[发明专利]非等偏频型三级渐变刚度板簧各片主簧下料长度的设计方法

摘要

本发明涉及非等偏频型三级渐变刚度板簧各片主簧下料长度的设计方法，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各级副簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，弹性模量，各次接触载荷，额定载荷，及在额定载荷下的主簧剩余切线弧高设计要求值，两端吊耳中径，在主簧初始切线弧高设计和初始曲面形状计算基础上，通过曲面微元叠加，对非等偏频型三级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可知，本发明所提供的非等偏频型三级渐变刚度板簧各片主簧下料长度的设计方法是正确的，得到准确可靠的各片主簧下料长度设计值。利用该方法可提高材料利用率，改善加工工艺，提高生产效率。

主权项

1.非等偏频型三级渐变刚度板簧各片主簧下料长度的设计方法，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，骑马螺栓夹紧距，弹性模量，各次接触载荷，额定载荷，及在额定载荷下的剩余切线弧高设计要求值，两端吊耳中径，在主簧初始切线弧高设计和初始曲面形状计算基础上，通过曲面微元及叠加计算，对非等偏频型三级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)非等偏频型三级渐变刚度钢板弹簧的各级夹紧刚度的计算：A步骤：各不同片数重叠段的等效厚度hme的计算根据主簧的片数n,各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n；第一级副簧的片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；第二级副簧的片数n2,第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2；第三级副簧的片数n3，第三级副簧各片的厚度hA3l，l＝1,2,…,n3；主簧与第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，主簧与第一级副簧和第二级副簧的片数之和N2＝n+n1+n2，主副簧的总片数N＝n+n1+n2+n3，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的各不同片数m重叠段的等效厚度hme进行计算，m＝1,2,…,N，即：其中，主簧的根部重叠部分等效厚度h_Me＝h_ne；主簧与第一级副簧的根部重叠部分等效厚度主簧与第一级副簧和第二级副簧的根部重叠部分等效厚度主副簧的根部重叠部分的总等效厚度h_MA3e＝h_Ne；B步骤：主簧的夹紧刚度KM计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n，各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝i＝1,2,…,n,对主簧的夹紧刚度KM进行计算，即C步骤：主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,各片主簧的一半夹紧长度Li，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数n1,第一级副簧的一半夹紧长度LA1j＝Ln+j，j＝1,2,…,n1；主簧和第一级副簧的片数之和N1＝n+n1，及步骤(1)中计算得到的hme，m＝1,2,…,N1，对主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1进行计算，即D步骤：主簧与第一级副簧和第二级副簧的复合夹紧刚度KMA2计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,各片主簧的一半夹紧长度L_i，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数n₁,第一级副簧各片的一半夹紧长度L_A1j＝L_n+j，j＝1,2,…,n₁；第二级副簧片数n₂,第二级副簧各片的一半夹紧长度主簧和第一级副簧和第二级副簧的片数之和N₂＝n+n₁+n₂，及步骤(1)中计算得到的h_me，m＝1,2,…,N₂，对主簧与第一级和第二级副簧的复合夹紧刚度K_MA2进行计算，即E步骤：主副簧的总复合夹紧刚度KMA3计算根据非等偏频三级渐变刚度钢板弹簧的宽度b，弹性模量E；主簧的片数n,各片主簧的一半夹紧长度L_i，i＝1,2,…,n；第一级副簧片数n₁,第一级副簧各片的一半夹紧长度L_A1j＝L_n+j，j＝1,2,…,n₁；第二级副簧片数n₂,第二级副簧各片的一半夹紧长度第三级副簧片数n₃,第三级副簧各片的一半夹紧长度主副簧的总片数N＝n+n₁+n₂+n₃，及步骤(1)中计算得到的h_me，m＝1,2,…,N，对主副簧的总复合夹紧刚度K_MA3进行计算，即(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的各级渐变夹紧刚度KkwP1、KkwP2和KkwP3的计算：I步骤：第一级渐变夹紧刚度KkwP1的计算根据第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，步骤(1)中计算得到的KM和KMA1，对载荷P在[Pk1,Pk2]范围时的非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级渐变夹紧刚度KkwP1进行计算，即II步骤：第二级渐变夹紧刚度KkwP2的计算根据第2次开始接触载荷Pk2，第3次开始接触载荷Pk3，步骤(1)中计算得到的KMA1和KMA2，对载荷P在[Pk2,Pk3]范围时的非等偏频型三级渐变刚度板簧的第二级渐变夹紧刚度KkwP2进行计算，即III步骤：第三级渐变夹紧刚度KkwP3的计算根据第3次开始接触载荷Pk3，第3次完全接触载荷Pw3，步骤(1)中计算得到的KMA2和KMA3，对载荷P在[Pk3,Pw3]范围时的非等偏频型三级渐变刚度板簧的第三级渐变夹紧刚度KkwP3进行计算，即(3)非等偏频型三级渐变刚度钢板弹簧的主簧初始切线弧高HgM0的确定：根据第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，第3次完全接触载荷Pw3，额定载荷PN，在额定载荷PN下的剩余切线弧高HgMN，步骤(1)中计算得到的KM、KMA1、KMA2和KMA3，步骤(2)中计算得到的KkwP1、KkwP2和KkwP3，对非等偏频型三级渐变刚度钢板弹簧的主簧初始切线弧高HgM0进行确定，即(4)非等偏频型三级渐变刚度板簧的首片主簧下料长度的设计I步骤：基于初始切线弧高的首片主簧等效端点力F1e的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；首片主簧的厚度h1，一半夹紧长度L1；步骤(3)中计算得到的HgM0，对基于初始切线弧高的首片主簧等效端点力F1e进行计算，即II步骤：首片主簧在任意位置处的变形系数GMx的计算根据非等偏频型三级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，以距离板簧对称中心L0/2位置作为坐标原点，对首片主簧在任意位置处的变形系数GMx进行计算，即III步骤：首片主簧初始曲面形状fM1x的计算根据首片主簧的厚度h1，I步骤中计算得到的F1e，II步骤中计算得到的GMx，对首片主簧初始曲线形状fM1x进行计算，即IV步骤：首片主簧下料长度L1C设计根据首片主簧两端吊耳的中径d_e，骑马螺栓夹紧距的一半L₀，首片主簧的一半夹紧长度L₁，III步骤计算得到的首片主簧自由初始状态曲线形状f_M1x，以ΔL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，及在任意位置x_j处的曲面高度0≤x_j≤L₁，j＝1,2,…,N_c+1，利用叠加原理对首片主簧的下料长度L_1C进行设计，即(5)三级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L1T，其他n‑1片主簧的一半作用长度LiT，首片主簧与其他n‑1片的一半作用长度之差ΔL1iT＝L1T‑LiT,i＝2,..,n,首片主簧两端吊耳的中径de，步骤(4)中设计得到的L1C，对其他各片主簧的下料长度进行设计，即LiC＝L1C‑2πde‑2ΔL1iT,i＝2,..,n。