[发明专利]非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度的设计方法

摘要

本发明非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据主副簧复合刚度设计要求值，各片主簧的结构参数、弹性模量、副簧片数、副簧的根部平直段的厚度、副簧的抛物线段的厚度比，建立副簧一半长度LA的设计数学模型，对非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度进行设计。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非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度设计值，为非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧设计及CAD软件开发提供了可靠的技术基础；利用该方法可提高产品设计水平、产品质量和性能及车辆行驶平顺性，同时，还可降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

主权项

非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度的设计方法，其中，少片抛物线型变截面主簧的端部是非同构的，即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片的端部平直段的厚度和长度；少片抛物线型变截面副簧的长度小于主簧的长度，且副簧触点与主簧抛物线段内某点相接触；在主簧的各片结构参数、弹性模量、副簧的片数、副簧根部平直段的厚度、副簧的抛物线段的厚度比、及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下，对非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度进行设计，具体设计步骤如下：(1)端点受力情况下的各片抛物线型变截面主簧的端点变形系数Gx‑Di计算：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M，主簧片数m，其中，第i片主簧的抛物线段的厚度比βi，i＝1,2,…,m，对端点受力情况下的各片主簧的端点变形系数Gx‑Di进行计算，即Gx-Di=4[l2M3(1-βi3)+LM3]Eb;]]>(2)端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BC表达式的建立：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M；以副簧的一半长度LA为待设计参数，建立在端点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BC的表达式，即Gx-BC=2Eb[8l2M3/2(LM-LA)3/2-(9l2M2+3LM2)(LM-LA)+2l2M3+2LM3];]]>(3)主副簧接触点受力情况下的第m片主簧的端点变形系数Gx‑Dpm表达式的建立：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M；以副簧的一半长度LA为待设计参数，建立在主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧的端点变形系数Gx‑Dpm的表达式，即Gx-Dpm=4bE[l2M3-6(LM-LA)l2M2+4l2M3/2(LM-LA)3/2+LM3];]]>(4)主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BCp表达式的建立：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的宽度b，弹性模量E；主簧的一半长度LM，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2M；以副簧的一半长度LA为待设计参数，建立在主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点处的变形系数Gx‑BCp的表达式，即Gx-BCp=4Eb{(LM-l2M)[LM2-3LM(LM-LA)+LMl2M+3(LM-LA)2-3(LM-LA)l2M+l2M2]-[6l2M(LM-LA)2-2l2M3-16(LM-LA)3/2l2M1/2+12(LM-LA)l2M3]};]]>(5)端点受力情况下的n片叠加副簧的总端点变形系数Gx‑DAT表达式的建立：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的宽度b，安装间距的一半l3，弹性模量E；副簧片数n，副簧的抛物线段的厚度比βA；以副簧一半长度LA为待设计参数，建立n片叠加副簧的总端点变形系数Gx‑DAT的表达式，即Gx-DAT=4[(LA-l3)3(1-βA3)+LA3]Ebn;]]>①当副簧的一半长度等于安装间距的一半即LA＝l3时，则n片叠加副簧的最小总端点变形系数Gx‑DATmin为Gx-DATmin=4l33nEb;]]>②当副簧的一半长度等于第m片主簧的一半长度减去端部平直段长度即LA＝LM‑l1m时，则n片叠加副簧的最大总端点变形系数Gx‑DATmax为Gx-DATmax=4[(LM-l1m-l3)3(1-βA3)+(LM-l1m)3]nEb;]]>(6)非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧复合刚度设计值所在区间的判定：A：非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧复合刚度的最小值KMATmin：i当副簧的一半长度等于安装间距的一半即LA＝l3时，根据步骤(2)中建立的Gx‑BC表达式，步骤(3)中建立的Gx‑Dpm表达式，及步骤(4)中建立的Gx‑BCp表达式，分别计算在端点受力情况的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点位置处的变形系数Gx‑BC，及在主副簧接触点受力情况的第m片主簧的端点变形系数Gx‑Dpm和在抛物线段与副簧接触点位置处的变形系数Gx‑BCp；ii根据少片抛物线型变截面主簧的片数m，主簧的根部平直段的厚度h2M，副簧的根部平直段的厚度h2A；步骤(1)中计算得到的前m‑1片主簧的端点变形系数Gx‑Di，i＝1,2，…,m‑1，i步骤中计算得到的Gx‑BC、Gx‑Dpm、Gx‑BCp，及步骤(5)的①步骤中计算得到的Gx‑DATmin，对非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的最小复合刚度KMATmin进行计算，即KMATmin=Σi=1m-12h2M3Gx-Di+2h2M3(Gx-DATminh2M3+Gx-BCPh2A3)Gx-Dm(Gx-DATminh2M3+Gx-BCph2A3)-Gx-DpmGx-BCh2A3,i=1,2,...,m-1;]]>B：非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧复合刚度的最大值KMATmax：I当副簧的一半长度等于第m片主簧的一半长度减去端部平直段长度即LA＝LM‑l1m时，根据步骤(2)中建立的Gx‑BC表达式，步骤(3)中建立的Gx‑Dpm表达式，及步骤(4)中建立的Gx‑BCp表达式，分别计算在端点受力情况的第m片主簧在抛物线段与副簧接触点位置处的变形系数Gx‑BC，及在主副簧接触点受力情况的第m片主簧的端点变形系数Gx‑Dpm和在抛物线段与副簧接触点位置处的变形系数Gx‑BCp；II根据少片抛物线型变截面主簧的片数m，主簧的根部平直段的厚度h2M，副簧的根部平直段的厚度h2A；步骤(1)中计算得到的前m‑1片主簧的端点变形系数Gx‑Di，i＝1,2，…,m‑1，I步骤中计算得到的Gx‑BC、Gx‑Dpm、Gx‑BCp，及步骤(5)的②步骤中计算得到的Gx‑DATmax，对非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的最大复合刚度KMATmax进行计算，即KMATmax=Σi=1m-12h2M3Gx-Di+2h2M3(Gx-DATmaxh2M3+Gx-BCph2A3)Gx-Dm(Gx-DATmaxh2M3+Gx-BCph2A3)-Gx-DpmGx-BCh2A3,i=1,2,...,m-1;]]>C：非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧复合刚度设计值所在区间判定：根据复合刚度设计要求值KMAT，A步骤计算得到的非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧复合刚度的最小值KMATmin，及B步骤计算得到的非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧复合刚度的最大值KMATmax，对非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的复合刚度设计值所在区间进行判定，即非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的复合刚度设计要求值KMAT应介于KMATmin和KMATmax之间KMATmin≤KMAT≤KMATmax；(7)非端部接触式少片抛物线型变截面副簧一半长度LA的设计：根据非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的复合刚度设计要求值KMAT，主簧片数m，主簧根部平直段的厚度h2M，副簧根部平直段的厚度h2A，步骤(1)中计算所得到的Gx‑Di，步骤(2)中所建立的变形系数表达式Gx‑BC，步骤(3)中所建立的变形系数表达式Gx‑Dpm，步骤(4)中所建立的变形系数表达式Gx‑BCp，及步骤(5)中所建立的变形系数表达式Gx‑DAT，以副簧长度LA为设计参变量，建立关于副簧一半长度LA的非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的副簧长度设计数学模型，即(Σi=1m-12h2M3Gx-Di-KMAT)(Gx-DpmGx-BCh2A3-Gx-DmGx-BCph2A3-Gx-DmGx-DATh2M3)=2Gx-DATh2M6+2Gx-BCph2M3h2A3;]]>利用Matlab程序，求解上述数学模型关于LA在区间[l3,LM‑l2Mβm2]范围内的解，便可得到副簧的一半长度LA的设计值。