一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法。本发明专利技术通过摩擦功分析方法，建立钢板弹簧的力学计算模型，得到一种在加载振幅和频率较小的工况下板簧片间摩擦力做功的计算公式；根据能量转换关系，推导出板簧在静载压缩下摩擦功的计算公式。根据摩擦功相等原理，得到板簧的静摩擦系数。通过对少片钢板弹簧变形运动学进行分析，推导出少片板簧相对变形速度。通过建立少片钢板弹簧摩擦系数计算模型，得到了一种汽车少片钢板弹簧片间摩擦系数的计算方法。本发明专利技术方法可计算少片钢板弹簧片间摩擦系数，解决了工程实际中依据经验估计摩擦系数的问题，提高了企业效率，为实现汽车少片钢板弹簧动态特性研究及正向设计提供关键技术与方法支持。

【技术实现步骤摘要】
一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法
本专利技术涉及载货汽车钢板弹簧
，具体是一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法。
技术介绍
钢板弹簧是载货汽车重要的高负荷安全部件，其片间动摩擦特性是钢板弹簧阻尼特性研究的重点和热点之一。目前少片钢板弹簧设计计算方法中对板簧摩擦系数的研究尚未成熟。因而有必要通过对钢板弹簧片间摩擦机理的研究，确定摩擦对板簧动态特性是如何影响的具有较大的工程意义。近年来，国内外学者对少片簧片间摩擦进行了大量的研究并取得了积极进展。Young-JinYum对板簧簧片之间的摩擦特性进行了试验测试和数值分析，得出由于摩擦而产生载荷-位移迟滞曲线。杨路通过分析在不同的摩擦系数下钢板弹簧的不同力学性能，得到了板簧的刚度值随簧片间摩擦系数的改变规律，但这种规律是通过有限元分析仿真得到的，并没有从理论层面上对其进行分析。目前人们对少片钢板弹簧摩擦系数的研究存在两个现状：一方面设计人员对摩擦系数的确定往往需要凭借工程经验，根据板簧的材料属性来确定摩擦系数。另一方面，一部分企业对板簧样品摩擦系数的确定往往需要通过第三方检测机构完成，这种方式在延长了板簧定型、生产周期的同时也大大增加了企业的生产成本。本专利技术提出了一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法，为实现钢板弹簧动态特性研究及正向设计提供关键技术与方法支持。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法，为实现汽车少片钢板弹簧动态特性研究及正向设计提供依据。实现本专利技术目的的技术方案是：一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法，具体包括如下步骤：1)提出少片钢板弹簧片间摩擦系数计算模型；2)对少片钢板弹簧片间静摩擦系数计算模型建模；3)基于摩擦功对少片钢板弹簧片间静摩擦系数计算求解；4)对少片钢板弹簧的变形运动学进行分析；5)得到一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法；经过上述步骤，完成对载货汽车少片钢板弹簧的片间摩擦系数计算模型建模，得到一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法。所述步骤1)中，是忽略钢板弹簧由夹具或其他约束体等所产生的摩擦损耗，对一般干摩擦而言，其摩擦系数μ随滑动速度的增大而减小，则少片钢板弹簧片间摩擦系数计算模型为：上述公式(1)中，μ0为静摩擦系数；为板簧相对变形速度；β为摩擦系数随滑动速度变化曲线的斜率角度。所述步骤2)中，是对步骤1)中的计算模型中的少片钢板弹簧片间静摩擦系数μ0计算模型进行建模，具体是通过力学分析和几何结构分析的方法得到了钢板弹簧片间正应力以及片间相对变形量的计算公式；根据片间摩擦力做功原理，得到一种在加载振幅和频率较小的工况下板簧片间摩擦力做功的计算公式；根据能量转换关系，推导出板簧在静载压缩下摩擦功的计算公式；根据摩擦功相等原理，得到少片钢板弹簧片间静摩擦系数μ0计算公式为：上述公式(2)中，P为加载的载荷；X为板簧在外载荷P的作用下产生的变形量；m为板簧的质量；FN为板簧两端部片间正压力之和；Y为板簧一端总的滑移量。所述步骤3)中，是对步骤2)中两种基于摩擦功少片钢板弹簧片间静摩擦系数计算求解：基于力学法板簧片间摩擦功计算模型，根据力学分析的方法，得到了钢板弹簧片间正应力的计算公式为：上述公式(3)中，K静为板簧静刚度；a为主片簧自由状态下弧高；b为副片簧自由状态下弧高；P为加载的载荷；根据几何结构分析的方法得到了钢板弹簧片间相对变形量的计算公式，具体是：主片簧在振幅从-A到A的过程中其下表面的压缩量为：副片簧在振幅从-A到A的过程中其上表面的拉伸量为：则一端总的滑移量为：上述公式(6)中：L1为板簧主片长；L2为板簧副片长；s为板簧中部片厚；r1为振幅在-A时，板簧主片簧的曲率半径；r2为振幅在-A时，板簧主片簧的曲率半径；根据片间摩擦力做功原理，可得到一种在加载振幅和频率较小的工况下板簧片间摩擦力做功的计算公式，板簧片间接触处的摩擦系数为静摩擦系数μ0，一个周期内两端部片间滑移量均为2Y，端部片间正应力均为FN/2，则一个周期内摩擦力所做的功Ws为：基于能量法板簧片间摩擦力做功计算模型，静载压缩时钢板弹簧会发生一定的变形，静载荷对钢板弹簧做的功一部分用于移动簧载质量，包括簧载质量的动能和势能，还有一部分则用来克服摩擦力做功，根据能量守恒定律，少片板簧静载压缩下的摩擦功计算方法如下：Ef＝E总-UL-Ek(8)上述式(8)中，Ef为少片簧摩擦力做功的理论值；E总为静载荷对板簧总成所做的外力功；UL为板簧质量的势能；Ek为板簧质量的动能；在实际工况中，钢板弹簧静刚度的变化非常小，可视为恒定，外载荷从0增加到P，外力是线性变化的，将外载荷P对板簧所做外力功等效为1/2P的外力对板簧所做恒力功，则通过弯曲梁理论可知，板簧在较小激励工况下片间摩擦行为和静载压缩下片间摩擦行为基本一致，通过建立摩擦功的相等关系，可以得到板簧的静摩擦系数为：Ws＝Ef(12)所述步骤4)中，是对少片钢板弹簧变形运动学进行分析，利用一副水平布置的对称板簧变形模型，设板簧的卷耳半径为r，板簧的半长度为l，曲率半径为R，张角为θ，由几何关系有：由得：上述式(16)中：r为主片卷耳中心线半径；l为板簧的半长度；R为曲率半径；θ为张角；x为P点相对O点的水平位移；y为P点相对O点的垂直位移。所述步骤5)中，得到一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法，假设板簧的垂直相对位移为：y＝Asinωt+A0，则对公式(16)求导式得到：将上述公式(17)和上述步骤3)中的公式(14)代入上述步骤1)中公式(1)中，则板簧的片间摩擦系数μ可表示为：有益效果：本专利技术提供的一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法，此方法只需代入少片钢板弹簧自身和实际工况所需的参数，如少片簧自身的簧片长、簧片厚度等结构尺寸参数、动态工况下受到的外界激励参数，就可以得出少片钢板弹簧片间摩擦系数的值，为实现汽车少片钢板弹簧动态特性研究及正向设计提供关键技术与方法支持。附图说明图1少片板簧变形运动学分析图；图2主片簧在振幅为-A和A时的状态示意图；图3少片板簧静刚度计算示意图；图4少片钢板弹簧叶片简化模型。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步阐述，但不是对本专利技术的限定。实施例：一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法，具体包括如下步骤：1)提出少片钢板弹簧片间摩擦系数计算模型少片钢板弹簧的片间摩擦属于外摩擦。由于少片板簧实际工况下，振动情况复杂，因而将二片簧之间的振动看做自激振动。本专利技术是忽略钢板弹簧由夹具或其他约束体等所产生的摩擦损耗，将少片钢板弹簧片间摩擦模型进行了合理简化。对一般干摩擦而言，其摩擦系数μ随滑动速度的增大而减小。因此，少片钢板弹簧片间摩擦系数计算模型为：上述公式(1)中：μ0为静摩擦系数；为板簧相对变形速度；β为摩擦系数随滑动速度变化曲线的斜率角度。2)对少片钢板弹簧片间静摩擦系数计算模型建模根据上述计算模型，对少片钢板弹簧片间静摩擦系数μ0进行建模。通过力学分析和几何结构分析的方法得到了钢板弹簧片间正应力以及片间相对变形量的计算公式；根据片间摩擦力做功原理，得到一种在加载振幅和频率较小的工况下板簧片间摩擦力做功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)提出少片钢板弹簧片间摩擦系数计算模型；2)对少片钢板弹簧片间静摩擦系数计算模型建模；3)基于摩擦功对少片钢板弹簧片间静摩擦系数计算求解；4)对少片钢板弹簧的变形运动学进行分析；5)得到一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法；经过上述步骤，完成对载货汽车少片钢板弹簧的片间摩擦系数计算模型建模，得到一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法。

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)提出少片钢板弹簧片间摩擦系数计算模型；2)对少片钢板弹簧片间静摩擦系数计算模型建模；3)基于摩擦功对少片钢板弹簧片间静摩擦系数计算求解；4)对少片钢板弹簧的变形运动学进行分析；5)得到一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法；经过上述步骤，完成对载货汽车少片钢板弹簧的片间摩擦系数计算模型建模，得到一种基于摩擦功少片钢板弹簧片间摩擦系数计算方法。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中，是忽略钢板弹簧由夹具或其他约束体等所产生的摩擦损耗，对一般干摩擦而言，其摩擦系数μ随滑动速度的增大而减小，则少片钢板弹簧片间摩擦系数计算模型为：上述公式(1)中，μ0为静摩擦系数；为板簧相对变形速度；β为摩擦系数随滑动速度变化曲线的斜率角度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中，是对步骤1)中的计算模型中的少片钢板弹簧片间静摩擦系数μ0计算模型进行建模，具体是通过力学分析和几何结构分析的方法得到了钢板弹簧片间正应力以及片间相对变形量的计算公式；根据片间摩擦力做功原理，得到一种在加载振幅和频率较小的工况下板簧片间摩擦力做功的计算公式；根据能量转换关系，推导出板簧在静载压缩下摩擦功的计算公式；根据摩擦功相等原理，得到少片钢板弹簧片间静摩擦系数μ0计算公式为：上述公式(2)中，P为加载的载荷；X为板簧在外载荷P的作用下产生的变形量；m为板簧的质量；FN为板簧两端部片间正压力之和；Y为板簧一端总的滑移量。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中，是对步骤2)中两种基于摩擦功少片钢板弹簧片间静摩擦系数计算求解：基于力学法板簧片间摩擦功计算模型，根据力学分析的方法，得到了钢板弹簧片间正应力的计算公式为：上述公式(3)中，K静为板簧静刚度；a为主片簧自由状态下弧高；b为副片簧自由状态下弧高；P为加载的载荷；根据几何结构分析的方法得到了钢板弹簧片间相对变形量的计算公式，具体是：主片簧在振幅从-A到A的过程中其下表面的压缩量为：副片簧在振幅从-A到A的过程中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪梅，陈综艺，刘夫云，杨孟杰，姚春革，汤长波，陈厚锦，周峰，陈凯生，陈燕明，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45