一种抛物线钢板弹簧设计方法与流程

本发明涉及一种抛物线钢板弹簧的设计方法，属于汽车板簧悬架
技术领域：
。
背景技术：
：在现有抛物线钢板弹簧的设计方法中，公知的技术是卡车板簧采用材料力学方法推导的简化公式，需要利用修正系数修正计算结果，误差较大，不适合抛物线板簧的设计计算，而且计算过程繁琐，不适宜应用；有的采用有限元法设计计算，其建立模型很难与设计产品一致，造成计算误差。所以现有的设计计算方法误差较大，且不易确定误差的范围。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种快速、准确设计抛物线板簧的方法。为解决这一技术问题，本发明提供了一种抛物线钢板弹簧的设计方法，所述的抛物线钢板弹簧其端部与根部为等厚度截面，其端部与根部中间位置截面厚度按照抛物线规律变化；根据抛物线板簧等应力的要求，将抛物线处按照等应力的原则确定各个位置板簧厚度，并且可以将厚度按照不同的步长输出，然后按照等应力条件下计算得板簧形状，计算出板簧的刚度，最后根据偏频要求检验板簧刚度是否符合设计要求，具体包括如下步骤：1)首先确定基本参数，包括承受载荷P1、板簧宽度b、有效长度L、平直段长度C、端部厚度F、抛物线截止位置L1。少片簧各片承受载荷与各片刚度的大小成正比，各片的载荷容易求出，少片簧总成为各单片弹簧的线性叠加，本发明计算得出的板簧前后对称，所以本发明中涉及载荷为半片板簧载荷P1、与长度尺寸均为半片板簧尺寸。对于由几片板簧片组成的板簧总成可以根据本发明的设计程序反复计算得到。2)根据材料以及使用条件确定板簧应力σ大小，确定板簧厚度hx变化规律。hx变化规律为：其中：x为板簧上点距中心螺栓的距离。3)根据由经验及整车布置确定的板簧根部厚度，由计算得出的抛物线最厚处的厚度一致，端部厚度根据第一步中确定，所以可根据x不同的取值范围可以确定板簧实际结构，板簧厚度hx随x的取值不同得到一系列变化规律，板簧厚度hx随x的变化规律为：根据设计的精度要求以及实际生产中板簧轧制精度，对x取一定间距一系列的离散化点，可以得到对应的一些列板簧厚度值hx离散化点。将板簧厚度值hx离散化点从计算程序中输出就得到了实际需要轧制的板簧的形状。4)利用上一步计算得到的板簧厚度hx，根据力学中用积分法求取悬臂梁变形方法,计算板簧变形量，其中系数根据粱的连续性假设求出。其中：板簧的刚度可以根据下式计算：5)根据整车对于悬架偏频的要求，确定在选定等应力条件下，刚度是否符合要求。偏频的计算公式按照下式计算：有益效果：本发明将板簧的实际结构利用分段函数的形式表达出来，可以方便利用不同的精度要求得到抛物线板簧的离散化数据，在只知道初始设计参数的情况下快速得到抛物线板簧的具体形状；利用积分法对实际结构的分段函数表达式求板簧的刚度，消除了对抛物线的简化而带来的计算误差，提高了设计计算精度。本发明为少片抛物线板簧的设计提供了一种方便、准确的计算方法，易于操作、计算过程快、计算精度高、输出结果方便指导生产以及产品检验。附图说明图1为本发明的流程框图；图2为本发明实施例一的两片抛物线板簧结构示意图；图3为本发明实施例二的三片簧总成结构示意图。图中：1卷耳、2包耳、3第一过渡区域、4第二过渡区域。具体实施方式下面结合附图及实施例对本发明做具体描述。图1为本发明的流程框图。本发明包括如下步骤：(1)对需设计车型悬架的板簧进行初始参数确定：包括承受载荷、板簧宽度、长度、夹紧距、根部厚度、端部厚度、抛物线截止位置等参数；(2)按照板簧使用材料与工况的要求，确定板簧的应力，根据计算公式计算在等应力条件下板簧的厚度变化规律；(3)根据等应力板簧的厚度变化规律以及初始条件确定等应力板簧的形状，将板簧的形状按照固定间距点的形式输出；(4)根据计算得出的抛物线板簧形状，计算得出板簧刚度；(5)根据悬架对偏频的要求，校核抛物线板簧是否合适，如果不合适返回第二步，重新确定应力大小，以满足刚度要求；若满足要求则设计结束；实施例一1.设计一个两片抛物线板簧，承载38677N，半片板簧载荷9669N，板簧宽度90mm，半片有效长度900mm，半片平直段长度90mm，端部厚度15mm，半片抛物线截止位置710mm。2.板簧材料为51CrMoV4，使用在越野工况，确定板簧应力为500MPa。板簧厚度hx变化规律为：3.板簧实际结构的厚度表达式为：表达式确定以后可以按设置的50mm间距得到一系列离散化的x，然后得到一些列的板簧厚度hx离散值，最后将这些值输出，得到可以进行板簧轧制的板簧厚度hx值：X距离090150200250300350400450500550600650710775900厚度373733.732.531.329.928.627.125.624.122.420.718.816.315154.根据板簧厚度hx实际结构的表达式，根据力学的计算方法可以得到板簧刚度为149.5N/mm。5.根据板簧刚度可以确定悬架偏频为偏频偏大，不符合悬架的设计要求，重复步骤2，重新确定板簧应力615Mpa,重复步骤3，输出的板簧厚度hx值：X距离090150200250300350400450500550600650710775900hx333330.329.228.126.925.624.42321.620.218.616.914.71515重复步骤4，簧刚度为110N/mm。重复步骤5，悬架偏频为1.70。偏频符合悬架设计要求，设计结束。将1/4片板簧对称可以得到刚度相同的两片板簧片，最后将卷耳1、包耳2、第一过渡区域3、第二过渡区域4以及过渡区域的折弯高度h1画出，第一过渡区域3、第二过渡区域4为通过直线连接，第一过渡区域3有圆角R90，就得到图2设计的两片抛物线板簧结构。实施例二1.设计一个三片抛物线板簧，承载28174N。第一、二片各承载9669N,板簧宽度90mm，半片有效长度900mm，半片平直段长度90mm，端部厚度15mm，半片抛物线截止位置710mm；第三片承载8836N，板簧宽度90mm，半片有效长度900mm，半片平直段长度90mm，端部厚度22mm，半片抛物线截止位置710mm；2.板簧材料为51CrMoV4，确定板簧应力为615MPa。3.板簧实际结构的厚度表达式为：表达式确定以后可以按设置的50mm间距得到一系列离散化的x，然后得到一些列的板簧厚度hx1离散值，得到第一、二片厚度hx1和第三片厚度hx2：X距离090150200250300350400450500550600650710775900hx1333330.329.228.126.925.624.42321.620.218.616.914.71515X距离090150200250300350400450500550600650710775900hx2323228.827.726.625.524.323.221.920.619.217.716.11418184.根据板簧厚度hx实际结构的表达式，根据力学的计算方法可以得到板簧刚度第一、二片110N/mm；第二片100.2N/mm。总刚度为320.2N/mm5.根据板簧刚度可以确定悬架偏频为符合悬架的设计要求，设计结束。分别将两半片板簧对称，将卷耳1、包耳2、第一过渡区域3、第二过渡区域4以及过渡区域的折弯高度h1画出，第一过渡区域3、第二过渡区域4为通过直线连接，第一过渡区域3有圆角R90，得到刚度不同的三片单片板簧组成的三片簧总成结构，如图3所示。本发明将板簧的实际结构利用分段函数的形式表达出来，可以方便利用不同的精度要求得到抛物线板簧的离散化数据，在只知道初始设计参数的情况下快速得到抛物线板簧的具体形状；利用积分法对实际结构的分段函数表达式求板簧的刚度，消除了对抛物线的简化而带来的计算误差，提高了设计计算精度。本发明为少片抛物线板簧的设计提供了一种方便、准确的计算方法，易于操作、计算过程快、计算精度高、输出结果方便指导生产以及产品检验。本发明上述实施方案，只是举例说明，不是仅有的，所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包围。当前第1页1 2 3