[发明专利]高强度三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算方法

摘要

本发明涉及高强度三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算方法，属于车辆悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片板簧的结构参数，弹性模量，空载载荷，额定载荷，在接触载荷仿真计算的基础上，对高强度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。通过样机试验可知，在给定载荷下夹紧刚度仿真计算值与试验值相吻合，表明所提供的高强度三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算方法是正确的，为高强度三级渐变刚度板簧的特性仿真计算提供了可靠的技术方法。利用该方法可提高产品设计水平、质量和性能，确保板簧在不同载荷下的夹紧刚度满足设计要求，提高车辆行驶平顺性和安全性；同时，降低设计和试验费用，加快产品开发速度。

主权项

高强度三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算方法，其中，板簧采用高强度钢板，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；板簧由主簧和三级副簧构成，通过主簧和三级副簧的初始切线弧高及三级渐变间隙，满足板簧接触载荷、渐变刚度、悬架偏频及车辆行驶平顺性的设计要求；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，空载载荷，额定载荷，在接触载荷仿真计算的基础上，对高强度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)主簧夹紧刚度及其与各级副簧的复合夹紧刚度的仿真计算：i步骤：各不同片数重叠段的等效厚度hme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；第二级副簧的片数n2,第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,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；主簧和第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，主簧与第一级副簧和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+n2，主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，对三级渐变刚度钢板弹簧的各不同片数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=1n2hA2k3+Σl=1m-N2hA3l33,N2+1≤m≤N;]]>其中，主簧根部重叠部分等效厚度，及主簧与各级副簧的根部重叠等效厚度分别为hMe=hne=Σi=1nhi33,hMA1e=hN1e=hMe3+Σj=1n1hA1j33,]]>hMA2e=hN2e=hMA1e3+Σk=1n2hMA2k33,hMA3e=hNe=hMA2e3+Σl=1n3hA3l33;]]>ii步骤：主簧的夹紧刚度KM的仿真计算根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n，及i步骤中计算得到的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];]]>iii步骤：主簧与一级副簧的夹紧复合刚度KMA1的计算：根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数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；主簧和第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，及i步骤中计算得到的hme，m＝1,2,…,N1，对主簧与一级副簧的夹紧复合刚度KMA1进行计算，即KMA1=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σm=2N1-1(L1-Lm+1)3-(L1-Lm)3hme3+L13-(L1-LN1)3hN1e3];]]>iv步骤：主簧与第一级和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2的计算：根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数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i步骤中计算得到的hme，m＝1,2,…,N2，对主簧与第一级副簧和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];]]>v步骤：主副簧的总复合夹紧刚度KMA3的仿真计算：根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n，主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数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；主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，及i步骤中计算得到的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，即KMA3=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σm=2N-1(L1-Lm+1)3-(L1-Lm)3hme3+L13-(L1-LN)3hNe3];]]>(2)高强度三级渐变刚度板簧的主簧及各级副簧的初始曲率半径的计算：I步骤：主簧末片下表面初始曲率半径RM0b的计算根据主簧的片数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的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，对第一级副簧首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的计算根据第一级副簧的片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1，及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：第二级副簧末片下表面初始曲率半径RA20b的计算根据第二级副簧的片数n2，第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2，及IV步骤中计算得到的RA20a，对第二级副簧末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初始曲率半径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HgA30，对第三级副簧首片上表面初始曲率半径RA30a，即RA30a=LA312+HgA3022HgA30;]]>(3)高强度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的仿真计算根据高强度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进行验算，即Pk1=EbhMe3(RA10a-RM0b)6L1RM0bRA10a;]]>B步骤：第2次开始接触载荷Pk2的仿真计算根据高强度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hMA1e；步骤(2)中仿真计算所得到的RA10b和RA20a，及A步骤中仿真计算得到的Pk1，第2次开始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的仿真计算根据高强度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的仿真计算根据步骤(1)中仿真计算得到的KMA2和KMA3，及C步骤中仿真计算得到的Pk3，对第3次完全接触Pw3进行仿真计算，即Pw3=Pk3KMA3KMA2.]]>(4)高强度三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算：根据空载载荷P0，额定载荷PN，步骤(1)中计算得到的KM、KMA1、KMA2及KMA3，步骤(3)中仿真计算得到的Pk1、Pk2、Pk3、Pw3，对高强度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,P0≤P≤Pk1KMPPk1,Pk1<P≤Pk2KMA1PPk2,Pk2<P≤Pk3KMA2PPk3,Pk3<P≤Pw3KMA3,Pw3<P≤PN.]]>