端部接触式端部加强型少片主副簧的副簧起作用载荷验算法
【专利摘要】本发明涉及端部接触式端部加强型少片主副簧的副簧起作用载荷验算法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明根据各片端部加强型变截面主簧的结构尺寸和弹性模量，首先确定出各片主簧的端点变形系数<i>G</i><i>x</i>?E<i>i</i>和一半刚度<i>K</i>M<i>i</i>，及第<i>N</i>主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数<i>G</i><i>x</i>?DE；然后，随后，根据主副簧间隙进行设计值，第<i>N</i>片主簧的根部平直段的厚度<i>h</i>2、及各片主簧的一半刚度<i>K</i>M<i>i</i>，对端部接触式加强型少片主簧的副簧起作用载荷进行验算。通过ANSYS仿真验证可知，利用方法可得到端部接触式加强型少片主簧的副簧起作用载荷的验算值，提高少片主副簧的设计水平和性能，提高车辆平顺性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。
【专利说明】
端部接触式端部加强型少片主副黃的副黃起作用载荷验算法
技术领域
[0001] 本发明设及车辆悬架钢板弹黃，特别是端部接触式端部加强型少片主副黃的副黃 起作用载荷验算法。
【背景技术】
[0002] 为了满足车辆悬架变刚度的要求，通常将少片变截面钢板弹黃设计为主、副黃，其 中，副黃触点与主黃之间设计有一定的主副黃间隙，确保载荷大于一定载荷之后，主、副黃 接触而一起共同工作，满足悬架刚度和副黃起作用载荷的设计要求。由于少片变截面主黃 的第1片其受力复杂，不仅承受垂向载荷，同时还承受扭转载荷和纵向载荷，因此，实际所设 计的第1片主黃的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片主黃的端部平直段的厚度和长 度，即采用端部非等构的少片变截面钢板弹黃;同时，在主黃端部平直段与抛物线段之间增 设一斜线段，对主黃端部起加强作用，即采用端部非等构且端部加强型的少片变截面主黃。 另外，为满足主副黃不同复合刚度的设计要求，采用的副黃长度不同，副黃触点与主黃的接 触位置不同，因此，对于少片变截面主副黃可分为:端部接触式和非端部接触式。少片变截 面主黃的副黃起作用载荷的大小，影响车辆行驶平顺性，因此，副黃起作用载荷必须满足少 片变截面主黃的设计要求。然后，由于端部加强型少片变截面钢板弹黃在任意位置变形计 算非常复杂，因此，先前一直未能给出端部接触式端部加强型少片主副黃的副黃起作用载 荷的验算方法。尽管先前曾有人给出了少片变截面钢板弹黃的设计计算方法，例如，彭莫， 高军曾在《汽车工程》，1992年(第14卷)第3期，提出了变截面钢板弹黃的设计计算方法，该 方法主要是针对端部等构的少片变截面钢板弹黃进行设计和计算，其不足之处是不能满足 端部非等构的少片变截面钢板弹黃的设计要求，更不能满足端部加强型少片变截面主副黃 的副黃起作用载荷验算的要求。因此，必须建立一种精确、可靠的端部接触式端部加强型少 片主副黃的副黃起作用载荷的验算方法，满足车辆行业快速发展及对少片变截面主副钢板 弹黃精确设计的要求，提高变截面钢板弹黃的设计水平、产品质量和性能，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。
【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简便、 可靠的端部接触式端部加强型少片主副黃的副黃起作用载荷验算法，验算流程图，如图1所 示。端部接触式加强型少片变截面主副黃为对称结构，主副黃的一半对称结构可看作为悬 臂梁，即将对称中屯、线看作为根部固定端，将主黃的端部受力点和副黃的触点分别看作为 主黃端点和副黃端点。端部接触式端部加强型少片主副黃的一半对称结构示意图，如图2所 示，其中，包括:主黃1，根部垫片2,副黃3,端部垫片4;主黃1各片的一半长度为L，是由根部 平直段、抛物线段、斜线段、端部平直段四段构成;斜线段对变截面主黃端部起加强作用;每 片根部平直段的厚度为h2,长度为13,抛物线段的根部到主黃端点的距离为12,抛物线段的 端部厚度为blip,即各片抛物线段的厚度比i3i=hlip/h2,抛物线段的端部到主黃端点的距离 hlp，i = l，2，…，N，N为主黃的片数;各片主黃的端部平直段非等构，即第l片主黃的端部平 直段的厚度和长度，大于其他各片的厚度和长度，各片主黃的端部平直段的厚度和长度分 另IJ为hli和hi;各片主黃的斜线段的长度为Δ1，斜线段的厚度比γ=}ι?ιΛ?ιρ。主黃1的各片 根部平直段及与副黃3的根部平直段之间设有根部垫片2;主黃1的各片端部平直段之间设 有端部垫片4,端部垫片4的材料为碳纤维复合材料，用来降低弹黃工作时所产的摩擦噪声。 副黃3的一半长度为La,副黃触点与主黃端点的水平距离为1〇。主黃1的第Ν片端部平直段与 副黃3触点之间设有主副黃间隙δ，当载荷大于副黃起作用载荷时，副黃触点与主黃端部平 直段内某点相接触。在各片主黃的结构参数、材料特性参数、副黃的长度、主副黃间隙设计 值给定情况下，对端部接触式端部加强型少片主副黃的副黃起作用载荷进行验算。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所提供的端部接触式端部加强型少片主副黃的副黃 起作用载荷验算法，其特征在于采用W下验算步骤：
[0005] (1)各片端部加强型变截面主黃的端点变形系数Gx-ei计算：
[0006] 根据端部加强型变截面主黃的一半长度L，宽度b，，弹性模量E，安装间距的一半 13,斜线段的长度Δ1，抛物线段的根部到主黃端点的距离b = kl3,第i片主黃的抛物线段 的厚度比扣，其中，i = l，2,…，N，N为主黃片数，第i片主黃斜线段的根部到主黃端点的距离 1?ιρ=?2βΛ第i片主黃斜线段的端部到主黃端点的距离1?ι = 1?ιρ-Δ 1，斜线段的厚度比丫， 对各片主黃的端点变形系数Gx-Ei进行计算，即
[0007]
[000引（2)第N片端部加强型变截面主黃在端部平直段与副黃接触点处的变形系数Gx-de 计算：
[0009] 根据端部加强型变截面主黃的一半长度L，宽度b，弹性模量E，斜线段的长度Δ1， 抛物线段的根部到主黃端点的距离b;第N片主黃的抛物线段的厚度比齡，斜线段的根部到 主黃端点的距离1?Νρ=?2βΝ2,斜线段的端部到主黃端点的距离1ιΝ=1ιΝρ-Δ1，斜线段的厚度 比丫；副黃触点与主黃端点的水平距离1〇;对第Ν片主黃在端部平直段与副黃接触点处的变 形系数Gx-DE进行计算，即
[0010]
[0011] (3)各片端部加强型变截面主黃的一半刚度Kmi计算：
[0012] 根据端部加强型变截面主黃的根部平直段的厚度h2,及步骤（1)中计算得到的各 片主黃的端点变形系数Gx-Ei，对各片端部加强型变截面主黃的一半刚度Kmi进行计算，即
[0013]
[0014] (4)端部接触式端部加强型少片变截面主副黃的副黃起作用载荷Ρκ验算：
[0015] 根据端部加强型变截面主黃的根部平直段的厚度h2,主副黃间隙δ，步骤(2)中计 算得到的Gx-de，及步骤(3)中计算得到的各片主黃的一半刚度Κμι，对端部接触式端部加强型 少片变截面主副黃的副黃起作用载荷Ρκ进行验算，即
[0016]
[0017] 式中，Κμν为第Ν片主黃的一半刚度。
[0018] 本发明比现有技术具有的优点
[0019] 端部加强型少片变截面钢板弹黃在任意位置变形计算非常复杂，先前一直未能给 出端部接触式端部加强型少片主副黃的副黃起作用载荷的验算方法。本发明可根据各片端 部加强型变截面主黃的结构尺寸、弹性模量，首先确定出各片主黃的端点变形系数和一半 刚度，及第Ν主黃在端部平直段与副黃接触点处的变形系数;然后，根据主副黃间隙的设计 值，各片主黃的一半刚度，根部平直段的厚度，及第Ν主黃在端部平直段与副黃接触点处的 变形系数，对副黃起作用载荷进行验算。通过设计实例及ANSYS仿真验证可知，该方法可得 到准确、可靠的端部接触式端部加强型少片变截面主副黃的副黃起作用载荷验算值，为端 部接触式端部加强型少片变截面主副黃的副黃起作用载荷验算提供了可靠的方法。利用该 方法，可提高车辆悬架变截面主副钢板弹黃的设计水平、产品质量和性能及车辆行驶平顺 性，同时，还可降低悬架弹黃质量和成本及设计和试验费用，加快产品开发速度。
【附图说明】
[0020] 为了更好地理解本发明，下面结合附图做进一步的说明。
[0021] 图1是端部接触式端部加强型少片变截面主副黃的副黃起作用载荷的验算流程 图；
[0022] 图2是端部接触式端部加强型少片变截面主副黃的一半对称结构示意图；
[0023] 图3是实施例一端部加强型少片变截面主黃的变形仿真云图；
[0024] 图4是实施例二端部加强型少片变截面主黃的变形仿真云图。 具体实施方案
[0025] 下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。
[00%]实施例一:某端部加强型少片变截面主黃的片数Ν = 2,其中，各片主黃的一半长度 L = 575mm，宽度b = 60mm，弹性模量E = 200G化，根部平直段的厚度h2 = 10.72mm，安装间距的 一半l3 = 55mm，抛物线段的根部到主黃端点的距离b = kl3 = 520mm。第1片主黃抛物线段的 端部厚度hiip = 6mm，端部平直段的厚度hii = 7mm，第1片主黃抛物线段的厚度比0i = hiip/h2 = 0.55,第1片主黃的斜线段的根部到主黃端点的距离hip = l2&2 = 157.51mm。第2片主黃的 抛物线段的端部厚度hi2p = 4.7mm，端部平直段的厚度hi2 = 5.5mm，第2片主黃的抛物线段的 厚度比e2 = hl2p/h2 = 0.44,第2片主黃斜线段的根部到主黃端点的距离1?2ρ=?2β22 = 100.81mm;各片主黃的斜线段的长度Δl = 30mm，斜线段的厚度比丫=hll/hllp = hl2/hl2p = 1.17;第1片主黃斜线段的端部到主黃端点的距离hi = hip-M = 127.51mm，第2片主黃斜线 段的端部到主黃端点的距离Ii2 = h2p-Al = 70.81mm。副黃的一半长度LA=525mm，副黃触点 与主黃端点的水平距离lo = 50mm，副黃触点与主黃端部平直段之间的主副黃间隙设计值δ =41.15mm;对该端部接触式端部加强型少片主副黃的副黃起作用载荷进行验算。
[0027]本发明实例所提供的端部接触式端部加强型少片主副黃的副黃起作用载荷验算 法，其验算流程如图1所示，具体验算步骤如下：
[00%] (1)各片端部加强型变截面主黃的端点变形系数Gx-ei计算：
[0029] 根据端部加强型变截面主黃的一半长度L = 575mm，宽度b = 60mm，弹性模量E = 200G化，安装间距的一半l3 = 55mm，斜线段的长度M = 30mm，抛物线段的根部到主黃端点 的距离l2 = kl3 = 520mm，第1片主黃的抛物线段的厚度比& = 0.55,第2片主黃的抛物线段 的厚度比02 = 0.44,第1片主黃斜线段的根部到主黃端点的距离hip = 157.51mm、第2片主黃 斜线段的根部到主黃端点的距离li2p=l〇〇.81mm;第1片主黃斜线段的端部到主黃端点的距 离hi = 127.51mm，第2片主黃斜线段的端部到主黃端点的距离112 = 70.81mm;斜线段的厚度 比丫 =1.17,对第1片主黃和第2片主黃的端点变形系数Gx-ei和Gx-e2进分别行计算，即
[0030]
[0033] (2)第2片端部加强型变截面主黃在端部平直段与副黃接触点处的变形系数Gx-de 计算：
[0034] 根据端部加强型变截面主黃的一半长度L = 575mm，宽度b = 60mm，弹性模量E = 200GPa，斜线段的长度Al = 30mm，抛物线段的根部到主黃端点的距离l2 = 520mm，第2片主 黃的抛物线段的厚度比02 = 0.44,第2片主黃斜线段的根部到主黃端点的距离li2p = 100.81mm，第2片主黃斜线段的端部到主黃端点的距离112 = 70.81mm，斜线段的厚度比γ = 1.17,副黃触点与主黃端点的水平距离l〇 = 50mm，对第2片主黃在端部平直段与副黃接触点 处的变形系数Gx-DE进行计算，即
[0035]
[0036] (3)各片端部加强型变截面主黃的一半刚度Kmi计算：
[0037] 根据端部加强型变截面主黃的根部平直段的厚度h2 = 10.72mm，及步骤（1)中计算 得到的Gx-Ei=100.16mm4/N和拉-62=105.23臟4/^，对第1片主黃和第2片主黃的一半刚度1(肌 和Km2分别进行计算，即
[0040] (4)端部接触式端部加强型少片变截面主副黃的副黃起作用载荷Ρκ验算：
[0041] 根据端部加强型变截面主黃的根部平直段的厚度h2 = l〇. 72mm，主副黃间隙δ = 41.15mm，步骤（2)中计算得到的Gx-DE = 86.62mm4/N，及步骤(3)中计算得到的Κμι=12.30Ν/ mm和KM2 = 11.71N/mm，对该端部接触式端部加强型少片变截面主副黃的副黃起作用载荷化 进行验算，即
[0042]
[0043] 利用ANSYS有限元仿真软件，根据该端部加强型少片变截面钢板弹黃的主黃结构 参数和材料特性参数，建立ANSYS仿真模型，划分网格，并在仿真模型的根部施加固定约束， 在主黃端点施加验算所得到的副黃起作用载荷的一半即P=1200N，对该端部加强型少片变 截面钢板弹黃主黃的变形进行ANSYS仿真，所得到的变形仿真云图，如图3所示，其中，该主 黃在距离端部位置50mm处的变形量δ = 41.14mm。
[0044] 可知，在相同载荷下，该钢板弹黃主黃在与副黃接触点处变形的ANSYS仿真验证值 δ = 41.14mm，与该端部接触式加强型少片主副黃的主副黃间隙设计值相吻合，相对偏差仅 为0.02%;结果表明该发明所提供的端部接触式端部加强型少片主副黃的副黃起作用载荷 验算法是正确的，载荷验算值是准确可靠的。
[0045] 实施例二:某端部加强型少片变截面主黃的片数N = 2,其中，各片主黃的一半长度 L = 600mm，宽度b = 60mm，弹性模量E = 200GPa，根部平直段的厚度h2 = 13.87mm，安装间距的 一半l3 = 60mm，抛物线段的根部到主黃端点的距离b = kl3 = 540mm。第1片主黃的抛物线段 的端部厚度1?ι?ρ = 7.62πιπι，第1片主黃的端部平直段的厚度hii = 8.9mm，第1片主黃的抛物线 段的厚度比ei = hiip/h2 = 0.55,第1片主黃斜线段的根部到主黃端点的距离1?1ρ = ?2012 = 163.41mm。第2片主黃的抛物线段的端部厚度hi2p = 6.1mm，第2片主黃的端部平直段的厚度 hi2 = 7.14mm，第2片主黃的抛物线段的厚度比i32 = hi2p/h2 = 0.44,第2片主黃斜线段的根部 到主黃端点的距离Ii2p = l2i322 = 104.45mm。各片主黃的斜线段的长度Al = 30mm，斜线段的 厚度比丫 =hll/hllp = hl2/hl2p=1.17。第1片主黃的斜线段的端部到主黃端点的距离hi = hip- A 1 = 133.41mm，第2片主黃斜线段的端部到主黃端点的距离1?2 = 1?2ρ- Δ 1 = 74.45mm。 副黃的一半长度LA=540mm，副黃触点与主黃端点的水平距离l〇 = 60mm，副黃触点与主黃端 部平直段内之间的主副黃间隙δ = 51.97mm。对该端部接触和加强型少片主副黃的副黃起作 用载荷Ρκ进行验算。
[0046] 采用与实施例一相同的验算方法和步骤，对该端部接触式端部加强型少片变截面 主副黃的副黃起作用载荷Ρκ进行验算，具体验算步骤如下：
[0047] (1)各片端部加强型变截面主黃的端点变形系数Gx-ei计算：
[004引根据端部加强型变截面主黃的一半长度L = 600mm，宽度b = 60mm，，弹性模量E = 200GPa，安装间距的一半l3 = 60mm，斜线段的长度Δ 1 = 30mm，斜线段的厚度比丫 = 1.17，抛 物线段的根部到主黃端点的距离l2 = 540mm;第1片主黃的抛物线段的厚度比& = 0.55,斜线 段的根部到主黃端点的距离liip= 163.41mm，斜线段的端部到主黃端点的距离lii = 133.41mm;第2片主黃抛物线段的厚度比化= 0.44,斜线段的根部到主黃端点的距离1?2ρ = 104.45mm，抛物线段的厚度比阮=0.44,斜线段的端部到主黃端点的距离112 = 74.45mm，即 对第1片主黃和第2片主黃的端点变形系数Gx-E1和Gx-E2分别进行计算，即 [0049]
[0051] (2)第2片端部加强型变截面主黃在端部平直段与副黃接触点处的变形系数Gx-de 计算：
[0052] 根据端部加强型变截面主黃的一半长度L = 600mm，宽度b = 60mm，弹性模量E = 200GPa，斜线段的长度M = 30mm，抛物线段的根部到主黃端点的距离l2 = 540mm。第2片主 黃的抛物线段的厚度比& = 0.44，斜线段的根部到主黃端点的距离1邮=104.45111111，斜线段 的端部到主黃端点的距离112 = 74.45mm，斜线段的厚度比7=1.17,畐騰触点与主黃端点的 水平距离lo = 60mm，对第2片主黃在端部平直段与副黃接触点处的变形系数Gx-de进行计算， 即
[0化3]
[0化4]
[0055] (3)各片端部加强型变截面主黃的一半刚度Kmi计算：
[0056] 根据端部加强型少片变截面主黃的根部平直段的厚度h2 = 13.87mm，及步骤(1)中 计算得到的Gx-Ei=113.19mm4/N和心62=118.881111114/^，对第1片主黃和第2片主黃的一半刚 度Kmi和Km2分别进行计算，即
[0059] (4)端部接触式端部加强型少片变截面主副黃的副黃起作用载荷Ρκ验算：
[0060] 根据加强型变截面主黃的根部平直段的厚度h2= 13.87mm，主副黃间隙δ = 51.97mm，步骤(2)中计算得到Gx-DE = 94.75mm4/N，及步骤(3)中计算得到的KMl = 23.57N/mm 和KM2 = 22.45N/mm，对该端部接触式端部加强型少片主副黃的副黃起作用载荷Ρκ进行验算， 即
[0061]
[0062] 利用ANSYS有限元仿真软件，根据该端部加强型少片变截面钢板弹黃的主黃结构 参数和材料特性参数，建立ANSYS仿真模型，划分网格，并在仿真模型的根部施加固定约束， 在主黃端点施加验算所得到的副黃起作用载荷的一半即Ρ = 3000Ν，对该端部加强型少片变 截面钢板弹黃主黃的变形进行ANSYS仿真，所得到的变形仿真云图，如图4所示，其中，该主 黃在距离端部位置60mm处的变形量δ = 52.08mm。
[0063] 可知，在相同载荷下，该钢板弹黃主黃在与副黃接触点处变形的ANSYS仿真验证值 δ = 52.08mm，与主副黃间隙设计值δ = 51.97mm相吻合，相对偏差仅为0.21 % ;结果表明该发 明所提供的端部接触式端部加强型少片主副黃的副黃起作用载荷验算法是正确的，载荷验 算值是准确可靠的。
【主权项】
1.端部接触式端部加强型少片主副簧的副簧起作用载荷验算法，其中，加强型少片变 截面主簧的一半对称结构由根部平直段、抛物线段、斜线段和端部平直段4段构成，斜线段 对变截面主簧端部起加强作用;各片主簧的端部平直段非等构，即第1片主簧的端部平直段 的厚度和长度，大于其他各片主簧的端部平直段的厚度和长度;副簧触点与主簧平直段之 间设有一定的主副簧间隙，当载荷大于副簧起作用载荷时，副簧触点与主簧端部平直段内 某点相接触;在各片主簧的结构参数、弹性模量、主副簧间隙设计值给定情况下，对端部接 触式加强型少片变截面主副簧的副簧起作用载荷进行验算，具体验算步骤如下： (1) 各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-El计算： 根据端部加强型变截面主簧的一半长度L，宽度b，，弹性模量E，安装间距的一半13,斜线 段的长度Δ1，抛物线段的根部到主簧端点的距离12 = L-13,第i片主簧的抛物线段的厚度比 队，其中，i = l，2,…，N，N为主簧片数，第i片主簧斜线段的根部到主簧端点的距离11ιρ = 12 βΛ第i片主簧斜线段的端部到主簧端点的距离lu = luP-Al，斜线段的厚度比γ，对各片 主簧的端点变形系数Gx-^进行计算，即(2) 第Ν片端部加强型变截面主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数GX-DE计算： 根据端部加强型变截面主簧的一半长度L，宽度b，弹性模量E，斜线段的长度Δ1，抛物 线段的根部到主簧端点的距离12;第N片主簧的抛物线段的厚度比βΝ，斜线段的根部到主簧 端点的距离11Νρ = 12βΝ2,斜线段的端部到主簧端点的距离11Ν=1 1ΝΡ_ A 1，斜线段的厚度比γ ; 副簧触点与主簧端点的水平距离1〇;对第Ν片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系 数GX- DE进行计算，SP(3) 各片端部加强型变截面主簧的一半刚度KMl计算： 根据端部加强型变截面主簧的根部平直段的厚度h2,及步骤(1)中计算得到的各片主簧 的端点变形系数Gx-El，对各片端部加强型变截面主簧的一半刚度1^进行计算，即(4) 端部接触式端部加强型少片变截面主副簧的副簧起作用载荷Ρκ验算： 根据端部加强型变截面主簧的根部平直段的厚度h2,主副簧间隙δ，步骤(2)中计算得到 的GX-DE，及步骤(3)中计算得到的各片主簧的一半刚度KMl，对端部接触式端部加强型少片变 截面主副簧的副簧起作用载荷Ρκ进行验算，即式中，Kmn为第N片主簧的一半刚度。
【文档编号】G06F17/50GK105825007SQ201610146781
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】周长城, 王炳超, 赵雷雷, 于曰伟, 王凤娟, 许祥利, 邵明磊
【申请人】周长城, 王炳超