CN108268722A - 根部加强等构式少片变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及根根部加强等构式少片变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法，属于悬架少片变截面板簧技术领域。本发明可根据板簧片数，根部和端部垫片的厚度，各片板簧的结构参数及自由切线弧高的设计值，对根部加强等构式抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧初始切线弧高进行仿真验算。通过样机试验可知，本发明所提供的根部加强等构式少片变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法是准确的，可得到准确可靠的各片板簧初始切线弧高仿真验算值。利用该方法可确保装配夹紧后的首片板簧初始切线弧高满足设计要求，提高产品的设计水平和可靠性及车辆行驶安全性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

Description

根部加强等构式少片变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法

技术领域

本发明涉及车辆悬架少片变截面板簧，特别是根部加强等构式少片变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法。

背景技术

随着汽车节能化、舒适化、轻量化、安全化的快速发展，少片变截面板簧因具有重量轻，材料利用率高，片间无摩擦或摩擦小，振动噪声低，使用寿命长等优点，日益受到车辆悬架专家、生产企业及车辆制造企业的高度关注，并且在车辆悬架系统中得到了广泛应用，其中，其中，为了加强板簧根部的强度，可在根部平直段与抛物线段之间增加斜线段，各片板簧的结构相同，即根部加强等构式抛物线型变截面板簧。通常为了提高板簧可靠性和使用寿命的设计要求，通过各片板簧不同自由切线弧高，在装配夹紧之后，使首片板簧或前几片板簧产生一定的预夹紧压应力，从而提高板簧可靠性和使用寿命；同时，确保首片板簧的初始切线弧高满足设计要求。对于给定设计结构的根部加强等构式抛物线型变截面板簧，装配夹紧后的首片板簧初始切线弧高是否满足设计要求，必须对其进行仿真验算。然而，据所查资料可知，因受各片板簧初始切线弧高影响量计算的制约，先前一直未给出根部加强等构式少片变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对等构式少片抛物线型变截面板簧提出了更高的要求，因此，必须建立一种准确、可靠的根部加强等构式少片变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法，为装配夹紧后的首片板簧初始切线弧高的仿真验算提供可靠的技术方法，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性和安全性及对根部加强等构式抛物线型变截面板簧的设计要求，确保装配夹紧后的首片板簧初始切线弧高满足设计要求，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的设计要求；同时，降低产品的设计及试验费用，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、可靠的根部加强等构式少片变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法，其仿真验算流程图，如图1所示。根部加强等构式抛物线型变截面板簧为以中心穿装孔对称的结构，其一半对称夹紧结构示意图如图2所示，其中包括，板簧1，根部垫片2，端部垫片3。板簧1的片数为n，各片板簧结构相同，其中，2≤n≤5；各片板簧的宽度为b，弹性模量为E，一半作用长度为L_T，是由根部平直段、斜线段、抛物线段和端部平直段四段所构成，其中，斜线段对板簧根部起加强作用；根部平直段用于骑马螺栓装配夹紧，各片板簧的结构相同，即根部加强等构式抛物线型变截面板簧。各片板簧的斜线段的水平长度为Δl，斜线段的根部到板簧端点的水平距离l₂＝L_T-L₀，抛物线段的根部到板簧端点的水平距离l_2p＝L_T-L₀-Δl。各片板簧的根部平直段的厚度为h₂，抛物线段的根部厚度为h_2p，端部平直段的厚度为h₁，其中，h₂>h_2p≥h₂l_2p/l₂。各片板簧的斜线段的厚度比γ＝h_2p/h₂，抛物线段的厚度比β＝h₁/h_2p。各片板簧的端部平直段的长度为l₁＝l_2pβ²。在各片板簧的根部之间设有根部垫片2，根部垫片厚度为δ_c。在各片板簧的端部之间设有端部垫片3，端部垫片的厚度为δ_e，材料为碳纤维复合材料，以降低板簧工作所产生的摩擦噪声。各片板簧的自由切线弧高H_gi0，装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高为H_gC1。通过各片板簧的各自不同自由切线弧高，确保装配夹紧后的首片板簧初始切线弧高和各片板簧预夹紧应力满足设计要求。根据板簧片数，各片板簧的结构参数及自由切线弧高，根部垫片和端部垫片的厚度，对根部加强等构式抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧的初始切线弧高进行仿真验算，确保板簧装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高满足设计要求。

为解决上述技术问题，本发明所提供的根部加强等构式少片变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法，其特征在于采用以下仿真验算步骤：

(1)根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的初始切线弧高影响量ΔH_gC的确定：

根据板簧片数n，根部垫片厚度δ_c，端部垫片厚度δ_e，各片板簧的根部平直段的厚度h₂，端部平直段的厚度h₁，对根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的初始切线弧高影响量ΔH_gC进行确定，即

(2)根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的首片板簧初始切线弧高H_gC1的仿真验算：

根据板簧片数n，各片板簧的自由切线弧高的设计值H_gi0，i＝1,2,…,n，步骤(1)中所确定的ΔH_gC，对根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高H_gC1进行仿真验算，即

(3)根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的其他各片板簧初始切线弧高H_gCi的仿真验算:根据板簧片数n，根部垫片厚度δ_c，端部垫片厚度δ_e，各片板簧的根部平直段的厚度h₂，端部平直段的厚度h₁，步骤(2)中仿真计算得到的H_gC1，对根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后除首片板簧之外的其他各片板簧的初始切线弧高H_gCi进行仿真验算，i＝2,3,…,n，即

H_gCi＝H_gC1+(h₂+δ_c)-(h₁+δ_e),i＝2,3,…,n。

本发明比现有技术具有的优点

先前对于根部加强等构式抛物线型变截面板簧，一直未曾给出准确可靠的根部加强等构式少片变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法，不能满足车辆快速发展及对悬架板簧现代化CAD设计的要求。本发明可根据板簧片数，各片板簧的结构参数及自由切线弧高的设计值，根部和端部垫片的厚度，对根部加强等构式抛物线型变截面板簧在装配夹紧后的各片板簧的初始切线弧高进行仿真验算。通过样机试验测试可知，本发明所提供的根部加强等构式少片变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法是正确的，为根部加强等构式抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧初始切线弧高的仿真验算提供了可靠的技术方法。利用该方法，可得到准确可靠的装配夹紧后的各片板簧初始切线弧高的仿真验算值，确保首片板簧的初始切线弧高满足设计要求，提高产品的设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶平顺性和安全性；同时，降低产品设计及试验费用，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是根部加强等构式抛物线型变截面板簧初始切线弧高的仿真验算流程图；

图2是根部加强等构式抛物线型变截面板簧的一半夹紧结构示意图。

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：某根部加强等构式抛物线型变截面板簧的宽度b＝60mm，一半作用长度L_T＝575mm，骑马螺栓夹紧的根部平直段的一半长度L₀＝50mm，斜线段的根部到板簧端点的水平距离l₂＝L_T-L₀＝525mm，斜线段的水平长度Δl＝30mm，抛物线段的根部到板簧端点的水平距离l_2p＝l₂-Δl＝495mm。板簧片数n＝3，各片板簧的根部平直段的厚度h₂＝18mm，抛物线段的根部厚度h_2p＝17mm，端部平直段的厚度h₁＝8mm。各片板簧的斜线段的厚度比γ＝h₂/h_2p＝0.9444，抛物线段的厚度比β＝h₁/h_2p＝0.4706。各片板簧的自由切线弧高H_g10＝91.6mm，H_g20＝102mm，H_g30＝105.4mm。根部垫片厚度δ_c＝3mm，端部垫片厚度δ_e＝6mm。根据板簧片数，各片板簧的结构参数及自由切线弧高的设计值，根部和端部垫片的厚度，对该根部加强等构式抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧的初始切线弧高进行仿真验算。

本发明实例所提供的根部加强等构式少片变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法，其仿真计算流程如图1所示，具体仿真验算步骤如下：

(1)根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的初始切线弧高影响量ΔH_gC的确定：

根据板簧片数n＝3，根部垫片厚度δ_c＝3mm，端部垫片厚度δ_e＝6mm，各片板簧的根部平直段的厚度h₂＝18mm，端部平直段的厚度h₁＝8mm，对该根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的初始切线弧高影响量ΔH_gC进行确定，即

(2)根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的首片板簧初始切线弧高H_gC1的仿真验算：

根据板簧片数n＝3，各片板簧的自由切线弧高的设计值H_g10＝91.6mm，H_g20＝102mm，H_g30＝105.4mm，步骤(1)中所确定的ΔH_gC＝4.7mm，对该根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高H_gC1进行仿真验算，即

(3)根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的其他各片板簧初始切线弧高H_gCi的仿真验算：

根据板簧片数n＝3，根部垫片厚度δ_c＝3mm，端部垫片厚度δ_e＝6mm，各片板簧的根部平直段的厚度h₂＝18mm，端部平直段的厚度h₁＝8mm，步骤(2)中仿真验算得到的H_gC1＝95mm，对该根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后除首片板簧之外的其他各片板簧的初始切线弧高H_gCi进行仿真验算，i＝2,3，即

H_gC2＝H_gC1+(h₂+δ_c)-(h₁+δ_e)＝102mm，

H_gC3＝H_gC1+(h₂+δ_c)-(h₁+δ_e)＝102mm。

通过样机试验测试可知，本发明所提供的根部加强等构式少片变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法是正确的，可得到准确可靠的各片板簧的初始切线弧高的仿真验算值，确保装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高满足设计要求。

实施例二：某根部加强等构式抛物线型变截面板簧的宽度b＝60mm，一半作用长度L_T＝575mm，骑马螺栓夹紧的根部平直段的一半长度L₀＝50mm，斜线段的根部到板簧端点的水平距离l₂＝L_T-L₀＝525mm，斜线段的长度Δl＝30mm，抛物线段的根部到板簧端点的水平距离l_2p＝l₂-Δl＝495mm。板簧片数n＝4，各片板簧的根部平直段的厚度h₂＝16mm，抛物线段的根部厚度h_2p＝15.2mm；端部平直段的厚度h₁＝7mm，片板簧的斜线段的厚度比γ＝h₂/h_2p＝0.95，抛物线段的厚度比β＝h₁/h_2p＝0.4605。各片板簧的自由切线弧高H_g10＝87.3mm，H_g20＝95.1mm，H_g30＝96.9mm，H_g40＝98.74mm。根部垫片厚度δ_c＝3mm，端部垫片厚度δ_e＝6mm。根据板簧片数，各片板簧的结构参数及自由切线弧高的设计值，根部和端部垫片的厚度，对该根部加强等构式抛物线型变截面板簧在装配夹紧后的各片板簧的初始切线弧高进行仿真验算。

采用与实施例一相同的仿真验算方法和步骤，对该根部加强等构式抛物线型变截面板簧在装配夹紧后的各片板簧初始切线弧高进行仿真验算，具体仿真验算步骤如下：

(1)根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的初始切线弧高影响量ΔH_gC的确定：

根据板簧片数n＝4，根部垫片厚度δ_c＝3mm，端部垫片厚度δ_e＝6mm，各片板簧的根部平直段的厚度h₂＝16mm，端部平直段的厚度h₁＝7mm，对该根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的初始切线弧高影响量ΔH_gC进行确定，即

(2)根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的首片板簧初始切线弧高H_gC1的仿真验算：

根据板簧片数n＝4，各片板簧的自由切线弧高的设计值H_g10＝87.3mm，H_g20＝95.1mm，H_g30＝96.9mm，H_g40＝98.74mm，步骤(1)中所确定的ΔH_gC＝4.5mm，对该根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高H_gC1进行仿真验算，即

(3)根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的其他各片板簧初始切线弧高H_gCi的仿真验算：

根据板簧片数n＝4，根部垫片厚度δ_c＝3mm，端部垫片厚度δ_e＝6mm，各片板簧的根部平直段的厚度h₂＝16mm，端部平直段的厚度h₁＝7mm，步骤(2)中仿真验算得到的H_gC1＝90mm，对该根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后除首片板簧之外的其他各片板簧的初始切线弧高H_gCi进行仿真计算，i＝2,3,…,n，即

H_gC2＝H_gC1+(h₂+δ_c)-(h₁+δ_e)＝96mm，

H_gC3＝H_gC1+(h₂+δ_c)-(h₁+δ_e)＝96mm，

H_gC4＝H_gC1+(h₂+δ_c)-(h₁+δ_e)＝96mm。

通过样机试验测试可知，本发明所提供的根部加强等构式少片变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法是正确的，可得到准确可靠的各片板簧初始切线弧高的仿真验算值，为根部加强等构式抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧初始切线弧高的仿真验算提供了可靠的技术方法。利用该方法可确保装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高满足设计要求，提高产品的设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶平顺性和安全性；同时，降低产品设计及试验费用，加快产品开发速度。

Claims (1)

1.根部加强等构式少片变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法，其中，各片板簧的一半对称结构是由根部平直段、斜线段、抛物线段和端部平直段四段所构成，根部平直段用于骑马螺栓装配夹紧，斜线段对板簧根部起加强作用，各片板簧的结构相同，即根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧；对于给定设计结构参数及自由切线弧高的各片板簧，装配夹紧后的首片板簧初始切线弧高必须满足设计要求；根据板簧片数，各片板簧的结构参数及自由切线弧高，根部垫片和端部垫片的厚度，对根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧的初始切线弧高进行仿真验算，其特征在于采用以下具体仿真验算步骤：

(1)根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的初始切线弧高影响量ΔH_gC的确定：

根据板簧片数n，根部垫片厚度δ_c，端部垫片厚度δ_e，各片板簧的根部平直段的厚度h₂，端部平直段的厚度h₁，对根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的初始切线弧高影响量ΔH_gC进行确定，即

(2)根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的首片板簧初始切线弧高H_gC1的仿真验算：

根据板簧片数n，各片板簧的自由切线弧高的设计值H_gi0，i＝1,2,…,n，步骤(1)中所确定的ΔH_gC，对根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高H_gC1进行仿真验算，即

(3)根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的其他各片板簧初始切线弧高H_gCi的仿真验算:根据板簧片数n，根部垫片厚度δ_c，端部垫片厚度δ_e，各片板簧的根部平直段的厚度h₂，端部平直段的厚度h₁，步骤(2)中仿真计算得到的H_gC1，对根部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后除首片板簧之外的其他各片板簧的初始切线弧高H_gCi进行仿真验算，i＝2,3,…,n，即

H_gCi＝H_gC1+(h₂+δ_c)-(h₁+δ_e),i＝2,3,…,n。