CN108170984A - 一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，属于悬架渐变刚度板簧技术领域。本发明可根据主簧片数和副簧片数，各片板簧的结构参数，开始接触载荷，额定载荷及首片主簧在额定载荷下的许用应力，对一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧的预夹紧应力进行匹配设计。通过样机试验可知，本发明所提供的一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法是正确的，为一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧自由切线弧高的设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法可确保各片非等厚主簧的预夹紧应力满足设计要求，提高产品的设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，降低产品的设计及试验费用，加快产品开发速度。

Description

一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法

技术领域

本发明涉及车辆悬架渐变刚度板簧，特别是一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法。

背景技术

为了满足在不同载荷下的车辆行驶平顺性的设计要求，可采用一级渐变刚度板簧，即在末片主簧和首片主副簧之间设计有一定的主副簧渐变间隙。由于首片主簧受力复杂的要求，通常采用非等厚主簧，即首片主簧的厚度大于其他各片主簧的厚度。为了提高主簧强度和使用寿命，通过主簧各自不同的自由切线弧高，确保装配预夹紧后的首片主簧的初始切线弧高满足设计要求；同时，使首片主簧或前几片主簧受预夹紧压应力，而末片或后几片主簧受预夹紧拉应力，提高板簧可靠性和使用寿命。各片非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计，不仅影响各片主簧的预夹紧应力及车辆行驶平顺性和安全性，而且还是各片非等厚主簧自由切线弧高设计的前提。然而，据所查资料可知，由于受各片非等厚主簧等效厚度及各片非等厚主簧之间应力厚度方之差计算的制约，先前一直未曾给出准确可靠的一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，不能满足车辆快速发展及对悬架一级渐变刚度板簧现代化CAD设计的要求。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对一级渐变刚度板簧设计提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，为各片非等厚主簧自由切线弧高的设计奠定可靠的技术基础，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性及一级渐变刚度板簧的设计要求，提高产品的设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；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、可靠的一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，其匹配设计流程图，如图1所示。一级渐变刚度板簧非等厚主簧和副簧的一半对称夹紧结构示意图，如图2所示，是由主簧1和副簧2构成。一级渐变刚度板簧板簧的宽度为b，弹性模量为E，骑马螺栓夹紧的根部平直段的一半长度L₀，各片主簧的厚度不相等，首片主簧的厚度大于其他各片主簧的后，以满足首片主簧受力复杂的要求，即非等厚叠加主簧。主簧1的片数为n，各片主簧的厚度h_i，各片主簧的一半作用长度为L_iT，各片主簧的自由切线弧高为H_gi0，i＝1,2,,…,n。副簧2的片数为m，各片副簧的厚度h_Aj，各片副簧的一半作用长度为L_AjT，j＝1,2,…,m。板簧装配预夹紧后的首片主簧的初始切线弧高为H_gC1，首片副簧的初始切线弧高为H_gAC1，并且在末片主簧和首片副簧之间形成渐变间隙δ_MA，从而满足板簧渐变刚度的设计要求。通过各片非等厚主簧的各自不同自由切线弧高及自由曲率半径，确保装配预夹紧后的首片主簧初始切线弧高和各片主簧预夹紧应力的设计要求。根据主簧片数和副簧片数，各片主簧和副簧的结构参数，开始接触载荷，额定载荷及首片主簧在额定载荷下的许用应力，对一级渐变刚度板簧各片非等厚主簧的预夹紧应力进行匹配设计，为各片非等厚主簧自由切线弧高设计奠定可靠的技术基础。

为解决上述技术问题，本发明所提供的一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，其特征在于采用以下匹配设计步骤：

(1)一级渐变刚度板簧的非等厚主簧、主副簧的根部重叠部分等效厚度h_Me、h_MAe计算：

I步骤：主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me

根据主簧片数n,各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,...,n，对一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧的根部重叠部分的等效厚度h_Me进行计算，即

II步骤：主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe

根据副簧片数m,各片副簧的厚度h_Aj，j＝1,2,…m，I步骤中计算得到的h_Me，对一级渐变刚度板簧的主副簧根部重叠部分的效厚度h_MAe进行计算，即

(2)一级渐变刚度板簧的首片主簧根部最大应力σ_max1的计算：

根据板簧的宽度b，根部平直段的一半长度L₀，首片主簧的厚度h₁，首片主簧的一半作用长度L_1T，额度载荷P_N，步骤(1)中计算得到的h_Me和h_MAe，对一级渐变刚度板簧在额定载荷下的首片主簧的根部最大应力σ_max1进行计算，即

(3)一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧之间应力厚度方之差的确定:

根据主簧片数n，首片主簧的厚度h₁，首片主簧在额度载荷下的许用应力[σ₁]，步骤(2)中计算得到的σ_max1，对一级渐变刚度板簧的各片主簧之间的应力厚度方之差进行确定，即

(4)一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧预夹紧应力σ_i的匹配设计:

根据主簧片数n，各片主簧的厚度h_i，首片主簧在额度载荷下的许用应力[σ₁]，步骤(2)中计算得到的σ_max1，步骤(3)中所确定的对一级渐变刚度板簧各片非等厚主簧的预夹紧应力σ_i进行匹配设计，i＝1,2,…,n，即

本发明比现有技术具有的优点

由于受各片非等厚主簧等效厚度及各片非等厚主簧之间应力厚度方之差计算的制约，先前一直未曾给出准确可靠的一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，不能满足车辆快速发展及对悬架一级渐变刚度板簧现代化CAD设计的要求。本发明可根据主簧片数和副簧片数，各片主簧和副簧的结构参数，开始接触载荷，额定载荷及首片主簧在额定载荷下的许用应力，对一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧的预夹紧应力进行匹配设计。通过样机试验测试可知，本发明所提供的一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法是正确的，可得到准确可靠的各片非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计值，为一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧自由切线弧高的设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法可确保各片非等厚主簧的预夹紧应力满足设计要求，提高产品的设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，降低产品的设计及试验费用，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是一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计流程图；

图2是一级渐变刚度板簧非等厚主簧和副簧的一半对称夹紧结构示意图。

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。

实施例一，某一级渐变刚度板簧的宽度b＝60mm，骑马螺栓夹紧的根部平直段的一半长度L₀＝50mm。主簧片数n＝3片，各片非等厚主簧的厚度分别为h₁＝9mm，h₂＝8mm，h₃＝8mm，各片主簧的一半作用长度分别为L_1T＝525mm，L_2T＝450mm，L_3T＝350mm。副簧片数m＝2片，各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝13mm，各片副簧的一半作用长度分别为L_A1T＝250mm，L_A2T＝150mm。开始接触载荷P_k＝1900N，额定载荷P_N＝7500N，首片主簧在额定载荷下的许用应力[σ₁]＝400MPa。根据主簧片数和副簧片数，各片主簧和副簧的结构参数，开始接触载荷，额定载荷及首片主簧在额定载荷下的许用应力，对该一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧的预夹紧应力进行匹配设计。

本发明实例所提供的一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，其匹配设计流程如图1所示，具体匹配设计步骤如下：

(1)一级渐变刚度板簧的非等厚主簧、主副簧的根部重叠部分等效厚度h_Me、h_MAe的计算：

I步骤：主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me

根据主簧片数n＝3,各片主簧的厚度h₁＝9mm，h₂＝8mm，h₃＝8mm，对该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：主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe

根据副簧片数m＝2,各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝13mm，I步骤中计算得到的h_Me＝12.1mm，对该一级渐变刚度板簧的主副簧根部重叠部分的效厚度h_MAe进行计算，即

(2)一级渐变刚度板簧的首片主簧根部最大应力σ_max1的计算：

根据板簧的宽度b＝60mm，根部平直段的一半长度L₀＝50mm，首片主簧的厚度h₁＝9mm，首片主簧的一半作用长度L_1T＝525mm，开始接触载荷P_k＝1900N，额度载荷P_N＝7500N，步骤(1)中计算得到的h_Me＝12.1mm和h_MAe＝18.3mm，对该一级渐变刚度板簧在额定载荷下的首片主簧的根部最大应力σ_max1进行计算，即

(3)一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧之间应力厚度方之差的确定:

根据主簧片数n＝3，首片主簧的厚度h₁＝9mm，首片主簧在额度载荷下的许用应力[σ₁]＝400MPa，步骤(2)中计算得到的σ_max1＝426.4MPa，对该一级渐变刚度板簧的各片非主簧之间的应力厚度方之差进行确定，即

(4)一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧预夹紧应力σ_i的匹配设计:

根据主簧片数n＝3，各片主簧的厚度h₁＝9mm，h₂＝8mm，h₃＝8mm，首片主簧在额度载荷下的许用应力[σ₁]＝400MPa，步骤(2)中计算得到的σ_max1＝426.4MPa，步骤(3)中所确定的对该一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧的预夹紧应力σ_i进行匹配设计，即

通过样机试验测试可知，本发明所提供的一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法是正确的，可得到准确可靠的各片非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计值。

实施例二，某一级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，骑马螺栓夹紧的根部平直段的一半长度L₀＝55mm。主簧片数n＝2片，各片主簧的厚度h₁＝10mm，h₂＝9mm，各片主簧的一半作用长度分别为L_1T＝525mm，L_2T＝450mm。副簧片数m＝2片，各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝13mm，各片副簧的一半作用长度分别为L_A1T＝250mm，L_A2T＝150mm。开始接触载荷P_k＝1800N，额定载荷P_N＝7000N，首片主簧在额定载荷下的许用应力[σ₁]＝400MPa。根据主簧片数和副簧片数，各片主簧和副簧的结构参数，开始接触载荷，额定载荷及在额定载荷下首片主簧的许用应力，对该一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧的预夹紧应力进行匹配设计。

采用与实施例一相同的设计方法和步骤，对该一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧的预夹紧应力进行匹配设计，具体匹配设计步骤如下：

(1)一级渐变刚度板簧的非等厚主簧、主副簧的根部重叠部分等效厚度h_Me和h_MAe的计算：

I步骤：主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me

根据主簧片数n＝2,各片主簧的厚度h₁＝10mm，h₂＝9mm，对该一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me进行计算，即

II步骤：主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe

根据副簧片数m＝2,各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝13mm，I步骤中计算得到的h_Me＝12.0mm，对该一级渐变刚度板簧的主副簧根部重叠部分的效厚度h_MAe进行计算，即

(2)一级渐变刚度板簧的首片主簧根部最大应力σ_max1的计算：

根据板簧的宽度b＝63mm，根部平直段的一半长度L₀＝55mm，首片主簧的厚度h₁＝9mm，首片主簧的一半作用长度L_1T＝525mm，开始接触载荷P_k＝1900N，额度载荷P_N＝7500N，步骤(1)中计算得到的h_Me＝12.0mm和h_MAe＝18.3mm，对该一级渐变刚度板簧在额定载荷下的首片主簧的根部最大应力σ_max1进行计算，即

(3)一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧之间应力厚度方之差的确定:

根据主簧片数n＝2，首片主簧的厚度h₁＝10mm，首片主簧在额度载荷下的许用应力[σ₁]＝400MPa，步骤(2)中计算得到的σ_max1＝423.07MPa，对该一级渐变刚度板簧的各片非主簧之间的应力厚度方之差进行确定，即

(4)一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧预夹紧应力σ_i的匹配设计:

根据主簧片数n＝2，各片主簧的厚度h₁＝10mm，h₂＝9mm，首片主簧在额度载荷下的许用应力[σ₁]＝400MPa，步骤(2)中计算得到的σ_max1＝423.07MPa，步骤(3)中所确定的对该一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧的预夹紧应力σ_i进行匹配设计，i＝1,2,…,n，即

通过样机试验测试可知，本发明所提供的一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法是正确的，可得到准确可靠的各片非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计值，为一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧自由切线弧高的设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法可确保各片非等厚主簧的预夹紧应力满足设计要求，提高产品的设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，降低产品的设计及试验费用，加快产品开发速度。

Claims (1)

1.一级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的匹配设计法，其中，一级渐变刚度板簧是由主簧和副簧构成，各片板簧的根部平直段用于骑马螺栓夹紧，装配夹紧后在主簧和副簧之间形成一级渐变间隙，满足板簧一级渐变刚度的要求；各片主簧的厚度不相等，即非等厚叠加主簧；预夹紧应力的匹配设计是各片非等厚主簧自由切线弧高设计的前提；根据主簧片数和副簧片数，各片主簧和副簧的结构参数，开始接触载荷，额定载荷及首片主簧在额定载荷下的许用应力，对一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧的预夹紧应力进行匹配设计，其特征在于采用以下具体匹配设计步骤：

(1)一级渐变刚度板簧的非等厚主簧、主副簧的根部重叠部分等效厚度h_Me、h_MAe计算：

I步骤：主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me

根据主簧片数n,各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,...,n，对一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧的根部重叠部分的等效厚度h_Me进行计算，即

II步骤：主副簧根部重叠部分的等效厚度h_MAe

根据副簧片数m,各片副簧的厚度h_Aj，j＝1,2,…m，I步骤中计算得到的h_Me，对一级渐变刚度板簧的主副簧根部重叠部分的效厚度h_MAe进行计算，即

(2)一级渐变刚度板簧的首片主簧根部最大应力σ_max1的计算：

根据板簧的宽度b，根部平直段的一半长度L₀，首片主簧的厚度h₁，首片主簧的一半作用长度L_1T，额度载荷P_N，步骤(1)中计算得到的h_Me和h_MAe，对一级渐变刚度板簧在额定载荷下的首片主簧的根部最大应力σ_max1进行计算，即

(3)一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧之间应力厚度方之差的确定:

根据主簧片数n，首片主簧的厚度h₁，首片主簧在额度载荷下的许用应力[σ₁]，步骤(2)中计算得到的σ_max1，对一级渐变刚度板簧的各片主簧之间的应力厚度方之差进行确定，即

(4)一级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧预夹紧应力σ_i的匹配设计:

根据主簧片数n，各片主簧的厚度h_i，首片主簧在额度载荷下的许用应力[σ₁]，步骤(2)中计算得到的σ_max1，步骤(3)中所确定的对一级渐变刚度板簧各片非等厚主簧的预夹紧应力σ_i进行匹配设计，i＝1,2,…,n，即