端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法

端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法
【专利摘要】本发明端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片主簧的结构参数、副簧的长度和片数、弹性模量及主副簧复合刚度设计要求值，对端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧根部平直段厚度进行设计。通过实例及ANSYS仿真验证可知，该端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法是正确的，可得到准确可靠的副簧根部厚度设计值，为端部接触式少片端部加强型主副簧CAD软件开发奠定了可靠的技术基础。利用该方法提高产品设计水平和性能及车辆行驶平顺性；同时，降低产品设计及试验费用，加快产品开发速度。
【专利说明】
端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法
技术领域
[0001] 本发明涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度 的设计方法。
【背景技术】
[0002] 少片变截面钢板弹簧因具有重量轻、片间摩擦小、噪声小等优点，被广泛应用在车 辆钢板弹簧悬架系统中。为了满足加工工艺、应力强度、刚度及吊耳厚度的设计要求，在实 际工程应用过程中，通常将少片变截面钢板弹簧设计为端部接触式少片端部加强型变形截 面主副簧形式。在副簧长度和片数及抛物线段厚度比给定情况下，副簧的根部平直段厚度 影响主副簧的复合刚度和应力强度和使用寿命及车辆行驶平顺性。然而，由于该形式的少 片变截面主副簧的结构复杂，各片主簧的端部平直段非等构，主副簧的长度不相等，且当载 荷大于副簧起作用载荷主副簧接触之后，各片主副簧的内力及变形存有耦合，对其分析计 算非常困难，目前国内外一直未曾给出可靠的端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的 副簧根部厚度设计方法。先前大都是忽略各片主簧的端部非等构，并且将主副簧看作等长， 直接利用主副簧的复合刚度设计要求值减去主簧刚度，对副簧的刚度和根部厚度进行近似 设计，所以不能满足端部接触式少片端部加强型变截面主副簧精确设计及CAD软件开发的 要求。因此，必须建立一种准确、可靠的端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧根部厚度 设计方法，满足端部接触式少片端部加强型变截面主副簧精确设计及CAD软件开发的要求， 在不增加产品成本的前提下，提高少片变截面钢板弹簧的设计水平、质量和性能及车辆行 驶平顺性;同时，降低产品设计及试验费用，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、 可靠的端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法，设计流程图，如图1所示。端 部接触式少片端部加强型变截面主副簧为对称结构，主副簧的一半对称结构可看作为悬臂 梁，即对称中心线为根部固定端，主簧的端部受力点和副簧的触点分别作为主簧端点和副 簧端点，一半对称结构的主副簧及主副簧间隙的示意图，如图2所示，其中，包括:主簧1，根 部垫片2,副簧3,端部垫片4;主簧1和副簧3的一半对称结构是由根部平直段、抛物线段、斜 线段、端部平直段四段构成，斜线段对变截面弹簧的端部起加强作用；主簧1的各片根部平 直段之间、副簧3的根部平直段之间、及主簧1与副簧3的根部平直段之间均设有根部垫片2; 主簧1各片的端部平直段设有端部垫片4,端部垫片4的材料为碳纤维复合材料，用来降低弹 簧工作时所产的摩擦噪声。主簧1和副簧3的宽度为b，安装间距的一半长度为1 3,斜线段的 长度为A 1，弹性模量为E。主簧1的一半长度为LM，各片主簧的根部平直段的厚度为h2M，抛物 线段的根部到主簧端点的距离为1 2M = LM-13;主簧片数为m，各片抛物线段的端部厚度为 h1Mpi，抛物线段的厚度比βρΙηΜρ/^Μ，抛物线段的端部到主簧端点的距离各 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，其中，各片主簧的端部平直段的厚度和长度分别为h1Ml和1皿 = liMPi-A 1;斜线段的厚度比yMi = hiMi/hiMPi，i = l，2,…，m。副簧3的一半长度为La，副簧触 点与主簧端点的水平距离为1o = Lm-LA，各片副簧的根部平直段的厚度为h2A为待设计参数， 抛物线段的根部到副簧端点的距离为1 2A=La-13,副簧片数为n，其中，各片副簧的抛物线段 的厚度比㈨，抛物线段的端部厚度为h 1A" = i3A加 a，抛物线段的端部到副簧端点的距离l1Apj = 12ΑβΑΛ斜线段的厚度比为jyAj，端部平直段的厚度和长度分别为h 1Aj= yAjh1Apj和l1Aj = 11Α"-Δ1。副簧端部触点与第m片主簧端部平直段之间设有主副簧间隙δ;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，主副簧共同工作满足复合刚度 设计要求。在各片主簧的结构参数、副簧的长度和片数、弹性模量，及主副簧复合刚度设计 要求值给定情况下，对端部接触式少片端部加强型主副簧的各片副簧根部平直段厚度进行 设计。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所提供的端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度 的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：
[0005] (1)端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-El计算：
[0006] 根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度Δ1，弹性 模量E;主簧的一半长度Lm，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离1 2M，主簧片数m，其中，第 i片主簧的抛物线段的厚度比队，斜线段的厚度比γΜι，斜线段的根部到主簧端点的距离 hMpi，斜线段的端部到主簧端点的距离11(?1，1 = 1，2，一，!11，对端点受力情况下的各片主簧的 端点变形系数Gx-El进行计算，SP
[0007]
[0008] (2)端点受力情况下的第m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G X-DE计算：
[0009] 根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度△ 1，弹性 模量E;主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离12M，主簧片数m，其中，第 m片主簧的抛物线段的厚度比h，斜线段的根部到主簧端点的距离hMpm，斜线段的端部到弹 簧端点的距离，斜线段的厚度比副簧触点与主簧端点的水平距离1〇,对端点受力情 况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数G X-DE进行计算，即
[0010]
[0011] (3)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧的端点变形系数 Gx-Ezm计算:根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度△ 1，弹性 模量E;主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离12M，主簧片数m，其中，第 m片主簧的抛物线段的厚度比h，斜线段的根部到主簧端点的距离hMpm，斜线段的端部到弹 簧端点的距离1_，斜线段的厚度比Yifc;副簧触点与主簧端点的水平距离1〇,对主副簧接触 点处受力情况下的第m片主簧在端点位置处的变形系数G x-EzJi行计算，即
[0012]
[0014] (4)主副簧接触点受力情况下的第m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G x-DEz的计算：
[0015] 根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度△ 1，弹性 模量E;主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离12M，主簧片数m，其中，第 m片主簧的抛物线段的厚度比h，斜线段的根部到主簧端点的距离hMpm，斜线段的端部到弹 簧端点的距离1_，斜线段的厚度比Yifc;副簧触点与主簧端点的水平距离1〇,对主副簧接触 点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数G x-DEz进行计算，即
[0016]
[0017] (5)端点受力情况下的η片叠加副簧的总端点变形系数Gx-EAT计算：
[0018] 根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度△ 1，弹性 模量E;副簧的一半长度LA，副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离12A;副簧片数n，其中，各 片副簧的抛物线段的厚度比以，斜线段的厚度比γ Α，斜线段的根部到副簧端点的距离11AP， 斜线段的端部到弹簧端点的距离11A，对η片叠加副簧的总端点变形系数G X-EAT进行计算，即
[0019]
[0020] (6)端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部厚度h2A设计：
[0021] I步骤:等效单片副簧根部厚度的设计
[0022] 根据主副簧复合刚度设计要求值KMAT，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度 h2M，步骤⑴中计算得到的6^，步骤⑵中计算得到的GX-DE，步骤⑶中计算所得到的Gx-Ezm， 步骤(4)中计算得到的G x-DEz，及步骤(5)中计算得到的GX-EAT，对端部接触式少片端部加强型 变截面主副簧的等效单片副簧根部厚度hd进行设计，即
[0023]
[0024] II步骤:端部接触式少片端部加强型变截面副簧的各片根部厚度h2A设计
[0025] 根据副簧片数n，及I步骤中计算所得到的hd，对端部接触式少片端部加强型变截 面主副簧的各片副簧根部平直段的厚度h2A进行设计，即
[0026]
[0027]本发明比现有技术具有的优点
[0028]由于该端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的结构复杂，各片主簧的端部平 直段非等构，主副簧的长度不相等，且当载荷大于副簧起作用载荷主副簧接触之后，各片主 副簧的内力及变形存有耦合，对其分析计算非常困难，目前国内外一直未曾给出可靠的端 部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部厚度精确设计方法。先前大都是忽略各 片主簧的端部平直段非等构，并且将主副簧看作等长，直接利用主副簧的复合刚度设计要 求值减去主簧刚度，对副簧的刚度及根部厚度进行近似设计，所以不能满足端部接触式少 片端部加强型变截面主副簧精确设计及CAD软件开发的要求。本发明可根据各片主簧的结 构参数、副簧的长度和片数、弹性模量及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下，对端部接 触式少片端部加强型主副簧的各片副簧根部平直段厚度进行设计。通过设计实例及ANSYS 仿真验证可知，该方法可得到准确、可靠的端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧根部 厚度设计值，为端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部厚度设计提供了可靠 的设计方法，并且为端部接触式少片变截面端部加强型主副簧的副簧CAD软件开发奠定了 可靠的技术基础。利用该方法可提高车辆悬架变截面主副簧的设计水平、产品质量和性能， 降低悬架弹簧质量和成本，提高车辆的运输效率和行驶平顺性；同时，还降低产品设计及试 验费用，加快产品开发速度。
【附图说明】
[0029]为了更好地理解本发明，下面结合附图做进一步的说明。
[0030] 图1是端部接触式少片端部加强型主副簧的副簧根部厚度的设计流程图；
[0031] 图2是端部接触式少片端部加强型主副簧的一半对称结构示意图；
[0032]图3是实施例一的端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的ANSYS变形仿真云 图；
[0033]图4是实施例二的端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的ANSYS变形仿真云 图。 具体实施方案
[0034]下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。
[0035]实施例一:某端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b = 60mm，安装间距 的一半l3 = 55mm，斜线段的长度Δ 1 = 30mm，弹性模量E = 200GPa ;主簧的一半长度Lm = 575mm，各片主簧的根部平直段的厚度h2M=llmm，抛物线段的根部到主簧端点的距离12M = LM-l3 = 520mm;主簧片数m=2,其中，第1片主簧的抛物线段的端部厚度hiMPi = 6mm，抛物线段 的厚度比01 = 111?11)1/1^=〇.55，抛物线段的端部到主簧端点的距离11?11)1 = 12?^12 = 154.71111111， 端部平直段的厚度hm = 7mm，斜线段的厚度比γ m ihm/hMpi = 1 · 17，端部平直段的长度 1imi = 1impi_ A 1 = 124.71_;第2片主黃的抛物线段的端部厚度11_ = 5_，抛物线段的厚度 比& = hiMP2/h2M=0.45,抛物线段的端部到主簧端点的距离liMP2 = l2M022 = lO7.44mm，端部平 直段的厚度hiM2 = 6mm，斜线段的厚度比γ Μ2 = 1ι?Μ2/1ηΜΡ2 = 1 · 20,端部平直段的长度1?Μ2 = 1?ΜΡ2- A 1 = 77.44mm。畐|J簧的--半长度LA=525mm，畐|J簧抛物线段的根部至lj畐|J簧端点的距离 l2A=LA_l3 = 470mm，g橫片数n=l，其中，该片副簧的抛物线段的厚度比ft\=0.50,抛物线段 的端部到副簧端点的距离11% = 12-2 = 117.5〇!11111，斜线段的厚度比7/1=1.14，端部平直段 的长度1ια=1μ ρ_Δ 1 = 87.50mm;副簧触点与主簧端点的水平距离l〇 = LM-LA=50mm。主副簧 复合刚度设计要求值KMAT = 98.56N/mm，对该端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副 簧根部厚度进行计算。
[0036]本发明实例所提供的端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法，其设 计流程如图1所示，具体设计步骤如下：
[0037] (1)端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-El计算：
[0038] 根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b = 60mm，斜线段的长度Δ1 = 30mm，弹性模量E = 200GPa;主簧的一半长度LM=575mm，主簧抛物线段的根部到主簧端点 的距离l2M = 520mm，主簧片数m = 2,其中，第1片主簧的抛物线段的厚度比& = 0.55,斜线段 的厚度比丫(《1 = 1.17，斜线段的根部到主簧端点的距离1_1 = 154.71111111，斜线段的端部到主 簧端点的距离lm = 124.71mm;第2片主簧的抛物线段的厚度比β2 = 0.45,斜线段的厚度比 丫[?2 = 1.20，斜线段的根部到主簧端点的距离11_ = 107.44111111，斜线段的端部到主簧端点的 距离l1M2 = 77.44mm;对端点受力情况下的第1片和第2片主簧的端点变形系数Gx-EdPGx- E2进 分别行计算，BP
[0039] -I VJ'T. .> 11 1 1 1 I / .1. ·? ，.
[0041] (2)端点受力情况下的第m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G X-DE计算：
[0042] 根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b = 60mm，斜线段的长度Δ 1 = 30mm，弹性模量E = 200GPa;主簧的一半长度LM=575mm，主簧抛物线段的根部到主簧端点 的距离l2M = 520mm;主簧片数m = 2,其中，第2片主簧的抛物线段的厚度比β2 = 0.45,斜线段 的根部到主簧端点的距离l1Mp2 = 107.44mm，斜线段的端部到主簧端点的距离11Μ2 = 77.44mm，斜线段的厚度比γ M2 = 1.20; g[J簧触点与主簧端点的水平距离1 0 = 50mm，对端点受 力情况下的第2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，即
[0043]
[0044] (3)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧的端点变形系数 Gx-Ezm计算:根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b = 60mm，斜线段的长度Δ l = 30mm，弹性模量E = 200GPa;主簧的一半长度LM = 575mm，主簧抛物线段的根部到主簧端 点的距离l2M=520mm;主簧片数m = 2,其中，第2片主簧的抛物线段的厚度比β2 = 0.45,斜线 段的根部到主簧端点的距离l1Mp2 = 107.44mm，斜线段的端部到主簧端点的距离11Μ2 = 77.44mm，斜线段的厚度比γ M2 = 1.20; g[J簧触点与主簧端点的水平距离1 0 = 50mm，对主副簧 接触点受力情况下的第2片主簧的端点变形系数6^^2进行计算，即 [00451
[0046] (4)主副簧接触点受力情况下的第m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G x-DEz的计算：
[0047] 根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b = 60mm，斜线段的长度Δ 1 = 30mm，弹性模量E = 200GPa;主簧的一半长度LM=575mm，主簧抛物线段的根部到主簧端点 的距离l2M = 520mm;主簧片数m = 2,其中，第2片主簧的抛物线段的厚度比β2 = 0.45,斜线段 的根部到主簧端点的距离l1Mp2 = 107.44mm，斜线段的端部到主簧端点的距离11Μ2 = 77.44mm，斜线段的厚度比γ M2 = 1.20; g[J簧触点与主簧端点的水平距离1 0 = 50mm，对主副簧 接触点受力情况下的第2片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-DEz进行计算， 即
[0048] =7丄'/i.mm'/M ;
[0049] (5)端点受力情况下的η片叠加副簧的总端点变形系数GX-EAT计算：
[0050] 根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b = 60mm，斜线段的长度Δ1 = 30mm，弹性模量E = 200GPa;g[J簧的一半长度LA=525mm，g[J簧抛物线段的根部到副簧端点 的距离l2A = 470mm，g橫片数n=l，该片副簧的抛物线段的厚度比βΑ=0.50,斜线段的厚度 比γΑ= 1.14,斜线段的根部到副簧端点的距离11Αρ= 117.50mm，斜线段的端部到副簧端点 的距离1ια=87.50_，对η片叠加副簧的总端点变形系数Gx-eat进行计算，即
[0051] / Λ Λ ，
[0053] (6)端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的各片副簧根部厚度h2A设计：
[0054] I步骤:等效单片副簧根部厚度heA的设计
[0055]根据主副簧复合刚度设计要求值KMAT = 98.56N/mm，主簧片数m = 2,各片主簧的根 部平直段的厚度h2M= 11mm，步骤(1)中计算得到的Gx-ei = 107.53mm4/N和Gx-e2 = 113.42mm4/ N，步骤(2)中计算得到的Gx-de = 94.37mm4/N，步骤(3)中计算得到的Gx-eZ2 = 94.37mm4/N，步骤 ⑷中计算所得到的Gx-dez = 79.78mm4/N，及步骤(5)中计算所得到的Gx-eat = 77.5 lmm4/N，对 端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的等效单片副簧根部厚度heA进行设计，即
[0056]
[0057] II步骤:端部接触式少片端部加强型变截面副簧的各片根部厚度h2A设计
[0058 ] 根据副簧片数η = 1，及I步骤中计算所得到的heA = 14mm，对该端部接触式少片端部 加强型变截面主副簧的副簧根部厚度h2A进行设计，即
[0059]
[0060] 利用ANSYS有限元仿真软件，根据该少片端部加强型变截面主副簧的各片主簧和 副簧的结构参数和弹性模量，及设计得到的副簧根部厚度h 2A=14mm，建立一半对称结构主 副簧的ANSYS仿真模型，划分网格，设置副簧端点与主簧接触，并在仿真模型的根部施加固 定约束，在主簧端点施加集中载荷F=1840N，对该少片端部加强型变截面钢板弹簧的主副 簧的变形进行ANSYS仿真，所得到的主副簧的ANSYS变形仿真云图，如图3所示;其中，主副簧 在端点位置处的最大变形量f DSmax = 3 7.15mm，可知，该主副簧复合刚度的仿真验证值Kmat = 2F/fDSmax = 99 · 06N/mm 〇
[0061 ] 可知，该主副簧复合刚度仿真验证值Kmat = 99.06N/mm，与设计要求值Kmat = 98.56N/mm相吻合，相对偏差仅为0.51 % ;结果表明该发明所提供的端部接触式少片端部加 强型副簧根部厚度的设计方法是正确的，副簧根部厚度的设计值是可靠的。
[0062]实施例二:某端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b = 60mm，安装间距 的一半l3 = 60mm，斜线段的长度Δl = 30mm，弹性模量E = 200GPa。主簧的一半长度LM = 600mm，各片主簧的根部平直段的厚度h2M=12mm，抛物线段的根部到主簧端点的距离12M = LM-l3 = 540mm;主簧片数m=2,其中，第1片主簧的抛物线段的端部厚度hiMPi = 7mm，抛物线段 的厚度比01 = 111?11)1/1^=〇.58，抛物线段的端部到主簧端点的距离11?11)1 = 12?^12 = 183.75111111， 端部平直段的厚度hiMi = 8mm，斜线段的厚度比γ Mi = hiMi/hiMPi = 1 · 14,端部平直段的长度 1?Μ? = 1?ΜΡι-A 1 = 153.75_;第2片主黃的抛物线段的端部厚度11_ = 6_，抛物线段的厚度 比后2 = 111?11)2/1^=0.50，抛物线段的端部到主簧端点的距离11?11)2 = 12?^22= 135111111，端部平直 段的厚度hiM2 = 7mm，斜线段的厚度比γ M2 = hiM2/luMP2 = 1 · 17，端部平直段的长度1謹2 = 1_2-Δ 1 = 1 〇5mm。副簧的一半长度La=540mm，g橫抛物线段的根部到副簧端点的距离12A=La-ι 3 =480mm，副簧片数η = 1，该片副簧的抛物线段的厚度比βΑ = 0.54，抛物线段的端部到副簧 端点的距离11Αρ = 12ΑβΑ2=139.17πιπι，副簧的斜线段的厚度比γΑ=1.14,端部平直段的长度 1 ια= 1 ?ΑΡ- Al = l〇9.17mm;畐IJ簧角虫点与主簧端点的水平距离1 〇 = Lm_La=60mm，主畐IJ簧复合冈lj 度设计要求值KMAT = 94.74N/mm。根据各片主簧的结构参数、副簧的长度和片数、弹性模量及 主副簧复合刚度设计要求值，对该端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部厚 度进行设计。
[0063]采用与实施例一相同的设计方法和步骤，对该端部接触式少片端部加强型变截面 主副簧的副簧根部厚度进行设计，具体设计步骤如下：
[0064] (1)端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-El计算：
[0065]根据该端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b = 60mm，斜线段的长度 Δ l = 30mm，弹性模量E = 200GPa;主簧的一半长度LM = 600mm，抛物线段的根部到主簧端点 的距离l2M = 540mm，主簧片数m = 2,其中，第1片主簧的抛物线段的厚度比& = 0.58,斜线段 的厚度比γΜ1 = 1.14,斜线段的根部到主簧端点的距离l1Mpl = 183.75mm，斜线段的端部到主 簧端点的距离1厦=153.75!11111;第2片主簧的抛物线段的厚度比β2 = 0·50,斜线段的厚度比 丫[?2=1.17，斜线段的根部到主簧端点的距离1_ 2 = 135111111，斜线段的端部到主簧端点的距 离l1M2 = 105mm，对端点受力情况下的第1片主簧和第2片主簧的端点变形系数Gx-EjPGx- Ε2分 别进行计算，即
[0066] = u&,i umm /JN ；
[0068] (2)端点受力情况下的第m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：
[0069]根据该端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b = 60mm，斜线段的长度 Δ l = 30mm，弹性模量E = 200GPa;主簧的一半长度LM = 600mm，抛物线段的根部到主簧端点 的距离l2M = 540mm，主簧片数m = 2,其中，第2片主簧的抛物线段的厚度比β2 = 0.50,斜线段 的根部到主簧端点的距离l1Mp2 = 135mm，斜线段的端部到主簧端点的距离l1M2 = 105mm，斜线 段的厚度比γΜ2 = 1.17;副簧触点与主簧端点的水平距离l〇 = 60mm，对端点受力情况下的第 2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，即
[0070]
[0071] (3)主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧的端点变形系数 Gx-Ezm计算:根据该端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b = 60mm，斜线段的长度 Δ l = 30mm，弹性模量E = 200GPa;主簧的一半长度LM = 600mm，抛物线段的根部到主簧端点 的距离l2M = 540mm，主簧片数m = 2,其中，第2片主簧的抛物线段的厚度比β2 = 0.50,斜线段 的根部到主簧端点的距离l1Mp2 = 135mm，斜线段的端部到主簧端点的距离l1M2 = 105mm，斜线 段的厚度比YM2 = 1.17;g[J簧触点与主簧端点的水平距离l0 = 60mm，对主副簧接触点受力情 况下的第2片主簧的端点变形系数6^22进行计算，即
[00721 ^ ν / ι\12/^2
[0073] (4)主副簧接触点受力情况下的第m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-DEz的计算：
[0074]根据该端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b = 60mm，斜线段的长度 Δ l = 30mm，弹性模量E = 200GPa;主簧的一半长度LM = 600mm，抛物线段的根部到主簧端点 的距离l2M = 540mm，主簧片数m = 2,其中，第2片主簧的抛物线段的厚度比β2 = 0.50,斜线段 的根部到主簧端点的距离l1Mp2 = 135mm，斜线段的端部到主簧端点的距离l1M2 = 105mm，斜线 段的厚度比YM2 = 1.17;g[J簧触点与主簧端点的水平距离l0 = 60mm，对主副簧接触点处受力 情况下的第2片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx-DEz进行计算，即 [0075]
[0076] (5)端点受力情况下的η片叠加副簧的总端点变形系数GX-EAT计算：
[0077]根据该端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b = 60mm，斜线段的长度 Δ 1 = 30mm，弹性模量E = 200GPa; g[J簧的一半长度La = 540mm，副簧抛物线段的根部到副簧 端点的距离12A=480mm，副簧片数η = 1，该片副簧的抛物线段的厚度比βΑ = 0.54，斜线段的 厚度比γΑ=1.14,斜线段的根部到副簧端点的距离l1Ap=139.17mm，斜线段的端部到副簧 端点的距离1ia= 109.17mm，对η片叠加副簧的总端点变形系数Gx-eat进行计算，即
[0078]
[
[0080] (6)端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的各片副簧根部厚度h2A设计：
[0081] I步骤:等效单片副簧根部厚度的设计
[0082] 根据主副簧复合刚度设计要求值KMAT = 94.74N/mm，主簧片数m = 2,各片主簧的根 部平直段的厚度h2M= 12mm，步骤（1)中计算得到的Gx-ei = 111. 50mm4/N和Gx-E2 = 116.10mm4/ N，步骤(2)中计算得到的Gx-de = 93 · 70mm4/N，步骤(3)中计算得到的Gx-EZ2 = 93 · 70mm4/N，步骤 (4)中计算得到的Gx-dez = 77 · 25mm4/N，及步骤(5)中计算所得到的Gx-eat = 82 · 17mm4/N，对端 部接触式少片端部加强型变截面主副簧的等效单片副簧根部厚度heA进行设计，即
[0083]
[0084] II步骤:端部接触式少片端部加强型变截面副簧的各片根部厚度h2A设计
[0085 ] 根据副簧片数η = 1，及I步骤中计算所得到的heA = 13mm，对该端部接触式少片端部 加强型变截面主副簧的副簧根部厚度h2A进行设计，即
[0086]
[0087]利用ANSYS，限兀仿具软件，根据该端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的 各片主簧和副簧的结构参数和弹性模量，及设计得到的副簧根部厚度h2A=13mm，建立一半 对称结构主副簧的ANSYS仿真模型，划分网格，设置副簧端点与主簧接触，并在仿真模型的 根部施加固定约束，在主簧端点施加集中载荷F=1850N，对该端部接触式少片端部加强型 变截面主副簧的变形进行ANSYS仿真，所得到的主副簧的ANSYS变形仿真云图，如图4所示； 其中，主副簧在端点位置处的最大变形量f DSmax = 39.23mm，可知，该主副簧复合刚度的仿真 验证值 KMAT = 2F/fDSmax = 94.32N/mm。
[0088] 可知，该主副簧复合刚度仿真验证值Kmat = 94.32N/mm，与设计要求值Kmat = 94.74N/mm相吻合，相对偏差仅为0.44% ;结果表明该发明所提供的端部接触式少片端部加 强型副簧根部厚度的设计方法是正确的，副簧根部厚度的设计值是准确、可靠的。
【主权项】
1.端部接触式少片端部加强型副簧根部厚度的设计方法，其中，端部接触式少片端部 加强型主副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，以满足第1片主簧复杂 受力的要求;副簧触点与主簧端部平直段之间设有一定的主副簧间隙，以满足副簧起作用 载荷的设计要求;副簧长度小于主簧长度，当载荷大于副簧起作用载荷时，副簧触点与主簧 在端部平直段内某点相接触，以满足主副簧复合刚度的设计要求;在各片主簧的结构参数、 副簧的长度和片数、弹性模量及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下，对端部接触式少 片端部加强型主副簧的各片副簧根部平直段厚度进行设计，具体设计步骤如下： (1) 端点受力情况下的各片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-E1计算： 根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度△ 1，弹性模量 E;主簧的一半长度Lm，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离12M，主簧片数m，其中，第i片 主簧的抛物线段的厚度比队，斜线段的厚度比YM 1，斜线段的根部到主簧端点的距离11MP1， 斜线段的端部到主簧端点的距离l1Ml，i = l，2, ···，!!!，对端点受力情况下的各片主簧的端点 变形系数Gdd井行计筧，艮口(2) 端点受力情况下的第m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： 根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度△ 1，弹性模量 E;主簧的一半长度Lm，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离12M，主簧片数m，其中，第m片 主簧的抛物线段的厚度比K，斜线段的根部到主簧端点的距离I 1Mpm，斜线段的端部到弹簧端 点的距离1_，斜线段的厚度比副簧触点与主簧端点的水平距离1〇,对端点受力情况下 的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数G x-DE进行计算，即(3) 主副簧接触点受力情况下的第m片端部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-Ez4+ 算:根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度△ 1，弹性模量E; 主簧的一半长度Lm，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离12M，主簧片数m，其中，第m片主 簧的抛物线段的厚度比匕，斜线段的根部到主簧端点的距离I 1Mt*，斜线段的端部到弹簧端点 的距离Ilfc，斜线段的厚度比副簧触点与主簧端点的水平距离1〇,对主副簧接触点处受 力情况下的第m片主簧在端点位置处的变形系数Gx-Ezm?行计算，即(4) 主副簧接触点受力情况下的第m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- DEz的计算： 根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度△ 1，弹性模量 E;主簧的一半长度LM，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离12M，主簧片数m，其中，第m片 主簧的抛物线段的厚度比K，斜线段的根部到主簧端点的距离斜线段的端部到弹簧端 点的距离I lfc，斜线段的厚度比副簧触点与主簧端点的水平距离1〇,对主副簧接触点受 力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数G x-DEz进行计算，即(5) 端点受力情况下的η片叠加副簧的总端点变形系数Gx-EAt计算： 根据端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的宽度b，斜线段的长度△ 1，弹性模量 E;副簧的一半长度LA，副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离12A;副簧片数n，其中，各片副 簧的抛物线段的厚度比β Α，斜线段的厚度比γΑ，斜线段的根部到副簧端点的距离Iup，斜线 段的端部到弹簧端点的距离I 1A，对η片叠加副簧的总端点变形系数Gx-EAT进行计算，即(6) 端部接触式少片端部加强型变截面主副簧的副簧根部厚度h2A设计： I步骤:等效单片副簧根部厚度Ka的设计 根据主副簧复合刚度设计要求值Kmat，主簧片数m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，步 骤⑴中计算得到的Gx-E1，步骤(2)中计算得到的Gx-DE，步骤(3)中计算所得到的G x-Ezm，步骤 (4)中计算得到的Gx-DEz，及步骤(5)中计算得到的GX- EAT，对端部接触式少片端部加强型变截 面主副簧的等效单片副簧根部厚度Ka进行设计，即II步骤:端部接触式少片端部加强型变截面副簧的各片根部厚度h2A设计 根据副簧片数n，及I步骤中计算所得到的heA，对端部接触式少片端部加强型变截面主 副簧的各片副簧根部平直段的厚度h 2A讲杆设计，即
【文档编号】F16F3/02GK105889378SQ201610321711
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】周长城, 于曰伟, 赵雷雷, 汪晓, 袁光明, 邵明磊, 邵杰
【申请人】山东理工大学