少片拋物線型變截面主簧端部與副簧間隙的設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車輛懸架鋼板彈簧，特別是少片拋物線型變截面主簧端部與副簧間隙 的設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了滿足在不同載荷下的車輛懸架變剛度設(shè)計要求，通常將少片變截面鋼板彈簧 設(shè)計為主、副簧，其中，主簧在與副簧相接觸點處設(shè)計有一定的間隙，確保當大于一定載荷 之后，主、副簧相接觸而共同工作。由于少片變截面主簧的第1片其受力復(fù)雜，不僅承受垂向 載荷，同時還承受扭轉(zhuǎn)載荷和縱向載荷，因此，實際所設(shè)計的第1片鋼板彈簧的端部厚度，通 常比其他各片的要偏厚一些，即大都采用端部非等構(gòu)的少片變截面鋼板彈簧；同時為了滿 足主副簧不同復(fù)合剛度的設(shè)計要求，通常采用不同長度的副簧，即主簧與副簧的接觸位置 也不同，因此，可分為端部平直段接觸和拋物線段接觸兩種。然后，由于端部非等構(gòu)的少片 變截面鋼板彈簧在任意位置處的變形計算非常復(fù)雜，因此，先前一直未能給出端部非等構(gòu) 的少片變截面主簧在端部平直段與副簧接觸點處的主、副簧間隙的設(shè)計方法。
[0003] 盡管先前曾有人給出了少片變截面鋼板彈簧的設(shè)計方法，例如，彭莫，高軍曾在 《汽車工程》，1992年(第14卷)第3期，提出了變斷面鋼板彈簧的設(shè)計計算方法，該方法主要 是針對端部等構(gòu)的少片拋物型變截面鋼板彈簧進行設(shè)計，其不足之處是不能滿足端部非等 構(gòu)的少片變截面鋼板彈簧的設(shè)計要求，更不能滿足少片變截面主簧在端部平直段與副簧接 觸點處的主、副簧間隙的設(shè)計。目前，盡管有人曾對少片變截面主、副簧間隙，采用ANSYS建 模仿真法，但是該方法只能對給出實際設(shè)計結(jié)構(gòu)的少片變截面主、副簧間隙進行仿真驗證， 不能提供精確的解析設(shè)計式，以滿足解析設(shè)計的要求，更不能滿足車輛快速發(fā)展及對懸架 鋼板彈簧現(xiàn)代化CAD設(shè)計軟件開發(fā)的要求。
[0004] 因此，必須建立一種精確、可靠的少片拋物線型主簧在端部平直段與副簧接觸點 處的主、副簧間隙的設(shè)計方法，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展及對少片變截面主、副鋼板彈簧精確 設(shè)計的要求，提高變截面鋼板彈簧的設(shè)計水平、產(chǎn)品質(zhì)量和性能，提高車輛行駛平順性；同 時，降低設(shè)計及試驗費用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 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、 可靠的少片拋物線型變截面主簧端部與副簧間隙的設(shè)計方法，設(shè)計流程圖如圖1所示。少片 拋物線型變截面主副簧為對稱結(jié)構(gòu)，對稱結(jié)構(gòu)的一半彈簧可看作懸臂梁，即將對稱中心線 看作為彈簧的根部固定端，將主簧的端部受力點及副簧的觸點分別看作為主簧端點和副簧 端點。少片拋物線型變截面主副簧的一半對稱結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，其中包括，主簧1，根 部墊片2,副簧3,端部墊片4;主簧1由N片組成，其中，2 <N〈5,各片主簧的一半長度為L，是由 根部平直段、拋物線段和端部平直段三段構(gòu)成，每片根部平直段的厚度為h2，長度為1 3;主簧 1各片的端部平直段非等構(gòu)，即第1片主簧的端部平直段的厚度和長度，大于其他各片的厚 度和長度，各片端部平直段的厚度和長度分別為hu和lu，1 = 1，2，一，化中間變截面為拋物 線段，各片拋物線段的厚度比i^ihu/hs;副簧3的長度小于主簧1的長度，副簧的一半長度 La，副簧3的端點與主簧1的端點之間的水平距離為1〇,在第N片主簧的端部平直段與副簧3的 端部觸點之間設(shè)有一定的主、副簧間隙I確保滿足副簧起作用載荷的設(shè)計要求。主簧1的各 片根部平直段之間及與副簧的根部平直段之間，設(shè)有根部墊片2;主簧1的各片端部平直段 之間，設(shè)有端部墊片4,端部墊片4的材料為碳纖維復(fù)合材料，以降低彈簧工作時所產(chǎn)生的摩 擦噪聲。在主簧各片的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料特性參數(shù)、副簧長度、副簧起作用載荷給定情況下，對 少片拋物線型變截面主簧端部與副簧之間的主副簧間隙進行設(shè)計。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的少片拋物線型變截面主簧端部與副簧間隙 的設(shè)計方法，其特征在于采用以下設(shè)計步驟：
[0007] (1)各片拋物線型變截面主簧的端點變形系數(shù)Gx-Dl計算：
[0008] 根據(jù)少片拋物線型變截面主簧的一半長度L，寬度b，彈性模量E，安裝間距的一半 13,拋物線段的根部到主簧端點的距離1 2=L-13,第i片主簧的拋物線段的厚度比隊，其中，i =1，2，…，N，N為主簧片數(shù)，對各片主簧的端點變形系數(shù)Gx-^進行計算，即
[0009]
[0010] (2)第N片主簧在端部平直段與副簧接觸點的變形系數(shù)Gx-?計算：
[0011] 根據(jù)少片拋物線型變截面主簧的一半長度L，寬度b，彈性模量E，拋物線段的根部 到主簧端點的距離12,第N片主簧的拋物線段的厚度比β Ν，副簧端部觸點到主簧端點的水平 距離1〇,對第Ν片主簧在端部平直段與副接觸點處的變形系數(shù)GX- CD進行計算，即
[0012]
[0013] (3)副簧起作用載荷下的第N片主簧的端點力FN計算：
[0014] I步驟:根據(jù)少片拋物線型變截面主簧的根部平直段的厚度h2,及步驟（1)中計算 得到的各片主簧的端點變形系數(shù)G x-Dl，確定各片拋物線型變截面主簧的一半剛度KMl，即
[0015]
[0016] II步驟:根據(jù)副簧起作用載荷的一半P，及I步驟中所確定的各片主簧的一半剛度 KMl，對副簧起作用載荷下的第N片主簧的端點力FN進行計算，即
[0017]
[0018] 式中，KMN為第N片拋物線型變截面主簧的一半剛度；
[0019] (4)少片拋物線型變截面主簧在端部平直段與副簧接觸點處的主、副簧間隙δ設(shè) 計：
[0020] 根據(jù)拋物線型變截面主簧的根部平直段的厚度h2，II步驟中計算得到的FN，及步驟 (2)中計算所得到的G X-CD，對少片拋物線型變截面主簧在端部平直段與副簧接觸點處的主、 副簧間隙s進行設(shè)計，BP
[0021]
[0022] 本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點
[0023] 由于端部非等構(gòu)的少片變截面鋼板彈簧在任意位置變形計算非常復(fù)雜，因此，先 前一直未能給出少片拋物線型主簧在端部平直段與副簧接觸點處的主、副簧間隙的設(shè)計方 法。
[0024] 本發(fā)明可根據(jù)少片拋物線型變截面主簧的結(jié)構(gòu)尺寸、彈性模量，首先確定出各片 主簧在端點處的變形系數(shù)，及第N主簧在端部平直段與副簧接觸點處的變形系數(shù);然后，通 過各片端點處的變形系數(shù)及剛度，得到第N片主簧在端點所分擔(dān)的載荷;隨后，根據(jù)第N片主 簧根部厚度和端點所分擔(dān)載荷，及在端部平直段與副簧接觸點處的變形系數(shù)，對少片拋物 線型變截面主簧在端部平直段與副簧接觸點位置處的主、副簧間隙進行設(shè)計。
[0025]通過設(shè)計實例及ANSYS仿真驗證可知，該方法可得到準確、可靠的少片拋物線型變 截面主簧在端部平直段與副簧接觸點處的主、副簧間隙的參數(shù)設(shè)計值，為端部非等構(gòu)的少 片拋物線型變截面鋼板彈簧在端部平直段內(nèi)的主、副簧間隙設(shè)計，提供了可靠的設(shè)計方法， 并且為CAD軟件開發(fā)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法，可提高少片變截面主、副鋼板彈 簧的設(shè)計水平、產(chǎn)品質(zhì)量和性能，降低懸架彈簧質(zhì)量和成本，提高車輛行駛平順性；同時，還 降低設(shè)計及試驗費用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。
【附圖說明】
[0026]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。
[0027] 圖1是少片拋物線主簧在端部平直段與副簧間隙的設(shè)計流程圖；
[0028] 圖2是少片拋物線型變截面主副簧的一半結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是實施例一少片拋物線型變截面主簧的變形仿真云圖；
[0030]圖4是實施例二少片拋物線型變截面主簧的變形仿真云圖。 具體實施方案
[0031 ]下面通過實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0032] 實施例一:某少片拋物線型變截面主簧的片數(shù)N = 2,其中，各片主簧的一半長度L = 575mm，寬度b = 60mm，彈性模量E = 200GPa，根部平直段的厚度h2 = llmm，安裝間距的一半 l3 = 55mm，拋物線段的根部到彈簧端點的距離l2 = L-l3 = 520mm;第1片主簧的端部平直段的 厚度hn = 7mm，即第1片主簧的拋物線段的厚度比fo = 0.64;第2片主簧的端部平直段的厚度 hi2 = 6mm，即第2片主簧的拋物線段的厚度比(62 = 0.55;g[J簧的一半長度LA=455mm，即副簧 端點到主簧端點的水平距離lo = L-LA=120mm，副簧與主簧端部平直段內(nèi)某點相接觸，所要 求的副簧起作用載荷的一半即單端點載荷P=1200N。對該少片拋物線型變截面鋼板彈簧的 主簧在端部平直段與副簧的間隙進行設(shè)計。
[0033] 本發(fā)明實例所提供的少片拋物線型變截面主簧端部與副簧間隙的設(shè)計方法，其設(shè) 計流程如圖1所示，具體步驟如下：
[0034] (1)各片拋物線型變截面主簧的端點變形系數(shù)Gx-Dl計算：
[0035] 根據(jù)少片拋物線型變截面主簧的一半長度L = 575mm，寬度b = 60mm，彈性模量E = 200GPa，安裝間距的一半13 = 55111111，拋物線段的根部到彈簧端點的距離12 = 1^-13 = 52〇111111，第 1片主簧的拋物線段的厚度比fo = 〇.64,第2片主簧的拋物線段的厚度比& = 0.55,對第1片、 第2片拋物線型變截面彈簧的端點變形系數(shù)Gx-D1、G X-D2分別進行計算，即
[0036]
[0037]
[0038] (2)第2片主簧在端部平直段與副簧接觸點的變形系數(shù)Gx-CD計算：
[0039]根據(jù)少片拋物線型變截面主簧的一半長度L = 575mm，寬度b = 60mm，彈性模量E = 200GPa，拋物線段的根部到彈簧端點的距離l2 = 520mm，第2片主簧的拋物線段的厚度比β2 = 0.55,副簧端點到主簧端點的水平距離l〇=120mm，對第2片主簧在端部平直段與副接觸點 處的變形系數(shù)Gmd進行計算，SP
[0040]
[0041] (3)副簧起作用載荷下的第2片主簧的端點力內(nèi)計算