CN106682338A - 高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的接触载荷的验算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的接触载荷的验算方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据所设计高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的结构参数、主簧加紧刚度，主副簧复合加紧刚度，主簧和副簧初始切线弧高，对高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的开始和完全接触载荷进行验算。通过样机加载变形试验可知，本发明所提供的高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的接触载荷的验算方法是正确的，可得到准确可靠的接触载荷验算值，确保接触载荷满足设计要求，为高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的特性仿真计算奠定了可靠的技术基础；同时，利用该方法可提高产品设计水平、质量和性能，并且还可降低设计和试验测试费用，加快产品开发速度。

Description

高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的接触载荷的验算方法

技术领域

本发明涉及车辆悬架板簧，特别是高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的接触载荷的验算方法。

背景技术

随着高强度钢板材料的出现，可采用高强度等偏频型一级渐变刚度板簧，以满足在不同载荷下的车辆行驶平顺性及悬架渐变偏频保持不变的设计要求，其中，渐变刚度板簧的开始接触载荷和完全接触载荷的大小，不仅影响主簧和副簧的最大应力，而且还影响主副簧的渐变复合夹紧刚度及悬架系统偏频和车辆行驶平顺性。判断所设计的强度等偏频型一级渐变刚度板簧是否满足特性设计要求，不仅与各片主簧和副簧的结构参数、主副簧切线弧高和渐变间隙有关，而且还与接触载荷有关，因此，应根据渐变刚度板簧的结构设计参数，首先给出接触载荷验算值。然后，由于渐变刚度板簧在渐变过程中的挠度及渐变刚度计算非常复杂，且受重叠部分等效厚度计算的制约，据所查资料可知，先前国内外一直未给出高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的接触载荷的验算方法。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对高强度一级渐变刚度设计板簧提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的接触载荷的验算方法，为高强度等偏频型一级渐变刚度板簧特性仿真计算及仿真软件开发奠定可靠的技术基础，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性对高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的设计要求，通过设计验算和仿真计算及时发现产品设计所存在问题，从而提高产品设计水平、质量和性能；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、可靠的高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的接触载荷的验算方法，验算流程图，如图1所示。板簧采用高强度钢板，宽度为b，弹性模量为E，各片板簧为以中心穿装孔对称的结构，其安装夹紧距的一半L₀为骑马螺栓夹紧距的一半L₀；高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，由主簧1和副簧2构成，其中，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，一半夹紧长度为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，一半夹紧长度为L_Aj＝L_Ajt-L₀/2，j＝1,2,…,m。末片主簧的下表面与首片副簧的上表面之间的主副簧渐变间隙δ_MA，其大小是由主簧初始切线弧高与副簧初始切线弧高所决定的。当载荷达到开始起作用载荷P_k时，在骑马螺栓夹紧距外侧，末片主簧下表面与首片副簧上表面开始接触；当载荷达到完全接触载荷P_w时，末片主簧下表面与首片副簧上表面完全接触。当载荷在[P_k,P_w]范围内变化时，主簧末片下表面与副簧首片上表面的接触位置及主副簧渐变复合夹紧刚度K_kwP随载荷而变化，从而满足悬架偏频保持不变的设计要求。开始接触载荷和完全接触载荷是由所设计渐变刚度板簧的结构所决定的，不仅影响板簧最大应力，而且影响板簧的渐变复合夹紧刚度。根据主簧夹紧刚度、主副簧复合夹紧刚度、主簧的厚度和片数，首片主簧的一半夹紧长度，首片副簧的一半夹紧长度，主簧初始切线弧高设计值和副簧初始切线弧高设计值，对所设计高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的开始接触载荷和完全接触载荷进行验算，确保满足接触载荷及渐变复合夹紧刚度的设计要求。

为解决上述技术问题，本发明所提供的高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的接触载荷的验算方法，其特征在于采用以下验算步骤：

(1)高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的末片主簧下表面初始曲率半径R_M0b的确定：

根据主簧初始切线弧高H_gM0，主簧片数n，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,..,n，首片主簧的一半夹紧长度L₁，对高强度一级渐变刚度板簧的末片主簧下表面初始曲率半径R_M0b进行确定，即

(2)高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的首片副簧上表面初始曲率半径R_A0a的确定：

根据首片副簧的一半夹紧长度L_A1，副簧初始切线弧高H_gA0，对高强度一级渐变刚度板簧的首片副簧上表面初始曲率半径R_A0a进行确定，即

(3)高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k的验算：

A步骤：主簧根部重叠部分等效厚度h_Me的计算

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

B步骤：开始接触载荷P_k的验算：

根据高强度一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧跨长度L₁，步骤(1)中所确定的R_M0b，步骤(2)中所确定的R_A0a，A步骤中计算得到的度h_Me，对高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k进行验算，即

(4)高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w的验算：

根据主簧夹紧刚度K_M，主副簧的复合夹紧刚度K_MA，及步骤(3)中验算所得到的P_k，对高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w进行验算，即

本发明比现有技术具有的优点

由于在主副簧渐变接触过程中，渐变刚度板簧的挠度计算非常复杂，据所查资料可知，先前国内外一直未给出高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的接触载荷的验算方法。本发明可根据所设计高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度，主副簧复合夹紧刚度，主簧的厚度和片数，首片主簧的一半夹紧长度，首片副簧的一半夹紧长度，主簧初始切线弧高，副簧初始切线弧高，对高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的开始接触载荷和完全接触载荷进行验算。通过样机加载变形试验测试可知，本发明所提供的高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的接触载荷的验算方法是正确的，可得到准确可靠的接触载荷验算值，为高强度等偏频型一级渐变刚度板簧特性的仿真计算及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础；同时，利用该方法，可对所设计渐变刚度板簧的接触载荷进行验算，确保渐变刚度满足车辆悬架平顺性的设计要，提高产品设计水平、质量和性能，并且还可降低设计和试验测试费用，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是高强度等偏频型一级渐变刚度板簧接触载荷的验算流程图；

图2是高强度等偏频型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：某高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，骑马螺栓夹紧距的一半L₀＝50mm，弹性模量E＝200GPa。主簧片数n＝3片，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝7mm，首片主簧的一半作用长度L_1t＝525mm，首片主簧的一半夹紧长度L₁＝L_1t-L₀/2＝500mm，主簧夹紧刚度K_M＝51.3N/mm。副簧片数m＝2片，各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝12mm，首片副簧的一半作用长度L_A1t＝350m，首片副簧的一半夹紧长度为L_A1＝L_A1t-L₀/2＝325mm。主簧初始切线弧高H_gM0＝112.5mm，副簧初始切线弧高H_gA0＝21.5mm。主副簧的总复合夹紧刚度K_MA＝173.7N/mm。根据板簧的结构参数，主簧夹紧刚度K_M，主副簧复合夹紧刚度K_MA，主簧初始切线弧高H_gM0和副簧初始切线弧高H_gA0，对该高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k和完全接触载荷P_w进行验算。

本发明实例所提供的高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的接触载荷的验算方法，其验算流程如图1所示，具体设计步骤如下：

(1)高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的末片主簧下表面初始曲率半径R_M0b的确定：

根据主簧片数n＝3，各片主簧的厚度h_i＝7mm，i＝1,2,..,n，首片主簧的一半夹紧长度L₁＝500mm，主簧初始切线弧高H_gM0＝112.5mm，确定该高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的末片主簧下表面初始曲率半径R_M0b，即

(2)高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的首片副簧上表面初始曲率半径R_A0a的确定：

根据首片副簧的一半夹紧长度L_A1＝325mm，副簧初始切线弧高H_gA0＝21.5mm，确定该高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的副首片簧上表面曲率半径R_A0a，即

(3)高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k的验算：

A步骤：主簧根部重叠部分等效厚度h_Me的计算

根据主簧片数n＝3，各片主簧的厚度h_i＝7mm，i＝1,2,3，对主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me进行计算，即

B步骤：渐变刚度板簧开始接触载荷P_k的验算：

根据高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，弹性模量E＝200GPa；首片主簧的一半夹夹紧长度L₁＝500mm，步骤(1)中确定的R_M0b＝1188.4mm，步骤(2)中所确定的R_A0a＝2467.1mm，及A步骤中计算所得到的h_Me＝10.1mm，对该高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k进行验算，即

(4)高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w的验算：

根据主簧夹紧刚度K_M＝51.3N/mm，主副簧复合夹紧刚度K_MA＝173.7N/mm，及步骤(3)中验算所得到的P_k＝1885N，对该高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w进行验算，即

通过验算值与设计要求值的比较可知，该高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k和完全接触载荷P_w的验算值P_k＝1885N和P_w＝6383N，分别与设计要求值P_k＝1883N和P_w＝6378N相吻合，绝对偏差分别为2N和6N，相对偏差分别仅为0.011％和0.094％，结果表明本发明所提供的高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k和完全接触载荷P_w的验算方法是正确的，可得到准确可靠的接触载荷验算值，为高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的切线弧高验证及挠度和应力仿真计算奠定了可靠的技术基础。利用该方法可提供产品的设计水平、质量和性能，确保满足一级渐变刚度板簧的接触载荷、渐变刚度及悬架偏频设计要求，提高车辆行驶平顺性；同时，降低设计和试验费用，加快产品开发速度。

Claims (1)

1.高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的接触载荷的验算方法，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；通过主簧和副簧的初始切线弧高及渐变间隙，确保满足板簧接触载荷、渐变刚度及悬架在渐变载荷下的偏频保持不变的设计要求，即等偏频型一级渐变刚度板簧；根据所设计主簧和副簧的结构参数、主簧夹紧刚度和主副簧复合夹紧刚度，对等偏频型一级渐变刚度板簧的开始接触载荷和完全接触载荷进行验算，具体验算步骤如下：

(1)高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的末片主簧下表面初始曲率半径R_M0b的确定：

根据主簧初始切线弧高H_gM0，主簧片数n，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,..,n，首片主簧的一半夹紧长度L₁，对高强度一级渐变刚度板簧的末片主簧下表面初始曲率半径R_M0b进行确定，即

$R_{M0b}=\frac{L_1^2+H_{gM0}^2}{2H_{gM0}}+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{h}_i;$

(2)高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的首片副簧上表面初始曲率半径R_A0a的确定：

根据首片副簧的一半夹紧长度L_A1，副簧初始切线弧高H_gA0，对高强度一级渐变刚度板簧的首片副簧上表面初始曲率半径R_A0a进行确定，即

$R_{A0a}=\frac{L_{A1}^2+H_{gA0}^2}{2H_{gA0}};$

(3)高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k的验算：

A步骤：主簧根部重叠部分等效厚度h_Me的计算

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

$h_{Me}=\sqrt[3]{h_1^3+h_2^3+\mathrm{...}+h_n^3};$

B步骤：开始接触载荷P_k的验算：

根据高强度一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧跨长度L₁，步骤(1)中所确定的R_M0b，步骤(2)中所确定的R_A0a，A步骤中计算得到的度h_Me，对高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k进行验算，即

$P_k=\frac{{\mathrm{Ebh}}_{Me}^3(R_{A0a}-R_{M0b})}{6L_1{R}_{M0b}{R}_{A0a}};$

(4)高强度等偏频型一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w的验算：

根据主簧夹紧刚度K_M，主副簧的复合夹紧刚度K_MA，及步骤(3)中验算所得到的P_k，对高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w进行验算，即

$P_w=\frac{K_{MA}}{K_M}{P}_K.$