本發(fā)明涉及車輛懸架板簧，特別是高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

隨著高強(qiáng)度鋼板材料的出現(xiàn)，可采用高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧，從而滿足在不同載荷下的懸架漸變剛度及懸架偏頻保持不變的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)一步提高車輛行駛平順性，其中，主簧初始切線弧高不僅影響各級(jí)副簧的初始切線弧高設(shè)計(jì)，而且還對(duì)三級(jí)漸變間隙、接觸載荷、漸變接觸剛度、懸架偏頻及車輛行駛平順性具有重要影響。主簧初始切線弧高是由額定載荷下的剩余切線弧高和主簧在額定載荷下的撓度所決定的，然而，由于高強(qiáng)度三級(jí)漸變板簧的主簧撓度計(jì)算非常復(fù)雜，不僅與主簧及各級(jí)副簧的結(jié)構(gòu)和載荷有關(guān)，而且還與接觸載荷大小有關(guān)，因此，據(jù)所查資料可知，目前國內(nèi)外尚未給出可靠的高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高的設(shè)計(jì)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)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高的設(shè)計(jì)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(duì)高強(qiáng)度三級(jí)漸變板簧的設(shè)計(jì)要求，確保主簧及各級(jí)副簧初始切線弧高及三級(jí)漸變間隙、接觸載荷和最大限位撓度滿足設(shè)計(jì)要求，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平、性能和質(zhì)量及車輛行駛平順性；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)問題是提供一種簡便、可靠的高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)流程如圖1所示。高強(qiáng)度三級(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、第一級(jí)副簧2和第二級(jí)副簧3和第三級(jí)副簧4所組成的，高強(qiáng)度三級(jí)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，主簧各片的厚度為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(jí)副簧2的片數(shù)為n₁，第一級(jí)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(jí)副簧3的片數(shù)為n₂，第二級(jí)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(jí)副簧4的片數(shù)為n₃，第三級(jí)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(jí)漸變剛度板簧的總片數(shù)N＝n+n₁+n₂+n₃，主簧及各級(jí)副簧之間設(shè)有三級(jí)漸變間隙δ_MA1、δ_A12和δ_A23，即末片主簧下表面與第一級(jí)副簧首片上表面之間設(shè)有一級(jí)漸變間隙δ_MA1；第一級(jí)副簧末片下表面與第二級(jí)副簧首片上表面之間設(shè)有二級(jí)漸變間隙δ_A12；第二級(jí)副簧末片下表面與第三級(jí)副簧首片上表面之間設(shè)有三級(jí)漸變間隙δ_A23。通過主簧和各級(jí)副簧初始切線弧高及三級(jí)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(jì)要求。根據(jù)各片板簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量，各次接觸載荷，額定載荷及在額定載荷下主簧剩余切線弧高要求值，對(duì)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高進(jìn)行設(shè)計(jì)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高的設(shè)計(jì)方法，其特征在于采用以下設(shè)計(jì)步驟：

(1)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度h_me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)n₁，第一級(jí)副簧各片的厚度h_A1j，j＝1,2,…,n₁；第二級(jí)副簧的片數(shù)n₂,第二級(jí)副簧各片的厚度h_A2k，k＝1,2,…,n₂；第三級(jí)副簧的片數(shù)n₃，第三級(jí)副簧各片的厚度h_A3l，l＝1,2,…,n₃；主副簧的總片數(shù)N＝n+n₁+n₂+n₃，對(duì)三級(jí)漸變剛度鋼板彈簧的各不同片數(shù)m重疊段的等效厚度h_me進(jìn)行計(jì)算，m＝1,2,…,N，即：

(2)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧的夾緊剛度K_M的仿真計(jì)算:

根據(jù)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度鋼板彈簧的寬度b，彈性模量E；主簧的片數(shù)n,主簧各片的一半夾緊長度L_i，i＝1,2,…,n，及步驟(1)中計(jì)算得到的h_me，m＝i＝1,2,…,n，對(duì)主簧的夾緊剛度K_M進(jìn)行仿真計(jì)算，即

(3)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧與各級(jí)副簧復(fù)合夾緊剛度的計(jì)算：

i步驟：主簧與第一級(jí)副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA1的計(jì)算

根據(jù)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度鋼板彈簧的寬度b，彈性模量E；主簧的片數(shù)n,主簧各片的一半夾緊長度L_i，i＝1,2,…,n；第一級(jí)副簧的片數(shù)n₁,第一級(jí)副簧各片的一半夾緊長度L_A1j＝L_n+j,j＝1,2,…,n₁；主簧和第一級(jí)副簧的片數(shù)之和N₁＝n+n₁，及步驟(1)中計(jì)算得到的h_me，m＝1,2,…,N₁，對(duì)主簧與第一級(jí)副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA1進(jìn)行計(jì)算，即

ii步驟：主簧與第一級(jí)和第二級(jí)副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA2的計(jì)算

根據(jù)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度鋼板彈簧的寬度b，彈性模量E；主簧的片數(shù)n,主簧各片的一半夾緊長度L_i，i＝1,2,…,n；第一級(jí)副簧的片數(shù)n₁,第一級(jí)副簧各片的一半夾緊長度L_A1j＝L_n+j,j＝1,2,…,n₁；第二級(jí)副簧的片數(shù)n₂，第二級(jí)副簧各片的一半夾緊長度L_A2k＝L_N1+k，k＝1,2,…,n₂；主簧與第一級(jí)副簧和第二級(jí)副簧的片數(shù)之和N₂＝n+n₁+n₂，及步驟(1)中計(jì)算得到的h_me，m＝1,2,…,N₂，對(duì)主簧與第一級(jí)和第二級(jí)副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA2進(jìn)行仿真計(jì)算，即

iii步驟：主副簧的總復(fù)合夾緊剛度K_MA3的仿真計(jì)算

根據(jù)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度鋼板彈簧的寬度b，彈性模量E；主簧的片數(shù)n，主簧各片的一半夾緊長度L_i，i＝1,2,…,n；第一級(jí)副簧的片數(shù)n₁,第一級(jí)副簧各片的一半夾緊長度L_A1j＝L_n+j,j＝1,2,…,n₁；第二級(jí)副簧的片數(shù)n₂，第二級(jí)副簧各片的一半夾緊長度L_A2k＝L_N1+k，k＝1,2,…,n₂；第三級(jí)副簧的片數(shù)n₃，第三級(jí)副簧各片的一半夾緊長度L_A3l＝L_N2+l，l＝1,2,…,n₃；主副簧的總片數(shù)N＝n+n₁+n₂+n₃，及步驟(1)中計(jì)算得到的h_me，m＝1,2,…,N，對(duì)主副簧的總夾緊復(fù)合剛度K_MA3進(jìn)行仿真計(jì)算，即，即

(4)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高H_gM0的計(jì)算：

根據(jù)第1次開始接觸載荷P_k1，第2第開始接觸載荷P_k2，第3第開始接觸載荷P_k3和第3次完全接觸載荷P_w3，額定載荷P_N及在額定載荷下的剩余切線弧高H_gMsy，步驟(2)分別設(shè)計(jì)得到的K_M，步驟(3)中計(jì)算得到的K_MA1、K_MA2和K_MA3，對(duì)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高H_gM0進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

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

由于高強(qiáng)度三級(jí)漸變板簧的主簧撓度計(jì)算非常復(fù)雜，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明可根據(jù)高強(qiáng)度三級(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，各次接觸載荷，額定載荷及在額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計(jì)要求值，對(duì)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高進(jìn)行設(shè)計(jì)。過仿真和樣機(jī)試驗(yàn)測(cè)試可知，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高的設(shè)計(jì)方法是正確的，為高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧設(shè)計(jì)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法可得可靠的主簧初始切線弧高設(shè)計(jì)值，確保滿足三級(jí)漸變間隙、接觸載荷、漸變剛度及額定載荷下剩余切線弧高的設(shè)計(jì)要求，提高車輛行駛平順性和安全性；同時(shí)，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)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高的設(shè)計(jì)流程圖；

圖2是高強(qiáng)度三級(jí)漸變板簧的一半對(duì)稱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實(shí)施例的高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧在不同載荷下的主簧切線弧高H_gMP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)度三級(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。主副簧的總片數(shù)N＝5，其中，主簧的片數(shù)n＝2,主簧各片的厚度h₁＝h₂＝8mm；主簧各片的一半作用長度分別為L_1T＝525mm，L_2T＝450mm；一半夾緊長度分別為L₁＝L_1T-L₀/2＝500mm，L₂＝L_2T-L₀/2＝425mm。第一級(jí)副簧的片數(shù)n₁＝1，厚度h_A11＝8mm，一半作用長度為L_A11T＝350mm，一半夾緊長度為L_A11＝L₃＝L_A11T-L₀/2＝325mm。第二級(jí)副簧的片數(shù)n₂＝1,厚度h_A21＝13mm，一半作用長度為L_A21T＝250mm，一半夾緊長度為L_A21＝L₄＝L_A21T-L₀/2＝225mm。第三級(jí)副簧的片數(shù)n₃＝1，厚度h_A31＝13mm，一半作用長度為L_A31T＝150mm，一半夾緊長度為L_A31＝L₅＝L_A31T-L₀/2＝125mm。第1次開始接觸載荷P_k1＝1966N，第2第開始接觸載荷P_k2＝2882N，第3第開始接觸載荷P_k3＝5522N，第3次完全接觸載荷P_w3＝6609N。額定載荷P_N＝7227N，及在額定載荷下的主簧剩余切線弧高要求值H_gMsy＝26mm。根據(jù)各片板簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量，各次接觸載荷，額定載荷，及在額定載荷下的主簧初始切線弧高設(shè)計(jì)要求值，對(duì)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本發(fā)明實(shí)例所提供的高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高的設(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)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度h_ie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)副簧的片數(shù)n₁＝1，厚度h_A11＝8mm；第二級(jí)副簧的片數(shù)n₂＝1,厚度h_A21＝13mm；第三級(jí)副簧的片數(shù)n₃＝1，厚度h_A31＝13mm；主副簧的總片數(shù)N＝n+n₁+n₂+n₃；對(duì)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度鋼板彈簧各不同片數(shù)重疊段的等效厚度h_me進(jìn)行計(jì)算，m＝1,2,…,N，即：

h_1e＝h₁＝8.0mm；

(2)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧的夾緊剛度K_M的仿真計(jì)算：

根據(jù)高強(qiáng)度三級(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度L₁＝500mm，L₂＝425mm，及步驟(1)中計(jì)算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，m＝i＝1,2,...,n，對(duì)主簧的夾緊剛度K_M進(jìn)行仿真計(jì)算，即

(3)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧與各級(jí)副簧復(fù)合夾緊剛度的計(jì)算：

i步驟：主簧與一級(jí)副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA1的計(jì)算：

根據(jù)高強(qiáng)度三級(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度L₁＝500mm，L₂＝425mm；第一級(jí)副簧的片數(shù)n₁＝1,一半夾緊長度L_A11＝L₃＝325mm，主簧和第一級(jí)副簧的片數(shù)之和N₁＝n+n₁＝3，及步驟(1)中計(jì)算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，h_3e＝11.5mm，m＝1,2,...,N₁，對(duì)主簧與一級(jí)副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA1進(jìn)行計(jì)算，即

ii步驟：主簧與第一級(jí)和第二級(jí)副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA2的計(jì)算：

根據(jù)高強(qiáng)度三級(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度L₁＝500mm，L₂＝425mm；第一級(jí)副簧的片數(shù)n₁＝1，一半夾緊長度L_A11＝L₃＝325mm；第二級(jí)副簧的片數(shù)n₂＝1，一半夾緊長度L_A21＝L₄＝225mm，主簧與第一級(jí)和第二級(jí)副簧的片數(shù)之和N₂＝n+n₁+n₂＝4，及步驟(1)中計(jì)算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，h_3e＝11.5mm，h_4e＝15.5mm，m＝1,2,...,N₂，對(duì)主簧與第一級(jí)和第二級(jí)副簧的夾緊復(fù)合剛度K_MA2進(jìn)行仿真計(jì)算，即

iii步驟：主副簧的總復(fù)合夾緊剛度K_MA3的仿真計(jì)算：

根據(jù)高強(qiáng)度三級(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)n₁＝2，主簧各片的一半夾緊長度L₁＝500mm，L₂＝425mm；第一級(jí)副簧的片數(shù)n₁＝1，一半夾緊長度L_A11＝L₃＝325mm；第二級(jí)副簧片數(shù)n₂＝1，一半夾緊長度L_A21＝L₄＝225mm；第三級(jí)副簧片數(shù)n₃＝1，一半夾緊長度L_A31＝L₅＝125mm；主副簧的總片數(shù)N＝n+n₁+n₂+n₃＝5，及步驟(1)中計(jì)算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，h_3e＝11.5mm，h_4e＝15.5mm，h_5e＝18.1mm，m＝1,2,...,N，對(duì)主副簧的總夾緊復(fù)合剛度K_MA3進(jìn)行仿真計(jì)算，即，即

(4)高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高H_gM0的計(jì)算：

根據(jù)第1次開始接觸載荷P_k1＝1966，第2第開始接觸載荷P_k2＝2882N，第3第開始接觸載荷P_k3＝5522N、第3次完全接觸載荷P_w3＝6609N，額定載荷P_N＝7227N，及在額定載荷下的剩余切線弧高H_gMsy＝26mm，步驟(2)中計(jì)算得到的K_M＝51.44N/mm，步驟(3)中計(jì)算得到的K_MA1＝75.41N/mm、K_MA2＝144.46N/mm和K_MA3＝172.9N/mm，對(duì)該高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高H_gM0進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

根據(jù)主簧切線弧高設(shè)計(jì)值H_gM0＝114.1mm，利用Matlab計(jì)算程序，仿真計(jì)算所得到的該高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧在不同載荷下的主簧切線弧高H_gMP隨載荷P的變化曲線，如圖3所示，其中，在額定載荷P_N＝7227N下的主簧剩余切線弧高H_gMsy＝26mm，滿足在額定載荷下的剩余切線弧高的設(shè)計(jì)要求。

通過樣機(jī)加載撓度試驗(yàn)可知，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高設(shè)計(jì)方法是正確的，為高強(qiáng)度三級(jí)漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高設(shè)計(jì)提供了可靠的技術(shù)方法。利用該方法，可提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量和性能及車輛行駛平順性和安全性性；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。