[发明专利]高强度两级渐变刚度板簧的主簧各片下料长度的设计方法

摘要

本发明涉及高强度两级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法，属于车辆悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据高强度两级渐变刚度板簧的各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量、额定载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高设计要求值，通过初始曲面形状计算及微元曲面长度叠加计算，对高强度两级渐变刚度板簧的各片主簧下料长度进行设计。通过样机下料加工试验测试可知，本发明所提供的高强度二级渐变刚度板簧的主簧各片下料长度的设计方法是正确的，为高强度两级渐变刚度板簧主簧下料长度设计提供了可靠设计技术。利用该方法可得到准确可靠的各片主簧下料长度设计值，节省材料，提高生产效率；同时，还可降低设计和试验费用，加快产品开发速度。

主权项

1.高强度两级渐变刚度板簧的主簧各片下料长度的设计方法，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；板簧由主簧和两级副簧构成，通过主簧和两级副簧的初始切线弧高及两级渐变间隙，确保板簧满足接触载荷、渐变刚度和悬架在渐变载荷下的偏频保持不变的要求，即等渐变偏频型高强度两级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数、弹性模量、额定载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高设计要求值，在主簧初始切线弧高确定和初始曲面形状计算的基础上，通过曲面微元及叠加计算，对高强度两级渐变刚度板簧的主簧各片下料长度进行设计，具体设计步骤如下：(1)高强度两级渐变刚度板簧的各不同片数重叠段的等效厚度h_le的计算：根据主簧的片数n,主簧各片的厚度h_i，i＝1,2,...,n；第一级副簧的片数m₁，第一级副簧各片的厚度h_A1j,j＝1,2,...,m₁；第二级副簧的片数m₂,第二级副簧各片的厚度h_A2k，k＝1,2,...,m₂；主簧与第一级副簧的片数之和N₁＝n+m₁，主副簧的总片数N＝n+m₁+m₂，对高强度两级渐变刚度板簧的各不同片数l重叠段的等效厚度h_le进行计算，l＝1,2,...,N，即(2)高强度两级渐变刚度板簧主簧夹紧刚度K_M及其与各级副簧复合夹紧刚度的计算：I步骤：主簧夹紧刚度K_M的计算根据高强度两级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n，主簧各片的一半夹紧长度L_i，及步骤(1)中计算得到的h_le，l＝i＝1,2,…,n，对主簧夹紧刚度K_M进行计算，即II步骤：主簧与第一级副簧复合夹紧刚度K_MA1的计算根据高强度两级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n，主簧各片的一半夹紧长度L_i；第一级副簧的片数m₁，第一级副簧各片的一半夹紧长度L_A1j＝L_n+j，主簧与第一级副簧的片数之和N₁＝n+m₁，及步骤(1)中计算得到的h_le，l＝1,2,…,N₁，对主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度K_MA1进行计算，即III步骤：主副簧复合夹紧刚度K_MA2的计算根据高强度两级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n，主簧各片的一半夹紧长度L_i，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数m₁第一级副簧各片的一半夹紧长度L_A1j，j＝1,2,…,m₁；第二级副簧片数m₂，第二级副簧各片的一半夹紧长度分别为L_A2k＝L_N1+k，k＝1,2,…,m₂；主副簧的总片数N＝n+m₁+m₂，及步骤(1)中计算得到的h_le，l＝1,2,…,N，对主副簧的总复合夹紧刚度K_MA2进行计算，即(3)高强度两级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高H_gM0的确定：根据第1次开始接触载荷P_k1，第2次开始接触载荷P_k2，第2次完全接触载荷P_w2，额定载荷P_N，在额定载荷下的主簧剩余切线弧高H_gMsy，步骤(2)中分别计算得到的K_M，K_MA1和K_MA2，对高强度两级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高H_gM0进行确定，即(4)高强度两级渐变刚度板簧的首片主簧下料长度L_1C的设计：A步骤：首片主簧的等效端点力F_1e的计算根据高强度两级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的厚度h₁，首片主簧的一半夹紧长度L₁，步骤(3)中所确定的主簧初始切线弧高H_gM0，对首片主簧的等效端点力F_1e进行计算，即B步骤：首片主簧在任意位置处的变形系数G_Mx的计算根据高强度两级渐变刚度板簧的宽度b，骑马螺栓夹紧距的一半L₀，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧长度L₁，以距离板簧对称中心L₀/2的位置为坐标原点，对首片主簧在任意位置x处的变形系数G_Mx进行计算，即C步骤：首片主簧初始曲面形状f_Mx的计算，根据首片主簧的厚度h₁，首片主簧的一半夹紧长度L₁，A步骤中计算得到的F_1e，B步骤中计算得到的G_Mx，对首片主簧的初始曲面形状f_Mx进行计算，即D步骤：首片主簧的下料长度L_1C设计根据首片主簧的一半夹紧长度L₁，骑马螺栓夹紧距的一半L₀，首片主簧两端吊耳的中径d_e，以ΔL为曲面微元的长度，在0～L₁范围内划分为N_c＝L₁/ΔL个曲面微元，依据C步骤计算得到的首片主簧初始曲面形状曲线f_Mx及在任意位置x_j处的曲面高度f_Mxj，0≤x_j≤L₁，j＝1,2,…,N_c+1，利用叠加原理对首片主簧的下料长度L_1C进行设计，即(5)高强度两级渐变刚度板簧的其他主簧各片下料长度的设计：根据主簧的片数n，首片主簧的一半跨度L_1T，首片主簧两端吊耳的中径d_e，其他n‑1片主簧的一半跨度L_iT，及其他各片主簧与首片主簧的一半跨度之差ΔL_1i＝L_1T‑L_iT，i＝2,3,..,n，步骤(4)中设计得到的L_1C，对其他主簧各片的下料长度进行设计，即L_iC＝L_1C‑2πd_e‑2ΔL_1i，i＝2,3,..,n。