一级渐变刚度板簧的主簧最大厚度及最少片数的确定方法与流程

本发明涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是一级渐变刚度板簧的主簧最大厚度及最少片数的确定方法。

背景技术：

为了满足在不同载荷下的车辆行驶平顺性的设计要求，可采用一级渐变刚度板簧，其中，主簧不仅满足夹紧刚度的设计要求，同时还应该满足应力强度的设计要求，其中，主簧夹紧刚度影响主副簧复合夹紧刚度、悬架偏频及车辆行驶平顺性和行驶安全性；主簧应力强度影响板簧可靠性和使用寿命，而主簧的应力强度是由主簧的最大厚度板簧的厚度和最少片数所决定的。由于受主簧夹紧刚度和根部最大应力计算等关键问题的制约，先前一直未能给出一级渐变刚度板簧的主簧最大厚度及最少片数的确定方法，不能满足车辆行业快速发展及对悬架弹簧所提出的更高要求。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对一级渐变刚度板簧悬架提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的一级渐变刚度板簧的主簧最大厚度及最少片数的确定方法，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性及一级渐变刚度板簧的设计要求，提高一级渐变刚度板簧的设计水平、产品质量和可靠性，提高车辆行驶平顺性和安全性的设计要求；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、可靠的一级渐变刚度板簧的主簧最大厚度及最少片数的确定方法，确定流程如图1所示。一级渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，是由主簧1和副簧2所组成的，一级渐变刚度板簧的一半跨度，即为首片主簧的一半作用长度为L1t，骑马螺栓夹紧距的一半为L0，一级渐变刚度板簧的宽度为b，弹性模量为E。主簧1的片数为n，各片主簧的厚度为hi，各片主簧的一半作用长度为Lit，一半夹紧长度Li＝Lit-L0/2，i＝1,2,…n。副簧2的片数为m，各片副簧的厚度为hAj，各片副簧的一半作用长度为LAjt，一半夹紧长度LAj＝LAjt-L0/2，j＝1,2,…m。通过主簧和副簧初始切线弧高，确保副簧首片端部上表面与主簧末片端部下表面之间设置有一定的主副簧间隙δMA，以满足一级渐变刚度板簧开始接触载荷和完全接触载荷、主簧应力强度和悬架渐变刚度的设计要求。一级渐变刚度板簧的空载载荷P0，开始接触载荷为Pk，完全接触载荷为Pw。渐变刚度板簧的主簧不仅满足夹紧刚度的设计要求，同时还应该满足应力强度的设计要求，其中，主簧应力强度影响板簧可靠性和使用寿命，而主簧的最大厚度和最少片数影响主簧的应力强度。根据板簧的跨度，宽度，弹性模量，许用应力，骑马螺栓夹紧距，主簧夹紧刚度，主副簧复合夹紧刚度，开始接触载荷和额定载荷，对一级渐变刚度板簧的主簧的最大许用厚度及最少片数进行确定。

为解决上述技术问题，本发明所提供的一级渐变刚度板簧的主簧最大厚度及最少片数的确定方法，其特征在于采用以下确定步骤：

(1)基于主簧夹紧刚度KM的主簧根部重叠部分等效厚度HMe的设计：

根据一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，主簧夹紧刚度KM的设计值；预取主簧片数n，取末片主簧的一半夹紧长度Lnf＝L1-2(n-1)L0，则末片主簧的端点与首片主簧端点之间的距离ΔLn＝L1-Lnf＝2(n-1)L0；取主簧的等效单片等应力板簧的抛物线段厚度比βM，其中，βM＝0.7～0.8，对主簧根部重叠部分等效厚度HMe进行设计，即

(2)基于主副簧夹紧复合刚度KMA的主副簧根部重叠部分等效厚度HMAe的确定：

根据一级渐变刚度板簧的宽度b，骑马螺栓夹紧距的一半长度L0，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧长度L1，主副簧夹紧复合刚度KMA的设计值；预取主副簧的总片数N，取末片副簧的一半夹紧长度LN＝3L0-L0/2，末片副簧的端点与首片主簧端点之间的距离ΔLN＝L1-LN，取主副簧的等效单片等应力板簧的抛物线段厚度比βMA，其中，βMA＝0.4～0.5，对主副簧根部重叠部分等效厚度HMAe进行确定，即

(3)一级渐变刚度板簧的主簧最大板簧厚度hmax的确定：

根据一级渐变刚度板簧的宽度b，许用应力[σ]；首片主簧的一半夹紧长度L1，开始接触载荷Pk，额定载荷PN，步骤(1)中设计所得到的HMe，步骤(2)中所确定的HMAe，对各片主簧的最大许用厚度hmax进行确定，即

(4)一级渐变刚度板簧的主簧最少板簧片数nmin的确定：

根据步骤(1)中设计得到的HMe，步骤(3)中所确定的主簧最大板簧厚度hmax，对主簧最少板簧片数nmin进行确定，即

本发明比现有技术具有的优点

由于受主簧夹紧刚度和根部最大应力计算等关键问题的制约，先前一直未能给出一级渐变刚度板簧的主簧最大厚度及最少片数的确定方法，不能满足车辆行业快速发展及对悬架弹簧所提出的更高要求。本发明可根据主簧夹紧刚度，主副簧复合夹紧刚度，板簧一半跨度，宽度，弹性模量，许用应力，接触载荷和额定载荷，对一级渐变刚度板簧的主簧最大厚度板簧的厚度及最少片数进行确定。通过实例和样机设计可知，表明本发明所提供的一级渐变刚度板簧的主簧最大厚度及最少片数的确定方法是正确的，该方法可得到可靠的一级渐变刚度板簧的主簧最大厚度和最少片数设计值，为一级渐变刚度板簧设计奠定了可靠的技术基础，确保板簧满足应力强度的设计要求。利用该方法可提高一级渐变刚度板簧的设计水平、产品质量、性能和可靠性及车辆行驶安全性；同时，还可节省设计和试验测试费用，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是一级渐变刚度板簧的主簧最大厚度及最少片数的确定流程图；

图2是一级渐变刚度板簧的一半对称结构示意图；

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：某一级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，骑马螺栓夹紧距的一半L0＝50mm，弹性模量E＝200GPa，许用应力[σ]＝450MPa。板簧跨度的一半即首片主簧的一半作用长度L1t＝525mm，首片主簧的一半夹紧长度L1＝L1t-L0/2＝500mm，主簧预设计片数n＝3。主簧夹紧刚度设计值KM＝75.4N/mm，主副簧夹紧刚度设计值KMA＝172.9N/mm。开始接触载荷Pk＝1900N，额定载荷PN＝7227N。根据主簧夹紧刚度，主副簧复合夹紧刚度，板簧跨度，骑马螺栓夹紧距，宽度，弹性模量，许用应力，开始接触载荷Pk和额定载荷PN，对该一级渐变刚度板簧的主簧最大厚度及最少片数进行确定。

本发明实例所提供的一级渐变刚度板簧的主簧最大厚度及最少片数的确定方法，其确定流程如图1所示，具体确定步骤如下：

(1)基于主簧夹紧刚度KM的主簧根部重叠部分等效厚度HMe的设计：

根据一级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，弹性模量E＝200GPa，骑马螺栓夹紧距的一半L0＝50mm，首片主簧的一半夹紧长度L1＝500mm，主簧夹紧刚度的设计值KM＝75.4N/mm；预取主簧片数n＝3，取末片主簧的一半夹紧长度Ln＝L1-2(n-1)L0＝300mm，末片主簧的端点与首片主簧端点之间的距离ΔLn＝L1-Ln＝2(n-1)L0＝200mm，取主簧的等效单片等应力板簧的抛物线段厚度比βM＝0.7，对主簧根部重叠部分等效厚度HMe进行设计，即

(2)基于主副簧夹紧复合刚度KMA的主副簧根部重叠部分等效厚度HMAe的确定：

根据一级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，弹性模量E＝200GPa，骑马螺栓夹紧距的一半L0＝50mm，首片主簧的一半夹紧长度L1＝500mm，主副簧夹紧复合刚度设计值KMA＝172.9N/mm；预取主副簧的总片数N＝5，取末片副簧的一半夹紧长度LN＝3L0-L0/2＝125mm，末片副簧的端点与首片主簧端点之间的距离ΔLN＝L1-LN＝375mm，取主副簧的等效单片等应力板簧的抛物线段厚度比βMA＝0.45，对主副簧根部重叠部分等效厚度HMAe进行确定，即

(3)一级渐变刚度板簧的主簧最大板簧厚度hmax的确定：

根据一级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，许用应力[σ]＝450MPa，首片主簧的一半夹紧长度L1＝500mm，主副簧开始接触载荷Pk＝1900N，额定载荷PN＝7227N，步骤(1)中设计得到的HMe＝11.6mm，步骤(2)中所确定的HMAe＝16.8mm，对各片主簧的最大板簧许用厚度hmax进行确定，即

(4)一级渐变刚度板簧的主簧最少板簧片数nmin的确定：

根据步骤(1)中计算得到的HMe＝11.6mm，步骤(3)中所确定的主簧最大板簧厚度hmax＝8.0mm，对主簧最少片数nmin进行确定，即

通过实例和样机设计及试验可知，本发明所提供的一级渐变刚度板簧的主簧最大厚度及最少片数的确定方法是正确的，可得到可靠的一级渐变刚度板簧的主簧最大厚度和最少片数设计值，为一级渐变刚度板簧设计奠定了可靠的技术基础，确保所设计板簧同时满足主簧刚度和应力强度的设计要求。利用该方法可提高一级渐变刚度板簧的设计水平、产品质量、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。