本發(fā)明涉及車輛懸架鋼板彈簧，特別是一級(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)：

為了滿足在不同載荷下車輛行駛平順性的要求，通常車輛懸架采用一級(jí)漸變剛度板簧，其中，各片副簧的下料長(zhǎng)度是由夾緊段長(zhǎng)度、曲面段長(zhǎng)度所決定的，副簧下料長(zhǎng)度設(shè)計(jì)是否精確可靠，直接影響加工工藝、生產(chǎn)效率和材料節(jié)省率。然而，由于受副簧初始曲面形狀計(jì)算的制約，先前一直未能給出一級(jí)漸變剛度板簧的各片副簧下料長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)方法，不能滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展及現(xiàn)代化CAD軟件開發(fā)的要求。

隨著車輛行駛速度及其對(duì)平順性要求的不斷提高，對(duì)非等偏頻一級(jí)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，為一級(jí)漸變剛度板簧的設(shè)計(jì)、下料、加工及現(xiàn)代化CAD軟件開發(fā)，奠定了可靠的技術(shù)，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展和車輛行駛平順性要求不斷提高及對(duì)一級(jí)漸變剛度板簧設(shè)計(jì)的要求，提高一級(jí)漸變剛度板簧的設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)品質(zhì)量和性能及車輛行駛平順性；同時(shí)，提高材料節(jié)省率和生產(chǎn)加工效率，降低設(shè)計(jì)和試驗(yàn)測(cè)試費(fèi)用，加快產(chǎn)品開發(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)問題是提供一種簡(jiǎn)便、可靠的一級(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)流程如圖1所示。一級(jí)漸變剛度板簧的一半對(duì)稱結(jié)構(gòu)如圖2所示，是由主簧1和副簧2所組成的，一級(jí)漸變剛度板簧的一半跨度，即為首片主簧的一半作用長(zhǎng)度為L(zhǎng)_1t，騎馬螺栓夾緊距的一半為L(zhǎng)₀，板簧寬度為b，彈性模量為E。主簧1的片數(shù)為n，各片主簧的厚度為h_i，主簧的一半作用長(zhǎng)度為L(zhǎng)_it，一半夾緊長(zhǎng)度L_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，各片副簧的一半作用長(zhǎng)度為L(zhǎng)_Ajt，一半夾緊長(zhǎng)度L_Aj＝L_Ajt-L₀/2，j＝1,2,…m。通過主簧和副簧初始切線弧高，確保副簧首片端部上表面與主簧末片端部下表面之間設(shè)置有一定的主副簧間隙δ_MA，以滿足漸變剛度板簧簧開始接觸載荷和完全接觸載荷、主簧應(yīng)力強(qiáng)度和懸架漸變剛度的設(shè)計(jì)要求。各片副簧的下料長(zhǎng)度是由夾緊段長(zhǎng)度、曲面段長(zhǎng)度和首片吊耳圓周長(zhǎng)度所決定的，影響加工工藝、生產(chǎn)效率和材料節(jié)省率。根據(jù)該漸變剛度板簧的的騎馬螺栓夾緊距、首片副簧初始切線弧高、夾緊長(zhǎng)度、厚度、彈性模量及其他各片副簧的作用長(zhǎng)度，在首片初始曲面形狀計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過曲面微元及疊加計(jì)算，對(duì)一級(jí)漸變剛度板簧的各片副簧下料長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的一級(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)一級(jí)漸變剛度板簧的首片副簧的等效端點(diǎn)力F_A1e的計(jì)算：

根據(jù)一級(jí)漸變剛度板簧的寬度b，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，副簧初始切線弧高H_gA0，對(duì)首片副簧的等效端點(diǎn)力F_A1e進(jìn)行計(jì)算，即

(2)一級(jí)漸變剛度板簧的首片副簧在任意位置處的變形系數(shù)G_Ax的計(jì)算：

根據(jù)一級(jí)漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；首片副簧的一半夾緊長(zhǎng)度L_A1，以距離板簧對(duì)稱中心L₀/2的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，對(duì)首片副簧任意位置x處的變形系數(shù)G_Ax進(jìn)行計(jì)算，即

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

根據(jù)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(1)中計(jì)算得到的F_A1e，步驟(2)中計(jì)算得到的G_Ax，對(duì)首片副簧初始曲面形狀f_Ax進(jìn)行計(jì)算，即

(4)一級(jí)漸變剛度板簧的首片副簧下料長(zhǎng)度L_Ac1的設(shè)計(jì)：

根據(jù)騎馬螺栓夾緊距的一半L₀；首片副簧的厚度h_A1，首片副簧的一半夾緊長(zhǎng)度L_A1，以ΔL為曲面微元長(zhǎng)度，在0～L_A1范圍內(nèi)劃分為N_c＝L_A1/ΔL個(gè)曲面微元，根據(jù)步驟(3)中計(jì)算得到的f_Ax及在任意位置x_i處的曲面高度f_Axi，0≤x_i≤L_A1，i＝1,2,…,N_c+1，利用疊加原理對(duì)首片副簧的下料長(zhǎng)度L_Ac1進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

(5)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)：

a步驟：根據(jù)副簧片數(shù)m，首片副簧的一半作用長(zhǎng)度L_A1t，其他各片副簧的一半作用長(zhǎng)度L_Ajt，j＝2,…,m，對(duì)首片副簧與其他各片副簧的一半作用長(zhǎng)度之差進(jìn)行計(jì)算，即

ΔL_Aj1＝L_A1t-L_Ajt，j＝2,…,m；

b步驟：其他各片副簧下料長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)

根據(jù)騎馬螺栓夾緊距的一半L₀；副簧片數(shù)m，步驟(4)中計(jì)算得到的L_Ac1，a步驟中計(jì)算得到的ΔL_Aj1,j＝2,…,m；對(duì)其他各片副簧的下料長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

L_Ajc＝L_Ac1-2ΔL_Aj1，j＝2,…,m。

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

由于受副簧初始曲面形狀計(jì)算的制約，先前一直未能給出一級(jí)漸變剛度板簧的各片副簧下料長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)方法，不能滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展及現(xiàn)代化CAD軟件開發(fā)的要求。本發(fā)明可根據(jù)該漸變剛度板簧的的騎馬螺栓夾緊距、首片副簧初始切線弧高、夾緊長(zhǎng)度、厚度、彈性模量及其他各片副簧的作用長(zhǎng)度，在首片初始曲面形狀計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過曲面微元及疊加計(jì)算，對(duì)一級(jí)漸變剛度板簧的各片副簧下料長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過實(shí)際下料和樣機(jī)加工驗(yàn)證可知，利用該方法可得到準(zhǔn)確可靠的各片副簧下料長(zhǎng)度設(shè)計(jì)值，為漸變剛度板簧的設(shè)計(jì)、下料、加工及現(xiàn)代化CAD軟件開發(fā)奠定了可靠的技術(shù)。同時(shí)，利用該方法還可以節(jié)省材料、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高生產(chǎn)效率、降低設(shè)計(jì)和試驗(yàn)測(cè)試費(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)施例的一級(jí)漸變剛度板簧的首片副簧任意位置處變形系數(shù)G_Ax曲線；

圖4是實(shí)施例的一級(jí)漸變剛度板簧的首片副簧初始曲面形狀曲線f_Ax。

具體實(shí)施方案

下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例：某一級(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。副簧片數(shù)m＝2，各片副簧厚度h_A1＝h_A2＝13mm。副簧初始切線弧高H_gA0＝12mm。第1片副簧的一半作用長(zhǎng)度為L(zhǎng)_A1t＝250mm，一半夾緊長(zhǎng)度為L(zhǎng)_A1＝L_A1t-L₀/2＝225mm；第2片副簧的一半作用長(zhǎng)度為L(zhǎng)_A2t＝175mm，一半夾緊長(zhǎng)度為L(zhǎng)_A2＝L_A2t-L₀/2＝150mm。根據(jù)該漸變剛度板簧的的騎馬螺栓夾緊距、首片副簧初始切線弧高、夾緊長(zhǎng)度、厚度、彈性模量及其他各片副簧的作用長(zhǎng)度，在首片初始曲面形狀計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過曲面微元及疊加計(jì)算，對(duì)該一級(jí)漸變剛度板簧的各片副簧下料長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本發(fā)明實(shí)例所提供的一級(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)一級(jí)漸變剛度板簧的首片副簧的等效端點(diǎn)力F_A1e的計(jì)算：

根據(jù)一級(jí)漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；首片副簧厚度h_A1＝13mm，一半夾緊長(zhǎng)度L_A1＝225mm，初始切線弧高H_gA0＝12mm，對(duì)基于初始切線弧高的首片副簧的等效端點(diǎn)力F_A1e進(jìn)行計(jì)算，即

(2)一級(jí)漸變剛度板簧的首片副簧在任意位置處的變形系數(shù)G_Ax的計(jì)算：

根據(jù)一級(jí)漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；首片副簧的一半夾緊長(zhǎng)度L_A1＝225mm，以距離對(duì)稱中心L₀/2的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，對(duì)首片副簧任意位置x處的變形系數(shù)G_Ax進(jìn)行計(jì)算，即

當(dāng)x在0～L_A1范圍內(nèi)變化時(shí)，利用Matlab計(jì)算程序，計(jì)算所得到的首片副簧任意位置處變形系數(shù)G_Ax曲線，如圖3所示；其中，在x＝0位置處的變形系數(shù)G_Ax＝0，在x＝L_A1＝225mm處的變形系數(shù)G_Ax＝3.6161×10^-12m⁴/N。

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

根據(jù)首片副簧的厚度h_A1＝13mm，一半夾緊長(zhǎng)度L_A1＝225mm，步驟(1)中計(jì)算得到的F_A1e＝7291N，步驟(2)中計(jì)算得到的G_Ax，對(duì)首片副簧初始曲面形狀f_Ax進(jìn)行計(jì)算，即

當(dāng)x在0～225mm范圍內(nèi)變化時(shí)，利用Matlab計(jì)算程序，計(jì)算得到首片副簧初始曲面形狀f_Ax曲線，如圖4所示。

(4)一級(jí)漸變剛度板簧的首片副簧下料長(zhǎng)度L_Ac1的設(shè)計(jì)：

根據(jù)騎馬螺栓夾緊距的一半L₀＝50mm；首片副簧的厚度h_A1＝13mm，一半夾緊長(zhǎng)度L_A1＝225mm，以ΔL＝5mm為曲面微元長(zhǎng)度，在0～L_A1范圍內(nèi)劃分為N_c＝L_A1/ΔL＝45個(gè)曲面微元，根據(jù)步驟(3)中計(jì)算得到的首片副簧初態(tài)曲面形狀f_Ax和在任意位置x_i處的曲面高度f_Axi，0≤x_i≤L_A1，i＝1,2,…,N_c+1，利用疊加原理，對(duì)首片副簧的下料長(zhǎng)度L_Ac1進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

(5)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)：

a步驟：根據(jù)副簧片數(shù)m＝2，各片副簧的一半作用長(zhǎng)度L_A1t＝250mm，L_A2t＝175mm，計(jì)算首片副簧與第2片副簧的一半作用長(zhǎng)度之差，即

ΔL_A21＝L_A1t-L_A2t＝75mm；

b步驟：其他各片副簧下料長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)

根據(jù)騎馬螺栓夾緊距的一半L₀＝50mm；副簧片數(shù)m＝2，步驟(4)中設(shè)計(jì)得到的L_Ac1＝500.8mm，a步驟中計(jì)算得到的ΔL_A21＝75mm；對(duì)第2片副簧下料長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

L_A2c＝L_Ac1-2ΔL_A21＝350.8mm。

通過樣機(jī)下料加工試驗(yàn)可知，利用該方法可得到準(zhǔn)確可靠的各片副簧的下料長(zhǎng)度設(shè)計(jì)值，為一級(jí)漸變剛度板簧的設(shè)計(jì)、下料、加工及現(xiàn)代化CAD軟件開發(fā)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)，還可降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。