CN105956311B - 非端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明非端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片主簧的结构参数、副簧长度和片数及副簧的抛物线段厚度比和斜线段厚度比、弹性模量及主副簧复合刚度设计要求值，对非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部厚度进行设计。通过实例及ANSYS仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的副簧根部厚度设计值，为该结构类型主副簧的副簧根部厚度设计提供了可靠的设计方法，并为CAD软件开发奠定了可靠技术基础。利用该方法可提高车辆悬架少片变截面主副簧的设计水平、产品质量及车辆行驶平顺性；同时，降低悬架弹簧重量和成本，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

Description

非端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法

技术领域

本发明涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是非端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法。

背景技术

少片变截面钢板弹簧因具有重量轻、片间摩擦小、噪声小等优点，被广泛应用在车辆钢板弹簧悬架系统中。为了满足加工工艺、应力强度、刚度及吊耳厚度的设计要求，在实际工程应用过程中，通常将少片变截面钢板弹簧设计为非端部接触式少片端部加强型变形截面主副簧形式。在副簧长度和片数、抛物线段厚度比和斜线段厚度比给定情况下，副簧的根部平直段厚度不仅影响主副簧的复合刚度和应力强度和使用寿命，还影响车辆行驶平顺性。然而，由于该形式的少片变截面主副簧的结构复杂，各片主簧的端部平直段非等构，副簧长度小于主簧长度，且当载荷大于副簧起作用载荷主副簧接触之后，副簧端部触点与主簧抛物线段内某点相接触，各片主副簧的内力及变形存有耦合，对其分析计算非常困难，目前国内外一直未曾给出可靠的非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部厚度设计方法。先前大都是忽略各片主簧的端部非等构，并且将主副簧看作等长，直接利用主副簧的复合刚度设计要求值减去主簧刚度值，对副簧的刚度及根部平直段厚度进行近似设计，所以不能满足非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧精确设计及CAD软件开发的要求。因此，必须建立一种准确、可靠的非端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧根部平直段厚度设计方法，满足车辆悬架少片变截面主副簧精确设计及CAD软件开发的要求，在不增加产品成本的前提下，提高车辆悬架少片变截面主副簧的设计水平、质量和性能及车辆行驶平顺性；同时，降低产品设计及试验费用，加快产品开发速度。

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简便、可靠的非端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法，设计流程图，如图1所示。非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧为对称结构，主副簧的一半对称结构可看作为悬臂梁，即对称中心线为根部固定端，主簧的端部受力点和副簧的触点分别作为主簧端点和副簧端点，非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的一半对称结构示意图，如图2所示，其中，包括：主簧1，根部垫片2，副簧3，端部垫片4；主簧1和副簧3的一半对称结构由根部平直段、抛物线段、斜线段、端部平直段四段构成，斜线段对变截面弹簧的端部起加强作用；主簧1的各片根部平直段之间、副簧3的各片根部平直段之间、及主簧1与副簧3的根部平直段之间，均设有根部垫片2，主簧1各片的端部平直段设有端部垫片4，端部垫片的材料为碳纤维复合材料，用来降低弹簧工作时所产的摩擦噪声。主簧1和副簧3的宽度为b，安装间距的一半长度为l₃，主副簧斜线段的长度为Δl，弹性模量为E。主簧1的一半长度为L_M，各片主簧的根部平直段的厚度为h_2M，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离为l_2M＝L_M-l₃；各片主簧的端部平直段非等构，即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片的厚度和长度；主簧片数为m，其中，第i片主簧的抛物线段的端部厚度为h_1Mpi，第i片主簧抛物线段的厚度比β_i＝h_1Mpi/h_2M，第i片主簧抛物线段的端部到主簧端点的距离l_1Mpi＝l_2Mβ_i ²，第i片主簧端部平直段的厚度和长度分别为h_1Mi和l_1Mi＝l_1Mpi-Δl，第i片主簧斜线段的厚度比γ_Mi＝h_1Mi/h_1Mpi，i＝1,2,…,m。副簧3的一半长度为L_A，各片副簧的根部平直段的厚度为h_2A，各片副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离为l_2A＝L_A-l₃；副簧片数为n，其中，第j片副簧的抛物线段的端部厚度为h_1Apj，第j片副簧抛物线段的厚度比β_Aj＝h_1Apj/h_2A，第j片副簧抛物线段的端部到副簧端点的距离l_1Apj＝l_2Aβ_Aj ²，第j片副簧端部平直段的厚度和长度分别为h_1Aj和l_1Aj＝l_1Apj-Δl，第j片副簧斜线段的厚度比γ_Aj＝h_1Aj/h_1Apj，j＝1,2,…,n。副簧3端部触点与主簧1端点的水平距离为l₀＝L_M-L_A；副簧3的端部触点与第m片主簧抛物线段之间设有主副簧间隙δ；当载荷大于副簧起作用载荷时，副簧触点与主簧抛物线段内某点相接触，主副簧共同工作，以满足主副簧的复合刚度设计要求。在各片主簧的结构参数、副簧的长度和片数及其抛物线段的厚度比和斜线段的厚度比、弹性模量、及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下，对非端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧根部平直段厚度进行设计。

为解决上述技术问题，本发明所提供的非端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：

(1)主簧端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数G_x-Ei计算：

根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，主副簧斜线段的长度Δl，弹性模量E；主簧的一半长度L_M，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比β_i，第i片主簧斜线段的厚度比γ_Mi，第i片主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l_1Mpi，第i片主簧斜线段的端部到主簧端点的距离l_1Mi＝l_1Mpi-Δl，i＝1,2,…m，对主簧端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数G_x-Ei进行计算，即

(2)主簧端点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BC计算：

根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度L_M，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M，副簧触点与主簧端点的水平距离l₀，主簧片数m，对主簧端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BC进行计算，即

(3)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧的端点变形系数G_x-Epm计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度L_M，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M，副簧触点与主簧端点的水平距离l₀，主簧片数m，对主副簧接触点受力情况下的第m片主簧的端点变形系数G_x-Epm进行计算，即

(4)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BCp计算：

根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度L_M，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M，副簧触点与主簧端点的水平距离l₀，主簧片数m，对主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BCp进行计算，即

(5)主簧端点受力情况下的n片端部加强型变截面叠加副簧的总端点变形系数G_x-EAT计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；副簧的一半长度L_A，副簧片数n，副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离l_2A，副簧抛物线段的厚度比β_A，副簧斜线段的厚度比γ_A，副簧斜线段的根部到副簧端点的距离l_1Ap，副簧斜线段的端部到副簧端点的距离l_1A，对n片叠加副簧的总端点变形系数G_x-EAT进行计算，即

(6)非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部平直段厚度h_2A设计：

I步骤：等效单片副簧的根部平直段厚度h_eA设计

根据主副簧复合刚度设计要求值K_MAT，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h_2M，步骤(1)中计算所得到的G_x-Ei，步骤(2)中计算所得到的G_x-BC，步骤(3)中计算所得到的G_x-Epm，步骤(4)中计算所得到的G_x-BCp，及步骤(5)中计算所得到的G_x-EAT，对非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的等效单片副簧的根部平直段厚度h_eA进行设计，即

II步骤：各片副簧的根部平直段厚度h_2A设计

根据副簧片数n，及I步骤中计算所得到的h_eA，对非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的各片副簧的根部平直段厚度h_2A进行设计，即

本发明比现有技术具有的优点

由于该非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的结构及受力复杂，各片主簧的端部平直段非等构，副簧长度小于主簧长度，且当载荷大于副簧起作用载荷主副簧接触之后，各片主副簧的内力及变形存有耦合，对其分析计算非常困难，因此，目前国内外一直未曾给出可靠的非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部平直段厚度的精确设计方法。先前大都是忽略各片主簧的端部平直段非等构，并且将主副簧看作等长，直接利用主副簧的复合刚度设计要求值减去主簧刚度，对副簧的刚度及根部平直段厚度进行近似设计，所以不能满足非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧精确设计及CAD软件开发的要求。本发明可根据各片主簧的结构参数、副簧的长度和片数及其抛物线段的厚度比和斜线段的厚度比、弹性模量、及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下，对非端部接触式少片端部加强型主副簧的各片副簧根部平直段厚度进行设计。

通过设计实例及ANSYS仿真验证可知，该方法可得到准确、可靠的非端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧根部平直段厚度设计值，为非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部平直段厚度设计提供了可靠的设计方法，并且为车辆悬架少片变截面端主副簧CAD软件开发奠定了可靠的技术基础。利用该方法可提高车辆悬架变截面主副簧的设计水平、产品质量和性能及车辆行驶平顺性；同时，还可降低悬架弹簧重量和成本，还降低产品设计及试验费用，加快产品开发速度。

附图说明

为了更好地理解本发明，下面结合附图做进一步的说明。

图1是非端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧根部平直段厚度的设计流程图；

图2是非端部接触式少片端部加强型主副簧的一半对称结构示意图；

图3是实施例一非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的ANSYS变形仿真云图；

图4是实施例二非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的ANSYS变形仿真云图。

具体实施方案

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一：某非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b＝60mm，安装间距的一半l₃＝55mm，斜线段的长度Δl＝30mm，弹性模量E＝200GPa。主簧的一半长度L_M＝575mm，各片主簧的根部平直段的厚度h_2M＝11mm，抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M＝L_M-l₃＝520mm；主簧片数m＝2，其中，第1片主簧的抛物线段的端部厚度h_1Mp1＝6mm，抛物线段的厚度比β₁＝h_1Mp1/h_2M＝0.55，抛物线段的端部到主簧端点的距离l_1Mp1＝l_2Mβ₁ ²＝154.71mm，端部平直段的厚度h_1M1＝7mm，斜线段的厚度比γ_M1＝h_1M1/h_1Mp1＝1.17，端部平直段的长度l_1M1＝l_1Mp1-Δl＝124.71mm；第2片主簧的抛物线段的端部厚度h_1Mp2＝5mm，抛物线段的厚度比β₂＝h_1Mp2/h_2M＝0.45，抛物线段的端部到主簧端点的距离l_1Mp2＝l_2Mβ₂ ²＝107.44mm，端部平直段的厚度h_1M2＝6mm，斜线段的厚度比γ_M2＝h_1M2/h_1Mp2＝1.20，端部平直段的长度l_1M2＝l_1Mp2-Δl＝77.44mm。副簧的一半长度L_A＝375mm，抛物线段的根部到副簧端点的距离l_2A＝L_A-l₃＝320mm，副簧片数n＝1，该片副簧的抛物线段的厚度比β_A＝0.50，抛物线段的端部到副簧端点的距离l_1Ap＝l_2Aβ_A ²＝80mm，斜线段的厚度比γ_A＝1.14，端部平直段的长度l_1A＝l_1Ap-Δl＝50mm，副簧触点与主簧端点的水平距离l₀＝L_M-L_A＝200mm；该主副簧的复合刚度设计要求值K_MAT＝73.87N/mm。根据各片主簧的结构参数、副簧的长度和片数及其抛物线段的厚度比和斜线段的厚度比、弹性模量、及主副簧复合刚度设计要求值，对该非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部平直段的厚度进行设计。

本发明实例所提供的非端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法，其设计流程如图1所示，具体设计步骤如下：

(1)主簧端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数G_x-Ei计算：

根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b＝60mm，斜线段的长度Δl＝30mm，弹性模量E＝200GPa。主簧的一半长度L_M＝575mm，抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M＝520mm，主簧片数m＝2，其中，第1片主簧的抛物线段的厚度比β₁＝0.55，第2片主簧的抛物线段的厚度比β₂＝0.45，第1片主簧的斜线段的厚度比γ_M1＝1.17，斜线段的根部到主簧端点的距离l_1Mp1＝154.71mm，斜线段的端部到主簧端点的距离l_1M1＝124.71mm；第2片主簧的斜线段的厚度比γ_M2＝1.20，斜线段的根部到主簧端点的距离l_1Mp2＝107.44mm，斜线段的端部到主簧端点的距离l_1M2＝77.44mm，对主簧端点受力情况下的第1片主簧和第2片主簧的端点变形系数G_x-E1和G_x-E2分别进行计算，即

(2)主簧端点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BC计算：

根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b＝60mm，弹性模量E＝200GPa。主簧的一半长度L_M＝575mm，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M＝520mm；副簧触点与主簧端点的水平距离l₀＝200mm，主簧片数m＝2，对主簧端点受力情况下的第2片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BC进行计算，即

(3)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧的端点变形系数G_x-Epm计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b＝60mm，弹性模量E＝200GPa。主簧的一半长度L_M＝575mm，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M＝520mm；副簧触点与主簧端点的水平距离l₀＝200mm，主簧片数m＝2，对主副簧接触点受力情况下的第2片主簧的端点变形系数G_x-Ep2进行计算，即

(4)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BCp计算：

根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b＝60mm，弹性模量E＝200GPa。主簧的一半长度L_M＝575mm，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M＝520mm；副簧触点与主簧端点的水平距离l₀＝200mm，主簧片数m＝2，对主副簧接触点受力情况下的第2片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BCp进行计算，即

(5)主簧端点受力情况下的n片端部加强型变截面叠加副簧的总端点变形系数G_x-EAT计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b＝60mm，弹性模量E＝200GPa。副簧的一半长度L_A＝375mm，副簧片数n＝1，该片副簧的抛物线段的根部到副簧端点的距离l_2A＝320mm，副簧抛物线段的厚度比β_A＝0.50，副簧斜线段的厚度比γ_A＝1.14，副簧斜线段的根部到副簧端点的距离l_1Ap＝80mm，副簧斜线段的端部到副簧端点的距离l_1A＝50mm，对n片叠加副簧的总端点变形系数G_x-EAT进行计算，即

(6)非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部平直段厚度h_2A设计：

I步骤：等效单片副簧的根部平直段厚度h_eA设计

根据主副簧的复合刚度设计要求值K_MAT＝73.87N/mm，主簧片数m＝2，各片主簧的根部平直段的厚度h_2M＝11mm，步骤(1)中计算所得到的G_x-E1＝100.47mm⁴/N和G_x-E2＝104.55mm⁴/N，步骤(2)中计算得到的G_x-BC＝40.78mm⁴/N，步骤(3)中计算得到的G_x-Ep2＝40.78mm⁴/N，步骤(4)中计算得到的G_x-BCp＝21.35mm⁴/N，及步骤(5)中计算得到的G_x-EAT＝26.87mm⁴/N，对非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的等效单片副簧的根部平直段厚度h_eA进行设计，即

II步骤：各片副簧的根部平直段厚度h_2A设计

根据副簧片数n＝1，及I步骤中计算所得到的h_eA＝14mm，对非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部平直段厚度h_2A进行设计，即

利用ANSYS有限元仿真软件，根据该非端部接触式少片端部加强型变截面钢板弹簧的主副簧结构参数和弹性模量，及设计得到的副簧根部平直段厚度h_2A＝14mm，建立一半对称结构主副簧的ANSYS仿真模型，划分网格，设置副簧端点与主簧接触，并在仿真模型的根部施加固定约束，在主簧端点施加集中载荷F＝1830N，对该非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的变形进行ANSYS仿真，所得到的主副簧的ANSYS变形仿真云图，如图3所示，其中，主副簧在端点位置处的最大变形量f_DSmax＝49.40mm，因此，该主副簧复合刚度的仿真验证值K_MAT＝2F/f_DSmax＝74.09N/mm。

可知，该主副簧复合刚度仿真验证值K_MAT＝74.09N/mm，与设计要求值K_MAT＝73.87N/mm相吻合，相对偏差仅为0.30％；结果表明该发明所提供的非端部接触式少片端部加强型变截面副簧根部厚度的设计方法是正确的，副簧根部厚度的设计值是准确可靠的。

实施例二：某非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b＝60mm，安装间距的一半l₃＝60mm，斜线段的长度Δl＝30mm，弹性模量E＝200GPa。主簧的一半长度L_M＝600mm，根部平直段的厚度h_2M＝12mm，抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M＝L_M-l₃＝540mm；主簧片数m＝2，其中，第1片主簧的抛物线段的端部厚度h_1Mp1＝6mm，抛物线段的厚度比β₁＝h_1Mp1/h_2M＝0.5，抛物线段的端部到主簧端点的距离l_1Mp1＝l_2Mβ₁ ²＝135mm，端部平直段的厚度h_1M1＝7mm，斜线段的厚度比γ_M1＝h_1M1/h_1Mp1＝1.17，端部平直段的长度l_1M1＝l_1Mp1-Δl＝105mm；第2片主簧的抛物线段的端部厚度h_1Mp2＝5mm，抛物线段的厚度比β₂＝h_1Mp2/h_2M＝0.42，抛物线段的端部到主簧端点的距离l_1Mp2＝l_2Mβ₂ ²＝95.26mm，端部平直段的厚度h_1M2＝6mm，斜线段的厚度比γ_M2＝h_1M2/h_1Mp2＝1.20，端部平直段的长度l_1M2＝l_1Mp2-Δl＝65.26mm。副簧的一半长度L_A＝410mm，抛物线段的根部到副簧端点的距离l_2A＝L_A-l₃＝350mm，副簧片数n＝1，该片副簧的抛物线段的厚度比β_A＝0.46，副簧抛物线段的端部到副簧端点的距离l_1Ap＝l_2Aβ_A ²＝74.56mm，副簧斜线段的厚度比γ_A＝1.17，副簧端部平直段的长度l_1A＝l_1Ap-Δl＝44.56mm；副簧触点与主簧端点的水平距离l₀＝190mm，主副簧的复合刚度设计要求值K_MAT＝76.90N/mm。根据各片主簧的结构参数、副簧的长度和片数及其抛物线段的厚度比和斜线段的厚度比、弹性模量、及主副簧复合刚度设计要求值，对该非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部平直段的厚度进行设计。

采用与实施例一相同的设计方法和步骤，对该非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部厚度进行设计，具体步骤如下：

(1)主簧端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数G_x-Ei计算：

根据该非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b＝60mm，斜线段的长度Δl＝30mm，弹性模量E＝200GPa；主簧的一半长度L_M＝600mm，抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M＝540mm，主簧片数m＝2，其中，第1片主簧的抛物线段的厚度比β₁＝0.5，斜线段的厚度比γ_M1＝1.17，斜线段的根部到主簧端点的距离l_1Mp1＝135mm，斜线段的端部到主簧端点的距离l_1M1＝105mm；第2片主簧的抛物线段的厚度比β₂＝0.42，斜线段的厚度比γ_M2＝1.20，斜线段的根部到主簧端点的距离l_1Mp2＝95.26mm，斜线段的端部到主簧端点的距离l_1M2＝65.26mm，对主簧端点受力情况下的第1片主簧和第2片主簧的端点变形系数G_x-E1和G_x-E2分别进行计算，即

(2)主簧端点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BC计算：

根据该非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b＝60mm，弹性模量E＝200GPa；主簧的一半长度L_M＝600mm，抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M＝540mm，副簧触点与主簧端点的水平距离l₀＝190mm，主簧片数m＝2，对主簧端点受力情况下的第2片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BC进行计算，即

(3)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧的端点变形系数G_x-Epm计算：根据该非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b＝60mm，弹性模量E＝200GPa；主簧的一半长度L_M＝600mm，抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M＝540mm，副簧触点与主簧端点的水平距离l₀＝190mm，主簧片数m＝2，对主副簧接触点,受力情况下的第2片主簧的端点变形系数G_x-Ep2进行计算，即

(4)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BCp计算：

根据该非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b＝60mm，弹性模量E＝200GPa；主簧的一半长度L_M＝600mm，抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M＝540mm，副簧触点与主簧端点的水平距离l₀＝190mm，主簧片数m＝2，对主副簧接触点受力情况下的第2片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BCp进行计算，即

(5)主簧端点受力情况下的n片端部加强型变截面叠加副簧的总端点变形系数G_x-EAT计算：根据该非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b＝60mm，主副簧斜线段的长度Δl＝30mm，弹性模量E＝200GPa。副簧的一半长度L_A＝410mm，抛物线段的根部到副簧端点的距离l_2A＝350mm，副簧片数n＝1，该片副簧的抛物线段的厚度比β_A＝0.46，斜线段的厚度比γ_A＝1.17，斜线段的根部到副簧端点的距离l_1Ap＝74.56mm，斜线段的端部到副簧端点的距离l_1A＝44.56mm，对n片叠加副簧的总端点变形系数G_x-EAT进行计算，即

(6)非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部平直段厚度h_2A设计：

I步骤：等效单片副簧的根部平直段厚度h_eA设计

根据主副簧的复合刚度设计要求值K_MAT＝76.90N/mm，主簧片数m＝2，各片主簧的根部平直段的厚度h_2M＝12mm，步骤(1)中计算得到的G_x-E1＝116.10mm⁴/N和G_x-E2＝119.52mm⁴/N，步骤(2)中计算得到的G_x-BC＝51.00mm⁴/N，步骤(3)中计算得到的G_x-Ep2＝51.00mm⁴/N，步骤(4)中计算得到的G_x-BCp＝28.33mm⁴/N，及步骤(5)中计算得到的G_x-EAT＝35.56mm⁴/N，对非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的等效单片副簧的根部平直段厚度h_eA进行设计，即

II步骤：各片副簧的根部平直段厚度h_2A设计

根据副簧片数n＝1，及I步骤中计算所得到的h_eA＝13mm，对非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的各片副簧的根部平直段厚度h_2A进行设计，即

利用ANSYS有限元仿真软件，根据该非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的结构参数和弹性模量，及设计得到的该片副簧的根部平直段厚度h_2A＝13mm，建立一半对称结构主副簧的ANSYS仿真模型，划分网格，设置副簧端点与主簧接触，并在仿真模型的根部施加固定约束，在主簧端点施加集中载荷F＝1900N，对该非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的变形进行ANSYS仿真，所得到的主副簧的ANSYS变形仿真云图，如图4所示，其中，主副簧在端点位置处的最大变形量f_DSmax＝49.50mm，因此，该主副簧复合刚度的仿真验证值K_MAT＝2F/f_DSmax＝76.77N/mm。

可知，该主副簧复合刚度的仿真验证值K_MAT＝76.77N/mm，与设计要求值K_MAT＝76.90N/mm相吻合，相对偏差仅为0.17％；结果表明该发明所提供的非端部接触式少片端部加强型变截面副簧根部厚度的设计方法是正确的，副簧根部平直段厚度的设计值是准确可靠的。

Claims (1)

1.非端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法，其中，非端部接触式少片端部加强型主副簧的一半对称结构由根部平直段、抛物线段、斜线段和端部平直段4段构成，斜线段对变截面主副簧的端部起加强作用；各片主簧的端部平直段非等构，即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片主簧的端部平直段的厚度和长度，以满足第1片主簧复杂受力的要求；副簧触点与主簧抛物线段之间设有一定的主副簧间隙，以满足副簧起作用载荷的设计要求；当载荷大于副簧起作用载荷时，主副簧接触而共同工作，以满足复合刚度设计要求；在各片主簧的结构参数、副簧的长度和片数及其抛物线段的厚度比和斜线段的厚度比、弹性模量、及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下，对非端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧根部厚度进行设计，具体设计步骤如下：

(1)主簧端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数G_x-Ei计算：

根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，主副簧斜线段的长度Δl，弹性模量E；主簧的一半长度L_M，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比β_i，第i片主簧斜线段的厚度比γ_Mi，第i片主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l_1Mpi，第i片主簧斜线段的端部到主簧端点的距离l_1Mi＝l_1Mpi-Δl，i＝1,2,…m，对主簧端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数G_x-Ei进行计算，即

(2)主簧端点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BC计算：

根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度L_M，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M，副簧触点与主簧端点的水平距离l₀，主簧片数m，对主簧端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BC进行计算，即

(3)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧的端点变形系数G_x-Epm计算：

根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度L_M，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M，副簧触点与主簧端点的水平距离l₀，主簧片数m，对主副簧接触点受力情况下的第m片主簧的端点变形系数G_x-Epm进行计算，即

(4)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BCp计算：

根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度L_M，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M，副簧触点与主簧端点的水平距离l₀，主簧片数m，对主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数G_x-BCp进行计算，即

(5)主簧端点受力情况下的n片端部加强型变截面叠加副簧的总端点变形系数G_x-EAT计算：

根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；副簧的一半长度L_A，副簧片数n，副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离l_2A，副簧抛物线段的厚度比β_A，副簧斜线段的厚度比γ_A，副簧斜线段的根部到副簧端点的距离l_1Ap，副簧斜线段的端部到副簧端点的距离l_1A，对n片叠加副簧的总端点变形系数G_x-EAT进行计算，即

(6)非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部平直段厚度h_2A设计：

I步骤：等效单片副簧的根部平直段厚度h_eA设计

根据主副簧复合刚度设计要求值K_MAT，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h_2M，步骤(1)中计算所得到的G_x-Ei，步骤(2)中计算所得到的G_x-BC，步骤(3)中计算所得到的G_x-Epm，步骤(4)中计算所得到的G_x-BCp，及步骤(5)中计算所得到的G_x-EAT，对非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的等效单片副簧的根部平直段厚度h_eA进行设计，即

II步骤：各片副簧的根部平直段厚度h_2A设计

根据副簧片数n，及I步骤中计算所得到的h_eA，对非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的各片副簧的根部平直段厚度h_2A进行设计，即