端部接触式少片抛物线型主副簧挠度的计算方法技术

本发明专利技术涉及端部接触式少片抛物线型主副簧挠度的计算方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据主副簧的结构参数、弹性模量，对端部接触式少片抛物线型变截面钢板弹簧的主副簧挠度进行设计。通过样机加载变形试验测试可知，本发明专利技术所提供的端部接触式少片抛物线型主副簧挠度的计算方法是正确的，可得到准确可靠的主副簧挠度计算值，为端部接触式少片抛物线型主副簧的弧高设计及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础。利用该方法可提高产品设计水平、质量和性能及车辆行驶平顺性，同时，降低产品设计和试验测试费用，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主副簧挠度的计算方法。
技术介绍
随着汽车节能化、舒适化、轻量化、安全化的快速发展，少片变截面钢板弹簧因具有重量轻，材料利用率高，片间无摩擦或摩擦小，振动噪声低，使用寿命长等优点，日益受到车辆悬架专家、生产企业及车辆制造企业的高度关注，并且在车辆悬架系统中得到了广泛应用。通常为了满足加工工艺、应力强度、刚度及吊耳厚度的设计要求，会将少片变截面钢板弹簧加工为抛物线型、斜线型、根部加强型、端部加强型、两端加强型等不同结构形式，且由于少片变截面钢板弹簧第1片弹簧的受力较为复杂，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片弹簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片弹簧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片弹簧受力复杂的要求，此外，为了满足不同载荷下的刚度设计要求，通常将少片变截面钢板弹簧设计为端部接触式少片抛物线型变截面主副簧形式。然而，由于端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的结构及接触类型复杂，对其进行分析计算非常困难，据所查资料可知，目前国内外一直未曾给出可靠的端部接触式少片抛物线型主副簧挠度的计算方法，制约了少片变截面钢板弹簧主副簧切线弧高的设计。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对端部接触式少片抛物线型变截面主副簧提出了更高的要求，因此，必须建立一种准确、可靠的端部接触式少片抛物线型主副簧挠度的计算方法，为端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的弧高设计奠定可靠的技术基础，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性及端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的设计要求，提高产品设计水平、质量和性能，满足车辆行驶平顺性的设计要求；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主副簧挠度的计算方法，其计算流程图，如图1所示。端部接触式少片抛物线型变截面主副簧为对称结构，主副簧的一半对称结构可看作为悬臂梁，即对称中心线为根部固定端，主簧的端部受力点和副簧的触点分别作为主簧端点和副簧端点，一半对称结构的主副簧的结构示意图，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每片的一半长度为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，每片主簧安装间距的一半为l3，每片主簧的宽度为b；主簧1各片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h1Mi和l1Mi，i＝1,2,…,m，m为主簧片数；每片主簧的中间变截面为抛物线段，各片主簧的抛物线段的厚度比为βi＝h1Mi/h2M，每片主簧的抛物线段的根部到主簧端点的距离为l2M＝LM-l3，各片主簧的抛物线段的端部到主簧端点的距离l1Mi＝l2Mβi2；主簧1的各片根部平直段及与副簧3的根部平直段之间设有根部垫片2，主簧1各片的端部平直段设有端部垫片4，端部垫片4的材料为碳纤维复合材料，用来降低弹簧工作时所产的摩擦噪声；副簧3每片的一半长度为LA，是由根部平直段、抛物线段和端部平直段三段所构成，每片副簧的根部平直段的厚度为h2A，每片副簧安装间距的一半为l3，每片副簧的宽度为b；各片副簧的端部平直段的厚度和长度分别为h1Aj和l1Aj，j＝1,2,…,n，n为副簧片数；每片副簧的中间变截面为抛物线段，各片副簧的抛物线段的厚度比为βAj＝h1Aj/h2A，每片副簧的抛物线段的根部到副簧端点的距离为l2A＝LA-l3，各片副簧的抛物线段的端部到副簧端点的距离主簧1的第m片端部平直段与副簧3的端部触点之间设有主、副簧间隙δ；当载荷大于副簧起作用载荷时，副簧与主簧端部平直段内某点相接触，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离为l0；当主副簧端部接触之后，主副簧各片端部受力不相同，且与副簧相接触的主簧除了受端点力之外，还在接触点处承受副簧的支撑力。在主副簧的结构参数、弹性模量给定情况下，对端部接触式少片抛物线型变截面钢板弹簧的主副簧挠度进行计算。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主副簧挠度的计算方法，其特征在于采用以下计算步骤：(1)端部接触式少片抛物线型钢板弹簧主、副簧端点变形系数的计算：I步骤：端点受力情况下的各片主簧端点变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，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在端点处的变形系数Gx-Di进行计算，即Gx-Di=4[l2M3(1-βi3)+(LM-l3/2)3]Eb;]]>II步骤：端点受力情况下的第m片主簧在副簧接触点处变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离l0，对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进行计算，即Gx-CD=4(LM-l3/2)3-6l0(LM-l3/2)2-4l2M3+6l0l2M2Eb+2(l0-l2Mβm2)2(2l2Mβm2+l0)Ebβm3-8l2M2(βm-1)(l2M-3l0+l2Mβm2+l2Mβm)Eb;]]>III步骤：主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧端点变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离l0，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在端点位置处的变形系数Gx-Dzm进行计算，即Gx-Dzm=4(LM-l3/2)3-6l0(LM-l3/2)2-4l2M3+6l0l2M2Eb+2(l0-l2Mβm2)2(2l2Mβm2+l0)Ebβm3-8l2M2(βm-1)(l2M-3l0+l2Mβm2+l2Mβm)Eb;]]>IV步骤：主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在副簧接触点处变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离l0，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-CDz进行计算，即Gx-CDz=4(LM-l3/2-l2M)[(LM-l3/2)2-3(LM-l3/2)l0+(LM-l3/2)l2M+3l02-3l0l2M+l2M2]Eb-4(l0-l2Mβm2)3Ebβm3-12l2本文档来自技高网...

【技术保护点】
端部接触式少片抛物线型主副簧挠度的计算方法，其中，端部接触式少片抛物线型变截面钢板弹簧的一半对称结构由根部平直段、抛物线段和端部平直段3段构成，各片主簧的端部平直段是非同构的，即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片的厚度和长度，以满足第1片主簧复杂受力的要求；主簧端部平直段与副簧触点之间设有一定的主副簧间隙，以满足副簧起作用载荷的设计要求；在主副簧的结构参数、弹性模量给定情况下，对端部接触式少片抛物线型变截面钢板弹簧的主副簧的挠度进行计算，具体设计步骤如下：(1)端部接触式少片抛物线型钢板弹簧主、副簧端点变形系数的计算：I步骤：端点受力情况下的各片主簧端点变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，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在端点处的变形系数Gx‑Di进行计算，即Gx-Di=4[l2M3(1-βi3)+(LM-l3/2)3]Eb;]]>II步骤：端点受力情况下的第m片主簧在副簧接触点处变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离l0，对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进行计算，即Gx-CD=4(LM-l3/2)3-6l0(LM-l3/2)2-4l2M3+6l0l2M2Eb+2(l0-l2Mβm2)2(2l2Mβm2+l0)Ebβm3-8l2M2(βm-1)(l2M-3l0+l2Mβm2+l2Mβm)Eb;]]>III步骤：主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧端点变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离l0，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在端点位置处的变形系数Gx‑Dzm进行计算，即Gx-Dzm=4(LM-l3/2)3-6l0(LM-l3/2)2-4l2M3+6l0l2M2Eb+2(l0-l2Mβm2)2(2l2Mβm2+l0)Ebβm3-8l2M2(βm-1)(l2M-3l0+l2Mβm2+l2Mβm)Eb;]]>IV步骤：主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在副簧接触点处变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离l0，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx‑CDz进行计算，即Gx-CDz=4(LM-l3/2-l2M)[(LM-l3/2)2-3(LM-l3/2)l0+(LM-l3/2)l2M+3l02-3l0l2M+l2M2]Eb-4(l0-l2Mβm2)3Ebβm3-12l2MEb[4l0l2M(1-βm)+2l02(1-1βm)+2l2M2(βm3-1)3];]]>V步骤：端点受力情况下的各片副簧端点变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧副簧的一半长度LA，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2A，弹性模量E，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在端点位置处的变形系数Gx‑DAj进行计算，即Gx-DAj=4[l2A3(1-βAj3)+(LA-l3/2)3]Eb;]]>其中，n片副簧叠加后的变形系数Gx‑DAT为Gx-DAT=1Σj=1n1Gx-DAj;]]>(2)端部接触式少片抛物线型钢板弹簧各片主簧夹紧刚度的计算：A步骤：副簧接触之前的各片主簧夹紧刚度KMi的计算：根据主簧根部厚度h2M，及步骤(1)的I步骤中计算得到的Gx‑Di，确定副簧接触之前的各片主簧在夹紧状态下的一半刚度KMi，即KMi=h2M3Gx-Di,i=1,2,...,m;]]>其中，m为主簧片数；B步骤：副簧接触之后的各片主簧夹紧刚度KMAi的计算：根据主簧根部厚度h2M，副簧根部厚度h2A，步骤(1)的I步骤中计算得到的Gx‑Di、I...

【技术特征摘要】
1.端部接触式少片抛物线型主副簧挠度的计算方法，其中，端部接触式少片抛物线型变截面钢板弹簧的一半对称结构由根部平直段、抛物线段和端部平直段3段构成，各片主簧的端部平直段是非同构的，即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片的厚度和长度，以满足第1片主簧复杂受力的要求；主簧端部平直段与副簧触点之间设有一定的主副簧间隙，以满足副簧起作用载荷的设计要求；在主副簧的结构参数、弹性模量给定情况下，对端部接触式少片抛物线型变截面钢板弹簧的主副簧的挠度进行计算，具体设计步骤如下：(1)端部接触式少片抛物线型钢板弹簧主、副簧端点变形系数的计算：I步骤：端点受力情况下的各片主簧端点变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，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在端点处的变形系数Gx-Di进行计算，即Gx-Di=4[l2M3(1-βi3)+(LM-l3/2)3]Eb;]]>II步骤：端点受力情况下的第m片主簧在副簧接触点处变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离l0，对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进行计算，即Gx-CD=4(LM-l3/2)3-6l0(LM-l3/2)2-4l2M3+6l0l2M2Eb+2(l0-l2Mβm2)2(2l2Mβm2+l0)Ebβm3-8l2M2(βm-1)(l2M-3l0+l2Mβm2+l2Mβm)Eb;]]>III步骤：主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧端点变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离l0，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在端点位置处的变形系数Gx-Dzm进行计算，即Gx-Dzm=4(LM-l3/2)3-6l0(LM-l3/2)2-4l2M3+6l0l2M2Eb+2(l0-l2Mβm2)2(2l2Mβm2+l0)Ebβm3-8l2M2(βm-1)(l2M-3l0+l2Mβm2+l2Mβm)Eb;]]>IV步骤：主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在副簧接触点处变形系数的计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度LM，宽度b，安装间距的一半l3，抛物线根部到弹簧端点的距离l2M，弹性模量E，第m片主簧的抛物线段的厚度比βm，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离l0，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-CDz进行计算，即Gx-CDz=4(LM-l3/2-l2M)[(LM-l3/2)2-3(LM-l3/2)l0+(LM-l3/2)l2M+3l02-3l0l2M+l2M2]Eb-4(l0-l2Mβm2)3Ebβm3-12l2MEb[4l0l2M(1-βm)+2l02(1-1βm)+2l2M2(βm3-1)3...

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