[发明专利]非等偏频型三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算法

摘要

本发明涉及非等偏频型三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算法，属于车辆悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片主簧和各级副簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，初始切线弧高，在接触载荷和渐变夹紧刚度仿真计算的基础上，对非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行仿真计算。通过样机加载挠度及刚度试验可知，本发明所提供的非等偏频型三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算法是正确的。利用该方法可得到准确可靠的在不同载荷下的夹紧刚度特性仿真计算值，确保满足板簧夹紧刚度特性设计要求，提高产品的设计水平、质量、性能及车辆行驶平顺性和安全性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

主权项

非等偏频型三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算法，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；板簧是由主簧和三级副簧构成，通过主簧和各级副簧的初始切线弧高及三级渐变间隙，确保满足板簧各次接触载荷、渐变复合夹紧刚度和应力强度的设计要求，即非等偏频型三级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，初始切线弧高，在接触载荷和渐变夹紧刚度仿真计算的基础上，对非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各不同片数重叠段的等效厚度的计算：根据主簧的片数n,主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+n1；第二级副簧的片数n2,第二级副簧各片的厚度hA2k,k＝1,2,…,n2；主簧与第一级和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+n2；第三级副簧的片数n3，第三级副簧各片的厚度hA3l，l＝1,2,…,n3；主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3；对非等偏频型三级渐变刚度板簧的各不同片数m重叠段的等效厚度hme进行计算，m＝1,2,…,N，即：hme=Σi=1mhi33,1≤m≤nΣi=1nhi3+Σj=1m-nhA1j33,n+1≤m≤N1Σi=1nhi3+Σj=1n1hA1j3+Σk=1m-N1hA2k33,N1+1≤m≤N2Σi=1nhi3+Σj=1n1hA1j3+Σk=1m-N1hA2k3+Σl=1m-N2hA3l33,N2+1≤m≤N;]]>其中，主簧根部重叠部分的等效厚度hMe＝hne；主簧与第一级副簧的根部重叠部分的等效厚度主簧与第一级副簧和第二级副簧的根部重叠部分的等效厚度主副簧的根部重叠部分的总等效厚度hMA3e＝hNe；(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧和各级副簧的初始曲率半径的计算：I步骤：第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM0b计算根据主簧片数n，主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；主簧首片的一半夹紧长度L1，主簧的初始切线弧高HgM0，对主簧末片下表面初始曲率半径RM0b进行计算，即RM0b=L12+HgM022HgM0+Σi=1nhi;]]>II步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a计算根据第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，第一级副簧的初始切线弧高HgA10，对第一级副簧末片上表面初始曲率半径RA10a进行计算，即RA10a=LA112+HgA1022HgA10;]]>III步骤：第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b计算根据第一级副簧片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；II步骤中计算得到的RA10a，对第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b进行计算，即RA10b=RA10a+Σj=1n1hA1j;]]>IV步骤：第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a的计算根据第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21，第二级副簧的初始切线弧高设计值HgA20，对第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a进行计算，即RA20a=LA212+HgA2022HgA20;]]>V步骤：第二级副簧首片下表面初始曲率半径RA20b的计算很据第二级副簧片数n2，第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2，及IV步骤所确定的RA20a，对第二级副簧首片下表面初始曲率半径RA20b进行计算，即RA20b=RA20a+Σk=1n2hA2k;]]>VI步骤：第三级副簧首片上表面曲率半径RA30a的计算根据第三级副簧首片的一半夹紧长度LA31，第三级副簧的初始切线弧高设计值HgA30，对第三级副簧首片上表面曲率半径RA30a进行计算，即RA30a=LA312+HgA3022HgA30;]]>(3)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各次接触载荷的仿真计算：A步骤：第1次开始接触载荷Pk1的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，步骤(1)中计算得到的hMe，步骤(2)中计算得到的RM0b和RA10a，对第1次开始接触载荷Pk1进行仿真计算，即Pk1=EbhMe3(RA10a-RM0b)6L1RA10bRM0a;]]>B步骤：第2次开始接触载荷Pk2的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，步骤(1)中计算得到的hMA1e，步骤(2)中计算得到的RA10b和RA20a，及A步骤中仿真计算得到的Pk1，对第2次开始接触载荷Pk2进行仿真计算，即Pk2=Pk1+EbhMA1e3(RA20a-RA10b)6L1RA10bRA20a;]]>C步骤：第3次开始接触载荷Pk3的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，步骤(1)中计算得到的hMA2e，步骤(2)中计算得到的RA20b和RA30a，及B步骤中仿真计算得到的Pk2，对第3次开始接触载荷Pk3进行仿真计算，即Pk3=Pk2+EbhMA2e3(RA30a-RA20b)6L1RA20bRA30a;]]>D步骤：第3次完全接触载荷Pw3的仿真计算根据B步骤中仿真计算得到的Pk2，C步骤中仿真计算得到的Pk3，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的第3次完全接触载荷Pw3进行仿真计算，即Pw3=Pk32Pk2;]]>(4)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级夹紧刚度的仿真计算：i步骤：主簧的夹紧刚度KM的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,...n，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝i＝1,2,...,n；对主簧的夹紧刚度KM进行仿真计算，即KM=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σm=2n-1(L1-Lm+1)3-(L1-Lm)3hme3+L13-(L1-Ln)3hne3];]]>ii步骤：主簧与第一级主副簧的复合夹紧刚度KMA1的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,...n，第一级副簧片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,...n1；主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,...,N1，对第一级主簧与第二级主簧的夹紧复合刚度KMA1进行仿真计算，即KMA1=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σm=2N1-1(L1-Lm+1)3-(L1-Lm)3hme3+L13-(L1-LN1)3hN1e3];]]>iii步骤：主簧与第一级、第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,...n，第一级副簧片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,...n1；第二级副簧的片数n2，第二级副簧各片的一半夹紧长度LA2k＝LN1+k，k＝1,2,...n2；主簧与第一级副簧和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+n2，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,...,N2，对主簧与第一级、第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2进行仿真计算，即KMA2=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σm=2N2-1(L1-Lm+1)3-(L1-Lm)3hme3+L13-(L1-LN2)3hN2e3];]]>iv步骤：主副簧的总复合夹紧刚度KMA3的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,...n，第一级副簧片数n1,各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,...n1；第二级副簧的片数n2，第二级副簧各片的一半夹紧长度LA2k＝LN1+k，k＝1,2,...n2；第三级副簧的片数n3，第三级副簧各片的一半夹紧长度LA3l＝LN2+l，l＝1,2,...n3；主簧与各级副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,...,N，对主副簧的总夹紧复合刚度KMA3进行仿真计算，即KMA3=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σm=2N-1(L1-Lm+1)3-(L1-Lm)3hme3+L13-(L1-LN)3hNe3];]]>(5)非等偏频型三级渐变刚度钢板弹簧的各级渐变夹紧刚度的仿真计算：a步骤：第一级渐变夹紧刚度KkwP1的仿真计算根据步骤(3)中仿真计算得到的Pk1和Pk2，步骤(4)仿真计算得到的KM和KMA1；对载荷P在[Pk1,Pk2]范围内的第一级渐变夹紧刚度KkwP1进行仿真计算，即KkwP1=PPk1KM+P-Pk1Pk2-Pk1(KMA1-Pk2Pk1KM),P∈[Pk1,Pk2];]]>b步骤：第二级渐变夹紧刚度KkwP2的仿真计算根据步骤(3)中仿真计算得到的Pk2和Pk3，步骤(4)仿真计算得到的KMA1和KMA2，对载荷P在[Pk2,Pk3]范围内的第二级渐变夹紧刚度KkwP2进行仿真计算，即KkwP2=PPk2KMA1+P-Pk2Pk3-Pk2(KMA2-Pk3Pk2KMA1),P∈[Pk2,Pk3];]]>c步骤：第三级渐变夹紧刚度KkwP3的仿真计算根据步骤(3)中仿真计算得到的Pk3和Pw3，步骤(4)仿真计算得到的KMA2和KMA3；对载荷P在[Pk3,Pw3]范围内的第三级渐变夹紧刚度KkwP3进行仿真计算，即KkwP3=PPk3KMA2+P-Pk3Pw3-Pk3(KMA3-Pw3Pk3KMA2),P∈[Pk3,Pw3];]]>(6)非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性的仿真计算：根据步骤(3)的中所仿真计算得到的Pk1，Pk2，Pk3和Pw3，步骤(4)中仿真计算得到的KM和KMA3，步骤(5)中仿真计算得到的KkwP2、KkwP2和KkwP3，对非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行仿真计算，即K=KM,0≤P<Pk1KkwP1,Pk1≤P<Pk2KkwP2,Pk2≤P<Pk3KkwP3,Pk3≤P<Pw3KMA3,Pw3≤P.]]>