本發(fā)明涉及車輛懸架板簧，特別是高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片主簧下料長度的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

隨著高強(qiáng)度鋼板材料的出現(xiàn)，可采用高強(qiáng)度一級(jí)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(jì)要求，其中，高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧給定初始切線弧高下的曲面，既不是圓形曲面，也不是斜線曲面，更不是拋物線曲面，而是三次曲面，因此，根據(jù)各片主簧跨度大小，對(duì)各片主簧的下料長度進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法很難得到精確下料長度設(shè)計(jì)值，不僅影響生產(chǎn)效率，而且還影響材料的利用率和經(jīng)濟(jì)效益。然而，由于在漸變過程中的板簧撓度、漸變夾緊剛度及曲面形狀計(jì)算非常復(fù)雜，并且還受重疊部分等效厚度計(jì)算、主簧夾緊剛度和主副簧復(fù)合夾緊剛度計(jì)算等關(guān)鍵問題的制約，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片主簧下料長度的設(shè)計(jì)方法。隨著車輛行駛速度及其對(duì)平順性要求的不斷提高，對(duì)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度設(shè)計(jì)板簧提出了更高要求，因此，必須建立一種精確、可靠的高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片主簧下料長度的設(shè)計(jì)方法，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展及高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的現(xiàn)代化CAD設(shè)計(jì)要求，并通過板簧下料長度的精確設(shè)計(jì)，提高生產(chǎn)效率，降低材料浪費(fèi)，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量和性能及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)，還可降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)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(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片主簧下料長度的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)流程圖，如圖1所示。高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片板簧采用高強(qiáng)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(duì)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(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的一半對(duì)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(dá)到開始起作用載荷P_k時(shí)，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(dá)到完全接觸載荷P_w時(shí)，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(shí)，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(jì)要求，即等偏頻型一級(jí)漸變剛度板簧。根據(jù)所設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片板簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量，首片主簧兩端吊耳的中徑，主簧夾緊剛度、主副簧復(fù)合夾緊剛度、額定載荷P_N及在額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計(jì)要求值，對(duì)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的首片主簧的下料長度和其他各片主簧的下料長度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片主簧下料長度的設(shè)計(jì)方法，其特征在于采用以下設(shè)計(jì)步驟：

(1)在載荷P∈[P_k,P_w]范圍內(nèi)的主副簧漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP的計(jì)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(fù)合夾緊剛度K_MA，對(duì)高強(qiáng)度一級(jí)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(jìn)行計(jì)算，即

(2)高強(qiáng)度一級(jí)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(fù)合夾緊剛度K_MA，及在額定載荷P_N下的剩余切線弧高H_gMsy，及步驟(1)中計(jì)算所得到的K_kwP，對(duì)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高H_gM0進(jìn)行確定，即

(3)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的首片主簧下料長度的設(shè)計(jì)：

A步驟：首片主簧的等效端點(diǎn)力F_1e的計(jì)算

根據(jù)高強(qiáng)度一級(jí)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)中所確定的H_gM0，對(duì)基于初始切線弧高的首片主簧的等效端點(diǎn)力F_1e進(jìn)行計(jì)算，即

B步驟：首片主簧在任意位置處的變形系數(shù)G_Mx的計(jì)算

根據(jù)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的寬度b，騎馬螺栓夾緊距的一半L₀，彈性模量E；首片主簧的一半夾緊長度L₁，以距離板簧對(duì)稱中心L₀/2的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，對(duì)首片主簧在任意位置x處的變形系數(shù)G_Mx進(jìn)行計(jì)算，即

C步驟：首片主簧初始曲面形狀f_Mx的計(jì)算

根據(jù)首片主簧的厚度h₁，首片主簧的一半夾緊長度L₁，A步驟中計(jì)算得到的F_1e，B步驟中計(jì)算得到的G_Mx，對(duì)首片主簧初始曲面形狀f_Mx進(jìn)行計(jì)算，即

D步驟：首片主簧下料長度L_1C的設(shè)計(jì)

根據(jù)首片主簧的一半夾緊長度L₁，騎馬螺栓夾緊距的一半L₀，首片主簧兩端吊耳的中徑d_e，以ΔL為曲面微元長度，在0～L₁范圍內(nèi)劃分為N_c＝L₁/ΔL個(gè)曲面微元，依據(jù)C步驟計(jì)算得到的首片主簧初始曲面形狀f_Mx及在任意位置x_j處的曲面高度0≤x_j≤L₁，j＝1,2,…,N_c+1，利用疊加原理對(duì)首片主簧的下料長度L_1c進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

(4)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的其他各片主簧下料長度的設(shè)計(jì)：

根據(jù)主簧片數(shù)n，首片主簧的一半作用長度L_1t，其他n-1片主簧的一半作用長度L_it，及其他n-1片主簧與首片主簧的一半作用長度之差ΔL_1it＝L_1t-L_it，i＝2,..,n，吊耳的中徑d_e，步驟(3)中設(shè)計(jì)得到的L_1C,對(duì)其他各片主簧的下料長度進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

L_iC＝L_1C-2πd_e-2ΔL_1it,i＝2,..,n。

本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)

由于主副簧漸變接觸過程中的撓度計(jì)算非常復(fù)雜，同時(shí)受板簧重疊部分等效厚度計(jì)算和初始切線弧高設(shè)計(jì)和首片主簧曲面形狀計(jì)算等關(guān)鍵問題的制約，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片主簧下料長度的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明可根據(jù)所設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片主簧和副簧結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量，主簧夾緊剛度、主副簧復(fù)合夾緊剛度、額定載荷P_N及在額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計(jì)要求值，在主簧初始切線弧高設(shè)計(jì)及首片主簧曲面形狀計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過將首片主簧曲面劃分成為多個(gè)微曲面單元，利用疊加原理，對(duì)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的首片主簧的下料長度和其他各片主簧的下料長度進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過樣機(jī)下料加工試驗(yàn)測試可知，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片主簧下料長度的設(shè)計(jì)方法是正確的，為高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的現(xiàn)代化CAD設(shè)計(jì)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法可得到準(zhǔn)確可靠的各片主簧下料長度的設(shè)計(jì)值，節(jié)省材料，改善加工工藝，提高生產(chǎn)效率；同時(shí)，降低設(shè)計(jì)和試驗(yàn)費(fèi)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(jìn)一步的說明。

圖1是高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片主簧下料長度的設(shè)計(jì)流程圖；

圖2是高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的一半對(duì)稱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實(shí)施例的計(jì)算得到的高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的夾緊剛度隨載荷的變化曲線；

圖4是實(shí)施例的計(jì)算得到的高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的首片主簧的變形系數(shù)G_Mx曲線；

圖5是實(shí)施例的計(jì)算得到的高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的首片主簧初始曲面形狀曲線f_x。

具體實(shí)施方案

下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例：某高強(qiáng)度一級(jí)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，各片主簧的一半作用長度分別為L_1t＝525mm和L_2t＝450mm，第2片主簧與第1片主簧的一半作用長度之差ΔL_12t＝L_1t-L_2t＝75mm；各片主簧的一半夾緊長度分別為L₁＝L_1t-L₀/2＝500mm，L₂＝L_2t-L₀/2＝425mm。首片主簧兩端吊耳的中徑d_e＝60mm。副簧片數(shù)m＝3片，各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝h_A3＝13mm，一半作用長度分別為L_A1t＝350mm，L_A2t＝250mm，L_A3t＝150mm，一半夾緊長度分別為L_A1＝L_A1t-L₀/2＝325mm，L_A2＝L_A2t-L₀/2＝225mm，L_A3＝L_A3t-L₀/2＝125mm。主副簧的總片數(shù)N＝5。主簧夾緊剛度K_M＝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，額定載荷P_N＝7227N，及在額定載荷下的主簧剩余切線弧高H_gMsy＝26mm。根據(jù)各片板簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，端部吊耳中徑，彈性模量，主簧夾緊剛度，主副簧復(fù)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，對(duì)該高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片主簧下料長度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本發(fā)明實(shí)例所提供的高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片主簧下料長度的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)流程如圖1所示，具體設(shè)計(jì)步驟如下：

(1)在載荷P∈[P_k,P_w]范圍內(nèi)的主副簧漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP的計(jì)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(fù)合夾緊剛度K_MA＝178.62N/mm，對(duì)該高強(qiáng)度一級(jí)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(jìn)行計(jì)算，即

利用MATLAB程序，計(jì)算所得到的該高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的夾緊剛度隨載荷的變化曲線，如圖3所示，其中，當(dāng)P＝P_k＝1842N時(shí)，K_kwP＝K_M＝51.44N/mm；當(dāng)P＝P_w＝6398N時(shí)，K_kwP＝K_MA＝178.62N/mm。

(2)高強(qiáng)度一級(jí)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(fù)合夾緊剛度K_MA＝178.62N/mm，在額定載荷P_N下的剩余弧高H_gMsy＝26mm，及步驟(1)中計(jì)算得到的K_kwP，對(duì)該高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高H_gM0進(jìn)行確定，即

(3)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的首片主簧下料長度的設(shè)計(jì)：

A步驟：首片主簧的等效端點(diǎn)力F_1e的計(jì)算

根據(jù)高強(qiáng)度一級(jí)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)中所確定的H_gM0＝111mm，對(duì)首片主簧的等效端點(diǎn)力F_1e進(jìn)行計(jì)算，即

B步驟：首片主簧在任意位置處的變形系數(shù)G_Mx的計(jì)算

根據(jù)高強(qiáng)度一級(jí)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；首片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，以距離板簧對(duì)稱中心L₀/2的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，對(duì)首片主簧在任意位置x處的變形系數(shù)G_Mx進(jìn)行計(jì)算，即

利用Matlab計(jì)算程序，計(jì)算所得到的首片主簧在任意位置x處的變形系數(shù)G_Mx曲線，如圖4所示，其中，在x＝0位置處的變形系數(shù)G_Mx＝0，在x＝L₁＝500mm處的變形系數(shù)G_Mx＝G_Mmax＝3.968×10^-11m⁴/N；

C步驟：首片主簧初始曲面形狀f_Mx的計(jì)算

根據(jù)首片主簧的厚度h₁＝8mm，首片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，A步驟中計(jì)算得到的F_1e＝1432.7N，B步驟中計(jì)算得到的G_Mx，對(duì)首片主簧初始曲面形狀f_Mx進(jìn)行計(jì)算，即

利用Matlab計(jì)算程序，計(jì)算所得到的首片主簧初始曲面形狀曲線f_x，如圖5所示，其中，端部最大曲面高度f_Mxmax等于主簧初始切線弧高H_gM0，即f_Mxmax＝H_gM0＝111mm；

D步驟：首片主簧的下料長度L_1C設(shè)計(jì)

根據(jù)騎馬螺栓夾緊距的一半L₀＝50mm，吊耳的中徑d_e＝60mm，首片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，以ΔL＝5mm為曲面微元長度，在0～L₁范圍內(nèi)劃分為N_c＝L₁/ΔL＝100個(gè)曲面微元，依據(jù)C步驟計(jì)算得到的首片主簧初始曲面形狀f_Mx及在任意位置x_j處的曲面高度f_Mxj，0≤x_j≤L₁，j＝1,2,…,N_c+1，利用疊加原理對(duì)首片主簧的下料長度L_1C進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

(4)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的其他各片主簧下料長度的設(shè)計(jì)：

根據(jù)主簧片數(shù)n＝2，首片主簧的一半作用長度L_1t＝525mm，第2片主簧的一半作用長度L_2t＝450mm，及第2片主簧與首片主簧的一半作用長度之差ΔL_12t＝L_1t-L_2t＝75mm，吊耳中徑d_e＝60mm，步驟(3)的D步驟中設(shè)計(jì)得到的L_1C＝1456mm,對(duì)第2片主簧的下料長度L_2C進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

L_2C＝L_1C-2πd_e-2ΔL_12t＝929mm。

通過樣機(jī)下料加工試驗(yàn)測試可知，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的主簧各片下料長度的設(shè)計(jì)方法是正確的，為高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的現(xiàn)代化CAD設(shè)計(jì)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法可得到準(zhǔn)確可靠的各片主簧下料長度的設(shè)計(jì)值，節(jié)省材料，改善加工工藝，提高生產(chǎn)效率；同時(shí)，降低設(shè)計(jì)和試驗(yàn)費(fèi)用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。