高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度的仿真验算法制造技术

本发明专利技术涉及高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度的仿真验算法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据各片主簧和副簧的结构设计参数、弹性模量、最大许用应力、主簧加紧刚度和主副簧复合加紧刚度，对高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度进行仿真验算。通过仿真验算值与设计值及样机试验可知，本发明专利技术所提供的高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度的仿真验算法是正确的，可得到准确可靠最大限位挠度仿真验算值。利用该方法可确保高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度满足设计要求，对板簧起保护作用，防止因受冲击而断裂，从而提高产品设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

A simulation algorithm for maximum deflection of high strength grade tapered spring plate

The invention relates to a simulation test method for maximum limit deflection of a high strength first grade tapered spring leaf, belonging to the technical field of suspension leaf springs. The invention can according to the structure design of the main spring and spring parameters, elastic modulus, maximum allowable stress, stepping up the main spring stiffness and the main auxiliary spring to composite stiffness, high strength of a variable stiffness spring maximum limit deflection simulation calculation. Through the simulation calculation value and design value and the prototype test shows that the algorithm simulation of high intensity gradient level provided by the invention of the maximum limit stiffness of spring deflection is correct, can obtain accurate and reliable maximum deflection limit value simulation. The method can ensure the high strength level variable stiffness spring maximum limit deflection and meet the design requirements, the protective effect of spring, to prevent fracture due to shock, so as to improve the level of product design, reliability and long service life and traffic safety; at the same time, reduce design and test cost, speed up product development.

【技术实现步骤摘要】
高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度的仿真验算法
本专利技术涉及车辆悬架板簧，特别是高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度的仿真验算法。
技术介绍
随着高强度钢板材料的出现，可采用高强度一级渐变刚度板簧，以满足在不同载荷下的车辆行驶平顺性及悬架渐变偏频保持不变的设计要求，其中，为防止板簧因受冲击载荷发生断裂，通常根据最大许用应力下的最大载荷所对应的最大挠度，作为板簧的最大限位挠度，并根据最大限位挠度设置限位装置从而对板簧起保护作用。对于某高强度一级渐变刚度板簧所设计的最大限位挠度，能否满足最大许用应力并且真正对板簧起保护作用，应对其进行仿真验算。然而，由于在渐变过程中的板簧挠度计算非常复杂，且受重叠部分等效厚度计算、接触载荷反求、根部最大应力计算和最大载荷确定等关键问题的制约，据所查资料可知，先前国内外一直未给出高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度的仿真验算法。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对高强度一级渐变刚度设计板簧提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度的仿真验算法，为高强度一级渐变刚度板簧特性仿真及仿真软件开发奠定可靠的技术基础，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性对高强度一级渐变刚度板簧的设计要求，并通过最大限位挠度的仿真验算及时发现板簧最大限位挠度设计所存在问题，确保满足最大许用应力并且真正对板簧起保护作用，从而提高产品设计水平、质量和性能及使用寿命，提高车辆行驶平顺性和安全性；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、可靠的高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度的仿真验算法，仿真计算流程图，如图1所示。板簧采用高强度钢板，宽度为b，弹性模量为E，各片板簧为以中心穿装孔对称的结构，其安装夹紧距的一半L0为骑马螺栓夹紧距的一半L0；高强度一级渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，由主簧1和副簧2构成，其中，主簧1的片数为n，各片主簧的厚度为hi，一半作用长度为Lit，一半夹紧长度为Li＝Lit-L0/2，i＝1,2,…,n；副簧2的片数为m，各片副簧的厚度为hAj，一半作用长度为LAjt，一半夹紧长度为LAj＝LAjt-L0/2，j＝1,2,…,m。末片主簧的下表面与首片副簧的上表面之间的主副簧渐变间隙δMA，其大小是由主簧初始切线弧高与副簧初始切线弧高所决定的。当载荷达到开始起作用载荷Pk时，在骑马螺栓夹紧距外侧，末片主簧下表面与首片副簧上表面开始接触；当载荷达到完全接触载荷Pw时，末片主簧下表面与首片副簧上表面完全接触。当载荷在[Pk,Pw]范围内变化时，主簧末片下表面与副簧首片上表面的接触位置及主副簧渐变复合夹紧刚度KkwP随载荷而变化，从而满足悬架偏频保持不变的设计要求。根据最大许用应力下的最大载荷所对应的最大挠度作为板簧的最大限位挠度，并依据最大限位挠度设置一限位装置从而对板簧起保护作用，防止因受冲击载荷板簧发生断裂。在高强度一级渐变刚度板簧的结构设计参数和最大许用应力给定情况下，对其最大限位挠度进行仿真验算法。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度的仿真验算法，其特征在于采用以下仿真验算步骤：(1)高强度一级渐变刚度板簧的开始和完全接触载荷Pk和Pw的仿真计算：A步骤：末片主簧下表面初始曲率半径RM0b的仿真计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n，首片主簧的一半夹紧长度L1，主簧初始切线弧高HgM0，对末片主簧下表面的初始曲率半径RM0b进行仿真计算，即B步骤：首片副簧上表面初始曲率半径RA0a的仿真计算根据首片副簧的一半夹紧长度LA1，副簧初始切线弧高HgA0，对首片副簧上表面初始曲率半径RA0a进行仿真计算，即C步骤：主簧根部重叠部分等效厚度hMe的计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n，对主簧根部重叠部分的等效厚度hMe进行计算，即D步骤：高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk的仿真计算根据高强度一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧跨长度L1，A步骤中计算得到的RM0b，B步骤中计算得到的RA0a，及C步骤中计算得到的hMe，对高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk进行仿真计算，即E步骤：高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw的仿真计算根据主簧夹紧刚度KM，主副簧的复合夹紧刚度KMA，及D步骤中仿真计算得到的Pk，对高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw进行计算，即(2)高强度一级渐变刚度板簧的最大许用载荷PmaxX的确定：I步骤：主副簧的根部重叠部分的等效厚度hMAe的计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n；副簧片数m，各片副簧的厚度hAj，j＝1,2,…,m；对主副簧的根部重叠部分的等效厚度hMAe进行计算，即II步骤：主簧和副簧的最大厚度板簧的厚度hmax和hAmax的确定根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1，2,...,n；副簧片数m，各片副簧的厚度hAj,j＝1，2,...,m，分别确定主簧和副簧的最大厚度板簧的厚度hmax和hAmax，即hmax＝max(hi)，i＝1，2,...,n；hAmax＝max(hAj),j＝1，2,...,m；III步骤：基于主簧应力的高强度一级渐变刚度板簧最大许用载荷PMmax的计算根据高强度一级渐变刚度板簧的宽度b，最大许用应力[σ]；首片主簧的一半夹紧长度L1，步骤(1)中计算得到的Pk和hMe，I步骤中计算得到的hMAe，II步骤中所确定的hmax，对基于主簧应力的高强度一级渐变刚度板簧最大许用载荷PMmax进行计算，即IV步骤：基于副簧应力的高强度一级渐变刚度板簧最大许用载荷PAmax的计算根据高强度一级渐变刚度板簧的宽度b，最大许用应力[σ]；首片主簧的一半夹紧长度L1，步骤(1)中仿真计算得到的Pk，I步骤中计算得到的hMAe，II步骤中所确定的hAmax，对基于副簧应力的高强度一级渐变刚度板簧最大许用载荷PAmax进行计算，即V步骤：高强度一级渐变刚度板簧的最大许用载荷PmaxX的确定根据III步骤计算得到的PMmax，IV步骤计算得到的PAmax，对高强度一级渐变刚度板簧的最大许用载荷PmaxX进行确定，即PmaxX＝min(PMmax,PAmax)；(3)高强度一级渐变刚度板簧的渐变夹紧刚度KkwP的仿真计算：根据主簧夹紧刚度KM，步骤(1)中仿真计算所得到的Pk和Pw，对高强度一级渐变刚度板簧在载荷P∈[Pk,Pw]范围内的渐变夹紧刚度KkwP进行仿真计算，即(4)高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度fMmax的仿真验算：根据主簧夹紧刚度KM，主副簧的复合夹紧刚度KMA，步骤(1)中仿真计算得到的Pk和Pw，步骤(2)中所确定的PmaxX，步骤(3)中仿真计算得到的KkwP，对高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度fMmax进行仿真计算，即本专利技术比现有技术具有的优点由于主副簧渐变接触过程中的挠度计算非常复杂，同时受板簧重叠部分等效厚度计算和接触载荷反求等关键问题的制约，据所查资料可知，先前国内外一直未给出高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度的仿本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度的仿真验算法，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；通过主簧和副簧的初始切线弧高及簧渐变间隙，确保满足板簧接触载荷、渐变刚度及悬架在渐变载荷下的偏频保持不变的设计要求,即等偏频型一级渐变刚度板簧；依据最大限位挠度设置一限位装置，对板簧起保护作用，防止因受冲击而发生断裂；根据各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量和最大许用应力，在接触载荷、最大许用载荷和渐变刚度仿真计算的基础上，对高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度进行仿真验算，具体仿真验算步骤如下：(1)高强度一级渐变刚度板簧的开始和完全接触载荷P

【技术特征摘要】
1.高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度的仿真验算法，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；通过主簧和副簧的初始切线弧高及簧渐变间隙，确保满足板簧接触载荷、渐变刚度及悬架在渐变载荷下的偏频保持不变的设计要求,即等偏频型一级渐变刚度板簧；依据最大限位挠度设置一限位装置，对板簧起保护作用，防止因受冲击而发生断裂；根据各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量和最大许用应力，在接触载荷、最大许用载荷和渐变刚度仿真计算的基础上，对高强度一级渐变刚度板簧的最大限位挠度进行仿真验算，具体仿真验算步骤如下：(1)高强度一级渐变刚度板簧的开始和完全接触载荷Pk和Pw的仿真计算：A步骤：末片主簧下表面初始曲率半径RM0b的仿真计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n，首片主簧的一半夹紧长度L1，主簧初始切线弧高HgM0，对末片主簧下表面的初始曲率半径RM0b进行仿真计算，即B步骤：首片副簧上表面初始曲率半径RA0a的仿真计算根据首片副簧的一半夹紧长度LA1，副簧初始切线弧高HgA0，对首片副簧上表面初始曲率半径RA0a进行仿真计算，即C步骤：主簧根部重叠部分等效厚度hMe的计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n，对主簧根部重叠部分的等效厚度hMe进行计算，即D步骤：高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk的仿真计算根据高强度一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧跨长度L1，A步骤中计算得到的RM0b，B步骤中计算得到的RA0a，及C步骤中计算得到的hMe，对高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk进行仿真计算，即E步骤：高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw的仿真计算根据主簧夹紧刚度KM，主副簧的复合夹紧刚度KMA，及D步骤中仿真计算得到的Pk，对高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw进行计算，即(2)高强度一级渐变刚度板簧的最大许用载荷PmaxX的确定：I步骤：主副簧的根部重叠部分的等效厚度hMAe的计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n；副簧片数m，各片副簧的厚度hAj，j＝1,2,…,m；对主副簧的根部重叠部分的等效厚度hMAe进行计算，即

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