CN106650165A - 非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度的校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度的校核方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片主簧和副簧的结构参数、开始接触载荷、额定载荷及额定载荷下许用应力，通过主簧和副簧根部最大应力的计算，对非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧进行强度校核。通过样机加载根部最大应力试验结果可知，本发明所提供的非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度的校核方法是正确的，为非等偏频一级渐变刚度板簧的强度校核及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得到准确可靠的根部最大应力计算值，提高产品设计水平、质量和可靠性及提高车辆行驶安全性；同时，降低产品的设计和试验测试费用，加快产品的开发速度。

Description

非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度的校核方法

技术领域

本发明涉及车辆悬架板簧，特别是非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度的校核方法。

背景技术

为了满足一级渐变刚度板簧的主簧强度的要求，通常使副簧尽早承担载荷而降低完全性接触载荷和主簧应力，即采用非等偏频一级渐变刚度板簧悬架，其中，主簧和副簧的根部最大应力决定着板簧强度和可靠性及车辆行驶平顺性和安全性都具有作用影响。由于非等偏频一级渐变刚度板簧的主簧和副簧根部最大应力，不仅与主簧和副簧的结构、最大厚度板簧的厚度和所受载荷有关，而且与开始接触载荷有关，同时，还受主簧根部重叠部分等效厚度和主副簧根部重叠部分等效厚度的制约，先前一直未能给出非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度的校核方法，不能满足车辆行业快速发展及现代化CAD软件开发的要求。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对非等偏频一级渐变刚度板簧悬架提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度的校核方法，为非等偏频一级渐变刚度板簧设计及CAD软件开发奠定可靠的技术基础，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性及对非等偏频一级渐变刚度板簧设计的要求，提高非等偏频一级渐变刚度板簧的设计水平、产品质量和可靠性及车辆行驶安全性；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、可靠的非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度的校核方法，校核流程图，如图1所示。非等偏频一级渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，是由主簧1和副簧2所组成的，一级渐变刚度板簧的一半总跨度，即为首片主簧的一半作用长度为L_1t，骑马螺栓夹紧距的一半为L₀，板簧的宽度为b，弹性模量为E。主簧1的片数为n，各片主簧的厚度为h_i，一半作用长度为L_it，一半夹紧长度L_i＝L_it-L₀/2，i＝1,2,…n。副簧2的片数为m，各片副簧的厚度为h_Aj，一半作用长度为L_Ajt，一半夹紧长度L_Aj＝L_Ajt-L₀/2，j＝1,2,…m。通过主簧和副簧初始切线弧高，确保副簧首片端部上表面与主簧末片端部下表面之间设置有一定的主副簧间隙δ_MA，以满足渐变刚度板簧开始接触载荷和完全接触载荷、主簧应力强度和悬架渐变刚度的设计要求，并且还应该满足板簧安装及在额定载荷下剩余切线弧高的设计要求。非等偏频一级渐变刚度板簧的空载载荷P₀，开始接触载荷为P_k，完全接触载荷为P_w；为了满足主簧应力强度的要求，悬架开始接触载荷偏频f_0k与完全接触载荷偏频f_0w不相等，即设计为非等偏频一级渐变刚度板簧。主簧和副簧的根部最大应力决定着板簧强度和可靠性及车辆行驶平顺性和安全性都具有作用影响，其中，根部最大应力不仅与主簧和副簧的结构有关和载荷有关，而且还与接触载荷及根部重叠部分等效厚度有关。根据非等偏频一级渐变刚度板簧的各片主簧和副簧的结构参数、开始接触载荷、额定载荷及在额定载荷下许用应力，对非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度进行校核。

为解决上述技术问题，本发明所提供的非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度的校核方法，其特征在于采用以下校核步骤：

(1)主簧和主副簧的根部重叠部分等效厚度h_Me和h_MAe计算：

I步骤：主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me

根据主簧片数n,各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,…n，对主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me进行计算，即

II步骤：主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe

根据主簧片数n,各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,…n；副簧片数m,各片副簧的厚度h_Aj，j＝1,2,…m；对主副簧根部重叠部分的效厚度h_MAe进行计算，即

(2)主簧和副簧的最大厚度板簧的厚度h_max和h_Amax的确定：

A步骤：主簧的最大厚度板簧的厚度h_max的确定

根据主簧片数n，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,...,n，确定主簧最大厚度板簧的厚度h_max，即

h_max＝max(h_i)，i＝1，2,...,n；

B步骤：副簧的最大厚度板簧的厚度h_Amax的确定

根据副簧片数m，各片副簧的厚度h_Aj,j＝1,2,...,m，确定副簧最大厚度板簧的厚度h_Amax，即

h_Amax＝max(h_Aj),j＝1,2,...,m；

(3)非等偏频一级渐变刚度板簧的主簧根部最大应力σ_Mmax计算及强度校核：

i步骤：主簧根部最大应力σ_Mmax计算

根据非等偏频一级渐变刚度板簧的宽度b，首片主簧的一半夹紧长度L₁，开始接触载荷P_k，额定载荷P_N，步骤(1)中计算得到的h_Me和h_MAe，步骤(2)中所确定的h_max，对主簧根部最大应力σ_Mmax进行计算，即

ii步骤：主簧应力强度校核

根据许用应力[σ]，i步骤中计算得到的σ_Mmax，如果σ_Mmax<[σ]，则主簧满足应力强度设计要求；如果σ_Mmax>[σ]，则主簧不满足应力强度设计要求；

(4)非等偏频一级渐变刚度板簧的副簧根部最大应力σ_Amax计算及强度校核：

a步骤：副簧根部最大应力σ_Amax计算

根据非等偏频一级渐变刚度板簧的宽度b，主簧首片的一半夹紧长度L₁，开始接触载荷P_k，额定载荷P_N，步骤(1)中计算得到的h_MAe，步骤(2)中所确定的h_Amax，对副簧根部最大应力σ_Amax进行计算，即

b步骤：副簧应力强度校核

根据许用应力[σ]，a步骤中计算得到的σ_Amax，如果σ_Amax<[σ]，则副簧满足应力强度设计要求；如果如果σ_Amax>[σ]，则副簧不满足应力强度设计要求。

本发明比现有技术具有的优点

由于非等偏频一级渐变刚度板簧的主簧和副簧根部最大应力，不仅与主簧和副簧的结构、最大厚度板簧的厚度和所受载荷有关，而且与开始接触载荷有关，同时，还受主簧根部重叠部分等效厚度和主副簧根部重叠部分等效厚度的制约，先前一直未能给出非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度的校核方法，不能满足车辆行业快速发展及现代化CAD软件开发的要求。本发明可根据非等偏频一级渐变刚度板簧的各片主簧和副簧的结构参数、开始接触载荷、额定载荷及在额定载荷下许用应力，在主簧根部重叠部分等效厚度和主副簧根部重叠部分等效厚度及主副主簧根部最大应力计算的基础上，对非等偏频一级渐变刚度板簧悬架的主副簧应力强度进行校核。通过样机加载根部最大应力试验测试结果可知，本发明所提供的非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度的校核方法是正确的，可得到准确可靠的主副簧根部最大应力校核计算值，为非等偏频一级渐变刚度板簧的强度校核及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础；同时，利用该方法可提高非等偏频一级渐变刚度板簧的设计水平、产品质量和可靠性及车辆行驶平顺性和安全性；同时，还可降低设计及试验测试费用，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是非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度校核的流程图；

图2是非等偏频一级渐变刚度板簧的一半对称结构示意图。

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：某非等偏频一级渐变刚度板簧悬架的宽度b＝63mm，跨度的一半即一半作用长度L_1t＝525mm，骑马螺栓夹紧距的一半L₀＝50mm。主簧片数n＝3片，副簧片数m＝2片，主副簧的总片数N＝n+m＝5。其中，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm，各片主簧的一半作用长度分别为L_1t＝525mm，L_2t＝450mm，L_3t＝350mm；一半夹紧长度分别为L₁＝L_1t-L₀/2＝500mm，L₂＝L_2t-L₀/2＝425mm，L₃＝L_3t-L₀/2＝325mm。各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝13mm，各片副簧的一半作用长度分别为L_A1t＝250mm，L_A2t＝150mm，一半夹紧长度分别为L_A1＝L_A1t-L₀/2＝225mm，L_A2＝L_A2t-L₀/2＝125mm。开始接触载荷P_k＝1900N，额定载荷P_N＝7227N，在额定载荷下的许用应力[σ]＝450MPa。根据各片主簧和副簧的结构参数，开始接触载荷P_k、额定载荷P_N及在额定载荷P_N下的许用应力，对非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度进行校核。

本发明实例所提供的非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度的校核方法，其校核流程如图1所示，具体校核步骤如下：

(1)主簧和主副簧的根部重叠部分等效厚度h_Me和h_MAe计算：

I步骤：主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me

根据主簧片数n＝3,各片厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm，对主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me进行计算，即

II步骤：主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe

根据主簧片数n＝3,各片厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm；副簧片数m＝2,各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝13mm，对主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe进行计算，即

(2)主簧和副簧的最大厚度板簧的厚度h_max和h_Amax的确定：

A步骤：主簧的最大厚度板簧的厚度h_max的确定

根据主簧片数n＝3，各片厚度h_i＝8mm，i＝1，2,...,n，确定主簧的最大厚度板簧的厚度h_max，即

h_max＝max(h_i)＝8mm；

B步骤：副簧的最大厚度板簧的厚度h_Amax的确定

根据副簧片数m＝2，各片副簧的厚度h_Aj＝13mm,j＝1，2,...,m，确定副簧的最大厚度板簧的厚度h_Amax，即

h_Amax＝max(h_Aj)＝13mm。

(3)非等偏频一级渐变刚度板簧的主簧根部最大应力σ_Mmax计算及强度校核：

i步骤：主簧根部最大应力σ_Mmax计算

根据非等偏频一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；开始接触载荷P_k＝1900N，额定载荷P_N＝7227N，步骤(1)的II步骤中计算得到的h_Me＝11.5mm和h_MAe＝18.1mm，步骤(2)的A步骤中所确定的h_max＝8mm，对主簧根部最大应力σ_Mmax进行计算，即

ii步骤：主簧应力强度校核

根据在额定载荷下的许用应力[σ]＝450MPa，i步骤中计算得到的σ_Mmax＝406.7MPa，可知，σ_Mmax<[σ]，即该非等偏频一级渐变刚度板簧的主簧满足应力强度设计要求。

(4)非等偏频一级渐变刚度板簧的副簧根部最大应力σ_Amax计算及强度校核：

a步骤：副簧根部最大应力σ_Amax计算

根据非等偏频一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；开始接触载荷P_k＝1900N，额定载荷P_N＝7227N，步骤(1)的II步骤中计算得到的h_MAe＝18.1mm，步骤(2)的B步骤中所确定的h_Amax＝13mm，对副簧根部最大应力σ_Amax进行计算，即

b步骤：副簧应力强度校核

根据在额定载荷下的许用应力[σ]＝450MPa，a步骤中计算得到的σ_Amax＝278MPa，可知，σ_Amax<[σ]，即该非等偏频一级渐变刚度板簧的副簧满足应力强度设计要求。

通过样机加载根部最大应力试验测试可知，在额定载荷下的主副簧根部最大应力的计算值与试验测试值相吻合，表明本发明所提供的非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度的校核方法是正确的。利用该方法可得到准确可靠的非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧根部最大应力计算值，确保板簧满足应力强度设计要求，提高非等偏频一级渐变刚度板簧的设计水平和可靠性性及车辆行驶安全性；同时，降低设计及试验测试费用，加快产品开发速度。

Claims (1)

1.非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧应力强度的校核方法，其中，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；通过主簧和副簧的初始切线弧高及渐变间隙，确保满足板簧渐变刚度和应力强度及悬架偏频的设计要求，即非等偏频一级渐变刚度板簧；根据各片主簧和副簧的结构参数、开始接触载荷、额定载荷及许用应力，对非等偏频一级渐变刚度板簧的主副簧进行强度校核，具体校核步骤如下：

(1)主簧和主副簧的根部重叠部分等效厚度h_Me和h_MAe计算：

I步骤：主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me

根据主簧片数n,各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,…n，对主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me进行计算，即

$h_{Me}=\sqrt[3]{\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{h}_1^3};$

II步骤：主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe

根据主簧片数n,各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,…n；副簧片数m,各片副簧的厚度h_Aj，j＝1,2,…m；对主副簧根部重叠部分的效厚度h_MAe进行计算，即

$h_{MAe}=\sqrt[3]{\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{h}_i^3+\underset{j=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{h}_{Aj}^3};$

(2)主簧和副簧的最大厚度板簧的厚度h_max和h_Amax的确定：

A步骤：主簧的最大厚度板簧的厚度h_max的确定

根据主簧片数n，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,...,n，确定主簧最大厚度板簧的厚度h_max，即

h_max＝max(h_i)，i＝1，2,...,n；

B步骤：副簧的最大厚度板簧的厚度h_Amax的确定

根据副簧片数m，各片副簧的厚度h_Aj,j＝1,2,...,m，确定副簧最大厚度板簧的厚度h_Amax，即h_Amax＝max(h_Aj),j＝1,2,...,m；

(3)非等偏频一级渐变刚度板簧的主簧根部最大应力σ_Mmax计算及强度校核：

i步骤：主簧根部最大应力σ_Mmax计算

根据非等偏频一级渐变刚度板簧的宽度b，首片主簧的一半夹紧长度L₁，开始接触载荷P_k，额定载荷P_N，步骤(1)中计算得到的h_Me和h_MAe，步骤(2)中所确定的h_max，对主簧根部最大应力σ_Mmax进行计算，即

${\mathrm{\&sigma;}}_{Mmax}=h_{max}\frac{3P_k{L}_1}{{\mathrm{bh}}_{Me}^3}+h_{max}\frac{3(P_N-P_k)L_1}{{\mathrm{bh}}_{MAe}^3};$

ii步骤：主簧应力强度校核

根据许用应力[σ]，i步骤中计算得到的σ_Mmax，如果σ_Mmax<[σ]，则主簧满足应力强度设计要求；如果σ_Mmax>[σ]，则主簧不满足应力强度设计要求；

(4)非等偏频一级渐变刚度板簧的副簧根部最大应力σ_Amax计算及强度校核：

a步骤：副簧根部最大应力σ_Amax计算

根据非等偏频一级渐变刚度板簧的宽度b，主簧首片的一半夹紧长度L₁，开始接触载荷P_k，额定载荷P_N，步骤(1)中计算得到的h_MAe，步骤(2)中所确定的h_Amax，对副簧根部最大应力σ_Amax进行计算，即

${\mathrm{\&sigma;}}_{Amax}=h_{Amax}\frac{3(P_N-P_k)L_1}{{\mathrm{bh}}_{MAe}^3};$

b步骤：副簧应力强度校核

根据许用应力[σ]，a步骤中计算得到的σ_Amax，如果σ_Amax<[σ]，则副簧满足应力强度设计要求；如果如果σ_Amax>[σ]，则副簧不满足应力强度设计要求。