非端部接觸式根部加強(qiáng)型主副簧的副簧起作用載荷驗(yàn)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車輛懸架鋼板彈簧，特別是非端部接觸式根部加強(qiáng)型主副簧的副簧起 作用載荷驗(yàn)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了滿足車輛懸架在不同載荷下的變剛度設(shè)計(jì)要求，通常將少片變截面鋼板彈簧 設(shè)計(jì)為主、副簧，并且在主簧與副簧接觸點(diǎn)之間設(shè)有一定的主副簧間隙，確保滿足副簧起作 用載荷的設(shè)計(jì)要求。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(shí)還 承受扭轉(zhuǎn)載荷和縱向載荷，因此，實(shí)際所設(shè)計(jì)的第1片鋼板彈簧的端部平直段的厚度和長(zhǎng) 度，通常大于其他各片的厚度和長(zhǎng)度，即大都采用端部非等構(gòu)的少片變截面鋼板彈簧；同 時(shí)，在主簧根部平直段與拋物線段之間增設(shè)一斜線段，即采用根部加強(qiáng)型的少片變截面主 簧。另外，由于為了滿足主副簧不同復(fù)合剛度的設(shè)計(jì)要求，通常采用不同長(zhǎng)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，即可分為端部 接觸式和非端部接觸式兩種。當(dāng)載荷大于副簧起作用載荷時(shí)，主副簧相接觸而共同起作用， 其中，副簧起作用載荷的大小是由主簧的結(jié)構(gòu)、副簧與主簧接觸位置等因素所決定的，并且 對(duì)車輛行駛平順性具有重要的影響。然而，由于根部加強(qiáng)型少片變截面鋼板彈簧在任意位 置處的變形計(jì)算非常復(fù)雜，先前一直未能給出非端部接觸式根部加強(qiáng)型主副簧的副簧起作 用載荷的驗(yàn)算方法。盡管先前曾有人給出了少片斜線型變截面鋼板彈簧的設(shè)計(jì)和計(jì)算方 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(jì)計(jì)算方法，該方法主要是針對(duì)端部等構(gòu)的少片拋物型變截面鋼板彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算， 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(jì)和計(jì)算要求，更不能滿足 非端部接觸式根部加強(qiáng)型主副簧的副簧起作用載荷驗(yàn)算的要求。
[0003] 因此，必須建立一種精確、可靠的非端部接觸式根部加強(qiáng)型主副簧的副簧起作用 載荷的驗(yàn)算方法，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展及對(duì)少片變截面主副簧精確設(shè)計(jì)的要求，提高變 截面鋼板彈簧的設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)品質(zhì)量和性能，提高車輛行駛平順性；同時(shí)，降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn) 費(fèi)用，加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 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)題是提供一種簡(jiǎn)便、 可靠的非端部接觸式根部加強(qiáng)型主副簧的副簧起作用載荷驗(yàn)算方法，驗(yàn)算流程圖，如圖1所 示。根部加強(qiáng)型少片變截面主副簧為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，彈簧的一半對(duì)稱結(jié)構(gòu)可看作為懸臂梁，即將 彈簧的對(duì)稱中心線看作為根部固定端，將彈簧端部受力點(diǎn)看作為端點(diǎn)。非端部接觸式根部 加強(qiáng)型少片變截面主副簧的一半對(duì)稱結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，包括:主簧1，根部墊片2,副 簧3,端部墊片4;主簧1各片的一半長(zhǎng)度為L(zhǎng)，是由根部平直段、斜線段、拋物線段和端部平直 段4段所構(gòu)成，斜線段對(duì)變截面彈簧起加強(qiáng)作用；每片根部平直段的厚度為h 2，安裝間距的 一半為13;斜線段的長(zhǎng)度為A 1，斜線段的根部到主簧端點(diǎn)的距離為12,拋物線段的根部到主 簧端點(diǎn)的距離為12ρ，拋物線段的根部厚度為h2p，即斜線段的厚度比y=h2p/h 2;主簧1各片 端部平直段為非等構(gòu)，即第1片主簧的端部平直段的厚度和長(zhǎng)度，大于其他各片的厚度和長(zhǎng) 度，各片端部平直段的厚度和長(zhǎng)度分別為hu和lu，各片拋物線段的厚度比i3i = hu/h2p，i = 1，2,…，N，N為變截面主簧的片數(shù)。主簧1的各片根部平直段之間及與副簧3的根部平直段之 間設(shè)有根部墊片2,主簧1的端部平直段之間設(shè)有端部墊片4,端部墊片的材料碳纖維復(fù)合材 料，用以降低彈簧工作時(shí)所產(chǎn)生的摩擦噪聲。副簧3的一半長(zhǎng)度為L(zhǎng)a，即副簧端部觸點(diǎn)與主 簧1端點(diǎn)的水平距離為1〇 = L-La，副簧3端部觸點(diǎn)與主簧1拋物線段之間設(shè)有一定的主、副簧 間隙k以滿足副簧起作用載荷的要求。在主簧的各片結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料特性參數(shù)、副簧的長(zhǎng) 度、主副簧間隙，對(duì)非端部接觸式根部加強(qiáng)型變截面主副簧的副簧起作用載荷進(jìn)行驗(yàn)算。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供的非端部接觸式根部加強(qiáng)型主副簧的副簧起 作用載荷驗(yàn)算方法，其特征在于采用以下驗(yàn)算步驟：
[0006] (1)各片根部加強(qiáng)型變截面主簧的端點(diǎn)變形系數(shù)Gx-El計(jì)算：
[0007] 根據(jù)少片根部加強(qiáng)型變截面主簧的一半長(zhǎng)度L，寬度b，彈性模量E，安裝間距的一 半13,斜線段的長(zhǎng)度A1，拋物線段的根部到主簧端點(diǎn)的距離l 2p = L-l3-Al，斜線段的根部 到主簧端點(diǎn)的距離12 = L-13,斜線段的厚度比γ，第i片主簧的拋物線段的厚度比隊(duì)，其中，i =1，2,…，N，N為主簧片數(shù)，對(duì)各片根部加強(qiáng)型變截面主簧的端點(diǎn)變形系數(shù)Gx-El進(jìn)行計(jì)算， 即
[0008]
f
[0009] (2)第N片根部加強(qiáng)型變截面主簧在拋物線段與副簧觸點(diǎn)的變形系數(shù)Gx-?計(jì)算：
[0010] 根據(jù)少片根部加強(qiáng)型變截面主簧的一半長(zhǎng)度L，寬度b，彈性模量E，斜線段的長(zhǎng)度 A 1，拋物線段的根部到主簧端點(diǎn)的距離12ρ，斜線段的根部到主簧端點(diǎn)的距離12,斜線段的 厚度比γ，副簧觸點(diǎn)與主簧端點(diǎn)的水平距離1〇,對(duì)第N片根部加強(qiáng)型變截面主簧在拋物線段 與副費(fèi)Μ占々卜的亦報(bào)賽翁d井桿i+笪_ Β口
[0011]
[0012] (3)各片根部加強(qiáng)型變截面主簧的一半剛度計(jì)算：
[0013] 根據(jù)少片根部加強(qiáng)型變截面主簧的根部平直段的厚度h2,及步驟（1)中計(jì)算得到 的各片主簧的端點(diǎn)變形系數(shù)G x-El，對(duì)各片根部加強(qiáng)型變截面主簧的一半剛度KMl進(jìn)行計(jì)算， 即
[0014]
[0015] (3)非端部接觸式根部加強(qiáng)型變截面主副簧的副簧起作用載荷Ρκ的驗(yàn)算：
[0016] 根據(jù)根部加強(qiáng)型變截面主簧的根部平直段的厚度h2,主副簧間隙δ，步驟(2)計(jì)算 得到的第Ν片主簧在拋物線段與副簧觸點(diǎn)處的變形系數(shù)G x-?，及步驟(3)中計(jì)算得到的各片 主簧的一半剛度KMl，對(duì)非端部接觸式根部加強(qiáng)型變截面主副簧的副簧起作用載荷Ρκ進(jìn)行驗(yàn) 算，即
[0017]
[0018] 式中，Κ_為第Ν片主簧的一半剛度。
[0019]本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)
[0020] 由于根部加強(qiáng)型少片變截面鋼板彈簧在任意位置變形計(jì)算非常復(fù)雜，因此，先前 一直未能給出根部加強(qiáng)型少片主簧在拋物線段與副簧觸點(diǎn)處的主、副簧間隙的設(shè)計(jì)方法。
[0021] 本發(fā)明可根據(jù)根部加強(qiáng)型少片變截面主簧的結(jié)構(gòu)尺寸、彈性模量，首先確定出各 片主簧端點(diǎn)變形系數(shù)、一半剛度，及第Ν主簧在拋物線段與副簧觸點(diǎn)處的變形系數(shù);然后，根 據(jù)主副簧間隙設(shè)計(jì)值、主簧根部平直段的厚度h 2、各片主簧的一半剛度、及第Ν主簧在拋物 線段與副簧觸點(diǎn)處的變形系數(shù)點(diǎn)處的變形系數(shù)，對(duì)非端部接觸式根部加強(qiáng)型變截面主副簧 的副簧起作用載荷Ρκ進(jìn)行驗(yàn)算。
[0022]通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)例及ANSYS仿真驗(yàn)證可知，該方法可得到準(zhǔn)確、可靠的非端部接觸式根 部加強(qiáng)型變截面主副簧的副簧起作用載荷的驗(yàn)算值，為非端部接觸式根部加強(qiáng)型少片變截 面主副的副簧起作用載荷的驗(yàn)算，提供了可靠的驗(yàn)算方法。利用該方法，可提高少片變截面 主副簧的設(shè)計(jì)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(shí)，還降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用，加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度。
【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是非端部接觸根部加強(qiáng)型主副簧的副簧起作用載荷的驗(yàn)算流程圖；
[0025] 圖2是非端部接觸根部加強(qiáng)型主副簧的一半對(duì)稱結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3是實(shí)施例一的非端部接觸根部加強(qiáng)型變截面主簧的變形仿真云圖；
[0027]圖4是實(shí)施例二的非端部接觸根部加強(qiáng)型變截面主簧的變形仿真云圖。 具體實(shí)施方案
[0028] 下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0029] 實(shí)施例一:某根部加強(qiáng)型少片變截面主簧的片數(shù)Ν = 2,其中，各片主簧的一半長(zhǎng)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13 = 55mm;斜線段長(zhǎng)度Δ l = 30mm，拋物線段的根部厚度h2P = 10.23mm，即斜線段的厚度比 γ =0.93;第1片主簧的端部平直段的厚度hn = 7.0mm，即第1片主簧的拋物線段的厚度比仇 = hn/h2p = 0.69,第2片主簧的端部平直段的厚度h12 = 6.0mm，即第2片主簧的拋物線段的厚 度比02 = hi2/h2P = O . 59。副簧長(zhǎng)度LA=355mm，即副簧觸點(diǎn)到主簧端點(diǎn)的片數(shù)距離1〇 = 220mm，副簧觸點(diǎn)與主簧拋物線段之間的主副簧間隙δ = 17.45_。對(duì)該非端部接觸式根部加 強(qiáng)型變截面主副簧的副簧起作用載荷進(jìn)行驗(yàn)算。
[0030] 本發(fā)明實(shí)例所提供的非端部接觸式根部加強(qiáng)型主副簧的副簧起作用載荷驗(yàn)算方 法，其驗(yàn)算流程如圖1所示，具體驗(yàn)算步驟如下：
[0031] (1)各片根部加強(qiáng)型變截面主簧的端點(diǎn)變形系數(shù)Gx-El計(jì)算：
[0032]根據(jù)少片根部加強(qiáng)型變截面主簧的一半長(zhǎng)度L = 575mm，寬度b = 60mm，彈性模量E =200GPa，安裝間距的一半13 = 55mm，斜線段的長(zhǎng)度Δ1 = 30mm，拋物線段的根部到主簧端 點(diǎn)的距離l2P = L-l3_A l = 490mm，斜線段的根部到主簧端點(diǎn)的距離l2 = L-l3 = 520mm，斜線段 的厚度比γ =0.93,第1片主簧的拋物線段的厚度比& = 0.69,第2片主簧的拋物線段的厚 度比β2 = 0.59,對(duì)第1片、第2片根部加強(qiáng)型變截面主簧的端點(diǎn)變形系數(shù)Gx-e4PGx-E2分別進(jìn)行 計(jì)算，即
[0033]
[0035] (2)第2片根部加強(qiáng)型變截面主簧在拋物線段與副簧觸點(diǎn)的變形系數(shù)GX- CD計(jì)算：
[0036]根據(jù)少片根部加強(qiáng)型變截面主簧的一半長(zhǎng)度L = 575mm，寬度b = 60mm，彈性模量E = 200GPa，斜線段的長(zhǎng)度Δ l = 30mm，拋物線段的根部到主簧端點(diǎn)的距離l2P = 490mm，斜線段 的根部到主