本發(fā)明涉及車輛懸架板簧，特別是高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的剛度特性的計算方法。

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)度三級漸變板簧，從而滿足在不同載荷下的懸架漸變剛度及懸架偏頻保持不變的設(shè)計要求，進(jìn)一步提高車輛行駛平順性，其中，高強(qiáng)度三級漸變板簧的剛度特性不僅與主簧及各級副簧的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與接觸載荷大小有關(guān)，因此，高強(qiáng)度三級漸變板簧的撓度及剛度特性的計算非常復(fù)雜，據(jù)所查資料可知，目前國內(nèi)外尚未給出可靠的高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的剛度特性的計算方法。隨著車輛行駛速度及其對平順性要求的不斷提高，對車輛懸架系統(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(qiáng)度三級漸變剛度板簧的剛度特性的計算方法，以滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展、車輛行駛平順性不斷提高及對高強(qiáng)度三級漸變板簧的設(shè)計要求，提高產(chǎn)品的設(shè)計水平、性能和質(zhì)量及車輛行駛平順性；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)度三級漸變剛度板簧的剛度特性的計算方法，其計算流程如圖1所示。高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)如圖2所示，是由主簧1、第一級副簧2和第二級副簧3和第三級副簧4所組成的，高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的一半總跨度為首片主簧的一半作用長度L_1T，騎馬螺栓夾緊距的一半為L₀，鋼板彈簧的寬度為b，彈性模量為E。主簧1的片數(shù)為n，其中，主簧各片的厚度為h_i，一半作用長度L_iT，一半夾緊長度L_i＝L_iT-L₀/2，i＝1,2,…,n。第一級副簧2的片數(shù)為n₁，第一級副簧各片的厚度為h_A1j,一半作用長度L_A1jT，一半夾緊長度L_A1j＝L_A1jT-L₀/2，j＝1,2,…,n₁。第二級副簧3的片數(shù)為n₂，第二級副簧各片的厚度為h_A2k,一半作用長度L_A2kT，一半夾緊長度L_A2k＝L_A2kT-L₀/2，k＝1,2,…,n₂。第三級副簧4的片數(shù)為n₃，第三級副簧各片的厚度為h_A3l,一半作用長度L_A3lT，一半夾緊長度L_A3l＝L_A3lT-L₀/2，l＝1,2,…,n₃。高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的總片數(shù)N＝n+n₁+n₂+n₃，主簧及各級副簧之間設(shè)有三級漸變間隙δ_MA1、δ_A12和δ_A23，即末片主簧下表面與第一級副簧首片上表面之間設(shè)有一級漸變間隙δ_MA1；第一級副簧末片下表面與第二級副簧首片上表面之間設(shè)有二級漸變間隙δ_A12；第二級副簧末片下表面與第三級副簧首片上表面之間設(shè)有三級漸變間隙δ_A23。通過主簧和各級副簧初始切線弧高及三級漸變間隙，以滿足漸變剛度鋼板彈簧的各次接觸載荷及漸變剛度和懸架偏頻的設(shè)計要求。根據(jù)各片板簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量，額定載荷，及各次接觸載荷，對高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性進(jìn)行計算。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的剛度特性的計算方法，其特征在于采用以下計算步驟：

(1)強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度h_me的計算：

根據(jù)主簧的片數(shù)n,主簧各片的厚度h_i，i＝1,2,…,n；第一級副簧的片數(shù)n₁，第一級副簧各片的厚度h_A1j，j＝1,2,…,n₁；第二級副簧的片數(shù)n₂,第二級副簧各片的厚度h_A2k，k＝1,2,…,n₂；第三級副簧的片數(shù)n₃，第三級副簧各片的厚度h_A3l，l＝1,2,…,n₃；主副簧的總片數(shù)N＝n+n₁+n₂+n₃，對三級漸變剛度鋼板彈簧的各不同片數(shù)m重疊段的等效厚度h_me進(jìn)行計算，m＝1,2,…,N，即：

(2)高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度及其與各級副簧的復(fù)合夾緊剛度的計算：

i步驟：主簧的夾緊剛度K_M的仿真計算

根據(jù)高強(qiáng)度三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L_i，i＝1,2,…,n，及步驟(1)中計算得到的h_me，m＝i＝1,2,…,n，對主簧的夾緊剛度K_M進(jìn)行仿真計算，即

ii步驟：主簧與第一級副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA1的計算

根據(jù)高強(qiáng)度三級漸變剛度鋼板彈簧的寬度b，彈性模量E；主簧片數(shù)n,主簧各片的一半夾緊長度L_i，i＝1,2,…,n；第一級副簧片數(shù)n₁,第一級副簧各片的一半夾緊長度L_A1j＝L_n+j,j＝1,2,…,n₁；主簧和第一級副簧的片數(shù)之和N₁＝n+n₁，及步驟(1)中計算得到的h_me，m＝1,2,…,N₁，對主簧與第一級副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA1進(jìn)行計算，即

iii步驟：主簧與第一級和第二級副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA2的計算

根據(jù)高強(qiáng)度三級漸變剛度鋼板彈簧的寬度b，彈性模量E；主簧片數(shù)n,主簧各片的一半夾緊長度L_i，i＝1,2,…,n；第一級副簧片數(shù)n₁,第一級副簧各片的一半夾緊長度L_A1j＝L_n+j,j＝1,2,…,n₁；第二級副簧的片數(shù)n₂，第二級副簧的一半夾緊長度L_A2k＝L_N1+k，k＝1,2,…,n₂；主簧與第一級副簧和第二級副簧的片數(shù)之和N₂＝n+n₁+n₂，及步驟(1)中計算得到的h_me，m＝1,2,…,N₂，對主簧與第一級和第二級副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA2進(jìn)行仿真計算，即

iv步驟：主副簧的總復(fù)合夾緊剛度K_MA3的仿真計算

根據(jù)高強(qiáng)度三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L_i，i＝1,2,…,n；第一級副簧的片數(shù)n₁,第一級副簧各片的一半夾緊長度L_A1j＝L_n+j,j＝1,2,…,n₁；第二級副簧的片數(shù)n₂，第二級副簧的一半夾緊長度L_A2k＝L_N1+k，k＝1,2,…,n₂；第三級副簧的片數(shù)n₃，第三級副簧各片的一半夾緊長度L_A3l＝L_N2+l，l＝1,2,…,n₃；主副簧的總片數(shù)N＝n+n₁+n₂+n₃，其中，及步驟(1)中計算得到的h_me，m＝1,2,…,N，對主副簧的總夾緊復(fù)合剛度K_MA3進(jìn)行仿真計算，即，即

(3)高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的各級漸變夾緊剛度的計算：

根據(jù)第1次開始接觸載荷P_k1，第2第開始接觸載荷P_k2，第3第開始接觸載荷P_k3，及第3次完全接觸載荷P_w3，步驟(2)中計算得到的K_M、K_MA1、K_MA2和K_MA3，對高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)在不同載荷范圍內(nèi)的第一級漸變剛度K_kwP1、第二級漸變剛度K_kwP2和第三級漸變剛度K_kwP3分別進(jìn)行計算，即

(4)高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性的計算：

根據(jù)第1次開始接觸載荷P_k1，第2第開始接觸載荷P_k2，第3第開始接觸載荷P_k3，第3次完全接觸載荷P_w3，額定載荷P_N，步驟(2)分別計算得到的K_M和K_MA3，及步驟(3)中計算得到的K_kwP1，K_kwP2和K_kwP3，對高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧在不同載荷P下的夾緊剛度特性進(jìn)行計算，即

本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點

由于高強(qiáng)度三級漸變板簧的撓度及漸變剛度計算非常復(fù)雜，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)，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的剛度特性的計算方法。本發(fā)明可根據(jù)高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的主簧各片和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量，額定載荷，及各次接觸載荷，對高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧在不同載荷下的剛度特性進(jìn)行計算。過樣機(jī)試驗測試可知，在不同載荷下的剛度特性計算值與樣機(jī)試驗測試值相吻合，表明所提供的高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的剛度特性計算方法是正確的，為高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧設(shè)計奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法可得可靠的剛度特計算值，確保板簧滿足懸架漸變剛度及偏頻設(shè)計要求，提高車輛行駛平順性；同時，降低設(shè)計和試驗費(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)度三級漸變剛度板簧的剛度特性的計算流程圖；

圖2是高強(qiáng)度三級漸變板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實施例的計算所得到該高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧在不同載荷下的剛度特性曲線。

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)度三級漸變剛度鋼板彈簧的寬度b＝63mm，騎馬螺栓夾緊距的一半L₀＝50mm，彈性模量E＝200GPa。主副簧的總片數(shù)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L_1T＝525mm，L_2T＝450mm；一半夾緊長度分別為L₁＝L_1T-L₀/2＝500mm，L₂＝L_2T-L₀/2＝425mm。第一級副簧的片數(shù)n₁＝1，厚度h_A11＝8mm，一半作用長度為L_A11T＝350mm，一半夾緊長度為L_A11＝L₃＝L_A11T-L₀/2＝325mm。第二級副簧的片數(shù)n₂＝1,厚度h_A21＝13mm，一半作用長度為L_A21T＝250mm，一半夾緊長度為L_A21＝L₄＝L_A21T-L₀/2＝225mm。第三級副簧的片數(shù)n₃＝1，厚度h_A31＝13mm，一半作用長度為L_A31T＝150mm，一半夾緊長度為L_A31＝L₅＝L_A31T-L₀/2＝125mm。額定載荷P_N＝7227N，第1次開始接觸載荷P_k1＝1966N，第2第開始接觸載荷P_k2＝2882N，第3第開始接觸載荷P_k3＝5522N，第3次完全接觸載荷P_w3＝6609N。根據(jù)各片板簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量，額定載荷，及各次接觸載荷，對該高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性進(jìn)行計算。

本發(fā)明實例所提供的高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的剛度特性的計算方法，其計算流程如圖1所示，具體計算步驟如下：

(1)高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度h_me的計算：

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)n₁＝1，厚度h_A11＝8mm；第二級副簧的片數(shù)n₂＝1,厚度h_A21＝13mm；第三級副簧的片數(shù)n₃＝1，厚度h_A31＝13mm；主副簧的總片數(shù)N＝n+n₁+n₂+n₃；對高強(qiáng)度三級漸變剛度鋼板彈簧各不同片數(shù)m重疊段的等效厚度h_me進(jìn)行計算，m＝1,2,…,N，即：

h_1e＝h₁＝8.0mm；

(2)高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度及其與各級副簧的復(fù)合夾緊剛度的計算：

i步驟：主簧的夾緊剛度K_M的仿真計算：

根據(jù)高強(qiáng)度三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，及步驟(1)中計算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，m＝i＝1,2,...,n，對主簧的夾緊剛度K_M進(jìn)行仿真計算，即

ii步驟：主簧與第一級副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA1的計算：

根據(jù)高強(qiáng)度三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)n₁＝1,一半夾緊長度L_A11＝L₃＝325mm，主簧和第一級副簧的片數(shù)之和N₁＝n+n₁＝3，及步驟(1)中計算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，h_3e＝11.5mm，m＝1,2,...,N₁，對主簧與第一級副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA1進(jìn)行計算，即

iii步驟：主簧與第一級和第二級副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA2的計算：

根據(jù)高強(qiáng)度三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；第一級副簧的片數(shù)n₁＝1，一半夾緊長度L_A11＝L₃＝325mm；第二級副簧的片數(shù)n₂＝1，一半夾緊長度L_A21＝L₄＝225mm，主簧與第一級和第二級副簧的片數(shù)之和N₂＝n+n₁+n₂＝4，及步驟(1)中計算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，h_3e＝11.5mm，h_4e＝15.5mm，m＝1,2,...,N₂，對主簧與第一級和第二級副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA2進(jìn)行仿真計算，即

iv步驟：主副簧的總復(fù)合夾緊剛度K_MA3的仿真計算：

根據(jù)高強(qiáng)度三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)n₁＝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)n₁＝1，一半夾緊長度L_A11＝L₃＝325mm；第二級副簧片數(shù)n₂＝1，一半夾緊長度L_A21＝L₄＝225mm；第三級副簧片數(shù)n₃＝1，一半夾緊長度L_A31＝L₅＝125mm；主副簧的總片數(shù)N＝n+n₁+n₂+n₃＝5，及步驟(1)中計算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，h_3e＝11.5mm，h_4e＝15.5mm，h_5e＝18.1mm，m＝1,2,...,N，對主副簧的總夾緊復(fù)合剛度K_MA3進(jìn)行仿真計算，即，即

(3)高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的各級漸變夾緊剛度的計算：

根據(jù)第1次開始接觸載荷P_k1＝1966N，第2第開始接觸載荷P_k2＝2882N，第3第開始接觸載荷P_k3＝5522N，及第3次完全接觸載荷P_w3＝6609N，步驟(2)分別計算得到的K_M＝51.44N/mm、K_MA1＝75.42N/mm、K_MA2＝144.46N/mm及K_MA3＝172.9N/mm，對該高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)在不同載荷范圍內(nèi)的第一級漸變剛度K_kwP1、第二級漸變剛度K_kwP2和第三級漸變剛度K_kwP3分別進(jìn)行計算，即

(4)高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性的計算：

根據(jù)第1次開始接觸載荷P_k1＝1966N，第2第開始接觸載荷P_k2＝2882N，第3第開始接觸載荷P_k3＝5522N，第3次完全接觸載荷P_w3＝6609N，,額定載荷P_N＝7227N，步驟(2)中分別計算得到的K_M＝51.44N/mm，K_MA3＝172.9N/mm，及步驟(3)中計算得到的和對高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧在不同載荷P下的夾緊剛度特性進(jìn)行計算，即

利用Matlab計算程序，計算所得到該高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧在不同載荷下的剛度特性曲線，如圖3所示。

通過樣機(jī)加載撓度及剛度試驗測試可知，該高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的在不同載荷下的剛度特性計算值，與樣機(jī)試驗測試值相吻合，表明所提供的高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的剛度特性計算方法是正確的，為高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的設(shè)計奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法，可提高產(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(fèi)用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。