本发明涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是根部曲线式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法。
背景技术：
多片叠加板簧是车辆悬架弹簧中应用非常广泛的零部件，通常为了改进生产工艺提高板簧生产效率和满足首片板簧受力复杂的要求，各片板簧为一次曲面加工成型，且首片板簧的厚度大于其他各片板簧的厚度，即根部曲线式非等厚叠加板簧。通过各片板簧的各自不同自由切线弧高，确保在经中心穿装栓预夹紧后的首片板簧的预夹紧切线弧高、及在骑马螺栓装配夹紧之后的板簧的装配夹紧切线弧高、板簧夹紧刚度特性满足设计要求；同时，使首片或前几片板簧产生一定的预夹紧压应力，从而提高板簧可靠性和使用寿命。其中，各片板簧的自由切线弧高，决定并影响板簧的初始切线弧高、装配夹紧切线弧高和各片板簧的预夹紧应力的大小。然而，据所查资料可知，由于受中心穿装栓夹紧和骑马螺栓装配夹紧对板簧弧高的影响，及各片板簧的自由切线弧高与中心穿装栓预夹紧后的预夹紧切线弧高、骑马螺栓装配夹紧后的装配夹紧切线弧高之间关系及骑马螺栓弧高影响系数计算的制约，先前一直未曾给出准确可靠的根部曲线式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法，不能满足车辆快速发展及对悬架板簧现代化CAD设计的要求。随着车辆行驶速度及其对平顺性和安全性要求的不断提高，对非根部平直式等厚叠加板簧提出了更高的要求，因此，必须建立一种准确、可靠的根部曲线式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法，提高产品的设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，降低产品的设计及试验费用，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、可靠的根部曲线式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法，其设计流程图，如图1所示。各片板簧以中心穿装孔对称的结构，板簧片数为n，板簧的宽度为b，弹性模量为E，各片板簧为一次曲面加工成形，且各片板簧的厚度不相等，即根部曲线式非等厚叠加板簧。骑马螺栓夹紧距的一半为L0，根部曲线式非等厚叠加板簧在骑马螺栓装配夹紧后的一半对称结构示意图如图2所示。各片板簧的厚度为hi，一半作用长度为LiT，各片板簧的自由切线弧高为Hgi0，i＝1,2,…,n。首先，各片板簧在中心穿装栓预夹紧后的首片板簧的预夹紧切线弧高为HgF1。随后，在骑马螺栓装配夹紧之后的首片板簧的装配夹紧切线弧高为HgC1，其中，HgC1<HgF1。通过各片板簧的自由切线弧高，确保首片板簧的装配夹紧切线弧高满足设计要求，同时，使首片板簧或前几片板簧受预夹紧压应力，而末片或后几片板簧受预夹紧拉应力，提高板簧可靠性和使用寿命。根据板簧片数，各片板簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，各片板簧的预夹紧应力和首片板簧的装配夹紧切线弧高的设计要求值，对根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由切线弧高进行设计。
为解决上述技术问题，本发明所提供的根部曲线式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：
(1)根部曲线式非等厚叠加板簧的首片板簧预夹紧切线弧高HgF1的确定：
A步骤：骑马螺栓弧高影响系数的计算
根据首片板簧的一半作用长度L1T，骑马螺栓夹紧距的一半L0，对根部曲线式非等厚叠加板簧的骑马螺栓弧高影响系数进行计算，即
B步骤：首片板簧预夹紧切线弧高HgF1的确定
根据骑马螺栓装配夹紧后的首片板簧装配夹紧切线弧高的设计要求值HgC1，A步骤中计算得到的对根部曲线式非等厚叠加板簧在中心穿装栓预夹紧后的首片板簧预夹紧切线弧高HgF1进行确定，即
(2)根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧预夹紧曲率半径RFi的计算：
I步骤：首片板簧预夹紧曲率半径RF1的计算
根据首片板簧的一半作用长度L1T，步骤(1)中所确定的HgF1，对根部曲线式非等厚叠加板簧在中心穿装栓预夹紧后的首片板簧的预夹紧曲率半径RF1进行计算，即
II步骤：其他各片板簧预夹紧曲率半径RFi的计算
根据板簧片数n，前n-1片板簧的厚度hi，I步骤中计算得到的RF1，对根部曲线式非等厚叠加板簧在中心穿装栓夹紧后除首片板簧之外的其他各片板簧的预夹紧曲率半径RFi进行计算，i＝2,3,…,n，即
RFi＝RF1+(h1+h2+…+hi-1),i＝2,3,…,n；
(3)根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧自由曲率半径Ri0的计算：
根据板簧片数n，弹性模量E，各片板簧的厚度hi，各片板簧的预夹紧应力的设计要求值σi，步骤(2)中计算得到的RFi，对根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由曲率半径Ri0进行计算，i＝1,2,…,n，即
(4)根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧自由切线弧高Hgi0的设计：
根据板簧片数n，各片板簧的一半作用长度为LiT，步骤(3)中计算得到的Ri0，对根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由切线弧高Hgi0进行设计，i＝1,2,…,n，即
本发明比现有技术具有的优点
因受自由切线弧高与预夹紧切线弧高及预夹紧应力之间关系及骑马螺栓弧高影响系数计算的制约，先前一直未曾给出准确可靠的根部曲线式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法，不能满足车辆快速发展及对悬架板簧现代化CAD设计的要求。本发明可根据板簧片数，弹性模量，各片板簧的结构参数，各片板簧的预夹紧应力设计要求值，及骑马螺栓装配夹紧后的首片板簧的装配夹紧切线弧高的设计要求值，对根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由切线弧高进行设计。通过样机试验测试可知，本发明所提供的根部曲线式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法是正确的，可得到准确可靠的各片板簧的自由切线弧高的设计值，为根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧自由切线弧高的设计提供了可靠的技术方法。利用该方法可确保满足各片板簧的预夹紧应力和首片板簧的装配夹紧切线弧高的满足设计要求，提高产品的设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，降低产品的设计及试验费用，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是根部曲线式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法流程图；
图2是根部曲线式非等厚叠加板簧在骑马螺栓装配夹紧后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。
实施例一：某根部曲线式非等厚叠加板簧的宽度b＝60mm，弹性模量E＝200GPa；板簧片数n＝5，各片板簧的厚度为h1＝9mm，h2＝8mm，h3＝8mm，h4＝10mm，h5＝10mm；各片板簧的一半作用长度为L1T＝575mm，L2T＝525mm，L3T＝475mm，L4T＝425mm，L5T＝375mm。骑马螺栓夹紧距的一半L0＝50mm，各片板簧的预夹紧应力的设计要求值为σ1＝-44.6MPa，σ2＝-28.2MPa，σ3＝0MPa，σ4＝18MPa，σ5＝36.13MPa，骑马螺栓装配夹紧后的首片板簧装配夹紧切线弧高的设计要求值HgC1＝100mm。根据板簧片数，弹性模量，各片板簧的结构参数，各片板簧的预夹紧应力设计要求值，及骑马螺栓装配夹紧后的首片板簧装配夹紧切线弧高的设计要求值，对该根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由切线弧高Hgi0进行设计。
本发明实例所提供的根部曲线式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法，其设计流程如图1所示，具体设计步骤如下：
(1)根部曲线式非等厚叠加板簧的首片板簧预夹紧切线弧高HgF1的确定：
A步骤：骑马螺栓弧高影响系数的计算
根据首片板簧的一半作用长度L1T＝575mm，骑马螺栓夹紧距的一半L0＝50mm，对该根部曲线式非等厚叠加板簧的骑马螺栓弧高影响系数进行计算，即
B步骤：首片板簧预夹紧切线弧高HgF1的确定
根据骑马螺栓装配夹紧后的首片板簧的装配夹紧切线弧高的设计要求值HgC1＝100mm，A步骤中计算得到的对该根部曲线式非等厚叠加板簧在中心穿装栓预夹紧后的首片板簧的预夹紧切线弧高HgF1进行确定，即
(2)根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧预夹紧曲率半径RFi的计算：
I步骤：首片板簧预夹紧曲率半径RF1的计算
根据首片板簧的一半作用长度L1T＝575mm，步骤(1)中确定得到的HgF1＝114.3mm，对根部曲线式非等厚叠加板簧在中心穿装栓预夹紧后的首片板簧的预夹紧曲率半径RF1进行计算，即
II步骤：其他各片板簧预夹紧曲率半径RFi的计算
根据板簧片数n＝5，前4片板簧的厚度h1＝9mm，h2＝8mm，h3＝8mm，h4＝10mm，I步骤中计算得到的RF1＝1446.8mm，对根部曲线式非等厚叠加板簧在中心穿装栓预夹紧后除首片板簧之外的其他各片板簧的预夹紧曲率半径RFi进行计算，i＝2,3,…,n，即
RF2＝RF1+h1＝1455.8mm，
RF3＝RF1+h1+h2＝1463.8mm，
RF4＝RF1+h1+h2+h3＝1471.8mm，
RF5＝RF1+h1+h2+h3+h4＝1481.8mm。
(3)根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧自由曲率半径Ri0的计算：
根据板簧片数n＝5，弹性模量E＝200GPa，各片板簧的厚度h1＝9mm，h2＝8mm，h3＝8mm，h4＝10mm，h5＝10mm，各片板簧的预夹紧应力的设计要求值σ1＝-44.6MPa，σ2＝-28.2MPa，σ3＝0MPa，σ4＝18MPa，σ5＝36.13MPa，步骤(2)中计算得到的RF1＝1446.8mm,RF2＝1455.8mm，RF3＝1463.8mm，RF4＝1471.8mm，RF5＝1481.8mm，对该根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由曲率半径Ri0进行计算，i＝1,2,…,n，即
(4)根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧自由切线弧高Hgi0的设计：
根据板簧片数n＝5，各片板簧的一半作用长度为L1T＝575mm，L2T＝525mm，L3T＝475mm，L4T＝425mm，L5T＝375mm，步骤(3)中计算得到的R10＝1558.6mm，R20＝1534.6mm，R30＝1463.8mm，R40＝1433.7mm，R50＝1406.5mm，对该根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由切线弧高Hgi0进行设计，i＝1,2,…,n，即
通过样机试验测试可知，本发明所提供的根部曲线式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法是正确的，可得到准确可靠的各片板簧自由切线弧高的设计值。
实施例二：某根部曲线式非等厚叠加板簧的宽度b＝60mm，弹性模量E＝200GPa；板簧片数n＝4，各片板簧的厚度为h1＝10mm，h2＝9mm，h3＝9mm，h4＝9mm；各片板簧的一半作用长度为L1T＝575mm，L2T＝525mm，L3T＝475mm，L4T＝425mm。骑马螺栓夹紧距的一半L0＝55mm，各片板簧的预夹紧应力的设计要求值为σ1＝-67.73MPa，σ2＝-27.87Mpa，σ3＝27.87Mpa，σ4＝83.62MPa，骑马螺栓装配夹紧后的首片板簧装配夹紧切线弧高的设计要求值为HgC1＝100mm。根据板簧片数，弹性模量，各片板簧的结构参数，各片板簧的预夹紧应力的设计要求值，及骑马螺栓装配夹紧后的首片板簧的装配夹紧切线弧高的设计要求值，对该根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由切线弧高Hgi0进行设计。
采用与实施例一相同的设计方法和步骤，对该根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧自由切线弧高进行设计，具体设计步骤如下：
(1)根部曲线式非等厚叠加板簧的首片板簧预夹紧切线弧高HgF1的确定：
A步骤：骑马螺栓弧高影响系数的计算
根据首片板簧的一半作用长度L1T＝575mm，骑马螺栓夹紧距的一半L0＝55mm，对该根部曲线式非等厚叠加板簧的骑马螺栓弧高影响系数进行计算，即
B步骤：首片板簧预夹紧切线弧高HgF1的确定
根据骑马螺栓装配夹紧后的首片板簧装配夹紧切线弧高的设计要求值HgC1＝100mm，A步骤中计算得到的对该根部曲线式非等厚叠加板簧在中心穿装栓预夹紧后的首片板簧的预夹紧切线弧高HgF1进行确定，即
(2)根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧预夹紧曲率半径RFi的计算：
I步骤：首片板簧的预夹紧曲率半径RF1的计算
根据首片板簧的一半作用长度L1T＝575mm，步骤(1)中确定得到的HgF1＝115.8mm，对该根部曲线式非等厚叠加板簧在中心穿装栓预夹紧后的首片板簧的预夹紧曲率半径RF1进行计算，即
II步骤：其他各片板簧的预夹紧曲率半径RFi的计算
根据板簧片数n＝4，前3片板簧的厚度h1＝10mm，h2＝9mm，h3＝9mm，I步骤中计算得到的RF1＝1440.6mm，对该根部曲线式非等厚叠加板簧在中心穿装栓预夹紧后除首片板簧之外的其他各片板簧的预夹紧曲率半径RFi进行计算，i＝2,3,4，即
RF2＝RF1+h1＝1450.6mm，
RF3＝RF1+h1+h2＝1459.6mm，
RF4＝RF1+h1+h2+h3＝1468.6mm。
(3)根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧自由曲率半径Ri0的计算：
根据板簧片数n＝4，弹性模量E＝200GPa，各片板簧的厚度h1＝10mm，h2＝9mm，h3＝9mm，h4＝9mm，各片板簧的预夹紧应力的设计要求值σ1＝-67.73MPa，σ2＝-27.87Mpa，σ3＝27.87Mpa，σ4＝83.62MPa，步骤步骤(2)中计算得到的RF1＝1440.6mm,RF2＝1450.6mm，RF3＝1459.6mm，RF4＝1468.6mm，对该根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由曲率半径Ri0进行计算，即
(4)根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧自由切线弧高Hgi0的设计：
根据板簧片数n＝4，各片板簧的一半作用长度为L1T＝575mm，L2T＝525mm，L3T＝475mm，L4T＝425mm，步骤(3)中计算得到的R10＝1596.3mm，R20＝1518.8mm，R30＝1396.4mm，R40＝1292.3mm，对该根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧的自由切线弧高Hgi0进行设计，即
通过样机试验测试可知，本发明所提供的根部曲线式非等厚叠加板簧自由切线弧高的设计方法是正确的，可得到准确可靠的各片板簧的自由切线弧高的设计值，为根部曲线式非等厚叠加板簧的各片板簧自由切线弧高的设计提供了可靠的技术方法。利用该方法可确保满足各片板簧的预夹紧应力和首片板簧的装配夹紧切线弧高的满足设计要求，提高产品的设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，降低产品的设计及试验费用，加快产品开发速度。