本發(fā)明涉及車輛懸架板簧，特別是車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧各級剛度與接觸載荷的匹配方法。

背景技術(shù)：

為了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，隨著高強(qiáng)度鋼板材料的出現(xiàn)，可采用高強(qiáng)度三級漸變板簧，并且將三級漸變過程的懸架偏頻設(shè)計為等偏頻，進(jìn)一步提高車輛行駛平順性。由于漸變剛度和懸架漸變偏頻不僅與高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的結(jié)構(gòu)和懸架載荷及質(zhì)量有關(guān)，而且還與接觸載荷大小有關(guān)，同時，主簧和各級副簧在漸變過程中的撓度及漸變剛度計算非常復(fù)雜，據(jù)所查資料可知，目前國內(nèi)外尚未給出車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧各級剛度與接觸載荷的匹配設(shè)計方法。隨著車輛行駛速度及其對平順性要求的不斷提高，對車輛懸架系統(tǒng)設(shè)計提出了更高要求，因此，必須建立一種精確、可靠的車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧各級剛度與接觸載荷的匹配方法，以滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展、車輛行駛平順性不斷提高及對車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧的設(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和安全性；同時，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、可靠的車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧各級剛度與接觸載荷的匹配方法，匹配流程如圖1所示。車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)如圖2所示，是由主簧1、第一級副簧2和第二級副簧3和第三級副簧4所組成的，高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的一半總跨度為首片主簧的一半作用長度L_1T，騎馬螺栓夾緊距的一半為L₀，鋼板彈簧的寬度為b，彈性模量為E。主簧1的片數(shù)為n，其中，各片主簧的厚度為h_i，一半作用長度L_iT，一半夾緊長度L_i＝L_iT-L₀/2，i＝1,2,…,n。第一級副簧2的片數(shù)為n₁，第一級副簧各片的厚度為h_A1j,一半作用長度L_A1jT，一半夾緊長度L_A1j＝L_A1jT-L₀/2，j＝1,2,…,n₁。第二級副簧3的片數(shù)為n₂，第二級副簧各片的厚度為h_A2k,一半作用長度L_A2kT，一半夾緊長度L_A2k＝L_A2kT-L₀/2，k＝1,2,…,n₂。第三級副簧4的片數(shù)為n₃，第三級副簧各片的厚度為h_A3l,一半作用長度L_A3lT，一半夾緊長度L_A3l＝L_A3lT-L₀/2，l＝1,2,…,n₃。高強(qiáng)度三級漸變剛度板簧的總片數(shù)N＝n+n₁+n₂+n₃，主簧及各級副簧之間設(shè)有三級漸變間隙δ_MA1、δ_A12和δ_A23，即末片主簧下表面與第一級副簧首片上表面之間設(shè)有一級漸變間隙δ_MA1；第一級副簧末片下表面與第二級副簧首片上表面之間設(shè)有二級漸變間隙δ_A12；第二級副簧末片下表面與第三級副簧首片上表面之間設(shè)有三級漸變間隙δ_A23。通過主簧和各級副簧初始切線弧高及三級漸變間隙，以滿足漸變剛度鋼板彈簧的各次接觸載荷及漸變剛度和懸架偏頻的設(shè)計要求。根據(jù)車輛懸架系統(tǒng)的空載載荷和額定載荷及偏頻設(shè)計要求值，對車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧的各級剛度與接觸載荷分別進(jìn)行匹配設(shè)計。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧各級剛度與接觸載荷的匹配方法，其特征在于采用以下匹配設(shè)計步驟：

(1)車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧的主簧夾緊剛度K_M的匹配設(shè)計：

根據(jù)車輛懸架的空載載荷P₀，空載偏頻的設(shè)計要求值f₀₀，對高強(qiáng)度三級漸變板簧的主簧夾緊剛度K_M進(jìn)行設(shè)計，即

式中，g為重力加速度，g＝9.8m/s²；

(2)車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧的主副簧總復(fù)合夾緊剛度K_MA3的匹配設(shè)計：

根據(jù)車輛懸架的額定載荷P_N，及額定載荷偏頻設(shè)計要求值f_0N，對高強(qiáng)度三級漸變板簧的主副簧總復(fù)合夾緊剛度K_MA3進(jìn)行設(shè)計，即

(3)主簧與第一級及第二級副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA2的匹配設(shè)計：

根據(jù)步驟(1)中設(shè)計得到的K_M，步驟(2)中設(shè)計得到的K_MA3，對主簧與第一副簧和第二級副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA2進(jìn)行匹配設(shè)計，即

(4)主簧與第一級副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA1的匹配設(shè)計：

根據(jù)步驟(1)中設(shè)計得到的K_M，步驟(3)中設(shè)計得到的K_MA2，對主簧副簧與第一級副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA1進(jìn)行匹配設(shè)計，即

(5)車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧懸架系統(tǒng)的漸變載荷偏頻f₀的匹配設(shè)計：

根據(jù)車輛懸架的空載偏頻設(shè)計要求值f₀₀，額定載荷偏頻設(shè)計要求值f_0N，對車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧懸架系統(tǒng)的漸變載荷偏頻f₀進(jìn)行匹配設(shè)計，即

f₀＝f_0N+(1-0.618)(f₀₀-f_0N)；

(6)車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧的各次接觸載荷的匹配設(shè)計：

根據(jù)步驟(1)～(4)中設(shè)計得到的K_M、K_MA1、K_MA2及K_MA3，及步驟(5)中設(shè)計得到的f₀，對車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧的第1次開始接觸載荷P_k1，第2次開始接觸載荷P_k2，第3次第開始接觸載荷P_k3和第3次完全接觸載荷P_w3分別進(jìn)行設(shè)計，即

本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點

由于主簧與各級副簧的漸變接觸過程中，車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧的漸變夾緊復(fù)合剛度及偏頻計算非常復(fù)雜，不僅與主簧和一級副簧及二級副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，而且還與各次接觸載荷有關(guān)，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧各級剛度與接觸載荷的匹配方法。本發(fā)明可根據(jù)車輛懸架的空載載荷和額定載荷及懸架偏頻設(shè)計要求值，對車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧的各級剛度與接觸載荷分別進(jìn)行匹配設(shè)計。通過樣機(jī)仿真及車輛行駛平順性試驗可知，本發(fā)明所提供的車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧各級剛度與接觸載荷的匹配方法是正確的。利用該方法可得可靠的三級漸變板簧各級剛度與接觸載荷的匹配設(shè)計值，滿足在不同載荷下的懸架漸變偏頻及車輛行駛平順性的設(shè)計要求，提高車輛行駛平順性和安全性；同時，還可降低設(shè)計和試驗費用，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(jìn)一步的說明。

圖1是車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧各級剛度與接觸載荷的匹配流程圖；

圖2是車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實施例的仿真計算所得到的車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧懸架系統(tǒng)的偏頻隨載荷的變化特性曲線。

具體實施方案

下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實施例：某車輛高強(qiáng)度三級漸變板簧懸架系統(tǒng)的空載載荷P₀＝1715N，額定載荷P_N＝7227N，其中，空載偏頻設(shè)計要求值f₀₀＝2.73Hz，額定載荷偏頻設(shè)計要求值f_0N＝2.45Hz。根據(jù)車輛懸架的空載載荷、額定載荷、及額定載荷偏頻設(shè)計要求值，對車輛高強(qiáng)度三級漸變板簧懸架系統(tǒng)的主簧夾緊剛度、主簧與各級副簧的復(fù)合夾緊剛度，及第1次、第2次和第3次開始接觸載荷和第3次完全接觸載荷分別進(jìn)行匹配設(shè)計。

本發(fā)明實例所提供的車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧各級剛度與接觸載荷的匹配方法，其匹配設(shè)計流程如圖1所示，具體匹配設(shè)計步驟如下：

(1)車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧的主簧夾緊剛度K_M的匹配設(shè)計：

根據(jù)車輛懸架的空載載荷P₀＝1715N，及空載偏頻的設(shè)計要求值f₀₀＝2.73Hz，對高強(qiáng)度三級漸變板簧的主簧夾緊剛度K_M進(jìn)行設(shè)計，即

式中，g為重力加速度，g＝9.8m/s²。

(2)車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧的主副簧總復(fù)合夾緊剛度K_MA3的匹配設(shè)計：

根據(jù)車輛懸架的額定載荷P_N＝7227N，及額定載荷偏頻設(shè)計要求值f_0N＝2.45Hz，對高強(qiáng)度三級漸變板簧的主副簧總復(fù)合夾緊剛度K_MA3進(jìn)行匹配設(shè)計，即

(3)主簧與第一級和第二級副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA2的匹配設(shè)計：

根據(jù)步驟(1)中設(shè)計得到的K_M＝51.49N/mm，步驟(2)中設(shè)計得到的K_MA3＝174.75N/mm，對主簧與第一級副簧和第二級副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA2進(jìn)行匹配設(shè)計，即

(4)主簧與第一級副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA1的匹配設(shè)計：

根據(jù)步驟(1)中設(shè)計得到的K_M＝51.49N/mm，步驟(3)中設(shè)計得到的K_MA2＝94.85N/mm，對主簧與第一級副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA1進(jìn)行匹配設(shè)計，即

(5)車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧懸架系統(tǒng)的漸變載荷偏頻f₀的匹配設(shè)計：

根據(jù)車輛懸架的空載偏頻設(shè)計要求值f₀₀＝2.73Hz，額定載荷偏頻設(shè)計要求值f_0N＝2.45Hz，對車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧懸架系統(tǒng)的漸變載荷偏頻f₀進(jìn)行匹配設(shè)計，即

f₀＝f_0N+(1-0.618)(f₀₀-f_0N)＝2.557Hz；

(6)車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧的各次接觸載荷的匹配設(shè)計：

根據(jù)步驟(1)～(4)中設(shè)計得到的K_M＝51.49N/mm、K_MA1＝69.89N/mm、K_MA2＝94.85N/mm及K_MA3＝174.75N/mm，及步驟(5)中設(shè)計得到的f₀＝2.557Hz，對車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧的第1次開始接觸載荷P_k1，第2次開始接觸載荷P_k2，第3次第開始接觸載荷P_k3和第3次完全接觸載荷P_w3分別進(jìn)行設(shè)計，即

通過樣機(jī)仿真和試驗測試可知，所設(shè)計的該高強(qiáng)度二級漸變剛度板簧的剛度和接觸載荷，完全滿足車輛行駛平順性對懸架系統(tǒng)在空載、額定載荷及漸變載荷的偏頻設(shè)計要求，其中，仿真計算所得到的該車輛高強(qiáng)度三級漸變板簧懸架系統(tǒng)的偏頻隨載荷的變化特性曲線，見圖3所示，表明本發(fā)明所提供的車輛懸架高強(qiáng)度三級漸變板簧各級剛度與接觸載荷的匹配方法是正確的。利用該方法可得可靠的剛度與接觸載荷的匹配設(shè)計值，滿足在不同載荷下的懸架等偏頻設(shè)計要求，提高車輛行駛平順性和安全性；同時，降低設(shè)計及試驗費用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。