本發(fā)明涉及車輛懸架板簧，特別是高強度一級漸變剛度板簧夾緊剛度特性的仿真計算方法。

背景技術(shù)：

隨著高強度鋼板材料的出現(xiàn)，可采用高強度一級漸變剛度板簧，以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，漸變剛度板簧的夾緊剛度影響懸架系統(tǒng)偏頻和車輛行駛平順性，而且其漸變夾緊剛度特性，不僅與漸變剛度板簧的各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，而且還與主副簧開始接觸載荷和完全接觸載荷有關(guān)。因此，對于給定設(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)的高強度一級漸變剛度板簧，是否滿足剛度特性的設(shè)計要求，應通過仿真計算給出所設(shè)計板簧的夾緊剛度隨載荷變化特性曲線。然而，由于在漸變過程中的板簧撓度計算非常復雜，且受重疊部分等效厚度計算及接觸載荷反求關(guān)鍵問題的制約，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出高強度一級漸變剛度板簧夾緊剛度特性的仿真計算方法。隨著車輛行駛速度及其對平順性要求的不斷提高，對高強度一級漸變剛度設(shè)計板簧提出了更高要求，因此，必須建立一種精確、可靠的高強度一級漸變剛度板簧夾緊剛度特性的仿真計算方法，為高強度一級漸變剛度板簧特性仿真計算及仿真軟件開發(fā)奠定可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展、車輛行駛平順性對高強度一級漸變剛度板簧的設(shè)計要求，通過剛度特性仿真計算可及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計所存在問題，確保滿足剛度特性設(shè)計要，從而提高產(chǎn)品設(shè)計水平、質(zhì)量和性能；同時，還可降低設(shè)計及試驗費用，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、可靠的高強度一級漸變剛度板簧夾緊剛度特性的仿真計算方法，仿真計算流程圖，如圖1所示。板簧采用高強度鋼板，寬度為b，彈性模量為e，各片板簧為以中心穿裝孔對稱的結(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；高強度一級漸變剛度板簧的一半對稱結(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hi，一半作用長度為lit，一半夾緊長度為li＝lit-l0/2，i＝1,2,…,n；副簧2的片數(shù)為m，各片副簧的厚度為haj，一半作用長度為lajt，一半夾緊長度為laj＝ln+j＝lajt-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δma，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。當載荷達到開始起作用載荷pk時，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始接觸；當載荷達到完全接觸載荷pw時，末片主簧下表面與首片副簧上表面完全接觸。當載荷在[pk,pw]范圍內(nèi)變化時，主簧末片下表面與副簧首片上表面的接觸位置及主副簧漸變復合夾緊剛度kkwp隨載荷而變化，從而滿足懸架偏頻保持不變的設(shè)計要求。在高強度一級漸變剛度板簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)給定情況下，對其在不同載荷下的夾緊剛度特性進行仿真計算。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的高強度一級漸變剛度板簧夾緊剛度特性的仿真計算方法，其特征在于采用以下仿真計算步驟：

(1)高強度一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度計算：

根據(jù)主簧片數(shù)n,各片主簧的厚度hi，i＝1,2,...,n；副簧片數(shù)m,各片副簧的厚度haj，j＝1,2,...,m；主副簧總片數(shù)n＝n+m，對高強度一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)k重疊段的等效厚度hke進行計算，k＝1,2,...,n，即

其中，主簧根部重疊部分的等效厚度

(2)高強度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度和主副簧復合夾緊剛度的仿真計算：

i步驟：主簧夾緊剛度km的仿真計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量e；主簧片數(shù)n,各片主簧的一半夾緊長度li，及步驟(1)中計算得到的hke，k＝i＝1,2,...,n，對主簧夾緊剛度km進行仿真計算，即

ii步驟：主副簧復合夾緊剛度kma的仿真計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量e；主簧片數(shù)n,各片主簧的一半夾緊長度li，i＝1,2,...,n；副簧片數(shù)m，各片副簧的一半夾緊長度laj＝ln+j，j＝1,2,...,m，主副簧總片數(shù)n，及步驟(1)中計算得到的hke，k＝1,2,...,n；對主副簧復合夾緊剛度kma進行仿真計算，即

(3)高強度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷pk的仿真計算：

a步驟：末片主簧下表面初始曲率半徑rm0b的仿真計算

根據(jù)主簧片數(shù)n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,...,n，首片主簧的一半夾緊長度l1，主簧初始切線弧高hgm0，對末片主簧下表面的初始曲率半徑rm0b進行分鐘計算，即

b步驟：首片副簧上表面初始曲率半徑ra0a的仿真計算

根據(jù)首片副簧的一半夾緊長度la1，副簧初始切線弧高hga0，對首片副簧上表面的初始曲率半徑ra0a，即

c步驟：高強度一級漸變剛度板簧開始接觸載荷pk的仿真計算：

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量e；首片主簧的一半夾緊跨長度l1，步驟(1)中計算得到的hme；a步驟中計算得到的rm0b，b步驟中計算得到的ra0a，對高強度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷pk進行仿真計算，即

(4)高強度一級漸變剛度板簧的完全接觸載荷pw的仿真計算：

根據(jù)步驟(2)中仿真計算得到的km和kma，步驟(3)中仿真計算得到的pk，對高強度一級漸變剛度板簧的完全接觸載荷pw進行仿真計算，即

(5)高強度一級漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性的仿真計算：

根據(jù)步驟(2)中計算得到的km和kma；步驟(3)中仿真計算得到的pk，步驟(4)中仿真計算得的pw，對高強度一級漸變剛度板簧在不同載荷p下的夾緊剛度kp特性進行仿真計算，即

本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點

由于主副簧漸變接觸過程中的撓度計算非常復雜，同時受板簧重疊部分等效厚度計算和接觸載荷反求等關(guān)鍵問題的制約，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出高強度一級漸變剛度板簧夾緊剛度特性的仿真計算方法。本發(fā)明可根據(jù)主簧和副簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，及主簧和副簧初始切線弧高設(shè)計值，在接觸載荷仿真計算的基礎(chǔ)上，對高強度一級漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性進行仿真計算，給出夾緊剛度隨載荷的變化特性曲線。通過樣機試驗結(jié)果對比可知，本發(fā)明所提供的高強度一級漸變剛度板簧夾緊剛度特性的仿真計算方法是正確的，可得到準確可靠在不同載荷下的夾緊剛度仿真計算值，為高強度一級漸變剛度板簧特性仿真奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)；利用該方法確保所設(shè)計板簧滿足漸變夾緊剛度特性的設(shè)計要求，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，還可降低設(shè)計和試驗測試費用，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是高強度一級漸變剛度板簧夾緊剛度特性的仿真計算流程圖；

圖2是高強度一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所得到的高強度一級漸變剛度板簧的夾緊剛度kp隨載荷p的變化特性曲線。

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：某高強度一級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＝3片，各片主簧的厚度h1＝h2＝h3＝7mm，各片主簧的一半作用長度分別為l1t＝525mm，l2t＝461mm，l3t＝399mm；各片主簧的一半夾緊長度分別為l1＝l1t-l0/2＝500mm，l2＝l2t-l0/2＝436mm，l3＝l3t-l0/2＝374mm。副簧片數(shù)m＝2片，各片副簧的厚度ha1＝ha2＝12mm，各片副簧的一半作用長度分別為la1t＝350mmla2t＝250mm，各片副簧的一半夾緊長度分別為la1＝l4＝la1t-l0/2＝325mm，la2＝l5＝la2t-l0/2＝200mm。主簧初始切線弧高設(shè)計值hgm0＝112.5mm，首片副簧的初始切線弧高設(shè)計值hga0＝21.5mm。根據(jù)各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主簧初始切線弧高hgm0和副簧初始切線弧高hga0，對該高強度一級漸變剛度板簧夾緊剛度特性進行仿真計算。

本發(fā)明實例所提供的高強度一級漸變剛度板簧夾緊剛度特性的仿真計算方法，其仿真計算流程如圖1所示，具體仿真計算步驟如下：

(1)高強度一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度計算：

根據(jù)主簧片數(shù)n＝3,各片主簧的厚度h1＝h2＝h3＝7mm；副簧片數(shù)m＝2,各片副簧的厚度ha1＝ha2＝12mm，主副簧總片數(shù)n＝n+m＝5，對該高強度一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)k重疊段的等效厚度hke進行計算，k＝1,2,...,n，即

h1e＝h1＝7.0mm，

其中，主簧根部重疊部分的等效厚度hme＝h3e＝10.1mm。

(2)高強度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度和主副簧復合夾緊剛度的仿真計算：

i步驟：主簧夾緊剛度km的仿真計算

根據(jù)高強度一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量e＝200gpa；主簧片數(shù)n＝3,各片主簧的一半夾緊長度l1＝500mm，l2＝436mm，l3＝374mm，及步驟(1)中計算得到h1e＝7.0mm，h2e＝8.8mm，h3e＝10.1mm，k＝i＝1,2,...,n，對主簧夾緊剛度km進行仿真計算，即

ii步驟：主副簧復合夾緊剛度kma的仿真計算

根據(jù)漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量e＝200gpa；主簧片數(shù)n＝3,各片主簧的一半夾緊長度l1＝500mm，l2＝436mm，l3＝374mm；副簧片數(shù)m＝2，各片副簧的一半夾緊長度la1＝l4＝325mm，la2＝l5＝200mm；主副簧總片數(shù)n＝5；及步驟(1)中計算得到的h1e＝7.0mm，h2e＝8.8mm，h3e＝10.1mm，h4e＝14mm，h5e＝16.5mm；k＝1,2,...,n，對主副簧復合夾緊剛度kma進行仿真計算，即

(3)高強度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷pk的仿真計算：

a步驟：末片主簧下表面初始曲率半徑rm0b的仿真計算

根據(jù)主簧片數(shù)n＝3，各片主簧的厚度hi＝7mm，i＝1,2,3，首片主簧的一半夾緊長度l1＝500mm，主簧初始切線弧高hgm0＝112.5mm，對末片主簧下表面初始曲率半徑rm0b進行分鐘計算，即

b步驟：首片副簧上表面初始曲率半徑ra0a的仿真計算

根據(jù)首片副簧的一半夾緊長度la1＝325mm，副簧初始切線弧高hga0＝21.5mm，對首片副簧上表面初始曲率半徑ra0a，即

c步驟：高強度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷pk的仿真計算

根據(jù)高強度一級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跨長度l1＝500mm，步驟(1)中計算得到的hme＝10.1mm；a步驟中計算得到的rm0b＝1188.4mm，b步驟中計算得到的ra0a＝2467.1mm，對該高強度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷pk進行仿真計算，即

(4)高強度一級漸變剛度板簧的完全接觸載荷pw的仿真計算：

根據(jù)步驟(2)中仿真計算得到的km＝51.3n/mm和kma＝173.7n/mm，及步驟(3)中仿真計算得到的pk＝1885n，對該高強度一級漸變剛度板簧的完全接觸載荷pw進行仿真計算，即

(5)高強度一級漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性的仿真計算：

根據(jù)步驟(2)中仿真計算得到的km＝51.3n/mm和kma＝173.7n/mm；步驟(3)中仿真計算得到的pk＝1885n，步驟(4)中仿真計算得到的pw＝6383n，對該高強度一級漸變剛度板簧在不同載荷p下的夾緊剛度kp特性進行仿真計算，即

利用matlab計算程序，仿真計算所得到的該高強度一級漸變剛度板簧的夾緊剛度kp隨載荷p的變化特性曲線，如圖3所示，其中，當載荷p＝pk＝1885n時，kp＝km＝51.3n/mm，當載荷p＝pw＝6383n時，kp＝kma＝173.7n/mm；當載荷p在[pk,pw]范圍內(nèi)變化時，漸變夾緊剛度kp隨載荷p的增大而增大，即漸變夾緊剛度kp從km＝51.3n/mm逐漸增大到kma＝173.7n/mm。

通過樣機加載撓度試驗可知，該高強度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度、主副簧復合夾緊剛度、及漸變復合夾緊剛度的仿真計算值，與測試結(jié)果接近，表明本發(fā)明所提供的高強度一級漸變剛度板簧夾緊剛度特性的仿真計算方法是正確的，為高強度一級漸變剛度板簧的夾緊剛度仿真驗證及特性仿真軟件開發(fā)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法可得到準確可靠的高強度一級漸變剛度板簧在不同載荷情況下的夾緊剛度仿真計算值，確保夾緊剛度特性滿足板簧設(shè)計要求，提高產(chǎn)品的設(shè)計水平、質(zhì)量和性能及車輛行駛平順性；同時，降低設(shè)計及試驗費用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。