非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法与流程

本发明涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法。

背景技术：
少片变截面钢板弹簧因具有重量轻、片间摩擦小、噪声小等优点，被广泛应用在车辆钢板弹簧悬架系统中。为了满足加工工艺、应力强度、刚度及吊耳厚度的设计要求，在实际工程应用过程中，通常将少片变截面钢板弹簧设计为非端部接触式少片端部加强型主副簧形式。当载荷大于副簧起作用载荷主副簧接触之后，各片主簧和副簧的端点力的分析计算，制约着主副簧的设计计算、刚度及强度校核。然而，由于非端部接触式少片端部加强型主副簧的主簧端部平直段非等构，副簧长度小于主簧长度，主副簧接触之后，各片主簧和副簧的变形及内力存有耦合，端点力的计算非常复杂。据所查阅资料可知，目前国、内外一直未曾给出可靠的非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法，不能满足非端部接触式少片变截面端部加强型主副簧的设计、刚度及强度校核的要求。因此，必须建立一种准确、可靠的非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法，满足非端部接触式少片端部加强型变截面钢板弹簧解析设计及强度校核的要求，提高少片变截面钢板弹簧的设计水平、质量、性能和可靠性及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。

技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种简便、可靠的非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法，确定流程图，如图1所示。非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧为对称结构，主副簧的一半对称结构可看作为悬臂梁，即对称中心线为根部固定端，主簧的端部受力点和副簧的触点分别作为主簧端点和副簧端点，非端部接触式少片端部加强型主副簧的一半对称结构示意图，如图2所示，其中，包括：主簧1，根部垫片2，副簧3，端部垫片4；主簧1的各片根部平直段之间、副簧3的各片根部平直段之间、及主簧1与副簧3之间均设有根部垫片2，主簧1各片的端部平直段设有端部垫片4，端部垫片4的材料为碳纤维复合材料，用来降低弹簧工作时所产的摩擦噪声。其中，各片主簧的一半长度为LM，是由根部平直段、抛物线段、斜线段、端部平直段四段构成；斜线段对变截面端部起加强作用；每片主簧根部平直段的厚度为h2M，每片主簧安装间距的一半长度为l3，每片主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离为l2M＝LM-l3，各片主簧抛物线段的端部厚度为h1Mpi，即各片主簧抛物线段的厚度比βi＝h1Mpi/h2M，i＝1,2,…,m，m为主簧片数，各片主簧抛物线段的端部到主簧端点的距离l1Mpi＝l2Mβi2；主簧1每片斜线段的长度为Δl，各片主簧的端部平直段非等构，即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片的厚度和长度，各片主簧端部平直段的厚度和长度分别为h1Mi和l1Mi＝l1Mpi-Δl；各片主簧斜线段的厚度比γMi＝h1Mi/h1Mpi；各片副簧的一半长度为LA，是由根部平直段、抛物线段、斜线段、端部平直段四段构成；副簧触点到主簧端点的水平距离为l0，各片副簧的根部平直段的厚度为h2A，安装间距的一半长度为l3，各片副簧的抛物线段的根部到副簧端点的距离为l2A＝LA-l3，抛物线段的端部厚度为h1Apj，即各片副簧抛物线段的厚度比βAj＝h1Apj/h2A，j＝1,2,…,n，n为副簧片数，各片副簧抛物线段的端部到副簧端点的距离l1Apj＝l2AβAj2；副簧斜线段的长度为Δl，各片副簧端部平直段的厚度和长度分别为h1Aj和l1Aj＝l1Apj-Δl；各片副簧斜线段的厚度比γAj＝h1Aj/h1Apj。副簧触点与主簧抛物线段之间设有主副簧间隙δ；当载荷大于副簧起作用载荷时，副簧与主簧抛物线段内某点相接触；当主副簧端部接触之后，各片主簧和副簧的端点力不相同，且与副簧相接触的主簧除了受端点力之外，还在接触点处承受副簧的支撑力。在各片主簧和副簧的结构参数、主副簧间隙、弹性模量、及主副簧所承受载荷给定情况下，对非端部接触式少片端部加强型主副簧的各片主簧和副簧的端点力进行确定。为解决上述技术问题，本发明所提供的非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法，其特征在于采用以下步骤：(1)端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-Ei计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；主簧的一半长度LM，安主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第i片主簧抛物线段的厚度比βi，第i片主簧斜线段的厚度比γMi，第i片主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpi，第i片主簧斜线段的端部到主簧端点的距离l1Mi，i＝1,2,…,m；对端点受力情况下的各片主簧的端点变形系数Gx-Ei进行计算，即(2)端点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BC计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，主簧片数m，对端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BC进行计算，即(3)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-Epm计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，主簧片数m，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧的端点变形系数Gx-Epm进行计算，即(4)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BCp计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M；副簧触点与主簧端点的水平距离l0，主簧片数m，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx-BCp进行计算，即(5)端点受力情况下的各片端部加强型变截面副簧的端点变形系数Gx-EAj及n片叠加副簧的总端点变形系数Gx-EAT计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度Δl，弹性模量E；副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离l2A，副簧片数n，其中，第j片副簧抛物线段的厚度比βAj，第j片副簧斜线段的厚度比γAj，第j片副簧的斜线段的根部到副簧端点的距离l1Apj，第j片副簧的斜线段的端部到副簧端点的距离l1Aj，j＝1,2,…,n；对端点受力情况下的各片副簧的端点变形系数Gx-EAj进行计算，即根据副簧片数n，各片副簧的端点变形系数Gx-EAj，对n片叠加副簧的总端点变形系数Gx-EAT计算进行，即(6)非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的各片主簧和副簧的一半刚度计算：I步骤：主副簧接触之前的各片主簧的一半刚度KMi计算：根据主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，及步骤(1)中计算得到的Gx-Ei，可对副簧接触之前的各片主簧一半的刚度KMi进行计算，即II步骤：主副簧接触之后的各片主簧的一半刚度KMAi计算：根据主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，各片副簧的根部平直段的厚度h2A，步骤(1)中计算得到的Gx-Ei，步骤(2)中计算得到的Gx-BC，步骤(3)中计算得到的Gx-Epm，步骤(4)中计算得到的Gx-BCp，及步骤(5)中计算得到的Gx-EAT，可对主副簧接触之后的各片主簧的一半刚度KMAi进行计算，即III步骤：各片副簧的一半刚度KAj计算：根据副簧片数n，各片副簧的根部平直段的厚度h2A，及步骤(5)中计算得到的Gx-EAj，对各片副簧一半的刚度KAj进行计算，即(7)非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的各片主簧和副簧的端点力确定：i步骤：副簧起作用载荷PK的计算：根据主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，I步骤中计算得到的KMi，步骤(2)中计算得到的Gx-BC，及接触点处的主副簧间隙δ，对副簧起作用载荷PK进行计算，即式中，KMm为主副簧接触之前的第m片主簧的一半刚度；ii步骤：各片主簧端点力Pi的确定：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧所受载荷的一半即单端点载荷P，i步骤中计算得到的PK，I步骤中计算得到的KMi，及II步骤中计算所得到的KMAi，主簧片数m，对各片主簧的端点力Pi进行确定，即其中，当P≤PK/2时，Pi为主副簧未接触，即仅主簧起作用情况下的各片主簧的端点力；当P>PK/2时，Pi为主副簧接触，即主副簧共同起作用情况下的各片主簧的端点力；iii步骤：各片副簧端点力PAj的计算：根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧所受载荷的一半即单端点载荷P，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，副簧片数n，各片副簧的根部平直段的厚度h2A，i步骤中计算得到的PK，步骤(2)中计算得到的Gx-BC，步骤(4)中计算得到的Gx-BCp，步骤(5)中计算得到的Gx-EAT，II步骤中计算所得到的KMAi，及III步骤中计算得到的KAj，当P>PK/2时对各片副簧的端点力PAj进行计算，即本发明比现有技术具有的优点由于非端部接触式少片端部加强型主副簧的主簧端部平直段非等构，副簧长度小于主簧长度，主副簧接触之后，各片主簧和副簧的变形及内力存有耦合，端点力的计算非常复杂。目前国、内外一直未曾给出可靠的非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的确定方法。本发明可根据非端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的各片主簧和副簧的结构尺寸、弹性模量、主副簧间隙及主副簧所受载荷，对非端部接触式少片端部加强型主副簧的各片主簧和副簧的端点力进行精确计算和确定。通过实例及ANSYS仿真验证可知，该方法可得到准确、可靠的非端部接触式少片端部加强型主副簧的各片主簧和副簧的端点力值，为非端部接触式少片端部加强型主副簧端点力的计算提供了可靠的计算方法，并且为少片变截面端部加强型主副簧的设计、刚度和强度校核奠定了可靠的技术基础。利用该方法，可提高车辆悬架少片变截面主副钢板弹簧的设计水平、产品质量和性能及可靠性，降低悬架弹簧质量和成本，提高车辆的运输效率和行驶平顺性及安全性；同时，还降低设计及试验费用，加快产品开发速度。...