主簧根部厚度h2M，接触点处的主副簧间隙δ，主簧片数m，步骤(1)的II步骤中计算得到的Gx‑BC，及步骤(2)的A步骤中确定的KMi，确定副簧起作用时的一半载荷Fk，即Fk=δh2M3Σi=1mKMiGx-BCKMm;]]>ii步骤：基于最大许用安全应力的首片主簧所受的一半最大载荷FM1的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，根部厚度h2M，主簧片数m，最大许用安全应力[σ]，i步骤确定的Fk，及步骤(2)的A步骤中确定的KMi、B步骤中确定的KMAi，确定基于最大许用安全应力的首片主簧所受的一半最大载荷FM1，即FM1=bh2M2[σ]Σi=1mKMAi6KMA1(LM-l3/2)-KM1FkΣi=1mKMAiKMA1Σi=1mKMi+Fk;]]>iii步骤：基于最大许用安全应力的末片主簧所受的一半最大载荷FMm的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧的宽度b，主簧抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，主簧根部厚度h2M，副簧根部厚度h2A，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，主簧片数m，副簧片数n，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离l0，最大许用安全应力[σ]，i步骤确定的Fk，步骤(1)的II步骤中计算得到的Gx‑BC、IV步骤中计算得到的Gx‑BCp、V步骤中计算得到的Gx‑DAT，及步骤(2)的A步骤中确定的KMi、B步骤中确定的KMAi、C步骤中确定的KAj，确定基于最大许用安全应力的末片主簧所受的一半最大载荷FMm，即FMm=b(βmh2M)2[σ]Σi=1mKMi-6KMmFk6Σi=1mKMi[KMAmΣi=1mKMAiβm2l2M-Σj=1n(KAjKMAmGx-BCh2A3(βm2l2M-l0)Σj=1nKAjΣi=1mKMAi(Gx-DATh2M3+Gx-BCph2A3))]+Fk;]]>iv步骤：基于最大许用安全应力的首片副簧所受的一半最大载荷FA1的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧副簧的一半长度LA，宽度b，安装间距的一半l3，主簧根部厚度h2M，副簧根部厚度h2A，主簧片数m，副簧片数n，最大许用安全应力[σ]，i步骤确定的Fk，步骤(1)的II步骤中计算得到的Gx‑BC、IV步骤中计算得到的Gx‑BCp、V步骤中计算得到的Gx‑DAT，及步骤(2)的B步骤中确定的KMAi、C步骤中确定的KAj，确定基于最大许用安全应力的首片副簧所受的一半最大载荷FA1，即FA1=bh2A2[σ]Σj=1nKAjΣi=1mKMAi(Gx-DATh2M3+Gx-BCph2A3)6KA1KMAmGx-BCh2A3(LA-l3/2)+Fk;]]>v步骤：基于最大许用安全应力的主副簧所受的一半最大载荷Fmax的计算：根据ii步骤中确定的FM1，iii步骤中确定的FMm，及iv步骤中确定的FA1，确定基于最大许用安全应力的主副簧所受的一半最大载荷Fmax，即Fmax＝min(FM1,FMm,FA1)；其中，min(FM1,FMm,FA1)表示取FM1、FMm、FA1中的最小的数值；(4)非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧限位挠度的设计：a步骤：最大载荷下的主簧端部变形fm的计算：根据主簧片数m，i步骤中计算得到的Fk，步骤(2)的A步骤中确定的KMi、B步骤中确定的KMAi，及步骤(3)的v步骤中确定的Fmax，对最大载荷下的主簧的端部变形fm进行计算，即fm=FkΣi=1mKMi+(Fmax-Fk)Σi=1mKMAi;]]>b步骤：限位挠度hxw的设计：根据限位块的自由长度Lxw，及a步骤中计算得到的fm，确定非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的限位挠度，即hxw=fm-43Lxw.]]>