[发明专利]两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧主簧下料长度设计法

摘要

本发明涉及两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧主簧下料长度的设计法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据渐变刚度钢板弹簧的各片主簧与第一级和第二级副簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，吊耳中径，弹性模量，接触载荷及剩余切线弧高要求值，在主簧初始切线弧高设计和曲面计算的基础上，通过曲面微元叠加计算，对该两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各片主簧的下料长度进行设计。通过样机下料加工试验测试可知，本发明所提供的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各片主簧下料长度的设计方法是正确的，为各片主簧下料长度设计提供了可靠的技术方法；利用该方法可得到准确可靠的各片主簧下料长度设计值，可提高材料节省率和生产效率。

主权项

1.两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧主簧下料长度的设计法，其中，各片板簧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；将副簧设计为两级副簧，通过主簧和两级副簧的初始切线弧高及两级渐变间隙，提高车辆在额定载荷下的行驶平顺性；同时，为了确保满足主簧应力强度设计要求，使第一级副簧和第二级副簧适当提前承担载荷，悬架在渐变载荷下的偏频不相等，即两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，吊耳中径，弹性模量，接触载荷及在额定载荷下的剩余切线弧高要求值，在主簧初始切线弧高设计的基础上，通过初始曲面形状及曲面微元叠加计算，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各片主簧的下料长度进行设计，具体设计步骤如下：(1)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各级夹紧刚度K_M、K_MA1和K_MA2的计算：I步骤：各不同片数重叠段的等效厚度h_le计算根据主簧片数n,各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,...,n；第一级副簧片数m₁,第一级副簧各片的厚度h_A1j，j＝1,2,...,m₁；第二级副簧片数m₂，第二级副簧的各片厚度h_A2k，k＝1,2,...,m₂；主簧与第一副簧的片数之和N₁＝n+m₁，主副簧的总片数N＝n+m₁+m₂，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的各不同片数l重叠段的等效厚度h_le进行计算，l＝1,2,...,N，即其中，主簧的根部重叠部分等效厚度h_Me＝h_ne；主簧与第一副簧的根部重叠部分等效厚度h_MA1e＝h_N1e；主副簧的根部重叠部分的总等效厚度h_MA2e＝h_Ne；II步骤：主簧的夹紧刚度K_M计算根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度L_i，及I步骤中计算得到的h_le，l＝i＝1,2,...,n；对主簧夹紧刚度K_M进行计算，即III步骤：主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度K_MA1计算根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧片数n,主簧各片的一半夹紧长度L_i，i＝1,2,...,n；第一级副簧片数m₁，第一级副簧各片的一半夹紧长度为L_A1j＝L_n+j，j＝1,2,...,m₁；主簧与第一级副簧的片数之和N₁＝n+m₁，及I步骤中计算得到的h_le，l＝1,2,...,N₁；对主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度K_MA1进行计算，即IV步骤：主副簧的总复合夹紧刚度K_MA2计算根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧片数n，主簧各片的一半夹紧长度L_i，i＝1,2,...,n；第一级副簧片数m₁，第一级副簧各片的一半夹紧长度为L_A1j＝L_n+j，j＝1,2,...,m₁；第二级副簧片数m₂，第二级副簧各片的一半夹紧长度L_A2k＝L_N1+k，k＝1,2,...,m₂；主副簧的总片数N＝n+m₁+m₂，及I步骤中计算得到的h_le，l＝1,2,...,N，对主副簧的总夹紧复合刚度K_MA2进行计算，即，即(2)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的两级渐变夹紧刚度K_kwP1和K_kwP2的计算：A步骤：第一级渐变夹紧刚度K_kwP1的计算根据第1次开始接触载荷P_k1，第2次开始接触载荷P_k2，步骤(1)中计算得到的K_M和K_MA1，对载荷P在[P_k1,P_k1]范围时的第一级渐变夹紧刚度K_kwP1进行计算，即B步骤：第二级渐变夹紧刚度K_kwP2的计算根据第2次开始接触载荷P_k2，第2次完全接触载荷P_w2，步骤(1)中计算得到的K_MA1和K_MA2，对载荷P在[P_k2,P_w2]范围内时的第二级渐变夹紧刚度K_kwP2进行计算，即(3)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高H_gM0的设计：根据第1次开始接触载荷P_k1，第2次开始接触载荷P_k2，第2次完全接触载荷P_w2，额定载荷P_N，及在额定载荷P_N下的剩余切线弧高H_gMN，步骤(1)中计算得到的K_M和K_MA2，步骤(2)中计算得到的K_kwP1和K_kwP2，对两级副簧的渐变刚度钢板弹簧的主簧初始切线弧高H_gM0进行设计，即(4)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的首片主簧下料长度的设计：i步骤：首片主簧的等效端点力F_1e的计算根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的厚度h₁，首片主簧的一半夹紧长度L₁，步骤(3)中设计得到的H_gM0，对首片主簧的等效端点力F_1e进行计算，即ii步骤：首片主簧在任意位置处的变形系数G_Mx的计算根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，骑马螺栓夹紧距的一半L₀，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧长度L₁，以距离中心L₀/2的夹紧位置为坐标原点，对首片主簧在任意位置x处的变形系数G_Mx进行计算，0≤x≤L₁，即iii步骤：首片主簧初始状态曲面形状f_x的计算根据首片主簧的厚度h₁，i步骤中计算得到的F_1e，ii步骤中计算得到的G_Mx，对首片主簧初始曲面形状f_Mx进行计算，即iv步骤：首片主簧在一半夹紧长度内的曲面段长度L_1c1计算根据首片主簧的一半夹紧长度L₁，以ΔL作为曲面微元长度，在0～L₁范围内划分为N_c＝L₁/ΔL个曲面微元，依据iii步骤计算得到的f_Mx及在任意位置x_j处的曲面高度f_Mxj，0≤x_j≤L₁，j＝1,2,…,N_c+1，利用叠加原理对首片主簧在一半夹紧长度内的曲面段长度L_1c1进行计算，即v步骤：首片主簧单个吊耳的曲线长度L_1c2计算根据主簧吊耳中径d_e，对首片主簧的单个吊耳曲线长度L_1c2进行计算，即L_1c2＝πd_e；vi步骤：首片主簧的总下料长度L_1c的设计根据骑马螺栓夹紧距的一半L₀，iv步骤中计算得到的L_1c1，v步骤中计算得到的L_1c2，对首片主簧的下料长度L_1C进行设计，即L_1C＝2(L_1c1+L_1c2+L₀/2)；(5)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的其他各片主簧下料长度的设计：根据主簧片数n，首片主簧的一半作用长度L_1T；其他n‑1片主簧的一半作用长度L_iT，及其他n‑1片主簧与首片主簧的一半作用长度之差ΔL_1iT＝L_1T‑L_iT,i＝2,..,n,主簧吊耳中径d_e，步骤(4)的vi步骤中设计得到的L_1C，对其他各片主簧的下料长度进行设计，即L_iC＝L_1C‑2πd_e‑2ΔL_1iT，i＝2,..,n。