[发明专利]两级主簧式非偏频式渐变刚度板簧刚度特性的仿真计算法

摘要

本发明涉及两级主簧式非偏频式渐变刚度板簧刚度特性的仿真计算法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片第一级和第二级主簧及副簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，初始切线弧高，在各次接触载荷、夹紧刚度和渐变刚度的仿真计算的基础上，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度进行仿真计算。通过样机加载挠度及刚度试验可知，本发明所提供的两级主簧式非偏频式渐变刚度板簧刚度特性的仿真计算法是正确的，可得到准确、可靠的在不同载荷下的夹紧刚度仿真验算值，为夹紧刚度特性仿真计算提供了可靠的技术方法。利用该方法可提高产品设计水平、可靠性及车辆行驶平顺性；同时，降低设计及试验费，加快开发速度。

主权项

两级主簧式非偏频式渐变刚度板簧刚度特性的仿真计算法，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；将原一级渐变刚度板簧的主簧拆分设计为两级主簧，通过两级主簧和副簧的初始切线弧高及两级渐变间隙，提高半载情况下的车辆行驶平顺性；同时，为了确保满足第一级主簧应力强度设计要求，第二级主簧和副簧适当提前承担载荷，悬架在渐变载荷下的偏频不相等，即两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，初始切线弧高，在各次接触载荷、夹紧刚度和渐变刚度的仿真计算的基础上，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的不同片数重叠段的等效厚度进行计算：根据第一级主簧片数n1,第一级主簧各片的厚度h1i，i＝1,2,…,n1；第二级主簧片数n2，第二级主簧各片的厚度h2j，j＝1,2,…,n2；副簧片数m，副簧各片的厚度hAk，k＝1,2,…,m；第一级与第二级主簧的片数之和n＝n1+n2，主副簧的总片数N＝n1+n2+m，对两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的不同片数l重叠段的等效厚度hle进行计算，l＝1,2,…,N,即hle=Σi=1lh1i33,1≤l≤n1Σi=1n1h1i3+Σj=1l-n1h2j33,1+n1≤l≤nΣi=1n1h1i3+Σj=1n2h2j3+Σk=1l-nhAk33,1+n≤l≤N;]]>其中，第一级主簧的根部重叠部分的等效厚度第一级主簧与第二级主簧的根部重叠部分的等效厚度hM2e＝hne，主副簧的根部重叠部分的总等效厚度hMAe＝hNe；(2)两级主簧式非等偏频渐变刚度板簧的各级板簧初始曲率半径的计算：I步骤：第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM10b计算根据第一级主簧片数n1，第一级主簧各片的厚度h1i，i＝1,2,…,n1；第一级主簧首片的一半夹紧长度L11，第一级主簧的初始切线弧高HgM10，对第一级主簧末片下表面初始曲率半径RM10b进行计算，即RM10b=L112+HgM1022HgM10+Σi=1n1h1i;]]>II步骤：第二级主簧首片上表面初始曲率半径RM20a计算根据第二级主簧首片的一半夹紧长度L21，第二级主簧的初始切线弧高HgM20，对第二级主簧末片上表面初始曲率半径RM20a进行计算，即RM20a=L212+HgM2022HgM20;]]>III步骤：第二级主簧末片下表面初始曲率半径RM20b计算根据第二级主簧片数n2，第二级主簧各片的厚度h2j，j＝1,2,…,n2；II步骤中计算得到的RM20a，对第二级主簧末片下表面初始曲率半径RM20b进行计算，即RM20b=RM20a+Σj=1n2h2j;]]>IV步骤：副簧首片上表面初始曲率半径RA0a计算根据副簧首片的一半夹紧长度LA1，副簧的初始切线弧高HgA0，对副簧末片上表面初始曲率半径RA0a进行计算，即RA0a=LA12+HgA022HgA0;]]>(3)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各次接触载荷Pk1、Pk2、Pw2的仿真计算：A步骤：第1次开始接触载荷Pk1的仿真计算根据两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；第一级主簧片数n1，第一级主簧各片的厚度h1i，i＝1,2,…,n1，第一级主簧首片的一半夹紧跨长度L11，步骤(1)中计算得到的hM1e，步骤(2)中计算得到的RM10b和RM20a，对第1次开始接触载荷Pk1进行仿真计算，即Pk1=EbhM1e3(RM20a-RM10b)6L11RM20bRM10a;]]>B步骤：第2次开始接触载荷Pk2的仿真计算根据两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；第一级主簧首片的一半夹紧跨长度L11；第二级主簧片数n2，第二级主簧各片的厚度h2j，j＝1,2,…,n2；步骤(1)中计算得到的hM2e，步骤(2)中计算得到的RM20b和RA0a，及A步骤中仿真计算得到的Pk1，对第2次开始接触载荷Pk2进行仿真计算，即Pk2=Pk1+EbhM2e3(RA0a-RM20b)6L11RM20bRA0a;]]>C步骤：第2次完全接触载荷Pw2的仿真计算根据A步骤中仿真计算得到的Pk1，B步骤中仿真计算得到的Pk2，对第2次完全接触载荷Pw2进行验算，即Pw2=Pk22Pk1;]]>(4)两级主簧的渐变刚度板簧的各级夹紧刚度的仿真计算：a步骤：第一级主簧夹紧刚度KM1的仿真计算：根据两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；第一级主簧片数n1,第一级主簧各片主簧的一半夹紧长度L1i＝Li，i＝1,2,…,n1，及步骤(1)中计算得到的hle，l＝i＝1,2,…,n1，对第一级主簧夹紧刚度KM1进行仿真计算，即KM1=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σl=2n1-1(L1-Ll+1)3-(L1-Ll)3hle3+L13-(L1-Ln1)3hn1e3]]]>b步骤：第一级主簧与第二级主簧的复合夹紧刚度KM2的仿真计算：根据两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；第一级主簧片数n1，第一级主簧各片的一半夹紧长度L1i＝Li，i＝1,2,…,n1；第二级主簧片数n2,第二级主簧各片的一半夹紧长度L2j＝Ln1+j，j＝1,2,…,n2；第一级主簧和第二主簧的总片数n＝n1+n2，及步骤(1)中计算得到的hle，l＝1,2,…,n，对第一级主簧与第二级主簧的复合夹紧刚度KM2进行仿真计算，即KM2=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σl=2n-1(L1-Ll+1)3-(L1-Ll)3hle3+L13-(L1-Ln)3hne3];]]>c步骤：主副簧总复合夹紧刚度KMA的仿真计算：根据两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；第一级主簧的片数n1，第一级主簧各片的一半夹紧长度L1i＝Li，i＝1,2,…,n1；第二级主簧的片数n2，第二级主簧各片的一半夹紧长度L2j＝Ln1+j，j＝1,2,…,n2；副簧片数m；副簧各片的一半夹紧长度分别为LA1＝Ln+k，k＝1,2,…,m，主副簧的总片数N＝n1+n2+m；及步骤(1)中计算得到的hle，l＝1,2,…,N，对主副簧的总夹紧复合刚度KMA进行仿真计算，即，即KMA=bE2[(L1-L2)3h1e3+Σl=2N-1(L1-Ll+1)3-(L1-Ll)3hle3+L13-(L1-LN)3hNe3];]]>(5)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的渐变夹紧刚度的仿真计算：i步骤：第一级渐变夹紧刚度KkwP1的仿真计算根据步骤(3)中仿真计算得到的Pk1和Pk2，步骤(4)中仿真计算得到的KM1和KM2；对载荷P在[Pk1,Pk2]范围内的第一级渐变夹紧刚度KkwP1进行仿真计算，即KkwP1=PPk1KM1+P-Pk1Pk2-Pk1(KM2-Pk2Pk1KM1),P∈[Pk1,Pk2];]]>ii步骤：第二级渐变夹紧刚度KkwP2的仿真计算根据步骤(3)中仿真计算得到的Pk2和Pw2，步骤(4)中仿真计算得到的KM2和KMA；对载荷P在[Pk2,Pw2]范围内的第二级渐变夹紧刚度KkwP2进行仿真计算，即KkwP2=PPk2KM2+P-Pk2Pw2-Pk2(KMA-Pw2Pk2KM2),P∈[Pk2,Pw2];]]>(6)两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧的夹紧刚度特性的仿真计算：根据步骤(3)中仿真计算得到的Pk1、Pk2和Pw2；步骤(4)中仿真计算得到的KM1、KM2和KMA，及步骤(5)骤中仿真计算得到的KkwP1和KkwP2，对两级主簧式非等偏频型渐变刚度板簧在不同载荷下的夹紧刚度特性进行仿真计算，即K=KM1,0≤P<Pk1PPk1KM1+P-Pk1Pk2-Pk1(KM2-Pk2Pk1KM1),Pk1≤P<Pk2PPk2KM2+P-Pk2Pk2-Pk1(KMA-Pk2Pk2KM2),Pk2≤P<Pw2KMA,Pw2≤P.]]>