CN106777799B - 两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧主簧下料长度设计法 - Google Patents
两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧主簧下料长度设计法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧主簧下料长度的设计法,属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据渐变刚度钢板弹簧的各片主簧与第一级和第二级副簧的结构参数,骑马螺栓夹紧距,吊耳中径,弹性模量,接触载荷及剩余切线弧高要求值,在主簧初始切线弧高设计和曲面计算的基础上,通过曲面微元叠加计算,对该两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各片主簧的下料长度进行设计。通过样机下料加工试验测试可知,本发明所提供的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法是正确的,为各片主簧下料长度设计提供了可靠的技术方法;利用该方法可得到准确可靠的各片主簧下料长度设计值,可提高材料节省率和生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及车辆悬架钢板弹簧,特别是两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧主簧下料长度的设计法。
背景技术
为了提高车辆在额定载荷下的行驶平顺性的设计要求,将原一级渐变刚度板簧的副簧拆分设计为两级副簧,即采用两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧;同时,由于受主簧强度的制约,通常通过主簧初始切线弧高、第一级副簧和第二级副簧初始切线弧高及两级渐变间隙,使副簧适当提前承担载荷,从而降低主簧应力,在接触载荷下的悬架偏频不相等,即两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧,其中,各片主簧下料长度是否准确可靠,不仅影响材料节省率,而且还影响加工工艺和生产效率。然而,由于两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧在渐变过程中的挠度非常复杂,同时,受主簧根部重叠部分等效厚度、主簧夹紧刚度和初始曲面形状计算的制约,据所查资料可知,先前一直未能给出两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧主簧下料长度的设计法,因此,不能满足车辆行业快速发展和悬架渐变刚度板簧现代化 CAD设计及软件开发的要求。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、可靠的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧主簧下料长度的设计法,为两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧设计、加工和生产及现代化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渐变刚度板簧的设计要求,提高两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的设计水平、产品质量和性能及车辆行驶平顺性和安全性;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、可靠的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧主簧下料长度的设计法,设计流程如图1所示。两级副簧式非等偏频型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组成。采用两级副簧,主簧与第一级副簧和第一级副簧与第二级副簧之间设有两级渐变间隙δMA1和δA12,以提高额定载荷下的车辆行驶平顺性;为了确保满足主簧应力强度设计要求,第一级副簧和第二级副簧适当提前承担载荷,悬架渐变载荷偏频不相等,即将板簧设计为非等偏频型渐变刚度板簧。板簧的一半总跨度等于首片主簧的一半作用长度L1T,骑马螺栓夹紧距的一半为L0,宽度为b,弹性模量为E。主簧1的片数为n,主簧各片的厚度为hi,一半作用长度为LiT,一半夹紧长度Li=LiT-L0/2,i=1,2,…,n。第一级副簧片数为 m1,第一级副簧各片的厚度为hA1j,一半作用长度为LA1jT,一半夹紧长度LA1j=Ln+j=LA1jT- L0/2,j=1,2,…,m1。主簧与第一级副簧的片数之和N1=n+m1。第二级副簧片数为m2,第二级副簧各片的厚度为hA2k,一半作用长度为LA2kT,一半夹紧长度LA2k=LN1+k=LA2kT-L0/2, k=1,2,…,m2。主副簧的总片数N=n+m1+m2。通过主簧和第一级副簧和第二级副簧初始切线弧高,确保满足第1次开始接触载荷Pk1、第2次开始接触载荷Pk2、第2次完全接触载荷 Pw2、渐变刚度KkwP1和KkwP2的设计要求。各片主簧下料长度设计是否准确,不仅影响材料节省率,而且还影响加工工艺和生产效率。根据渐变刚度钢板弹簧的各片主簧与第一级和第二级副簧的结构参数,骑马螺栓夹紧距,吊耳中径,弹性模量,接触载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高要求值,在主簧初始切线弧高设计的基础上,通过初始曲面形状计算及曲面微元叠加计算,对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各片主簧的下料长度进行设计。
为解决上述技术问题,本发明所提供的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧主簧下料长度的设计法,其特征在于采用以下设计步骤:
(1)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各级夹紧刚度KM、KMA1和KMA2的计算:
I步骤:各不同片数重叠段的等效厚度hle计算
根据主簧片数n,各片主簧的厚度hi,i=1,2,...,n;第一级副簧片数m1,第一级副簧各片的厚度 hA1j,j=1,2,...,m1;第二级副簧片数m2,第二级副簧的各片厚度hA2k,k=1,2,...,m2;主簧与第一副簧的片数之和N1=n+m1,主副簧的总片数N=n+m1+m2,对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各不同片数l重叠段的等效厚度hle进行计算,l=1,2,...,N,即
其中,主簧的根部重叠部分等效厚度hMe=hne;主簧与第一副簧的根部重叠部分等效厚度 hMA1e=hN1e;主副簧的根部重叠部分的总等效厚度hMA2e=hNe;
II步骤:主簧的夹紧刚度KM计算
根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b,弹性模量E;主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li,及I步骤中计算得到的hle,l=i=1,2,...,n;对主簧夹紧刚度KM进行计算,即
III步骤:主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1计算
根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度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m1,第一级副簧各片的一半夹紧长度为 LA1j=Ln+j,j=1,2,...,m1;主簧与第一级副簧的片数之和N1=n+m1,及I步骤中计算得到的 hle,l=1,2,...,N1;对主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1进行计算,即
IV步骤:主副簧的总复合夹紧刚度KMA2计算
根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度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m1,第一级副簧各片的一半夹紧长度为 LA1j=Ln+j,j=1,2,...,m1;第二级副簧片数m2,第二级副簧各片的一半夹紧长度LA2k=LN1+k, k=1,2,...,m2;主副簧的总片数N=n+m1+m2,及I步骤中计算得到的hle,l=1,2,...,N,对主副簧的总夹紧复合刚度KMA2进行计算,即,即
(2)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的两级渐变夹紧刚度KkwP1和KkwP2的计算:
A步骤:第一级渐变夹紧刚度KkwP1的计算
根据第1次开始接触载荷Pk1,第2次开始接触载荷Pk2,步骤(1)中计算得到的KM和KMA1,对载荷P在[Pk1,Pk1]范围时的第一级渐变夹紧刚度KkwP1进行计算,即
B步骤:第二级渐变夹紧刚度KkwP2的计算
根据第2次开始接触载荷Pk2,第2次完全接触载荷Pw2,步骤(1)中计算得到的KMA1和KMA2,对载荷P在[Pk2,Pw2]范围内时的第二级渐变夹紧刚度KkwP2进行计算,即
(3)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0的设计:
根据第1次开始接触载荷Pk1,第2次开始接触载荷Pk2,第2次完全接触载荷Pw2,额定载荷PN,及在额定载荷PN下的剩余切线弧高HgMN,步骤(1)中计算得到的KM和KMA2,步骤 (2)中计算得到的KkwP1和KkwP2,对两级副簧的渐变刚度钢板弹簧的主簧初始切线弧高HgM0进行设计,即
(4)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的首片主簧下料长度的设计:
i步骤:首片主簧的等效端点力F1e的计算
根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b,弹性模量E;首片主簧的厚度h1,首片主簧的一半夹紧长度L1,步骤(3)中设计得到的HgM0,对首片主簧的等效端点力F1e进行计算,即
ii步骤:首片主簧在任意位置处的变形系数GMx的计算
根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b,骑马螺栓夹紧距的一半L0,弹性模量 E;首片主簧的一半夹紧长度L1,以距离中心L0/2的夹紧位置为坐标原点,对首片主簧在任意位置x处的变形系数GMx进行计算,0≤x≤L1,即
iii步骤:首片主簧初始状态曲面形状fx的计算
根据首片主簧的厚度h1,i步骤中计算得到的F1e,ii步骤中计算得到的GMx,对首片主簧初始曲面形状fMx进行计算,即
iv步骤:首片主簧在一半夹紧长度内的曲面段长度L1c1计算
根据首片主簧的一半夹紧长度L1,以ΔL作为曲面微元长度,在0~L1范围内划分为Nc=L1/ΔL个曲面微元,依据iii步骤计算得到的fMx及在任意位置xj处的曲面高度 0≤xj≤L1,j=1,2,…,Nc+1,利用叠加原理对首片主簧在一半夹紧长度内的曲面段长度L1c1进行计算,即
v步骤:首片主簧单个吊耳的曲线长度L1c2计算
根据主簧吊耳中径de,对首片主簧的单个吊耳曲线长度L1c2进行计算,即
L1c2=πde;
vi步骤:首片主簧的总下料长度L1c的设计
根据骑马螺栓夹紧距的一半L0,iv步骤中计算得到的L1c1,v步骤中计算得到的L1c2,对首片主簧的下料长度L1C进行设计,即
L1C=2(L1c1+L1c2+L0/2);
(5)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的其他各片主簧下料长度的设计:
根据主簧片数n,首片主簧的一半作用长度L1T;其他n-1片主簧的一半作用长度LiT,及其他n-1片主簧与首片主簧的一半作用长度之差ΔL1iT=L1T-LiT,i=2,..,n,主簧吊耳中径de,步骤(4)的vi步骤中设计得到的L1C,对其他各片主簧的下料长度进行设计,即
LiC=L1C-2πde-2ΔL1iT,i=2,..,n。
本发明比现有技术具有的优点
由于两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧在渐变过程中的挠度非常复杂,同时,受板簧根部重叠部分等效厚度、主簧夹紧刚度及初始曲面形状计算的制约,据所查资料可知,先前一直未能给出两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧主簧下料长度的设计法,因此,不能满足车辆行业快速发展和悬架渐变刚度板簧现代化CAD设计及软件开发的要求。本发明可根据渐变刚度钢板弹簧的各片主簧与第一级和第二级副簧的结构参数,骑马螺栓夹紧距,吊耳中径,弹性模量,接触载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高要求值,在主簧初始切线弧高设计的基础上,通过初始曲面形状计算及曲面微元叠加计算,对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各片主簧的下料长度进行设计。通过样机下料加工试验可知,本发明所提供的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法是正确的,为两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计及现代化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各片主簧下料长度设计值,提高材料节省率,改善生产工艺,提高生产效率;同时,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是两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧主簧下料长度的设计流程图;
图2是两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的一半对称结构示意图;
图3是实施例一的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的夹紧刚度K随载荷P的变化曲线;
图4是实施例一的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的首片主簧变形系数GMx曲线;
图5是实施例一的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的首片主簧初始曲面形状fMx。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例:某两级副簧式非等偏频型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,主簧各片的厚度h1=h2=h3=8mm,一半作用长度分别为L1T=525mm,L2T=450mm,L3T=700/2=350mm;各片主簧的一半夹紧长度分别为L1=L1T-L0/2=500mm,L2=L2T-L0/2=425mm,L3=L3T-L0/2=325mm。首片主簧两端吊耳的中径de=60mm。第一级副簧的片数m1=1片,厚度hA11=13mm,一半作用长度为 LA11T=250mm,一半夹紧长度为LA11=L4=LA11T-L0/2=225mm。第二级副簧的片数m2=1,厚度 hA21=13mm,一半作用长度为LA21T=150mm,一半夹紧长度为LA21=L5=LA21T-L0/2=125mm。第一级副簧首片上表面与主簧末片下表面之间的第一级渐变间隙为δMA1,第二级副簧首片上表面与第一级副簧末片下表面之间的第二级渐变间隙为δA12。第1次开始接触载荷 Pk1=1888N,第2次开始接触载荷Pk2=2641N,第2次完全接触载荷Pw2=3694N,额定载荷 PN=7227N,在额定载荷下的剩余切线弧高要求值HgMsy=26.1mm。根据各片主簧与第一级和第二级副簧的结构参数,骑马螺栓夹紧距,吊耳中径,弹性模量,接触载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高要求值,对该两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各片主簧的下料长度进行设计。
本发明实例所提供的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧主簧下料长度的设计法,其设计流程如图1所示,具体设计步骤如下:
(1)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各级夹紧刚度KM、KMA1和KMA2的计算:
I步骤:各不同片数重叠段的等效厚度hle计算
根据主簧片数n=3,各片主簧的厚度h1=h2=h3=8mm;第一级副簧片数m1=1,第一级副簧的厚度hA11=13mm;第二级副簧片数m2=1,第二级副簧的厚度hA21=13mm;主簧与第一级副簧的片数之和N1=n+m1=4,主副簧的总片数N=n+m1+m2=5,对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各不同片数l重叠段的等效厚度hle进行计算,l=1,2,...,N,即
h1e=h1=8.0mm;
其中,主簧根部重叠部分的等效厚度hMe=hne=h3e=11.5mm;主簧与第一副簧的根部重叠部分等效厚度hMA1e=hN1e=h4e=15.5mm;主副簧的根部重叠部分的总等效厚度hMA2e=hNe= h5e=18.1mm;
II步骤:主簧的夹紧刚度KM的计算
根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b=63mm,弹性模量E=200GPa;主簧片数 n=3,主簧各片的一半夹紧长度L1=500mm,L2=425mm,L3=425mm,及I步骤中计算得到的 h1e=8.0mm、h2e=10.1mm和h3e=11.5mm,l=i=1,2,...,n;对主簧夹紧刚度KM进行计算,即
III步骤:主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1计算
根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b=63mm,弹性模量E=200GPa;主簧片数 n=3,主簧各片的一半夹紧长度L1=500mm,L2=425mm,L3=325mm;第一级副簧片数 m1=1,第一级副簧的一半夹紧长度为LA11=L4=225mm;主簧与第一级副簧的片数之和N1=n+m1=4,及I步骤中计算得到的h1e=8.0mm,h2e=10.1mm,h3e=11.5mm,h4e=15.5mm, l=1,2,...,N1;对主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1进行计算,即
IV步骤:主副簧的总复合夹紧刚度KMA2计算
根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b=63mm,弹性模量E=200GPa;主簧片数 n=3,主簧各片的一半夹紧长度L1=500mm,L2=425mm,L3=325mm;第一级副簧片数 m1=1,第一级副簧的一半夹紧长度为LA11=L4=225mm;第二级副簧片数m2=1,第二级副簧的一半夹紧长度LA21=L5=125mm,主副簧的总片数N=n+m1+m2=5,及I步骤中计算得到的h1e=8.0mm,h2e=10.1mm,h3e=11.5mm,h4e=15.5mm,h5e=18.1mm,对主副簧的总复合夹紧刚度KMA2进行计算,即
(2)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的两级渐变夹紧刚度KkwP1和KkwP2的计算:
A步骤:第一级渐变夹紧刚度Kkwp1的计算
根据第1次开始接触载荷Pk1=1888N,第2次开始接触载荷Pk2=2641N,步骤(1)中计算得到的KM=75.4N/mm和KMA1=144.5N/mm,对载荷P在[Pk1,Pk1]范围时的第一级渐变夹紧刚度 KkwP1进行计算,即
B步骤:第二级渐变夹紧刚度KkwP2的计算
根据第2次开始接触载荷Pk2=2641N,第2次完全接触载荷Pw2=3694N,步骤(1)中计算得到的KMA1=144.5N/mm和KMA2=172.9N/mm,对载荷P在[Pk2,Pw2]范围内时的第二级渐变夹紧刚度KkwP2进行计算,即
利用Matlab计算程序,计算所得到的该两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的夹紧刚度K 随载荷P的变化曲线,如图3所示,其中,当载荷P<Pk1=1888N时,夹紧刚度 K=KM=75.4N/mm,当载荷P=Pk2=2641N时,夹紧刚度K=KMA1=144.5N/mm,当载荷 P>Pw2=3694N时,夹紧刚度K=KMA2=172.9N/mm。
(3)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0的设计:
根据第1次开始接触载荷Pk1=1888N,第2次开始接触载荷Pk2=2641N,第2次完全接触载荷Pw2=3694N,额定载荷PN=7227N,及在额定载荷PN下的剩余弧高HgMN=26.1mm,步骤 (1)中计算得到的KM=75.4N/mm、KMA2=172.9N/mm,步骤(2)中计算得到的KkwP1和KkwP2,对该两级副簧的渐变刚度钢板弹簧的主簧初始切线弧高HgM0进行设计,即
(4)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的首片主簧下料长度的设计
i步骤:首片主簧的等效端点力F1e的计算
根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b=63mm,弹性模量E=200GPa;首片主簧的厚度h1=8mm,首片主簧的一半夹紧长度L1=500mm,步骤(3)中设计得到的HgM0=85.3
mm,对首片主簧的等效端点力F1e进行计算,即
ii步骤:首片主簧在任意位置处的变形系数GMx的计算
根据两级副簧式非等偏频型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;首片主簧的一半夹紧长度L1=500mm,以距离中心L0/2的夹紧位置为坐标原点,对首片主簧在任意位置x处的变形系数GMx进行计算,0≤x≤L1,即
当x在0~L1范围内变化时,利用Matlab计算程序,计算所得到的首片主簧变形系数GMx曲线,如图4所示;其中,在x=0位置处的变形系数GMx=0,在x=L1=500mm处的最大变形系数GMmax=3.968×10-11m4/N;
iii步骤:首片主簧的初始状态曲面形状fx的计算
根据首片主簧的厚度h1=8mm,首片主簧的一半夹紧长度L1=500mm,i步骤中计算得到的 F1e=1100N,ii步骤中计算得到的GMx,对首片主簧的初始曲面形状fMx进行计算,即
当x在0~L1范围内变化时,利用Matlab计算程序,计算所得到的首片主簧初始曲面形状fMx如图5所示,其中,端部的最大曲面高度等于主簧初始切线弧高,即fMxmax=HgM0=85.3 mm;
iv步骤:首片主簧在一半夹紧长度内的曲面段长度L1c1计算
根据首片主簧的一半夹紧长度L1=500mm,以ΔL=5mm作为曲面微元长度,在0~500mm范围内划分为Nc=L1/ΔL=100个曲面微元,依据iii步骤计算得到的首片主簧的初始曲面形状 fxM及在任意位置xj处的曲面高度0≤xj≤L1,j=1,2,…,Nc+1,利用叠加原理对首片主簧在一半夹紧长度内的曲面段长度L1c1进行计算,即
v步骤:首片主簧单个吊耳的曲线长度L1c2计算
根据主簧吊耳的中径de=60mm,对首片主簧的单个吊耳曲线长度L1c2进行计算,即
L1c2=πde=188.5mm;
vi步骤:首片主簧的总下料长度L1c的设计
根据骑马螺栓夹紧距的一半L0=50mm,iv步骤中计算得到的L1c1=508.6mm,v步骤中计算得到的L1c2=188.5mm,对首片主簧的下料长度L1C进行设计,即
L1C=2(L1c1+L1c2+L0/2)=1475.7mm。
(5)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的其他各片主簧下料长度的设计
根据主簧片数n=2,首片主簧的一半作用长度L1T=525mm,第2片主簧的一半作用长度 L2T=450mm,及第2片主簧与首片主簧的一半跨度之差ΔL12T=L1T-L2T=75mm,吊耳的中径 de=60mm,步骤(4)的vi步骤中设计得到的L1C=1457.6mm,对第2片主簧的下料长度L2C进行设计,即
L2C=L1C-2πde-2ΔL12T=917.3mm。
通过样机下料加工试验测试可知,本发明所提供的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法是正确的,为两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计及现代化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各片主簧下料长度设计值,可节省材料,改善生产工艺,提高生产效率;同时,降低设计和试验测试费用,加快产品开发速度。
Claims (1)
1.两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧主簧下料长度的设计法,其中,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;将副簧设计为两级副簧,通过主簧和两级副簧的初始切线弧高及两级渐变间隙,提高车辆在额定载荷下的行驶平顺性;同时,为了确保满足主簧应力强度设计要求,使第一级副簧和第二级副簧适当提前承担载荷,悬架在渐变载荷下的偏频不相等,即两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧;根据各片板簧的结构参数,骑马螺栓夹紧距,吊耳中径,弹性模量,接触载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高要求值,在主簧初始切线弧高设计的基础上,通过初始曲面形状及曲面微元叠加计算,对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各片主簧的下料长度进行设计,具体设计步骤如下:
(1)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各级夹紧刚度KM、KMA1和KMA2的计算:
I步骤:各不同片数重叠段的等效厚度hle计算
根据主簧片数n,各片主簧的厚度hi,i=1,2,...,n;第一级副簧片数m1,第一级副簧各片的厚度hA1j,j=1,2,...,m1;第二级副簧片数m2,第二级副簧的各片厚度hA2k,k=1,2,...,m2;主簧与第一副簧的片数之和N1=n+m1,主副簧的总片数N=n+m1+m2,对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各不同片数l重叠段的等效厚度hle进行计算,l=1,2,...,N,即
其中,主簧的根部重叠部分等效厚度hMe=hne;主簧与第一副簧的根部重叠部分等效厚度hMA1e=hN1e;主副簧的根部重叠部分的总等效厚度hMA2e=hNe;
II步骤:主簧的夹紧刚度KM计算
根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b,弹性模量E;主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度Li,及I步骤中计算得到的hle,l=i=1,2,...,n;对主簧夹紧刚度KM进行计算,即
III步骤:主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1计算
根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度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m1,第一级副簧各片的一半夹紧长度为LA1j=Ln+j,j=1,2,...,m1;主簧与第一级副簧的片数之和N1=n+m1,及I步骤中计算得到的hle,l=1,2,...,N1;对主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1进行计算,即
IV步骤:主副簧的总复合夹紧刚度KMA2计算
根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度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m1,第一级副簧各片的一半夹紧长度为LA1j=Ln+j,j=1,2,...,m1;第二级副簧片数m2,第二级副簧各片的一半夹紧长度LA2k=LN1+k,k=1,2,...,m2;主副簧的总片数N=n+m1+m2,及I步骤中计算得到的hle,l=1,2,...,N,对主副簧的总夹紧复合刚度KMA2进行计算,即,即
(2)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的两级渐变夹紧刚度KkwP1和KkwP2的计算:
A步骤:第一级渐变夹紧刚度KkwP1的计算
根据第1次开始接触载荷Pk1,第2次开始接触载荷Pk2,步骤(1)中计算得到的KM和KMA1,对载荷P在[Pk1,Pk1]范围时的第一级渐变夹紧刚度KkwP1进行计算,即
B步骤:第二级渐变夹紧刚度KkwP2的计算
根据第2次开始接触载荷Pk2,第2次完全接触载荷Pw2,步骤(1)中计算得到的KMA1和KMA2,对载荷P在[Pk2,Pw2]范围内时的第二级渐变夹紧刚度KkwP2进行计算,即
(3)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0的设计:
根据第1次开始接触载荷Pk1,第2次开始接触载荷Pk2,第2次完全接触载荷Pw2,额定载荷PN,及在额定载荷PN下的剩余切线弧高HgMN,步骤(1)中计算得到的KM和KMA2,步骤(2)中计算得到的KkwP1和KkwP2,对两级副簧的渐变刚度钢板弹簧的主簧初始切线弧高HgM0进行设计,即
(4)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的首片主簧下料长度的设计:
i步骤:首片主簧的等效端点力F1e的计算
根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b,弹性模量E;首片主簧的厚度h1,首片主簧的一半夹紧长度L1,步骤(3)中设计得到的HgM0,对首片主簧的等效端点力F1e进行计算,即
ii步骤:首片主簧在任意位置处的变形系数GMx的计算
根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b,骑马螺栓夹紧距的一半L0,弹性模量E;首片主簧的一半夹紧长度L1,以距离中心L0/2的夹紧位置为坐标原点,对首片主簧在任意位置x处的变形系数GMx进行计算,0≤x≤L1,即
iii步骤:首片主簧初始状态曲面形状fx的计算
根据首片主簧的厚度h1,i步骤中计算得到的F1e,ii步骤中计算得到的GMx,对首片主簧初始曲面形状fMx进行计算,即
iv步骤:首片主簧在一半夹紧长度内的曲面段长度L1c1计算
根据首片主簧的一半夹紧长度L1,以ΔL作为曲面微元长度,在0~L1范围内划分为Nc=L1/ΔL个曲面微元,依据iii步骤计算得到的fMx及在任意位置xj处的曲面高度fMxj,0≤xj≤L1,j=1,2,…,Nc+1,利用叠加原理对首片主簧在一半夹紧长度内的曲面段长度L1c1进行计算,即
v步骤:首片主簧单个吊耳的曲线长度L1c2计算
根据主簧吊耳中径de,对首片主簧的单个吊耳曲线长度L1c2进行计算,即
L1c2=πde;
vi步骤:首片主簧的总下料长度L1c的设计
根据骑马螺栓夹紧距的一半L0,iv步骤中计算得到的L1c1,v步骤中计算得到的L1c2,对首片主簧的下料长度L1C进行设计,即
L1C=2(L1c1+L1c2+L0/2);
(5)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的其他各片主簧下料长度的设计:
根据主簧片数n,首片主簧的一半作用长度L1T;其他n-1片主簧的一半作用长度LiT,及其他n-1片主簧与首片主簧的一半作用长度之差ΔL1iT=L1T-LiT,i=2,..,n,主簧吊耳中径de,步骤(4)的vi步骤中设计得到的L1C,对其他各片主簧的下料长度进行设计,即
LiC=L1C-2πde-2ΔL1iT,i=2,..,n。
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