车辆悬架高强度三级渐变板簧各级刚度与接触载荷的匹配方法与流程

本发明涉及车辆悬架板簧，特别是车辆悬架高强度三级渐变板簧各级刚度与接触载荷的匹配方法。

背景技术：

为了满足在不同载荷下的车辆行驶平顺性及悬架渐变偏频保持不变的设计要求，随着高强度钢板材料的出现，可采用高强度三级渐变板簧，并且将三级渐变过程的悬架偏频设计为等偏频，进一步提高车辆行驶平顺性。由于渐变刚度和悬架渐变偏频不仅与高强度一级渐变刚度板簧的结构和悬架载荷及质量有关，而且还与接触载荷大小有关，同时，主簧和各级副簧在渐变过程中的挠度及渐变刚度计算非常复杂，据所查资料可知，目前国内外尚未给出车辆悬架高强度三级渐变板簧各级刚度与接触载荷的匹配设计方法。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对车辆悬架系统设计提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的车辆悬架高强度三级渐变板簧各级刚度与接触载荷的匹配方法，以满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性不断提高及对车辆悬架高强度三级渐变板簧的设计要求，提高产品的设计水平、质量和性能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。

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、可靠的车辆悬架高强度三级渐变板簧各级刚度与接触载荷的匹配方法，匹配流程如图1所示。车辆悬架高强度三级渐变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和第三级副簧4所组成的，高强度三级渐变刚度板簧的一半总跨度为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，钢板弹簧的宽度为b，弹性模量为E。主簧1的片数为n，其中，各片主簧的厚度为h_i，一半作用长度L_iT，一半夹紧长度L_i＝L_iT-L₀/2，i＝1,2,…,n。第一级副簧2的片数为n₁，第一级副簧各片的厚度为h_A1j,一半作用长度L_A1jT，一半夹紧长度L_A1j＝L_A1jT-L₀/2，j＝1,2,…,n₁。第二级副簧3的片数为n₂，第二级副簧各片的厚度为h_A2k,一半作用长度L_A2kT，一半夹紧长度L_A2k＝L_A2kT-L₀/2，k＝1,2,…,n₂。第三级副簧4的片数为n₃，第三级副簧各片的厚度为h_A3l,一半作用长度L_A3lT，一半夹紧长度L_A3l＝L_A3lT-L₀/2，l＝1,2,…,n₃。高强度三级渐变刚度板簧的总片数N＝n+n₁+n₂+n₃，主簧及各级副簧之间设有三级渐变间隙δ_MA1、δ_A12和δ_A23，即末片主簧下表面与第一级副簧首片上表面之间设有一级渐变间隙δ_MA1；第一级副簧末片下表面与第二级副簧首片上表面之间设有二级渐变间隙δ_A12；第二级副簧末片下表面与第三级副簧首片上表面之间设有三级渐变间隙δ_A23。通过主簧和各级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙，以满足渐变刚度钢板弹簧的各次接触载荷及渐变刚度和悬架偏频的设计要求。根据车辆悬架系统的空载载荷和额定载荷及偏频设计要求值，对车辆悬架高强度三级渐变板簧的各级刚度与接触载荷分别进行匹配设计。

为解决上述技术问题，本发明所提供的车辆悬架高强度三级渐变板簧各级刚度与接触载荷的匹配方法，其特征在于采用以下匹配设计步骤：

(1)车辆悬架高强度三级渐变板簧的主簧夹紧刚度K_M的匹配设计：

根据车辆悬架的空载载荷P₀，空载偏频的设计要求值f₀₀，对高强度三级渐变板簧的主簧夹紧刚度K_M进行设计，即

式中，g为重力加速度，g＝9.8m/s²；

(2)车辆悬架高强度三级渐变板簧的主副簧总复合夹紧刚度K_MA3的匹配设计：

根据车辆悬架的额定载荷P_N，及额定载荷偏频设计要求值f_0N，对高强度三级渐变板簧的主副簧总复合夹紧刚度K_MA3进行设计，即

(3)主簧与第一级及第二级副簧的复合夹紧刚度K_MA2的匹配设计：

根据步骤(1)中设计得到的K_M，步骤(2)中设计得到的K_MA3，对主簧与第一副簧和第二级副簧的复合夹紧刚度K_MA2进行匹配设计，即

(4)主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度K_MA1的匹配设计：

根据步骤(1)中设计得到的K_M，步骤(3)中设计得到的K_MA2，对主簧副簧与第一级副簧的复合夹紧刚度K_MA1进行匹配设计，即

(5)车辆悬架高强度三级渐变板簧悬架系统的渐变载荷偏频f₀的匹配设计：

根据车辆悬架的空载偏频设计要求值f₀₀，额定载荷偏频设计要求值f_0N，对车辆悬架高强度三级渐变板簧悬架系统的渐变载荷偏频f₀进行匹配设计，即

f₀＝f_0N+(1-0.618)(f₀₀-f_0N)；

(6)车辆悬架高强度三级渐变板簧的各次接触载荷的匹配设计：

根据步骤(1)～(4)中设计得到的K_M、K_MA1、K_MA2及K_MA3，及步骤(5)中设计得到的f₀，对车辆悬架高强度三级渐变板簧的第1次开始接触载荷P_k1，第2次开始接触载荷P_k2，第3次第开始接触载荷P_k3和第3次完全接触载荷P_w3分别进行设计，即

本发明比现有技术具有的优点

由于主簧与各级副簧的渐变接触过程中，车辆悬架高强度三级渐变板簧的渐变夹紧复合刚度及偏频计算非常复杂，不仅与主簧和一级副簧及二级副簧的结构参数有关，而且还与各次接触载荷有关，据所查资料可知，先前国内外一直未给出车辆悬架高强度三级渐变板簧各级刚度与接触载荷的匹配方法。本发明可根据车辆悬架的空载载荷和额定载荷及悬架偏频设计要求值，对车辆悬架高强度三级渐变板簧的各级刚度与接触载荷分别进行匹配设计。通过样机仿真及车辆行驶平顺性试验可知，本发明所提供的车辆悬架高强度三级渐变板簧各级刚度与接触载荷的匹配方法是正确的。利用该方法可得可靠的三级渐变板簧各级刚度与接触载荷的匹配设计值，满足在不同载荷下的悬架渐变偏频及车辆行驶平顺性的设计要求，提高车辆行驶平顺性和安全性；同时，还可降低设计和试验费用，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是车辆悬架高强度三级渐变板簧各级刚度与接触载荷的匹配流程图；

图2是车辆悬架高强度三级渐变板簧的一半对称结构示意图；

图3是实施例的仿真计算所得到的车辆悬架高强度三级渐变板簧悬架系统的偏频随载荷的变化特性曲线。

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：某车辆高强度三级渐变板簧悬架系统的空载载荷P₀＝1715N，额定载荷P_N＝7227N，其中，空载偏频设计要求值f₀₀＝2.73Hz，额定载荷偏频设计要求值f_0N＝2.45Hz。根据车辆悬架的空载载荷、额定载荷、及额定载荷偏频设计要求值，对车辆高强度三级渐变板簧悬架系统的主簧夹紧刚度、主簧与各级副簧的复合夹紧刚度，及第1次、第2次和第3次开始接触载荷和第3次完全接触载荷分别进行匹配设计。

本发明实例所提供的车辆悬架高强度三级渐变板簧各级刚度与接触载荷的匹配方法，其匹配设计流程如图1所示，具体匹配设计步骤如下：

(1)车辆悬架高强度三级渐变板簧的主簧夹紧刚度K_M的匹配设计：

根据车辆悬架的空载载荷P₀＝1715N，及空载偏频的设计要求值f₀₀＝2.73Hz，对高强度三级渐变板簧的主簧夹紧刚度K_M进行设计，即

式中，g为重力加速度，g＝9.8m/s²。

(2)车辆悬架高强度三级渐变板簧的主副簧总复合夹紧刚度K_MA3的匹配设计：

根据车辆悬架的额定载荷P_N＝7227N，及额定载荷偏频设计要求值f_0N＝2.45Hz，对高强度三级渐变板簧的主副簧总复合夹紧刚度K_MA3进行匹配设计，即

(3)主簧与第一级和第二级副簧的复合夹紧刚度K_MA2的匹配设计：

根据步骤(1)中设计得到的K_M＝51.49N/mm，步骤(2)中设计得到的K_MA3＝174.75N/mm，对主簧与第一级副簧和第二级副簧的复合夹紧刚度K_MA2进行匹配设计，即

(4)主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度K_MA1的匹配设计：

根据步骤(1)中设计得到的K_M＝51.49N/mm，步骤(3)中设计得到的K_MA2＝94.85N/mm，对主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度K_MA1进行匹配设计，即

(5)车辆悬架高强度三级渐变板簧悬架系统的渐变载荷偏频f₀的匹配设计：

根据车辆悬架的空载偏频设计要求值f₀₀＝2.73Hz，额定载荷偏频设计要求值f_0N＝2.45Hz，对车辆悬架高强度三级渐变板簧悬架系统的渐变载荷偏频f₀进行匹配设计，即

f₀＝f_0N+(1-0.618)(f₀₀-f_0N)＝2.557Hz；

(6)车辆悬架高强度三级渐变板簧的各次接触载荷的匹配设计：

根据步骤(1)～(4)中设计得到的K_M＝51.49N/mm、K_MA1＝69.89N/mm、K_MA2＝94.85N/mm及K_MA3＝174.75N/mm，及步骤(5)中设计得到的f₀＝2.557Hz，对车辆悬架高强度三级渐变板簧的第1次开始接触载荷P_k1，第2次开始接触载荷P_k2，第3次第开始接触载荷P_k3和第3次完全接触载荷P_w3分别进行设计，即

通过样机仿真和试验测试可知，所设计的该高强度二级渐变刚度板簧的刚度和接触载荷，完全满足车辆行驶平顺性对悬架系统在空载、额定载荷及渐变载荷的偏频设计要求，其中，仿真计算所得到的该车辆高强度三级渐变板簧悬架系统的偏频随载荷的变化特性曲线，见图3所示，表明本发明所提供的车辆悬架高强度三级渐变板簧各级刚度与接触载荷的匹配方法是正确的。利用该方法可得可靠的刚度与接触载荷的匹配设计值，满足在不同载荷下的悬架等偏频设计要求，提高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。