CN106709206A - 高强度三级渐变刚度板簧的主簧挠度的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高强度三级渐变刚度板簧的主簧挠度的计算方法,属于车辆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,弹性模量,额定载荷及各次接触载荷,在对高强度三级渐变刚度板簧在不同载荷下的主簧挠度进行计算。通过仿真和样机试验测试可知,主簧挠度计算值与样机试验值相吻合,表明所提供的高强度三级渐变刚度板簧的主簧挠度计算方法是正确的,为高强度三级渐变刚度板簧设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法可提高产品设计水平、质量和性能,确保主簧及各级副簧的初始切线弧高及三级渐变间隙和接触载荷满足设计要求,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。
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的主簧挠度的计算方法。
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,挠度计算是高强度三级渐变板簧的主簧和各级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙设计的基础。然后,由于主簧挠度不仅与主簧及各级副簧的结构和载荷有关,而且还与接触载荷大小有关,因此,高强度三级渐变板簧的主簧挠度计算非常复杂,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的主簧挠度的计算方法。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的主簧挠度的计算方法,以满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性不断提高及对高强度三级渐变板簧的设计要求,确保主簧及各级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙、接触载荷和最大限位挠度满足设计要求,提高产品的设计水平、性能和质量及车辆行驶平顺性;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的主簧挠度的计算方法,其计算流程如图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,高强度三级渐变刚度板簧的一半总跨度为首片主簧的一半作用长度L1T,骑马螺栓夹紧距的一半为L0,钢板弹簧的宽度为b,弹性模量为E。主簧1的片数为n,其中,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hA2k,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。高强度三级渐变刚度板簧的总片数N=n+n1+n2+n3,主簧及各级副簧之间设有三级渐变间隙δMA1、δA12和δA23,即末片主簧下表面与第一级副簧首片上表面之间设有一级渐变间隙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二级渐变间隙δA12;第二级副簧末片下表面与第三级副簧首片上表面之间设有三级渐变间隙δA23。通过主簧和各级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙,以满足渐变刚度钢板弹簧的各次接触载荷及渐变刚度和悬架偏频的设计要求。根据各片板簧的结构参数,弹性模量,额定载荷及各次接触载荷,对高强度三级渐变刚度板簧在不同载荷下的主簧挠度进行计算。
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的主簧挠度的计算方法,其特征在于采用以下计算步骤:
(1)强度三级渐变刚度板簧的各不同片数重叠段的等效厚度hme的计算:
根据主簧的片数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;主副簧的总片数N=n+n1+n2+n3,对三级渐变刚度钢板弹簧的各不同片数m重叠段的等效厚度hme进行计算,m=1,2,…,N,即:
(2)高强度三级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度及其与各级副簧的复合夹紧刚度的计算:
i步骤:主簧的夹紧刚度KM的仿真计算
根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b,弹性模量E;主簧的片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li,i=1,2,…,n,及步骤(1)中计算得到的hme,m=i=1,2,…,n,对主簧的夹紧刚度KM进行仿真计算,即
ii步骤:主簧与第一级副簧的夹紧复合刚度KMA1的计算:
根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b,弹性模量E;主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li,i=1,2,…,n;第一级副簧片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j=Ln+j,j=1,2,…,n1;主簧和第一级副簧的片数之和N1=n+n1,及步骤(1)中计算得到的hme,m=1,2,…,N1,对主簧与第一级副簧的夹紧复合刚度KMA1进行计算,即
iii步骤:主簧与第一级和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2的计算:
根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b,弹性模量E;主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li,i=1,2,…,n;第一级副簧片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j=Ln+j,j=1,2,…,n1;第二级副簧的片数n2,第二级副簧各片的一半夹紧长度LA2k=LN1+k,k=1,2,…,n2;主簧与第一级和第二级副簧的片数之和N2=n+n1+n2,及步骤(1)中计算得到的hme,m=1,2,…,N2,对主簧与第一级和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2进行仿真计算,即
iv步骤:主副簧的总复合夹紧刚度KMA3的仿真计算:
根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b,弹性模量E;主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li,i=1,2,…,n;第一级副簧片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j=Ln+j,j=1,2,…,n1;第二级副簧的片数n2,第二级副簧各片的一半夹紧长度LA2k=LN1+k,k=1,2,…,n2;第三级副簧的片数n3,第三级副簧各片的一半夹紧长度LA3l=LN2+l,l=1,2,…,n3;主副簧的总片数N=n+n1+n2+n3,其中,及步骤(1)中计算得到的hme,m=1,2,…,N,对主副簧的总夹紧复合刚度KMA3进行仿真计算,即,即
(3)高强度三级渐变刚度板簧的各级渐变夹紧刚度的计算:
根据第1次开始接触载荷Pk1,第2第开始接触载荷Pk2,第3第开始接触载荷Pk3,及第3次完全接触载荷Pw3,步骤(2)中计算得到的KM、KMA1、KMA2和KMA3,对高强度三级渐变刚度板簧悬架系统在不同载荷范围时的第一级渐变刚度KkwP1、第二级渐变刚度KkwP2和第三级渐变刚度KkwP3进行计算,即
(4)高强度三级渐变刚度板簧在不同载荷下主簧挠度的计算:
根据第1次开始接触载荷Pk1,第2第开始接触载荷Pk2,第3第开始接触载荷Pk3和第3次完全接触载荷Pw3,步骤(2)中设计得到的KM和KMA3,及步骤(3)中计算得到的KkwP1,KkwP2和KkwP3,对高强度三级渐变刚度板簧在不同载荷P下的主簧挠度进行计算,即
本发明比现有技术具有的优点
由于高强度三级渐变板簧的主簧挠度不仅与主簧和各级副簧的结构参数和载荷大小有关,而且还与各次接触载荷有关,因此,高强度三级渐变板簧的主簧挠度计算非常复杂,据所查资料可知,先前国内外一直未给出高强度三级渐变刚度板簧的主簧挠度的计算方法。本发明可根据高强度三级渐变刚度板簧的主簧各片和副簧的结构参数,弹性模量,额定载荷,及各次接触载荷,对高强度三级渐变刚度板簧在不同载荷下的主簧挠度进行计算。过样机试验测试可知,主簧挠度计算值与样机试验测试值相吻合,表明所提供的高强度三级渐变刚度板簧的主簧挠度计算方法是正确的,为高强度三级渐变刚度板簧设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得可靠的主簧挠度计算值,提高主簧及各级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙、最大限位挠度设计的准确性和可靠性,提高车辆行驶平顺性和安全性;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是高强度三级渐变刚度板簧的主簧挠度的计算流程图;
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挠度随载荷的变化曲线。
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。额定载荷PN=7227N,第1次开始接触载荷Pk1=1966N,第2第开始接触载荷Pk2=2882N,第3第开始接触载荷Pk3=5522N,第3次完全接触载荷Pw3=6609N。根据高强度三级渐变刚度板簧的主簧各片和副簧的结构参数,弹性模量,额定载荷及各次接触载荷,对该高强度三级渐变刚度板簧在不同载荷下的主簧挠度进行计算。
本发明实例所提供的高强度三级渐变刚度板簧的主簧挠度的计算方法,其计算流程如图1所示,具体计算步骤如下:
(1)高强度三级渐变刚度板簧的各不同片数重叠段的等效厚度hme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;主副簧的总片数N=n+n1+n2+n3=5;对高强度三级渐变刚度钢板弹簧各不同片数m重叠段的等效厚度hme进行计算,m=1,2,…,N,即:
h1e=h1=8.0mm;
(2)高强度三级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度及其与各级副簧的复合夹紧刚度的计算:
i步骤:主簧的夹紧刚度KM的仿真计算:
根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b=63mm,弹性模量E=200GPa;主簧的片数n=2,主簧各片的一半夹紧长度L1=500mm,L2=425mm,及步骤(1)中计算得到的h1e=8.0mm,h2e=10.1mm,m=i=1,2,...,n,对主簧的夹紧刚度KM进行仿真计算,即
ii步骤:主簧与一级副簧的夹紧复合刚度KMA1的计算:
根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b=63mm,弹性模量E=200GPa;主簧的片数n=2,主簧各片的一半夹紧长度L1=500mm,L2=425mm;第一级副簧片数n1=1,一半夹紧长度LA11=L3=325mm,主簧和第一级副簧的片数之和N1=n+n1=3,及步骤(1)中计算得到的h1e=8.0mm,h2e=10.1mm,h3e=11.5mm,m=1,2,...,N1,对主簧与第一级副簧的夹紧复合刚度KMA1进行计算,即
iii步骤:主簧与第一级和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2的计算:
根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b=63mm,弹性模量E=200GPa;主簧的片数n=2,主簧各片的一半夹紧长度L1=500mm,L2=425mm;第一级副簧的片数n1=1,一半夹紧长度LA11=L3=325mm;第二级副簧的片数n2=1,一半夹紧长度LA21=L4=225mm,主簧与第一级和第二级副簧的片数之和N2=n+n1+n2=4,及步骤(1)中计算得到的h1e=8.0mm,h2e=10.1mm,h3e=11.5mm,h4e=15.5mm,m=1,2,...,N2,对主簧与第一级和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2进行仿真计算,即
iv步骤:主副簧的总复合夹紧刚度KMA3的仿真计算:
根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b=63mm,弹性模量E=200GPa;主簧的片数n1=2,主簧各片的一半夹紧长度L1=500mm,L2=425mm;第一级副簧的片数n1=1,一半夹紧长度LA11=L3=325mm;第二级副簧的片数n2=1,一半夹紧长度LA21=L4=225mm;第三级副簧的片数n3=1,一半夹紧长度LA31=L5=125mm;主副簧的总片数N=n+n1+n2+n3=5,及步骤(1)中计算得到的h1e=8.0mm,h2e=10.1mm,h3e=11.5mm,h4e=15.5mm,h5e=18.1mm,m=1,2,...,N,对主副簧的总夹紧复合刚度KMA3进行仿真计算,即,即
(3)高强度三级渐变刚度板簧的各级渐变夹紧刚度的计算:
根据第1次开始接触载荷Pk1=1966N,第2第开始接触载荷Pk2=2882N,第3第开始接触载荷Pk3=5522N,及第3次完全接触载荷Pw3=6609N,步骤(2)分别计算得到的KM=51.44N/mm、KMA1=75.42N/mm、KMA2=144.46N/mm及KMA3=172.9N/mm,对该高强度三级渐变刚度板簧悬架系统在不同载荷范围时的第一级渐变刚度KkwP1、第二级渐变刚度KkwP2和第三级渐变刚度KkwP3分别进行计算,即
(4)高强度三级渐变刚度板簧在不同载荷下主簧挠度的计算:
根据第1次开始接触载荷Pk1=1966N,第2第开始接触载荷Pk2=2882N,第3第开始接触载荷Pk3=5522N和第3次完全接触载荷Pw3=6609N,步骤(2)中设计得到的KM=51.44N/mm和KMA3=172.9N/mm,及步骤(3)中计算得到的KkwP1,KkwP2和KkwP3,对高强度三级渐变刚度板簧在不同载荷下的主簧挠度进行计算,即
利用Matlab计算程序,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挠度随载荷的变化曲线,如图3所示,其中,在额定载荷下的主簧挠度fM=88.1mm。
通过样机加载挠度试验可知,该高强度三级渐变刚度板簧在不同载荷下的主挠度计算值,与样机试验测相吻合,表明所提供的高强度三级渐变刚度板簧的主簧挠度的计算方法是正确的,为高强度三级渐变刚度板簧的设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法,可提高产品设计水平、质量和性能及车辆行驶平顺性和安全性性;同时,降低设计及试验费用,加快产品开发速度。
Claims (1)
1.高强度三级渐变刚度板簧的主簧挠度的计算方法,其中,板簧采用高强度钢板,各片板簧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,确保满足板簧接触载荷、渐变刚度、悬架偏频及车辆行驶平顺性的设计要求,即高强度三级渐变刚度板簧;根据各片板簧的结构参数,弹性模量,额定载荷及各次接触载荷,对高强度三级渐变刚度板簧在不同载荷下的主簧挠度进行计算,具体计算步骤如下:
(1)强度三级渐变刚度板簧的各不同片数重叠段的等效厚度hme的计算:
根据主簧的片数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;主副簧的总片数N=n+n1+n2+n3,对三级渐变刚度钢板弹簧的各不同片数m重叠段的等效厚度hme进行计算,m=1,2,…,N,即:
(2)高强度三级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度及其与各级副簧的复合夹紧刚度的计算:
i步骤:主簧的夹紧刚度KM的仿真计算
根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b,弹性模量E;主簧的片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li,i=1,2,…,n,及步骤(1)中计算得到的hme,m=i=1,2,…,n,对主簧的夹紧刚度KM进行仿真计算,即
ii步骤:主簧与第一级副簧的夹紧复合刚度KMA1的计算:
根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b,弹性模量E;主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li,i=1,2,…,n;第一级副簧片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j=Ln+j,j=1,2,…,n1;主簧和第一级副簧的片数之和N1=n+n1,及步骤(1)中计算得到的hme,m=1,2,…,N1,对主簧与第一级副簧的夹紧复合刚度KMA1进行计算,即
iii步骤:主簧与第一级和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2的计算:
根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b,弹性模量E;主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li,i=1,2,…,n;第一级副簧片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j=Ln+j,j=1,2,…,n1;第二级副簧的片数n2,第二级副簧各片的一半夹紧长度LA2k=LN1+k,k=1,2,…,n2;主簧与第一级和第二级副簧的片数之和N2=n+n1+n2,及步骤(1)中计算得到的hme,m=1,2,…,N2,对主簧与第一级和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2进行仿真计算,即
iv步骤:主副簧的总复合夹紧刚度KMA3的仿真计算:
根据高强度三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b,弹性模量E;主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li,i=1,2,…,n;第一级副簧片数n1,第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j=Ln+j,j=1,2,…,n1;第二级副簧的片数n2,第二级副簧各片的一半夹紧长度LA2k=LN1+k,k=1,2,…,n2;第三级副簧的片数n3,第三级副簧各片的一半夹紧长度LA3l=LN2+l,l=1,2,…,n3;主副簧的总片数N=n+n1+n2+n3,其中,及步骤(1)中计算得到的hme,m=1,2,…,N,对主副簧的总夹紧复合刚度KMA3进行仿真计算,即,即
(3)高强度三级渐变刚度板簧的各级渐变夹紧刚度的计算:
根据第1次开始接触载荷Pk1,第2第开始接触载荷Pk2,第3第开始接触载荷Pk3,及第3次完全接触载荷Pw3,步骤(2)中计算得到的KM、KMA1、KMA2和KMA3,对高强度三级渐变刚度板簧悬架系统在不同载荷范围时的第一级渐变刚度KkwP1、第二级渐变刚度KkwP2和第三级渐变刚度KkwP3进行计算,即
(4)高强度三级渐变刚度板簧在不同载荷下主簧挠度的计算:
根据第1次开始接触载荷Pk1,第2第开始接触载荷Pk2,第3第开始接触载荷Pk3和第3次完全接触载荷Pw3,步骤(2)中设计得到的KM和KMA3,及步骤(3)中计算得到的KkwP1,KkwP2和KkwP3,对高强度三级渐变刚度板簧在不同载荷P下的主簧挠度进行计算,即
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