本發(fā)明涉及車輛懸架鋼板彈簧，特別是高強度一級漸變剛度板簧的主副簧間隙的設(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，高強度一級漸變剛度板簧的主副簧間隙，不僅影響開始接觸載荷和完全接觸載荷的大小，而且還影響主副簧的漸變復合夾緊剛度及車輛行駛平順性。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的主副簧間隙的設(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的主副簧間隙的設(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，滿足車輛行駛平順性的設(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的主副簧間隙的設(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，一半作用長度為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，一半作用長度為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。高強度一級漸變剛度板簧的主副簧間隙，不僅影響開始接觸載荷和完全接觸載荷，而且還影響漸變復合夾緊剛度K_kwP及車輛行駛平順性。在各片主簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、首片副簧的一半夾緊長度，彈性模量、主簧夾緊剛度、主副簧復合夾緊剛度、開始接觸載荷、完全接觸載荷、額定載荷及在額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計要求值給定情況下，對高強度一級漸變剛度板簧的主副簧間隙進行設(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的主副簧間隙的設(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主副簧漸變復合夾緊剛度K_kwP的計算：

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

(2)高強度一級漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高H_gM0的確定：

根據(jù)開始接觸載荷P_k，完全接觸載荷P_w，額定載荷P_N，主簧夾緊剛度K_M，主副簧復合夾緊剛度K_MA，額定載荷下的剩余切線弧高H_gMsy，及步驟(1)中計算所得到的K_kwP，對高強度一級漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高H_gM0進行確定，即

(3)高強度一級漸變剛度板簧的副簧初始切線弧高H_gA0的確定：

A步驟：末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b計算

根據(jù)主簧片數(shù)n，首片主簧的一半夾緊長度L₁，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,…,n；步驟(2)中設(shè)計得到的H_gM0，對主簧末片下表面初始曲率半徑R_M0b進行計算，即

B步驟：首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；主簧片數(shù)n，首片主簧的一半夾緊長度L₁，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,…,n；開始接觸載荷P_k，及A步驟中計算得到的R_M0b，對首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0進行計算，即

式中，h_Me為主簧根部重疊部分的等效厚度，

C步驟：副簧初始切線弧高H_gA0的確定

根據(jù)首片副簧的一半夾緊長度L_A1，B步驟中計算得到的R_A0a，對副簧初始切線弧高H_gA0進行確定，即

(4)末片主簧在對應首片副簧端點位置的曲面高度H_M-Aend計算：

I步驟：基于初始切線弧高的首片主簧等效端點力F_M1e計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；首片主簧的厚度h₁，首片主簧的一半夾緊長度L₁，步驟(2)中計算得到的H_gM0，對基于初始切線弧高的首片主簧的等效端點力F_M1e進行計算，即

II步驟：末片主簧在對應首片副簧端點位置的曲面高度H_M-Aend計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；首片主簧的厚度h₁，一半夾緊長度L₁；首片副簧的一半夾緊長度L_A1，及I步驟中計算得到的F_M1e，對末片主簧在對應首片副簧端點位置的曲面高度H_M-Aend進行計算，即

式中，為末片主簧在對應首片副簧端點位置的變形系數(shù)，

(5)高強度一級漸變剛度板簧的主副簧間隙δ_MA的設(shè)計：

根據(jù)步驟(4)的II步驟中計算得到的H_M-Aend，步驟(3)的C步驟中計算得到的H_gA0，對高強度一級漸變剛度板簧的主副簧間隙δ_MA進行設(shè)計，即

δ_MA＝H_M-Aend-H_gA0。

本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點

由于高強度一級漸變剛度板簧的在主簧和副簧漸變過程中的撓度及漸變復合夾緊剛度的計算非常復雜，據(jù)所查資料可知，先前一直未能給出高強度一級漸變剛度板簧的主副簧間隙的設(shè)計方法。本發(fā)明可根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的各片主簧結(jié)構(gòu)參數(shù)、首片副簧的一半夾緊距、彈性模量、開始接觸載荷、完全接觸載荷、額定載荷及在額定載荷下的剩余弧高設(shè)計要求值，對高強度一級漸變剛度板簧的主副簧間隙進行設(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的主副簧間隙的設(shè)計方法是正確的，可得到準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，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)量和車輛行駛平順性；同時，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的主副簧間隙的設(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末片主簧下表面曲面、首片副簧上表面曲面、及主副簧間隙δ_MA圖。

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。主簧片數(shù)n＝2片，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝8mm，首片主簧的一半作用長度分別為L_1t＝525mm，一半夾緊長度分別為L₁＝L_1t-L₀/2＝500mm，末片主簧的一半作用長度分別為L_2t＝450mm，一半夾緊長度分別為L₂＝L_2t-L₀/2＝425mm。副簧片數(shù)m＝3片，各片副簧厚度h_A1＝h_A2＝h_A3＝11mm，首片副簧的一半作用長度L_A1t＝350mm，一半夾緊長度分別為L_A1＝L_A1t-L₀/2＝325mm。主簧夾緊剛度K_M＝51.44N/mm，主副簧復合夾緊剛度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，及在額定載荷下的剩余切線弧高H_gMsy＝26mm。根據(jù)各片主簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量，主簧夾緊剛度，主副簧復合夾緊剛度，首片副簧的一半夾緊長度，開始接觸載荷P_k，完全接觸載荷P_w和額定載荷P_N、及在額定載荷下的剩余切線弧高H_gMsy，對該高強度一級漸變剛度板簧的主副簧間隙δ_MA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的主副簧間隙的設(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主副簧漸變復合夾緊剛度K_kwP的計算：

根據(jù)開始接觸載荷P_k＝1842N，完全接觸載荷P_w＝6398N，主簧夾緊剛度K_M＝51.44N/mm，主副簧復合夾緊剛度K_MA＝178.62N/mm，對該高強度一級漸變剛度板簧在載荷P∈[P_k,P_w]范圍內(nèi)的漸變復合夾緊剛度K_kwP進行計算，即

利用MATLAB程序，計算所得到該高強度一級漸變剛度板簧載荷在[P_k,P_w]范圍內(nèi)的漸變復合夾緊剛度隨載荷的變化曲線，如圖3所示，其中，當載荷P＝P_k＝1842N時，K_kwP＝K_M＝51.44N/mm；當載荷P＝P_w＝6398N時，K_kwP＝K_MA＝178.62N/mm。

(2)高強度一級漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高H_gM0的確定：

根據(jù)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，主簧夾緊剛度K_M＝51.44N/mm，主副簧復合夾緊剛度K_MA＝178.62N/mm，在額定載荷下的剩余弧高的設(shè)計要求值為H_gMsy＝26mm，及步驟(1)中所建立的漸變復合夾緊剛度對該高強度一級漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高H_gM0進行確定，即

(3)高強度一級漸變剛度板簧的副簧初始切線弧高H_gA0的確定：

A步驟：末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b計算

根據(jù)主簧片數(shù)n＝2，各片主簧的厚度h_i＝8mm，i＝1,2,…,n，首片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，步驟(2)中設(shè)計得到的H_gM0＝87.3mm，對末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b進行計算，即

B步驟：首片副簧上表面初始曲率半徑R_A10a計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；主簧片數(shù)n＝2，各片主簧的厚度h_i＝8mm，i＝1,2,…,n，首片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，開始接觸載荷P_k＝1842N，及A步驟中計算得到的R_M0b＝1197.2mm，對首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a進行計算，即

式中，h_Me為主簧根部重疊部分的等效厚度，

C步驟：副簧初始切線弧高H_gA0的確定

根據(jù)首片副簧的一半夾緊長度L_A1＝325mm，B步驟中計算得到的R_A0a＝2457.1mm，對副簧初始切線弧高H_gA0進行確定，即

(4)末片主簧在對應首片副簧端點位置的曲面高度H_M-Aend計算：

I步驟：基于初始切線弧高的首片主簧等效端點力F_M1e計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200Gpa；首片主簧的厚度h₁＝8mm，首片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，步驟(2)中計算得到的H_gM0＝111mm，對基于初始切線弧高的首片主簧等效端點力F_M1e進行計算，即

II步驟：末片主簧在對應首片副簧端點位置的曲面高度H_M-Aend計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200Gpa；首片主簧的厚度h₁＝8mm，一半夾緊長度L₁＝500mm；首片副簧的一半夾緊長度L_A1＝325mm，及I步驟中計算得到的F_M1e＝1126.2N，對末片主簧在對應首片副簧端點位置的曲面高度H_M-Aend進行計算，即

式中，為末片主簧在對應首片副簧端點位置的變形系數(shù)，

(5)高強度一級漸變剛度板簧的主副簧間隙δ_MA的設(shè)計：

根據(jù)步驟(4)中計算得到的H_M-Aend＝55.1mm，及步驟(3)中計算得到的H_gA0＝21.6mm，對該高強度一級漸變剛度板簧的主副簧間隙δ_MA進行設(shè)計，即

δ_MA＝H_M-Aend-H_gA0＝33.5mm。

利用Matlab計算程序，根據(jù)末片主簧的一半夾緊長度L₂＝425mm，仿真計算所得到末片主簧下表面曲面、首片副簧上表面曲面及主副簧間隙δ_MA，如圖4所示，其中，H_gM20為末片主簧即第2片主簧下表面曲面的切線弧高，H_gM20＝86.2mm。

通過樣機試驗測試可知，該高強度一級漸變剛度板簧的主簧和副簧的間隙設(shè)計值是可靠的，可滿足開始接觸載荷、完全接觸載荷及在額定載荷下的剩余切線弧高的設(shè)計要求，表明本發(fā)明所提供的高強度一級漸變剛度板簧的主副簧間隙的設(shè)計方法是正確的。利用該方法可得到準確可靠的高強度一級漸變剛度板簧的主副簧間隙的設(shè)計值，提高產(chǎn)品設(shè)計水平、質(zhì)量和性能及車輛行駛平順性；同時，降低設(shè)計及試驗費用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。