本發(fā)明涉及車(chē)輛懸架板簧，特別是高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片副簧下料長(zhǎng)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，在首片副簧上表面與末片主簧下表面之間設(shè)計(jì)有主副簧漸變間隙，以滿足在不同接觸載荷下的漸變剛度、懸架偏頻及車(chē)輛行駛平順性設(shè)計(jì)要求，其中，副簧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)各片副簧跨度，采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法對(duì)各片副簧的下料長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，很難得到精確下料長(zhǎng)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(guò)程中的板簧撓度、漸變夾緊剛度及副簧曲面形狀計(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(wèn)題的制約，據(jù)所查資料可知，先前國(guó)內(nèi)外一直未給出高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片副簧下料長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)方法。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)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副簧下料長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)方法，滿足車(chē)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(guò)各片副簧下料長(zhǎng)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)水平和質(zhì)量及企業(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(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、可靠的高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片副簧下料長(zhǎng)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，各片板簧以中心穿裝栓孔的對(duì)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(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(zhǎng)度為L(zhǎng)_it，一半夾緊長(zhǎng)度為L(zhǎng)_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(zhǎng)度為L(zhǎng)_Ajt，一半夾緊長(zhǎng)度為L(zhǎng)_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(kāi)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(kāi)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)，主簧末片下表面與首片副簧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)漸變剛度板簧懸架。根據(jù)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、主簧初始剩余切線弧高設(shè)計(jì)要求值，在對(duì)副簧初始切線弧高設(shè)計(jì)及首片副簧初始曲面形狀計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過(guò)曲面微元及疊加計(jì)算，對(duì)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的首片副簧的下料長(zhǎng)度和其他各片副簧的下料長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)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副簧下料長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)方法，其特征在于采用以下設(shè)計(jì)步驟：

(1)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a計(jì)算：

A步驟：首片主簧上表面初始曲率半徑R_M0a的計(jì)算

根據(jù)首片主簧的一半夾緊長(zhǎng)度L₁，主簧初始切線弧高H_gM0，對(duì)首片主簧上表面初始曲率半徑R_M0a進(jìn)行計(jì)算，即

B步驟：末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b的計(jì)算

根據(jù)主簧片數(shù)n，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,…,n；及A步驟中計(jì)算得到的R_M0a，對(duì)末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b進(jìn)行計(jì)算，即

C步驟：首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a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；首片主簧的一半夾緊長(zhǎng)度L₁，主簧片數(shù)n，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,…,n；開(kāi)始接觸載荷P_k，及B步驟中計(jì)算得到的R_M0b，對(duì)首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0進(jìn)行計(jì)算，即

式中，h_Me為主簧根部重疊部分等效厚度，

(2)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的副簧初始切線弧高H_gA0的確定：

根據(jù)首片副簧的一半夾緊長(zhǎng)度L_A1，步驟(1)的C步驟中計(jì)算得到的R_A0a，確定副簧初始切線弧高H_gA0，即

(3)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的首片副簧初始曲面形狀f_A1x的計(jì)算：

根據(jù)高強(qiáng)度一級(jí)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；首片副簧的厚度h_A1，首片副簧的一半夾緊長(zhǎng)度L_A1；步驟(2)中所確定的H_gA0，以距離板簧對(duì)稱中心L₀/2的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，對(duì)首片副簧初始曲面形狀f_A1x進(jìn)行計(jì)算，即

式中，G_A1x為首片副簧在任意位置x處的變形系數(shù)，0≤x≤L_A1；F_A1e為基于初始切線弧高H_gA0的首片副簧的等效端點(diǎn)力，

(4)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的首片副簧下料長(zhǎng)度L_A1C的設(shè)計(jì):

根據(jù)首片副簧的一半夾緊長(zhǎng)度L_A1，騎馬螺栓夾緊距的一半L₀，以ΔL為曲面微元長(zhǎng)度，將L_A1劃分N₁＝L_A1/ΔL個(gè)曲面微元，依據(jù)步驟(3)中計(jì)算得到的f_A1x及在任意位置x_j處的曲面弧高0≤x_j≤L_A1，j＝1,2,…,N₁+1，利用疊加原理對(duì)首片副簧的下料長(zhǎng)度L_A1C的進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

(5)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的其他各片副簧下料長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)：

根據(jù)副簧片數(shù)m，首片副簧的一半夾緊長(zhǎng)度L_A1，其他各片副簧的一半夾緊長(zhǎng)度L_Aj，及其他各片副簧與首片副簧的一半夾緊長(zhǎng)度之差ΔL_Aj1＝L_A1-L_Aj，j＝2,..,m，步驟(4)中設(shè)計(jì)得到的L_A1C，對(duì)其他各片副簧下料長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

L_AjC＝L_A1C-2ΔL_Aj1，j＝2,..,m。

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

主副簧漸變接觸過(guò)程中，高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的撓度計(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)和首片副簧曲面形狀計(jì)算等關(guān)鍵問(wèn)題的制約，據(jù)所查資料可知，先前國(guó)內(nèi)外一直未給出高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片副簧下料長(zhǎng)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、主簧初始剩余切線弧高設(shè)計(jì)要求值，在對(duì)副簧初始切線弧高設(shè)計(jì)及首片副簧曲面形狀計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過(guò)將首片副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副簧的下料長(zhǎng)度和其他各片副簧的下料長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)樣機(jī)下料加工試驗(yàn)測(cè)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副簧下料長(zhǎng)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)確可靠的各片副簧下料長(zhǎng)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(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是高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片副簧下料長(zhǎng)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)漸變剛度板簧的首片副簧初始曲面形狀f_A1x。

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(zhǎng)度分別為L(zhǎng)_1t＝525mm，L_2t＝450mm，一半夾緊長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)₁＝L_1t-L₀/2＝500mm，L₂＝L_2t-L₀/2＝425mm。副簧片數(shù)m＝3片，各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝h_A3＝13mm，各片副簧的一半作用長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)_A1t＝350mm，L_A2t＝250mm，L_A3t＝150mm，一半夾緊長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)_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。主簧初始切線弧高設(shè)計(jì)值H_gM0＝111mm。開(kāi)始接觸載荷P_k＝1842N。根據(jù)各片板簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主簧切線弧高，彈性模量，對(duì)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片副簧的下料長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本發(fā)明實(shí)例所提供的基于接觸載荷的高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片副簧下料長(zhǎng)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)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的首片副簧上表面的曲率半徑R_A0a計(jì)算：

A步驟：首片主簧上表面初始曲率半徑R_M0a的計(jì)算

根據(jù)首片主簧的一半夾緊長(zhǎng)度L₁＝500mm，主簧初始切線弧高設(shè)計(jì)值H_gM0＝111mm，對(duì)首片主簧上表面的曲率半徑R_M0a進(jìn)行計(jì)算，即

B步驟：末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b的計(jì)算

根據(jù)主簧片數(shù)n＝2，各片主簧的厚度h_i＝8mm，i＝1,2，及A步驟計(jì)算得到的R_M0a＝1475mm，對(duì)末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b進(jìn)行計(jì)算，即

C步驟：首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a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；首片主簧的一半夾緊長(zhǎng)度L₁＝500mm，主簧片數(shù)n＝2，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝8mm，開(kāi)始接觸載荷P_k＝1842N，及B步驟中計(jì)算得到的R_M0b＝1197.2mm，對(duì)首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a進(jìn)行計(jì)算，即

式中，h_Me為主簧根部重疊部分的等效厚度，

(2)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的副簧初始切線弧高H_gA0的確定：

根據(jù)首片副簧的一半夾緊長(zhǎng)度L_A1＝325mm，C步驟中計(jì)算得到的R_A0a＝2457.1mm，確定副簧初始切線弧高H_gA0，即

(3)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的首片副簧初始曲面形狀f_A1x的計(jì)算：

根據(jù)該高強(qiáng)度一級(jí)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；首片副簧的厚度h_A1＝11mm，首片副簧的一半夾緊長(zhǎng)度L_A1＝325mm；步驟(2)中所確定的H_gA0＝21.6mm，以距離板簧對(duì)稱中心L₀/2的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，對(duì)首片副簧初始曲面形狀f_A1x進(jìn)行計(jì)算，即

式中，G_A1x為首片副簧在任意位置x處的變形系數(shù)，0≤x≤L_A1；F_A1e基于初始切線弧高H_gA0的首片副簧的等效端點(diǎn)力，

利用Matlab計(jì)算程序，計(jì)算所得到的首片副簧的初始曲面形狀f_A1x，如圖3所示。

(4)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的首片副簧下料長(zhǎng)度L_A1C的設(shè)計(jì):

根據(jù)該高強(qiáng)度一級(jí)級(jí)漸變剛度板簧的騎馬螺栓夾緊距的一半L₀＝50mm，首片副簧的一半夾緊長(zhǎng)度L_A1＝325mm，以ΔL＝5mm為曲面微元長(zhǎng)度，將0～325mm劃分N₁＝65個(gè)微元長(zhǎng)度，依據(jù)步驟(3)中計(jì)算得到的第一級(jí)副簧初始狀態(tài)曲線形狀f_A1x及在任意位置x_j處的曲面弧高0≤x_j≤L_A1，j＝1,2,…,N₁+1，利用疊加原理對(duì)首片副簧的下料長(zhǎng)度L_A1C的進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

(5)高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的其他各片副簧下料長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)：

根據(jù)副簧片數(shù)m＝3，首片副簧的一半夾緊長(zhǎng)度L_A1＝325mm，第2片和第3片副簧的一半夾緊長(zhǎng)度L_A2＝225mm，L_A3＝125mm，即第2片和第3片副簧與首片副簧的一半夾緊長(zhǎng)度之差ΔL_A21＝L_A1-L_A2＝100mm，ΔL_A31＝L_A1-L_A3＝200mm，步驟(4)中設(shè)計(jì)得到的L_A1C＝701.7mm，對(duì)第2片和第3片副簧下料長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

L_A2C＝L_A1C-2ΔL_A21＝501.7mm，

L_A3C＝L_A1C-2ΔL_A31＝301.7mm。

通過(guò)樣機(jī)下料加工試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可知，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度一級(jí)漸變剛度板簧的各片副簧下料長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)方法是正確的，可得到準(zhǔn)確可靠的各片副簧下料長(zhǎng)度設(shè)計(jì)值，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(kāi)發(fā)速度。