根部平直式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法与流程

本发明涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是根部平直式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法。

背景技术：

多片叠加板簧是车辆悬架弹簧中应用非常广泛的零部件，其中，为了确保板簧夹紧刚度和可靠性及满足装配夹紧后的首片板簧初始切线弧高的要求，通过将各片板簧的骑马螺栓装配夹紧段墩平加工成平直段；为了满足首片板簧受力复杂的要求，通常首片板簧的厚度大于其他各片板簧的厚度，即根部平直式非等厚叠加板簧。为了提高板簧的使用寿命和可靠性，通过各自不同自由切线弧高的各片板簧，确保装配预夹紧之后的首片板簧的初始切线弧高满足设计要求；同时，使首片板簧或前几片板簧产生一定的预夹紧压应力，从而提高板簧可靠性和使用寿命。其中，各片板簧的自由切线弧高，不仅影响装配夹紧之后的首片板簧的初始切线弧高和各片板簧的预夹紧应力，同时，还影响板簧的可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性。然而，据所查资料可知，因受自由切线弧高与初始切线弧高及预夹紧应力之间关系的制约，先前一直未曾给出准确可靠的根部平直式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法，不能满足车辆快速发展及对悬架板簧现代化CAD设计的要求。随着车辆行驶速度及其对平顺性和安全性要求的不断提高，对多片非等厚叠加板簧提出了更高的要求，因此，必须建立一种准确、可靠的根部平直式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性和安全性及对多片不等厚叠加板簧的设计要求，确保装配预夹紧之后的各片板簧预夹紧应力及首片板簧的初始切线弧高满足设计要求，提高产品设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性的设计要求；同时，降低产品的设计及试验费用，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、可靠的根部平直式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法，其设计流程图，如图1所示。各片非等厚板簧以中心穿装孔对称的结构，其一半对称夹紧结构示意图如图2所示。板簧的根部平直段用于骑马螺栓装配夹紧，各片板簧的厚度不相等，首片板簧的厚度大于其他各片板簧的厚度，以满足首片板簧受力复杂的要求，即根部平直式非等厚叠加板簧。板簧片数为n，板簧的宽度为b，根部平直段的一半长度为L0，弹性模量为E。各片板簧的厚度为hi，各片板簧的一半作用长度为LiT。通过各片板簧的各自不同自由切线弧高及曲率半径，确保装配预夹紧后的首片板簧初始切线弧高满足和各片板簧预夹紧应力满足设计要求。各片板簧的自由切线弧高为Hgi0，装配夹紧之后的首片板簧的初始切线弧高为HgC1，各片板簧的预夹紧应力为σi，i＝1,2,…,n。根据板簧片数，各片板簧的结构参数，弹性模量，装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高和各片板簧的预夹紧应力的设计要求值，对根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由切线弧高进行设计。

为解决上述技术问题，本发明所提供的根部平直式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：

(1)根部平直式非等厚叠加板簧的首片板簧初始曲率半径RC1的计算：

根据首片板簧的一半作用长度L1T，根部平直段的一半长度L0，装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高的设计值HgC1，对根部平直式非等厚叠加板簧装配夹紧后的首片板簧的初始曲率半径RC1进行计算，即

(2)根部平直式非等厚叠加板簧的其他各片板簧初始曲率半径RCi的计算：

根据板簧片数n，前n-1片板簧厚度hi，步骤(1)中计算得到的RC1，对根部平直式非等厚叠加板簧装配夹紧后除首片板簧之外的其他各片板簧的初始曲率半径RCi进行计算，i＝2,3,…,n，即

RCi＝RC1+(h1+...+hi-1)，i＝2,3,…,n；

(3)根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧自由曲率半径Ri0的计算：

根据板簧片数n，弹性模量E，各片板簧的厚度hi，各片板簧的预夹紧应力的设计要求值σi，步骤(1)和步骤(2)中计算得到的RCi，对根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由曲率半径Ri0进行计算，i＝1,2,…,n，即

(4)根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧自由切线弧高Hgi0的设计：

根据各片板簧的一半作用长度LiT，根部平直段的一半长度L0，步骤(3)中计算得到的Ri0，对根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由切线弧高Hgi0进行设计，i＝1,2,…,n，即

本发明比现有技术具有的优点

因受自由切线弧高与初始切线弧高及预夹紧应力之间关系的制约，先前一直未曾给出准确可靠的多片等厚叠加板簧各片自由切线弧高的设计方法，不能满足车辆快速发展及对悬架板簧现代化CAD设计的要求。本发明可据板簧片数，各片板簧的结构参数，弹性模量，装配夹紧之后的首片板簧的初始切线弧高和各片板簧的预夹紧应力设计要求值，对根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由切线弧高进行设计。通过样机试验测试可知，本发明所提供的根部平直式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法是正确的，可得到准确可靠的各片板簧自由切线弧高的设计值，为根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧自由切线弧高的设计提供了可靠的技术方法。利用该方法可确保各片板簧的预夹紧应力和首片板簧的初始切线弧高满足设计要求，提高产品的设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，降低产品的设计及试验费用，加快产品开发速度。

附图说明

为了更好地理解本发明，下面结合附图做进一步的说明。

图1是非根部平直式等厚叠加板簧各片自由切线弧高的设计方法流程图；

图2是非根部平直式等厚叠加板簧的一半对称装配夹紧结构示意图。

具体实施方案

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一：某根部平直式非等厚叠加板簧的宽度b＝60mm，根部平直段的一半长度L0＝50mm，弹性模量E＝200GPa。板簧片数n＝5，各片板簧的厚度为h1＝9mm，h2＝8mm，h3＝8mm，h4＝10mm，h5＝10mm；各片板簧的一半作用长度为L1T＝575mm，L2T＝525mm，L3T＝475mm，L4T＝425mm，L5T＝375mm。各片板簧的预夹紧应力的设计要求值为σ1＝-22.12MPa，σ2＝-14.0MPa，σ3＝0MPa，σ4＝8.96MPa，σ5＝17.92MPa。板簧在装配夹紧之后的首片板簧的初始切线弧高的设计要求值HgC1＝100mm。根据板簧片数，各片板簧的结构参数，弹性模量，及装配夹紧之后的首片板簧的初始切线弧高和各片板簧的预夹紧应力设计要求值，对该根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由切线弧高Hgi0进行设计。

本发明实例所提供的根部平直式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法，其设计流程如图1所示，具体设计步骤如下：

(1)根部平直式非等厚叠加板簧的首片板簧初始曲率半径RC1的计算：

根据首片板簧的一半作用长度L1T＝575mm，根部平直段的一半长度L0＝50mm，装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高的设计要求值HgC1＝100mm，对该根部平直式非等厚叠加板簧装配夹紧后的首片板簧的初始曲率半径RC1进行计算，即

(2)根部平直式非等厚叠加板簧的其他各片板簧的初始曲率半径RCi的计算：

根据板簧片数n＝5，前4片板簧的厚度h1＝9mm，h2＝8mm，h3＝8mm，h4＝10mm，步骤(1)中计算得到的RC1＝1378.1mm，对该根部平直式非等厚叠加板簧装配夹紧后除首片板簧之外的其他各片板簧的初始曲率半径RCi进行计算，i＝2,3,…n，即

RC2＝RC1+h1＝1387.1mm，

RC3＝RC1+h1+h2＝1395.1mm，

RC4＝RC1+h1+h2+h3＝1403.1mm，

RC5＝RC1+h1+h2+h3+h4＝1413.1mm。

(3)根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧自由曲率半径Ri0的计算：

根据板簧片数n＝5，各片板簧的厚度h1＝9mm，h2＝8mm，h3＝8mm，h4＝10mm，h5＝10mm；各片板簧的预夹紧应力的设计要求值σ1＝-22.12MPa，σ2＝-14.0MPa，σ3＝0MPa，σ4＝8.96MPa，σ5＝17.92MPa，步骤(1)和步骤(2)中计算得到的RC1＝1378.1mm,RC2＝1387.1mm，RC3＝1395.1mm，RC4＝1403.1mm，RC5＝1413.1mm，对该根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由曲率半径Ri0进行计算，i＝1,2,…n，即

(4)根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧自由切线弧高Hgi0的设计：

根据板簧片数n＝5，各片板簧的一半作用长度为L1T＝575mm，L2T＝525mm，L3T＝475mm，L4T＝425mm，L5T＝375mm，步骤(3)中计算得到的R10＝1426.4mm，R20＝1421.6mm，R30＝1395.1mm，R40＝1385.7mm，R50＝1378.2mm，对该根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由切线弧高Hgi0进行设计，i＝1,2,…n，即

通过样机试验测试可知，本表明本发明所提供的根部平直式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法是正确的，可得到准确可靠的各片板簧的自由切线弧高的设计值。

实施例二：某根部平直式非等厚叠加板簧的宽度b＝60mm，根部平直段的一半长度L0＝50mm，弹性模量E＝200GPa；板簧片数n＝4，各片板簧的厚度为h1＝10mm，h2＝9mm，h3＝9mm，h4＝9mm；各片板簧的一半作用长度为L1T＝575mm，L2T＝525mm，L3T＝475mm，L4T＝425mm，L5T＝375mm。装配夹紧后的初首片板簧初始切线弧高的设计要求值HgC1＝100mm，各片板簧的预夹紧应力的设计要求值为σ1＝-44.20MPa，σ2＝-18.19Mpa，σ3＝18.19Mpa，σ4＝54.56MPa。根据板簧片数，各片板簧的结构参数，弹性模量，装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高和各片板簧的预夹紧应力的设计要求值，对该根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由切线弧高Hgi0进行设计。

采用与实施例一相同的设计方法和步骤，对该根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧自由切线弧高进行设计，具体设计步骤如下：

(1)根部平直式非等厚叠加板簧的首片板簧初始曲率半径RC1的计算：

根据首片板簧的一半作用长度L1T＝575mm，根部平直段的一半长度L0＝50mm，装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高设计要求值HgC1＝100mm，对该根部平直式非等厚叠加板簧装配夹紧后的首片板簧的初始曲率半径RC1进行计算，即

(2)根部平直式非等厚叠加板簧的其他各片板簧初始曲率半径RCi的计算：

根据板簧片数n＝4，前3片板簧的厚度h1＝10mm，h2＝9mm，h3＝9mm，步骤(1)中计算得到的RC1＝1378.1mm，对该根部平直式非等厚叠加板簧装配夹紧后除首片板簧之外的其他各片板簧的初始曲率半径RCi进行计算，i＝2,3,…n，即

RC2＝RC1+h1＝1388.1mm，

RC3＝RC1+h1+h2＝1397.1mm，

RC4＝RC1+h1+h2+h3＝1406.1mm。

(3)根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧自由曲率半径Ri0的计算：

根据板簧片数n＝4，各片板簧的厚度为h1＝10mm，h2＝9mm，h3＝9mm，h4＝9mm；各片板簧的预夹紧应力的设计要求值σ1＝-44.20MPa，σ2＝-18.19Mpa，σ3＝18.19Mpa，σ4＝54.56MPa，步骤(1)和步骤(2)中计算得到的RC1＝1378.1mm,RC2＝1388.1mm，RC3＝1397.1mm，RC4＝1406.1mm，对该根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由曲率半径Ri0进行计算，i＝1,2,…,n，即

(4)根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧自由切线弧高Hgi0的设计：

根据板簧片数n＝4，各片板簧的一半作用长度为L1T＝575mm，L2T＝525mm，L3T＝475mm，L4T＝425mm，L5T＝375mm，步骤(3)中计算得到的R10＝1467.5mm，R20＝1428.2mm，R30＝1358.8mm，R40＝1295.7mm，对该根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由切线弧高Hgi0进行设计，即

通过样机试验测试可知，本发明所提供的根部平直式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法是正确的，可得到准确可靠的各片板簧自由切线弧高的设计值，为根部平直式非等厚叠加板簧的各片板簧自由切线弧高的设计提供了可靠的技术方法。利用该方法可确保各片板簧的预夹紧应力和首片板簧的初始切线弧高满足设计要求，提高产品的设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，降低产品的设计及试验费用，加快产品开发速度。