本發(fā)明涉及車輛懸架板簧，特別是高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧撓度的計(jì)算方法。

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(jì)要求，隨著高強(qiáng)度鋼板材料的出現(xiàn)，可采用高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧，并且將二級(jí)漸變過程的懸架偏頻設(shè)計(jì)為等偏頻。高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧撓度計(jì)算是制約高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧主副簧切線弧高及主副簧間隙設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，其中，主副簧切線弧高及主副簧間隙對(duì)剛度特性和懸架偏頻特性及車輛行駛平順性具有重要影響。然而，由于主簧與一級(jí)副簧和二級(jí)副簧的漸變接觸過程中，接觸長(zhǎng)度和漸變剛度都隨載荷而變化，因此，高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的撓度計(jì)算非常復(fù)雜，不僅與主簧和一級(jí)副簧及二級(jí)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(guó)內(nèi)外一直未給出高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧撓度的計(jì)算方法。隨著車輛行駛速度及其對(duì)平順性要求的不斷提高，對(duì)車輛等偏頻兩級(jí)漸變剛度板簧懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高要求，因此，必須建立一種精確、可靠的高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧撓度的計(jì)算方法，以滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展、車輛行駛平順性及對(duì)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的設(shè)計(jì)要求，提高產(chǎn)品設(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)，降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn)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、可靠的高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧撓度的計(jì)算方法，計(jì)算流程圖，如圖1所示。等偏頻兩級(jí)漸變剛度板簧的各片板簧采用高強(qiáng)度鋼板，寬度為b，彈性模量為E，各片板簧的以中心栓穿裝孔為中心的對(duì)稱結(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(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的的一半對(duì)稱結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中，主簧1的片數(shù)為n，主簧各片的厚度為h_i，一半作用長(zhǎng)度為L(zhǎng)_iT，一半夾緊長(zhǎng)度為L(zhǎng)_i＝L_iT-L₀/2，i＝1,2,…,n，主簧夾緊剛度為K_M。第一級(jí)副簧2的片數(shù)為m₁，第一級(jí)副簧各片的厚度為h_A1j，一半作用長(zhǎng)度為L(zhǎng)_A1jT，一半夾緊長(zhǎng)度為L(zhǎng)_A1j＝L_AjT-L₀/2，j＝1,2,…,m₁，主簧與第一級(jí)副簧的復(fù)合夾緊剛度為K_M1，末片主簧的下表面與第一副簧首片的上表面之間的設(shè)置有第一級(jí)漸變間隙δ_MA1。第二級(jí)副簧3的片數(shù)為m₂，第二級(jí)副簧各片的厚度為h_A2k，一半作用長(zhǎng)度為L(zhǎng)_A2kT，一半夾緊長(zhǎng)度為L(zhǎng)_A2k＝L_A2kT-L₀/2，k＝1,2,…,m₂，主簧與第一級(jí)和第二級(jí)副簧的總復(fù)合夾緊剛度為K_MA2，第一級(jí)副簧末片下表面與第二副簧首片上表面之間的設(shè)置有第二級(jí)漸變間隙δ_MA2。當(dāng)載荷P小于第1次開始起作用載荷P_k1時(shí)，只有主簧起作用，懸架夾緊剛度為主簧夾緊剛度K_M；當(dāng)載荷達(dá)到第2次開始起作用載荷P_k2時(shí)，末片主簧下表面與第一級(jí)副簧首片上表面完全接觸，懸架夾緊剛度為主簧和第一級(jí)副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA1；當(dāng)載荷達(dá)到第2次完全起作用載荷P_w2時(shí)，主簧和第一級(jí)副簧與第二級(jí)副簧完全接觸，懸架夾緊剛度為主副簧的總復(fù)合夾緊剛度K_MA2。當(dāng)載荷在[P_k1,P_w2]范圍內(nèi)變化時(shí)，高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的第一級(jí)和第二級(jí)漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP1和K_kwP2隨載荷而變化，從而滿足在不同載荷下的懸架系統(tǒng)偏頻保持不變的設(shè)計(jì)要求。根據(jù)各片板簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、接觸載荷、空載載荷和額定載荷，在漸變夾緊剛度計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧在不同載荷下的主簧撓度進(jìn)行計(jì)算。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧撓度的計(jì)算方法，其特征在于采用以下計(jì)算步驟：

(1)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的不同片數(shù)l重疊段的等效厚度h_ie的計(jì)算：

根據(jù)主簧的片數(shù)n,主簧各片的厚度h_i，i＝1,2,...,n；第一級(jí)副簧的片數(shù)m₁，第一級(jí)副簧各片的厚度h_A1j，j＝1,2,...,m₁；第二級(jí)副簧的片數(shù)m₂,第二級(jí)副簧各片的厚度h_A2k，k＝1,2,...,m₂；板簧總片數(shù)N＝n+m₁+m₂，對(duì)漸變剛度鋼板彈簧的不同片數(shù)l重疊段的等效厚度h_le進(jìn)行計(jì)算，l＝1,2,...,N，即

(2)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度K_M的計(jì)算：

根據(jù)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；主簧的片數(shù)n，主簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L_i，及步驟(1)中計(jì)算得到的h_le，l＝i＝1,2,…,n，對(duì)主簧夾緊剛度K_M進(jìn)行計(jì)算，即

(3)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧與第一級(jí)副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA1的計(jì)算：

根據(jù)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；主簧的片數(shù)n，主簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L_i，i＝1,2,…,n，；第一級(jí)副簧的片數(shù)m₁，第一級(jí)副簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L_A11＝L_n+j，j＝1,2,...,m₁；主簧與第一級(jí)副簧的片數(shù)之和N₁＝n+m₁，及步驟(1)中計(jì)算得到的h_le，l＝1,2,…,N₁，對(duì)主簧與第一級(jí)副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA1進(jìn)行計(jì)算，即

(4)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA2的計(jì)算：

根據(jù)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；主簧的片數(shù)n,主簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L_i，i＝1,2,…,n；第一級(jí)副簧的片數(shù)m₁，第一級(jí)副簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L_A1j＝L_n+j，j＝1,2,…,m₁；第二級(jí)副簧片數(shù)m₂，第二級(jí)副簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)_A2k＝L_N1+k，k＝1,2,…,m₂；主副簧的總片數(shù)N＝n+m₁+m₂，及步驟(1)中計(jì)算得到的h_le，l＝1,2,…,N，對(duì)主副簧的總復(fù)合夾緊剛度K_MA2進(jìn)行計(jì)算，即

(5)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧在不同載荷情況下的主簧撓度計(jì)算：

根據(jù)空載載荷P₀，額定載荷P_N,第1次開始接觸載荷P_k1，第2次開始接觸載荷P_k2，第2次完全接觸載荷P_w2，步驟(2)～步驟(4)中分別計(jì)算得到的K_M、K_MA1和K_MA2，對(duì)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧在不同載荷P下的主簧撓度f_M進(jìn)行計(jì)算，即

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

由于主簧與一級(jí)副簧和二級(jí)副簧的漸變接觸過程中，接觸長(zhǎng)度和漸變剛度都隨載荷而變化，因此，高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的撓度計(jì)算非常復(fù)雜，不僅與主簧和一級(jí)副簧及二級(jí)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(guó)內(nèi)外一直未給出高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧撓度的計(jì)算方法。本發(fā)明可根據(jù)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧各片和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、第1次和第2次接觸載荷、空載載荷和額定載荷，對(duì)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧在不同載荷下的主簧撓度進(jìn)行計(jì)算。通過ANSYS仿真和樣機(jī)加載變形試驗(yàn)可知，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧撓度的計(jì)算方法是正確的，為高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的切線弧高和主副簧間隙設(shè)計(jì)及CAD軟件開發(fā)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法可提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量和性能及車輛行駛平順性；同時(shí)，還可降低設(shè)計(jì)和試驗(yàn)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是高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧撓度的計(jì)算流程圖；

圖2是高強(qiáng)度兩級(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)施例的高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧的ANSYS變形仿真云圖；

圖4是實(shí)施例的高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧與第一級(jí)副簧的ANSYS變形仿真云圖；

圖5是實(shí)施例的高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主副簧的ANSYS變形仿真云圖；

圖6是實(shí)施例的高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧撓度f_M隨載荷P的變化曲線。

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：某高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度鋼板彈簧的寬度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＝2，主簧各片的厚度h₁＝h₂＝8mm，主簧各片的一半作用長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)_1T＝525mm，L_2T＝450mm；主簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)₁＝L_1T-L₀/2＝500mm，L₂＝L_2T-L₀/2＝425mm。第一級(jí)副簧的片數(shù)m₁＝1，厚度h_A11＝11mm，一半作用長(zhǎng)度為L(zhǎng)_A11T＝360mm，一半夾緊長(zhǎng)度L_A11＝L₃＝L_A11T-L₀/2＝335mm。第二級(jí)副簧的片數(shù)m₂＝2，厚度h_A21＝h_A22＝11mm，一半作用長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)_A21T＝250mm，L_A22T＝155mm；一半夾緊長(zhǎng)度分別L_A21＝L₄＝L_A21T-L₀/2＝225mm，L_A22＝L₅＝L_A22T-L₀/2＝130mm。主副簧的總片數(shù)為N＝5?？蛰d載荷P₀＝1715N，額定載荷P_N＝7227N，第1次開始接觸載荷P_k1＝1888N，第2次開始接觸載荷P_k2＝4133N，第2次完全接觸載荷P_w2＝6678N。根據(jù)各片板簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，騎馬螺栓夾緊距，彈性模量，接觸載荷，對(duì)該兩級(jí)漸變剛度鋼板彈簧在不同載荷P下的主簧撓度f_M進(jìn)行計(jì)算。

本發(fā)明實(shí)例所提供的高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧撓度的計(jì)算方法，其計(jì)算流程如圖1所示，具體計(jì)算步驟如下：

(1)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的不同片數(shù)l重疊段的等效厚度h_le的計(jì)算：

根據(jù)主簧的片數(shù)n＝2，主簧各片的厚度h₁＝h₂＝8mm；第一級(jí)副簧片數(shù)m₁＝1,厚度h_A11＝11mm；第二級(jí)副簧片數(shù)m₂＝2,第二級(jí)副簧各片的厚度h_A21＝h_A22＝11mm；板簧總片數(shù)N＝n+m₁+m₂＝5，對(duì)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的不同片數(shù)l重疊段的等效厚度h_le進(jìn)行計(jì)算，l＝1,2,...,N，即

h_1e＝h₁＝8.0mm；

(2)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度K_M的計(jì)算：

根據(jù)漸變剛度鋼板彈簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；主簧的片數(shù)n＝2，主簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L₁＝500mm，L₂＝425mm，及步驟(1)中計(jì)算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，對(duì)主簧夾緊剛度K_M進(jìn)行計(jì)算，即

根據(jù)主簧各片的厚度、寬度和一半夾緊長(zhǎng)度，彈性模量E，建立ANSYS仿真模型，在端部施加一集中力F＝900N，進(jìn)行ANSYS變形仿真和剛度驗(yàn)證，仿真得到的主簧ANSYS變形仿真云圖，如圖3所示，其中，端部最大撓度f_Mmax＝34.615mm，因此，高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度ANSYS仿真驗(yàn)證值K_M＝2F/f_Mmax＝52N/mm,與計(jì)算值K_M＝51.44N/mm的相對(duì)偏差僅為1.09％，表明高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度K_M的計(jì)算值是準(zhǔn)確可靠的。

(3)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧與第一級(jí)副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA1的計(jì)算：

根據(jù)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度鋼板彈簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；主簧的片數(shù)n＝2，主簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L₁＝500mm，L₂＝425mm；第一級(jí)副簧的片數(shù)m₁＝1，一半夾緊長(zhǎng)度L_A11＝L₃＝335mm，主簧與第一級(jí)副簧的片數(shù)之和N₁＝n+m₁＝3，及步驟(1)中計(jì)算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，h_3e＝13.3mm，對(duì)主簧與第一級(jí)副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA1進(jìn)行計(jì)算，即

根據(jù)主簧各片和第一級(jí)副簧的厚度、寬度和一半夾緊長(zhǎng)度，彈性模量E，建立ANSYS仿真模型，在端部施加一集中力F＝2000N，進(jìn)行ANSYS變形仿真和剛度驗(yàn)證，仿真得到的ANSYS變形仿真云圖，如圖4所示，其中，端部最大撓度f_MA1max＝35.555mm，因此，高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧和第一級(jí)副簧的復(fù)合夾緊剛度ANSYS仿真驗(yàn)證值K_MA1＝2F/f_MA1max＝112.502N/mm,與計(jì)算值K_MA1＝112.56N/mm的相對(duì)偏差僅為0.051％，表明主簧與第一副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA1的計(jì)算值是準(zhǔn)確可靠的。

(4)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA2的計(jì)算：

根據(jù)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度鋼板彈簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；主簧的片數(shù)n＝2，主簧各片的一半夾緊長(zhǎng)度L₁＝500mm，L₂＝425mm；第一級(jí)副簧的片數(shù)m₁＝1，一半夾緊長(zhǎng)度L_A11＝L₃＝335mm；第二級(jí)副簧片數(shù)m₂＝2，各片的一半夾緊長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)_A21＝L₄＝225mm，L_A22＝L₅＝130mm，主副簧的總片數(shù)N＝5，及步驟(1)中計(jì)算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，h_3e＝13.3mm，h_4e＝15.4mm；h_5e＝17.1mm；對(duì)主副簧的總復(fù)合夾緊剛度K_MA2進(jìn)行計(jì)算，即

根據(jù)各片板簧的厚度、寬度和一半夾緊長(zhǎng)度，彈性模量E，建立ANSYS仿真模型，在端部施加一集中力F＝4000N，進(jìn)行ANSYS變形仿真和剛度驗(yàn)證，仿真得到的ANSYS變形仿真云圖，如圖5所示，其中，端部最大撓度f_MA2max＝44.184mm，因此，高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主副簧的復(fù)合夾緊剛度ANSYS仿真驗(yàn)證值K_MA2＝2F/f_MA2max＝181.06N/mm,與計(jì)算值K_MA1＝181.86N/mm的相對(duì)偏差僅為0.44％，表明該高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA2的計(jì)算值是準(zhǔn)確可靠的。

(5)高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧在不同載荷情況下的主簧撓度計(jì)算：

根據(jù)空載載荷P₀＝1715N，額定載荷P_N＝7227N,第1次開始接觸載荷P_k1＝1888N，第2次開始接觸載荷P_k2＝4133N，第2次完全接觸載荷P_w2＝6678N，步驟(2)～步驟(4)中分別計(jì)算得到的K_M＝51.44N/mm、K_MA1＝112.56N/mm和K_MA2＝181.86N/mm，對(duì)該高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧在不同載荷P下的主簧撓度f_M進(jìn)行計(jì)算，即

計(jì)算所得到的高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧撓度f_M隨載荷P的變化曲線，如圖6所示；其中，在空載載荷P₀＝1715N時(shí)的主簧撓度f_M0＝33.3mm，在第1次開始接觸載荷P_k1＝1888N時(shí)的主簧撓度f_Mk1＝36.7mm，在第2次開始接觸載荷P_k2＝4133N時(shí)的主簧撓度f_Mk2＝65.5mm，在第2次完全接觸載荷P_w2＝6678N時(shí)主簧撓度f_Mw2＝83.1mm，在額定載荷P_N＝7227N,時(shí)主簧撓度f_MN＝86.1mm。

通過樣機(jī)ANSYS仿真和加載撓度試驗(yàn)可知，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧的主簧撓度的計(jì)算方法是正確的，利用該方法可得到準(zhǔn)確可靠的高強(qiáng)度兩級(jí)漸變剛度板簧在不同載荷下的主簧撓度計(jì)算值。