高強度等偏頻三級漸變剛度板簧接觸載荷的驗算法的製作方法
2023-05-19 01:28:57
本發明涉及車輛懸架板簧，特別是高強度等偏頻三級漸變剛度板簧接觸載荷的驗算法。
背景技術：
隨著高強度鋼板材料的出現，可採用高強度等偏頻三級漸變板簧，從而滿足在不同載荷下的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。三級漸變間隙的接觸載荷對板簧的撓度、應力大小、漸變剛度、懸架偏頻及車輛平順性具有重要影響，並且對於給定設計結構板簧的特性仿真和驗證，必須首先對接觸載荷進行驗算，其中，接觸載荷驗算不僅與切線弧高及曲率半徑有關，還與板簧在一定載荷下的撓度有關。然而，由於主簧撓度計算非常複雜，因此，據所查資料可知，目前國內外尚未給出可靠的高強度等偏頻三級漸變剛度板簧接觸載荷的驗算法。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、可靠的高強度等偏頻三級漸變剛度板簧接觸載荷的驗算法，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及特性仿真驗算的要求，提高產品的設計水平、質量和性能及車輛行駛平順性和安全性；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、可靠的高強度等偏頻三級漸變剛度板簧接觸載荷的驗算法，其設計流程如圖1所示。高強度等偏頻三級漸變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，高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的寬度為b，各片板簧採用高強度鋼板，彈性模量為E，騎馬螺栓夾緊距的一半為L0。主簧1的片數為n，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hA2j,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。主副簧的總片數N＝n+n1+n2+n3，主簧與各級副簧之間共設有三級漸變間隙δMA1、δA12和δA23，即在主簧末片下表面與第一級副簧首片上表面之間設有第一級漸變間隙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第二級漸變間隙δA12；第二級副簧的末片下表面與第三級副簧首片上表面之間設有第三級漸變間隙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系統偏頻的設計要求。根據各片板簧的結構參數，彈性模量，主簧夾緊剛度及主簧與各級副簧的複合夾緊剛度，主簧及各級副簧的初始切線弧高，對高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的接觸載荷進行驗算。
為解決上述技術問題，本發明所提供的高強度等偏頻三級漸變剛度板簧接觸載荷的驗算法，其特徵在於採用以下驗算步驟：
(1)高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的主簧末片下表面初始曲率半徑RM0b的計算：
根據主簧的片數n，主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n，主簧首片的一半夾緊長度L1，主簧的切線弧高設計值HgM0，對主簧末片下表面初始曲率半徑RM0b進行計算，即
(2)高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的第一級副簧首片上表面初始曲率半徑RA10a的計算：
根據第一級副簧首片的一半夾緊長度LA11，第一級副簧的初始切線弧高設計值HgA10，對第一級副簧首片上表面初始曲率半徑RA10a進行計算，即
(3)高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的第1次開始接觸載荷Pk1的驗算：
根據高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；主簧首片的一半夾緊跨長度L1，主簧的片數n，主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n，步驟(1)中計算得到的RM0b，步驟(2)中計算得到的RA10a，對第1次開始接觸載荷Pk1進行驗算，即
式中，hMe為主簧根部重疊部分的等效厚度，
(4)高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的其他各次接觸載荷的驗算：
根據主簧夾緊剛度KM，主簧與三級副簧的複合夾緊剛度KMA1、KMA2和KMA3，及步驟(3)中驗算得到的Pk1，對第2次開始接觸載荷Pk2、第3次開始接觸Pk3和第3次完全接觸Pw3進行驗算，即
本發明比現有技術具有的優點
由於高強度等偏頻三級漸變板簧的撓度計算非常複雜，且受撓度、弧高及曲率半徑與載荷之間關係的制約，先前國內外一直未給出高強度等偏頻三級漸變剛度板簧接觸載荷的驗算法。本發明可根據所設計的高強度等偏頻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，主簧及各級副簧的初始切線弧高設計值，主簧夾緊剛度及主簧與各級副簧的複合夾緊剛度，對各次接觸載荷進行驗算。過樣機試驗測試可知，接觸載荷的驗算值與樣機試驗加載值相吻合，表明所提供的高強度等偏頻三級漸變剛度板簧接觸載荷的驗算法是正確的，為高強度三級漸變剛度板簧的特性仿真及驗證奠定了的技術基礎。利用該方法可得到可靠的接觸載荷驗算值，確保滿足接觸載荷的設計要求，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；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是高強度等偏頻三級漸變剛度板簧接觸載荷的驗算流程圖；
圖2是高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的一半對稱結構示意圖；
圖3是實施例一的高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的切線弧高隨載荷P的變化曲線及在額定載荷剩餘切線弧高驗證值；
圖4是實施例二的高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的切線弧高隨載荷P的變化曲線及在額定載荷剩餘切線弧高驗證值。
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。
實施例一：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。主簧夾緊剛度KM＝51.44N/mm，主簧與各級副簧的複合夾緊剛度KMA1＝75.41N/mm，KMA2＝144.46N/mm、KMA3＝172.9N/mm。主簧初始切線弧高設計值為HgM0＝114.1mm，第一副簧的初始切線弧高設計值HgA10＝21.1mm。主簧的片數n＝2,主簧各片的厚度h1＝h2＝8mm；主簧首片的一半作用長度分別為L1T＝525mm，一半夾緊長度L1＝L1T-L0/2＝500mm。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＝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＝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＝LA31T-L0/2＝125mm。根據高強度三級漸變剛度板簧的結構參數，彈性模量，主簧夾緊剛度及主簧與各級副簧的副簧夾緊剛度，主簧及第一級副簧的初始切線弧高設計值，對該高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的各次接觸載荷進行驗算。
本發明實例所提供的高強度等偏頻三級漸變剛度板簧接觸載荷的驗算法，其驗算流程如圖1所示，具體驗算步驟如下：
(1)高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的主簧末片下表面曲率半徑RM0b的計算：
根據主簧片數n＝2，主簧首片的一半夾緊長度L1＝500mm，主簧各片的厚度h1＝h2＝8mm，主簧的切線弧高設計值HgM0＝114.1mm，對主簧末片下表面曲率半徑RM0b進行計算，即
(2)高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的第一級副簧首片上表面曲率半徑RA10a的計算：
根據第一級副簧首片的一半夾緊長度LA11＝325mm，第一級副簧的初始切線弧高設計值HgA10＝21.1mm，對第一級副簧首片上表面曲率半徑RA10a進行計算，即
(3)高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的第1次開始接觸載荷Pk1的驗算：
根據高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；主簧首片的一半夾緊跨長度L1＝500mm，主簧的片數n＝2，主簧各片的厚度h1＝h2＝8mm，步驟(1)中計算得到的RM0b＝1168.6mm，步驟(2)中計算得到的RA10a＝2513.5mm，對第1次開始接觸載荷Pk1進行驗算，即
式中，hMe為主簧根部重疊部分的等效厚度，
(4)高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的其他各次接觸載荷的驗算：
根據主簧夾緊剛度KM＝51.44N/mm，主簧與各級副簧的複合夾緊剛度KMA1＝75.41N/mm，KMA2＝144.46N/mm、KMA3＝172.9N/mm，及步驟(3)中驗算得到的Pk1＝1969.3N，對高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的第2次開始接觸載荷Pk2、第3次開始接觸Pk3和第3次完全接觸Pw3進行驗算，即
可知，各次接觸載荷的驗算值Pk1＝1969N，Pk2＝2887N、Pk3＝5530N和Pw3＝6619N，與各次開始接觸載荷設計要求值Pk1＝1966N，Pk2＝2882N、Pk3＝5522N和Pw3＝6609N相吻合。
根據該高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高HgM0＝114.1mm及額定載荷PN＝7227N，利用Matlab計算程序，仿真計算所得到的切線弧高HgMP隨載荷P的變化曲線及在額定載荷下的剩餘切線弧高驗證值，如圖3所示，其中，在額定載荷PN＝7227N下的剩餘切線弧高HgMsy＝26mm，滿足設計要求值。表明所提提供的高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的接觸載荷驗算法是正確的，同時，說明該高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的主簧及各級副簧的初始切線弧高設計值是準確可靠的。利用該方法可得到準確可靠的接觸載荷驗算值，為高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的特性仿真及驗證，奠定了可靠的技術基礎。
實施例二：某高強度等偏頻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。主簧夾緊剛度KM＝51.44N/mm，主簧與各級副簧的複合夾緊剛度分別為KMA1＝75.67N/mm、KMA2＝138.29N/mm和KMA3＝181.93N/mm。主簧的初始切線弧高HgM0＝113.1mm，第一副簧的初始切線弧HgA10＝22.8mm。主簧的片數n＝2，主簧各片的厚度h1＝h2＝8mm，主簧首片的一半作用長度L1T＝525mm，一半夾緊長度L1＝L1T-L0/2＝500mm。第一級副簧片數n1＝1，厚度hA11＝8mm，一半作用長度LA11T＝360mm，一半夾緊長度LA11＝LA11T-L0/2＝335mm。第二級副簧片數n2＝1片，厚度hA21＝12mm，一半作用長度LA21T＝275mm，一半夾緊長度LA21＝LA21T-L0/2＝250mm。第三級副簧片數n3＝1，厚度hA31＝12mm，一半作用長度LA31T＝245mm，一半夾緊長度LA31＝LA31T-L0/2＝220mm。根據板簧的結構參數，彈性模量，主簧夾緊剛度，主簧與各級副簧的複合夾緊剛度，主簧的初始切線弧高和第一級副簧的初始切線弧高設計值，對該高強度等偏頻三級漸變剛度鋼板彈簧的接觸載荷進行驗算。
採用與實施例一相同的步驟，對該實施例的高強度等偏頻三級漸變剛度鋼板彈簧的接觸載荷進行驗算，即：
(1)高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的主簧末片下表面曲率半徑RM0b的計算：
根據主簧片數n＝2，主簧各片的厚度h1＝h2＝8mm，主簧首片的一半夾緊長度L1＝500mm，主簧的切線弧高設計值HgM0＝113.1mm，對主簧末片下表面曲率半徑RM0b進行計算，即
(2)高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的第一級副簧首片上表面曲率半徑RA10a的計算
根據第一級副簧首片的一半夾緊長度LA11＝335mm，第一級副簧的初始切線弧高設計值HgA10＝22.8mm，對第一級副簧首片上表面曲率半徑RA10a，即
(3)高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的第1次開始接觸載荷Pk1的驗算：
根據高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；主簧片數n＝2，主簧各片的厚度h1＝h2＝8mm，主簧首片的一半夾緊跨長度L1＝500mm，步驟(1)的中計算得到的RM0b＝1177.8mm，步驟(2)中計算得到的RA10a＝2472.5mm，對第1次開始接觸載荷Pk1進行驗算，即
式中，hMe為主簧根部重疊部分的等效厚度，
(4)高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的其他各次接觸載荷的驗算：
根據主簧夾緊剛度KM＝51.44N/mm，主簧與各級副簧的複合夾緊剛度KMA1＝75.67N/mm、KMA2＝138.29N/mm和KMA3＝181.93N/mm，步驟(3)中驗算得到的Pk1＝1912N，對高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的第2次和第3次接觸載荷，及第3次完全接觸載荷進行驗算，即
可知，各次接觸載荷的驗算值Pk1＝1912N，Pk2＝2813N、Pk3＝5141N和Pw3＝6763N，與各次開始接觸載荷的設計要求值相吻合。
根據主簧初始切線弧高設計值HgM0＝113.1mm，通過加載仿真所得到該高強度三級漸變剛度板簧在不同載荷下的主簧切線弧高HgMP隨載荷P的變化曲線，如圖4所示，其中，在額定載荷下的主簧剩餘切線弧高HgMsy＝26.1mm，滿足在額定載荷下的剩餘切線胡搞的設計要求。說明該等漸變偏頻高強度三級漸變剛度板簧的切線弧高設計值是準確可靠的，同時，表明所提供的高強度等偏頻三級漸變剛度板簧接觸載荷的驗算法是正確的，為高強度等偏頻三級漸變剛度板簧的仿真驗算提供了可靠的技術基礎。利用該方法可得到準確可靠的接觸載荷驗算值，確保接觸載荷滿足板簧設計要求，可提高產品的設計水平、質量和性能及車輛行駛平順性；同時，降低設計和試驗測試費用，加快產品開發速度。