高强度三级渐变刚度板簧悬架系统偏频特性的仿真计算方法技术方案

本发明专利技术涉及高强度三级渐变刚度板簧悬架系统偏频特性的仿真计算方法，属于车辆悬架钢板弹簧技术领域。可根据各片主簧和副簧的结构参数，弹性模量，主簧及各级副簧初始切线弧高，空载载荷和额定载荷，对高强度三级渐变刚度板簧悬架系统的偏频特性进行仿真计算。通过样机实例计算和车辆平顺性试验可知，在不同载荷下的悬架偏频仿真计算值与试验值相吻合，表明所提供的高强度三级渐变刚度板簧悬架系统偏频特性的仿真计算方法是正确的，为高强度三级渐变刚度板簧的设计及特性仿真验证奠定了可靠的技术基础。利用该方法可提高产品设计水平和性能，确保悬架系统偏频特性满足设计要求，提高车辆行驶平顺性；同时，降低设计和试验费用，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板簧，特别是高强度三级渐变刚度板簧悬架系统偏频特性的仿真计算法。
技术介绍
随着高强度钢板材料的出现，可采用高强度三级渐变板簧，从而满足在不同载荷下的悬架渐变刚度及悬架偏频保持不变的设计要求，进一步提高车辆行驶平顺性，其中，悬架系统偏频特性，影响车辆行驶平顺性和安全性。对于给定设计结构的高强度三级渐变板簧悬架系统的偏频特性是否满足车辆行驶平顺性的设计要求，必须对悬架系统的偏频特性进行仿真计算和验证。高强度三级渐变板簧悬架系统的偏频特性，不仅与主簧夹紧刚度、主簧与各级副簧的复合夹紧刚度载荷有关，而且还与接触载荷和渐变刚度有关。然而，由于受主簧夹紧刚度计算，主簧与各级副簧的复合夹紧刚度计算，渐变刚度计算，及接触载荷仿真计算等关键问题的制约，据所查资料可知，目前国内外尚未给出可靠的高强度三级渐变刚度板簧悬架系统偏频特性的仿真计算法。随着车辆行驶速度及对平顺性要求的不断提高，对车辆悬架系统设计提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的高强度三级渐变刚度板簧悬架系统偏频特性的仿真计算法，以满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性不断提高及对高强度三级渐变板簧的设计和特性仿真验证的要求，确保悬架系统偏频特性满足车辆平顺性设计要求，从而提高产品的设计水平、性能及车辆行驶平顺性和安全性；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、可靠的高强度三级渐变刚度板簧悬架系统偏频特性的仿真计算法，其仿真计算流程如图1所示。高强度三级渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，是由主簧1、第一级副簧2和第二级副簧3和第三级副簧4所组成的，高强度三级渐变刚度板簧的总跨度的一半为L，骑马螺栓夹紧距的一半为L0，钢板弹簧的宽度为b，弹性模量为E。主簧1的片数为n，其中，第i片主簧的厚度为hi，一半长度LiT，一半夹紧长度Li＝LiT-L0/2，i＝1,2,…,n；第一级副簧2的片数为n1，各片厚度为hA1j,一半长度LA1jT，一半夹紧长度LA1j＝Ln+j＝LA1jT-L0/2，j＝1,2,…,n1；第二级副簧3的片数为n2，各片厚度为hA2j,一半长度LA2kT，一半夹紧长度LA2k＝Ln+n1+k＝LA2kT-L0/2，k＝1,2,…,n2；第三级副簧4的片数为n3，各片厚度为hA3l,一半长度LA3lT，一半夹紧长度LA3l＝Ln+n1+n2+l＝LA3lT-L0/2，l＝1,2,…,n3。高强度三级渐变刚度板簧的总片数N＝n+n1+n2+n3；主簧初始切线弧高设计值HgM0，各级副簧的初始切线弧高设计值分别为HgA10，HgA20和HgA30；通过主簧与各级副簧的初始切线弧高，高强度三级渐变刚度板簧的三级渐变间隙δMA1、δA12和δA23，即在第一级副簧首片端部上表面与主簧的末片下表面之间设有一级渐变间隙δMA1；第二级副簧首片端部上表面与第一级副簧的末片下表面之间设有二级渐变间隙δA12；第三级副簧首片端部上表面与二级副簧的末片下表面之间设有三级渐变间隙δA23。通过主簧和各级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙，以满足渐变刚度钢板弹簧的各次接触载荷及渐变刚度和悬架系统偏频的设计要求。悬架系统在不同载荷下的偏频特性，影响车辆行驶平顺性和安全性。根据高强度三级渐变刚度板簧的结构参数，弹性模量，空载载荷，额定载荷，对高强度三级渐变刚度板簧悬架系统的偏频特性进行仿真计算。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的高强度三级渐变刚度板簧悬架系统偏频特性的仿真计算法，其特征在于采用以下仿真计算步骤：(1)主簧夹紧刚度及其与各级副簧的复合夹紧刚度的仿真计算：i步骤：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,主簧各片的厚度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；主簧和第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，主簧与第一级和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+n2，主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，对三级渐变刚度钢板弹簧的各不同片数m重叠段的等效厚度hme进行计算，m＝1,2,…,N，即：其中，主簧根部重叠部分的等效厚度hMe，及主簧与三级副簧的根部重叠部分的等效厚度hMA1e、hMA2e和hMA3e分别为ii步骤：主簧的夹紧刚度KM的仿真计算根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n，及i步骤中计算得到的hme，m＝i＝1,2,…,n，对主簧的夹紧刚度KM进行仿真计算，即iii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钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,主簧各片的一半夹紧长度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i步骤中计算得到的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iv步骤：主簧与第一级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钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,主簧各片的一半夹紧长度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i步骤中计算得到的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v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钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n，主簧各片的一半夹紧长度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i步骤中计算得到的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，即(2)高强度三级渐变刚度板簧的主簧及各级副簧的初始曲率半径的计算：I步骤：主簧末片下表面初始曲率半径RM0b的计算根据主簧的片数n，主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n，主簧首片的一半夹紧长度L1，主簧初始切线弧高HgM0，对主簧末片下表面初始曲率半径RM0b进行计算，即II步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a的计算根据第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，第一级副簧的初始切线弧高HgA10，对第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a进行计算，即III步骤：第一级副簧末片下表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强度三级渐变刚度板簧悬架系统偏频特性的仿真计算法，其中，板簧采用高强度钢板，各片板簧为以中心穿装孔中心的对称结构，安装夹紧距的一半为骑马螺栓夹紧距的一半；通过主簧与各级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙，满足板簧各次接触载荷、渐变复合夹紧刚度、悬架偏频及车辆行驶平顺性的设计要求；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，空载载荷，额定载荷，在板簧夹紧刚度和接触载荷仿真计算的基础上，对高强度三级渐变刚度板簧悬架系统在不同载荷下的偏频特性进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)主簧夹紧刚度及其与各级副簧的复合夹紧刚度的仿真计算：i步骤：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,主簧各片的厚度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；主簧和第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，主簧与第一级和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+n2，主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，对三级渐变刚度钢板弹簧的各不同片数m重叠段的等效厚度hme进行计算，m＝1,2,…,N，即：hme=Σi=1mhi33,1≤m≤nΣi=1nhi3+Σj=1m-nhA1j33,n+1≤m≤n+n1Σi=1nhi3+Σj=1n1hA1j3+Σk=1m-n-n1hA2k33,n+n1+1≤m≤n+n1+n2Σi=1nhi3+Σj=1n1hA1j3+Σk=1n2hA2k3+Σl=1m-n-n1-n2hA3l33,n+n1+n2+1≤m≤N;]]>其中，主簧根部重叠部分的等效厚度hMe，及主簧与三级副簧的根部重叠部分的等效厚度hMA1e、hMA2e和hMA3e分别为hMe=hne=Σi=1nhi33,hMA1e=hN1e=hMe3+Σj=1n1hA1j33,]]>hMA2e=hN2e=hMA1e3+Σk=1n2hMA2k33,hMA3e=hNe=hMA2e3+Σl=1n3hA3l33;]]>ii步骤：主簧的夹紧刚度KM的仿真计算根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n，及i步骤中计算得到的hme，m＝i＝1,2,…,n，对主簧的夹紧刚度KM进行仿真计算，即KM=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σm=2n-1(L1-Lm+1)3-(L1-Lm)3hme3+L13-(L1-Ln)3hne3];]]>iii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钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,主簧各片的一半夹紧长度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i步骤中计算得到的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KMA1=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σm=2N1-1(L1-Lm+1)3-(L1-Lm)3hme3+L13-(L1-LN1)3hN1e3];]]>iv步骤：主簧与第一级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钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,主簧各片的一半夹紧长度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i步骤中计算得到的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KMA2=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σm=2N2-1(L1-Lm+1)3-(L1-Lm)3hme3+L13-(L1-LN2)3hN2e3];]]>v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钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n，主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j,j＝1,2,…,n1；第二级副簧的片数n2，第...

【技术特征摘要】
1.高强度三级渐变刚度板簧悬架系统偏频特性的仿真计算法，其中，板簧采用高强度钢板，各片板簧为以中心穿装孔中心的对称结构，安装夹紧距的一半为骑马螺栓夹紧距的一半；通过主簧与各级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙，满足板簧各次接触载荷、渐变复合夹紧刚度、悬架偏频及车辆行驶平顺性的设计要求；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，空载载荷，额定载荷，在板簧夹紧刚度和接触载荷仿真计算的基础上，对高强度三级渐变刚度板簧悬架系统在不同载荷下的偏频特性进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)主簧夹紧刚度及其与各级副簧的复合夹紧刚度的仿真计算：i步骤：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,主簧各片的厚度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；主簧和第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，主簧与第一级和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+n2，主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，对三级渐变刚度钢板弹簧的各不同片数m重叠段的等效厚度hme进行计算，m＝1,2,…,N，即：hme=Σi=1mhi33,1≤m≤nΣi=1nhi3+Σj=1m-nhA1j33,n+1≤m≤n+n1Σi=1nhi3+Σj=1n1hA1j3+Σk=1m-n-n1hA2k33,n+n1+1≤m≤n+n1+n2Σi=1nhi3+Σj=1n1hA1j3+Σk=1n2hA2k3+Σl=1m-n-n1-n2hA3l33,n+n1+n2+1≤m≤N;]]>其中，主簧根部重叠部分的等效厚度hMe，及主簧与三级副簧的根部重叠部分的等效厚度hMA1e、hMA2e和hMA3e分别为hMe=hne=Σi=1nhi33,hMA1e=hN1e=hMe3+Σj=1n1hA1j33,]]>hMA2e=hN2e=hMA1e3+Σk=1n2hMA2k33,hMA3e=hNe=hMA2e3+Σl=1n3hA3l33;]]>ii步骤：主簧的夹紧刚度KM的仿真计算根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n，及i步骤中计算得到的hme，m＝i＝1,2,…,n，对主簧的夹紧刚度KM进行仿真计算，即KM=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σm=2n-1(L1-Lm+1)3-(L1-Lm)3hme3+L13-(L1-Ln)3hne3];]]>iii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钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,主簧各片的一半夹紧长度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i步骤中计算得到的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KMA1=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σm=2N1-1(L1-Lm+1)3-(L1-Lm)3hme3+L13-(L1-LN1)3hN1e3];]]>iv步骤：主簧与第一级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钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,主簧各片的一半夹紧长度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i步骤中计算得到的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KMA2=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σm=2N2-1(L1-Lm+1)3-(L1-Lm)3hme3+L13-(L1-LN2)3hN2e3];]]>v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钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n，主簧各片的一半夹紧长度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，第二级副簧的一半夹...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，杨腾飞，朱召辉，赵雷雷，汪晓，邵明磊，毛少坊，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37