[发明专利]高强度两级渐变刚度主副簧的最大应力特性的仿真计算法

摘要

本发明涉及高强度两级渐变刚度主副簧的最大应力特性的计算方法，属于车辆悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片主簧和副簧的结构参数，弹性模量，最大许用应力、空载载荷，主簧及第一级和第二级副簧的初始切线弧高设计值，对该高强度两级渐变刚度主副簧的最大应力特性进行计算。通过仿真及样机应力试验可知，本发明所提供的高强度两级渐变刚度主副簧的最大应力特性的计算方法是正确的，可得到准确可靠的主副簧最大应力特性仿真计算值。利用该方法可确保设计板簧满足应力强度设计要求，提高产品的设计水平和可靠性及车辆行驶安全性；同时，降低设计和试验费用，加快产品开发速度。

主权项

1.高强度两级渐变刚度主副簧的最大应力特性的计算方法，其中，板簧采用高强度钢板，各片板簧为以中心穿装孔对称的结构，安装夹紧距的一半为骑马螺栓夹紧距的一半；板簧由主簧和两级副簧构成，通过主簧和两级副簧的初始切线弧高及两级渐变间隙，确保板簧满足接触载荷、渐变刚度和悬架在渐变载荷下的偏频保持不变的要求，即等渐变偏频型高强度两级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，最大许用应力，空载载荷，主簧及第一级和第二级副簧的初始切线弧高设计值，对高强度两级渐变刚度板簧的主簧、第一级和第二级副簧在不同载荷下的根部最大应力特性进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)高强度两级渐变刚度板簧的两级渐变间隙的上下表面初始曲率半径的仿真计算：I步骤：主簧末片下表面初始曲率半径R_M0b的计算根据主簧初始切线弧高设计值H_gM0，主簧的片数n，主簧各片的厚度h_i，i＝1,2,…,n，主簧首片的一半夹紧长度L₁，对主簧末片下表面初始曲率半径R_M0b进行仿真计算，即II步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径R_A10a的仿真计算根据第一级副簧首片的一半夹紧长度L_A11，第一级副簧的初始切线弧高设计值H_gA10，对第一级副簧首片上表面初始曲率半径R_A10a进行仿真计算，即III步骤：第一级副簧末片下表面初始曲率半径R_A10b的仿真计算根据第一级副簧的片数m₁，第一级副簧各片的厚度h_A1j，j＝1,2,…m₁，II步骤中仿真计算所得到的R_A10a，对第一级副簧末片下表面初始曲率半径R_A10b进行仿真计算，即IV步骤：第二级副簧首片上表面初始曲率半径R_A20a的仿真计算根据第二级副簧首片的一半夹紧长度L_A21，第二级副簧的初始切线弧高设计值H_gA20，对第二级副簧首片上表的曲率半径R_A20a进行仿真计算，即(2)高强度两级渐变刚度板簧的各次接触载荷的仿真计算：A步骤：主簧及其与第一级和第二级副簧的根部重叠部分等效厚度的计算根据主簧的片数n，主簧各片的厚度h_i，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数m₁,第一级副簧各片的厚度h_A1j，j＝1,2,…,m₁；第二级副簧的片数m₂，第二级副簧各片的厚度h_A2k，k＝1,2,…,m₂；对主簧根部重叠部分的等效厚度h_Me、及主簧与第一级副簧和第二级副簧的根部重叠部分的等效厚度h_MA1e和h_MA2e进行计算，即B步骤：第1次开始接触载荷P_k1的仿真计算根据高强度两级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧跨长度L₁，步骤(1)中仿真计算得到的R_M0b和R_A10a，及A步骤在计算得到的h_Me，对第1次开始接触载荷P_k1进行仿真计算，即C步骤：第2次开始接触载荷P_k2的仿真计算根据高强度两级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧跨长度L₁，步骤(1)中仿真计算所得到的R_A10b和R_A20a，及A步骤中计算得到的h_MA1e，B步骤中仿真计算得到的P_k1，对第2次开始P_k2进行仿真计算，即(3)高强度两级渐变刚度板簧的最大许用载荷P_max的确定：a步骤：主簧的最大厚度板簧的厚度h_max的确定根据主簧的片数n,主簧各片的厚度h_i，确定主簧的最大厚度板簧的厚度h_max，即h_max＝max(h_i)，i＝1,2,…,n；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m₁，第一级副簧各片的厚度h_A1j，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)，j＝1,2,…,m₁；c步骤：第二级副簧的最大板簧厚度h_A2max的确定根据第二级副簧的片数m₂，第二级副簧各片的厚度h_A2k，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)，k＝1,2,…,m₂；d步骤：二级渐变刚度钢板弹簧的最大许用载荷P_max的确定根据高强度二级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，最大许用应力[σ]；首片主簧的一半夹紧长度L₁，步骤(2)中计算得到的h_Me、h_MA1e、h_MA2e，及仿真计算得到的P_k1和P_k2，a步骤中所确定的h_max，对高强度两级渐变刚度板簧的最大许用载荷P_max进行计算，即(4)高强度两级渐变刚度板簧的主簧根部最大应力σ_M的仿真计算：根据高强度两级渐变刚度板簧的宽度b，首片主簧的一半夹紧长度L₁，空载载荷P₀，步骤(2)中仿真计算得到的P_k1、P_k2，及步骤(3)中所确定的P_max和h_max，对不同载荷P情况下的主簧根部最大应力σ_M进行仿真计算，即(5)高强度两级渐变刚度板簧的第一级副簧根部最大应力σ_A1的仿真计算：根据高强度两级渐变刚度板簧的宽度b，首片主簧的一半夹紧长度L₁，步骤(2)中计算得到的h_MA1e，及仿真计算得到的P_k1、P_k2，步骤(3)中所确定的h_A1max和P_max，对不同载荷P情况下的第一级副簧根部最大应力σ_A1进行仿真计算，即(6)高强度两级渐变刚度板簧的第二级副簧根部最大应力σ_A2的仿真计算：根据高强度两级渐变刚度板簧的宽度b，首片主簧的一半夹紧长度L₁，步骤(2)中计算得到的h_MA2e，和仿真计算得到的P_k2，步骤(3)中所确定的h_A2max及P_max，对不同载荷P情况下的第二级副簧根部最大应力σ_A2进行仿真计算，即