[发明专利]高强度三级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法

摘要

本发明涉及高强度三级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法，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副簧的结构参数，吊耳中径，弹性模量，额定载荷及额定载荷剩余切线弧高，在主簧初始切线弧高设计及首片主簧初始曲面形状计算的基础上，通过微元曲面及叠加计算，对高强度三级渐变刚度板簧的各片主簧的下料长度进行设计。通过样机下料加工试验测试结果可知，本发明所提供的高强度三级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法是正确的，可得到准确可靠的各片主簧下料长度的设计值，为高强度三级渐变刚度板簧现代化CAD设计奠定了可靠的技术基础；同时，利用该方法可节省材料，提高生产效率，具有显著的经济效益。

主权项

1.高强度三级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法，其中，板簧采用高强度钢板，各片主簧和副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，通过主簧和各级副簧的初始切线弧高及三级渐变间隙，确保满足板簧接触载荷、渐变刚度、悬架偏频及车辆行驶平顺性的设计要求，即高强度三级渐变刚度板簧；根据各片主簧和副簧的结构参数，弹性模量，额定载荷，及在额定载荷下的剩余切线弧高要求值，在主簧初始切线弧高设计及首片主簧初始曲面形状计算的基础上，通过曲面微元及叠加计算，对高强度三级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度进行设计，具体设计步骤如下：(1)高强度三级渐变刚度板簧的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,各片主簧的厚度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；主簧与第一副簧的片数之和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，对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：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(2)高强度三级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度KM主簧与各级副簧的复合夹紧刚度的计算：i步骤：主簧夹紧刚度KM的计算根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,各片主簧的一半夹紧长度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ii步骤：主簧与第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板簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数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，及步骤(1)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iii步骤：主簧与第一级副簧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板簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数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，对主簧与第一级和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2进行仿真计算，即iv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板簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,各片主簧的一半夹紧长度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(3)高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0的设计：根据额定载荷PN，在额定载荷下的剩余切线弧高HgMsy，步骤(2)中计算得到的KM，KMA1，KMA2和KMA3，对主簧初始切线弧高HgM0进行设计，即(4)高强度三级渐变刚度板簧的首片主簧下料长度的设计：I步骤：基于初始切线弧高的首片主簧等效端点力F1e的计算根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的厚度h1，一半夹紧跨度L1，步骤(3)中设计得到的HgM0，对基于初始切线弧高的首片主簧等效端点力F1e进行计算，即II步骤：首片主簧在任意位置处的变形系数GMx的计算根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b，骑马螺栓夹紧距的一半L0，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧跨度L1，以距离板簧对称中心L0/2的位置为坐标原点，对首片主簧在任意位置处的变形系数GMx进行计算，即III步骤：首片主簧初始曲面形状fx的计算，根据首片主簧的厚度h1，I步骤中计算得到的F1e，II步骤中计算得到的GMx，对首片主簧初始曲面形状fx进行计算，即IV步骤：首片主簧在一半夹紧跨度内的曲线段的长度L1c1计算根据首片主簧的一半夹紧跨度L₁，以ΔL为曲面微元的长度，在0～L₁范围内划分为N_c＝L₁/ΔL个微元，依据III步骤计算得到的首片主簧自由初始曲面形状曲线f_x及在任意位置x_j处的曲面高度0≤x_j≤L₁，j＝1,2,…,N_c+1，利用叠加原理对首片主簧在一半夹紧跨度内的曲线段的长度L_1c1进行计算，即V步骤：首片主簧单个吊耳的曲线长度L1c2计算根据吊耳中径de，对首片主簧单个吊耳的曲线长度L1c2进行计算，即L1c2＝πde；VI步骤：首片主簧的总下料长度L1c的设计根据骑马螺栓夹紧距的一半L0，IV步骤中设计得到的L1c1，V步骤中计算得到的L1c2，对首片主簧的下料长度L1c进行设计，即L1C＝2(L1c1+L1c2+L0/2)；(5)高强度三级渐变刚度板簧的其他各片主簧下料长度的设计：根据主簧的片数n，首片主簧的一半作用长度L1T，其他n‑1片主簧的一半作用长度LiT，及其他n‑1片主簧与首片主簧的一半作用长度之差ΔL1iT＝L1T‑LiT,i＝2,..,n,吊耳中径de，步骤(4)的VI步骤中设计得到的L1C,，对其他各片主簧的下料长度进行设计，即LiC＝L1C‑2πde‑2ΔL1iT，i＝2,..,n。