CN102817951A - 汽车钢板弹簧厚度的拆分设计方法 - Google Patents

汽车钢板弹簧厚度的拆分设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车钢板弹簧厚度的拆分设计方法，属于汽车悬架弹簧领域。汽车悬架钢板弹簧各片的厚度直接影响悬架的性能，然而目前尚无准确、可靠的设计方法。本发明先根据悬架对弹簧刚度的要求，设计出钢板弹簧总的等效厚度，然后再利用叠加原理对钢板弹簧的等效厚度进行拆分设计，从而得到各片不等长钢板弹簧的厚度。本发明所建立的汽车钢板弹簧厚度的拆分设计方法简单可靠，利用该拆分设计方法能够满足汽车钢板弹簧厚度精确设计的要求。该发明可用于车辆悬架钢板弹簧的设计。

Description

汽车钢板弹簧厚度的拆分设计方法
技术领域
本发明涉及汽车悬架钢板弹簧，特别是汽车钢板弹簧厚度的设计方法。
背景技术
钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件，它是由若干片等宽但不等长（厚度可以相等，也可以不相等）的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁。钢板弹簧的厚度直接影响钢板弹簧的刚度和变形，从而影响汽车的操纵稳定性和平顺性。随着汽车工业的迅速发展，对车辆钢板弹簧的设计提出了更高的要求。然而，目前国内、外对钢板弹簧的厚度还没有准确、可靠的设计方法，大都是首先利用经验或者作图法确定厚度，然后经过反复试验和修改，最后才确定出需要的厚度，不能满足现代汽车日趋精益化的设计要求。为了满足现代汽车对钢板弹簧设计的要求，必须建立钢板弹簧厚度的解析设计方法。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车钢板弹簧厚度的解析设计方法，其钢板弹簧拆分设计示意图如图1所示。
一种汽车钢板弹簧厚度的拆分设计方法，钢板弹簧拆分设计流程图如图2所示，其特征在于采用以下步骤：
（1）单片设计钢板弹簧当量厚度计算
根据悬架钢板弹簧刚度要求值                                                
Figure 43927DEST_PATH_IMAGE001
、钢板弹簧总长度L和钢板弹簧宽度b，确定单片设计钢板弹簧的当量厚度
Figure 24390DEST_PATH_IMAGE002
，其中，E为钢板弹簧材料的弹性模量；
（2）钢板弹簧各片厚度的设计
1) 确定第1片（i=1）钢板弹簧的长度和设计厚度
Figure 80071DEST_PATH_IMAGE003
：第1片钢板弹簧的长度为
Figure 647449DEST_PATH_IMAGE004
，其设计厚度，则根据单片钢板弹簧当量厚度
Figure 970163DEST_PATH_IMAGE005
设计值，在钢板弹簧系列中选取，且
Figure 711592DEST_PATH_IMAGE006
，执行下一步骤；
2) 确定第2片（i=2）钢板弹簧的长度和设计厚度
Figure 953218DEST_PATH_IMAGE007
：第2片钢板弹簧的长度为
Figure 103707DEST_PATH_IMAGE008
，且
Figure 809495DEST_PATH_IMAGE009
；当量厚度为，其中
Figure 247485DEST_PATH_IMAGE011
，设计厚度
Figure 139348DEST_PATH_IMAGE007
则根据当量厚度
Figure 637326DEST_PATH_IMAGE012
在钢板弹簧系列中选取，且
Figure 471290DEST_PATH_IMAGE013
，若则拆分完毕，否则执行下一步骤；
3)确定第3片（i=3）钢板弹簧的长度和设计厚度
Figure 616018DEST_PATH_IMAGE015
：第3片钢板弹簧的长度为
Figure 968502DEST_PATH_IMAGE016
，且
Figure 973367DEST_PATH_IMAGE017
；当量厚度为
Figure 224351DEST_PATH_IMAGE018
，其中
Figure 644968DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 179854DEST_PATH_IMAGE020
，设计厚度
Figure 293304DEST_PATH_IMAGE015
则根据当量厚度
Figure 530119DEST_PATH_IMAGE021
在钢板弹簧系列中选取，且
Figure 754427DEST_PATH_IMAGE022
，若
Figure 878241DEST_PATH_IMAGE023
则拆分完毕，否则执行A步骤；
A步骤：令，确定第
Figure 388168DEST_PATH_IMAGE025
片钢板弹簧的长度和设计厚度
Figure 478483DEST_PATH_IMAGE026
：第
Figure 660066DEST_PATH_IMAGE025
片钢板弹簧的长度为
Figure 161323DEST_PATH_IMAGE027
，且
Figure 123463DEST_PATH_IMAGE028
；当量厚度为
Figure 689574DEST_PATH_IMAGE029
，其中
Figure 804291DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 227183DEST_PATH_IMAGE031
，设计厚度则根据当量厚度在钢板弹簧系列中选取，且
Figure 186283DEST_PATH_IMAGE033
，若
Figure 45655DEST_PATH_IMAGE034
则拆分完毕，否则执行步骤A。
本发明比现有技术具有的优点：
本发明所建立的汽车钢板弹簧厚度的解析设计方法简单可靠，利用该解析设计方法能够满足汽车钢板弹簧厚度精确设计的要求。
附图说明
为了便于理解本发明，下面结合附图作进一步说明。
图1是汽车钢板弹簧厚度的拆分设计流示意图。
图2是汽车钢板弹簧厚度的拆分设计流程图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一：某货车悬架钢板弹簧刚度要求值，宽度b＝40mm，总长度L＝1400mm，钢板弹簧材料的弹性模量
Figure 641032DEST_PATH_IMAGE036
。
本发明实施例所提供的汽车钢板弹簧厚度的拆分设计方法，具体步骤如下：
（1）单片设计钢板弹簧当量厚度计算
根据汽车悬架对钢板弹簧所要求的刚度值、钢板弹簧总长度L＝1400mm和钢板弹簧宽度b＝40mm，确定单片设计钢板弹簧的当量厚度
Figure 681986DEST_PATH_IMAGE002
=23.4mm；
（2）钢板弹簧各片厚度的设计
1）确定第1片（i=1）钢板弹簧的长度和设计厚度：第1片钢板弹簧的长度为
Figure 801307DEST_PATH_IMAGE004
=1400mm，根据当量厚度
Figure 728812DEST_PATH_IMAGE005
在钢板弹簧系列中选取设计厚度
Figure 680718DEST_PATH_IMAGE003
=15mm，执行下一步骤；
2）确定第2片（i=2）钢板弹簧的长度和设计厚度
Figure 264146DEST_PATH_IMAGE007
：第2片钢板弹簧的长度为
Figure 576179DEST_PATH_IMAGE008
=1300mm；当量厚度为
Figure 561453DEST_PATH_IMAGE010
=21.18mm，其中，=0.0714，根据当量厚度
Figure 253520DEST_PATH_IMAGE012
在钢板弹簧系列中选取设计厚度
Figure 369243DEST_PATH_IMAGE007
=15mm；因
Figure 22073DEST_PATH_IMAGE037
，则执行下一步骤；
3）确定第3片（i=3）钢板弹簧的长度和设计厚度
Figure 502733DEST_PATH_IMAGE015
：第3片钢板弹簧的长度为
Figure 857491DEST_PATH_IMAGE016
=1200mm；当量厚度为
Figure 714588DEST_PATH_IMAGE018
=18.321mm，其中，
Figure 720459DEST_PATH_IMAGE019
 =14.996mm，=0.1428，根据当量厚度
Figure 479654DEST_PATH_IMAGE021
在钢板弹簧系列中选取设计厚度=15mm；因
Figure 236705DEST_PATH_IMAGE038
，则执行A步骤；
A步骤：i=3+1=4，确定第4片（i=4）钢板弹簧的长度和设计厚度h 4：第4片钢板弹簧的长度为L 4=1100mm；当量厚度为
Figure 324747DEST_PATH_IMAGE039
=14.077mm，其中，
Figure 654097DEST_PATH_IMAGE040
=14.978mm，
Figure 164582DEST_PATH_IMAGE041
=0.2143，根据当量厚度h 4e 在钢板弹簧系列中选取设计厚度h 4=12mm；因
Figure 567881DEST_PATH_IMAGE042
则继续执行A步骤；
A步骤：i=4+1=5，确定第5片（i=5）钢板弹簧的长度和设计厚度h 5：第5片钢板弹簧的长度为L 5=1000mm；当量厚度为
Figure 889141DEST_PATH_IMAGE043
=10.240mm，其中，=11.954mm，
Figure 193532DEST_PATH_IMAGE045
=0.2857；根根据当量厚度h 5e 在钢板弹簧系列中选取设计厚度h 5=10mm；因为，则拆分完毕。
因此，汽车钢板弹簧从第1片至第5片的长度和厚度的拆分设计结果依次为
L 1=1400mm，h 1=15mm；
L 2=1300mm，h 2=15mm；
L 3=1200mm，h 3=15mm；
L 4=1100mm，h 4=12mm；
L 5=1000mm，h 5=10mm。
对拆分设计所得到的5片钢板弹簧两端分别施加垂向载荷1500N，垂向变形为20.01mm，即钢板弹簧的刚度为149253.73N/m，与钢板弹簧刚度要求值的相对误差仅为0.4975%，实验结果表明，拆分设计所得到的5片钢板弹簧能够满足悬架钢板弹簧刚度的要求。
实施例二：某小型货车悬架钢板弹簧刚度要求值
Figure 209078DEST_PATH_IMAGE047
，宽度b＝40mm，总长度L＝1200mm，钢板弹簧材料的弹性模量
Figure 185124DEST_PATH_IMAGE036
。
采用实施例一的设计步骤，可得拆分设计结果，从第1片至第4片的长度和厚度依次为
L 1=1200mm，h 1=10mm；
L 2=1120mm，h 2=10mm；
L 3=1040mm，h 3=10mm；
L 4=960mm， h 4=10mm。
对拆分所得到的4片钢板弹簧两端分别施加垂向载荷375N，垂向变形为10.01mm，即钢板弹簧的设计刚度为74925.1N/m，与钢板弹簧刚度要求值的相对误差仅为0.10%，实验结果表明，拆分设计所得到的4片钢板弹簧能够满足悬架钢板弹簧刚度的要求。

Claims (5)

1.汽车钢板弹簧厚度的拆分设计方法，其具体步骤如下：
（1）单片钢板弹簧当量厚度计算：根据汽车悬架对钢板弹簧的刚度要求值                                                
Figure 470944DEST_PATH_IMAGE001
，钢板弹簧总长度L，钢板弹簧的宽度b，确定单片钢板弹簧的当量厚度
Figure 488317DEST_PATH_IMAGE002
，其中，E为钢板弹簧材料的弹性模量；
（2）钢板弹簧各片厚度的设计：1）根据钢板弹簧系列及h 1e选取第1片钢板弹簧的实际设计厚度为h 1，一半长度为
Figure 636532DEST_PATH_IMAGE003
；2）根据钢板弹簧系列选取第2片钢板弹簧一半长度为
Figure 427771DEST_PATH_IMAGE004
，在此长度下的当量厚度为
Figure 506585DEST_PATH_IMAGE005
，其中
Figure 316147DEST_PATH_IMAGE006
；根据钢板弹簧系列及当量厚度
Figure 884532DEST_PATH_IMAGE007
，选取第2片钢板弹簧的实际设计厚度为h 2，而第2片钢板弹簧在长度L下的等效厚度为
Figure 913799DEST_PATH_IMAGE008
；3）根据钢板弹簧系列选取第3片钢板弹簧的一半长度为
Figure 796304DEST_PATH_IMAGE009
，在此长度下的当量厚度为
Figure 211105DEST_PATH_IMAGE010
，其中，
Figure 465238DEST_PATH_IMAGE011
；根据钢板弹簧系列及当量厚度
Figure 965489DEST_PATH_IMAGE012
，选取第3片钢板弹簧的实际设计厚度为h 3，而第3片钢板弹簧在长度L下的等效厚度为
Figure 386106DEST_PATH_IMAGE013
；4）根据钢板弹簧系列选取第4片钢板弹簧一半长度为
Figure 671725DEST_PATH_IMAGE014
，在此长度下的当量厚度为
Figure 519596DEST_PATH_IMAGE015
，其中，
Figure 507143DEST_PATH_IMAGE016
；根据钢板弹簧系列及当量厚度选取第4片钢板弹簧的实际设计厚度为h 4，而第4片钢板弹簧在长度L下的等效厚度为
Figure 370112DEST_PATH_IMAGE018
；5）根据钢板弹簧系列选取第5片钢板弹簧一半长度为
Figure 716779DEST_PATH_IMAGE019
，在此长度下的当量厚度为
Figure 129306DEST_PATH_IMAGE020
，其中；根据钢板弹簧系列及当量厚度，选取第5片钢板弹簧的实际设计厚度为h 5，而第5片钢板弹簧在长度L下的等效厚度为；同理，依次类推，其它第6片、第7片…钢板弹簧厚度h 6、h 7、…，也可以用相类似方法进行设计；且
Figure 615334DEST_PATH_IMAGE024
，若
Figure 181445DEST_PATH_IMAGE025
则拆分设计完毕。
2. 根据权利要求1所说的汽车钢板弹簧厚度的拆分设计方法，其技术特征在于：应首先根据汽车悬架对钢板弹簧的刚度要求值 ，钢板弹簧总长度L，钢板弹簧的宽度b，钢板弹簧材料的弹性模量E，确定单片设计钢板弹簧的当量厚度
Figure 906004DEST_PATH_IMAGE002
。
3.根据权利要求1所述的汽车钢板弹簧厚度的拆分设计方法，其技术特征在于：第1片钢板弹簧的一半长度等于整个钢板弹簧的一半，即第1根钢板弹簧的长度等于整个钢板弹簧的长度，第1根钢板弹簧的设计厚度h 1是根据钢板弹簧的系列厚度及所要求的钢板弹簧的当量厚度h 1e选取，第1片钢板弹簧的实际设计厚度h 1小于单片钢板弹簧当量厚度h 1e，即h 1<h 1e。
4.根据权利要求1所述的汽车钢板弹簧厚度的拆分设计方法，其技术特征在于：第1片钢板弹簧厚度设计选择之后，随后其它各片钢板弹簧（第2片、第3片……）的厚度将逐片进行拆分设计，即第2片设计确定之后设计第3片，第3片设计确定之后设计第4片，……依次类推。
5.根据权利要求1所述的汽车钢板弹簧厚度的拆分设计方法，其技术特征在于：对于第i (i>1)片钢板弹簧厚度设计，首先根据钢板弹簧系列选取第i片钢板弹簧的一半长度为
Figure 106172DEST_PATH_IMAGE026
，并计算出在此长度下所要求的第i片钢板弹簧的当量厚度为
Figure 210395DEST_PATH_IMAGE027
，其中，
Figure 740471DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 599842DEST_PATH_IMAGE029
，然后根据钢板弹簧系列及当量厚度选取第i片钢板弹簧的实际设计厚度为h i 。
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