两级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算法的制作方法

本发明涉及车辆悬架渐变刚度板簧，特别是两级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算法。

背景技术：

为了满足在不同载荷下的车辆行驶平顺性的设计要求，可采用两级渐变刚度板簧，即在主簧末片与第一级副簧首片之间、及第一级副簧末片与第二级副簧首片之间，设计有两级渐变间隙。为了满足首片主簧受力复杂的要求，通常采用非等厚主簧，即首片主簧的厚度大于其他各片主簧的厚度；并且为了提高主簧的可靠性和使用寿命，通过各片非等厚主簧的各自不同的自由切线弧高，确保装配夹紧后的主簧初始切线弧高及夹紧刚度特性满足设计要求；同时，使首片或前几片主簧受预夹紧压应力，而末片或后几片主簧受预夹紧拉应力，提高板簧可靠性和使用寿命。两级渐变刚度板簧装配夹紧之后的各片非等厚主簧的预夹紧应力，影响板簧的可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性。对于给定设计结构及自由切线弧高的两级渐变刚度板簧，装配夹紧之后的各片非等厚主簧的预夹紧应力是否满足设计要求，必须对其进行仿真计算。然而，据所查资料可知，由于受装配之后各片非等厚主簧初始切线弧高仿真计算的制约，先前国内外一直未曾给出准确可靠的两级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算法，不能满足车辆快速发展及对悬架两级渐变刚度板簧现代化CAD设计的要求。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对两级渐变刚度板簧各片非等厚主簧设计提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的两级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算法，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性及两级渐变刚度板簧的设计要求，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、可靠的两级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算法，其仿真计算流程图，如图1所示。两级渐变刚度板簧非等厚主簧及第一级和第二级副簧的一半对称夹紧结构示意图，如图2所示，是由主簧1、第一级副簧2和第二级副簧3构成。板簧的宽度为b，弹性模量为E，骑马螺栓夹紧的根部平直段的一半长度为L0。主簧1的片数为n，各片主簧的厚度不相等，即非等厚叠加主簧，各片主簧的厚度为hi，一半作用长度为LiT，各片主簧的自由切线弧高Hgi0，i＝1,2,…,n。第一级副簧2的片数为m1，第一级副簧各片的厚度hA1j，第一级副簧各片的一半作用长度为LA1jT，第一级副簧各片的一半夹紧长度LA1j＝LA1jT-L0/2，j＝1,2,…,m1。第二级副簧3的片数为m2，第二级副簧各片的厚度hA2k，第二级副簧各片的一半作用长度为LA2kT,，第二级副簧各片的一半夹紧长度LA2k＝LA2kT-L0/2，k＝1,2,…,m2。两级渐变刚度板簧装配夹紧之后，首片主簧的初始切线弧高为HgC1，第一级副簧首片板簧的初始切线弧高为HgAC1，第二级副簧首片板簧的初始切线弧高为HgAC2，并且在末片主簧与第一级副簧首片之间、及第一级副簧末片与第二级副簧首片之间，形成两级渐变间隙δMA1和从δA12，从而满足板簧渐变刚度的设计要求。通过各片非等厚主簧的自由切线弧高，确保装配夹紧后的首片主簧的初始切线弧高和各片主簧预夹紧应力满足设计要求。根据主簧片数，各片非等厚主簧的结构参数及自由切线弧高的设计值，弹性模量，对两级渐变刚度板簧装配夹紧之后的各片非等厚主簧的预夹紧应力进行仿真计算，为

为解决上述技术问题，本发明所提供的两级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算法，其特征在于采用以下仿真计算步骤：

(1)两级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧自由曲率半径Ri0的计算：

根据根部平直段的一半长度L0，主簧片数n，各片主簧的一半作用长度LiT，各片主簧的自由切线弧高Hgi0，对两级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧的自由曲率半径Ri0进行计算，i＝1,2,…,n，即

(2)两级渐变刚度板簧装配夹紧后的首片主簧初始曲率半径RC1的计算：

根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi；步骤(1)中计算得到的Ri0，i＝1,2,…,n，建立两级渐变刚度板簧装配夹紧后的首片主簧初始曲率半径RC1的计算数学模型，即

利用Matlab计算程序，求解上述关于RC1的方程，便可得到两级渐变刚度板簧装配夹紧后的首片主簧初始曲率半径的计算值RC1；

(3)两级渐变刚度板簧装配夹紧后的其他各片主簧初始曲率半径RCi的计算：

根据主簧片数n，前n-1片主簧的厚度hi，步骤(2)中仿真计算得到的RC1，对两级渐变刚度板簧装配夹紧后除了首片主簧之外的其他各片主簧的初始曲率半径RCi进行计算，i＝2,3,…,n，即

RCi＝RC1+(h1+h2+…+hi-1),i＝2,3,…,n；

(4)两级渐变刚度板簧装配夹紧后的各片非等厚主簧预夹紧应力σi的仿真计算：

根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi；弹性模量E，步骤(1)中计算得到的Ri0，步骤(2)和步骤(3)中计算得到的RCi，对两级渐变刚度板簧装配夹紧后的各片非等厚主簧的预夹紧应力σi进行仿真计算，i＝1,2,…,n，即

本发明比现有技术具有的优点

对于两级渐变刚度板簧装配夹紧后的各片非等厚主簧预夹紧应力，由于受板簧装配之后各片非等厚主簧初始切线弧高仿真计算的制约，先前国内外一直未曾给出准确可靠的各片非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算法，不能满足车辆快速发展及对悬架两级渐变刚度板簧现代化CAD设计的要求。本发明可根据主簧片数，各片非等厚主簧的结构参数及自由切线弧高的设计值，弹性模量，对两级渐变刚度板簧装配夹紧之后的各片非等厚主簧的预夹紧应力进行仿真计算。通过样机试验测试可知，本发明所提供的级渐变刚度板簧各片非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算法是正确的，可得到准确可靠的各片非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算值，为两级渐变刚度板簧装配夹紧后的各片非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算提供了可靠的技术方法。利用该方法可确保装配夹紧之后的各片非等厚主簧的预夹紧应力满足设计要求，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是级渐变刚度板簧各片非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算流程图；

图2是两级渐变刚度板簧非等厚主簧与第一级和第二级副簧的一半对称夹紧结构示意图。

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，某两级渐变刚度板簧的宽度b＝60mm，各片主簧厚度不相等，即非等厚叠加主簧，弹性模量E＝200GPa，骑马螺栓夹紧的根部平直段的一半长度L0＝50mm。主簧片数n＝3片，各片主簧的厚度分别为h1＝9mm，h2＝h3＝8mm，各片主簧的一半作用长度分别为L1T＝525mm，L2T＝450mm，L3T＝350mm，各片主簧的自由切线弧高的设计值为Hg10＝94.9mm，Hg20＝70.4mm，Hg30＝42.2mm。第一级副簧的片数m1＝1片，第一级副簧的厚度hA11＝13mm，第一级副簧的一半作用长度为LA11T＝250mm。第二级副簧的片数m2＝1，第二级副簧的厚度hA21＝13mm，第二级副簧的一半作用长度为LA21T＝150mm。根据主簧片数，各片非等厚主簧的结构参数及自由切线弧高的设计值，弹性模量，对该两级渐变刚度板簧装配夹紧之后的各片非等厚主簧的预夹紧应力进行仿真计算。

本发明实例所提供的两级渐变刚度板簧非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算法，其仿真计算流程如图1所示，具体仿真计算步骤如下：

(1)两级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧自由曲率半径Ri0的计算：

根据主簧片数n＝3，根部平直段的一半长度L0＝50mm，各片主簧的一半作用长度L1T＝525mm，L2T＝450mm，L3T＝350mm，各片主簧的自由切线弧高的设计值Hg10＝94.9mm，Hg20＝70.4mm，Hg30＝42.2mm，对该两级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧的自由曲率半径Ri0进行计算，i＝1,2,…,n，即

(2)两级渐变刚度板簧装配夹紧后的首片主簧初始曲率半径RC1的计算：

根据主簧片数n＝3，各片主簧的厚度h1＝9mm，h2＝8mm，h3＝8mm；步骤(1)中计算得到的R10＝1188.8mm，R20＝1137.1mm，R30＝1066.5mm，建立该两级渐变刚度板簧装配夹紧后的首片主簧的初始曲率半径RC1的计算数学模型，即

利用Matlab计算程序，求解上述关于RC1的方程，便可得到该两级渐变刚度板簧装配夹紧后的首片主簧的初始曲率半径的计算值RC1＝1128.1mm。

(3)两级渐变刚度板簧装配夹紧后的其他各片主簧初始曲率半径RCi的计算：

根据主簧片数n＝3，前2片非等厚主簧的厚度h1＝9mm，h2＝8mm，步骤(2)中仿真计算得到的RC1＝1128.1mm，对该两级渐变刚度板簧装配夹紧后除首片主簧之外的其他各片主簧的初始曲率半径RCi进行计算，i＝2,3，即

RC2＝RC1+h1＝1137.1mm，

RC3＝RC1+h1+h2＝1145.1mm。

(4)两级渐变刚度板簧装配夹紧后的各片非等厚主簧预夹紧应力σi的仿真计算：

根据主簧片数n＝3，弹性模量E＝200GPa，各片主簧的厚度h1＝9mm，h2＝8mm，h3＝8mm；步骤(1)中计算得到的R10＝1188.8mm，R20＝1137.1mm，R30＝1066.5mm，步骤(2)和步骤(3)中计算得到的RC1＝1128.1mm，RC2＝1137.1mm，RC3＝1145.1mm，对该两级渐变刚度板簧装配夹紧后的各片非等厚主簧的预夹紧应力σi进行仿真计算，i＝1,2,…,n，即

通过样机试验测试可知，本发明所提供的级渐变刚度板簧各片非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算法是正确的，可得到准确可靠的各片非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算值。

实施例二，某两级渐变刚度板簧的宽度b＝63mm，各片主簧的厚度不相等，即为非等厚叠加主簧，骑马螺栓夹紧的根部平直段的一半长度L0＝55mm。主簧片数n＝2片，各片主簧的厚度h1＝10mm，h2＝9mm，各片主簧的一半作用长度分别为L1T＝525mm，L2T＝450mm，各片主簧的自由切线弧高的设计值Hg10＝90.0mm，Hg20＝71.6mm。第一级副簧的片数m1＝1片，第一级副簧的厚度hA11＝h4＝13mm，第一级副簧的一半作用长度为LA11T＝250mm。第二级副簧的片数m2＝1，第二级副簧的厚度hA21＝13mm，第二级副簧的一半作用长度为LA21T＝150mm。根据主簧片数，各片非等厚主簧的结构参数及自由切线弧高的设计值，弹性模量，对该两级渐变刚度板簧装配夹紧之后的各片非等厚主簧的预夹紧应力进行仿真计算。

采用与实施例一相同的仿真计算方法和步骤，对该两级渐变刚度板簧装配夹紧之后的各片非等厚主簧的预夹紧应力进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：

(1)两级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧自由曲率半径Ri0的计算：

根据主簧片数n＝2，根部平直段的一半长度L0＝55mm，各片主簧的一半作用长度L1T＝525mm，L2T＝450mm，各片主簧的自由切线弧高的设计值Hg10＝90.0mm，Hg20＝71.6mm，对该两级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧的自由曲率半径Ri0进行计算，i＝1,2，即

(2)两级渐变刚度板簧装配夹紧后的首片主簧初始曲率半径RC1的计算：

根据主簧片数n＝2，各片主簧的厚度h1＝10mm，h2＝9mm；步骤(1)中计算得到的R10＝1253.1mm，R20＝1116.6mm，建立该两级渐变刚度板簧装配夹紧后的首片主簧初始曲率半径RC1的计算数学模型，即

利用Matlab计算程序，求解上述关于RC1的方程，便可得到该两级渐变刚度板簧装配夹紧后的首片主簧的初始曲率半径的计算值RC1＝1187.5mm。

(3)两级渐变刚度板簧装配夹紧后的其他各片主簧初始曲率半径RCi的计算：

根据主簧片数n＝2，首片主簧的厚度h1＝10mm，步骤(2)中计算得到的RC1＝1187.5mm，对该两级渐变刚度板簧装配夹紧后的第2片主簧的初始曲率半径RC2进行计算，即

RC2＝RC1+h1＝1197.5mm。

(4)两级渐变刚度板簧装配夹紧后的各片非等厚主簧预夹紧应力σi的仿真计算：

根据主簧片数n＝2，弹性模量E＝200GPa，各片主簧的厚度h1＝10mm，h2＝9mm；步骤(1)中计算得到的R10＝1253.1mm，R20＝1116.6mm，步骤(2)和步骤(3)中计算得到的RC1＝1187.5mm，RC2＝1197.5mm，对该两级渐变刚度板簧装配夹紧后的各片非等厚主簧的预夹紧应力σi进行仿真计算，i＝1,2，即

通过样机试验测试可知，本发明所提供的级渐变刚度板簧各片非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算法是正确的，可得到准确可靠的各片非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算值，为两级渐变刚度板簧装配夹紧后的各片非等厚主簧预夹紧应力的仿真计算提供了可靠的技术方法。利用该方法可确保装配夹紧之后的各片非等厚主簧的预夹紧应力满足设计要求，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。