非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级根部应力的计算方法与流程

本发明涉及车辆悬架板簧，特别是非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级根部应力的计算方法。

背景技术：

为了满足在不同载荷下的车辆行驶平顺性，可将原一级渐变刚度板簧的主簧和副簧分别拆分为两级，即采用三级渐变刚度板簧；同时，为了满足主簧的应力强度，通常通过主簧和三级副簧初始切线弧高及三级渐变间隙，使三级副簧适当提前承担载荷，从而降低主簧的应力，即采用非等偏频型三级渐变刚度板簧悬架，其中，各级板簧的根部应力不仅与板簧结构和载荷大小有关，而且还接触载荷有关，并且对板簧的应力强度、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性具有重要影响。然而，由于受各级板簧根部重叠部分等效厚度计算的制约，据所查资料可知，先前国内外一直未给出非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级根部应力的计算方法，不能满足非等偏频型三级渐变刚度板簧的根部应力计算、强度校核及CAD软件开发要求。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对渐变刚度板簧悬架提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级根部应力的计算方法，为非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级根部最大应力计算提供可靠的计算方法，并且为强度校核和CAD软件开发奠定重要的技术基础，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性及对非等偏频型三级渐变刚度板簧的设计要求，提高产品的设计水平、质量和可靠性及车辆行驶安全性；同时，降低设计及试验费用，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、可靠的非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级根部应力的计算方法，其计算流程如图1所示。三级渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，是由主簧1、第一级副簧2和第二级副簧3和第三级副簧4所组成的，板簧的一半总跨度等于首片主簧的一半作用长度L_1T，骑马螺栓夹紧距的一半为L₀，钢板弹簧的宽度为b，弹性模量为E，许用应力[σ]。其中，主簧1的片数n片，各片主簧的厚度为h_i，一半作用长度为L_iT，一半夹紧长度L_i＝L_iT-L₀/2，i＝1,2,…,n。第一级副簧2的片数为n₁，第一级副簧各片的厚度为h_A1j，一半作用长度为L_A1jT，一半夹紧长度L_A1j＝L_A1jT-L₀/2，j＝1,2,…,n₁。第二级副簧3的片数为n₂，第二级副簧片各片的厚度为h_A2k，一半作用长度L_A2kT，一半夹紧长度L_A2k＝L_A2kT-L₀/2，k＝1,2,…,n₂。第三级副簧4的片数为n₃，第三级副簧各片的厚度为h_A3l，一半作用长度L_A3lT，一半夹紧长度L_A3l＝L_A3lT-L₀/2，l＝1,2,…,n₃。通过主簧和各级副簧的初始切线弧高，在主簧末片下表面与第一级副簧首片上表面之间设置有第一级渐变间隙δ_MA1；第一级副簧末片下表面与第二级副簧首片上表面之间设置有第二级间隙δ_A12；第二级副簧末片下表面与第三级副簧首片上表面之间设置有第三级渐变间隙δ_A23；以满足板簧各次开始接触载荷、应力强度、渐变刚度、悬架偏频和车辆行驶平顺性的设计要求。根据各片主簧和各级副簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，各次接触载荷，额定载荷，在各级板簧的最大厚度板簧确定和根部重叠部分等效厚度计算的基础上，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧和各级副簧的根部最大应力进行计算。

为解决上述技术问题，本发明所提供的非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级根部应力的计算方法，其特征在于采用以下计算步骤：

(1)非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧及其与各级副簧的根部重叠部分等效厚度的计算：

根据主簧片数n,各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n₁，第一级副簧各片的厚度h_A1j，j＝1,2,…,n₁；第二级副簧片数n₂,第二级副簧各片的厚度h_A2k，k＝1,2,…,n₂；第三级副簧片数n₃,第三级副簧各片的厚度h_A3l，l＝1,2,…,n₃；对主簧及其与各级副簧的根部重叠部分等效厚度h_Me、h_MA1e、h_MA2e、h_MA3e分别进行计算，即：

(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧和三级副簧的最大厚度板簧的厚度的确定：

A步骤：主簧的最大厚度板簧的厚度h_Mmax的确定

根据各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,...,n，确定主簧的最大厚度板簧的厚度h_max，即

h_max＝max(h_i)；

B步骤：第一级副簧的最大厚度板簧的厚度h_A1max的确定

根据第一级副簧各片的厚度h_A1j,j＝1,2,...,n₁，确定第一级副簧的最大厚度板簧的厚度h_A1max，即

h_A1max＝max(h_A1j)；

C步骤：第二级副簧的最大厚度板簧的厚度h_A2max的确定

根据第二级副簧各片的厚度h_A2k,k＝1,2,...,n₂，确定第二级副簧的最大厚度板簧的厚度h_A2max，即

h_A2max＝max(h_A2k)；

D步骤：第三级副簧的最大厚度板簧的厚度h_A3max的确定

根据第三级副簧各片的厚度h_A3l,l＝1,2,...,n₃，确定第三级副簧的最大厚度板簧的厚度h_A3max，即

h_A3max＝max(h_A3l)；

(3)非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧根部最大应力σ_Mmax的计算：

根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，主簧首片的一半夹紧长度L₁，第1次开始接触载荷P_k1，第2次开始接触载荷P_k2，第3次开始接触载荷P_k3，第3次完全接触载荷P_w3，额定载荷P_N，步骤(1)中计算得到的h_Me、h_MA1e、h_MA2e和h_MA3e，步骤(2)中所确定的h_max，对主簧根部最大应力σ_Mmax进行计算，即

(4)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级副簧根部最大应力σ_A1max计算：

根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，主簧首片的一半夹紧长度L₁，第1次开始接触载荷P_k1，第2次开始接触载荷P_k2，第3次开始接触载荷P_k3，第3次完全接触载荷P_w3，额定载荷P_N，步骤(1)中计算得到的h_MA1e、h_MA2e和h_MA3e，步骤(2)中所确定的h_A1max，对第一级副簧根部最大应力σ_A1max进行计算，即

(5)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第二级副簧根部最大应力σ_A2max计算：

根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，主簧首片的一半夹紧长度L₁，第2次开始接触载荷P_k2，第3次开始接触载荷P_k3，第3次完全接触载荷P_w3，额定载荷P_N，步骤(1)中计算得到的h_MA2e和h_MA3e，步骤(2)中所确定的h_A2max，对第二级副簧根部最大应力σ_A2max进行计算，即

(6)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第三级副簧根部最大应力σ_A3max计算：

根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，主簧首片的一半夹紧长度L₁，第3次开始接触载荷P_k3，额定载荷P_N，步骤(1)中计算得到的h_MA3e，步骤(2)中所确定的h_A3max，对第三级副簧根部最大应力σ_A3max进行计算，即

本发明比现有技术具有的优点

由于受各级板簧根部重叠部分等效厚度计算的制约，先前国内外一直未给出非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级根部应力的计算方法，不能满足非等偏频型三级渐变刚度板簧的根部应力计算、强度校核及CAD软件开发要求。本发明可根据各片主簧和各级副簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，各次接触载荷，额定载荷，在各级板簧的最大厚度板簧确定和根部重叠部分等效厚度计算的基础上，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧和各级副簧的根部最大应力进行计算。通过样机加载应力试验可知，本发明所提供的非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级根部应力的计算方法是正确的，可得到准确可靠的各级根部最大应力计算值，为各级板簧根部最大应力计算提供了可靠的计算方法，并且为强度校核及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础。利用该方法可提高产品的设计水平、质量和可靠性及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。

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是非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级根部应力的计算流程图；

图2是非等偏频型三级渐变刚度板簧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：某非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，骑马螺栓夹紧距的一半L₀＝50mm。主副簧的总片数N＝5，其中，主簧片数n＝2,各片主簧的厚度h₁＝h₂＝8mm；主簧各片的一半作用长度为L_1T＝525mm，L_2T＝450mm；一半夹紧长度为L₁＝L_1T-L₀/2＝500mm，L₂＝L_2T-L₀/2＝425mm。第一级副簧的片数n₁＝1，厚度h_A11＝8mm，一半作用长度为L_A11T＝350mm，一半夹紧长度为L_A11＝L_A11T-L₀/2＝325mm。第二级副簧的片数n₂＝1,厚度h_A21＝13mm，一半作用长度为L_A21T＝250mm，一半夹紧长度为L_A21＝L_A11T-L₀/2＝225mm。第三级副簧的片数n₃＝1，厚度h_A31＝13mm，一半作用长度为L_A31T＝150mm，一半夹紧长度为L_A31＝L_A31T-L₀/2＝125mm。第1次开始接触载荷P_k1＝1810N，第2次开始接触载荷P_k2＝2560N，第3次开始接触载荷P_k3＝3050N，第3次完全接触载荷P_w3＝3620N。额定载荷P_N＝7227N。根据各片板簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，各次接触载荷，额定载荷，对该非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧和各级副簧的根部应力进行计算。

本发明实例所提供的非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级根部应力的计算方法，其计算流程如图1所示，具体计算步骤如下：

(1)非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧及其与各级副簧的根部重叠部分等效厚度的计算：

根据主簧片数n＝2,各片主簧的厚度h₁＝h₂＝8mm；第一级副簧的片数n₁＝1，厚度h_A11＝8mm；第二级副簧片数n₂＝1,厚度h_A21＝13mm；第三级副簧片数n₃＝1,厚度h_A31＝13mm；对主簧及其与各级副簧的根部重叠部分等效厚度h_Me、h_MA1e、h_MA2e、h_MA3e分别进行计算，即：

(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧和三级副簧的最大厚度板簧的厚度的确定：

A步骤：主簧的最大厚度板簧的厚度h_Mmax的确定

根据主簧片数n＝2，各片主簧厚度h_i＝8mm，i＝1,2,...,n，确定主簧的最大厚度板簧的厚度h_Mmax，即

h_max＝max(h_i)＝max(h₁,h₂)＝8mm；

B步骤：第一级副簧的最大厚度板簧的厚度h_A1max的确定

根据第一级副簧的片数n₁＝1，厚度h_A11＝8mm，确定第一级副簧的最大厚度板簧的厚度h_A1max，即

h_A1max＝max(h_A11)＝8mm；

C步骤：第二级副簧的最大厚度板簧的厚度h_A2max的确定

根据第二级副簧的片数n₂＝1，厚度h_A21＝13mm，确定第二级副簧的最大厚度板簧的厚度h_A2max，即

h_A2max＝max(h_A21)＝13mm；

D步骤：第三级副簧的最大厚度板簧的厚度h_A3max的确定

根据第三级副簧片数n₃＝1，厚度h_A31＝13mm，确定第三级副簧的最大厚度板簧的厚度h_A3max，即

h_A3max＝max(h_A31)＝13mm。

(3)非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧根部最大应力σ_Mmax的计算：

根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，主簧首片的一半夹紧长度L₁＝500mm，第1次开始接触载荷P_k1＝1810N，第2次开始接触载荷P_k2＝2560N，第3次开始接触载荷P_k3＝3050N，第3次完全接触载荷P_w3＝3620N，额定载荷P_N＝7227N，步骤(1)中计算得到的h_Me＝10.1mm、h_MA1e＝11.5mm、h_MA2e＝15.5mm和h_MA3e＝18.1mm，步骤(2)中所确定的h_max＝8mm，对主簧根部最大应力σ_Mmax进行计算，即

(4)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级副簧根部最大应力σ_A1max计算：

根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，主簧首片的一半夹紧长度L₁＝500mm，第1次开始接触载荷P_k1＝1810N，第2次开始接触载荷P_k2＝2560N，第3次开始接触载荷P_k3＝3050N，第3次完全接触载荷P_w3＝3620N，额定载荷P_N＝7227N，步骤(1)中计算得到的h_MA1e＝11.5mm、h_MA2e＝15.5mm和h_MA3e＝18.1mm，步骤(2)中所确定的h_A1max＝8mm，对第一级副簧根部最大应力σ_A1max进行计算，即

(5)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第二级副簧根部最大应力σ_A2max计算：

根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，主簧首片的一半夹紧长度L₁＝500mm，第2次开始接触载荷P_k2＝2560N，第3次开始接触载荷P_k3＝3050N，第3次完全接触载荷P_w3＝3620N，额定载荷P_N＝7227N，步骤(1)中计算得到的主h_MA2e＝15.5mm和h_MA3e＝18.1mm，步骤(2)中所确定的h_A2max＝13mm，对第二级副簧根部最大应力σ_A2max进行计算，即

(6)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第三级副簧根部最大应力σ_A3max计算：

根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，主簧首片的一半夹紧长度L₁＝500mm，第3次开始接触载荷P_k3＝3050N，额定载荷P_N＝7227N，步骤(1)中计算得到的h_MA3e＝18.1mm，步骤(2)中所确定的h_A3max＝13mm，对第三级副簧根部最大应力σ_A3max进行计算，即

通过样机加载应力试验可知，本发明所提供的非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级根部应力的计算方法是正确的，可得到准确可靠的各级根部最大应力计算值，为非等偏频型三级渐变刚度板簧的强度校核奠定了可靠的技术基础。利用该方法可提高产品的设计水平、质量和可靠性及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。