CN106838086B - 非等偏频一级渐变刚度板簧悬架的接触载荷匹配设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非等偏频一级渐变刚度板簧悬架的接触载荷匹配设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片板簧的结构参数、额定载荷及许用应力，对非等偏频一级渐变刚度板簧的接触载荷进行优化匹配设计。通过样机试验测试结果可知，本发明所提供的非等偏频一级渐变刚度板簧悬架的接触载荷匹配设计方法是正确的，可得到准确可靠的接触载荷匹配设计值，确保板簧满足车辆行驶平顺性和安全性的设计要求，为非等偏频一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；同时，利用该方法可提高产品的设计水平、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。

Description

非等偏频一级渐变刚度板簧悬架的接触载荷匹配设计方法

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悬架的接触载荷匹配设计方法。

背景技术

为了满足一级渐变刚度板簧的主簧强度的要求，通常使副簧尽早起作用承担载荷而降低主簧应力，即采用非等偏频一级渐变刚度板簧悬架，其中，接触载荷不仅板簧满足渐变刚度、悬架偏频和车辆行驶平顺性的设计要求，同时还影响板簧的应力强度、悬架可靠性及车辆行驶安全性的设计要求，并且接触载荷的确定也是非等偏频一级渐变刚度板簧设计的前提。然而，由于受非等偏频一级渐变刚度板簧的根部重叠部分等效厚度和根部最大应力计算的制约，先前一直未能给出非等偏频一级渐变刚度板簧悬架的接触载荷匹配设计方法，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悬架的接触载荷匹配设计方法，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悬架的接触载荷匹配设计方法，其匹配设计流程图，如图1所示。非等偏频一级渐变刚度板簧的各片板簧是以中心穿装栓孔为对称中心的对称结构，其一半对称结构，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，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。接触载荷不仅满足板簧渐变刚度、悬架偏频和车辆行驶平顺性的设计要求，同时还影响板簧的应力强度、悬架可靠性及车辆行驶安全性的设计要求，并且接触载荷的确定也是非等偏频一级渐变刚度板簧设计的前提。根据各片主簧和副簧的结构参数，空载载荷P₀、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开始接触载荷和完全接触载荷进行匹配设计。

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悬架的接触载荷匹配设计方法，其特征在于采用以下匹配设计步骤：

(1)主簧的根部重叠部分等效厚度h_Me和完全接触之前的主簧最大厚度系数k_hkmax的计算：

I步骤：主簧根部重叠部分的等效厚度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，对非等偏频一级渐变刚度板簧的主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me进行计算，即

II步骤：主簧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；

III步骤：完全接触之前的主簧最大厚度系数k_hkmax的计算

根据II步骤中所确定的h_max，I步骤所确定的h_Me，对完全接触之前的主簧最大厚度系数k_hkmax进行计算，即

(2)主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe和完全接触之后的主簧最大厚度系数k_hwmax的计算：

A步骤：主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe的计算

根据副簧片数m，各片副簧的厚度h_Aj，j＝1,2,…,m，步骤(1)的I步骤中计算得到的h_Me，对完全接触之后的主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe进行计算，即

B步骤：完全接触之后的主簧最大厚度系数k_hwmax的计算

根据A步骤计算所得到的h_MAe,步骤(1)的II步骤中所确定的h_max，对完全接触之后的主簧最大厚度系数k_hwmax的计算，即

(3)非等偏频一级渐变刚度板簧的最大开始接触载荷P_kmax的计算：

根据非等偏频一级渐变刚度板簧的宽度b，许用应力[σ]；首片主簧的一半夹紧长度L₁，额定载荷P_N，步骤(1)中计算得到的h_Me和k_hkmax，步骤(2)中计算得到的h_MAe和k_hwmax，对最大开始接触载荷P_kmax进行计算，即

(4)非等偏频一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k优化匹配设计：

根据空载载荷P₀，步骤(3)中计算得到的P_kmax，对非等偏频一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k进行优化匹配设计，即：

P_k＝P₀+0.618(P_kmax-P₀)；

(5)非等偏频一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w优化匹配设计：

根据额定载荷P_N，步骤(4)中优化匹配设计得到的P_k，对非等偏频一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w进行优化匹配设计，即

本发明比现有技术具有的优点

由于受非等偏频一级渐变刚度板簧的根部重叠部分等效厚度和根部最大应力计算的制约，先前一直未能给出非等偏频一级渐变刚度板簧悬架的接触载荷匹配设计方法，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、额定载荷及在额定载荷下许用应力，在主簧和主副簧根部重叠部分等效厚度和最大开始接触载荷计算的基础上，对非等偏频一级渐变刚度板簧悬架的开始接触载荷和完全接触载荷进行优化匹配设计。通过样机加载挠度及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悬架的接触载荷匹配设计方法是正确的，可得到准确可靠的接触载荷匹配设计值，确保板簧满足渐变刚度、悬架偏频和车辆行驶平顺性的设计要求，同时，满足板簧应力强度、悬架可靠性及车辆行驶安全性的设计要求，为非等偏频一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；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悬架的接触载荷匹配设计流程图；

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，许用应力[σ]＝430MPa。骑马螺栓夹紧距的一半L₀＝50mm。主副簧的总片数N＝n+m＝5，其中，主簧片数n＝3，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm，首片主簧的一半作用长度L_1t＝525mm，一半夹紧长度L₁＝L_1t-L₀/2＝500mm。副簧片数m＝2片，各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝13mm。空载载荷P₀＝1715N，额定载荷P_N＝7227N。根据各片主簧和副簧的结构参数，空载载荷P₀、额定载荷P_N及许用应力，对该非等偏频一级渐变刚度板簧的开始接触载荷和完全接触载荷进行匹配设计。

本发明实例所提供的非等偏频一级渐变刚度板簧悬架的接触载荷匹配设计方法，其匹配设计流程如图1所示，具体匹配设计步骤如下：

(1)主簧的根部重叠部分等效厚度h_Me和完全接触之前的主簧最大厚度系数k_hkmax的计算：

I步骤：主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me的计算

根据主簧片数n＝3,各片主簧的厚度h_i＝8mm，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,各片主簧的厚度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；

III步骤：完全接触之前的主簧最大厚度系数k_hkmax的计算

根据I步骤中计算所得到的h_Me＝11.5mm，II步骤中所确定的h_max＝8mm，对完全接触之前的主簧最大厚度系数k_hkmax进行计算，即

(2)主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe和完全接触之后的主簧最大厚度系数k_hwmax的计算：

A步骤：主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe的计算

根据副簧片数m＝2，各片副簧的厚度h_Aj＝13mm，j＝1,2,…,m，I步骤中计算得到的h_Me＝11.5mm，对完全接触之后的主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe进行计算，即

B步骤：完全接触之后的主簧最大厚度系数k_hwmax的计算

根据II步骤中所确定的h_max＝8mm，A步骤中计算所得到的h_MAe＝18.1mm,，对完全接触之后的主簧最大厚度系数k_hwmax的计算，即

(3)非等偏频一级渐变刚度板簧的最大开始接触载荷P_kmax的计算：

根据非等偏频一级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，许用应力[σ]＝430MPa；首片主簧的一半夹紧长度L₁＝500mm，额定载荷P_N＝7227N，步骤(1)中计算得到的h_Me＝11.5mm和k_hkmax＝0.6934，步骤(2)中计算得到的h_MAe＝18.1mm和k_hwmax＝0.442，对最大开始接触载荷P_kmax进行计算，即

(4)非等偏频一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k优化匹配设计：

根据空载载荷P₀＝1715N，步骤(3)中计算得到的P_kmax＝2153.2N，对该非等偏频一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k进行优化匹配设计，即：

P_k＝P₀+0.618(P_kmax-P₀)＝1985.8N。

(5)非等偏频一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w优化匹配设计：

根据额定载荷P_N＝7227N，步骤(4)中优化匹配设计得到的P_k＝1985.8N，对该非等偏频一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w进行优化匹配设计，即

该一级渐变刚度板簧所受的空载载荷P₀、额定载荷P_N、及优化匹配设计所得到的开始接触载荷P_k和完全接触载荷P_w的具体数值，如下表1所示。

表1该一级渐变刚度板簧所受载荷及接触载荷的具体数值

空载载荷P0/N	开始接触载荷Pk/N	完全接触载荷Pw/N	额定载荷PN/N
				1715	1985.8N	3788.4N	7227N

通过样机加载挠度和应力试验及车辆行驶平顺性试验可知，本发明所提供的非等偏频一级渐变刚度板簧悬架接触载荷的匹配设计方法是正确的，为非等偏频一级渐变刚度板簧悬架设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得到可靠的开始接触载荷P_k和完全接触载荷P_w设计值，提高非等偏频一级渐变刚度板簧悬架的设计水平、质量和性能，满足板簧渐变刚度、应力强度、悬架偏频及车辆行驶平顺性和安全性的设计要求；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

Claims (1)

1.非等偏频一级渐变刚度板簧悬架的接触载荷匹配设计方法，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，确保满足悬架偏频特性和主簧应力强度设计要求，即非等偏频型板簧悬架；根据各片板簧的结构参数、空载载荷、额定载荷及许用应力，对非等偏频一级渐变刚度板簧悬架的接触载荷进行优化匹配设计，其特征在于采用以下具体匹配设计步骤：

(1)主簧的根部重叠部分等效厚度h_Me和完全接触之前的主簧最大厚度系数k_hkmax的计算：

I步骤：主簧根部重叠部分的等效厚度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，对非等偏频一级渐变刚度板簧的主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me进行计算，即

II步骤：主簧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；

III步骤：完全接触之前的主簧最大厚度系数k_hkmax的计算

根据II步骤中所确定的h_max，I步骤所确定的h_Me，对完全接触之前的主簧最大厚度系数k_hkmax进行计算，即

(2)主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe和完全接触之后的主簧最大厚度系数k_hwmax的计算：

A步骤：主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe的计算

根据副簧片数m，各片副簧的厚度h_Aj，j＝1,2,…,m，步骤(1)的I步骤中计算得到的h_Me，对完全接触之后的主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe进行计算，即

B步骤：完全接触之后的主簧最大厚度系数k_hwmax的计算

根据A步骤计算所得到的h_MAe,步骤(1)的II步骤中所确定的h_max，对完全接触之后的主簧最大厚度系数k_hwmax的计算，即

(3)非等偏频一级渐变刚度板簧的最大开始接触载荷P_kmax的计算：

根据非等偏频一级渐变刚度板簧的宽度b，许用应力[σ]；首片主簧的一半夹紧长度L₁，额定载荷P_N，步骤(1)中计算得到的h_Me和k_hkmax，步骤(2)中计算得到的h_MAe和k_hwmax，对最大开始接触载荷P_kmax进行计算，即

(4)非等偏频一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k优化匹配设计：

根据空载载荷P₀，步骤(3)中计算得到的P_kmax，对非等偏频一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k进行优化匹配设计，即：

P_k＝P₀+0.618(P_kmax-P₀)；

(5)非等偏频一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w优化匹配设计：

根据额定载荷P_N，步骤(4)中优化匹配设计得到的P_k，对非等偏频一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w进行优化匹配设计，即