两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算方法与流程

本发明涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算方法。

背景技术：

为了提高车辆在额定载荷下的行驶平顺性的设计要求，将原一级渐变刚度板簧的副簧拆分设计为两级副簧，即采用两级副簧式渐变刚度板簧；同时，由于受主簧强度的制约，通常通过主簧初始切线弧高、第一级副簧和第二级副簧初始切线弧高及两级渐变间隙，使副簧适当提前承担载荷，从而降低主簧应力，在接触载荷下的悬架偏频不相等，即两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧，其中，接触载荷不仅影响板簧的应力强度、渐变刚度和挠度，而且还影响悬架偏频及车辆行驶平顺性和安全性。然而，由于受两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的根部重叠部分等效厚度及挠度计算问题的制约，先前一直未能给出两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算方法，因此，不能满足车辆行业快速发展和悬架弹簧悬架现代化CAD设计及软件开发的要求。随着车辆行驶速度及对车辆行驶平顺性和安全性要求的不断提高，对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、可靠的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算方法，为两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧设计及现代化CAD软件开发奠定可靠的技术基础，满足车辆行业快速发展、车辆行驶安全性及对渐变刚度板簧的设计要求，提高两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的设计水平、产品质量和可靠性及车辆行驶安全性；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、可靠的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算方法，设计流程如图1所示。两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，是由主簧1、第一级副簧2和第二级副簧3组成。采用两级副簧，主簧与第一级副簧之间和第一级副簧与第二级副簧之间设有两级渐变间隙δ_MA1和δ_A12，以提高额定载荷下的车辆行驶平顺性；为了确保满足主簧应力强度设计要求，第一级副簧和第二级副簧适当提前承担载荷，悬架渐变载荷偏频不相等，即将板簧设计为非等偏频型渐变刚度板簧。板簧的一半总跨度等于首片主簧的一半作用长度L_1T，骑马螺栓夹紧距的一半为L₀，宽度为b，弹性模量为E。主簧1的片数为n，第i片主簧的主簧厚度为h_i，一半作用长度为L_iT，一半夹紧长度L_i＝L_iT-L₀/2，i＝1,2,…,n。第一级副簧片数为m₁，第j片一级副簧的厚度为h_A1j＝h_n+j，一半作用长度为L_A1jT，一半夹紧长度L_A1j＝L_n+j＝L_A1jT-L₀/2，j＝1,2,…,m₁。主簧与第一级副簧的片数之和N₁＝n+m₁。第二级副簧片数为m₂，其中，第k片副簧的厚度为h_A2k＝h_N1+k，一半作用长度为L_A2kT，一半夹紧长度L_A2k＝L_N1+k＝L_A2kT-L₀/2，k＝1,2,…,m₂。主簧与第一级副簧的片数之和N₁＝n+m₁，主副簧的总片数N＝n+m₁+m₂。接触载荷不仅影响板簧的应力强度、渐变刚度和挠度，而且还影响悬架偏频及车辆行驶平顺性和安全性。根据该渐变刚度钢板弹簧的各片主簧与第一级和第二级副簧的结构参数，弹性模量及初始切线弧高设计值，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的进行验算，确保各次接触载荷满足板簧设计要求。

为解决上述技术问题，本发明所提供的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算方法，其特征在于采用以下验算步骤：

(1)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的主簧及各级副簧的曲率半径的计算：

I步骤：主簧末片下表面初始曲率半径R_M0b的计算

根据主簧初始切线弧高H_gM0，主簧首片的一半夹紧长度L₁，主簧片数n，各片主簧厚度h_i，i＝1,2,…,n；对主簧末片下表面初始曲率半径R_M0b进行计算，即

II步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径R_A10a的计算

根据第一级副簧首片的一半夹紧长度L_A11，第一级副簧副簧初始切线弧高H_gA10，对第一级副簧首片上表面初始曲率半径R_A10a进行计算，即

III步骤：第一级副簧首片下表面初始曲率半径R_A10b的计算

根据第一级副簧片数m₁，第一级副簧各片的厚度h_A1j，j＝1,2,…,m₁；及II步骤中计算得到的R_A10a，对第一级副簧首片下表面初始曲率半径R_A10b进行计算，即

IV步骤：第二级副簧首片上表面初始曲率半径R_A20a的计算

根据第二级副簧首片的一半夹紧长度L_A21，第二级副簧初始切线弧高H_gA20，对第二级副簧首片上表面初始曲率半径R_A20a进行计算，即

(2)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第1次开始接触载荷P_k1的验算：

根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧跨长度L₁，主簧片数n，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,…,n；步骤(1)的I步骤中计算得到的R_M0b，II中计算得到的R_A10a，对第1次开始接触载荷P_k1进行验算，即

式中，h_Me为主簧根部重叠部分的等效厚度，

(3)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第2次开始接触载荷P_k2的验算：

根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧跨长度L₁，主簧片数n，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数m₁，第一级副簧各片的厚度h_A1j，j＝1,2,…,m₁；步骤(1)的I步骤中计算得到的R_M0b，II步骤中计算得到的R_A10a，及步骤(2)中验算得到的P_k1，对第2次开始接触载荷P_k2进行验算，即

式中，h_MA1e为主簧和第一级副簧的根部重叠部分的等效厚度，

(4)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第2次完全接触载荷P_w2的验算：

根据步骤(2)中验算得到的P_k1，步骤(3)中验算得到的P_k2，对第2次完全接触载荷P_w2进行验算，即

本发明比现有技术具有的优点

由于受两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的根部重叠部分等效厚度及挠度计算问题的制约，先前一直未能给出两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算方法，因此，不能满足车辆行业快速发展和悬架弹簧悬架现代化CAD设计及软件开发的要求。本发明可根据各片主簧和副簧的结构参数、初始切弧高设计值及骑马螺栓夹紧距，接触载荷与板簧曲率半径、挠度和初始切线弧高之间关系及各次接触载荷匹配设计原则，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷进行验算。通过实例验算可知，本发明所提供的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算方法是正确的，为两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的特性仿真计算及初始切线弧高、最大限位挠度和应力强度的校核计算，奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得到可靠的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧各次接触载荷验算值，提高两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的设计水平和性能，降低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是两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算流程图；

图2是两级副簧式非等偏频型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：某两级副簧式非等偏频型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。主副簧的总片数为N＝5，其中，主簧片数n＝3片，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm，一半作用长度分别为L_1T＝525mm，L_2T＝450mm，L_3T＝350mm；各片主簧的一半夹紧长度分别为L₁＝L_1T-L₀/2＝500mm，L₂＝L_2T-L₀/2＝425mm，L₃＝L_3T-L₀/2＝325mm。第一级副簧的片数m₁＝1片，厚度h_A11＝13mm，一半作用长度为L_A11T＝250mm，一半夹紧长度为L_A11＝L_A11T-L₀/2＝225mm。第二级副簧的片数m₂＝1，厚度h_A21＝13mm，一半作用长度为L_A21T＝150mm，一半夹紧长度为L_A12＝L_A21T-L₀/2＝125mm。主簧的初始切线弧高H_gM0＝85.3mm，第一级副簧的初始切线弧高H_gA10＝9.1mm，第二级副簧的初始切线弧高H_gA20＝2.4mm。根据该渐变刚度钢板弹簧的各片主簧与第一级和第二级副簧的结构参数，弹性模量及初始切线弧高设计值，对该两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的进行验算。

本发明实例所提供的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算方法，其验算流程如图1所示，具体验算步骤如下：

(1)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的主簧及各级副簧的曲率半径的计算：

I步骤：主簧末片下表面初始曲率半径R_M0b的计算

根据主簧的初始切线弧高H_gM0＝85.3mm，主簧首片的一半夹紧长度L₁＝500mm，主簧片数n＝3，各片主簧厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm，对主簧末片下表面初始曲率半径R_M0b进行计算，即

II步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径R_A10a的计算

根据第一级副簧首片的一半夹紧长度L_A11＝225mm，第一级副簧初始切线弧高H_gA10＝9.1mm，对第一级副簧首片上表面初始曲率半径R_A10a进行计算，即

III步骤：第一级副簧首片下表面初始曲率半径R_A10b的计算

根据第一级副簧片数m₁＝1，厚度h_A11＝13mm，及II步骤中计算得到的R_A10a＝2786.1mm，对第一级副簧首片下表面初始曲率半径R_A10b进行计算，即

IV步骤：第二级副簧首片上表面初始曲率半径R_A20a的计算

根据第二级副簧首片的一半夹紧长度L_A21＝125mm，第二级副簧初始切线弧高H_gA20＝2.4mm，对第二级副簧首片上表面初始曲率半径R_A20a进行计算，即

(2)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第1次开始接触载荷P_k1的验算：

根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，弹性模量E＝200GPa；主簧首片的一半夹紧跨长度L₁＝500mm，主簧片数n＝3，各片厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm，步骤(1)的I步骤中计算得到的R_M0b＝1532.1mm，II中计算得到的R_A10a＝2786.1mm，对第1次开始接触载荷P_k1进行验算，即

式中，h_Me为主簧根部重叠部分的等效厚度，

(3)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第2次开始接触载荷P_k2的验算：

根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，弹性模量E＝200GPa；主簧首片的一半夹紧跨长度L₁＝500mm，主簧片数n＝3，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm；第一级副簧片数m₁＝1，厚度h_A11＝13mm；步骤(1)的I步骤中计算得到的R_M0b＝1532.1mm，II步骤中计算得到的R_A10a＝2786.1mm，及步骤(2)中验算得到的P_k1＝1895.3N，对第2次开始接触载荷P_k2进行验算，即

式中，h_MA1e为主簧和第一级副簧的根部重叠部分的等效厚度，

(4)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第2次完全接触载荷P_w2的验算：

根据步骤(2)中验算得到的P_k1＝1895.3N，步骤(3)中验算得到的P_k2＝2681.3N，对第2次完全接触载荷P_w2进行验算，即

比较可知，验算所得到的第1次开始接触载荷P_k1＝1895.3N，第2次开始接触载荷P_k2＝2681.3N，及第2次完全接触载荷P_w2＝3793N，与设计要求值相吻合，说明该两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的主副及各级副簧的初始切线弧高设计值是可靠的，可满足各次接触载荷的设计要求，同时，表明本发明所提供的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的验算方法是正确的，为两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的特性仿真计算及初始切线弧高、最大限位挠度和应力强度的校核计算，奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得到可靠的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧各次接触载荷验算值，提高两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的设计水平和性能及车辆行驶平顺性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。