[发明专利]两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧限位挠度的设计方法

摘要

本发明涉及两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧限位挠度的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片主簧和副簧的结构参数、骑马螺栓夹紧距、各次接触载荷、最大许用应力，在夹紧刚度、渐变夹紧刚度及最大许用载荷计算的基础上，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的最大限位挠度进行设计。通过样机加载挠度试验可知，本发明所提供的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧限位挠度的设计方法是正确的，为两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的限位挠度设计提供了可靠的技术方法。利用该方法可得到准确可靠的最大限位挠度设计值，提高产品的设计水平、可靠性及车辆行驶安全性；同时，还可降低设计和试验费用，加快产品开发速度。

主权项

两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧限位挠度的设计方法，其中，各片板簧为以中心穿装孔对称的结构，安装夹紧距的一半为骑马螺栓夹紧距的一半；将副簧设计为两级副簧，通过主簧和两级副簧的初始切线弧高及两级渐变间隙，提高车辆在额定载荷下的行驶平顺性；为了确保满足主簧应力强度设计要求，使第一级副簧和第二级副簧适当提前承担载荷，悬架在渐变载荷下的偏频不相等，即非等偏频型渐变刚度板簧；依据最大许用应力及最大许用载荷所对应的最大挠度作为限位挠度，设置一限位装置，保护板簧防止因受冲击载荷而断裂，提高板簧可靠性和使用寿命；根据各片板簧的结构参数、骑马螺栓夹紧距、各次接触载荷、最大许用应力，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的最大限位挠度进行设计，具体设计步骤如下：(1)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的最大许用载荷Pmax的确定：A步骤：不同片数重叠部分的等效厚度进行计算根据主簧片数n,各片主簧的厚度hi，i＝1,2,...,n；第一级副簧片数m1,第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,...,m1；第二级副簧片数m2，第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,...,m2；主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+m1,主副簧的总片数N＝n+m1+m2，对不同片数l重叠段的等效厚度hle进行计算，l＝1,2,...,N，即hle=Σi=1lhi33,1≤l≤nΣi=1nhi3+Σj=1l-nhA1j33,n+1≤l≤N1Σi=1nhi3+Σj=1m1hA1j3+Σk=1l-N1hA1k33,N1+1≤l≤N;]]>B步骤：主簧的最大厚度板簧的厚度hmax的确定根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi,i＝1,2,...,n，确定主簧的最大厚度板簧的厚度hmax，即hmax＝max(hi)，i＝1,2,...,n；C步骤：最大许用载荷Pmax的计算根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，最大许用应力[σ]；主簧首片的一半夹紧长度L1，第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2；A步骤中计算得到的hMe、hMA1e和hMA2e，B步骤中所确定的hmax，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的最大许用载荷Pmax进行计算，即Pmax=hMA2e3b[σ]3L1hMmax-hMA2e3hMe3Pk1-hMA2e3hMA1e3(Pk2-Pk1)+Pk2;]]>(2)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各级夹紧刚度KM、KMA1和KMA2的计算：I步骤：主簧的夹紧刚度KM计算根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧片数n,各片主簧的一半夹紧长度Li，及步骤(1)中计算得到的hle，l＝i＝1,2,...,n；对主簧夹紧刚度KM进行计算，即KM=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σl=2n-1(L1-Ll+1)3-(L1-Ll)3hle3+L13-(L1-Ln)3hne3]]]>II步骤：主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1计算根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧片数n，各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,...,n；第一级副簧片数m1，第一级副簧各片的一半夹紧长度为Ln+j，j＝1,2,...,m1；主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+m1，及步骤(1)中计算得到的hle，l＝1,2,...,N1；对主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1进行计算，即KMA1=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σl=2N1-1(L1-Ll+1)3-(L1-Ll)3hle3+L13-(L1-LN1)3hN1e3];]]>III步骤：主副簧总复合夹紧刚度KMA2计算根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧片数n，各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,...,n；第一级副簧片数m1，第一级副簧各片的一半夹紧长度为Ln+j，j＝1,2,...,m1；第二级副簧片数m2，第二级副簧各片的一半夹紧长度LN1+k，k＝1,2,...,m2；主副簧的总片数N，及步骤(1)中计算得到的hle，l＝1,2,...,N，对主副簧的总夹紧复合刚度KMA2进行计算，即，即KMA2=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σl=2N-1(L1-Ll+1)3-(L1-Ll)3hle3+L13-(L1-LN)3hNe3];]]>(3)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的两级渐变夹紧刚度KkwP1和KkwP2的计算：a步骤：第一级渐变夹紧刚度KkwP1的计算根据第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，步骤(2)中计算得到的KM和KMA1，对载荷P在[Pk1,Pk1]范围时的第一级渐变夹紧刚度KkwP1进行计算，即KkwP1=PPk1KM+P-Pk1Pk2-Pk1(KMA1-Pk2Pk1KM),P∈[Pk1,Pk1];]]>b步骤：第二级渐变夹紧刚度KkwP2的计算根据第2次开始接触载荷Pk2，第2次完全接触载荷Pw2，步骤(2)中计算得到的KMA1和KMA2，对载荷P在[Pk2,Pw2]范围内时的第二级渐变夹紧刚度KkwP2进行计算，即KkwP2=PPk2KMA1+P-Pk2Pw2-Pk2(KMA2-Pw2Pk2KMA1),P∈[Pk2,Pw2];]]>(4)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的最大限位挠度fMmax的设计：根据第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，第2次完全接触载荷Pw2，步骤(1)中计算得到的Pmax，步骤(2)中的计算得到的KM和KMA2，及步骤(3)中计算得到的KkwP1和KkwP2，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的最大限位挠度fMmax进行设计，即fMmax=Pk1KM+∫Pk1Pk2dPKkwP1+∫Pk2Pw2dPKkwP2+Pmax-Pw2KMA2.]]>