本发明涉及车辆悬架少片变截面板簧，特别是等构式少片斜线型变截面板簧预夹紧应力的匹配设计法。
背景技术：
随着汽车节能及轻量化的快速发展，少片变截面板簧因具有重量轻，材料利用率高，片间无摩擦或摩擦小，振动噪声低，使用寿命长等优点，日益受到车辆悬架专家、生产企业及车辆制造企业的高度关注。由于斜线型变截面板簧与抛物线型变截面板簧相比，其加工工艺和所需要设备简单，因此，等构式少片斜线型变截面板簧在车辆悬架系统中得到了广泛应用。通常为了提高板簧可靠性和使用寿命的设计要求，通过各片板簧的各自不同自由切线弧高，在装配夹紧之后，使首片板簧或前几片板簧产生一定的预夹紧压应力；同时，确保首片板簧的初始切线弧高满足设计要求。其中，各片板簧的预夹紧应力的匹配设计是各片板簧自由切线弧高设计的前提，因此，必须首先根据板簧片数，结构参数，额定载荷，根部最大应力及许用应力，对各片斜线型变截面板簧的预夹紧应力进行匹配设计。然而，据所查资料可知，由于受各片板簧之间预夹紧应力差计算的制约，先前一直未曾给出等构式少片斜线型变截面板簧预夹紧应力的匹配设计法。因此，必须建立一种准确、可靠的等构式少片斜线型变截面板簧预夹紧应力的匹配设计法，为各片斜线型变截面板簧自由切线弧高的设计奠定可靠的技术基础，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性和安全性及对少片斜线型变截面板簧的设计要求，确保配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高及各片板簧的预夹紧应力满足设计要求，提高产品设计水平、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、可靠的等构式少片斜线型变截面板簧预夹紧应力的匹配设计法，其匹配设计流程图，如图1所示。等构式少片斜线型变截面板簧为以中心穿装孔对称的结构，其一半对称夹紧结构示意图如图2所示，其中包括，板簧1，根部垫片2，端部垫片3。板簧1的片数为n，其中，2≤n≤5；各片板簧的宽度为b，弹性模量为e，一半作用长度为lt是由根部平直段、斜线段和端部平直段三段所构成，根部平直段用于骑马螺栓装配夹紧，各片板簧的结构相同，即等构式少片斜线型变截面板簧。各片板簧的根部平直段的一半长度为l0，根部平直段的厚度为h2，端部平直段的厚度h1，斜线段的厚度比为β＝h1/h2，端部平直段的长度为l1＝(lt-l0)β2。各片板簧的根部之间设有根部垫片2，根部垫片厚度为δc。各片板簧的端部之间设有端部垫片3，端部垫片的厚度为δe，材料为碳纤维复合材料，以降低板簧工作所产生的摩擦噪声。通过各片板簧的各自不同自由切线弧高，确保装配预夹紧后的首片板簧初始切线弧高和各片板簧预夹紧应力满足设计要求。各片板簧的自由切线弧高为hgi0，装配夹紧之后的首片板簧初始切线弧高为hgc1，各片板簧的预夹紧应力为σi，i＝1,2,…,n。各片板簧预夹紧应力的匹配设计是各片板簧自由切线弧高设计的前提。根据板簧片数、各片板簧的结构参数，额定载荷及首片板簧在额度载荷下的许用应力，对等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧的预夹紧应力进行匹配设计，确保各片板簧的预夹紧应力满足设计要求，并为各片板簧自由切线弧高的设计奠定可靠的技术基础。
为解决上述技术问题，本发明所提供的等构式少片斜线型变截面板簧预夹紧应力的匹配设计法，其特征在于采用以下匹配设计步骤：
(1)等构式少片斜线型变截面板簧的根部最大应力σmax的计算:
根据板簧片数n，板簧的宽度b，根部平直段的一半长度l0；各片板簧的根部平直段厚度h2，一半作用长度lt，额度载荷pn，对等构式少片斜线型变截面板簧的根部最大应力σmax进行计算，即
(2)等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧之间预夹紧应力差δσ的确定:
根据板簧片数n，首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ1]，步骤(1)中计算得到的σmax，对等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧之间的预夹紧应力差δσ进行确定，即
(3)等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧预夹紧应力σi的匹配设计:
根据板簧片数n，首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ1]，步骤(1)中计算得到的σmax，步骤(2)中所确定的δσ，对等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧的预夹紧应力σi进行匹配设计，i＝1,2,…,n，即
σi＝[σ1]-σmax+(i-1)δσ，i＝1,2,…,n。
本发明比现有技术具有的优点
对于等构式少片斜线型变截面板簧，先前一直未曾给出准确可靠的等构式少片斜线型变截面板簧预夹紧应力的匹配设计法，不能满足车辆快速发展及对悬架少片变截面板簧现代化cad设计的要求。本发明可根据板簧片数，各片板簧的结构参数，额定载荷及首片板簧在额定载荷下的许用应力，对等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧预夹紧应力进行设计。通过样机试验可知，本发明提供的等构式少片斜线型变截面板簧预夹紧应力的匹配设计法是正确的，可得到准确可靠的各片板簧预夹紧应力的匹配设计值，为等构式少片斜线型变截面板簧预夹紧应力的匹配设计提供了可靠的技术方法，并为各片板簧自由切线弧高设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法可确保各片板簧预夹紧应力满足设计要求，可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，降低产品的设计开发及试验费用，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是等构式少片斜线型变截面板簧预夹紧应力的匹配设计流程图；
图2是等构式少片斜线型变截面板簧的一半夹紧结构示意图。
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：某等构式少片斜线型变截面板簧的一半作用长度lt＝575mm，骑马螺栓夹紧的根部平直段的一半长度l0＝50mm，板簧的宽度b＝60mm，弹性模量e＝200gpa。板簧片数n＝3，各片板簧的根部平直段的厚度h2＝12mm。额定载荷pn＝7000n，首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ1]＝400mpa。根据板簧片数，各片板簧的结构参数，额定载荷及首片板簧在额度载荷下的许用应力，对该等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧的预夹紧应力进行匹配设计。
本发明实例所提供的等构式少片斜线型变截面板簧预夹紧应力的匹配设计法，其匹配设计流程如图1所示，具体匹配设计步骤如下：
(1)等构式少片斜线型变截面板簧的根部最大应力σmax的计算:
根据板簧片数n＝3，板簧的宽度b＝60mm，各片板簧的一半作用长度lt＝575mm，根部平直段的一半长度l0＝50mm，根部平直段的厚度h2＝12mm，额度载荷pn＝7000n，对该等构式少片斜线型变截面板簧的根部最大应力σmax进行计算，即
(2)等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧之间预夹紧应力之差δσ的确定:
根据板簧片数n＝3，首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ1]＝400mpa，步骤(1)中计算得到的σmax＝425.35mpa，对该等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧之间的预夹紧应力之差δσ进行确定，即
(3)等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧预夹紧应力σi的匹配设计:
根据板簧片数n＝3，首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ1]＝400mpa，步骤(1)中计算得到的σmax＝425.35mpa，步骤(2)中所确定的δσ＝25.35mpa，对该等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧预夹紧应力σi进行匹配设计，i＝1,2,3，即
σ1＝[σ1]-σmax+(1-1)δσ＝-25.35mpa
σ2＝[σ1]-σmax+(2-1)δσ＝0mpa,
σ3＝[σ1]-σmax+(3-1)δσ＝25.35mpa。
通过样机试验可知，本发明所提供的等构式少片斜线型变截面板簧预夹紧应力的匹配设计法是正确的，可得到准确可靠的各片板簧预夹紧应力的设计值。
实施例二：某等构式少片斜线型变截面板簧的宽度b＝60mm，各片板簧的一半作用长度lt＝575mm，弹性模量e＝200gpa，骑马螺栓夹紧的根部平直段的一半长度l0＝55mm。板簧片数n＝4，各片板簧的根部平直段的厚度h2＝14mm。额定载荷pn＝13000n，首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ]＝400mpa。根据板簧片数，各片板簧的结构参数，额定载荷及首片板簧在额度载荷下的许用应力，对该等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧预夹紧应力进行匹配设计。
采用与实施例一相同的匹配设计方法和步骤，对该等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧预夹紧应力进行匹配设计，具体匹配设计步骤如下：
(1)等构式少片斜线型变截面板簧的根部最大应力σmax的计算:
根据板簧片数n＝4，板簧的宽度b＝60mm，一半作用长度lt＝575mm，根部平直段的一半长度l0＝55mm，各片板簧的根部平直段的厚度h2＝14mm，额度载荷pn＝13000n，对该等构式少片斜线型变截面板簧的根部最大应力σmax进行计算，即
(2)等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧之间预夹紧应力差δσ的确定:
根据板簧片数n＝4，首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ1]＝450mpa，步骤(1)中计算得到的σmax＝431.12mpa，对该等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧之间的预夹紧应力差δσ进行确定，即
(3)等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧预夹紧应力σi的匹配设计:
根据板簧片数n＝4，根据首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ1]＝400mpa，步骤(1)中计算得到的σmax＝431.12mpa，步骤(2)中所确定的δσ＝20.75mpa，对该等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧的预夹紧应力σi进行匹配设计，i＝1,2,…,n，即
σ1＝[σ1]-σmax+(1-1)δσ＝-31.12mpa
σ2＝[σ1]-σmax+(2-1)δσ＝-10.37mpa,
σ3＝[σ1]-σmax+(3-1)δσ＝10.37mpa；
σ4＝[σ1]-σmax+(4-1)δσ＝31.12mpa。
通过样机试验可知，本发明提供的等构式少片斜线型变截面板簧预夹紧应力的匹配设计法是正确的，可得到准确可靠的各片板簧预夹紧应力的匹配设计值，为等构式少片斜线型变截面板簧预夹紧应力的匹配设计提供了可靠的技术方法。利用该方法可确保各片板簧预夹紧应力满足设计要求，可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，降低产品的设计开发及试验费用，加快产品开发速度。