CN106812848B - 非等偏频型三级渐变刚度板簧刚度特性的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及非等偏频型三级渐变刚度板簧刚度特性的计算方法,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各级副簧的结构参数,骑马螺栓夹紧距,弹性模量,各次接触载荷接触载荷,对非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行计算。通过样机加载挠度及夹紧刚度试验可知,本发明所提供的非等偏频型三级渐变刚度板簧刚度特性的计算方法是正确的,为非等偏频型三级渐变刚度板簧设计及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得到可靠的不同载荷下的夹紧刚度计算值,提高非等偏频型三级渐变刚度板簧的设计水平、质量和性能及车辆行驶平顺性;同时,降低设计及试验费用,加快产品开发速度。
Description
技术领域
本发明涉及车辆悬架板簧,特别是非等偏频型三级渐变刚度板簧刚度特性的计算方法。
背景技术
为了满足在不同载荷下的车辆行驶平顺性,可将原一级渐变刚度板簧的主簧和副簧分别拆分为两级,即采用三级渐变刚度板簧;同时,为了确保主簧的应力强度,通常通过主簧和三级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙,使三级副簧适当提前承担载荷,从而降低主簧的应力,即采用非等偏频型三级渐变刚度板簧悬架,其中,三级渐变刚度板簧的夹紧刚度特性,不仅与各片主簧和各级副簧的结构参数有关,而且还与各次接触载荷有关,并且影响悬架偏频及车辆行驶平顺性和安全性,同时,在不同载荷下的夹紧刚度特性也是主簧和各级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙设计的前提。然而,由于非等偏频型三级渐变刚度板簧的挠度及渐变复合夹紧刚度计算非常复杂,据所查资料可知,先前国内外一直未给出非等偏频型三级渐变刚度板簧刚度特性的计算方法,不能满足非等偏频型三级渐变刚度板簧的设计及CAD 软件开发要求。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、可靠的非等偏频型三级渐变刚度板簧刚度特性的计算方法,为非等偏频型三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型三级渐变刚度板簧的设计要求,提高产品的设计水平、质量和性能及车辆行驶平顺性;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、可靠的非等偏频型三级渐变刚度板簧刚度特性的计算方法,其计算流程如图1所示。三级渐变刚度钢板弹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,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,钢板弹簧的宽度为b,弹性模量为E,许用应力[σ]。其中,主簧1的片数n片,各片主簧的厚度为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2的片数为n1,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,…,n1。主簧与第一级副簧的片数之和N1=n+n1。第二级副簧3的片数为n2,第二级副簧片各片的厚度为hA2k,一半作用长度LA2kT,一半夹紧长度LA2k= LN1+k=LA2kT-L0/2,k=1,2,…,n2。主簧与第一级副簧和第二级副簧的片数之和N2=n+n1+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=LN2+l=LA3lT-L0/2,l=1,2,…,n3。通过主簧和各级副簧的初始切线弧高,在主簧末片下表面与第一级副簧首片上表面之间设置有第一级渐变间隙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置有第二级间隙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置有第三级渐变间隙δA23;以满足板簧各次开始接触载荷、应力强度、渐变刚度、悬架偏频和车辆行驶平顺性的设计要求。根据各片板簧的结构参数,骑马螺栓夹紧距,弹性模量,各次接触载荷,对非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行计算。
为解决上述技术问题,本发明所提供的非等偏频型三级渐变刚度板簧刚度特性的计算方法,其特征在于采用以下计算步骤:
(1)非等偏频型三级渐变刚度板簧各不同片数重叠段的等效厚度hme的计算:
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、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,对非等偏频型三级渐变刚度板簧各不同片数m重叠段的等效厚度hme的进行计算,m=1,2,…,N,即:
(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级夹紧刚度KM、KMA1、KMA2和KMA3计算:
A步骤:主簧夹紧刚度KM的计算
根据非等偏频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,及步骤(1)中计算得到的hme,m=i=1,2,…,n,对主簧夹紧刚度KM进行计算,即
B步骤:主簧与第一级副簧的夹紧复合刚度KMA1的计算
根据非等偏频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;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
C步骤:主簧与第一级副簧和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2计算
根据非等偏频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,主簧与第一级副簧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进行计算,即
D步骤:主副簧的总复合夹紧刚度KMA3计算
根据非等偏频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;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,及步骤(1)中计算得到的hme,m=1,2,…,N,对主副簧的总复合夹紧刚度KMA3进行计算,即,即
(3)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级渐变复合夹紧刚度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(2)中计算得到的KM和KMA1,对载荷P在[Pk1,Pk2]范围时的非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级渐变复合夹紧刚度KkwP1进行计算,即
(4)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第二级渐变复合夹紧刚度KkwP2的计算:
根据第2次开始接触载荷Pk2,第3次开始接触载荷Pk3,步骤(2)中计算得到的KMA1和KMA2,对载荷P在[Pk2,Pk3]范围时的非等偏频型三级渐变刚度板簧的第二级渐变复合夹紧刚度KkwP2进行计算,即
(5)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第三级渐变复合夹紧刚度KkwP3的计算:
根据第3次开始接触载荷Pk3,第3次完全接触载荷Pw3,步骤(2)中计算得到的KMA2和KMA3,对载荷P在[Pk3,Pw3]范围时非等偏频型三级渐变刚度板簧的第三级渐变复合夹紧刚度KkwP3进行计算,即
本发明比现有技术具有的优点
由于非等偏频型三级渐变刚度板簧的挠度及渐变复合夹紧刚度计算非常复杂,先前国内外一直未给出非等偏频型三级渐变刚度板簧刚度特性的计算方法,不能满足非等偏频型三级渐变刚度板簧的设计及CAD软件开发要求。本发明可根据各片主簧和各级副簧的结构参数,骑马螺栓夹紧距,弹性模量,各次接触载荷接触载荷,对该非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行计算。通过样机加载挠度及夹紧刚度试验可知,本发明所提供的非等偏频型三级渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计方法是正确的。利用该方法可得到可靠的各次接触载荷设计值,不仅可满足车辆行驶平顺性和非等偏频型三级渐变刚度板簧的应力强度设计要求,并且为非等偏频型三级渐变刚度板簧设计及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础,提高非等偏频型三级渐变刚度板簧的设计水平、质量和性能及车辆行驶平顺性;同时,降低设计及试验费用,加快产品开发速度。
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是非等偏频型三级渐变刚度板簧刚度特性的计算流程图;
图2是非等偏频型三级渐变刚度板簧的一半对称结构示意图;
图3是实施例的非等偏频型三级渐变刚度板簧的夹紧刚度KP随载荷P的变化曲线。
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:某非等偏频型三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。主副簧的总片数N=5,其中,主簧的片数n=2,各片主簧的厚度h1=h2=8mm;各片主簧的一半作用长度为L1T=525mm,L2T=450mm;一半夹紧长度为 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=LA11T- 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。该非等偏频型三级渐变刚度板簧的第1次开始接触载荷Pk1=1810N,第2次开始接触载荷Pk2=2565N,第3次开始接触载荷Pk3=3057N,第3次完全接触载荷Pw3=3643N。根据各片板簧的结构参数,骑马螺栓夹紧距,弹性模量,各次接触载荷,对该非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行计算。
本发明实例所提供的非等偏频型三级渐变刚度板簧刚度特性的计算方法,其计算流程如图1所示,具体计算步骤如下:
(1)非等偏频型三级渐变刚度板簧各不同片数重叠段的等效厚度hme的计算:
根据主簧片数n=2,各片主簧的厚度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=5,对非等偏频型三级渐变刚度板簧各不同片数m重叠段的等效厚度hme的进行计算,m=1,2,…,N,即:
h1e=h1=8.0mm;
(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级夹紧刚度KM、KMA1、KMA2和KMA3计算:
A步骤:主簧的夹紧刚度KM计算
根据非等偏频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,各片主簧的一半夹紧长度L1=500mm,L2=425mm,及步骤(1)中计算得到的h1e=8.0mm, h2e=10.1mm,对主簧的夹紧刚度KM进行计算,即
B步骤:主簧与第一级副簧的夹紧复合刚度KMA1计算
根据非等偏频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=425m;第一级副簧片数n1=1,第一级副簧的一半夹紧长度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,对第一级主簧与第二级主簧的夹紧复合刚度KMA1进行计算,即
C步骤:主簧与第一级和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2计算
根据非等偏频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=425m;第一级副簧片数n1=1,第一级副簧的一半夹紧长度LA11=L3=325mm;第二级副簧片数n2=1,第二级副簧的一半夹紧长度LA21= L4=225mm,主簧和第一级、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进行计算,即
D步骤:主副簧的总复合夹紧刚度KMA3计算
根据非等偏频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,各片主簧的一半夹紧长度L1=500mm,L2=425m;第一级副簧片数n1=1,第一副簧的一半夹紧长度LA11=L3=325mm;第二级副簧片数n2=1,第二级副簧的一半夹紧长度LA21= L4=225mm;第三级副簧片数n3=1,第三级副簧的一半夹紧长度LA31=L5=125mm,主副簧的总片数N=5,及步骤(1)中计算得到的渐变刚度钢板弹簧在各不同片数重叠段的等效厚度 h1e=8.0mm,h2e=10.1mm,h3e=11.5mm,h4e=15.5mm,h5e=18.1mm,m=1,2,...,N,对主副簧的总复合夹紧刚度KMA3进行计算,即,即
(3)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级渐变复合夹紧刚度KkwP1的计算:
根据第1次开始接触载荷Pk1=1810N,第2次开始接触载荷Pk2=2565N,步骤(2)中计算得到的KM=51.4N/mm和KMA1=75.4N/mm,对载荷P在[Pk1,Pk2]范围时该非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级渐变复合夹紧刚度KkwP1进行计算,即
(4)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第二级渐变复合化夹紧刚度KkwP2的计算:
根据第2次开始接触载荷Pk2=2565N,第3次开始接触载荷Pk3=3057N,步骤(2)中计算得到的KMA1=75.4N/mm和KMA2=144.5N/mm,对载荷P在[Pk2,Pk3]范围时该非等偏频型三级渐变刚度板簧的第二级渐变复合夹紧刚度KkwP2进行计算,即
(5)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第三级渐变复合夹紧刚度KkwP3的计算:
根据第3次开始接触载荷Pk3=3057N,第3次完全接触载荷Pw3=3643N,步骤(2)中计算得到的KMA2=144.5N/mm和KMA3=172.9N/mm,对载荷P∈[Pk3,Pw3]范围时该非等偏频型三级渐变刚度板簧的第三级渐变复合夹紧刚度KkwP3进行计算,即
利用Matlab计算程序,计算所得到的该非等偏频型三级渐变刚度板簧的夹紧刚度KP随载荷P的变化曲线如图3所示,其中,当载荷P<Pk1=1810N时,渐变夹紧刚度 KP=KM=51.4N/mm;当载荷P=Pk2=2565N时,渐变夹紧刚度KP=KMA1=75.4N/mm;当载荷 P=Pk3=3057N时,渐变夹紧刚度KP=KMA2=144.5N/mm;当载荷P>PW3=3643N时,渐变夹紧刚度KP=KMA3=172.9N/mm。
通过样机加载挠度及夹紧刚度试验可知,本发明所提供的非等偏频型三级渐变刚度板簧刚度特性的计算方法是正确的,为非等偏频型三级渐变刚度板簧设计及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得到可靠的在不同载荷下的夹紧刚度计算值,可提高非等偏频型三级渐变刚度板簧的设计水平、质量和性能及车辆行驶平顺性;同时,降低设计及试验费用,加快产品开发速度。
Claims (1)
1.非等偏频型三级渐变刚度板簧刚度特性的计算方法,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;通过主簧和各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要求;同时,为了满足主簧应力强度和车辆行驶安全性的要求,各级副簧适当提前承担载荷,即非等偏频型三级渐变刚度板簧;根据各片板簧的结构参数,骑马螺栓夹紧距,弹性模量,各次接触载荷,对非等偏频型三级渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行计算,具体计算步骤如下:
(1)非等偏频型三级渐变刚度板簧各不同片数重叠段的等效厚度hme的计算:
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、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,对非等偏频型三级渐变刚度板簧各不同片数m重叠段的等效厚度hme的进行计算,m=1,2,…,N,即:
(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级夹紧刚度KM、KMA1、KMA2和KMA3计算:
A步骤:主簧夹紧刚度KM的计算
根据非等偏频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,及步骤(1)中计算得到的hme,m=i=1,2,…,n,对主簧夹紧刚度KM进行计算,即
B步骤:主簧与第一级副簧的夹紧复合刚度KMA1的计算
根据非等偏频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;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
C步骤:主簧与第一级副簧和第二级副簧的夹紧复合刚度KMA2计算
根据非等偏频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;第二级副簧片数n2,第二级副簧各片的一半夹紧长度k=1,2,…,n2,主簧与第一级副簧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进行计算,即
D步骤:主副簧的总复合夹紧刚度KMA3计算
根据非等偏频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;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;第二级副簧片数n2,第二级副簧各片的一半夹紧长度k=1,2,…,n2,第三级副簧片数n3,第三级副簧各片的一半夹紧长度l=1,2,…,n3,主副簧的总片数N=n+n1+n2+n3,及步骤(1)中计算得到的hme,m=1,2,…,N,对主副簧的总复合夹紧刚度KMA3进行计算,即,即
(3)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级渐变复合夹紧刚度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(2)中计算得到的KM和KMA1,对载荷P在[Pk1,Pk2]范围时的非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级渐变复合夹紧刚度KkwP1进行计算,即
(4)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第二级渐变复合夹紧刚度KkwP2的计算:
根据第2次开始接触载荷Pk2,第3次开始接触载荷Pk3,步骤(2)中计算得到的KMA1和KMA2,对载荷P在[Pk2,Pk3]范围时的非等偏频型三级渐变刚度板簧的第二级渐变复合夹紧刚度KkwP2进行计算,即
(5)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第三级渐变复合夹紧刚度KkwP3的计算:
根据第3次开始接触载荷Pk3,第3次完全接触载荷Pw3,步骤(2)中计算得到的KMA2和KMA3,对载荷P在[Pk3,Pw3]范围时非等偏频型三级渐变刚度板簧的第三级渐变复合夹紧刚度KkwP3进行计算,即
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