CN106529107A - 高强度三级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算法 - Google Patents
高强度三级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及高强度三级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算法,属于车辆悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据高强度三级渐变板簧的结构参数,弹性模量,主簧夹紧刚度,主簧和副簧的各级复合夹紧刚度,最大限位挠度,在接触载荷和最大载荷仿真计算的基础上,对主簧及各级副簧的根部最大应力特性进行仿真计算。通过样机试验可知,表明所提供的高强度三级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算法是正确的,为高强度三级渐变刚度板簧的特性仿真验证奠定了可靠的技术基础。利用该方法可提高产品设计水平,确保根部最大应力满足强度设计要求,提高板簧的可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性;同时,降低设计和试验费用,加快产品开发速度。
Description
技术领域
本发明涉及车辆悬架板簧,特别是高强度三级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算法。
背景技术
随着高强度钢板材料的出现,可采用高强度三级渐变板簧,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,依据最大限位挠度设计值,设置一限位保护装置,防止板簧因受冲击而断裂,提高板簧的可靠性和使用寿命及车辆行驶平顺性和安全性。在最限位挠度下所对应的最大载荷及主簧和各级副簧的根部最大应力,决定板簧的可靠性和使用寿命,因此,对于给定设计机构的高强度三级渐变板簧,是否真正满足可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性的设计要求,必须对在最大限位挠度所对应在最大载荷及主簧和各级副簧的根部最大应力进行仿真计算和验证。然而,由于受渐变刚度和挠度计算、接触载荷仿真计算和最大限位挠度所对应的最大载荷的仿真计算等关键问题的制约,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根部最大应力特性的仿真计算法。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根部最大应力特性的仿真计算法,以满足车辆行业快速发展、车辆行驶安全性不断提高及对高强度三级渐变板簧的设计和特性仿真验证的要求,确保在最大限位挠度情况下的根部最大满足板簧可靠性的设计要求,提高板簧的设计水平、质量和性能,提高板簧的可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性;同时,降低设计及试验费用,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、可靠的高强度三级渐变刚度板簧夹紧刚度特性的仿真计算方法,其仿真计算流程如图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,高强度等偏频三级渐变刚度板簧的宽度为b,各片板簧采用高强度钢板,弹性模量为E,骑马螺栓夹紧距的一半为L0。主簧1的片数为n,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hA2j,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。主副簧的总片数N=n+n1+n2+n3,主簧与各级副簧之间共设有三级渐变间隙δMA1、δA12和δA23,即在主簧末片下表面与第一级副簧首片上表面之间设有第一级渐变间隙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第二级渐变间隙δA12;第二级副簧的末片下表面与第三级副簧首片上表面之间设有第三级渐变间隙δA23。通过主簧和各级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙,以满足渐变刚度板簧的各次接触载荷及渐变刚度和悬架系统偏频的设计要求。依据最大限位挠度设计值设置一限位保护装置,防止板簧因受冲击而断裂,提高板簧的可靠性和使用寿命及车辆行驶平顺性和安全性。根据各片板簧的结构参数,弹性模量,主簧和各级副簧的初始切线弧高及最大限位挠度设计值,在接触载荷和限位挠度所对应最大载荷仿真计算的基础上,对高强度三级渐变刚度板簧的主簧和各级副簧的根部最大应力特性进行仿真计算。
为解决上述技术问题,本发明所提供的高强度三级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算法,其特征在于采用以下仿真计算步骤:
(1)高强度三级渐变刚度板簧的主簧及各级副簧的初始曲率半径的计算:
I步骤:主簧末片下表面初始曲率半径RM0b的计算
根据主簧的片数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的计算
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,对第一级副簧首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的计算
根据第一级副簧的片数n1,第一级副簧各片的厚度hA1j,j=1,2,…,n1,及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:第二级副簧末片下表面初始曲率半径RA20b的计算
根据第二级副簧的片数n2,第二级副簧各片的厚度hA2k,k=1,2,…,n2,及IV步骤中计算得到的RA20a,对第二级副簧末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,即
(2)高强度三级渐变刚度板簧的各次接触载荷的仿真计算:
A步骤:不同片数重叠段的等效厚度的计算
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;主簧与第一级副簧的片数之和N1=n+n1,主簧与第一级副簧和第二级副簧的片数之和N2=n+n1+n2,主副簧的总片数N=n+n1+n2+n3,对各不同片数m重叠段的等效厚度hme的进行计算,m=1,2,…,N,即:
其中,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hMA3分别为
B步骤:第1次开始接触载荷Pk1的仿真计算
根据高强度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进行验算,即
C步骤:第2次开始接触载荷Pk2的仿真计算
根据高强度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)中仿真计算所得到的RA10b和RA20a,A步骤中计算得到hMA1e,及B步骤中仿真计算得到的Pk1,对第2次开始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
根据高强度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Pk3进行仿真计算,即
E步骤:第3次开始接触载荷Pw3的仿真计算
根据主簧与第一级和第二级副簧的符合加紧刚度KMA2,主副簧的总复合加紧刚度KMA3,D步骤中仿真计算得到的Pk3,对等渐变偏频高强度三级渐变刚度板簧的第3次完全接触Pw3进行仿真计算,即
(3)基于最大限位挠度的高强度三级渐变刚度板簧的最大载荷Pmax的仿真计算:
根据最大限位挠度设计值fMmax,主簧夹紧刚度KM,主簧与各级副簧的复合夹紧刚度KMA1、KMA2和KMA3,步骤(2)中仿真计算得到的Pk1、Pk2、Pk3和Pw3;对基于最大限位挠度fMmax的高强度三级渐变刚度板簧的最大载荷Pmax进行仿真计算,即
(4)高强度三级渐变刚度板簧主簧和各级副簧的根部最大应力特性的仿真计算:
i步骤:主簧根部最大应力特性的仿真计算
根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b,主簧首片的一半夹紧长度L1,主簧的片数n,主簧最大厚度板簧的厚度hmax=max(hi),i=1,2,…,n,步骤(2)的A步骤中计算得到的hMe,hMA1e,hMA2e和hMA3e,及B~D步骤中仿真计算得到的Pk1、Pk2和Pk3,步骤(3)中仿真计算得到的Pmax,对主簧根部最大应力σMmax随载荷P变化特性进行仿真计算,即
ii步骤:第一级副簧根部最大应力特性的仿真计算
根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b,主簧首片的一半夹紧长度L1,第一级副簧的片数n1,第一级副簧最大厚度板簧的厚度hA1max=max(hA1j),j=1,2,…,n1;步骤(2)的中A步骤中计算得到的hMA1e、hMA2e和hMA3e,B~D步骤仿真计算得到的Pk1、Pk2和Pk3,及步骤(3)中仿真计算得到的Pmax,对第一副簧根部最大应力σA1max随载荷P的变化特性进行仿真计算,即
iii步骤:第二级副簧根部最大应力特性的仿真计算
根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b,主簧首片的一半夹紧长度L1,第二级副簧的片数n2,第二级副簧最大厚度板簧的厚度hA2max=max(hA2k),k=1,2,…,n2,步骤(2)的A步骤中计算得到的hMA2e和hMA3e,C~D步骤仿真计算得到的Pk2和Pk3,及步骤(3)中仿真计算得到的Pmax,对第二副簧根部最大应力σA2max随载荷变化特性进行仿真计算,即
iv步骤:第三级副簧根部最大应力特性的仿真计算
根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b,主簧首片的一半夹紧长度L1,第三级副簧的片数n3,第三级副簧最大厚度板簧的厚度hA3max=max(hA3l),l=1,2,…,n3,步骤(2)的A步骤中计算得到的hMA3e,D步骤中仿真计算得到的Pk3,及步骤(3)中仿真计算得到的Pmax,对第三级副簧根部最大应力σA3max随载荷变化特性进行仿真计算,即
本发明比现有技术具有的优点
因受渐变刚度和挠度计算及接触载荷仿真等关键问题的制约,先前国内外一直未给出高强度三级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算法。本发明可根据高强度三级渐变刚度板簧的结构参数,弹性模量,主簧和各级副簧的初始切线弧高设计值,最大限位挠度,在接触载荷及最大载荷仿真计算的基础上,对高强度三级渐变刚度板簧的主簧和各级副簧的根部最大应力特性进行仿真计算。通过实例计算和样机试验测试可知,根部最大应力的仿真计算值与试验测试值相吻合,表明所提供的高强度三级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算法是正确的,为高强度三级渐变刚度板簧的特性仿真验证奠定了可靠的技术基础。利用该方法可提高产品设计水平,确保根部最大应力满足强度设计要求,提高板簧的可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性;同时,降低设计和试验费用,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是强度三级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算流程图;
图2是高强度三级渐变板簧的一半对称结构示意图;
图3是实施例的仿真计算得到的主簧根部最大应力随载荷的变化曲线;
图4是实施例的仿真计算得到的第一级副簧根部最大应力随载荷的变化曲线;
图5是实施例的仿真计算得到的第二级副簧根部最大应力随载荷的变化曲线;
图6是实施例的仿真计算得到的第三级副簧根部最大应力随载荷的变化曲线。
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:某高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b=63mm,骑马螺栓夹紧距的一半L0=50mm,弹性模量E=200GPa。主副簧的总片数N=5,其中,主簧的片数n=2,主簧各片的厚度h1=h2=8mm;主簧各片的一半作用长度分别为L1T=525mm,L2T=450mm;一半夹紧长度分别为L1=L1T-L0/2=500mm,L2=L2T-L0/2=425mm。第一级副簧的片数n1=1,厚度hA11=8mm,一半作用长度为LA11T=350mm,一半夹紧长度为LA11=L3=LA11T-L0/2=325mm。第二级副簧的片数n2=1,厚度hA21=13mm,一半作用长度为LA21T=250mm,一半夹紧长度为LA21=L4=LA21T-L0/2=225mm。第三级副簧的片数n3=1,厚度hA31=13mm,一半作用长度为LA31T=150mm,一半夹紧长度为LA31=L5=LA31T-L0/2=125mm。主簧的夹紧刚度KM1=51.43N/mm,对主簧与一级副簧的复合夹紧刚度KMA1=75.41N/mm,主簧与第一级和第二级副簧的复合夹紧刚度KMA2=144.46N/mm,主副簧的总复合夹紧刚度KMA3=172.9N/mm。主簧初始切线弧高设计值HgM0=114.1mm,各级副簧初始切线弧高分别为HgA10=21.1mm、HgA20=6.5mm和HgA30=0.67mm。最大限位挠度设计值fMmax=183.8mm。根据各片板簧的结构参数,弹性模量,主簧夹紧刚度,主簧与各级副簧的复合夹紧刚度,主簧和各级副簧的初始切线弧高及最大限位挠度设计值,对高强度三级渐变刚度板簧的主簧和各级副簧的根部最大应力特性进行仿真计算。
本发明实例所提供的高强度三级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算法,其仿真计算流程如图1所示,具体仿真计算步骤如下:
(1)高强度三级渐变刚度板簧的主簧及各级副簧的曲率半径的计算:
I步骤:主簧末片下表面初始曲率半径RM0b的计算
根据主簧片数n=2,主簧首片的一半夹紧长度L1=500mm,主簧各片的厚度hi=8mm,i=1,2,…,n,主簧的初始切线弧高HgM0=114.1mm,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的计算
根据第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11=325mm,第一级副簧的初始切线弧高HgA10=21.1mm,对第一级副簧首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的计算
根据第一级副簧片数n1=1,厚度hA11=8mm,及II步骤中计算得到的RA10a=2513.5mm,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=225mm,第二级副簧的初始切线弧高HgA20=6.5mm,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:第二级副簧末片下表面初始曲率半径RA20b的计算
根据第二级副簧片数n2=1,厚度hA21=13mm,及IV步骤中计算得到的RA20a=3897.5mm,对第二级副簧末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=125mm,第三级副簧的初始切线弧高HgA3=0.67mm,确定第三级副簧首片上表面初始曲率半径RA30a,即
(2)高强度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的等效厚度的计算:
根据主簧的片数n=2,主簧各片的厚度h1=h2=8mm;第一级副簧的片数n1=1,厚度hA11=8mm;第二级副簧的片数n2=1,厚度hA21=13mm;第三级副簧的片数n3=1,厚度hA31=13mm;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hMA3进行计算,即:
B步骤:第1次开始接触载荷Pk1的验算
根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b=63mm,弹性模量E=200GPa;主簧首片的一半夹紧跨长度L1=500mm,步骤(1)中计算得到的RM0b=1168.6mm和RA10a=2513.5mm,A步骤中计算得到的hMe=10.1mm;对第1次开始接触载荷Pk1进行验算,即
C步骤:第2次开始接触载荷Pk2的仿真计算
根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b=63mm,弹性模量E=200GPa;主簧首片的一半夹紧跨长度L1=500mm;步骤(1)中计算得到的RA10b=2521.5mm,RA20a=3897.5mm,A步骤中计算得到的hMA1e=11.5mm;B步骤中仿真计算得到的Pk1=1969N,对第2次开始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
根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b=63mm,弹性模量E=200GPa;主簧首片的一半夹紧跨长度L1=500mm;步骤(1)中计算所得到的RA20b=3910.5mm和RA30a=11660.8mm,A步骤中计算得到的hMA2e=15.5mm;C步骤中仿真计算得到的Pk2=2872N,对第3次开始Pk3进行仿真计算,即
E步骤:第3次开始接触载荷Pw3的仿真计算
根据主簧与第一级和第二级副簧的符合加紧刚度KMA2=144.46N/mm,主副簧的总复合加紧刚度KMA3=172.9N/mm,D步骤中仿真计算得到的Pk3=5537N,对等渐变偏频高强度三级渐变刚度板簧的第3次完全接触Pw3进行仿真计算,即
(3)基于最大限位挠度的高强度三级渐变刚度板簧的最大载荷Pmax的仿真计算:
根据主簧夹紧刚度KM=51.44N/mm,主簧与三级副簧的复合夹紧刚度KMA1=75.41N/mm、KMA2=144.46N/mm和KMA3=172.9N/mm;最大限位挠度设计值fMmax=183.8mm;步骤(2)中仿真计算得到的Pk1=1969N、Pk2=2872N、Pk3=5537N和Pw3=6627N;步骤(3)中仿真计算得到的Pmax=23764N,对在最大限位挠度情况下的该高强度三级渐变刚度板簧所对应的最大载荷Pmax进行仿真计算,即
(4)高强度三级渐变刚度板簧主簧和各级副簧的根部最大应力特性的仿真计算:
i步骤:主簧根部最大应力特性的仿真计算
根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b=63mm,主簧首片的一半夹紧长度L1=500mm,主簧最大厚度板簧的厚度hmax=max(hi)=8mm,步骤(2)的A步骤中计算得到的hMe=10.1mm,hMA1e=11.5mm,hMA2e=15.5mm,hMA3e=18.1mm,及B~D步骤中仿真计算得到的Pk1=1969N、Pk2=2872N和Pk3=5537N,步骤(3)中仿真计算得到的Pmax=23764N,对主簧根部最大应力σMmax随载荷P变化特性进行仿真计算,即
利用Matlab计算程序,仿真计算所得到该高强度三级渐变刚度板簧在不同载荷下的主簧根部最大应力随载荷的变化曲线,如图3所示,其中,在最大载荷Pmax=23764N下,该高强度三级渐变刚度板簧的主簧最大应力仿真验算值达到许用应力值,即σmax=1200MPa,与设计值相吻合,说明该高强度三级渐变刚度板簧的最大限位挠度设计值是可靠的,同时,表明该发明所提供的高强度三级渐变刚度板簧的主簧的最大应力特性的仿真计算方法是正确的。
ii步骤:第一级副簧根部最大应力特性的仿真计算
根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b=63mm,主簧首片的一半夹紧长度L1=500mm,第一级副簧最大厚度板簧的厚度hA1max=max(hA11)=8mm,步骤(2)的A步骤中计算得到的hMA1e=11.5mm、hMA2e=15.5mm和hMA3e=18.1mm,及B~D步骤中仿真计算得到的Pk1=1969N、Pk2=2872N和Pk3=5537N,步骤(3)中仿真计算得到的Pmax=23764N,对第一副簧根部最大应力σA1max随载荷P的变化特性进行仿真计算,即
利用Matlab计算程序,仿真计算所得到的该高强度三级渐变刚度板簧的第一级副簧根部最大应力随载荷的变化曲线,如图4所示,其中,在最大载荷Pmax=23764N下,该高强度三级渐变刚度板簧的第一级副簧的最大应力仿真验算值σA1max=833.5MPa;
iii步骤:第二级副簧根部最大应力特性的仿真计算
根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b=63mm,主簧首片的一半夹紧长度L1=500mm,第二级副簧最大厚度板簧的厚度hA2max=max(hA2k)=13mm,步骤(2)的A步骤中计算得到的hMA2e=15.5mm和hMA3e=18.1mm,及C~D步骤中仿真计算得到的Pk2=2872N、Pk3=5537N,步骤(3)中仿真计算得到的Pmax=23764N,对第二副簧根部最大应力σA2max随载荷变化特性进行仿真计算,即
利用Matlba计算程序,仿真计算所得到的该高强度三级渐变刚度板簧的第二级副簧根部最大应力σA2max随载荷P的变化曲线,如图5所示,其中,在最大载荷Pmax=23764N下,第二级副簧根部最大应力仿真验算值σA2max=1172.5MPa;
iv步骤:第三级副簧根部最大应力特性的仿真计算
根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b=63mm,主簧首片的一半夹紧长度L1=500mm,第三级副簧最大厚度板簧的厚度hA3max=max(hA3l)=13mm,步骤(2)的A步骤中计算得到的hMA3e=18.1mm,及D步骤仿真计算得到的Pk3=5537N,步骤(3)中仿真计算得到的Pmax=23764N,对第三级副簧根部最大应力随载荷变化特性进行仿真计算,即
利用Matlab计算程序,仿真计算所得到的该高强度三级渐变刚度板簧的第三级副簧的最大应力σA3max随载荷P的变化曲线,如图6所示,其中,在最大载荷Pmax=23764N下,第三级副簧根部最大应力仿真计算值σA3max=951.5MPa。
通过样机试验可知,本发明所提供的高强度三级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算法是正确的,不仅可对主簧和各级副簧在不同载荷下的根部最大应力进行仿真计算,并且还可对在最大限位挠度所对应的最大载荷情况下的主簧和各级副簧的根部最大应力进行仿真计算。
Claims (1)
1.高强度三级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算法,其中,板簧采用高强度钢板,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;板簧由主簧和三级副簧构成,通过主簧和三级副簧的初始切线弧高及三级渐变间隙,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,即高强度三级渐变板簧;根据各片板簧的结构参数,弹性模量,主簧夹紧刚度,主簧和各级副簧的复合夹紧刚度,初始切线弧高,最大限位挠度,在接触载荷和限位挠度所对应最大载荷仿真计算的基础上,对高强度三级渐变刚度板簧在不同载荷下的根部最大应力特性进行仿真计算,具体仿真计算步骤如下:
(1)高强度三级渐变刚度板簧的主簧及各级副簧的初始曲率半径的计算:
I步骤:主簧末片下表面初始曲率半径RM0b的计算
根据主簧的片数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的计算
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,对第一级副簧首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的计算
根据第一级副簧的片数n1,第一级副簧各片的厚度hA1j,j=1,2,…,n1,及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:第二级副簧末片下表面初始曲率半径RA20b的计算
根据第二级副簧的片数n2,第二级副簧各片的厚度hA2k,k=1,2,…,n2,及IV步骤中计算得到的RA20a,对第二级副簧末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,即
(2)高强度三级渐变刚度板簧的各次接触载荷的仿真计算:
A步骤:不同片数重叠段的等效厚度的计算
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;主簧与第一级副簧的片数之和N1=n+n1,主簧与第一级副簧和第二级副簧的片数之和N2=n+n1+n2,主副簧的总片数N=n+n1+n2+n3,对各不同片数m重叠段的等效厚度hme的进行计算,m=1,2,…,N,即:
其中,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hMA3分别为
B步骤:第1次开始接触载荷Pk1的仿真计算
根据高强度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进行验算,即
C步骤:第2次开始接触载荷Pk2的仿真计算
根据高强度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)中仿真计算所得到的RA10b和RA20a,A步骤中计算得到hMA1e,及B步骤中仿真计算得到的Pk1,对第2次开始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
根据高强度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Pk3进行仿真计算,即
E步骤:第3次开始接触载荷Pw3的仿真计算
根据主簧与第一级和第二级副簧的符合加紧刚度KMA2,主副簧的总复合加紧刚度KMA3,D步骤中仿真计算得到的Pk3,对等渐变偏频高强度三级渐变刚度板簧的第3次完全接触Pw3进行仿真计算,即
(3)基于最大限位挠度的高强度三级渐变刚度板簧的最大载荷Pmax的仿真计算:
根据最大限位挠度设计值fMmax,主簧夹紧刚度KM,主簧与各级副簧的复合夹紧刚度KMA1、KMA2和KMA3,步骤(2)中仿真计算得到的Pk1、Pk2、Pk3和Pw3;对基于最大限位挠度fMmax的高强度三级渐变刚度板簧的最大载荷Pmax进行仿真计算,即
(4)高强度三级渐变刚度板簧主簧和各级副簧的根部最大应力特性的仿真计算:
i步骤:主簧根部最大应力特性的仿真计算
根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b,主簧首片的一半夹紧长度L1,主簧的片数n,主簧最大厚度板簧的厚度hmax=max(hi),i=1,2,…,n,步骤(2)的A步骤中计算得到的hMe,hMA1e,hMA2e和hMA3e,及B~D步骤中仿真计算得到的Pk1、Pk2和Pk3,步骤(3)中仿真计算得到的Pmax,对主簧根部最大应力σMmax随载荷P变化特性进行仿真计算,即
ii步骤:第一级副簧根部最大应力特性的仿真计算
根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b,主簧首片的一半夹紧长度L1,第一级副簧的片数n1,第一级副簧最大厚度板簧的厚度hA1max=max(hA1j),j=1,2,…,n1;步骤(2)的中A步骤中计算得到的hMA1e、hMA2e和hMA3e,B~D步骤仿真计算得到的Pk1、Pk2和Pk3,及步骤(3)中仿真计算得到的Pmax,对第一副簧根部最大应力σA1max随载荷P的变化特性进行仿真计算,即
iii步骤:第二级副簧根部最大应力特性的仿真计算
根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b,主簧首片的一半夹紧长度L1,第二级副簧的片数n2,第二级副簧最大厚度板簧的厚度hA2max=max(hA2k),k=1,2,…,n2,步骤(2)的A步骤中计算得到的hMA2e和hMA3e,C~D步骤仿真计算得到的Pk2和Pk3,及步骤(3)中仿真计算得到的Pmax,对第二副簧根部最大应力σA2max随载荷变化特性进行仿真计算,即
iv步骤:第三级副簧根部最大应力特性的仿真计算
根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b,主簧首片的一半夹紧长度L1,第三级副簧的片数n3,第三级副簧最大厚度板簧的厚度hA3max=max(hA3l),l=1,2,…,n3,步骤(2)的A步骤中计算得到的hMA3e,D步骤中仿真计算得到的Pk3,及步骤(3)中仿真计算得到的Pmax,对第三级副簧根部最大应力σA3max随载荷变化特性进行仿真计算,即
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CN105956270A (zh) * | 2016-05-04 | 2016-09-21 | 山东理工大学 | 端部接触式少片端部加强型主副簧各片应力的计算方法 |
CN106295086A (zh) * | 2016-10-18 | 2017-01-04 | 山东理工大学 | 端部接触式少片抛物线型主副簧限位挠度的设计方法 |
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2017
- 2017-01-12 CN CN201710023304.3A patent/CN106529107A/zh active Pending
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韦进光 等: "渐变刚度板簧(多片副簧)的经验算法", 《装备制造技术》 * |
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