[发明专利]三级渐变刚度板簧各片非等厚主簧自由切线弧高的设计方法

摘要

本发明涉及三级渐变刚度板簧各片非等厚主簧自由切线弧高的设计方法，属于悬架渐变刚度板簧技术领域。本发明可根据主簧片数和各级副簧的片数，各片板簧的结构参数，弹性模量，装配夹紧后的首片主簧初始切线弧高的设计要求值，第1次、第2次和第3次开始接触载荷，额定载荷，及首片主簧在额定载荷下的许用应力，对三级渐变刚度板簧各片非等厚主簧的自由切线弧高进行设计。通过样机试验可知，本发明所提供的三级渐变刚度板簧各片非等厚主簧自由切线弧高的设计方法是正确的，利用该方法可确首片主簧初始切线弧高和各片主簧预夹紧应力满足设计要求，提高产品的设计水平和可靠性及车辆行驶安全性；同时，降低产品的设计及试验费用，加快产品开发速度。

主权项

1.三级渐变刚度板簧各片非等厚主簧自由切线弧高的设计方法，其中，三级渐变刚度板簧由主簧、第一级、第二级和第三级副簧构成，根部平直段用于骑马螺栓装配夹紧，板簧装配夹紧后在主簧与各级副簧之间形成三级渐变间隙，满足板簧三级渐变刚度的要求；各片主簧厚度不相等，首片主簧的厚度大于其他各片主簧的厚度，即非等厚叠加主簧；各片非等厚主簧的自由切线弧高决定着板簧装配夹紧后的首片主簧初始切线弧高和各片主簧的预夹紧应力；根据主簧片数和各级副簧的片数，各片板簧的结构参数，弹性模量，第1次、第2次和第3次开始接触载荷，额定载荷，首片主簧在额定载荷下的许用应力，及装配夹紧后的首片主簧初始切线弧高的设计要求值，对三级渐变刚度板簧各片非等厚主簧的自由切线弧高进行设计，其特征在于采用以下具体设计步骤：(1)三级渐变刚度板簧的非等厚主簧及其与各级副簧的根部重叠部分等效厚度的计算：I步骤：主簧根部重叠部分等效厚度hMe的计算根据主簧片数n,各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n，对三级渐变刚度板簧的主簧根部重叠部分等效厚度hMe进行计算，即 h M e = Σ i = 1 n h i 3 3 ; ]]>II步骤：主簧与第一级副簧的根部重叠部分等效厚度hMA1e的计算根据第一级副簧片数n1，第一级副簧各片板簧的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1，及I步骤中计算得到的hMe，对三级渐变刚度板簧的主簧与第一级副簧的根部重叠部分等效厚度hMA1e进行计算，即 h M A 1 e = h M e 3 + Σ j = 1 n 1 h A 1 j 3 3 ; ]]>III步骤：主簧与第一级和第二级副簧的根部重叠部分等效厚度hMA2e的计算根据第二级副簧片数n2，第二级副簧各片板簧的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2，II步骤中计算得到的hMA1e，对三级渐变刚度板簧的主簧与第一级和第二级副簧的根部重叠部分等效厚度hMA2e进行计算，即 h M A 2 e = h M A 1 e 3 + Σ k = 1 n 2 h A 2 k 3 3 ; ]]>IV步骤：主簧与第一级、第二级和第三级副簧的根部重叠部分等效厚度hMA3e的计算根据第三级副簧片数n3，第三级副簧各片板簧的厚度hA3l，l＝1,2,…,n3，III步骤中计算得到的hMA2e，对三级渐变刚度板簧的主簧与第一级、第二级和第三级副簧的根部重叠部分等效厚度hMA3e进行计算，即 h M A 2 e = h M A 2 e 3 + Σ l = 1 n 2 h A 3 l 3 3 ; ]]>(2)三级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧预夹紧应力σi的确定：A步骤：首片主簧根部最大应力σmax1的计算根据板簧的宽度b，根部平直段的一半长度L0，首片主簧的厚度h1，首片主簧的一半作用长度L1T，第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，第3次开始接触载荷Pk3，额度载荷PN，步骤(1)中计算得到的hMe、hMA1e、hMA2e和hMA3e，对三级渐变刚度板簧在额定载荷下的首片主簧根部最大应力σmax1进行计算，即 σ max 1 = h 1 3 P k 1 ( L 1 T - L 0 ) bh M e 3 + h 1 3 ( P k 2 - P k 1 ) ( L 1 T - L 0 ) bh M A 1 e 3 + h 1 3 ( P k 3 - P k 2 ) ( L 1 T - L 0 ) bh M A 2 e 3 + h 1 3 ( P N - P k 3 ) ( L 1 T - L 0 ) bh M A 3 e 3 ; ]]>B步骤：各片非等厚主簧之间应力厚度方之差的计算根据主簧片数n，首片主簧的厚度h1，首片主簧在额度载荷下的许用应力[σ1]，A步骤中计算得到的σmax1，对三级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧之间的应力厚度方之差进行计算，即 Δ σh 2 = 2 ( σ m a x 1 - [ σ 1 ] ) h 1 2 ( n - 1 ) ; ]]>C步骤：各片非等厚主簧预夹紧应力σi的确定根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，首片主簧在额度载荷下的许用应力[σ1]，A步骤中计算得到的σmax1，B步骤中所确定的对三级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧的预夹紧应力σi进行确定，i＝1,2,…,n，即 σ i = ( [ σ 1 ] - σ m a x 1 ) h 1 2 h i 2 + ( i - 1 ) Δ σh 2 h i 2 , i = 1 , 2 , ... , n . ]]>(3)三级渐变刚度板簧装配夹紧后的各片非等厚主簧初始曲率半径RCi的计算:根据主簧片数n，根部平直段的一半长度L0，前n-1片主簧的厚度hi，首片主簧的一半作用长度L1T，装配夹紧后的首片主簧初始切线弧高的设计要求值HgC1，对三级渐变刚度板簧装配夹紧后的各片非等厚主簧的初始曲率半径RCi进行计算，i＝1,2,…,n，即 R C i = ( L 1 T - L 0 ) 2 2 H g C 1 + ( h 1 + h 2 + ... + h i - 1 ) ; ]]>(4)三级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧自由切线弧高Hgi0的设计：根据主簧片数n，根部平直段的一半长度L0，各片主簧的厚度hi，各片主簧的一半作用长度LiT，弹性模量E，步骤(2)中确定得到的σi，步骤(3)中计算得到的RCi，对三级渐变刚度板簧的各片非等厚主簧的自由切线弧高Hgi0进行设计，i＝1,2,…,n，即 H g i 0 = ( L i - L 0 ) 2 ( 2 σ i R C i + Eh i ) 2 Eh i R C i , i = 1 , 2 , ... , n . ]]>