端部接触式根部加强型少片主副簧的副簧起作用载荷验算法
【专利摘要】本发明涉及端部接触式根部加强型少片主副簧的副簧起作用载荷验算法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片端部非等构的根部加强型变截面主簧的结构尺寸、弹性模量，首先计算出各片主簧的端点变形系数和刚度，及第N片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数Gx?DE；然后，根据主簧的根部平直段厚度、各片主簧的刚度、主副簧间隙的设计值，及第N片主簧的Gx?DE，对副簧起作用载荷进行验算。通过仿真验证可知，利用方法可对端部接触式根部加强型少片变截面主副簧的副簧起作用载荷进行准确验算，从而提高产品设计水平和性能及车辆行驶平顺性；同时，加快产品开发速度，降低设计及试验费用。
【专利说明】
端部接触式根部加强型少片主副黃的副黃起作用载荷验算法
技术领域
[0001] 本发明设及车辆悬架钢板弹黃，特别是端部接触式根部加强型少片主副黃的副黃 起作用载荷验算法。
【背景技术】
[0002] 为了满足车辆悬架在不同载荷下的变刚度设计要求，通常将少片变截面钢板弹黃 设计为主、副黃，其中，主黃与副黃触点之间设有一定的主副黃间隙，确保在大于一定载荷 之后，主、副黃接触而一起共同工作。由于少片变截面主黃的第1片其受力复杂，不仅承受垂 向载荷，同时还承受扭转载荷和纵向载荷，因此，大都采用端部非等构的少片变截面钢板弹 黃，即第1片钢板弹黃的端部厚度和长度，大于其他各片的厚度和长度；同时，为了加强少片 抛物线型变截面钢板弹黃，通常在根部平直段与抛物线段之间增设一斜线段，即采用根部 加强型的少片变截面钢板弹黃。为了满足不同复合刚度的设计要求，通常采用不同长度的 副黃，主黃与副黃的接触位置可有端部平直段接触式和抛物线段接触式两种。当载荷大于 副黃起作用载荷时，主副黃相接触而共同起作用，因此，副黃起作用载荷的大小对车辆行驶 平顺性具有重要影响。然而，由于根部加强型少片变截面钢板弹黃在任意位置处的变形计 算非常复杂，先前一直未能给出根部加强型少片变截面主副黃的副黃起作用载荷的验算方 法。
[0003] 因此，必须建立一种精确、可靠的端部接触式根部加强型少片主副黃的副黃起作 用载荷验算法，满足车辆行业快速发展及对少片抛物线型变截面主副钢板弹黃的精确设计 的要求，提高抛物线型变截面钢板弹黃的设计水平、产品质量和性能，确保满足副黃起作用 载荷的设计要求值，提高车辆行驶平顺性;同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。
【发明内容】
[0004] 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、 可靠的端部接触式根部加强型少片主副黃的副黃起作用载荷验算法，验算流程图如图1所 示。端部接触式根部加强型少片变截面主副黃为对称结构，弹黃的一半对称结构可看作为 悬臂梁，即将弹黃的对称中屯、线看作为根部固定端，将弹黃端部受力点看作为端点。端部接 触式根部加强型少片变截面主副黃的一半对称结构示意图，如图2所示，包括:主黃1，根部 垫片2,副黃3,端部垫片4;主黃1各片的一半长度为L，是由根部平直段、斜线段、抛物线段和 端部平直段4段所构成，斜线段对变截面弹黃起加强作用;每片根部平直段的厚度为h2,安 装间距的一半为13;斜线段的长度为Δ1，斜线段的根部到主黃端点的距离为12,抛物线段的 根部到主黃端点的距离为bp，抛物线段的根部厚度为h2p，即斜线段的厚度比γ =h2p/h2;主 黃1各片端部平直段为非等构，即第1片主黃的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片的 厚度和长度，各片端部平直段的厚度和长度分别为hli和hi,各片抛物线段的厚度比βι = hii/h2p，i = l，2,…，Ν，Ν为变截面主黃的片数。主黃1的各片根部平直段之间及与副黃3的根 部平直段之间设有根部垫片2,主黃1的端部平直段之间设有端部垫片4,端部垫片的材料碳 纤维复合材料，用W降低弹黃工作时所产生的摩擦噪声。副黃3的一半长度为La,即副黃端 部触点与主黃1端点的水平距离为lo = kLA，副黃3的端部触点与主黃1的端部平直段之间设 有一定的主、副黃间隙δ，Κ满足副黃起作用载荷的要求。在主黃的各片结构参数、材料特性 参数、副黃的长度、主副黃间隙，对端部接触式根部加强型变截面主副黃的副黃起作用载荷 进行验算。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所提供的端部接触式根部加强型少片主副黃的副黃 起作用载荷验算法，其特征在于采用W下验算步骤：
[0006] (1)各片根部加强型变截面主黃的端点变形系数Gx-ei计算：
[0007] 根据少片根部加强型变截面主黃的一半长度L，宽度b，弹性模量E，安装间距的一 半13,斜线段的长度Δ1，斜线段的厚度比γ，斜线段的根部到主黃端点的距离b = kl3,抛 物线段的根部到主黃端点的距离l2p = レl3-Δl，第i片主黃的抛物线段的厚度比βl，其中，i =1，2,…，N，N为主黃片数，对各片根部加强型变截面主黃的端点变形系数Gx-ei进行计算， 即
[000引
[0009] (2)第N片根部加强型变截面主黃在端部平直段与副黃接触点的变形系数Gx-de计 算：
[0010] 根据少片根部加强型变截面主黃的一半长度L，宽度b，弹性模量E，斜线段的长度 A 1，斜线段的根部到主黃端点的距离12,抛物线段的根部到主黃端点的距离bp，斜线段的 厚度比γ，第N片主黃的抛物线段的厚度比陆，副黃与主黃接触点到主黃端点的距离1〇,对第 Ν片根部加强型变截面主黃在端部平直段与副黃接触点处的变形系数Gx-de进行计算，即
[0011]
[001^ (3)各片根部加强型变截面主黃的一半刚度Kmi计算：
[0013] 根据少片根部加强型变截面主黃的根部平直段的厚度h2,及步骤（1)中计算得到 的各片主黃的端点变形系数Gx-Ei，对各片主黃的一半刚度Kmi进行计算，即
[0014]
[0015] (4)端部接触式根部加强型变截面主副黃的副黃起作用载荷Ρκ的验算：
[0016] 根据主黃的根部平直段的厚度h2,主副黃间隙δ，步骤(2)中计算得到的Gx-de，及步 骤(3)中计算得到各片主黃的一半刚度Kmi，对端部接触式根部加强型变截面主副黃的副黃 起作用载荷Ρκ进行验算，即
[0017]
[0018] 式中，Kmn为第N片主黃的一半刚度。
[0019] 本发明比现有技术具有的优点
[0020] 根部加强型少片变截面钢板弹黃在任意位置变形计算非常复杂，因此，先前一直 未能给出根部加强型少片变截面主副黃的副黃起作用载荷的计算方法。本发明可根据根部 加强型少片变截面主黃的结构尺寸、弹性模量，首先确定出各片主黃在端点处的变形系数， 及第N片主黃在端部平直段与副黃接触点处的变形系数;然后，各片主黃端点处的变形系 数，对各片主黃的刚度进行计算；随后，根据主黃的根部厚度、各片主黃刚度、主副黃间隙， 及第N片主黃在端部平直段与副黃接触点处的变形系数，便可对根部加强型少片变截面主 副黃的副黃起作用载荷进行验算。通过设计实例及ANSYS仿真验证可知，该方法可得到准 确、可靠的根部加强型少片变截面主副黃的副黃起作用载荷的验算值。利用该方法可对所 设计的根部加强型少片变截面主副黃的副黃起作用载荷进行精确验算，从而提高少片变截 面主、副黃的设计水平、产品质量和性能，降低悬架弹黃重量和成本，提高车辆行驶平顺性； 同时，还降低设计及试验费用，加快产品开发速度。
【附图说明】
[0021] 为了更好地理解本发明，下面结合附图做进一步的说明。
[0022] 图1是端部接触式根部加强型变截面主副黃的副黃起作用载荷的验算流程图；
[0023] 图2是端部接触式根部加强型少片变截面主副黃的一半对称结构的示意图；
[0024] 图3是实施例一的根部加强型少片变截面主黃的变形仿真云图；
[0025] 图4是实施例二的根部加强型少片变截面主黃的变形仿真云图。 具体实施方案
[00%]下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。
[0027] 实施例一:某根部加强型少片变截面主黃的片数N = 2,其中，各片主黃的一半长度 L = 575mm，宽度b = 60mm，弹性模量E = 200GPa，根部厚度h2 = llmm，安装间距的一半13 = 55mm;斜线段的长度M = 30mm，抛物线段的根部厚度h2p=10.23mm，即斜线段的厚度比丫 = h2p/h2 = 0.93;第1片主黃的端部平直段的厚度1ηι = 7πιπι，即第1片主黃的抛物线段的厚度比 & = hii/h2p = 0.69,第2片主黃的端部平直段的厚度hi2 = 6mm，第2片主黃的抛物线段的厚度 比化= hi2/h2p = 0.59。副黃长度LA = 465mm，副黃触点到主黃端点的水平距离1q = L-La = 110mm;副黃触点与主黃端部平直段之间的主副黃间隙δ = 31.85mm。对该少片根部加强型变 截面钢板弹黃主副黃的副黃起作用载荷Ρκ进行验算。
[0028] 本发明实例所提供的端部接触式根部加强型少片主副黃的副黃起作用载荷验算 法，其验算流程如图1所示，具体验算步骤如下：
[0029] (1)各片根部加强型变截面主黃的端点变形系数Gx-ei计算：
[0030] 根据少片根部加强型变截面主黃的一半长度L = 575mm，宽度b = 60mm，弹性模量E = 200G化，安装间距的一半l3 = 55mm，斜线段的长度Al = 30mm，抛物线段的根部到主黃端 点的距离l2p = レl3-Δl = 490mm，斜线段的根部到主黃端点的距离l2 = レl3 = 520mm，斜线段 的厚度比γ =0.93,第1片主黃的抛物线段的厚度比βι = 0.69,第2片主黃的抛物线段的厚 度比阮=0.59,对第1片和第2片根部加强型变截面主黃的端点变形系数Gx-ei、Gx-e2分别进行 计算，即
[0031]
[0033] (2)第2片根部加强型变截面主黃在端部平直段与副黃接触点处的变形系数Gx-de 计算：
[0034] 根据少片根部加强型变截面主黃的一半长度L = 575mm，宽度b = 60mm，弹性模量E = 200GPa，斜线段的长度M = 30mm，抛物线段的根部到主黃端点的距离l2p = 490mm，斜线段 的根部到主黃端点的距离l2 = 520mm，斜线段的厚度比γ =0.93,第2片主黃的抛物线段的 厚度比防= 0.59,副黃触点与主黃端点的水平距离l〇=110mm，对第2片根部加强型变截面主 黃在端部平直段与副黃接触点处的变形系数Gx-DE进行计算，即
[0035]
[0037] (3)各片根部加强型变截面主黃的一半刚度Kmi计算：
[0038] 根据少片根部加强型变截面主黃的根部平直段的厚度h2 = llmm，及步骤（1)中计 算所得到的Gx-ei = 107.53mm4/N和Gx-e2 = 113.42mm4/N，对第1片、第2片根部加强型变截面主 黃的一半刚度Kmi和Km2分别进行计算，即
[0041] (4)端部接触式根部加强型变截面主副黃的副黃起作用载荷Ρκ的验算：
[00创根据主黃的根部平直段的厚度h2=llmm，主副黃间隙5 = 31.85mm，步骤(2)中计算 得到的Gχ-DE = 72.59mmシN，及步骤（3)中计算得到的第l片和第2片主黃的一半刚度KMl = 12.38N/mm和Km2 = 11.74N/mm，对该端部接触式根部加强型变截面主副黃的副黃起作用载荷 化进行验算，即
[0043]
[0044] 利用ANSYS有限元仿真软件，根据该少片根部加强型变截面主黃的各片结构参数 和材料特性参数，建立该少片根部加强型变截面主黃的一半对称结构的ANSYS仿真模型，划 分网格，并在仿真模型的根部施加固定约束，在端点施加验算所得到的副黃起作用载荷的 一半P=1200N，对该少片根部加强型变截面钢板弹黃主黃的变形进行ANSYS仿真，所得到的 变形仿真云图，如图3所示，其中，该主黃在距离端部位置110mm处的变形量δ = 32.114mm。可 知，在相同载荷下，该钢板弹黃主黃变形量的ANSYS仿真验证值δ = 32.114mm，与主副黃间隙 设计值8 = 31.85mm相吻合，相对偏差仅为0.82%;结果表明该发明所提供的端部接触式根 部加强型少片主副黃的副黃起作用载荷验算法是正确的，载荷验算值是准确可靠的。
[0045] 实施例二:某根部加强型少片变截面主黃的片数N = 2,其中，各片主黃的一半长度 L = 600mm，宽度b = 60mm，弹性模量E = 200G化，根部厚度h2=14.78mm，安装间距的一半13 = 60mm;斜线段的长度M = 30mm，抛物线段的根部厚度h2p = 13.3mm，即斜线段的厚度比丫 = h2p/h2 = 0.90;第1片主黃的端部平直段的厚度hii = 7.98mm，即第1片主黃的抛物线段的厚度 比& = hii/h2p = 0.60,第2片主黃的端部平直段的厚度hi2 = 6.52mm，即第2片主黃的抛物线 段的厚度比阮=0.49。副黃的一半长度LA = 510mm，即副黃触点到主黃端点的水平距离1〇 = L-LA=90mm，副黃触点与主黃端部平直段之间的主副黃间隙S = 45.23mm。对该根部加强型 少片变截面主黃的副黃起作用载荷Ρκ进行验算。
[0046] 采用与实施例一相同的验算方法和步骤，该根部加强型少片变截面主黃的副黃起 作用载荷Ρκ进行验算，具体验算步骤如下：
[0047] (1)各片根部加强型变截面主黃的端点变形系数Gx-ei计算：
[004引根据少片根部加强型变截面主黃的一半长度L = 600mm，宽度b = 60mm，弹性模量E = 200G化，安装间距的一半l3 = 60mm，斜线段的长度Al = 30mm，抛物线段的根部到主黃端 点的距离l2p = レl3-Δl = 510mm，斜线段的根部到主黃端点的距离l2 = レl3 = 540mm，斜线段 的厚度比γ =0.90,第1片主黃的抛物线段的厚度比& = 0.60,第2片主黃的抛物线段的厚 度比阮=0.49,对第1片和第2片根部加强型变截面主黃的端点变形系数Gx-ei和Gx-e2分别进 行计算，即 [0049]
[0051] (2)第2片根部加强型变截面主黃在端部平直段与副黃接触点处的变形系数Gx-de 计算：
[0化2] 根据少片根部加强型变截面主黃的一半长度L = 600mm，宽度b = 60mm，弹性模量E =200GPa，斜线段的长度Μ = 30mm，抛物线段的根部到主黃端点的距离12p = 510mm，斜线段 的根部到主黃端点的距离l2 = 540mm，斜线段的厚度比γ =0.90,第2片主黃的抛物线段的 厚度比& = 0.49,副黃触点与主黃端点的水平距离l〇 = 90mm，对第2片根部加强型变截面主 黃在端部平直段与副黃接触点处的变形系数Gx-DE进行计算，即 [0化3]
[0化4] (3)各片根部加强型变截面主黃的一半刚度Kmi计算：
[0化5] I步骤:根据少片根部加强型变截面主黃的根部平直段的厚度h2 = 14.78mm，及步 骤（1)中计算所得到的Gx-ei = 137.44mmVN和Gx-e2 = 143.40mm4/N，对第1片、第2片根部加强 型变截面主黃的一半刚度Kmi和Km2分别进行计算，即
[005引（4)端部接触式根部加强型变截面主副黃的副黃起作用载荷Ρκ的验算：
[0059] 根据变截面主黃的根部平直段的厚度h2 = 14.78mm，主副黃间隙δ = 45.23mm，步骤 (2)中计算得到的Gx-de = 99.45mm^N，及步骤（3)中计算得到的Kmi = 23.49N/mm和Km2 = 22.52N/mm，对该端部接触式根部加强型变截面主副黃的副黃起作用载荷化进行验算，即
[0060]
[0061]利用ANSYS有限元仿真软件，根据该少片根部加强型变截面主黃的各片结构参数 和材料特性参数，建立该少片根部加强型变截面主黃的一半对称结构的ANSYS仿真模型，划 分网格，并在仿真模型的根部施加固定约束，在端点施加验算所得到的副黃起作用载荷的 一半即P = 3〇〇〇N，对该少片根部加强型变截面钢板弹黃主黃的变形进行ANSYS仿真，所得到 的变形仿真云图，如图4所示，其中，该主黃在距离端部位置90mm处的变形量δ = 45.653mm。 可知，在相同载荷下，该钢板弹黃主黃变形量的ANSYS仿真验证值δ = 45.653mm，与主副黃间 隙设计值8 = 45.23mm相吻合，相对偏差仅为0.93% ;结果表明该发明所提供的端部接触式 根部加强型少片主副黃的副黃起作用载荷验算法是正确的，载荷验算值是准确可靠的。
【主权项】
1.端部接触式根部加强型少片主副簧的副簧起作用载荷验算法，其中，少片变截面主 簧的一半对称结构由根部平直段、斜线段、抛物线段和端部平直段四段构成，斜线段对变截 面弹簧起加强作用;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，大于其他各片的厚度和长度；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要求;在主簧的各片结构参数、弹性模量、副簧长度给定情况 下，对端部接触式根部加强型变截面主副簧的副簧起作用载荷进行验算，具体验算步骤如 下： (1) 各片根部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-El计算： 根据少片根部加强型变截面主簧的一半长度L，宽度b，弹性模量E，安装间距的一半13， 斜线段的长度A 1，斜线段的厚度比γ，斜线段的根部到主簧端点的距离12 = L-13,抛物线段 的根部到主簧端点的距离12p = L-13-A1，第i片主簧的抛物线段的厚度比β,，其中，i = l， 2,…，N，N为主簧片数，对各片根部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-^进行计算，即(2) 第N片根部加强型变截面主簧在端部平直段与副簧接触点的变形系数GX-DE计算： 根据少片根部加强型变截面主簧的一半长度L，宽度b，弹性模量E，斜线段的长度Δ1， 斜线段的根部到主簧端点的距离12,抛物线段的根部到主簧端点的距离12P，斜线段的厚度 比Y，第N片主簧的抛物线段的厚度比β Ν，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离1〇,对第N片 根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进行计算，即(3) 各片根部加强型变截面主簧的一半刚度KMl计算： 根据少片根部加强型变截面主簧的根部平直段的厚度h2，及步骤(1)中计算得到的各片 主簧的端点变形系数Gx-El，对各片主簧的一半刚度1^进行计算，即(4) 端部接触式根部加强型变截面主副簧的副簧起作用载荷Ρκ的验算： 根据主簧的根部平直段的厚度出，主副簧间隙δ，步骤(2)中计算得到的GX-DE，及步骤(3) 中计算得到各片主簧的一半刚度KMl，对根部加强型变截面主副簧的副簧起作用载荷Ρκ进行 验算，即式中，Kmn为第N片主簧的一半刚度。
【文档编号】G06F17/50GK106066900SQ201610147393
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年3月15日 公开号201610147393.8, CN 106066900 A, CN 106066900A, CN 201610147393, CN-A-106066900, CN106066900 A, CN106066900A, CN201610147393, CN201610147393.8
【发明人】周长城, 王炳超, 赵雷雷, 于曰伟, 许祥利, 王凤娟, 邵明磊
【申请人】周长城, 王炳超