多级渐变钢度钢板弹簧、车辆及多级渐变钢度钢板弹簧设计制造的方法与流程

本发明涉及汽车设备加工技术领域，具体而言，涉及一种多级渐变钢度钢板弹簧、车辆及多级渐变钢度钢板弹簧设计制造的方法。

背景技术：

现有技术中，由于发动机悬置通常为橡胶件，刚度一致性较差，导致部份车辆在空载和满载状态下均出现行驶抖动。由于通常渐变刚度钢板弹簧为两级，无法同时解决车辆空载和满载抖动。为满足客户需求，解决空、满载行驶抖动问题，设计三级渐变刚度钢板弹簧。由于目前渐变刚度钢板弹簧设计计算时，采用平均载荷近似计算主、副簧接触过程中的弧高、变形、偏频等参数，不考虑主、副钢板弹簧接触过程刚度逐渐变化的实际情况，因而与实际差异较大。特别是采用此种方法计算三级渐变刚度钢板弹簧时，由于变刚度范围、变化值均显著增大，过程更复杂，采用平均载荷近似计算方法与实际结果差异过大，无法满足车辆悬架设计要求。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种多级渐变钢度钢板弹簧、车辆及多级渐变钢度钢板弹簧设计制造的方法，以解决现有技术中采用平均载荷近似计算方法设计多级渐变钢度钢板弹簧存在结果差异大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种多级渐变钢度钢板弹簧制造的方法，方法包括以下步骤：向多级渐变钢度钢板弹簧的施加预设载荷，将多级渐变钢度钢板弹簧的主簧与一级副簧在接触过程中的长度等分为多个第一区间；根据预设载荷确定各第一区间的主簧与一级副簧的第一接触位置；根据第一接触位置确定一级副簧的各一级板簧的有效长度和厚度。

进一步地，方法还包括以下步骤：向多级渐变钢度钢板弹簧的施加预设载荷，将多级渐变钢度钢板弹簧的一级副簧和二级副簧在接触的过程中的长度等分为多个第二区间；根据预设载荷确定各第二区间的一级副簧与二级副簧的第二接触位置；根据第二接触位置确定二级副簧的各二级板簧的有效长度和厚度，根据二级板簧的有效长度和厚度确定多级渐变钢度钢板弹簧的弧高、挠度、刚度、应力和偏频中的至少一个。

进一步地，主簧与一级副簧开始接触时的载荷为p0，主簧与一级副簧完全接触时的载荷为p1，其中，e为主簧的抗弯模量；im为主簧的转动惯量；l为主簧的长度值的一半；rm为主簧的曲率半径；ra为一级副簧的曲率半径；la为一级副簧的长度值的一半。

进一步地，第一区间为m个，各第一区间的接触载荷为δp，其中，δp＝(p1-p0)/m。

进一步地，主簧与一级副簧在第i个第一区间内的接触载荷为pi，主簧与一级副簧在第i个第一区间内的接触位置为li，其中，

进一步地，一级副簧与二级副簧开始接触时的载荷为p0'，一级副簧与二级副簧完全接触时的载荷为p1'，其中，e'为一级副簧的抗弯模量；im为一级副簧的转动惯量；l'为一级副簧的长度值的一半；r'm为一级副簧的曲率半径；r'a为二级副簧的曲率半径；l'a为二级副簧的长度值的一半。

进一步地，第二区间为m'个，各第二区间的接触载荷为δp'，其中，δp'＝(p'1-p0')/m'。

进一步地，一级副簧与二级副簧在第i个第二区间内的接触载荷为pi'，一级副簧与二级副簧在第i个第二区间内的接触位置为li'，其中，

根据本发明的另一方面，提供了一种多级渐变钢度钢板弹簧，多级渐变钢度钢板弹簧由上述的方法设计制造形成。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，包括多级渐变钢度钢板弹簧，多级渐变钢度钢板弹簧由上述的方法设计制造形成。

应用本发明的技术方案，将多级渐变钢度钢板弹簧的主簧与一级副簧在接触过程中的长度等分为多个区间，根据预设载荷确定各区间的主簧与一级副簧的接触位置，再根据接触位置确定一级副簧的各一级板簧的有效长度和厚度，根据一级板簧的有效长度和厚度确定多级渐变钢度钢板弹簧的弧高、挠度、刚度、应力和偏频。使用该方法设计多级渐变钢度钢板弹簧，能够避免现有技术中采用平均载荷近似算法设计多级渐变钢度钢板弹簧造成实际结果差异大的问题。采用该方法制造多级渐变钢度钢板弹簧，能够有效地提高该多级渐变钢度钢板弹簧的可靠性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的三级渐变刚度钢板弹簧的第一实施例的性能曲线图；

图2示出了图1中的三级渐变刚度钢板弹簧的迭代结果图；

图3示出了根据本发明的三级渐变刚度钢板弹簧的第二实施例的性能曲线图；

图4示出了图3中的三级渐变刚度钢板弹簧的迭代结果图；

图5示出了根据本发明的多级渐变钢度钢板弹簧的第一实施例的结构示意图；

图6示出了根据本发明的多级渐变钢度钢板弹簧的第二实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、主簧；

20、一级副簧；

30、二级副簧。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

现有技术中，以两级渐变钢度钢板弹簧为例，主、副簧开始接触时载荷：

主、副完全接触时载荷：

假设载荷在小于(p0+p1)/2时，仅主簧起作用，刚度为主簧刚度；载荷大于(p0+p1)/2时,主、副簧均起作用，刚度为复合刚度。据此假设计算钢板弹簧弧高、变形、刚度、应力，偏频等参数。

采用现有技术算法的缺点：现有两级渐变刚度钢板弹簧计算方法由于采用平均载荷法，假设载荷小于主、副簧开始接触和完全接触载荷的平均值时，板簧刚度为主簧刚度，载荷大于主、副簧开始接触和完全接触载荷的平均值时，板簧刚度为复合刚度。因此，此种计算方法实际是将渐变刚度简化为两级刚度计算，与实际差异较大。特别是采用此种方法计算三级渐变刚度钢板弹簧时，由于变刚度范围、变化值均显著增大，过程更复杂，采用平均载荷近似计算方法与实际结果差异过大，无法满足车辆悬架设计要求。

为此，本申请结合图1至图6所示，根据本发明的实施例，提供了一种多级渐变钢度钢板弹簧制造的方法。

具体地，该方法包括以下步骤：向多级渐变钢度钢板弹簧的施加预设载荷，将多级渐变钢度钢板弹簧的主簧与一级副簧在接触过程中的长度等分为多个第一区间。根据预设载荷确定各第一区间的主簧与一级副簧的第一接触位置。根据第一接触位置确定一级副簧的各一级板簧的有效长度和厚度，根据一级板簧的有效长度和厚度确定多级渐变钢度钢板弹簧的弧高、挠度、刚度、应力和偏频中的至少一个。

在本实施例中，将多级渐变钢度钢板弹簧的主簧与一级副簧在接触过程中的长度等分为多个区间，根据预设载荷确定各区间的主簧与一级副簧的接触位置，再根据接触位置确定一级副簧的各一级板簧的有效长度和厚度，根据一级板簧的有效长度和厚度确定多级渐变钢度钢板弹簧的弧高、挠度、刚度、应力和偏频。使用该方法设计多级渐变钢度钢板弹簧，能够避免现有技术中采用平均载荷近似算法设计多级渐变钢度钢板弹簧造成实际结果差异大的问题。采用该方法制造多级渐变钢度钢板弹簧，能够有效地提高该多级渐变钢度钢板弹簧的可靠性。

具体地，根据一级板簧的有效长度和厚度计算一级板簧沿长度方向的横截面的转动惯量，再根据小挠度原理积分计算一级板簧的挠度，并确定一级板簧的刚度、弧高，再根据固有频率公式，依据簧上质量和刚度计算多级渐变刚度钢板弹簧的偏频，根据一级板簧的转动惯量和厚度确定多级渐变刚度钢板弹簧的应力。

其中，该方法还包括以下步骤：向多级渐变钢度钢板弹簧的施加预设载荷，将多级渐变钢度钢板弹簧的一级副簧和二级副簧在接触的过程中的长度等分为多个第二区间，根据预设载荷确定各第二区间的一级副簧与二级副簧的第二接触位置，根据第二接触位置确定二级副簧的各二级板簧的有效长度和厚度，根据二级板簧的有效长度和厚度确定多级渐变钢度钢板弹簧的弧高、挠度、刚度、应力和偏频中的至少一个。即在本实施例中，可以采用相同的计算方法计算主簧与一级副簧、一级副簧和二级副簧之间的参数关系。

具体地，主簧与一级副簧开始接触时的载荷为p0，主簧与一级副簧完全接触时的载荷为p1，其中，e为主簧的抗弯模量，im为主簧的转动惯量，l为主簧的长度值的一半，rm为主簧的曲率半径，ra为一级副簧的曲率半径；la为一级副簧的长度值的一半。

在设计主簧与一级副簧之间的参数时，可以将第一区间分为m个，各第一区间的接触载荷为δp，其中，δp＝(p1-p0)/m。主簧与一级副簧在第i个第一区间内的接触载荷为pi，主簧与一级副簧在第i个第一区间内的接触位置为li，其中，pi＝p0+i×δp；

进一步地，一级副簧与二级副簧开始接触时的载荷为p0'，一级副簧与二级副簧完全接触时的载荷为p1'，其中，e'为一级副簧的抗弯模量，im为一级副簧的转动惯量，l'为一级副簧的长度值的一半，r'm为一级副簧的曲率半径，r'a为二级副簧的曲率半径，l'a为二级副簧的长度值的一半。

其中，第二区间为m'个，各第二区间的接触载荷为δp'，其中，δp'＝(p'1-p0')/m'。一级副簧与二级副簧在第i个第二区间内的接触载荷为pi'，一级副簧与二级副簧在第i个第二区间内的接触位置为li'，其中，pi'＝p0'+i×δp'；

如图1和图2所示，在本实施例中，分别将主簧与一级副簧之间的接触长度分为3个等分区间，将一级副簧与二级副簧的接触长度也分为3个等分区间，通过在多级渐变钢度钢板弹簧的施加预设载荷，并通过主簧、一级副簧和二级副簧的形变情况绘制图1中的特征曲线，并通过特征曲线选择所需生产制造的多级渐变钢度钢板弹簧。

在该生产制造过程中，将弹簧之间的接触长度划分的越小则设计结果更加精确，如图3和图4所示，分别将主簧与一级副簧之间的接触长度分为100个等分区间，将一级副簧与二级副簧的接触长度也分为100个等分区间。按上述设计原理，等分足够的区间数，使δp无限小，采用循环迭代，分别计算各区间多级渐变钢度钢板弹簧对应的刚度、应力、偏频，并累积计算板簧变形和弧高，并绘制相应特征曲线图。

上述实施例中的多级渐变钢度钢板弹簧制造的方法还可以用于级渐变钢度钢板弹簧设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种多级渐变钢度钢板弹簧，多级渐变钢度钢板弹簧由上述实施例的方法设计制造形成。

具体地，多级渐变钢度钢板弹簧包括主簧10、一级副簧20和二级副簧30。一级副簧20的中部与主簧10的中部相连接，一级副簧20的第一端与主簧10的第一端相对且具有距离地设置，一级副簧20的第二端与主簧10的第二端相对且具有距离地设置。二级副簧30的中部与一级副簧20的中部相连接，一级副簧20位于主簧10和二级副簧30之间，二级副簧30的第一端与一级副簧20的第一端相对且具有距离地设置，二级副簧30的第二端与一级副簧20的第二端相对且具有距离地设置。

采用该方法制造出来的多级渐变钢度钢板弹簧与实际检测值的对比：

通过将主簧、一级副簧、二级副簧之间的接触长度等分为若干个细小区间，模拟主、副簧逐步接触过程，解决原有平均载荷近似计算方法与实际结果差异过大问题。

将接触长度等分成若干个等分区间，使δp无限小，可以借用计算机程序采用循环迭代，分别计算各区间对应的刚度、应力、偏频，并累积计算板簧变形和弧高，并绘制相应曲线图。提高了多级渐变钢度钢板弹簧设计计算的准确度和设计效率，其中，应力主要包括主应力和副应力。

上述实施例中的多级渐变钢度钢板弹簧制造的方法还可以用于车辆设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，该车辆包括多级渐变钢度钢板弹簧，多级渐变钢度钢板弹簧由上述实施例的方法设计制造形成。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。