[发明专利]基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法

摘要

本发明涉及基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，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各级副簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，主簧及其与各级副簧的夹紧刚度，初始切线弧高，空载和额定载荷，在接触载荷及偏频仿真计算的基础上，以偏频设计要求值为目标，对三级渐变刚度板簧接触载荷进行调整设计。通过样机试验可知，本发明所提供的基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法是正确的。利用该方法可确保偏频特性满足悬架设计要求，提高产品设计水平、质量和性能及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。

主权项

1.基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧接触载荷的调整设计法，其中，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；板簧是由主簧和三级副簧构成，通过主簧和各级副簧的初始切线弧高及三级渐变间隙，确保满足板簧接触载荷、渐变刚度和主簧应力强度的设计要求，即非等偏频型三级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，弹性模量，骑马螺栓夹紧距，主簧夹紧刚度及主簧与各级副簧的复合夹紧刚度，初始切线弧高，空载载荷和额定载荷，在接触载荷及悬架系统偏频仿真计算的基础上，以各次接触载荷下的悬架偏频设计要求值为目标，对非等偏频型三级渐变刚度板簧接触载荷进行调整设计，具体调整设计步骤如下：(1)非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧和各级副簧的初始曲率半径的计算：I步骤：第一级主簧末片下表面初始曲率半径R_M0b计算根据主簧片数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，主簧的初始切线弧高H_gM0，对主簧末片下表面初始曲率半径R_M0b进行计算，即II步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径R_A10a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H_gA10，对第一级副簧末片上表面初始曲率半径R_A10a进行计算，即III步骤：第一级副簧末片下表面初始曲率半径R_A10b计算根据第一级副簧片数n₁，第一级副簧各片的厚度h_A1j，j＝1,2,…,n₁；II步骤中计算得到的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H_gA20，对第二级副簧首片上表面初始曲率半径R_A20a进行计算，即V步骤：第二级副簧首片下表面初始曲率半径R_A20b的计算很据第二级副簧片数n₂，第二级副簧各片的厚度h_A2k，k＝1,2,…,n₂，及IV步骤所确定的R_A20a，对第二级副簧首片下表面初始曲率半径R_A20b进行计算，即VI步骤：第三级副簧首片上表面初始曲率半径R_A30a的计算根据第三级副簧首片的一半夹紧长度L_A31，第三级副簧的初始切线弧高H_gA30，对第三级副簧首片上表面初始曲率半径R_A30a进行计算，即(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各次接触载荷的仿真计算：A步骤：主簧及其与各级副簧的根部重叠部分等效厚度的计算根据主簧片数n，主簧各片的厚度h_i，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n₁，第一级副簧各片的厚度h_A1j，j＝1,2,…,n₁；第二级副簧的片数n₂，第二级副簧各片的厚度h_A2k，k＝1,2,…,n₂；第三级副簧的片数n₃，第三级副簧各片的厚度h_A3l，l＝1,2,…,n₃；对主簧根部重叠部分等效厚度h_Me及主簧与各级副簧的根部重叠部分等效厚度h_MA1e、h_MA2e和h_MA3e分别进行计算，即B步骤：第1次开始接触载荷P_k1的仿真计算根据非等偏频型三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)中计算得到的R_M0b和R_A10a，A步骤中计算得到的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的仿真计算根据非等偏频型三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)中计算得到的R_A10b和R_A20a，A步骤中计算得到的h_MA1e，及B步骤中仿真计算得到的P_k1，对第2次开始接触载荷P_k2进行仿真计算，即D步骤：第3次开始接触载荷P_k3的仿真计算根据非等偏频型三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)中计算得到的R_A20b和R_A30a，A步骤中计算得到的h_MA2e，及C步骤中仿真计算得到的P_k2，对第3次开始接触载荷P_k3进行仿真计算，即E步骤：第3次完全接触载荷P_w3的仿真计算根据C步骤中仿真计算得到的P_k2，D步骤中仿真计算得到的P_k3，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的第3次完全接触载荷P_w3进行仿真计算，即(3)非等偏频型三级渐变刚度板簧悬架系统在不同载荷下的偏频特性的仿真计算：根据主簧的夹紧刚度K_M，主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度K_MA1，主簧与第一级、第二级副簧的复合夹紧刚度K_MA2，主副簧的总复合夹紧刚度K_MA3，空载载荷P₀，额定载荷P_N，步骤(2)中仿真计算得到的P_k1，P_k2，P_k3和P_w3，对非等偏频型三级渐变刚度板簧悬架系统在不同载荷P下的偏频特性进行仿真计算，即式中，g为重力加速度，g＝9.8m/s²；其中，在P₀、P_k1、P_k2、P_k3、P_w3和P_N载荷下的悬架系统偏频仿真计算值分别为和(4)基于偏频仿真的三级渐变刚度板簧各次接触载荷的调整设计：根据在各次接触载荷下的悬架偏频f_0k1，f_0k2，f_0k3和f_0w3的仿真计算结果，及在相应接触载荷下的悬架偏频设计要求值f_0k1I，f_0k2I，f_0k3I和f_0w3I，如果悬架偏频的仿真值大于设计要求值，则根据主簧夹紧刚度，主簧与各级副簧的复合夹紧刚度，以各次接触载荷下的悬架偏频设计要求值为目标，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的接触载荷进行调整设计，即