油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片變形的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油氣彈簧，特別是油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片變形的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 油氣彈簧能有效地衰減特種車(chē)輛簧上和簧下質(zhì)量的振動(dòng)，從而提高車(chē)輛行駛安全 性、平順性和操縱穩(wěn)定性，因而在特種車(chē)上得到了廣泛應(yīng)用。油氣彈簧的阻尼特性主要是由 其閥系參數(shù)所決定的，閥片的設(shè)計(jì)對(duì)阻尼特性起關(guān)鍵性作用。目前，油氣彈簧常用的閥片 為等厚度環(huán)形閥片，然而，其不能滿(mǎn)足某些特種車(chē)油氣彈簧非線(xiàn)性阻尼特性設(shè)計(jì)的要求；不 等厚環(huán)形閥片因具有較強(qiáng)的非線(xiàn)性變形特性、應(yīng)力小、抗沖擊及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，成為滿(mǎn)足非 線(xiàn)性阻尼特性設(shè)計(jì)要求的良選。然而，目前國(guó)內(nèi)、外對(duì)特種車(chē)油氣彈簧閥系參數(shù)設(shè)計(jì)還沒(méi) 有給出可靠的設(shè)計(jì)理論，且對(duì)于不等厚環(huán)形閥片的變形也沒(méi)給出準(zhǔn)確的解析計(jì)算式。盡管 我國(guó)已有學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量研究，但僅建立了等厚度閥片在均布?jí)毫ο碌淖冃谓馕鲇?jì)算 方法；對(duì)不等厚度環(huán)形閥片在均布力下的變形，依然沒(méi)有建立可靠的計(jì)算方法，大都是利用 有限元軟件通過(guò)建模進(jìn)行數(shù)值仿真。雖然利用該方法能夠給出較為可靠的仿真設(shè)計(jì)值，然 而，由于此方法不能提供解析計(jì)算式，難以滿(mǎn)足實(shí)際油氣彈簧設(shè)計(jì)和特性仿真建模的要求。 盡管《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》提供了等厚環(huán)形閥片的變形系數(shù)，但沒(méi)提供不等厚環(huán)形閥片的計(jì)算方 法，不能滿(mǎn)足不等厚環(huán)形閥片變形計(jì)算的要求。因此，必須解決不等厚度環(huán)形閥片的變形計(jì) 算問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 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)題是提供一種準(zhǔn)確、 可靠的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片變形的計(jì)算方法，其計(jì)算流程圖如圖1所示；油氣彈簧不 等厚環(huán)形閥片力學(xué)模型如圖2所示。
[0004] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片變形的計(jì)算方 法，其特征在于采用以下計(jì)算步驟：
[0005] (1)確定不等厚環(huán)形閥片變形公式的系數(shù)Xp X2、YJP Y 2:
[0006] 根據(jù)油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的彈性模量E，泊松比μ，其等厚度部分的厚度h。， 變厚度半徑r t，有效內(nèi)圓半徑ra，外圓半徑rb，所受均布?jí)毫，建立不等厚環(huán)形閥片變形公 式系數(shù)X。X 2、YjP Y 2的特征方程，即：

[0011] 利用Matlab程序，求解上述關(guān)于HY# Y 2的四個(gè)方程組成的方程組，求得不 等厚環(huán)形閥片變形公式的系數(shù)X1, χ2,1和Y 2;
[0012] (2)確定不等厚環(huán)形閥片變形公式的常數(shù)ZJP Z 2:
[0013] 根據(jù)油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的彈性模量E，泊松比μ，其等厚度部分的厚度h。， 變厚度半徑r t，有效內(nèi)圓半徑ra，外圓半徑rb，所受均布?jí)毫，以及步驟（1)求得的不等厚 環(huán)形閥片變形公式的系數(shù)&、&、1和￥ 2，建立不等厚環(huán)形閥片變形公式的常數(shù)21和22的特 征方程，即：
[0016] 利用Matlab程序，求解上述關(guān)于ZJP Z2的兩個(gè)方程組成的方程組，求得不等厚環(huán) 形閥片變形公式的常數(shù)ZJP Z 2;
[0017] (3)計(jì)算不等厚環(huán)形閥片在任意半徑r處的變形量％:
[0018] 根據(jù)油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的彈性模量E，泊松比μ，其等厚度部分的厚度h。， 變厚度半徑rt，有效內(nèi)圓半徑ra，外圓半徑rb，所受均布?jí)毫，步驟（1)求得的不等厚環(huán)形 閥片變形公式的系數(shù)LXpYdPY 2，及步驟⑵求得的不等厚環(huán)形閥片變形公式的常數(shù)Z1 和Z2，計(jì)算不等厚環(huán)形閥片在任意半徑r處的變形量％，即
[0020] 本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)：
[0021] 對(duì)油氣懸架不等厚環(huán)形閥片的變形，先前國(guó)內(nèi)外沒(méi)有精確、可靠的計(jì)算方法，大都 是利用有限元仿真軟件，對(duì)給定壓力下的閥片通過(guò)建立實(shí)體模型進(jìn)行數(shù)值仿真，得到近似 的數(shù)值解。雖然利用該方法能夠給出較為可靠的仿真值，但此方法不能提供滿(mǎn)足油氣彈簧 設(shè)計(jì)及特性仿真的變形解析計(jì)算式。盡管《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》僅提供了等厚環(huán)形閥片的變形 系數(shù)，但沒(méi)有提供不等厚環(huán)形閥片的計(jì)算方法，因此不能滿(mǎn)足不等厚環(huán)形閥片變形計(jì)算的 要求。
[0022] 本發(fā)明提供的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片變形的計(jì)算方法，利用在均布?jí)毫ο碌牟?等厚環(huán)形閥片力學(xué)模型，根據(jù)閥片的內(nèi)半徑、外半徑、變厚度半徑、彈性模量及泊松比，利用 不等厚環(huán)形閥片變形公式的系數(shù)的特征方程及變形常數(shù)的特征方程，確定不等厚環(huán)形閥片 變形公式的系數(shù)和變形常數(shù)，給出了不等厚環(huán)形閥片在任意半徑r位置處的變形計(jì)算公 式；利用閥片在半徑r位置處的變形計(jì)算公式，便可對(duì)不等厚環(huán)形閥片在任意半徑r位置處 的變形進(jìn)行精確計(jì)算，通過(guò)與ANSYS仿真驗(yàn)證結(jié)果比較可知，該閥片變形的計(jì)算方法精確、 可靠，為精確的設(shè)計(jì)油氣彈簧不等厚閥片提供了準(zhǔn)確、可靠的變形計(jì)算方法。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 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。
[0024] 圖1是油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片變形的計(jì)算方法的計(jì)算流程圖；
[0025] 圖2是油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片力學(xué)模型圖；
[0026] 圖3是不等厚環(huán)形閥片的變形仿真云圖。 具體實(shí)施方案
[0027] 下面通過(guò)一實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0028] 某特種車(chē)輛油氣彈簧采用了不等厚環(huán)形閥片，彈性模量E = 200GPa，泊松比μ = 1/3,其等厚度部分的厚度h。= 0· 3mm，變厚度半徑r t= 7. 3mm，有效內(nèi)圓半徑r a= 5. 0mm， 外圓半徑rb= 8. 5mm，所受均布?jí)毫閜 = 3. OMPa。為了準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)油氣彈簧的非線(xiàn)性阻 尼特性，需要精確的計(jì)算不等厚環(huán)形閥片在半徑r = 8. 5mm處的變形量。
[0029] 本發(fā)明實(shí)例所提供的油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片變形的計(jì)算方法，其計(jì)算流程圖如 圖1所示，油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片力學(xué)模型如圖2所示，具體步驟如下：
[0030] (1)確定不等厚環(huán)形閥片變形公式的系數(shù)Xp X2、YJP Y 2:
[0031] 根據(jù)特種車(chē)輛油氣彈簧不等厚環(huán)形閥片的彈性模量E = 200GPa，泊松比μ = 1/3,其等厚度部分的厚度h。= 0· 3mm