本發(fā)明涉及車輛懸架板簧，特別是高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓度的設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

隨著高強度鋼板材料的出現(xiàn)，車輛懸架可采用高強度兩級漸變剛度板簧，從而進一步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，為了提高板簧使用壽命，提高車輛行駛安全性，防止在過載及沖擊載荷情況下板簧發(fā)生斷裂，通常依據(jù)最大限位撓度設(shè)置一限位裝置。然而，由于主簧與一級副簧和二級副簧的漸變接觸過程中，接觸長度和漸變剛度都隨載荷而變化，主簧撓度不僅與主簧和一級副簧及二級副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，而且還與各次接觸載荷有關(guān)，因此，高強度兩級漸變剛度板簧的主簧撓度計算非常復(fù)雜，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓度的設(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，對高強度兩級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)設(shè)計提出了更高要求，因此，必須建立一種精確、可靠的高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓度的設(shè)計方法，得到準確可靠的最大限位撓度設(shè)計值，提高板簧使用壽命，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展、車輛行駛平順性和安全性及其對高強度兩級漸變剛度板簧的設(shè)計要求，提高產(chǎn)品的設(shè)計水平、質(zhì)量及車輛行駛平順性和安全性；同時，還可降低設(shè)計和試驗費用，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、可靠的高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓度的設(shè)計方法，設(shè)計流程圖，如圖1所示。等偏頻兩級漸變剛度板簧的各片板簧采用高強度鋼板，寬度為b，彈性模量為e，各片板簧的以中心栓穿裝孔為中心的對稱結(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；高強度兩級漸變剛度板簧的的一半對稱結(jié)構(gòu)如圖2所示，由主簧1、第一級副簧2和第二級副簧3構(gòu)成，其中，主簧1的片數(shù)為n，主簧各片的厚度為hi，一半作用長度為lit，一半夾緊長度為li＝lit-l0/2，i＝1,2,…,n，主簧夾緊剛度為km，主簧初始切線弧高為hgm0。第一級副簧2的片數(shù)為m1，第一級副簧各片的厚度為ha1j，一半作用長度為la1jt，一半夾緊長度為la1j＝lajt-l0/2，j＝1,2,…,m1，主簧與第一級副簧的復(fù)合夾緊剛度為kma1，第一級副簧的初始切線弧高為hga10，以確保滿足主簧末片的下表面與第一副簧首片的上表面之間的第一級漸變間隙δma1的設(shè)計要求。第二級副簧3的片數(shù)為m2，第二級副簧各片的厚度為ha2k，一半作用長度為la2kt，一半夾緊長度為la2k＝la2kt-l0/2，k＝1,2,…,m2，主副簧的總復(fù)合夾緊剛度為kma2；第二級副簧的初始切線弧高為hga20，以確保第一級副簧末片下表面與第二副簧首片的上表面之間的第二級漸變間隙δa12的設(shè)計要求。依據(jù)最大許用應(yīng)力及最大許用載荷所對應(yīng)的主簧撓度作為板簧的最大限位撓度，并根據(jù)最大限位撓度設(shè)置一限位裝置，對板簧起保護作用，防止因受沖擊載荷而斷裂，從而提高板簧使用壽命。根據(jù)各片板簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、最大許用應(yīng)力、額定載荷及接觸載荷，對高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓度進行設(shè)計。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓度的設(shè)計方法，其特征在于采用以下設(shè)計步驟：

(1)高強度兩級漸變剛度板簧的最大許用載荷pmax的確定：

a步驟：各不同片數(shù)l重疊段的等效厚度計算

根據(jù)主簧的片數(shù)n,主簧各片的厚度hi，i＝1,2,...,n；第一級副簧的片數(shù)m1，第一級副簧各片的厚度ha1j,j＝1,2,...,m1；第二級副簧的片數(shù)m2,第二級副簧各片的厚度ha2k，k＝1,2,...,m2；主簧與第一級副簧的片數(shù)之和n1＝n+m1，主副簧的總片數(shù)n＝n+m1+m2，對漸變剛度鋼板彈簧的不同片數(shù)l重疊段的等效厚度hle進行計算，l＝1,2,...,n，即

其中，主簧根部重疊部分的等效厚度hme＝hne；主簧與第一級副簧的根部重疊部分的等效厚度hma1e＝hn1e；主副簧的根部重疊部分的總等效厚度hma2e＝hne；

b步驟：主簧的最大厚度板簧的厚度hmax確定

根據(jù)主簧的片數(shù)n,主簧各片的厚度hi，i＝1,2,...,n，對主簧的最大板簧厚度的厚度hmax進行確定，即

hmax＝max(hi)，i＝1,2,...,n；

c步驟：最大許用載荷pmax的確定

根據(jù)高強度兩級漸變剛度板簧的寬度b，最大許用應(yīng)力[σ]；主簧首片的一半夾緊長度l1，第1次開始接觸載荷pk1，第2次開始接觸載荷pk2，a步驟中計算得到的hme、hma1e和hma2e，及b步驟中所確定的hmax，對最大許用載荷pmax進行確定，即

(2)高強度兩級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度km的計算：

根據(jù)高強度兩級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量e；主簧的片數(shù)n，主簧各片的一半夾緊長度li，及步驟(1)中計算得到的hle，l＝i＝1,2,...,n,對主簧夾緊剛度km進行計算，即

(3)高強度兩級漸變剛度板簧的主簧與第一級副簧的復(fù)合夾緊剛度kma1的計算：

根據(jù)高強度兩級漸變剛度鋼板彈簧的寬度b，彈性模量e；主簧的片數(shù)n，主簧各片的一半夾緊長度li，i＝1,2,...,n；第一級副簧的片數(shù)m1，第一級副簧各片的一半夾緊長度la1j＝ln+j，j＝1,2,...,m1，主簧與第一級副簧的片數(shù)之和n1＝n+m1，及步驟(1)中計算得到的hle，l＝1,2,...,n1，對主簧與第一級副簧的復(fù)合夾緊剛度kma1進行計算，即

(4)高強度兩級漸變剛度板簧的主副簧的總復(fù)合夾緊剛度kma2的計算：

根據(jù)高強度兩級漸變剛度鋼板彈簧的寬度b，彈性模量e；主簧的片數(shù)n，主簧各片的一半夾緊長度lii＝1,2,...,n；第一級副簧的片數(shù)m1，第一級副簧各片的一半夾緊長度la1j＝ln+j，j＝1,2,...,m1；第二級副簧片數(shù)m2，第二級副簧各片的一半夾緊長度分別為la2k＝ln1+k，k＝1,2,...,m2；主副簧的總片數(shù)n，及步驟(1)中計算得到的hle，l＝1,2,...,n，對主副簧的總復(fù)合夾緊剛度kma2進行計算，即

(5)高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓度fmmax的設(shè)計：

根據(jù)第1次開始接觸載荷pk1，第2次開始接觸載荷pk2，第2次完全接觸載荷pw2，步驟(1)中所確定的pmax，步驟(2)～(4)中分別計算所得到的km、kma1和kma2，對高強度兩級漸變剛度板簧的最大許用撓度fmmax進行設(shè)計，即

本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點

由于主簧與一級副簧和二級副簧的漸變接觸過程中，接觸長度和漸變剛度都隨載荷而變化，主簧撓度不僅與主簧和一級副簧及二級副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，而且還與各次接觸載荷有關(guān)，因此，高強度兩級漸變剛度板簧的主簧撓度計算非常復(fù)雜，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓度的設(shè)計方法。本發(fā)明可主簧各片和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、最大許用應(yīng)力、額定載荷、第1次和第2次接觸載荷，首先根據(jù)最大許用應(yīng)力及主簧最大根部應(yīng)力，確定出高強度兩級漸變剛度板簧的最大許用載荷，然后，根據(jù)主簧夾緊剛度、主簧與第一級副簧的復(fù)合夾緊剛度、主副簧總復(fù)合夾緊剛度及最大許用載荷，利用所建立的高強度兩級漸變剛度板簧的主簧撓度計算式，對其最大限位撓度進行設(shè)計。通過樣機試驗可知，本發(fā)明所提供的高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓度的設(shè)計方法是正確的，為高強度兩級漸變剛度板簧設(shè)計提供了可靠設(shè)計技術(shù)。利用該方法可得到準確可靠的最大限位撓度設(shè)計值，通過限位裝置可對板簧起到有效保護，防止因受沖擊而斷裂，從而提高板簧使用壽命，提高產(chǎn)品的設(shè)計水平、質(zhì)量及車輛行駛平順性和安全性；同時，還可降低設(shè)計和試驗費用，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是高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓度的設(shè)計流程圖；

圖2是高強度兩級漸變剛度板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實施例的仿真計算得到的高強度兩級漸變剛度板簧在0～pmax范圍內(nèi)的主簧撓度隨載荷的變化曲線。

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：某高強度兩級漸變剛度鋼板彈簧，參照圖2，其包括主簧3、第一級副簧2和第二級副簧1，整個鋼板彈簧的寬度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。主副簧的總片數(shù)為n＝5，其中，主簧的片數(shù)n＝2，主簧各片的厚度h1＝h2＝8mm，主簧各片的一半作用長度分別為l1t＝525mm，l2t＝450mm；主簧各片的一半夾緊長度分別為l1＝l1t-l0/2＝500mm，l2＝l2t-l0/2＝425mm。第一級副簧的片數(shù)m1＝1，厚度ha11＝11mm，一半作用長度為la11t＝360mm，一半夾緊長度la11＝l3＝la11t-l0/2＝335mm。第二級副簧的片數(shù)m2＝2，第二級副簧各片的厚度ha21＝ha22＝11mm，第二級副簧各片的一半作用長度分別為la21t＝250mm，la22t＝155mm；一半夾緊長度分別la21＝l4＝la21t-l0/2＝225mm，la22＝l5＝la22t-l0/2＝130mm。額定載荷pn＝7227n，一級開始接觸載荷pk1＝1888n，二級開始接觸載荷pk2＝4133n，二級完全接觸載荷pw2＝6678n。根據(jù)各片板簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、最大許用應(yīng)力、額定載荷及接觸載荷，對高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓度進行設(shè)計，對高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓度進行設(shè)計。

本發(fā)明實例所提供的高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓度的設(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)高強度兩級漸變剛度板簧的最大許用載荷pmax的確定：

a步驟：各不同片數(shù)l重疊段的等效厚度計算

根據(jù)主簧的片數(shù)n＝2，主簧各片的厚度h1＝h2＝8mm；第一級副簧的片數(shù)m1＝1,厚度ha11＝11mm；第二級副簧的片數(shù)m2＝2，各片厚度ha21＝ha22＝11mm；主副簧的總片數(shù)n＝n+m1+m2＝5，對該高強度兩級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)l重疊段的等效厚度hle分別進行計算，l＝1,2,…,n，即

其中，主簧的根部重疊部分等效厚度hme＝h2e＝10.1mm；主簧與第一級副簧的根部重疊部分的等效厚度hma1e＝h3e＝13.3mm；主副簧的根部重疊部分的總等效厚度hma2e＝h5e＝17.1mm。

b步驟：主簧的最大厚度板簧的厚度hmax確定

根據(jù)主簧的片數(shù)n＝2,主簧各片的厚度h1＝h2＝8mm，主簧的最大厚度板簧的厚度hmax進行確定，即

hmax＝max(h1,h2)＝8mm；

c步驟：最大許用載荷pmax的確定

根據(jù)該高強度兩級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，最大許用應(yīng)力[σ]＝1200mpa；主簧首片的一半夾緊長度l1＝500mm，第1次開始接觸載荷pk1＝1888n，第2次開始接觸載荷pk2＝4133n，a步驟中計算得到的hme＝10.1mm、hma1e＝13.3mm和hma2e＝17.1mm，及b步驟中所確定的hmax＝8mm，對最大許用載荷pmax進行確定，即

(2)高強度兩級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度km的計算：

根據(jù)該高強度漸變剛度鋼板彈簧的寬度b＝63mm，彈性模量e＝200gpa；主簧的片數(shù)n＝2，主簧各片的一半夾緊長度l1＝500mm，l2＝425mm，及步驟(1)的a步驟中計算得到的h1e＝8.0mm，h2e＝10.1mm，對主簧夾緊剛度進行計算，即

(3)高強度兩級漸變剛度板簧的主簧與第一級副簧的復(fù)合夾緊剛度kma1：

根據(jù)該高強度兩級漸變剛度鋼板彈簧的寬度b＝63mm，彈性模量e＝200gpa；主簧的片數(shù)n＝2，主簧各片的一半夾緊長度l1＝500mm，l2＝425mm；第一級副簧片數(shù)m1＝1，一半夾緊長度la11＝l3＝335mm，主簧與第一級副簧的片數(shù)之和n1＝n+m1＝3，及步驟(1)的a步驟中計算得到的h1e＝8.0mm，h2e＝10.1mm，h3e＝13.3mm，對主簧與第一級副簧的復(fù)合夾緊剛度kma1進行計算，即

(4)高強度兩級漸變剛度板簧的主副簧的總復(fù)合夾緊剛度kma2的計算：

根據(jù)漸變剛度鋼板彈簧的寬度b＝63mm，彈性模量e＝200gpa；主簧的片數(shù)n＝2，主簧各片的一半夾緊長度l1＝500mm，l2＝425mm；第一級副簧的片數(shù)m1＝1，一半夾緊長度la11＝l3＝335mm；第二級副簧的片數(shù)m2＝2，各片的一半夾緊長度分別為la21＝l4＝225mm，la22＝l5＝130mm，主副簧的總片數(shù)n＝n+m1+m2＝5，及步驟(1)的a步驟中計算得到的h1e＝8.0mm，h2e＝10.1mm，h3e＝13.3mm，h4e＝15.4mm和h5e＝17.1mm；對主副簧的總復(fù)合夾緊剛度kma2進行計算，即

(5)高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓度fmmax的設(shè)計：

根據(jù)第1次開始接觸載荷pk1＝1888n，第2次開始接觸載荷pk2＝4133n，第2次完全接觸載荷pw2＝6678n，步驟(1)中所確定的最大許用載荷pmax＝21705n，步驟(2)～(4)中分別計算所得到的km＝51.44n/mm、kma1＝112.56n/mm和kma2＝181.86n/mm，對該高強度兩級漸變剛度板簧的最大許用撓度fmmax進行設(shè)計，即

利用matlab程序，仿真計算所得到該高強度兩級漸變剛度板簧在0～pmax范圍內(nèi)的主簧撓度隨載荷的變化曲線，如圖3所示，其中，在最大允許載荷pmax＝21705n下的最大撓度為fmmax＝165.7mm與最大限位撓度的設(shè)計值相吻合。

通過樣機加載撓度試驗可知，本發(fā)明所提供的高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓度的設(shè)計方法是正確的。利用該方法可得到準確可靠的高強度兩級漸變剛度板簧的最大限位撓設(shè)計值，提高高強度兩級漸變剛度板簧的設(shè)計水平，確保限位裝置對板簧在沖擊載荷下起保護作用，提高板簧的可靠性和使用壽命及車輛行駛安全性；同時，降低設(shè)計及使用費用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。