汽车等强度叠加钢板弹簧的拆分设计方法
【专利摘要】本发明涉及汽车等强度叠加钢板弹簧的拆分设计方法，属于车辆悬架钢板弹簧【技术领域】。先前钢板弹簧大都是采用图解法或ANSYS仿真验证法，不能满足车辆悬架等强度叠加钢板弹簧CAD设计要求。该发明特征在于：根据车辆单轮钢板弹簧一端所承受的载荷，设计出汽车等强度单片变厚度曲面钢板弹簧的最大厚度，然后利用等效原理及等应力强度条件设计要求，对汽车等强度叠加钢板弹簧进行拆分设计，从而设计得到汽车等强度叠加钢板弹簧各片的厚度和长度。利用本发明可准确、可靠地对汽车等强度叠加钢板弹簧进行拆分设计，并且还可降低设计及试验费用，为钢板弹簧的设计奠定了重要的设计技术和方法。
【专利说明】汽车等强度叠加钢板弹簧的拆分设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车悬架钢板弹簧，特别是汽车等强度叠加钢板弹簧的解析拆分设计 方法。
【背景技术】
[0002] 悬架钢板弹簧是车辆悬架系统的重要组成部件之一，对车身质量起重要支撑的作 用，对车辆悬架系统特性具有重要影响，然而目前对于汽车等强度钢板弹簧的拆分设计却 一直没有给出准确、可靠的解析设计方法，大都利用图解法进行近似设计，然后通过反复试 验验证，最终确定出钢板弹簧的设计参数。随着汽车工业的快速发展及车辆行驶速度的不 断提高，对车辆悬架钢板弹簧的设计提出了更高的要求，汽车生产厂家迫切需要准确可靠 的解析设计方法，以满足车辆行驶平顺性和乘坐舒适性的要求。因此，必须建立一种准确、 可靠的汽车等强度叠加钢板弹簧的解析拆分设计方法，即根据车辆单轮钢板弹簧一端所承 受的载荷，设计出汽车等强度单片变厚度曲面钢板弹簧的最大厚度理论设计值，然后利用 等效原理及等应力条件对汽车等强度钢板弹簧进行解析拆分设计，从而得到准确、可靠的 汽车等强度叠加钢板弹簧各片的设计厚度和长度，并且可降低设计及试验费用。
【发明内容】
[0003] 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准确、 可靠的汽车等强度叠加钢板弹簧的解析拆分设计方法，其中等强度单片变厚度曲面钢板弹 簧的力学模型，如图1所示；钢板弹簧拆分设计示意图，如图2所示。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明所提供的汽车等强度叠加钢板弹簧的解析拆分设 计方法，拆分设计流程图如图3所示，其技术方案实施步骤如下：
[0005] (1)等强度单片变厚度曲面钢板弹簧最大厚度的计算：
[0006] 根据车辆单轮钢板弹簧一端承受的载荷Fw，等强度钢板弹簧的一半长度，宽度 b，所要求的安全许用应力[0]，及等强度单片变厚度曲面钢板弹簧的力学模型，确定等强 度单片变厚度曲面钢板弹簧的最大厚度h A_，具体步骤如下：
[0007] 1)根据车辆单轮钢板弹簧一端承受的载荷Fw，等强度钢板弹簧的一半长度，宽 度b，所要求的安全许用应力[0]，及等强度单片变厚度曲面钢板弹簧的力学模型，确定等 强度单片变厚度曲面钢板弹簧任意位置x处的厚度h (X)，即：
[0008]
【权利要求】
1.汽车等强度叠加钢板弹簧的解析拆分设计方法，其具体设计步骤如下： (1) 等强度单片变厚度曲面钢板弹簧最大厚度的计算： 根据车辆单轮钢板弹簧一端承受的载荷Fw，等强度钢板弹簧的一半长度I1，宽度b，所 要求的安全许用应力[σ]，及等强度单片变厚度曲面钢板弹簧的力学模型，确定等强度单 片变厚度曲面钢板弹簧的最大厚度hAmax，具体步骤如下： 1) 根据车辆单轮钢板弹簧一端承受的载荷Fw，等强度钢板弹簧的一半长度I1，宽度b， 所要求的安全许用应力[σ]，及等强度单片变厚度曲面钢板弹簧的力学模型，确定等强度 单片变厚度曲面钢板弹簧任意位置X处的厚度h(X)，即：
2) 根据步骤1)中所确定的等强度单片变厚度曲面钢板弹簧任意位置X处的厚度 h(X)，确定等强度单片变厚度曲面钢板弹簧在安装中心处，即在X=O处的最大厚度hAmax， 即：
(2) 等强度叠加钢板弹簧各片厚度的设计和长度的设计： I :在钢板弹簧厚度系列中，选取第1片钢板弹簧的设计厚度hi，其中I1iAamx ;第1片钢 板弹簧的设计长度L1为悬架钢板弹簧的总跨度，即L1等于一半跨度I1的两倍，L1 = ; II :在钢板弹簧厚度系列中选取第2片钢板弹簧的设计厚度h2，且重叠部分的当量厚 度< =φι： +/ζ< /ιΛ_ :根据许用应力[σ]，确定第2片钢板弹簧的一半长度的理论设计值ξ=A ，将I2 '圆整为I2，得到第2片钢板弹簧的设计长度L2 = 212 ;若h2^hAmax， 6户W 则拆分完毕； III :在钢板弹簧厚度系列中选取第3片钢板弹簧的设计厚度h3，且重叠部分的当量 厚度/Iie=^ll3+/^+Ai<?Λ_ ;根据许用应力[σ]，设计第3片钢板弹簧的一半长度的理 论设计值/( =/, - ，将I3'圆整为I3，得到第3片钢板弹簧的设计长度L3 = 213 ;若 h3e >Iiamx，则拆分完毕，否则执行A步骤； A:在钢板弹簧厚度系列中选取第i片钢板弹簧的设计厚度匕，且重叠部分的当量厚度Aw =φ?ι+hi+Λ"+*** + /?,3 <Λ..^、；根据许用应力[σ]，设计第i片钢板弹簧的一半长度的理 IZjLri 论设计值，将Ii'圆整为Ii,确定第i片钢板弹簧的设计长度Li = 21i;若 k彡Iiamx，则拆分完毕；否则，令i=i+1，重复执行A步骤，直到当i+1 =n，hne彡hAmax时， 拆分完毕； (3) 对所设计的等强度叠加钢板弹簧进行ANSYS变形仿真验证： 根据车辆单轮钢板弹簧一端承受的载荷Fw，1)步骤中所确定的等强度单片变厚度曲面 钢板弹簧，及步骤（2)中拆分设计所得到的叠加钢板弹簧，利用ANSYS有限元分析软件，建 立相应模型，进行静力学变形仿真分析，具体步骤如下： a:等强度单片变厚度曲面钢板弹簧的ANSYS建模与仿真： 根据车辆单轮钢板弹簧一端所承受的载荷Fw，及1)步骤中所确定的等强度单片变厚度 曲面钢板弹簧，利用ANSYS有限元分析软件，建立等强度单片变厚度曲面钢板弹簧的仿真 模型，进行静力学变形仿真分析； b:等强度叠加钢板弹簧的ANSYS建模与仿真： 根据车辆单轮钢板弹簧一端所承受的载荷Fw，及步骤（2)中拆分设计所得到的等强度 叠加钢板弹簧，利用ANSYS有限元分析软件，建立等强度叠加钢板弹簧的仿真模型，进行静 力学变形仿真分析； c:设计等强度叠加钢板弹簧的仿真结果对比验证： 根据b步骤中所得到的等强度叠加钢板弹簧的变形仿真结果，与a步骤中所得到的等 强度单片变厚度曲面钢板弹簧的变形仿真结果，进行比较，若两者相吻合，则表明所设计的 等强度叠加钢板弹簧是合理的，满足实际工程等强度叠加钢板弹簧的设计要求及应用。
【文档编号】G06F17/50GK104239618SQ201410445208
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】宋群, 周长城, 于曰伟, 张云山, 潘礼军 申请人:山东理工大学