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端部接触式少片抛物线型变截面主副簧端点力的计算方法技术

技术编号:13625190 阅读:154 留言:0更新日期:2016-09-01 18:39
本发明专利技术涉及端部接触式少片抛物线型变截面主副簧端点力的计算方法,属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的各片主簧的结构参数、各片副簧的结构参数、弹性模型、主副簧间隙、及主副所受载荷的大小,利用各片主副簧的变形、刚度及载荷之间的关系,对端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的各片主簧和副簧的端点力进行计算。通过实例及仿真验证可知,利用该方法可得到准确、可靠的端部接触式少片变截面主副簧的各片主簧和副簧的端点力计算值,为主副簧的设计、变形及刚度计算和应力强度校核提供了可靠的技术基础,可提高产品设计水平和性能及车辆行驶平顺性,同时,还可降低设计及试验费用,加快产品开发速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆悬架钢板弹簧,特别是端部接触式少片抛物线型变截面主副簧端点力的计算方法
技术介绍
为了满足在不同载荷下的车辆悬架变刚度设计要求,采用少片变截面主、副簧,其中,副簧触点与主簧之间设计有一定的主副簧间隙,确保当大于副簧起作用载荷之后,主、副簧共同工作,以满足复合刚度的设计要求。少片变截面主副簧的第1片主簧的受力复杂,不仅承受垂向载荷,同时还承受扭转载荷和纵向载荷,因此,实际所设计的第1片主簧的端部平直段的厚度和长度,大于其他各片主簧的端部平直段的厚度和长度,即大都采用端部非等构的少片变截面钢板弹簧,以满足第1片主簧受力复杂的要求。另外,为了满足不同复合刚度的设计要求,通常采用不同长度的副簧,即副簧触点与主簧相接触的位置也不同,因此,可分为端部平直段接触式和非端部接触式两种。主副簧接触一起工作时,第m片主簧除了受端点力之外,还受到副簧触点的支撑力的作用,致使少片变截面主副簧的变形及内力计算非常复杂。少片变截面主副簧端点力的计算问题,是制约少片变截面主副簧设计、刚度计算、应力强度校核的关键问题。然而,由于主簧的端部平直段非等构、主副簧长度不相等、主副簧的变形及内力分析计算非常复杂,因此,对于端部接触式少片抛物线型变截面主副簧,先前一直未能给出主副簧端点力的计算方法。目前工程设计人员,大都是忽略主副簧不等长的影响,直接依据主簧刚度和副簧刚度对主簧和副簧的端点力进行近似计算,因此,不能满足端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的精确设计和分析计算的要求。因此,必须建立一种精确、可靠的端部接触式少片抛物线型变截面主副簧端点力的计算方法,满足车辆行业快速发展及对少片抛物线型变截面主副钢板弹簧精确设计和分析计算的要求,提高少片抛物线型变截面主副簧的设计水平、产品质量和性能,确保满足主副簧复合刚度及应力强度的设计要求,提高车辆行驶平顺性;同时,降低设计及试验费用,加快产品开发速度。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷,本专利技术所要解决的技术问题是提供一种简便、可靠的端部接触式少片抛物线型变截面主副簧端点力的计算方法,其设计流程图,如图1所示。少片抛物线型变截面主副簧的一半对称结构可看作为变截面悬臂梁,即将对称中心线看作为一半弹簧的根部固定端,将主簧端部受力点及副簧端部触点分别看作为主簧端点和副簧端点。端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的一半对称结构示意图,如图2所示,其中包括,主簧1,根部垫片2,副簧3,端部垫片4,主簧1各片的根部平直段之间及与副簧3的根部平直段之间设有根部垫片2,主簧1的端部平直段之间设有端部垫片4,端部垫片的材料为碳纤维复合材料,以降低弹簧工作所产生的摩擦噪声。各片主簧的一半长度为LM,是由根部平直段、抛物线段和端部平直段三段所构成,每片主簧的根部平直段的厚度为h2M,安装间距的一半为l3;主簧1各片的端部平直段非等构,即第1片的端部平直段的厚度和长度,大于其他各片的厚度和长度,各片主簧的端部平直段的厚度和长度分别为h1i和l1i,i=1,2,...,m,m为少片变截面主簧的片数;中间变截面为抛物线段,各片抛物线段的厚度比为βi=h1i/h2M,抛物线段的根部到主簧端点的距离为l2M=LM-l3。各片副簧的一半长度为LA,副簧触点与主簧端点的水平距离为l0=LM-LA,副簧片数为n,副簧宽度等于主簧宽度,即副簧宽度为b;各片副簧的根部平直段厚度为h2A,各片副簧的端部平直段的厚度和长度分别为hA1j和lA1j,各片副簧抛物线段的厚度比βAj=hA1j/h2A,j=1,2,..,n;副簧触点与主簧端部平直段
之间设有一定的主副簧间隙δ,当载荷大于副簧起作用载荷后,副簧触点与主簧端部平直段内某点相接触而共同起作用,以满足复合刚度设计要求。在各片主簧的结构参数、各片副簧的结构参数、弹性模量、主副簧间隙、及主副簧所受载荷给定情况下,对端部接触式少片变截面主副簧的各片主簧和各片副簧的端点力进行计算。为解决上述技术问题,本专利技术所提供的端部接触式少片抛物线型变截面主副簧端点力的计算方法,其特征在于采用以下计算步骤:(1)端点受力情况下的各片抛物线型变截面主簧的端点变形系数Gx-Di计算:根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度LM,宽度b,弹性模量E,主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,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的端点变形系数Gx-Di进行计算,即 G x - D i = 4 [ l 2 M 3 ( 1 - β i 3 ) + L M 3 ] E b , i = 1 , 2 , ... , m ; ]]>(2)端点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-CD计算:根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度LM,宽度b,弹性模量E,主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,第m片主簧的抛物线段的厚度比βm,副簧触点与主簧端点的水平距离l0,对端点受力情况下的第m片抛物线型变截面主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-CD进行计算,即 G x - C D = 4 L M 3 - 6 l 0 L M 2 - 4 l 2 M 3 + 6 l 0 l 2 M 2 本文档来自技高网
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【技术保护点】
端部接触式少片抛物线型变截面主副簧端点力的计算方法,其中,少片抛物线型变截面主副簧的一半对称结构由根部平直段、抛物线段、端部平直段三段构成;各片主簧的端部平直段非等构,即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度,大于其他各片主簧的端部平直段的厚度和长度;副簧长度小于主簧长度,副簧触点与主簧端部平直段之间设有主副簧间隙;当载荷大于副簧起作用载荷时,副簧触点与主簧端部平直段某点相接触;主副簧接触之后,各片主副簧的端点力不相同,且与副簧相接触的1片主簧除了受端点力之外,还承受副簧触点支撑力的作用;在主副簧的各片结构参数、主副簧间隙、弹性模量及主副簧所承受载荷给定情况下,对端部接触式抛物线型变截面主副簧的各片主簧和各片副簧的端点力进行计算,具体计算步骤如下:(1)端点受力情况下的各片抛物线型变截面主簧的端点变形系数Gx‑Di计算:根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度LM,宽度b,弹性模量E,主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,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的端点变形系数Gx‑Di进行计算,即Gx-Di=4[l2M3(1-βi3)+LM3]Eb,i=1,2,...,m;]]>(2)端点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx‑CD计算:根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度LM,宽度b,弹性模量E,主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,第m片主簧的抛物线段的厚度比βm,副簧触点与主簧端点的水平距离l0,对端点受力情况下的第m片抛物线型变截面主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx‑CD进行计算,即Gx-CD=4LM3-6l0LM2-4l2M3+6l0l2M2Eb+2(l0-l2Mβm2)2(2l2Mβm2+l0)Ebβm3-8l2M2(βm-1)(l2M-3l0+l2Mβm2+l2Mβm)Eb;]]>(3)主副簧接触点受力情况下的第m片主簧的端点变形系数Gx‑Dzm计算:根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度LM,宽度b,弹性模量E,主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,第m片主簧的抛物线段的厚度比βm,副簧接触点与主簧端点的水平距离l0,对主副簧接触点受力情况下的第m片抛物线型变截面主簧的端点变形系数Gx‑Dzm进行计算,即Gx-Dzm=4LM3-6l0LM2-4l2M3+6l0l2M2Eb+2(l0-l2Mβm2)2(2l2Mβm2+l0)Ebβm3-8l2M2(βm-1)(l2M-3l0+l2Mβm2+l2Mβm)Eb;]]>(4)主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx‑CDz计算:根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度LM,宽度b,弹性模量E,主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,第m片主簧的抛物线段的厚度比βm,副簧触点与主簧端点的水平距离l0,对主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处变形系数Gx‑CDz进行计算,即Gx-CDz=4(LM-l2M)(LM2-3LMl0+LMl2M+3l02-3l0l2M+l2M2)Eb-4(l0-l2Mβm2)3Ebβm3-12l2MEb[4l0l2M(1-βm)+2l02(1-1βm)+2l2M2(βm3-1)3];]]>(5)端点受力情况下的各片叠加副簧的端点变形系数Gx‑DAj及n片叠加副簧的总端点变形系数Gx‑DAT的计算:根据少片抛物线型变截面副簧的一半长度LA,宽度b,弹性模量E,副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离l2A,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的端点变形系数Gx‑DAj进行计算,即Gx-DAj=4[l2A3(1-βAj3)+LA3]Eb;]]>根据各片副簧的端点变形系数Gx‑DAj,对n片叠加副簧的总端点变形系数Gx‑DAT进行计算,即Gx-DAT=1Σj=1n1Gx-DAj,j=1,2,...,n;]]>当副簧片数n=1时,n片叠加副簧的总端点变形系数Gx‑DAT,等于单片副簧的端点变形系数Gx‑DA1,即Gx-DAT=Gx-DA1=4[l2A3(1-βA13)+LA3]Eb;]]>(6)各片端部接触式抛物线型变截面主副簧的一半刚度计算:I步骤:主副簧接触之前的各片主簧的一半刚度KMi计算:根据各片主簧的根部平直段的厚度h2M,及步骤(1)中计算得到的Gx‑...

【技术特征摘要】
1.端部接触式少片抛物线型变截面主副簧端点力的计算方法,其中,少片抛物线型变截面主副簧的一半对称结构由根部平直段、抛物线段、端部平直段三段构成;各片主簧的端部平直段非等构,即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度,大于其他各片主簧的端部平直段的厚度和长度;副簧长度小于主簧长度,副簧触点与主簧端部平直段之间设有主副簧间隙;当载荷大于副簧起作用载荷时,副簧触点与主簧端部平直段某点相接触;主副簧接触之后,各片主副簧的端点力不相同,且与副簧相接触的1片主簧除了受端点力之外,还承受副簧触点支撑力的作用;在主副簧的各片结构参数、主副簧间隙、弹性模量及主副簧所承受载荷给定情况下,对端部接触式抛物线型变截面主副簧的各片主簧和各片副簧的端点力进行计算,具体计算步骤如下:(1)端点受力情况下的各片抛物线型变截面主簧的端点变形系数Gx-Di计算:根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度LM,宽度b,弹性模量E,主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,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的端点变形系数Gx-Di进行计算,即 G x - D i = 4 [ l 2 M 3 ( 1 - β i 3 ) + L M 3 ] E b , i = 1 , 2 , ... , m ; ]]>(2)端点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-CD计算:根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度LM,宽度b,弹性模量E,主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,第m片主簧的抛物线段的厚度比βm,副簧触点与主簧端点的水平距离l0,对端点受力情况下的第m片抛物线型变截面主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-CD进行计算,即 G x - C D = 4 L M 3 - 6 l 0 L M 2 - 4 l 2 M 3 + 6 l 0 l 2 M 2 E b + 2 ( l 0 - l 2 M β m 2 ) 2 ( 2 l 2 M β m 2 + l 0 ) Ebβ m 3 - 8 l 2 M 2 ( β m - 1 ) ( l 2 M - 3 l 0 + l 2 M β m 2 + l 2 M β m ) E b ; ]]>(3)主副簧接触点受力情况下的第m片主簧的端点变形系数Gx-Dzm计算:根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度LM,宽度b,弹性模量E,主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,第m片主簧的抛物线段的厚度比βm,副簧接触点与主簧端点的水平距离l0,对主副簧接触点受力情况下的第m片抛物线型变截面主簧的端点变形系数Gx-Dzm进行计算,即 G x - D z m = 4 L M 3 - 6 l 0 L M 2 - 4 l 2 M 3 + 6 l 0 l 2 M 2 E b + 2 ( l 0 - l 2 M β m 2 ) 2 ( 2 l 2 M β m 2 + l 0 ) Ebβ m 3 - 8 l 2 M 2 ( β m - 1 ) ( l 2 M - 3 l 0 + l 2 M β m 2 + l 2 M β m ) E b ; ]]>(4)主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-CDz计算:根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度LM,宽度b,弹性模量E,主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M,第m片主簧的抛物线段的厚度比βm,副簧触点与主簧端点的水平距离l0,对主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处变形系数Gx-CDz进行计算,即 G x - CD z = 4 ( L M - l 2 M ) ( L M 2 - 3 L M l 0 + L M l 2 M + 3 l 0 2 - 3 l 0 l 2 M + l 2 M 2 ) E b - 4 ( l 0 - l 2 M β m 2 ) 3 Ebβ m 3 - 12 l 2 M E b [ 4 l 0 l 2 M ( 1 - β m ) + 2 l 0 2 ( 1 - 1 β m ) + 2 l 2 M 2 ( β m 3 - 1 ) 3 ] ; ]]>(5)端点受力情况下的各片叠加副簧的端点变形系数Gx-DAj及n片叠加副簧的总端点变形系数Gx-DAT的计算:根据少片抛物线型变截面副簧的一半长度LA,宽度b,弹性模量E,副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离l2A,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的端点变形系数Gx-DAj进行计算,即 G x - D A j = 4 [ l 2 A 3 ( 1 - β A j 3 ) + L A 3 &rs...

【专利技术属性】
技术研发人员:周长城王炳超汪晓于曰伟赵雷雷刘灿昌邵明磊
申请(专利权)人:周长城
类型:发明
国别省市:山东;37

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