高强度一级渐变刚度板簧接触载荷的仿真计算法制造技术

本发明专利技术涉及高强度一级渐变刚度板簧接触载荷的仿真计算法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明专利技术可根据所设计高强度一级渐变刚度板簧的结构参数、主簧和副簧初始切线弧高设计值、额定载荷及在额定载荷下的剩余弧高设计要求值，对高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷和完全接触载荷进行仿真计算。通过仿真计算值与设计要求值的比较可知，本发明专利技术所提供的高强度一级渐变刚度板簧接触载荷的仿真计算法是正确的，可得到准确可靠的接触载荷仿真计算值，确保接触载荷满足设计要求，为高强度一级渐变刚度板簧的特性仿真计算奠定了可靠的技术基础；同时，利用该方法可提高产品设计水平、质量和性能，还可降低设计和测试费用，加快产品开发速度。

Simulation calculation method for contact load of high strength grade tapered spring plate

The invention relates to a method for simulating and calculating the contact load of a high-strength first grade tapered leaf spring, belonging to the technical field of suspension leaf springs. The invention can according to the structure parameters, the design of high strength level gradual rigidity leaf spring and auxiliary spring camber design initial tangent value, rated load and residual camber design at rated load under the required value, to start a high strength grade gradual rigidity leaf spring contact load and contact load are simulated completely. Through the simulation calculation and comparison shows that the design value, the calculation method of simulation of high intensity gradient level provided by the invention stiffness leaf spring contact load is correct and accurate and reliable numerical value simulation of contact load, ensure the contact load and meet the design requirements, laid the foundation for reliable simulation of high strength a gradual rigidity leaf spring calculation; at the same time, the method can improve the level of product design, quality and performance, but also can reduce the design and testing costs, speed up product development.

【技术实现步骤摘要】
高强度一级渐变刚度板簧接触载荷的仿真计算法
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接触载荷的仿真计算法。
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，渐变刚度板簧的开始接触载荷和完全接触载荷的大小，不仅影响主簧和副簧的最大应力，而且还影响主副簧的渐变复合夹紧刚度及悬架系统偏频和车辆行驶平顺性。高强度一级渐变刚度板簧是否满足特性设计要求，不仅与各片主簧和副簧的结构参数有关，而且还与主副簧切线弧高、渐变间隙及开始接触载荷和完全接触载荷有关，因此，为了实现根据渐变刚度板簧的设计结构参数，对板簧特性计算仿真计算及验证，必须首先对主副簧的接触载荷进行仿真计算。然后，由于渐变刚度板簧在渐变过程中的挠度及渐变刚度计算非常复杂，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接触载荷的仿真计算法。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接触载荷的仿真计算法，为高强度一级渐变刚度板簧特性仿真计算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，通过板簧特性仿真计算可及时发现板簧结构参数设计所存在问题，从而提高产品设计水平、质量和性能；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、可靠的高强度一级渐变刚度板簧接触载荷的仿真计算法，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＝Ln+j＝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，即等偏频型一级渐变刚度板簧。根据该渐变刚度板簧的各片主簧和副簧的结构参数，主簧初始切线弧高HgM0和副簧初始切线弧高HgA0设计值，额定载荷PN及在额定载荷下的剩余切线弧高HgMsy设计要求值，对该高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk和完全接触载荷Pw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一级渐变刚度板簧接触载荷的仿真计算法，其特征在于采用以下仿真计算步骤：(1)高强度一级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度和主副簧复合夹紧刚度的仿真计算：I步骤：不同片数重叠段的等效厚度计算根据主簧片数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；主副簧的总片数N＝n+m，对高强度一级渐变刚度板簧的各不同片数k重叠段的等效厚度hke进行计算，k＝1,2,...,N，即其中，主簧根部重叠部分的等效厚度II步骤：主簧夹紧刚度KM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；主簧片数n，各片主簧的一半夹紧长度Li，及I步骤中计算得到的hke，k＝i＝1,2,…,n，对主簧夹紧刚度KM进行仿真计算，即III步骤：主副簧复合夹紧刚度KMA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；主簧片数n，各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；副簧片数m，各片副簧的一半夹紧长度LAj＝Ln+j，j＝1,2,…,m；主副簧总片数N＝n+m,及I步骤中计算得到的hke，k＝1,2,...,N；对主副簧复合夹紧刚度KMA进行仿真计算，即(2)高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk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，对首片副簧上表面曲率半径RA0a进行仿真计算，即C步骤：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长度L1，步骤(1)中计算得到的hMe，A步骤中仿真计算得到的RM0b，B步骤中仿真计算所得到的RA0a，对高强度渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk进行仿真计算，即(3)高强度一级渐变刚度板簧在额定载荷下挠度fMN的确定:根据主簧初始切线弧高HgM0，及在额定载荷下的剩余切线弧高HgMsy，确定高强度一级渐变刚度板簧在额定载荷PN下的挠度fMN，即fMN＝HgM0-HgMsy；(4)高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw的仿真计算：根据额定载荷PN，步骤(1)中仿真计算得到的KM和KMA，步骤(2)中仿真计算所得到的Pk，步骤(3)中所确定的fMN，以完全接触载荷Pw为待求参数，建立高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw仿真计算数学模型，即利用Matlab计算程序，求解上述关于完全接触载荷Pw的数学模型，便可得到高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw。本专利技术比现有技术具有的优点由于在主副簧渐变接触过程中，渐变刚度板簧的挠度计算非常复杂，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接触载荷的仿真计算法。本专利技术可根据所设计高强度一级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度，主副簧复合夹紧刚度，主簧的厚度和片数，首片主簧的一半夹紧长度，首片副簧的一半夹紧长度，主簧初始切线弧高，副簧初始切线弧高，对高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷和完全接触载荷进行验算。通过样机加载变形试验测试可知，本专利技术所提供的高强度一级渐变刚度板簧接触载荷的仿真计算法是正确的，可得到准确可靠的接触载荷验算值，为高强度一级渐变刚度板簧特性的仿真计算及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础；同时，利用该方法，可对所设计渐变刚度板簧的接触载荷进行验算，确保渐变刚度满足车辆悬架平顺性的设计要，提高产品设计水平、质量和性能，并且还可降低设计和试验测试费用，加快产品开发速度。附图说明为了更好地理解本专利技术，下面结合附图做进一步的说明。图1是高强度一级渐变刚度板簧接触载荷的仿真计算流程图；图2是高强度一级渐变刚度板簧的一半对称结构示意图。具体实施方案下面通过实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例：某高强度一级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，骑马螺栓夹紧距的本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强度一级渐变刚度板簧接触载荷的仿真计算法，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悬架；根据所设计板簧的结构参数、主簧和副簧的初始切线弧高、额定载荷及在额定载荷下的剩余弧高，对高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷和完全接触载荷进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)高强度一级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度和主副簧复合夹紧刚度的仿真计算：I步骤：不同片数重叠段的等效厚度计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度h

【技术特征摘要】
1.高强度一级渐变刚度板簧接触载荷的仿真计算法，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悬架；根据所设计板簧的结构参数、主簧和副簧的初始切线弧高、额定载荷及在额定载荷下的剩余弧高，对高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷和完全接触载荷进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)高强度一级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度和主副簧复合夹紧刚度的仿真计算：I步骤：不同片数重叠段的等效厚度计算根据主簧片数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；主副簧的总片数N＝n+m，对高强度一级渐变刚度板簧的各不同片数k重叠段的等效厚度hke进行计算，k＝1,2,...,N，即其中，主簧根部重叠部分的等效厚度II步骤：主簧夹紧刚度KM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；主簧片数n，各片主簧的一半夹紧长度Li，及I步骤中计算得到的hke，k＝i＝1,2,…,n，对主簧夹紧刚度KM进行仿真计算，即III步骤：主副簧复合夹紧刚度KMA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；主簧片数n，各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；副簧片数m，各片副簧的一半夹紧长度LAj＝Ln+j，j＝1,2,…,m；主副簧总片数N＝n+m,及I步骤中计算得到的hke，k＝1,2,...,N；对主副簧复合夹紧刚度KMA进行仿真计算，即

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