本發(fā)明涉及車(chē)輛懸架鋼板彈簧,特別是兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧剛度特性的計(jì)算方法。
背景技術(shù):
為了進(jìn)一步提高車(chē)輛在半載情況下的行駛平順性,可將原一級(jí)漸變剛度板簧的主簧拆分為兩級(jí)主簧,即兩級(jí)主簧式漸變剛度板簧;同時(shí),為了確保主簧的應(yīng)力強(qiáng)度,通常通過(guò)第一級(jí)主簧、第二級(jí)主簧和副簧初始切線(xiàn)弧高及兩級(jí)漸變間隙,使第二級(jí)主簧和副簧適當(dāng)提前承擔(dān)載荷,從而降低第一級(jí)主簧的應(yīng)力,即采用兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧,其中,在不同載荷下的夾緊剛度,影響懸架偏頻及車(chē)輛行駛平順性和安全性,同時(shí),在不同載荷下的夾緊剛度特性計(jì)算也是兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。然而,由于兩級(jí)主簧式非等偏頻漸變剛度板簧的撓度計(jì)算非常復(fù)雜,并且受兩級(jí)漸變剛度計(jì)算的制約,先前一直未能給出兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧剛度特性的計(jì)算方法,大都是通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試進(jìn)行確定,因此,不能滿(mǎn)足車(chē)輛行業(yè)快速發(fā)展及懸架彈簧現(xiàn)代化CAD設(shè)計(jì)要求。隨著車(chē)輛行駛速度及其對(duì)平順性要求的不斷提高,對(duì)漸變剛度板簧懸架提出了更高要求,因此,必須建立一種精確、可靠的兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧剛度特性的計(jì)算方法,為兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧設(shè)計(jì)及CAD軟件開(kāi)發(fā)奠定可靠的技術(shù)基礎(chǔ),滿(mǎn)足車(chē)輛行業(yè)快速發(fā)展、車(chē)輛行駛平順性及對(duì)漸變剛度板簧的設(shè)計(jì)要求,提高兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)品質(zhì)量和性能及車(chē)輛行駛平順性和安全性;同時(shí),降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用,加快產(chǎn)品開(kāi)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(wèn)題是提供一種簡(jiǎn)便、可靠的兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧剛度特性的計(jì)算方法,計(jì)算流程如圖1所示。兩級(jí)副簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的一半對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)如圖2所示,是由第一級(jí)主簧1、第二級(jí)主簧2和副簧3組成。采用兩級(jí)主簧,并通過(guò)第一級(jí)主簧1、第二級(jí)主簧2和副簧的初始切線(xiàn)弧高HgM10、HgM20和HgA0,在第一級(jí)主簧1與第二級(jí)主簧2和第二級(jí)主簧2與副簧3之間設(shè)有兩級(jí)漸變間隙δM12和δMA,以提高半載情況下的車(chē)輛行駛平順性。為了確保滿(mǎn)足第一級(jí)主簧1應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求,第二級(jí)主簧2和副簧3適當(dāng)提前承擔(dān)載荷,懸架漸變載荷偏頻不相等,即將板簧設(shè)計(jì)為非等偏頻型漸變剛度板簧。漸變剛度板簧的一半總跨度等于首片主簧的一半作用長(zhǎng)度L11T,騎馬螺栓夾緊距的一半為L(zhǎng)0,寬度為b,彈性模量為E。第一級(jí)主簧1的片數(shù)為n1,第一級(jí)主簧各片的厚度為h1i,一半作用長(zhǎng)度為L(zhǎng)1iT,一半夾緊長(zhǎng)度L1i=Li=LiT-L0/2,i=1,2,…,n1。第二級(jí)主簧2的片數(shù)為n2,第二級(jí)主簧各片的厚度為h2j,一半作用長(zhǎng)度為L(zhǎng)2jT,一半夾緊長(zhǎng)度L2j=Ln1+j=LiT-L0/2,j=1,2,…,n2。第一級(jí)主簧和二級(jí)主簧的片數(shù)主簧n=n1+n2。副簧3的片數(shù)為m,各片副簧的厚度為hAk,一半作用長(zhǎng)度為L(zhǎng)AkT,一半夾緊長(zhǎng)度LAk=Ln+k=LAkT-L0/2,k=1,2,…,m。第主副簧的總片數(shù)N=n1+n2+m。根據(jù)第一級(jí)主簧、第二級(jí)主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、騎馬螺栓夾緊距,及各次接觸載荷,在兩級(jí)漸變夾緊剛度計(jì)算的基礎(chǔ)上,對(duì)兩級(jí)主簧式非等偏頻漸變剛度板簧夾緊剛度特性進(jìn)行計(jì)算。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明所提供的兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧剛度特性的計(jì)算方法,其特征在于采用以下計(jì)算步驟:
(1)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度hle的計(jì)算:
根據(jù)第一級(jí)主簧的片數(shù)n1,第一級(jí)主簧各片的厚度h1i,i=1,2,…,n1;第二級(jí)主簧的片數(shù)n2,第二級(jí)主簧各片的厚度h2j,j=1,2,…,n2;副簧片數(shù)m,副簧各片的厚度hAk,k=1,2,…,m;第一級(jí)主簧和第二級(jí)主簧的片數(shù)之和n=n1+n2;主副簧的總片數(shù)N,對(duì)各不同片數(shù)重疊段的等效厚度hle的進(jìn)行計(jì)算,l=1,2,…,N,即:
(2)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的第一級(jí)主簧夾緊剛度KM1的計(jì)算:
根據(jù)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的寬度b,彈性模量E;第一級(jí)主簧片數(shù)n1,第一級(jí)主簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L1i=Li,i=1,2,…,n1,及步驟(1)中計(jì)算得到的hle,l=i=1,2,…,n1,對(duì)第一級(jí)主簧夾緊剛度KM1進(jìn)行計(jì)算,即
(3)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的第一級(jí)和第二級(jí)主簧的復(fù)合夾緊剛度KM2計(jì)算:
根據(jù)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的寬度b,彈性模量E;第一級(jí)主簧片數(shù)n1,第一級(jí)主簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L1i=Li,i=1,2,…,n1;第二級(jí)主簧片數(shù)n2,二級(jí)主簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L2j=Ln1+j,j=1,2,…,n2;第一級(jí)主簧和第二級(jí)主簧的片數(shù)之和n=n1+n2,及步驟(1)中計(jì)算得到的hle,l=1,2,...,n,對(duì)第一級(jí)與第二級(jí)主簧的復(fù)合夾緊剛度KM2進(jìn)行計(jì)算,即
(4)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的主副簧的總復(fù)合夾緊剛度KMA計(jì)算:
根據(jù)漸變剛度鋼板彈簧的寬度b,彈性模量E,第一級(jí)主簧的片數(shù)n1,第一級(jí)主簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L1i=Li,i=1,2,…,n1;第二級(jí)主簧的片數(shù)n2,第二級(jí)主簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L2j=Ln1+j,j=1,2,…,n2;一級(jí)主簧和二級(jí)主簧的片數(shù)之和n=n1+n1;副簧片數(shù)m,副簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)Ak=Ln+k,k=1,2,…,m;主副簧的總片數(shù)N=n1+n2+m,及步驟(1)中計(jì)算得到的hle,l=1,2,...,N,對(duì)主副簧的總夾緊復(fù)合剛度KMA進(jìn)行計(jì)算,即,即
(5)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的兩級(jí)漸變夾緊剛度KkwP1和KkwP2計(jì)算:
A步驟:第一級(jí)漸變復(fù)合夾緊剛度KkwP1的計(jì)算
根據(jù)第1次開(kāi)始接觸載荷Pk1,第2次開(kāi)始接觸載荷Pk2,步驟(2)中計(jì)算得到的KM1,步驟(3)中計(jì)算得到的KM2,對(duì)載荷P∈[Pk1,Pk2]時(shí)的第一級(jí)漸變復(fù)合夾緊剛度KkwP1進(jìn)行計(jì)算,即
B步驟:第二級(jí)漸變復(fù)合夾緊剛度KkwP2的計(jì)算
根據(jù)第2次開(kāi)始接觸載荷Pk2,第2次完全接觸載荷Pw2,步驟(3)中計(jì)算得到的KM2,步驟(4)中計(jì)算得到的KMA,對(duì)載荷P∈[Pk2,Pw2]時(shí)的第二級(jí)漸變復(fù)合夾緊剛度KkwP2進(jìn)行計(jì)算,即
(6)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性的計(jì)算:
根據(jù)第1次開(kāi)始接觸載荷Pk1,第2次開(kāi)始接觸載荷Pk2,第2次完全接觸載荷Pw2,步驟(2)中計(jì)算得到的KM1,步驟(4)中計(jì)算得到的KMA,及步驟(5)中計(jì)算得到的KkwP1和KkwP2,對(duì)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性進(jìn)行計(jì)算,即
本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)
由于兩級(jí)主簧式非等偏頻漸變剛度板簧的撓度計(jì)算非常復(fù)雜,并且受兩級(jí)漸變剛度計(jì)算的制約,先前一直未能給出兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧剛度特性的計(jì)算方法,大都是通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試進(jìn)行確定,因此,不能滿(mǎn)足車(chē)輛行業(yè)快速發(fā)展及懸架彈簧現(xiàn)代化CAD設(shè)計(jì)要求。本發(fā)明可根據(jù)各片一級(jí)主簧、二級(jí)主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、騎馬螺栓夾緊距,對(duì)兩級(jí)主簧式非等偏頻漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)樣機(jī)的ANSYS仿真和加載撓度試驗(yàn)可知,本發(fā)明所提供的兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧剛度特性的計(jì)算方法是正確的,為兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧設(shè)計(jì)及CAD軟件開(kāi)發(fā)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法可得到可靠在不同載荷下的夾緊剛度計(jì)算值,產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量和性能及車(chē)輛行駛平順性;同時(shí),還可以降低設(shè)計(jì)和試驗(yàn)費(fèi)用,加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度。
附圖說(shuō)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(shuō)明。
圖1是兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧剛度特性的計(jì)算流程圖;
圖2是兩級(jí)主簧式非等偏頻漸變剛度板簧的一半對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是實(shí)施例的第一級(jí)主簧的ANSYS變形仿真云圖;
圖4是實(shí)施例的第一級(jí)和第二級(jí)主簧的ANSYS變形仿真云圖;
圖5是實(shí)施例的兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的ANSYS變形仿真云圖;
圖6是實(shí)施例的兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的夾緊剛度KP隨載荷P的變化曲線(xiàn)。
具體實(shí)施方案
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例:某兩級(jí)主簧式非等偏頻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。第一級(jí)主簧片數(shù)n1=2,厚度h11=h12=8mm,第一級(jí)主簧各片的一半作用長(zhǎng)度分別L11T=525mm,L12T=450mm;一半夾緊長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)11=L1=L11T-L0/2=500mm,L12=L2=L12T-L0/2=425mm。第二級(jí)主簧片數(shù)n2=1片,厚度h21=8mm;一半作用長(zhǎng)度L21T=350mm,一半夾緊長(zhǎng)度L21=L3=L21T-L0/2=325mm。第一級(jí)主簧和第二級(jí)主簧的片數(shù)之和n=3。副簧片數(shù)m=2,副簧各片的厚度hA1=hA2=13mm,副簧各片的一半作用長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)A1T=250mm,LA2T=150mm;副簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)A1=L4=LA1T-L0/2=225mm,LA2=L5=LA2T-L0/2=125mm。主副簧的總片數(shù)N=n1+n2+m=5。第1次開(kāi)始接觸載荷Pk1=1851N,第2次開(kāi)始接觸載荷Pk2=2602N,第2次完全接觸載荷Pw2=3658N。根據(jù)各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù),彈性模量,騎馬螺栓夾緊距,及各次接觸載荷,對(duì)該兩級(jí)主簧的漸變剛度鋼板彈簧在不同載荷下的夾緊剛度特性進(jìn)行計(jì)算。
本發(fā)明實(shí)例所提供的兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧剛度特性的計(jì)算方法,其計(jì)算流程如圖1所示,具體計(jì)算步驟如下:
(1)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度hle的計(jì)算:
根據(jù)第一級(jí)主簧的片數(shù)n1=2,第一級(jí)主簧各片的厚度h11=h12=8mm;第二級(jí)主簧的片數(shù)n2=1,厚度h21=8mm;副簧片數(shù)m=2,副簧各片的厚度hA1=hA2=13mm;主副簧的總片數(shù)N=5,其中,對(duì)各不同片數(shù)重疊段的等效厚度hle的進(jìn)行計(jì)算,l=1,2,…,N,即:
h1e=h11=8.0mm;
(2)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的第一級(jí)主簧夾緊剛度KM1的計(jì)算:
根據(jù)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的寬度b=63mm,彈性模量E=200GPa;第一級(jí)主簧片數(shù)n1=2,第一級(jí)主簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L11=L1=500mm,L12=L2=425mm,及步驟(1)中計(jì)算得到的h1e=8.0mm,h2e=10.1mm,l=i=1,2,對(duì)第一級(jí)主簧夾緊剛度KM1進(jìn)行計(jì)算,即
根據(jù)第一級(jí)主簧片數(shù)、各片的結(jié)構(gòu)參數(shù)和彈性模量,建立一半對(duì)稱(chēng)夾緊結(jié)構(gòu)的ANSYS變形及剛度仿真模型并劃分網(wǎng)格,在根部端施加固定約束,在自用端施加集中力F=900N,仿真得到ANSYS變形云圖,如圖3所示,其中,最大撓度仿真值為fM1max=34.615mm,夾緊剛度ANSYS仿真驗(yàn)證值KM1=2F/fM1max=52N/mm;與夾緊剛度計(jì)算值KM1=51.43N/mm;相吻合,相對(duì)偏差僅為1.1%,說(shuō)明第一級(jí)主簧夾緊剛度KM1的計(jì)算值是準(zhǔn)確。
(3)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的第一級(jí)和第二級(jí)主簧的復(fù)合夾緊剛度KM2計(jì)算:根據(jù)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的寬度b=63mm,彈性模量E=200GPa;第一級(jí)主簧片數(shù)n1=2,第一級(jí)主簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L11=L1=500mm,L12=L2=425mm;第二級(jí)主簧片數(shù)n2=1,第二級(jí)主簧的一半夾緊長(zhǎng)度L21=L3=325mm;第一級(jí)主簧和第二級(jí)主簧的片數(shù)之和n=3,及步驟(1)中計(jì)算得到的h1e=8.0mm,h2e=10.1mm,h3e=11.5mm,l=1,2,...,n,對(duì)第一級(jí)與第二級(jí)主簧的復(fù)合夾緊剛度KM2進(jìn)行計(jì)算,即
根據(jù)第一級(jí)主簧和第二級(jí)主簧片數(shù)和各片的結(jié)構(gòu)參數(shù)及彈性模量,建立一半對(duì)稱(chēng)夾緊結(jié)構(gòu)的ANSYS變形及剛度仿真模型并劃分網(wǎng)格,在根部端施加固定約束,在自用端施加集中力F=1300N,仿真得到ANSYS變形云圖,如圖4所示,其中,最大撓度仿真值為fM2max=34.984mm,復(fù)合夾緊剛度的ANSYS仿真驗(yàn)證值KM2=2F/fM2max=76.0348N/mm;與夾緊剛度計(jì)算值KM2=75.4N/mm;相吻合,相對(duì)偏差僅為0.83%,說(shuō)明第一級(jí)主簧和第二級(jí)主簧的復(fù)合夾緊剛度KM2計(jì)算值是準(zhǔn)確。
(4)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的主副簧的總復(fù)合夾緊剛度KMA計(jì)算:
根據(jù)漸變剛度鋼板彈簧的寬度b=63mm,彈性模量E=200GPa;第一級(jí)主簧的片數(shù)n1=2,第一級(jí)主簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L11=L1=500mm,L12=L2=425mm;第二級(jí)主簧的片數(shù)n2=1,第二級(jí)主簧的一半夾緊長(zhǎng)度L21=L3=325mm;副簧片數(shù)m=2,副簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)A1=L4=225mm,LA2=L5=125mm;主副簧的總片數(shù)N=5,及步驟(1)中計(jì)算得到的h1e=8.0mm,h2e=10.1mm,h3e=11.5mm,h4e=15.5mm,h5e=18.1mm,l=1,2,...,N,對(duì)主副簧的總夾緊復(fù)合剛度KMA進(jìn)行計(jì)算,即,即
根據(jù)第一級(jí)主簧和第二級(jí)主簧及副簧的片數(shù)和各片的結(jié)構(gòu)參數(shù)及彈性模量,建立一半對(duì)稱(chēng)夾緊結(jié)構(gòu)的ANSYS變形及剛度仿真模型并劃分網(wǎng)格,在根部端施加固定約束,在自用端施加集中力F=3650N,仿真得到ANSYS變形云圖,如圖5所示,其中,最大撓度仿真值為fM3max=43.05mm,復(fù)合夾緊剛度的仿真驗(yàn)證值KMA=2F/fM3max=169.57N/mm,與復(fù)合夾緊剛度計(jì)算值KMA=172.9N/mm相吻合,相對(duì)偏差僅為1.93%,仿真結(jié)果說(shuō)明主副簧的總復(fù)合夾緊剛度KMA計(jì)算值是準(zhǔn)確。
(5)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的兩級(jí)漸變夾緊剛度KkwP1和KkwP2計(jì)算:
A步驟:第一級(jí)漸變復(fù)合夾緊剛度KkwP1的計(jì)算
根據(jù)第1次開(kāi)始接觸載荷Pk1=1851N,第2次開(kāi)始接觸載荷Pk2=2602N,步驟(2)中計(jì)算得到的KM1=51.4N/mm,步驟(3)中計(jì)算得到的KM2=75.4N/mm,對(duì)載荷P∈[Pk1,Pk2]時(shí)的第一級(jí)漸變復(fù)合夾緊剛度KkwP1進(jìn)行計(jì)算,即
B步驟:第二級(jí)漸變復(fù)合夾緊剛度KkwP2的計(jì)算
根據(jù)第2次開(kāi)始接觸載荷Pk2=2602N,第2次完全接觸載荷Pw2=3658N,步驟(3)中計(jì)算得到的KM2=75.4N/mm,步驟(4)中計(jì)算得到的KMA=172.9N/mm,對(duì)載荷P∈[Pk2,Pw2]時(shí)的第二級(jí)漸變復(fù)合夾緊剛度KkwP2進(jìn)行計(jì)算,即
(6)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性計(jì)算:
根據(jù)第1次開(kāi)始接觸載荷Pk1=1851N,第2次開(kāi)始接觸載荷Pk2=2602N,第2次完全接觸載荷Pw2=3658N,步驟(2)中計(jì)算得到的KM1=51.43N/mm,步驟(4)中計(jì)算得到的KMA=172.9N/mm,及步驟(5)中計(jì)算得到的KkwP1和KkwP2,對(duì)兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性進(jìn)行計(jì)算,即
利用Matlab計(jì)算程序,計(jì)算所得到的該兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的夾緊剛度KP隨載荷P的變化曲線(xiàn)如圖6所示,其中,當(dāng)載荷P<Pk1=1851N時(shí),漸變夾緊剛度KP=KM1=51.4N/mm,當(dāng)載荷P=Pk2=2602N時(shí),漸變夾緊剛度KP=KM1=75.4N/mm,當(dāng)載荷P>Pw2=3658N時(shí),漸變夾緊剛度KP=KMA=172.9N/mm。
通過(guò)樣機(jī)ANSYS仿真和加載撓度及剛度試驗(yàn)可知,本發(fā)明所提供的兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧剛度特性的計(jì)算方法是正確的,為兩級(jí)主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧設(shè)計(jì)及CAD軟件開(kāi)發(fā)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法可得到可靠在不同載荷下的夾緊剛度計(jì)算值,提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量和性能及車(chē)輛行駛平順性;同時(shí),降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用,加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度。