[发明专利]高强度三级渐变刚度板簧的各级渐变间隙的设计方法

摘要

本发明涉及高强度三级渐变刚度板簧的各级渐变间隙的设计方法，属于车辆悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片板簧的结构参数，弹性模量，主簧夹紧刚度及主簧与各级副簧的复合夹紧刚度，额定载荷及额定载荷下剩余切线弧高要求值，对高强度三级渐变刚度板簧的各级主副簧间隙进行设计。通过样机试验可知，本发明所提供的高强度三级渐变刚度板簧的各级渐变间隙的设计方法是正确的，为高强度三级渐变刚度板簧设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法可提高产品设计水平、质量和性能，确保满足渐变载荷、渐变刚度、悬架偏频及额定载荷剩余切线弧高的设计要求，提高车辆行驶平顺性和安全性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

主权项

1.高强度三级渐变刚度板簧的各级渐变间隙的设计方法，其中，板簧采用高强度钢板，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；板簧由主簧和三级副簧构成，通过主簧和三级副簧的初始切线弧高及三级渐变间隙，确保满足板簧接触载荷、渐变刚度、悬架渐变偏频及车辆行驶平顺性的设计要求，即高强度三级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，主簧夹紧刚度及主簧与各级副簧的复合夹紧刚度，各次接触载荷，额定载荷及额定载荷下的剩余切线弧高，在主簧及各级副簧的初始切线弧高确定和初始曲面形状计算的基础上，对高强度三级渐变刚度板簧的各级渐变间隙进行设计，具体设计步骤如下：(1)高强度三级渐变刚度板簧的主簧及其与各级副簧的重叠部分等效厚度计算：根据主簧的片数n,主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧的片数n2,第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2；第三级副簧的片数n3，第三级副簧各片的厚度hA3l，l＝1,2,…,n3；对主簧重叠部分等效厚度hMe及主簧与第一级、第二级和第三级副簧的重叠部分等效厚度hMA1e、hMA2e和hMA3e分别进行计算，即(2)高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0的确定：根据主簧夹紧刚度KM，主簧与第一级副簧、第二级副簧和第三级副簧的复合夹紧刚度KMA1、KMA2和KMA3；第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，第3次开始接触载荷Pk3和第3次完全接触载荷Pw3；额定载荷PN及在额定载荷下的剩余切线弧高HgMsy，对高强度三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0进行确定，即(3)高强度三级渐变刚度板簧的第一级渐变间隙δMA1的设计：I步骤：主簧末片下表面初始曲率半径RM0b计算根据第主簧的片数n，主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；主簧首片的一半夹紧长度L1，步骤(2)中所确定的HgM0，对主簧末片下表面初始曲率半径RM0b进行计算，即II步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a计算根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，第1次开始接触载荷Pk1，步骤(1)中计算得到的hMe，及I步骤中计算得到的RM0b，对第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a进行计算，即III步骤：第一级副簧初始切线弧高HgA10的确定根据第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，II步骤中计算得到的RA10a，对第一级副簧的初始切线弧高HgA10进行确定，即IV步骤：主簧末片下表面在对应第一级副簧首片端点位置处的曲面高度HMb‑A1end计算根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，及步骤(2)中所确定的HgM0，对主簧末片下表面在对应第一级副簧端点位置处的曲面高度HMb‑A1end进行计算，即式中，G_Mx‑L1为主簧首片端点变形系数，G_Mx‑LA1end为主簧首片在对应第一级副簧端点位置处的变形系数，V步骤：第一级渐变间隙δMA1的设计根据IV步骤中计算得到的HMb‑A1end，及III步骤中所确定的HgA10，对高强度三级渐变刚度板簧的第一级渐变间隙δMA1进行设计，即δMA1＝HMb‑A1end‑HgA10；(4)高强度三级渐变刚度板簧的第二级渐变间隙δA12的设计：a步骤：第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b计算根据第一级副簧的片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1，步骤(3)中计算得到的RA10a，对第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b进行计算，即b步骤：第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a的计算根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，步骤(1)中计算得到的hMA1e，及a步骤中计算得到的RA10b，对第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a进行计算，即c步骤：第二级副簧初始切线弧高HgA20的确定根据第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21，b步骤中计算得到的RA20a，对第二级副簧初始切线弧高HgA20进行确定，即d步骤：第一级副簧末片下表面在对应第二级副簧首片端点位置处的曲面高度HA1b‑A2end计算根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21，及步骤(3)中所确定的HgA10，对第一级副簧末片下表面在对应第二级副簧首片端点位置处的曲面高度HA1b‑A2end进行计算，即式中，G_A1x‑LA1为第一级副簧首片的端点变形系数，G_A1x‑LA2end为第一级副簧首片在对应第二副簧端点位置处的变形系数，e步骤：第二级渐变间隙δA12的设计根据d步骤中计算得到的HA1b‑A2end，及c步骤中所确定的HgA20，对高强度三级渐变刚度板簧的第二级渐变间隙δA12进行设计，即δA12＝HA1b‑A2end‑HgA20；(5)高强度三级渐变刚度板簧的第三级渐变间隙δA23的设计：A步骤：第二级副簧末片下表面初始曲率半径RA20b计算根据第二级副簧的片数m2，第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,m2，步骤(4)中计算得到的RA20a，对第二级副簧末片下表面初始曲率半径RA20b进行计算，即B步骤：第三级副簧首片上表面初始曲率半径RA30a的计算根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，第2次开始接触载荷Pk2，第3次开始接触载荷Pk3，步骤(1)中计算得到的hMA2e，及A步骤中计算得到的RA20b，对第三级副簧首片上表面初始曲率半径RA30a进行计算，即C步骤：第三级副簧初始切线弧高HgA30的确定根据第三级副簧首片的一半夹紧长度LA31，B步骤中计算得到的RA30a，对第三级副簧初始切线弧高HgA30进行确定，即D步骤：第二级副簧末片下表面在对应第三级副簧首片端点位置处的曲面高度HA2b‑A3end计算根据高强度三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21，第三级副簧首片的一半夹紧长度LA31，及步骤(4)的c步骤中所确定的HgA20，对第二级副簧末片下表面在对应第三级副簧首片端点位置处的高度HA2b‑A3end进行计算，即 ；式中，G_A2x‑LA2为第二级副簧首片的端部变形系数，G_A2x‑LA3end为第二级副簧首片在对应第三级副簧首片端点位置处的变形系数，E步骤：第三级渐变间隙δA23的设计根据D步骤中计算得到的HA2b‑A3end，及C步骤中所确定的HgA30，对高强度三级渐变刚度板簧的第三级渐变间隙δA23进行设计，即δA23＝HA2b‑A3end‑HgA30。