本發(fā)明涉及車輛懸架板簧，特別是高強度一級漸變剛度板簧最大限位撓度的設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

隨著高強度鋼板材料的出現(xiàn)，可采用高強度一級漸變剛度板簧，以滿足在不同載荷下的車輛行駛平順性及懸架漸變偏頻保持不變的設(shè)計要求，其中，根據(jù)最大限位撓度設(shè)計值所設(shè)置的限位裝置，可在沖擊載荷下對板簧起保護作用，防止因受沖擊而板簧斷裂，增強鋼板彈簧的使用壽命，其中，最大限位撓度設(shè)計值由最大許用應(yīng)力下的最大許用載荷P_maxX所對應(yīng)的最大主簧撓度所決定的。然而，由于在主副簧漸變接觸過程中，高強度一級漸變剛度板簧撓度的計算非常復(fù)雜，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出高強度一級漸變剛度板簧最大限位撓度的設(shè)計方法。隨著車輛行駛速度及其對平順性要求的不斷提高，對高強度一級漸變剛度設(shè)計板簧提出了更高要求，因此，必須建立一種精確、可靠的高強度一級漸變剛度板簧最大限位撓度的設(shè)計方法，為高強度一級漸變剛度板簧設(shè)計及CAD軟件開發(fā)奠定可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展、車輛行駛平順性對高強度一級漸變剛度板簧的設(shè)計要求，提高產(chǎn)品設(shè)計水平、質(zhì)量和性能，增加板簧使用壽命，滿足車輛行駛平順性和安全性的設(shè)計要求；同時，降低設(shè)計及試驗費用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種簡便、可靠的高強度一級漸變剛度板簧最大限位撓度的設(shè)計方法，設(shè)計流程圖，如圖1所示。板簧采用高強度鋼板，寬度為b，彈性模量為E，各片板簧為以中心穿裝孔對稱的結(jié)構(gòu)，其安裝夾緊距的一半L₀為騎馬螺栓夾緊距的一半L₀；高強度一級漸變剛度板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)如圖2所示，由主簧1和副簧2構(gòu)成，其中，主簧1的片數(shù)為n，各片主簧的厚度為h_i，一半長度為L_it，一半夾緊長度為L_i＝L_it-L₀/2，i＝1,2,…,n；副簧2的片數(shù)為m，各片副簧的厚度為h_Aj，一半長度為L_Ajt，一半夾緊長度為L_Aj＝L_Ajt-L₀/2，j＝1,2,…,m。末片主簧的下表面與首片副簧的上表面之間的主副簧漸變間隙δ_MA，其大小是由主簧初始切線弧高與副簧初始切線弧高所決定的。當(dāng)載荷達到開始起作用載荷P_k時，在騎馬螺栓夾緊距外側(cè)，末片主簧下表面與首片副簧上表面開始接觸；當(dāng)載荷達到完全接觸載荷P_w時，末片主簧下表面與首片副簧上表面完全接觸。當(dāng)載荷在[P_k,P_w]范圍內(nèi)變化時，主簧末片下表面與副簧首片上表面的接觸位置及主副簧漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP隨載荷而變化，從而滿足懸架偏頻保持不變的設(shè)計要求，即等偏頻型一級漸變剛度板簧懸架。根據(jù)最大限位撓度設(shè)計值設(shè)置一限位裝置，在沖擊載荷下對板簧起保護作用，增強鋼板彈簧的使用壽命，其中，最大限位撓度設(shè)計值由最大許用應(yīng)力下的最大許用載荷P_maxX所對應(yīng)的最大主簧撓度所決定的。在主簧夾緊剛度、主副簧復(fù)合夾緊剛度、主簧的厚度和片數(shù)，首片主簧的一半夾緊長度，副簧的厚度和片數(shù)，開始接觸載荷、完全接觸載荷、額定載荷及最大許用應(yīng)力給定情況下，對高強度一級漸變剛度板簧最大限位撓度進行設(shè)計。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的高強度一級漸變剛度板簧最大限位撓度的設(shè)計方法，其特征在于采用以下設(shè)計步驟：

(1)高強度一級漸變剛度板簧的漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP的計算

根據(jù)主簧夾緊剛度K_M，開始接觸載荷P_k，完全接觸載荷P_w，對高強度一級漸變剛度板簧在載荷P∈[P_k,P_w]范圍內(nèi)的漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP進行計算，即

(2)主簧和主副簧的根部重疊部分等效厚度及主簧和副簧的最大板簧厚度的確定：

I步驟：主簧及主副簧的根部重疊部分等效厚度h_Me和h_MAe的確定

根據(jù)主簧片數(shù)n,各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,…,n；副簧片數(shù)m,各片副簧的厚度h_Aj，j＝1,2,…,m；對高強度一級漸變剛度板簧的主簧的根部重疊部分等效厚度h_Me和主副簧的根部重疊部分等效厚度h_MAe分別進行確定，即

II步驟：主簧和副簧的最大厚度板簧的厚度h_max和h_Amax的確定

根據(jù)主簧片數(shù)n，各片主簧的厚度h_i，i＝1，2,...,n；副簧片數(shù)m，各片副簧的厚度h_Aj,j＝1，2,...,m，分別確定主簧和副簧的最大厚度板簧的厚度h_max和h_Amax，即

h_max＝max(h_i)；

h_Amax＝max(h_Aj)；

(3)高強度一級漸變剛度板簧的最大許用載荷P_max的確定：

A步驟：基于主簧應(yīng)力的最大許用載荷P_Mmax的計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b，最大許用應(yīng)力[σ]；首片主簧的一半夾緊長度L₁，開始接觸載荷P_k，步驟(2)的I步驟中計算得到的h_Me和h_MAe，II步驟中所確定的h_max，對基于主簧應(yīng)力的最大許用載荷P_Mmax進行計算，即

B步驟：基于副簧應(yīng)力的最大許用載荷P_Amax的計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b，最大許用應(yīng)力[σ]；首片主簧的一半夾緊長度L₁，開始接觸載荷P_k，步驟(2)的I步驟中計算得到的h_MAe，II步驟中所確定的h_Amax，對基于副簧應(yīng)力的最大許用載荷P_Amax進行計算，即

C步驟：高強度一級漸變剛度板簧的最大許用載荷P_maxX的確定

根據(jù)A步驟計算得到的P_Mmax，B步驟計算得到的P_Amax，確定高強度一級漸變剛度板簧的最大許用載荷P_maxX，即

P_maxX＝min(P_Mmax,P_Amax)；

(4)高強度一級漸變剛度板簧的最大限位撓度f_Mmax的設(shè)計：

根據(jù)主簧夾緊剛度K_M1，主副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA，開始接觸載荷P_k，完全接觸載荷P_w，步驟(3)的C步驟中所確定的P_maxX，步驟(1)中計算所得到的K_kwP，對高強度一級漸變剛度板簧的最大限位撓度f_Mmax進行設(shè)計，即

本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點

由于在主副簧漸變接觸過程中，高強度一級漸變剛度板簧的撓度計算非常復(fù)雜，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出高強度一級漸變剛度板簧最大限位撓度的設(shè)計方法。本發(fā)明可根據(jù)主簧夾緊剛度、主副簧復(fù)合夾緊剛度、主簧的厚度和片數(shù)，首片主簧的一半夾緊長度，副簧的厚度和片數(shù)，開始接觸載荷、完全接觸載荷、額定載荷及最大許用應(yīng)力，對高強度一級漸變剛度板簧最大限位撓度進行設(shè)計。通過樣機加載變形試驗測試可知，本發(fā)明所提供的高強度一級漸變剛度板簧最大限位撓度的設(shè)計方法是正確的，可得到準(zhǔn)確可靠的主副簧間隙設(shè)計值，為高強度一級漸變剛度板簧設(shè)計提供了可靠的技術(shù)方法，并且為CAD軟件開發(fā)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)；同時，利用該方法，可提高產(chǎn)品設(shè)計水平、產(chǎn)品質(zhì)量、防止板簧因受沖擊而斷裂，增加板簧使用壽命，提供車輛行駛平順性和安全性，并且還可降低設(shè)計和試驗測試費用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。

附圖說明

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖做進一步的說明。

圖1是高強度一級漸變剛度板簧最大限位撓度的設(shè)計流程圖；

圖2是高強度一級漸變剛度板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實施例的高強度一級漸變剛度板簧的漸變復(fù)合夾緊剛度隨載荷的變化曲線；

圖4是實施例的高強度一級漸變剛度板簧的撓度f_M隨載荷P的變化曲線。

具體實施方案

下面通過實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

實施例：某高強度一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，騎馬螺栓夾緊距的一半L₀＝50mm，彈性模量E＝200GPa，最大許用應(yīng)力[σ]＝1200MPa。主簧片數(shù)n＝2片，首片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝8mm，主簧夾緊剛度K_M＝51.44N/mm。副簧片數(shù)m＝3片，各片副簧厚度h_A1＝h_A2＝h_A3＝11mm。主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA＝178.62N/mm。開始接觸載荷P_k＝1842N，完全接觸載荷P_w＝6398N，額定載荷P_N＝7227N。根據(jù)該高強度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度、主副簧復(fù)合夾緊剛度、主簧的厚度和片數(shù)、副簧的厚度和片數(shù)，彈性模量、首片主簧的一半夾緊長度，開始接觸載荷P_k、完全接觸載荷P_w額定載荷P_N和最大許用應(yīng)力，對該高強度一級漸變剛度板簧的最大許用撓度進行設(shè)計。

本發(fā)明實例所提供的高強度一級漸變剛度板簧最大限位撓度的設(shè)計方法，其設(shè)計流程如圖1所示，具體設(shè)計步驟如下：

(1)高強度一級漸變剛度板簧的漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP的計算

根據(jù)主簧夾緊剛度K_M＝51.44N/mm，開始接觸載荷P_k＝1842N，完全接觸載荷P_w＝6398N，對高強度一級漸變剛度板簧在載荷P∈[P_k,P_w]范圍內(nèi)的漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP進行計算，即

利用MATLAB程序，所計算得到該高強度一級漸變剛度板簧在載荷[P_k,P_w]范圍內(nèi)的漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP隨載荷P的變化曲線，如圖3所示，其中，當(dāng)載荷P＝P_k＝1842N時，K_kwP＝K_M＝51.44N/mm；當(dāng)載荷P＝P_w＝6398N時，K_kwP＝K_MA＝178.62N/mm。

(2)主簧和主副簧的根部重疊部分等效厚度及主簧和副簧的最大厚度板簧的厚度的確定：

I步驟：主簧及主副簧的根部重疊部分等效厚度h_Me和h_MAe的確定

根據(jù)主簧片數(shù)n＝2,各片主簧的厚度h₁＝h₂＝8mm；副簧片數(shù)m＝3,各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝h_A3＝11mm；對主簧和主副簧的根部重疊部分等效厚度h_Me和h_MAe進行確定，即

II步驟：主簧和副簧的最大厚度板簧的厚度h_max和h_Amax的確定

根據(jù)主簧片數(shù)n＝2，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝8mm，副簧片數(shù)m＝3，各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝h_A3＝11mm，分別確定主簧和副簧的最大厚度板簧的h_max和h_Amax，即

h_max＝max(h₁,h₂)＝8mm；

h_Amax＝max(h_A1,h_A2,h_A3)＝11mm。

(3)高強度一級漸變剛度板簧的最大許用載荷P_max的確定：

A步驟：基于主簧應(yīng)力的最大許用載荷P_Mmax的計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，最大許用應(yīng)力[σ]＝1200MPa；首片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，開始接觸載荷P_k＝1842N，步驟(2)的I步驟中計算得到的h_Me＝10.1mm和h_MAe＝17.1mm，II步驟中所確定的h_max＝8mm，對基于主簧應(yīng)力的最大許用載荷P_Mmax進行計算，即

B步驟：基于副簧應(yīng)力的最大許用載荷P_Amax的計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，最大許用應(yīng)力[σ]＝1200MPa；首片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，開始接觸載荷P_k＝1842N，步驟(2)的I步驟中計算得到的h_MAe＝17.1mm，及II步驟中所確定的h_Amax＝11mm，對基于副簧應(yīng)力的最大許用載荷P_Amax進行計算，即

C步驟：高強度一級漸變剛度板簧的最大許用載荷P_maxX的確定

根據(jù)A步驟計算得到的P_Mmax＝24424N，B步驟計算得到的P_Amax＝24829N，確定該高強度一級漸變剛度板簧的最大許用載荷P_maxX，即

P_maxX＝min(P_Mmax,P_Amax)＝24424N。

(4)高強度一級漸變剛度板簧的最大限位撓度f_Mmax的設(shè)計：

根據(jù)主簧夾緊剛度K_M1＝51.44N/mm，主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA＝178.62N/mm，開始接觸載荷P_k＝1842N，完全接觸載荷P_w＝6398N，步驟(1)中計算所得到的漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP，步驟(3)中所確定的P_maxX＝24424N，對該高強度一級漸變剛度板簧的最大限位撓度f_Mmax進行設(shè)計，即

利用MATLAB計算程序，計算所得到該高強度一級漸變剛度板簧的撓度f_M隨載荷P的變化曲線，如圖4所示，其中，在最大許用載荷P_maxX＝24424N下的撓度，即為該高強度一級漸變剛度板簧的最大限位撓度f_Mmax＝181.3mm。

通過樣機加載撓度試驗可知，本發(fā)明所提供的高強度一級漸變剛度板簧最大限位撓度的設(shè)計方法是正確的，利用該方法可得到準(zhǔn)確可靠的高強度一級漸變剛度板簧的最大限位撓度設(shè)計值，為高強度一級漸變剛度板簧設(shè)計及CAD軟件開發(fā)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法可提高產(chǎn)品的設(shè)計水平、質(zhì)量和性能及車輛行駛平順性和安全性，增加板簧可靠性，防止板簧因受沖擊而斷裂，提高板簧的可靠性和使用壽命；同時，降低設(shè)計與試驗費用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。