高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高的设计方法技术

本发明专利技术涉及高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高的设计方法，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副簧的结构参数，弹性模量，额定载荷及在额定载荷下剩余切线弧高要求值，对高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高进行设计。通过仿真和样机试验测试可知，主簧初始切线弧高设计值是可靠的，表明所提供的高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高的设计方法是正确的，为高强度三级渐变刚度板簧设计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，确保主簧及各级副簧的初始切线弧高及三级渐变间隙和接触载荷满足设计要求，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。

The design method of main spring camber of high strength three initial tangent stiffness of the spring gradient

The design method of main spring camber initial tangent the invention relates to a high strength three gradual rigidity leaf spring, which belongs to the technical field of vehicle suspension spring. The invention can according to structural parameters, the main spring and spring elastic modulus, rated load and rated load in the remaining tangent camber of the desired value, the initial tangent of main spring camber of high strength three gradual rigidity leaf spring design. Through the simulation and prototype test shows that the main spring camber design initial tangent value is reliable, show that the design method of main spring camber initial tangent high strength three gradient provided by spring stiffness is correct, laid a reliable technical basis for high strength grade three gradual rigidity leaf spring design. Using this method can improve the level of product design, quality and performance, to ensure that the initial tangent camber of main spring and spring at all levels and three level gradient clearance and contact load to meet the design requirements, improve vehicle ride comfort; at the same time, reduce design and testing costs, speed up product development.

【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的主簧初始切线弧高的设计方法。
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刚度板簧，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，主簧初始切线弧高不仅影响各级副簧的初始切线弧高设计，而且还对三级渐变间隙、接触载荷、渐变接触刚度、悬架偏频及车辆行驶平顺性具有重要影响。主簧初始切线弧高是由额定载荷下的剩余切线弧高和主簧在额定载荷下的挠度所决定的，然而，由于高强度三级渐变板簧的主簧挠度计算非常复杂，不仅与主簧及各级副簧的结构和载荷有关，而且还与接触载荷大小有关，因此，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的主簧初始切线弧高的设计方法。随着车辆行驶速度及其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的主簧初始切线弧高的设计方法，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要求，确保主簧及各级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙、接触载荷和最大限位挠度满足设计要求，提高产品的设计水平、性能和质量及车辆行驶平顺性；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的主簧初始切线弧高的设计方法，其设计流程如图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一半总跨度为首片主簧的一半作用长度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。主簧1的片数为n，其中，主簧各片的厚度为hi，一半作用长度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，第一级副簧各片的厚度为hA1j,一半作用长度LA1jT，一半夹紧长度LA1j＝LA1jT-L0/2，j＝1,2,…,n1。第二级副簧3的片数为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4的片数为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。高强度三级渐变刚度板簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，主簧及各级副簧之间设有三级渐变间隙δMA1、δA12和δA23，即末片主簧下表面与第一级副簧首片上表面之间设有一级渐变间隙δMA1；第一级副簧末片下表面与第二级副簧首片上表面之间设有二级渐变间隙δA12；第二级副簧末片下表面与第三级副簧首片上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偏频的设计要求。根据各片板簧的结构参数，弹性模量，各次接触载荷，额定载荷及在额定载荷下主簧剩余切线弧高要求值，对高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高进行设计。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的主簧初始切线弧高的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：(1)高强度三级渐变刚度板簧的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：(2)高强度三级渐变刚度板簧的主簧的夹紧刚度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，及步骤(1)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(3)高强度三级渐变刚度板簧的主簧与各级副簧复合夹紧刚度的计算：i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，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N1，对主簧与第一级副簧的夹紧复合刚度KMA1进行计算，即ii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，第二级副簧各片的一半夹紧长度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，及步骤(1)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iii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，第二级副簧各片的一半夹紧长度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，及步骤(1)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(4)高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0的计算：根据第1次开始接触载荷Pk1，第2第开始接触载荷Pk2，第3第开始接触载荷Pk3和第3次完全接触载荷Pw3，额定载荷PN及在额定载荷下的剩余切线弧高HgMsy，步骤(2)分别设计得到的KM，步骤(3)中计算得到的KMA1、KMA2和KMA3，对高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0进行设计，即本专利技术比现有技术具有的优点由于高强度三级渐变板簧的主簧挠度计算非常复杂，据所查资料可知，先前国内外一直未给出高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高的设计方法。本专利技术可根据高强度三级渐变刚度板簧的主簧各片和副簧的结构参数，弹性模量，各次接触载荷，额定载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高设计要求值，对高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高进行设计。过仿真和样机试验测试可知，本专利技术所提供的高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高的设计方法是正确的，为高强度三级渐变刚度板簧设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得可靠的本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高的设计方法，其中，板簧采用高强度钢板，各片板簧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；板簧由主簧和三级副簧构成，通过主簧和三级副簧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、悬架偏频及车辆行驶平顺性的设计要求，即高强度三级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，各次接触载荷，额定载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高设计要求值，对高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高进行设计，具体设计步骤如下：(1)高强度三级渐变刚度板簧的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+Σi=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;]]>(2)高强度三级渐变刚度板簧的主簧的夹紧刚度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，及步骤(1)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];]]>(3)高强度三级渐变刚度板簧的主簧与各级副簧复合夹紧刚度的计算：i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，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N1，对主簧与第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-(L-LN1)3hN1e3];]]>ii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，第二级副簧各片的一半夹紧长度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，及步骤(1)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];]]>iii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，第二级副簧各片的一半夹紧长度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，及步骤(1)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KMA3=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σm=2N-1(L1-Lm+1)3-(...

【技术特征摘要】
1.高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高的设计方法，其中，板簧采用高强度钢板，各片板簧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；板簧由主簧和三级副簧构成，通过主簧和三级副簧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、悬架偏频及车辆行驶平顺性的设计要求，即高强度三级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，各次接触载荷，额定载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高设计要求值，对高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高进行设计，具体设计步骤如下：(1)高强度三级渐变刚度板簧的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+Σi=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;]]>(2)高强度三级渐变刚度板簧的主簧的夹紧刚度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，及步骤(1)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];]]>(3)高强度三级渐变刚度板簧的主簧与各级副簧复合夹紧刚度的计算：i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，及步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，于曰伟，朱召辉，杨腾飞，汪晓，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