非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度的设计方法技术

本发明专利技术非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据主副簧复合刚度设计要求值，各片主簧的结构参数、弹性模量、副簧片数、副簧的根部平直段的厚度、副簧的抛物线段的厚度比，建立副簧一半长度LA的设计数学模型，对非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度进行设计。通过设计实例及ANSYS仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度设计值，为非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧设计及CAD软件开发提供了可靠的技术基础；利用该方法可提高产品设计水平、产品质量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，特别是非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度的设计方法。
技术介绍
为了满足在不同载荷下的车辆悬架变刚度设计及车辆悬架轻量化的要求，通常采用少片变截面主副簧。由于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。少片变截面主副簧的复合刚度，对车辆行驶平顺性具有重要影响，因此，必须对所设计的少片变截面主副簧的副簧长度进行精确设计，以确保满足复合刚度的设计要求。然而，由于主簧的端部平直段非等构、主副簧的长度不相等、主副簧的变形及内力分析计算非常复杂，因此，对于非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧，先前一直未能给出副簧长度的设计方法。尽管先前曾有人给出了少片变截面钢板弹簧的设计和计算方法，例如，彭莫，高军曾在《汽车工程》，1992年(第14卷)第3期，提出了变截面钢板弹簧的设计和计算方法，主要是针对端部等构的少片抛物型变截面钢板弹簧进行设计和计算，其不足之处不能满足非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧及副簧长度的设计要求。目前工程设计人员，大都是忽略主副簧不等长的影响，直接将主副簧复合刚度设计要求值减去主簧刚度值作为副簧刚度，然后对副簧长度进行近似设计，因此，难以得到可靠的副簧长度设计值，不能满足非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的精确设计要求。因此，必须建立一种精确、可靠的非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度的设计方法，以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、可靠的非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度的设计方法，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。非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，抛物线段的端部到主簧端点的距离l1i＝l2Mβi2。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。副簧3的一半长度LA为待设计值，副簧片数为n，各片副簧的结构相同，其中，副簧宽度等于主簧宽度，即副簧宽度为b，副簧触点与主簧端点的水平距离为l0＝LM-LA，抛物线段的根部到副簧端点的距离为l2A＝LA-l3，副簧根部平直段的厚度为h2A，第j片副簧的端部平直段的厚度和长度分别为hA1j和lA1j，且hA11＝hA1j＝…＝hA1n，lA11＝lA1j＝…＝lA1n；副簧抛物线段的厚度比为βA，其中，βA＝hA1j/hA2，j＝1,2,…,n，n为副簧的片数，抛物线段的端部到副簧端点的距离lA1j＝l2AβA2。副簧触点与主簧抛物线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，副簧触点与主簧抛物线段内某点相接触而共同起作用，以满足主副簧复合刚度和副簧起作用载荷的设计要求，其中，主副簧的复合刚度，不仅与主簧各片的结构参数有关，而且还与副簧的片数及根部平直段的厚度及副簧长度有关。在主簧的各片结构参数、弹性模量、副簧的厚度和片数、副簧的抛物线段的厚度比、及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下，对非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的副簧长度进行设计。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度的设计方法，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：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，i＝1,2,…,m，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;]]>(2)端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BC表达式的建立：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M；以副簧的一半长度LA为待设计参数，建立在端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BC的表达式，即Gx-BC=2Eb[8l2M3/2(LM-LA)3/2-(9l2M2+3LM2)(LM-LA)+2l2M3+2LM3];]]>(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-Dpm表达式的建立：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的，宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M；以副簧的一半长度LA为待设计参数，建立在主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧的端点变形系数Gx-Dpm的表达式，即Gx-Dpm=4bE[l2M3-6(LM-LA)l2M2+4l2M3/2(LM-LA)3/2+LM3];]]>(4)主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BCp表达式的建立：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M；以副簧的一半长度LA为待设计参数，建立在主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BCp的表达式，即Gx-BCp=4Eb{(LM-l2M)[LM2-3LM(LM-LA)+LMl2M+3(LM-LA)2-3(LM-LA)l2M+l2M2]-[6l2M(LM-LA)2-2l2M3-16(LM-L本文档来自技高网...

【技术保护点】
非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度的设计方法，其中，少片抛物线型变截面主簧的端部是非同构的，即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片的端部平直段的厚度和长度；少片抛物线型变截面副簧的长度小于主簧的长度，且副簧触点与主簧抛物线段内某点相接触；在主簧的各片结构参数、弹性模量、副簧的片数、副簧根部平直段的厚度、副簧的抛物线段的厚度比、及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下，对非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度进行设计，具体设计步骤如下：(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：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，i＝1,2,…,m，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;]]>(2)端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BC表达式的建立：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M；以副簧的一半长度LA为待设计参数，建立在端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BC的表达式，即Gx-BC=2Eb[8l2M3/2(LM-LA)3/2-(9l2M2+3LM2)(LM-LA)+2l2M3+2LM3];]]>(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‑Dpm表达式的建立：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的，宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M；以副簧的一半长度LA为待设计参数，建立在主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧的端点变形系数Gx‑Dpm的表达式，即Gx-Dpm=4bE[l2M3-6(LM-LA)l2M2+4l2M3/2(LM-LA)3/2+LM3];]]>(4)主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BCp表达式的建立：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M；以副簧的一半长度LA为待设计参数，建立在主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BCp的表达式，即Gx-BCp=4Eb{(LM-l2M)[LM2-3LM(LM-LA)+LMl2M+3(LM-LA)2-3(LM-LA)l2M+l2M2]-[6l2M(LM-LA)2-2l2M3-16(LM-LA)3/2l2M1/2+12(LM-LA)l2M3]};]]>(5)端点受力情况下的n片叠加副簧的总端点变形系数Gx‑DAT表达式的建立：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的宽度b，安装间距的一半l3，弹性模量E；副簧片数n，副簧的抛物线段的厚度比βA；以副簧一半长度LA为待设计参数，建立n片叠加副簧的总端点变形系数Gx‑DAT的表达式，即Gx-DAT=4[(LA-l3)3(1-βA3)+LA3]Ebn;]]>①当副簧的一半长度等于安装间距的一半即LA＝l3时，则n片叠加副簧的最小总端点变形系数Gx‑DATmin为Gx-DATmin=4l33nEb;]]>②当副簧的一半长度等于第m片主簧的一半长度减去端部平直段长度即LA＝LM‑l1m时，则n片叠加副簧的最大总端点变形系数Gx‑DATmax为Gx-DATmax=4[(LM-l1m-l3)3(1-βA3)+(LM-l1m)3]nEb;]]>(6)非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧复合刚度设计值所在区间的判定：A：非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧复合刚度的最小值KMATmin：i当副簧的一半长度等于安装间距的一半即LA＝l3时，根据步骤(2)中建立的Gx‑BC表达式，步骤(3)中建立的Gx‑Dpm表达式，及步骤(4)中建立的Gx‑BCp表达式，分别计算在端点受力情况的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点位置处的变形系数Gx‑BC，及在主副簧接触点受力情况的第m片主簧的端点变形系数Gx‑Dpm和在抛物线段与副簧接触点位置处的变形系数Gx‑BCp；ii根据少片抛物线型变截面主簧的片数m，主簧的根部平直段的厚度h2M，副簧的根部平直段的厚度h2A；步骤(1)中计算得到的前m‑1片主簧的端点变形系数Gx‑Di，i＝1,2，…,m‑1，i步骤中计算得到的Gx‑BC、Gx‑Dpm、Gx‑BCp，及步...

【技术特征摘要】
1.非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度的设计方法，其中，少片抛物线型变截面主簧的端部是非同构的，即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片的端部平直段的厚度和长度；少片抛物线型变截面副簧的长度小于主簧的长度，且副簧触点与主簧抛物线段内某点相接触；在主簧的各片结构参数、弹性模量、副簧的片数、副簧根部平直段的厚度、副簧的抛物线段的厚度比、及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下，对非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度进行设计，具体设计步骤如下：(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：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，i＝1,2,…,m，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;]]>(2)端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BC表达式的建立：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M；以副簧的一半长度LA为待设计参数，建立在端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BC的表达式，即Gx-BC=2E...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁光明，周长城，张云山，于曰伟，赵雷雷，汪晓，王凤娟，邵明磊，刘灿昌，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37