高強度三級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法與流程
2023-07-19 20:22:01 3
本發明涉及車輛懸架板簧，特別是高強度三級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法。
背景技術：
隨著高強度鋼板材料的出現，可採用高強度三級漸變板簧，從而滿足在不同載荷下的懸架漸變剛度及懸架偏頻保持不變的設計要求，進一步提高車輛行駛平順性，其中，撓度計算是高強度三級漸變板簧的主簧和各級副簧初始切線弧高及三級漸變間隙設計的基礎。然後，由於主簧撓度不僅與主簧及各級副簧的結構和載荷有關，而且還與接觸載荷大小有關，因此，高強度三級漸變板簧的主簧撓度計算非常複雜，據所查資料可知，目前國內外尚未給出可靠的高強度三級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法。隨著車輛行駛速度及其對平順性要求的不斷提高，對車輛懸架系統設計提出了更高要求，因此，必須建立一種精確、可靠的高強度三級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法，以滿足車輛行業快速發展、車輛行駛平順性不斷提高及對高強度三級漸變板簧的設計要求，確保主簧及各級副簧初始切線弧高及三級漸變間隙、接觸載荷和最大限位撓度滿足設計要求，提高產品的設計水平、性能和質量及車輛行駛平順性；同時，降低設計及試驗費用，加快產品開發速度。
技術實現要素：
針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種簡便、可靠的高強度三級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法，其計算流程如圖1所示。高強度三級漸變剛度板簧的一半對稱結構如圖2所示，是由主簧1、第一級副簧2和第二級副簧3和第三級副簧4所組成的，高強度三級漸變剛度板簧的一半總跨度為首片主簧的一半作用長度L1T，騎馬螺栓夾緊距的一半為L0，鋼板彈簧的寬度為b，彈性模量為E。主簧1的片數為n，其中，主簧各片的厚度為hi，一半作用長度LiT，一半夾緊長度Li＝LiT-L0/2，i＝1,2,…,n。第一級副簧2的片數為n1，第一級副簧各片的厚度為hA1j,一半作用長度LA1jT，一半夾緊長度LA1j＝LA1jT-L0/2，j＝1,2,…,n1。第二級副簧3的片數為n2，第二級副簧各片的厚度為hA2k,一半作用長度LA2kT，一半夾緊長度LA2k＝LA2kT-L0/2，k＝1,2,…,n2。第三級副簧4的片數為n3，第三級副簧各片的厚度為hA3l,一半作用長度LA3lT，一半夾緊長度LA3l＝LA3lT-L0/2，l＝1,2,…,n3。高強度三級漸變剛度板簧的總片數N＝n+n1+n2+n3，主簧及各級副簧之間設有三級漸變間隙δMA1、δA12和δA23，即末片主簧下表面與第一級副簧首片上表面之間設有一級漸變間隙δMA1；第一級副簧末片下表面與第二級副簧首片上表面之間設有二級漸變間隙δA12；第二級副簧末片下表面與第三級副簧首片上表面之間設有三級漸變間隙δA23。通過主簧和各級副簧初始切線弧高及三級漸變間隙，以滿足漸變剛度鋼板彈簧的各次接觸載荷及漸變剛度和懸架偏頻的設計要求。根據各片板簧的結構參數，彈性模量，額定載荷及各次接觸載荷，對高強度三級漸變剛度板簧在不同載荷下的主簧撓度進行計算。
為解決上述技術問題，本發明所提供的高強度三級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法，其特徵在於採用以下計算步驟：
(1)強度三級漸變剛度板簧的各不同片數重疊段的等效厚度hme的計算：
根據主簧的片數n,主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；第一級副簧的片數n1，第一級副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；第二級副簧的片數n2,第二級副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2；第三級副簧的片數n3，第三級副簧各片的厚度hA3l，l＝1,2,…,n3；主副簧的總片數N＝n+n1+n2+n3，對三級漸變剛度鋼板彈簧的各不同片數m重疊段的等效厚度hme進行計算，m＝1,2,…,N，即：
(2)高強度三級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度及其與各級副簧的複合夾緊剛度的計算：
i步驟：主簧的夾緊剛度KM的仿真計算
根據高強度三級漸變剛度鋼板彈簧的寬度b，彈性模量E；主簧的片數n,主簧各片的一半夾緊長度Li，i＝1,2,…,n，及步驟(1)中計算得到的hme，m＝i＝1,2,…,n，對主簧的夾緊剛度KM進行仿真計算，即
ii步驟：主簧與第一級副簧的夾緊複合剛度KMA1的計算：
根據高強度三級漸變剛度鋼板彈簧的寬度b，彈性模量E；主簧片數n,主簧各片的一半夾緊長度Li，i＝1,2,…,n；第一級副簧片數n1,第一級副簧各片的一半夾緊長度LA1j＝Ln+j,j＝1,2,…,n1；主簧和第一級副簧的片數之和N1＝n+n1，及步驟(1)中計算得到的hme，m＝1,2,…,N1，對主簧與第一級副簧的夾緊複合剛度KMA1進行計算，即
iii步驟：主簧與第一級和第二級副簧的夾緊複合剛度KMA2的計算：
根據高強度三級漸變剛度鋼板彈簧的寬度b，彈性模量E；主簧片數n,主簧各片的一半夾緊長度Li，i＝1,2,…,n；第一級副簧片數n1,第一級副簧各片的一半夾緊長度LA1j＝Ln+j,j＝1,2,…,n1；第二級副簧的片數n2，第二級副簧各片的一半夾緊長度LA2k＝LN1+k，k＝1,2,…,n2；主簧與第一級和第二級副簧的片數之和N2＝n+n1+n2，及步驟(1)中計算得到的hme，m＝1,2,…,N2，對主簧與第一級和第二級副簧的夾緊複合剛度KMA2進行仿真計算，即
iv步驟：主副簧的總複合夾緊剛度KMA3的仿真計算：
根據高強度三級漸變剛度鋼板彈簧的寬度b，彈性模量E；主簧片數n，主簧各片的一半夾緊長度Li，i＝1,2,…,n；第一級副簧片數n1,第一級副簧各片的一半夾緊長度LA1j＝Ln+j,j＝1,2,…,n1；第二級副簧的片數n2，第二級副簧各片的一半夾緊長度LA2k＝LN1+k，k＝1,2,…,n2；第三級副簧的片數n3，第三級副簧各片的一半夾緊長度LA3l＝LN2+l，l＝1,2,…,n3；主副簧的總片數N＝n+n1+n2+n3，其中，及步驟(1)中計算得到的hme，m＝1,2,…,N，對主副簧的總夾緊複合剛度KMA3進行仿真計算，即，即
(3)高強度三級漸變剛度板簧的各級漸變夾緊剛度的計算：
根據第1次開始接觸載荷Pk1，第2第開始接觸載荷Pk2，第3第開始接觸載荷Pk3，及第3次完全接觸載荷Pw3，步驟(2)中計算得到的KM、KMA1、KMA2和KMA3，對高強度三級漸變剛度板簧懸架系統在不同載荷範圍時的第一級漸變剛度KkwP1、第二級漸變剛度KkwP2和第三級漸變剛度KkwP3進行計算，即
(4)高強度三級漸變剛度板簧在不同載荷下主簧撓度的計算：
根據第1次開始接觸載荷Pk1，第2第開始接觸載荷Pk2，第3第開始接觸載荷Pk3和第3次完全接觸載荷Pw3，步驟(2)中設計得到的KM和KMA3，及步驟(3)中計算得到的KkwP1，KkwP2和KkwP3，對高強度三級漸變剛度板簧在不同載荷P下的主簧撓度進行計算，即
本發明比現有技術具有的優點
由於高強度三級漸變板簧的主簧撓度不僅與主簧和各級副簧的結構參數和載荷大小有關，而且還與各次接觸載荷有關，因此，高強度三級漸變板簧的主簧撓度計算非常複雜，據所查資料可知，先前國內外一直未給出高強度三級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法。本發明可根據高強度三級漸變剛度板簧的主簧各片和副簧的結構參數，彈性模量，額定載荷，及各次接觸載荷，對高強度三級漸變剛度板簧在不同載荷下的主簧撓度進行計算。過樣機試驗測試可知，主簧撓度計算值與樣機試驗測試值相吻合，表明所提供的高強度三級漸變剛度板簧的主簧撓度計算方法是正確的，為高強度三級漸變剛度板簧設計奠定了可靠的技術基礎。利用該方法可得可靠的主簧撓度計算值，提高主簧及各級副簧初始切線弧高及三級漸變間隙、最大限位撓度設計的準確性和可靠性，提高車輛行駛平順性和安全性；同時，降低設計和試驗費用，加快產品開發速度。
附圖說明
為了更好地理解本發明，下面結合附圖做進一步的說明。
圖1是高強度三級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算流程圖；
圖2是高強度三級漸變板簧的一半對稱結構示意圖；
圖3是實施例的計算所得到該高強度三級漸變剛度板簧在不同載荷下的主簧撓度隨載荷的變化曲線。
具體實施方案
下面通過實施例對本發明作進一步詳細說明。
實施例：某高強度三級漸變剛度鋼板彈簧的寬度b＝63mm，騎馬螺栓夾緊距的一半L0＝50mm，彈性模量E＝200GPa。主副簧的總片數N＝5，其中，主簧的片數n＝2,主簧各片的厚度h1＝h2＝8mm；主簧各片的一半作用長度分別為L1T＝525mm，L2T＝450mm；一半夾緊長度分別為L1＝L1T-L0/2＝500mm，L2＝L2T-L0/2＝425mm。第一級副簧的片數n1＝1，厚度hA11＝8mm，一半作用長度為LA11T＝350mm，一半夾緊長度為LA11＝L3＝LA11T-L0/2＝325mm。第二級副簧的片數n2＝1,厚度hA21＝13mm，一半作用長度為LA21T＝250mm，一半夾緊長度為LA21＝L4＝LA21T-L0/2＝225mm。第三級副簧的片數n3＝1，厚度hA31＝13mm，一半作用長度為LA31T＝150mm，一半夾緊長度為LA31＝L5＝LA31T-L0/2＝125mm。額定載荷PN＝7227N，第1次開始接觸載荷Pk1＝1966N，第2第開始接觸載荷Pk2＝2882N，第3第開始接觸載荷Pk3＝5522N，第3次完全接觸載荷Pw3＝6609N。根據高強度三級漸變剛度板簧的主簧各片和副簧的結構參數，彈性模量，額定載荷及各次接觸載荷，對該高強度三級漸變剛度板簧在不同載荷下的主簧撓度進行計算。
本發明實例所提供的高強度三級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法，其計算流程如圖1所示，具體計算步驟如下：
(1)高強度三級漸變剛度板簧的各不同片數重疊段的等效厚度hme的計算：
根據主簧的片數n＝2,主簧各片的厚度h1＝h2＝8mm；第一級副簧的片數n1＝1，厚度hA11＝8mm；第二級副簧的片數n2＝1,厚度hA21＝13mm；第三級副簧的片數n3＝1，厚度hA31＝13mm；主副簧的總片數N＝n+n1+n2+n3＝5；對高強度三級漸變剛度鋼板彈簧各不同片數m重疊段的等效厚度hme進行計算，m＝1,2,…,N，即：
h1e＝h1＝8.0mm；
(2)高強度三級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度及其與各級副簧的複合夾緊剛度的計算：
i步驟：主簧的夾緊剛度KM的仿真計算：
根據高強度三級漸變剛度鋼板彈簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；主簧的片數n＝2,主簧各片的一半夾緊長度L1＝500mm，L2＝425mm，及步驟(1)中計算得到的h1e＝8.0mm，h2e＝10.1mm，m＝i＝1,2,...,n，對主簧的夾緊剛度KM進行仿真計算，即
ii步驟：主簧與一級副簧的夾緊複合剛度KMA1的計算：
根據高強度三級漸變剛度鋼板彈簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；主簧的片數n＝2,主簧各片的一半夾緊長度L1＝500mm，L2＝425mm；第一級副簧片數n1＝1,一半夾緊長度LA11＝L3＝325mm，主簧和第一級副簧的片數之和N1＝n+n1＝3，及步驟(1)中計算得到的h1e＝8.0mm，h2e＝10.1mm，h3e＝11.5mm，m＝1,2,...,N1，對主簧與第一級副簧的夾緊複合剛度KMA1進行計算，即
iii步驟：主簧與第一級和第二級副簧的夾緊複合剛度KMA2的計算：
根據高強度三級漸變剛度鋼板彈簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；主簧的片數n＝2,主簧各片的一半夾緊長度L1＝500mm，L2＝425mm；第一級副簧的片數n1＝1，一半夾緊長度LA11＝L3＝325mm；第二級副簧的片數n2＝1，一半夾緊長度LA21＝L4＝225mm，主簧與第一級和第二級副簧的片數之和N2＝n+n1+n2＝4，及步驟(1)中計算得到的h1e＝8.0mm，h2e＝10.1mm，h3e＝11.5mm，h4e＝15.5mm，m＝1,2,...,N2，對主簧與第一級和第二級副簧的夾緊複合剛度KMA2進行仿真計算，即
iv步驟：主副簧的總複合夾緊剛度KMA3的仿真計算：
根據高強度三級漸變剛度鋼板彈簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；主簧的片數n1＝2，主簧各片的一半夾緊長度L1＝500mm，L2＝425mm；第一級副簧的片數n1＝1，一半夾緊長度LA11＝L3＝325mm；第二級副簧的片數n2＝1，一半夾緊長度LA21＝L4＝225mm；第三級副簧的片數n3＝1，一半夾緊長度LA31＝L5＝125mm；主副簧的總片數N＝n+n1+n2+n3＝5，及步驟(1)中計算得到的h1e＝8.0mm，h2e＝10.1mm，h3e＝11.5mm，h4e＝15.5mm，h5e＝18.1mm，m＝1,2,...,N，對主副簧的總夾緊複合剛度KMA3進行仿真計算，即，即
(3)高強度三級漸變剛度板簧的各級漸變夾緊剛度的計算：
根據第1次開始接觸載荷Pk1＝1966N，第2第開始接觸載荷Pk2＝2882N，第3第開始接觸載荷Pk3＝5522N，及第3次完全接觸載荷Pw3＝6609N，步驟(2)分別計算得到的KM＝51.44N/mm、KMA1＝75.42N/mm、KMA2＝144.46N/mm及KMA3＝172.9N/mm，對該高強度三級漸變剛度板簧懸架系統在不同載荷範圍時的第一級漸變剛度KkwP1、第二級漸變剛度KkwP2和第三級漸變剛度KkwP3分別進行計算，即
(4)高強度三級漸變剛度板簧在不同載荷下主簧撓度的計算：
根據第1次開始接觸載荷Pk1＝1966N，第2第開始接觸載荷Pk2＝2882N，第3第開始接觸載荷Pk3＝5522N和第3次完全接觸載荷Pw3＝6609N，步驟(2)中設計得到的KM＝51.44N/mm和KMA3＝172.9N/mm，及步驟(3)中計算得到的KkwP1，KkwP2和KkwP3，對高強度三級漸變剛度板簧在不同載荷下的主簧撓度進行計算，即
利用Matlab計算程序，計算所得到該高強度三級漸變剛度板簧在不同載荷下的主簧撓度隨載荷的變化曲線，如圖3所示，其中，在額定載荷下的主簧撓度fM＝88.1mm。
通過樣機加載撓度試驗可知，該高強度三級漸變剛度板簧在不同載荷下的主撓度計算值，與樣機試驗測相吻合，表明所提供的高強度三級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法是正確的，為高強度三級漸變剛度板簧的設計奠定了可靠的技術基礎。利用該方法，可提高產品設計水平、質量和性能及車輛行駛平順性和安全性性；同時，降低設計及試驗費用，加快產品開發速度。