本發(fā)明涉及車輛懸架板簧，特別是高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧接觸載荷的仿真計算法。

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，漸變剛度板簧的開始接觸載荷和完全接觸載荷的大小，不僅影響主簧和副簧的最大應(yīng)力，而且還影響主副簧的漸變復(fù)合夾緊剛度及懸架系統(tǒng)偏頻和車輛行駛平順性。高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧是否滿足特性設(shè)計要求，不僅與各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，而且還與主副簧切線弧高、漸變間隙及開始接觸載荷和完全接觸載荷有關(guān)，因此，為了實現(xiàn)根據(jù)漸變剛度板簧的設(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)，對板簧特性計算仿真計算及驗證，必須首先對主副簧的接觸載荷進(jìn)行仿真計算。然后，由于漸變剛度板簧在漸變過程中的撓度及漸變剛度計算非常復(fù)雜，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧接觸載荷的仿真計算法。隨著車輛行駛速度及其對平順性要求的不斷提高，對高強(qiáng)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(qiáng)度一級漸變剛度板簧接觸載荷的仿真計算法，為高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧特性仿真計算及仿真軟件開發(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(qiáng)度一級漸變剛度板簧的設(shè)計要求，通過板簧特性仿真計算可及時發(fā)現(xiàn)板簧結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計所存在問題，從而提高產(chǎn)品設(shè)計水平、質(zhì)量和性能；同時，降低設(shè)計及試驗費(fèi)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(qiáng)度一級漸變剛度板簧接觸載荷的仿真計算法，仿真計算流程圖，如圖1所示。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_n+j＝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(dá)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(dá)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。根據(jù)該漸變剛度板簧的各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主簧初始切線弧高H_gM0和副簧初始切線弧高H_gA0設(shè)計值，額定載荷P_N及在額定載荷下的剩余切線弧高H_gMsy設(shè)計要求值，對該高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷P_k和完全接觸載荷P_w進(jìn)行仿真計算。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧接觸載荷的仿真計算法，其特征在于采用以下仿真計算步驟：

(1)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度和主副簧復(fù)合夾緊剛度的仿真計算：

I步驟：不同片數(shù)重疊段的等效厚度計算

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；主副簧的總片數(shù)N＝n+m，對高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)k重疊段的等效厚度h_ke進(jìn)行計算，k＝1,2,...,N，即

其中，主簧根部重疊部分的等效厚度

II步驟：主簧夾緊剛度K_M的仿真計算

根據(jù)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；主簧片數(shù)n，各片主簧的一半夾緊長度L_i，及I步驟中計算得到的h_ke，k＝i＝1,2,…,n，對主簧夾緊剛度K_M進(jìn)行仿真計算，即

III步驟：主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA的仿真計算

根據(jù)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；主簧片數(shù)n，各片主簧的一半夾緊長度L_i，i＝1,2,…,n；副簧片數(shù)m，各片副簧的一半夾緊長度L_Aj＝L_n+j，j＝1,2,…,m；主副簧總片數(shù)N＝n+m,及I步驟中計算得到的h_ke，k＝1,2,...,N；對主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA進(jìn)行仿真計算，即

(2)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷P_k的仿真計算：

A步驟：末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b的仿真計算

根據(jù)主簧片數(shù)n，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,…,n，首片主簧的一半夾緊長度L₁，主簧初始切線弧高H_gM0，對末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b進(jìn)行仿真計算，即

B步驟：首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a的仿真計算

根據(jù)首片副簧的一半夾緊長度L_A1，副簧初始切線弧高H_gA0，對首片副簧上表面曲率半徑R_A0a進(jìn)行仿真計算，即

C步驟：漸變剛度板簧的開始接觸載荷P_k的仿真計算

根據(jù)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；首片主簧的一半夾緊長度L₁，步驟(1)中計算得到的h_Me，A步驟中仿真計算得到的R_M0b，B步驟中仿真計算所得到的R_A0a，對高強(qiáng)度漸變剛度板簧的開始接觸載荷P_k進(jìn)行仿真計算，即

(3)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在額定載荷下?lián)隙萬_MN的確定:

根據(jù)主簧初始切線弧高H_gM0，及在額定載荷下的剩余切線弧高H_gMsy，確定高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在額定載荷P_N下的撓度f_MN，即

f_MN＝H_gM0-H_gMsy；

(4)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的完全接觸載荷P_w的仿真計算：

根據(jù)額定載荷P_N，步驟(1)中仿真計算得到的K_M和K_MA，步驟(2)中仿真計算所得到的P_k，步驟(3)中所確定的f_MN，以完全接觸載荷P_w為待求參數(shù)，建立高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的完全接觸載荷P_w仿真計算數(shù)學(xué)模型，即

利用Matlab計算程序，求解上述關(guān)于完全接觸載荷P_w的數(shù)學(xué)模型，便可得到高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的完全接觸載荷P_w。

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

由于在主副簧漸變接觸過程中，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(qiáng)度一級漸變剛度板簧接觸載荷的仿真計算法。本發(fā)明可根據(jù)所設(shè)計高強(qiáng)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)，首片主簧的一半夾緊長度，首片副簧的一半夾緊長度，主簧初始切線弧高，副簧初始切線弧高，對高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷和完全接觸載荷進(jìn)行驗算。通過樣機(jī)加載變形試驗測試可知，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧接觸載荷的仿真計算法是正確的，可得到準(zhǔn)確可靠的接觸載荷驗算值，為高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧特性的仿真計算及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，可對所設(shè)計漸變剛度板簧的接觸載荷進(jìn)行驗算，確保漸變剛度滿足車輛懸架平順性的設(shè)計要，提高產(chǎn)品設(shè)計水平、質(zhì)量和性能，并且還可降低設(shè)計和試驗測試費(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)度一級漸變剛度板簧接觸載荷的仿真計算流程圖；

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

具體實施方案

下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實施例：某高強(qiáng)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＝3片，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝7mm，各片主簧的一半作用長度分別為L_1t＝525mm，L_2t＝461mm，L_3t＝399mm；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＝436mm，L₃＝L_3t-L₀/2＝374mm。副簧片數(shù)m＝2片，各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝12mm，各片副簧的一半作用長度分別為L_A1t＝350mm，L_A2t＝250mm，各片副簧的一半夾緊長度分別為L_A1＝L₄＝L_A1t-L₀/2＝325mm，L_A2＝L₅＝L_A2t-L₀/2＝200mm。主副簧的總片數(shù)N＝5，主簧初始切線弧高H_gM0＝112.5mm，副簧初始切線弧高H_gA0＝21.5mm。額定載荷P_N＝7227N，在額定載荷下的剩余切線弧高H_gMsy＝26.1mm。根據(jù)該漸變剛度板簧的各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主簧初始切線弧高H_gM0和副簧初始切線弧高H_gA0設(shè)計值，額定載荷P_N及在額定載荷下的剩余切線弧高H_gMsy設(shè)計要求值，對該高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷P_k和完全接觸載荷P_w進(jìn)行仿真計算。

本發(fā)明實例所提供的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧接觸載荷的仿真計算法，其仿真計算流程如圖1所示，具體仿真計算步驟如下：

(1)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度和主副簧復(fù)合夾緊剛度的仿真計算：

I步驟：不同片數(shù)重疊段的等效厚度計算

根據(jù)主簧片數(shù)n＝3,各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝7mm；副簧片數(shù)m＝2,各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝12mm，主副簧的總片數(shù)N＝n+m＝5，對該高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)k重疊段的等效厚度h_ke進(jìn)行計算，k＝1,2,...,N，即

h_1e＝h₁＝7.0mm，

其中，主簧根部重疊部分的等效厚度h_Me＝h_3e＝10.1mm。

II步驟：主簧夾緊剛度K_M的仿真計算

根據(jù)高強(qiáng)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＝3,各片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，L₂＝436mm，L₃＝374mm，及I步驟中計算得到的h_1e＝7.0mm，h_2e＝8.8mm，h_3e＝10.1mm，k＝i＝1,2,...,n，對主簧夾緊剛度K_M進(jìn)行仿真計算，即

III步驟：主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA的仿真計算

根據(jù)高強(qiáng)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＝3,各片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，L₂＝436mm，L₃＝374mm；副簧片數(shù)m＝2，各片副簧的一半夾緊長度L_A1＝L₄＝325mm，L_A2＝L₅＝200mm；主副簧的總片數(shù)N＝n+m＝5,及I步驟中計算得到的h_1e＝7.0mm；h_2e＝8.8mm；h_3e＝10.1mm；h_4e＝14mm；h_5e＝16.5mm；k＝1,2,...,N，對主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA進(jìn)行仿真計算，即

(2)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷P_k的仿真計算：

A步驟：末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b的仿真計算

根據(jù)主簧片數(shù)n＝3，各片主簧的厚度h_i＝7mm，i＝1,2,...,n，首片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，主簧初始切線弧高H_gM0＝112.5mm，對末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b進(jìn)行仿真計算，即

B步驟：首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a的仿真計算

根據(jù)首片副簧的一半夾緊長度L_A1＝325mm，副簧初始切線弧高H_gA0＝21.5mm，對首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a進(jìn)行仿真計算，即

C步驟：漸變剛度板簧的初始接觸載荷P_k的仿真計算

根據(jù)漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；首片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，A步驟中仿真計算得到的R_M0b＝1188.4mm，B步驟中仿真計算所得到的R_A0a＝2467.1mm，及步驟(1)中計算得到的h_Me＝10.1mm，對該高強(qiáng)度漸變剛度板簧的開始接觸載荷P_k進(jìn)行仿真計算，即

(3)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在額定載荷下?lián)隙萬_MN的確定:

根據(jù)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高H_gM0＝112.5mm，在額定載荷下的剩余切線弧高H_gMsy＝26.1mm，確定該高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在額定載荷P_N下的撓度f_MN，即

f_MN＝H_gM0-H_gMsy＝86.4mm。

(4)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的完全接觸載荷P_w的仿真計算：

根據(jù)額定載荷P_N＝7227N，步驟(1)中仿真計算得到的K_M＝51.3N/mm和K_MA＝173.7N/mm，步驟(2)中仿真計算所得到的P_k＝1883N，步驟(3)中所確定的f_MN＝86.4mm，以完全接觸載荷P_w為待求參數(shù)，建立完全接觸載荷P_w的仿真計算數(shù)學(xué)模型，即

利用MATLAB計算程序，求解上述數(shù)學(xué)模型，便可得到該高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的完全接觸載荷P_w＝6362N。

通過仿真計算值與設(shè)計要求值的比較可知，該高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷P_k和完全接觸載荷P_w的仿真計算值P_k＝1885N和P_w＝6362N，分別與設(shè)計要求值P_k＝1883N和P_w＝6378N相吻合，絕對偏差分別為2N和16N，相對偏差分別僅為0.011％和0.25％。結(jié)果表明本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度一級漸變剛度彈簧的開始接觸載荷P_k和完全接觸載荷Pw的仿真計算法是正確的。