基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法制造技术

本发明专利技术涉及基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，属于车辆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各级副簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，主簧及其与各级副簧的夹紧刚度，初始切线弧高，空载和额定载荷，在接触载荷及偏频仿真计算的基础上，以偏频设计要求值为目标，对三级渐变刚度板簧接触载荷进行调整设计。通过样机试验可知，本发明专利技术所提供的基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法是正确的。利用该方法可确保偏频特性满足悬架设计要求，提高产品设计水平、质量和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。

Adjusting design method for contact load of three stage tapered spring plate based on frequency simulation

The invention relates to an adjusting design method for three stage gradual rigidity spring plate contact load based on bias frequency simulation, belonging to the technical field of vehicle suspension leaf spring. The invention can according to structural parameters, the main spring and various auxiliary spring elastic modulus, a bolt clamping distance, main spring and spring clamping stiffness at all levels, the initial tangent camber, no-load and rated load, based in the calculation of contact load and frequency offset on the simulation to the design requirements of the frequency offset value as the goal, adjust the design of the three stage of gradual rigidity leaf spring contact load. Through the prototype test, it is proved that the design method for adjusting the contact load of three stage tapered spring plate based on bias frequency simulation is correct. The method can ensure the biasing effect of suspension meet the design requirements, improve the ride comfort and safety level of product design, quality and performance of the vehicle; at the same time, reduce the cost of design and test, speed up product development.

【技术实现步骤摘要】
基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法
本专利技术涉及车辆悬架板簧，特别是基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法。
技术介绍
为了满足在不同载荷下的车辆行驶平顺性，可将原一级渐变刚度板簧的主簧和副簧分别拆分为两级，即采用三级渐变刚度板簧；同时，为了满足主簧的应力强度，通常通过主簧和三级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙，使三级副簧适当提前承担载荷，从而降低主簧的应力，即采用非等偏频型三级渐变刚度板簧悬架，其中，悬架系统在不同载荷下的偏频特性，不仅与板簧夹紧刚度、渐变夹紧刚度和载荷有关，而且还与各次接触载荷有关，并且影响车辆行驶平顺性和安全性。然而，由于受非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度计算和接触载荷仿真计算问题的制约，据所查阅资料可知，先前国内外一直未给出基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，不能满足非等偏频型三级渐变刚度板簧设计及CAD软件开发要求。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对渐变刚度板簧悬架提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，为基于偏频仿真的非等偏频型三级渐变刚度板簧接触载荷调整设计提供可靠的技术方法，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性及对非等偏频型三级渐变刚度板簧的设计要求，提高产品的设计水平、质量和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、可靠的基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，其调整设计流程如图1所示。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，三级渐变刚度板簧的总跨度的一半等于主簧首片的一半作用长度L1T，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，最大许用应力[σ]。其中，主簧片数n片，主簧各片的厚度为hi，一半作用长度为LiT，一半夹紧长度Li＝L1iT-L0/2，i＝1,2,…,n。第一级副簧片数为n1，第一级副簧各片的厚度为hA1j，一半作用长度为LA1jT，一半夹紧长度LA1j＝LA1jT-L0/2，j＝1,2,…,n1。第二级副簧片数为n2，第二级副簧各片的厚度为hA2k，一半作用长度LA2kT，一半夹紧长度LA2k＝LA2kT-L0/2，k＝1,2,…,n2。第三级副簧片数为n3，第三级副簧各片的厚度为hA3l，一半作用长度LA3lT，一半夹紧长度LA3l＝LA3lT-L0/2，l＝1,2,…,n3。通过主簧和各级副簧的初始切线弧高，在主簧1的末片下表面与第一级副簧2的首片上表面之间设置有第一级渐变间隙δMA1；第一级副簧2的末片下表面与第二级副簧3的首片上表面之间设置有第二级渐变间隙δA12；第二级副簧3的末片下表面与第三级副簧4的首片上表面之间设置有第三级渐变间隙δA23，以满足渐变刚度板簧的接触载荷、渐变刚度、应力强度、悬架偏频及车辆行驶平顺性和安全性的设计要求，即非等偏频型三级渐变刚度板簧。根据主簧各片和各级副簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，主簧夹紧刚度及主簧与各级副簧的复合夹紧刚度，初始切线弧高，空载载荷和额定载荷，在各次接触载荷和悬架系统偏频仿真计算的基础上，以在各次接触载荷下的悬架偏频设计要求值为目标，对非等偏频型三级渐变刚度板簧接触载荷进行调整设计。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，其特征在于采用以下调整设计步骤：(1)非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧和各级副簧的初始曲率半径的计算：I步骤：第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM0b计算根据主簧片数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，主簧的初始切线弧高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，对第一级副簧末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初始曲率半径RA10b计算根据第一级副簧片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；II步骤中计算得到的RA10a，对第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b进行计算，即IV步骤：第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a的计算根据第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21，第二级副簧的初始切线弧高HgA20，对第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a进行计算，即V步骤：第二级副簧首片下表面初始曲率半径RA20b的计算很据第二级副簧片数n2，第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2，及IV步骤所确定的RA20a，对第二级副簧首片下表面初始曲率半径RA20b进行计算，即VI步骤：第三级副簧首片上表面初始曲率半径RA30a的计算根据第三级副簧首片的一半夹紧长度LA31，第三级副簧的初始切线弧高HgA30，对第三级副簧首片上表面初始曲率半径RA30a进行计算，即(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各次接触载荷的仿真计算：A步骤：主簧及其与各级副簧的根部重叠部分等效厚度的计算根据主簧片数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；对主簧根部重叠部分等效厚度hMe及主簧与各级副簧的根部重叠部分等效厚度hMA1e、hMA2e和hMA3e分别进行计算，即B步骤：第1次开始接触载荷Pk1的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧跨长度L1，步骤(1)中计算得到的RM0b和RA10a，A步骤中计算得到的hMe，对第1次开始接触载荷Pk1进行仿真计算，即C步骤：第2次开始接触载荷Pk2的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧跨长度L1，步骤(1)中计算得到的RA10b和RA20a，A步骤中计算得到的hMA1e，及B步骤中仿真计算得到的Pk1，对第2次开始接触载荷Pk2进行仿真计算，即D步骤：第3次开始接触载荷Pk3的仿真计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧跨长度L1，步骤(1)中计算得到的RA20b和RA30a，A步骤中计算得到的hMA2e，及C步骤中仿真计算得到的Pk2，对第3次开始接触载荷Pk3进行仿真计算，即E步骤：第3次完全接触载荷Pw3的仿真计算根据C步骤中仿真计算得到的Pk2，D步骤中仿真计算得到的Pk3，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的第3次完全接触载荷Pw3进行仿真计算，即(3)非等偏频型三级渐变刚度板簧悬架系统在不同载荷下的偏频特性的仿真计算：根据主簧的夹紧刚度KM，主副簧的总复合夹紧刚度KMA3，空载载荷P0，额定载荷PN，步骤(2)中仿真计算得到的Pk1，Pk2，Pk3和Pw3，对非等偏频型三级渐本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，其中，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；板簧是由主簧和三级副簧构成，通过主簧和各级副簧的初始切线弧高及三级渐变间隙，确保满足板簧接触载荷、渐变刚度和主簧应力强度的设计要求，即非等偏频型三级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，主簧夹紧刚度及主簧与各级副簧的复合夹紧刚度，初始切线弧高，空载载荷和额定载荷，在接触载荷及悬架系统偏频仿真计算的基础上，以各次接触载荷下的悬架偏频设计要求值为目标，对非等偏频型三级渐变刚度板簧接触载荷进行调整设计，具体调整设计步骤如下：(1)非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧和各级副簧的初始曲率半径的计算：I步骤：第一级主簧末片下表面初始曲率半径R

【技术特征摘要】
1.基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，其中，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；板簧是由主簧和三级副簧构成，通过主簧和各级副簧的初始切线弧高及三级渐变间隙，确保满足板簧接触载荷、渐变刚度和主簧应力强度的设计要求，即非等偏频型三级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，主簧夹紧刚度及主簧与各级副簧的复合夹紧刚度，初始切线弧高，空载载荷和额定载荷，在接触载荷及悬架系统偏频仿真计算的基础上，以各次接触载荷下的悬架偏频设计要求值为目标，对非等偏频型三级渐变刚度板簧接触载荷进行调整设计，具体调整设计步骤如下：(1)非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧和各级副簧的初始曲率半径的计算：I步骤：第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM0b计算根据主簧片数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，主簧的初始切线弧高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，对第一级副簧末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初始曲率半径RA10b计算根据第一级副簧片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；II步骤中计算得到的RA10a，对第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b进行计算，即IV步骤：第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a的计算根据第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21，第二级副簧的初始切线弧高HgA20，对第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a进行计算，即V步骤：第二级副簧首片下表面初始曲率半径RA20b的计算很据第二级副簧片数n2，第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2，及IV步骤所确定的RA20a，对第二级副簧首片下表面初始曲率半径RA20b进行计算，即VI步骤：第三级副簧首片上表面初始曲率半径RA30a的计算根据第三级副簧首片的一半夹紧长度LA31，第三级副簧的初始切线弧高HgA30，对第三级副簧首片上表面初始曲率半径RA30a进行计算，即(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各次接触载荷的仿真计算：A步骤：主簧及其与各级副簧的根部重叠部分等效厚度的计算根据主簧片数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；对主簧根部重叠部分等效厚度hMe及主簧与各级副簧的根部重叠部分等效厚度hMA1e、hMA2e和hMA3e分别进行计算，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