[发明专利]端部非等构少片斜线型变截面钢板弹簧的设计方法

说明书

本发明涉及端部非等构少片斜线型变截面钢板弹簧的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据钢板弹簧的安装结构、刚度设计要求值，首先确定出等效单片斜线型变截面钢板弹簧的根部厚度h_e，并根据许用应力，确定出少片斜线型变截面钢板弹簧的根部最大许用厚度[h₂]；然后，根据h_e和[h₂]，对少片斜线型变截面钢板弹簧的片数N、根部厚度h₂、及各片端部平直段的厚度h_1i和长度l_1i进行设计。通过ANSYS仿真验证可知，利用方法可得到准确、可靠的端部非等构少片斜线型变截面钢板弹簧的参数设计值，可提高产品设计水平和性能，降低弹簧重量和成本，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。

技术领域

本发明涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是端部非等构少片斜线型变截面钢板弹簧的设计方法。

背景技术

少片变截面钢板弹簧与多片叠加钢板弹簧相比，由于其受力合理，应力载荷趋于均衡，并且节省材料，实现车辆轻量化，降低车轮动载，提高车辆行驶安全性，同时还节省燃油，提高车辆运输效率，因此具有良好的经济效益和社会效益，已引起了车辆专家的高度关注。由于少片钢板弹簧的第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，实际所设计的第1片钢板弹簧的端部厚度，通常比其他各片的要偏厚一些，即在实际设计和生产中，大都采用端部非等构的少片变截面钢板弹簧。目前钢板弹簧的变截面主要有两种类型，一种是抛物线型，另外一种是斜线型，其中，抛物线型的应力载荷比斜线型的更加合理。然而，由于抛物线型加工工艺复杂，需要复杂、昂贵的加工设备，而斜线型变截面钢板弹簧则加工工艺简单，只需要简单的设备便可加工，因此，在满足应力强度条件下，通过可用斜线型的变截面钢板弹簧，代替抛物线型的变截面钢板弹簧。

尽管先前曾有人给出了少片斜线型变截面钢板弹簧的设计方法，例如，彭莫，高军曾在《汽车工程》，1992年(第14卷)第3期，提出了变断面钢板弹簧的设计计算方法，该方法主要是针对端部等构的少片斜线型变截面钢板弹簧进行设计，其不足之处是不能满足端部非等构的少片斜线型变截面钢板弹簧的设计要求。对于端部非等构的少片斜线型变截面钢板弹簧，由于受变形、刚度、等效厚度计算理论及其拆分设计理论的制约，至今尚未给出一直简便、准确、可靠的设计方法，目前大都是忽略端部非等构的影响，按端部等构设计方法，对端部非等构的少片斜线型变截面钢板弹簧进行近似设计，因此，很难得到准确可靠的参数设计值。随着计算机及有限元仿真软件的发展，目前尽管有人曾对端部非等构的少片斜线型变截面钢板弹簧采用ANSYS建模仿真法，但是该方法仅能对给出实际设计结构的钢板弹簧的变形或刚度进行仿真验证，不能提供精确的解析设计式，更不能满足车辆快速发展及对悬架钢板弹簧现代化CAD设计软件开发的要求。

因此，必须建立一种精确、可靠的端部非等构的少片斜线型变截面钢板弹簧的设计方法，满足车辆行业快速发展及对悬架钢板弹簧精确设计的要求，提高变截面钢板弹簧的设计水平、产品质量和性能，提高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。

发明内容

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、可靠的端部非等构少片斜线型变截面钢板弹簧的设计方法，其中，端部非等构少片变截面钢板弹簧的变截面为斜线型，即由根部平直段、斜线段、端部平直段三段所构成，且各片端部平直段为非等构，即第1片的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片的厚度和长度，其设计流程图，如图1所示；端部非等构少片斜线型变截面钢板弹簧的单片弹簧的一半的结构示意图如图2所示，其中，L为弹簧长度的一半，l₃为安装间距的一半，b为宽度，h₂为根部厚度，l_1i、h_1i分别为第i片弹簧的端部厚度和平直段长度。

为解决上述技术问题，本发明所提供的端部非等构少片斜线型变截面钢板弹簧的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：