端部接觸式少片端部加強型副簧根部厚度的設計方法
【專利摘要】本發明端部接觸式少片端部加強型副簧根部厚度的設計方法，屬于懸架鋼板彈簧技術領域。本發明可根據各片主簧的結構參數、副簧的長度和片數、彈性模量及主副簧復合剛度設計要求值，對端部接觸式少片端部加強型主副簧的副簧根部平直段厚度進行設計。通過實例及ANSYS仿真驗證可知，該端部接觸式少片端部加強型副簧根部厚度的設計方法是正確的，可得到準確可靠的副簧根部厚度設計值，為端部接觸式少片端部加強型主副簧CAD軟件開發奠定了可靠的技術基礎。利用該方法提高產品設計水平和性能及車輛行駛平順性；同時，降低產品設計及試驗費用，加快產品開發速度。
【專利說明】
端部接觸式少片端部加強型副簧根部厚度的設計方法
技術領域
[0001] 本發明涉及車輛懸架鋼板彈簧，特別是端部接觸式少片端部加強型副簧根部厚度 的設計方法。
【背景技術】
[0002] 少片變截面鋼板彈簧因具有重量輕、片間摩擦小、噪聲小等優點，被廣泛應用在車 輛鋼板彈簧懸架系統中。為了滿足加工工藝、應力強度、剛度及吊耳厚度的設計要求，在實 際工程應用過程中，通常將少片變截面鋼板彈簧設計為端部接觸式少片端部加強型變形截 面主副簧形式。在副簧長度和片數及拋物線段厚度比給定情況下，副簧的根部平直段厚度 影響主副簧的復合剛度和應力強度和使用壽命及車輛行駛平順性。然而，由于該形式的少 片變截面主副簧的結構復雜，各片主簧的端部平直段非等構，主副簧的長度不相等，且當載 荷大于副簧起作用載荷主副簧接觸之后，各片主副簧的內力及變形存有耦合，對其分析計 算非常困難，目前國內外一直未曾給出可靠的端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的 副簧根部厚度設計方法。先前大都是忽略各片主簧的端部非等構，并且將主副簧看作等長， 直接利用主副簧的復合剛度設計要求值減去主簧剛度，對副簧的剛度和根部厚度進行近似 設計，所以不能滿足端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧精確設計及CAD軟件開發的 要求。因此，必須建立一種準確、可靠的端部接觸式少片端部加強型主副簧的副簧根部厚度 設計方法，滿足端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧精確設計及CAD軟件開發的要求， 在不增加產品成本的前提下，提高少片變截面鋼板彈簧的設計水平、質量和性能及車輛行 駛平順性;同時，降低產品設計及試驗費用，加快產品開發速度。
【發明內容】
[0003] 針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種簡便、 可靠的端部接觸式少片端部加強型副簧根部厚度的設計方法，設計流程圖，如圖1所示。端 部接觸式少片端部加強型變截面主副簧為對稱結構，主副簧的一半對稱結構可看作為懸臂 梁，即對稱中心線為根部固定端，主簧的端部受力點和副簧的觸點分別作為主簧端點和副 簧端點，一半對稱結構的主副簧及主副簧間隙的示意圖，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和副簧3的一半對稱結構是由根部平直段、拋物線段、斜 線段、端部平直段四段構成，斜線段對變截面彈簧的端部起加強作用；主簧1的各片根部平 直段之間、副簧3的根部平直段之間、及主簧1與副簧3的根部平直段之間均設有根部墊片2; 主簧1各片的端部平直段設有端部墊片4,端部墊片4的材料為碳纖維復合材料，用來降低彈 簧工作時所產的摩擦噪聲。主簧1和副簧3的寬度為b，安裝間距的一半長度為1 3,斜線段的 長度為A 1，彈性模量為E。主簧1的一半長度為LM，各片主簧的根部平直段的厚度為h2M，拋物 線段的根部到主簧端點的距離為1 2M = LM-13;主簧片數為m，各片拋物線段的端部厚度為 h1Mpi，拋物線段的厚度比βρΙηΜρ/^Μ，拋物線段的端部到主簧端點的距離各 片主簧的端部平直段非等構，即第1片主簧的端部平直段的厚度和長度，大于其他各片主簧 的端部平直段的厚度和長度，其中，各片主簧的端部平直段的厚度和長度分別為h1Ml和1皿 = liMPi-A 1;斜線段的厚度比yMi = hiMi/hiMPi，i = l，2,…，m。副簧3的一半長度為La，副簧觸 點與主簧端點的水平距離為1o = Lm-LA，各片副簧的根部平直段的厚度為h2A為待設計參數， 拋物線段的根部到副簧端點的距離為1 2A=La-13,副簧片數為n，其中，各片副簧的拋物線段 的厚度比㈨，拋物線段的端部厚度為h 1A" = i3A加 a，拋物線段的端部到副簧端點的距離l1Apj = 12ΑβΑΛ斜線段的厚度比為jyAj，端部平直段的厚度和長度分別為h 1Aj= yAjh1Apj和l1Aj = 11Α"-Δ1。副簧端部觸點與第m片主簧端部平直段之間設有主副簧間隙δ;當載荷大于副簧 起作用載荷時，副簧觸點與主簧端部平直段內某點相接觸，主副簧共同工作滿足復合剛度 設計要求。在各片主簧的結構參數、副簧的長度和片數、彈性模量，及主副簧復合剛度設計 要求值給定情況下，對端部接觸式少片端部加強型主副簧的各片副簧根部平直段厚度進行 設計。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明所提供的端部接觸式少片端部加強型副簧根部厚度 的設計方法，其特征在于采用以下設計步驟：
[0005] (1)端點受力情況下的各片端部加強型變截面主簧的端點變形系數Gx-El計算：
[0006] 根據端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b，斜線段的長度Δ1，彈性 模量E;主簧的一半長度Lm，主簧拋物線段的根部到主簧端點的距離1 2M，主簧片數m，其中，第 i片主簧的拋物線段的厚度比隊，斜線段的厚度比γΜι，斜線段的根部到主簧端點的距離 hMpi，斜線段的端部到主簧端點的距離11(?1，1 = 1，2，一，!11，對端點受力情況下的各片主簧的 端點變形系數Gx-El進行計算，SP
[0007]
[0008] (2)端點受力情況下的第m片端部加強型變截面主簧在端部平直段與副簧接觸點 處的變形系數G X-DE計算：
[0009] 根據端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b，斜線段的長度△ 1，彈性 模量E;主簧的一半長度LM，主簧拋物線段的根部到主簧端點的距離12M，主簧片數m，其中，第 m片主簧的拋物線段的厚度比h，斜線段的根部到主簧端點的距離hMpm，斜線段的端部到彈 簧端點的距離，斜線段的厚度比副簧觸點與主簧端點的水平距離1〇,對端點受力情 況下的第m片主簧在端部平直段與副簧接觸點處的變形系數G X-DE進行計算，即
[0010]
[0011] (3)主副簧接觸點受力情況下的第m片端部加強型變截面主簧的端點變形系數 Gx-Ezm計算:根據端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b，斜線段的長度△ 1，彈性 模量E;主簧的一半長度LM，主簧拋物線段的根部到主簧端點的距離12M，主簧片數m，其中，第 m片主簧的拋物線段的厚度比h，斜線段的根部到主簧端點的距離hMpm，斜線段的端部到彈 簧端點的距離1_，斜線段的厚度比Yifc;副簧觸點與主簧端點的水平距離1〇,對主副簧接觸 點處受力情況下的第m片主簧在端點位置處的變形系數G x-EzJi行計算，即
[0012]
[0014] (4)主副簧接觸點受力情況下的第m片端部加強型變截面主簧在端部平直段與副 簧接觸點處的變形系數G x-DEz的計算：
[0015] 根據端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b，斜線段的長度△ 1，彈性 模量E;主簧的一半長度LM，主簧拋物線段的根部到主簧端點的距離12M，主簧片數m，其中，第 m片主簧的拋物線段的厚度比h，斜線段的根部到主簧端點的距離hMpm，斜線段的端部到彈 簧端點的距離1_，斜線段的厚度比Yifc;副簧觸點與主簧端點的水平距離1〇,對主副簧接觸 點受力情況下的第m片主簧在端部平直段與副簧接觸點處的變形系數G x-DEz進行計算，即
[0016]
[0017] (5)端點受力情況下的η片疊加副簧的總端點變形系數Gx-EAT計算：
[0018] 根據端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b，斜線段的長度△ 1，彈性 模量E;副簧的一半長度LA，副簧拋物線段的根部到副簧端點的距離12A;副簧片數n，其中，各 片副簧的拋物線段的厚度比以，斜線段的厚度比γ Α，斜線段的根部到副簧端點的距離11AP， 斜線段的端部到彈簧端點的距離11A，對η片疊加副簧的總端點變形系數G X-EAT進行計算，即
[0019]
[0020] (6)端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的副簧根部厚度h2A設計：
[0021] I步驟:等效單片副簧根部厚度的設計
[0022] 根據主副簧復合剛度設計要求值KMAT，主簧片數m，各片主簧的根部平直段的厚度 h2M，步驟⑴中計算得到的6^，步驟⑵中計算得到的GX-DE，步驟⑶中計算所得到的Gx-Ezm， 步驟(4)中計算得到的G x-DEz，及步驟(5)中計算得到的GX-EAT，對端部接觸式少片端部加強型 變截面主副簧的等效單片副簧根部厚度hd進行設計，即
[0023]
[0024] II步驟:端部接觸式少片端部加強型變截面副簧的各片根部厚度h2A設計
[0025] 根據副簧片數n，及I步驟中計算所得到的hd，對端部接觸式少片端部加強型變截 面主副簧的各片副簧根部平直段的厚度h2A進行設計，即
[0026]
[0027]本發明比現有技術具有的優點
[0028]由于該端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的結構復雜，各片主簧的端部平 直段非等構，主副簧的長度不相等，且當載荷大于副簧起作用載荷主副簧接觸之后，各片主 副簧的內力及變形存有耦合，對其分析計算非常困難，目前國內外一直未曾給出可靠的端 部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的副簧根部厚度精確設計方法。先前大都是忽略各 片主簧的端部平直段非等構，并且將主副簧看作等長，直接利用主副簧的復合剛度設計要 求值減去主簧剛度，對副簧的剛度及根部厚度進行近似設計，所以不能滿足端部接觸式少 片端部加強型變截面主副簧精確設計及CAD軟件開發的要求。本發明可根據各片主簧的結 構參數、副簧的長度和片數、彈性模量及主副簧復合剛度設計要求值給定情況下，對端部接 觸式少片端部加強型主副簧的各片副簧根部平直段厚度進行設計。通過設計實例及ANSYS 仿真驗證可知，該方法可得到準確、可靠的端部接觸式少片端部加強型主副簧的副簧根部 厚度設計值，為端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的副簧根部厚度設計提供了可靠 的設計方法，并且為端部接觸式少片變截面端部加強型主副簧的副簧CAD軟件開發奠定了 可靠的技術基礎。利用該方法可提高車輛懸架變截面主副簧的設計水平、產品質量和性能， 降低懸架彈簧質量和成本，提高車輛的運輸效率和行駛平順性；同時，還降低產品設計及試 驗費用，加快產品開發速度。
【附圖說明】
[0029]為了更好地理解本發明，下面結合附圖做進一步的說明。
[0030] 圖1是端部接觸式少片端部加強型主副簧的副簧根部厚度的設計流程圖；
[0031] 圖2是端部接觸式少片端部加強型主副簧的一半對稱結構示意圖；
[0032]圖3是實施例一的端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的ANSYS變形仿真云 圖；
[0033]圖4是實施例二的端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的ANSYS變形仿真云 圖。 具體實施方案
[0034]下面通過實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0035]實施例一:某端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b = 60mm，安裝間距 的一半l3 = 55mm，斜線段的長度Δ 1 = 30mm，彈性模量E = 200GPa ;主簧的一半長度Lm = 575mm，各片主簧的根部平直段的厚度h2M=llmm，拋物線段的根部到主簧端點的距離12M = LM-l3 = 520mm;主簧片數m=2,其中，第1片主簧的拋物線段的端部厚度hiMPi = 6mm，拋物線段 的厚度比01 = 111?11)1/1^=〇.55，拋物線段的端部到主簧端點的距離11?11)1 = 12?^12 = 154.71111111， 端部平直段的厚度hm = 7mm，斜線段的厚度比γ m ihm/hMpi = 1 · 17，端部平直段的長度 1imi = 1impi_ A 1 = 124.71_;第2片主黃的拋物線段的端部厚度11_ = 5_，拋物線段的厚度 比& = hiMP2/h2M=0.45,拋物線段的端部到主簧端點的距離liMP2 = l2M022 = lO7.44mm，端部平 直段的厚度hiM2 = 6mm，斜線段的厚度比γ Μ2 = 1ι?Μ2/1ηΜΡ2 = 1 · 20,端部平直段的長度1?Μ2 = 1?ΜΡ2- A 1 = 77.44mm。畐|J簧的--半長度LA=525mm，畐|J簧拋物線段的根部至lj畐|J簧端點的距離 l2A=LA_l3 = 470mm，g橫片數n=l，其中，該片副簧的拋物線段的厚度比ft\=0.50,拋物線段 的端部到副簧端點的距離11% = 12-2 = 117.5〇!11111，斜線段的厚度比7/1=1.14，端部平直段 的長度1ια=1μ ρ_Δ 1 = 87.50mm;副簧觸點與主簧端點的水平距離l〇 = LM-LA=50mm。主副簧 復合剛度設計要求值KMAT = 98.56N/mm，對該端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的副 簧根部厚度進行計算。
[0036]本發明實例所提供的端部接觸式少片端部加強型副簧根部厚度的設計方法，其設 計流程如圖1所示，具體設計步驟如下：
[0037] (1)端點受力情況下的各片端部加強型變截面主簧的端點變形系數Gx-El計算：
[0038] 根據端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b = 60mm，斜線段的長度Δ1 = 30mm，彈性模量E = 200GPa;主簧的一半長度LM=575mm，主簧拋物線段的根部到主簧端點 的距離l2M = 520mm，主簧片數m = 2,其中，第1片主簧的拋物線段的厚度比& = 0.55,斜線段 的厚度比丫(《1 = 1.17，斜線段的根部到主簧端點的距離1_1 = 154.71111111，斜線段的端部到主 簧端點的距離lm = 124.71mm;第2片主簧的拋物線段的厚度比β2 = 0.45,斜線段的厚度比 丫[?2 = 1.20，斜線段的根部到主簧端點的距離11_ = 107.44111111，斜線段的端部到主簧端點的 距離l1M2 = 77.44mm;對端點受力情況下的第1片和第2片主簧的端點變形系數Gx-EdPGx- E2進 分別行計算，BP
[0039] -I VJ'T. .> 11 1 1 1 I / .1. ·? ，.
[0041] (2)端點受力情況下的第m片端部加強型變截面主簧在端部平直段與副簧接觸點 處的變形系數G X-DE計算：
[0042] 根據端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b = 60mm，斜線段的長度Δ 1 = 30mm，彈性模量E = 200GPa;主簧的一半長度LM=575mm，主簧拋物線段的根部到主簧端點 的距離l2M = 520mm;主簧片數m = 2,其中，第2片主簧的拋物線段的厚度比β2 = 0.45,斜線段 的根部到主簧端點的距離l1Mp2 = 107.44mm，斜線段的端部到主簧端點的距離11Μ2 = 77.44mm，斜線段的厚度比γ M2 = 1.20; g[J簧觸點與主簧端點的水平距離1 0 = 50mm，對端點受 力情況下的第2片主簧在端部平直段與副簧接觸點處的變形系數GX-DE進行計算，即
[0043]
[0044] (3)主副簧接觸點受力情況下的第m片端部加強型變截面主簧的端點變形系數 Gx-Ezm計算:根據端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b = 60mm，斜線段的長度Δ l = 30mm，彈性模量E = 200GPa;主簧的一半長度LM = 575mm，主簧拋物線段的根部到主簧端 點的距離l2M=520mm;主簧片數m = 2,其中，第2片主簧的拋物線段的厚度比β2 = 0.45,斜線 段的根部到主簧端點的距離l1Mp2 = 107.44mm，斜線段的端部到主簧端點的距離11Μ2 = 77.44mm，斜線段的厚度比γ M2 = 1.20; g[J簧觸點與主簧端點的水平距離1 0 = 50mm，對主副簧 接觸點受力情況下的第2片主簧的端點變形系數6^^2進行計算，即 [00451
[0046] (4)主副簧接觸點受力情況下的第m片端部加強型變截面主簧在端部平直段與副 簧接觸點處的變形系數G x-DEz的計算：
[0047] 根據端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b = 60mm，斜線段的長度Δ 1 = 30mm，彈性模量E = 200GPa;主簧的一半長度LM=575mm，主簧拋物線段的根部到主簧端點 的距離l2M = 520mm;主簧片數m = 2,其中，第2片主簧的拋物線段的厚度比β2 = 0.45,斜線段 的根部到主簧端點的距離l1Mp2 = 107.44mm，斜線段的端部到主簧端點的距離11Μ2 = 77.44mm，斜線段的厚度比γ M2 = 1.20; g[J簧觸點與主簧端點的水平距離1 0 = 50mm，對主副簧 接觸點受力情況下的第2片主簧在端部平直段與副簧接觸點處的變形系數Gx-DEz進行計算， 即
[0048] =7丄'/i.mm'/M ;
[0049] (5)端點受力情況下的η片疊加副簧的總端點變形系數GX-EAT計算：
[0050] 根據端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b = 60mm，斜線段的長度Δ1 = 30mm，彈性模量E = 200GPa;g[J簧的一半長度LA=525mm，g[J簧拋物線段的根部到副簧端點 的距離l2A = 470mm，g橫片數n=l，該片副簧的拋物線段的厚度比βΑ=0.50,斜線段的厚度 比γΑ= 1.14,斜線段的根部到副簧端點的距離11Αρ= 117.50mm，斜線段的端部到副簧端點 的距離1ια=87.50_，對η片疊加副簧的總端點變形系數Gx-eat進行計算，即
[0051] / Λ Λ ，
[0053] (6)端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的各片副簧根部厚度h2A設計：
[0054] I步驟:等效單片副簧根部厚度heA的設計
[0055]根據主副簧復合剛度設計要求值KMAT = 98.56N/mm，主簧片數m = 2,各片主簧的根 部平直段的厚度h2M= 11mm，步驟(1)中計算得到的Gx-ei = 107.53mm4/N和Gx-e2 = 113.42mm4/ N，步驟(2)中計算得到的Gx-de = 94.37mm4/N，步驟(3)中計算得到的Gx-eZ2 = 94.37mm4/N，步驟 ⑷中計算所得到的Gx-dez = 79.78mm4/N，及步驟(5)中計算所得到的Gx-eat = 77.5 lmm4/N，對 端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的等效單片副簧根部厚度heA進行設計，即
[0056]
[0057] II步驟:端部接觸式少片端部加強型變截面副簧的各片根部厚度h2A設計
[0058 ] 根據副簧片數η = 1，及I步驟中計算所得到的heA = 14mm，對該端部接觸式少片端部 加強型變截面主副簧的副簧根部厚度h2A進行設計，即
[0059]
[0060] 利用ANSYS有限元仿真軟件，根據該少片端部加強型變截面主副簧的各片主簧和 副簧的結構參數和彈性模量，及設計得到的副簧根部厚度h 2A=14mm，建立一半對稱結構主 副簧的ANSYS仿真模型，劃分網格，設置副簧端點與主簧接觸，并在仿真模型的根部施加固 定約束，在主簧端點施加集中載荷F=1840N，對該少片端部加強型變截面鋼板彈簧的主副 簧的變形進行ANSYS仿真，所得到的主副簧的ANSYS變形仿真云圖，如圖3所示;其中，主副簧 在端點位置處的最大變形量f DSmax = 3 7.15mm，可知，該主副簧復合剛度的仿真驗證值Kmat = 2F/fDSmax = 99 · 06N/mm 〇
[0061 ] 可知，該主副簧復合剛度仿真驗證值Kmat = 99.06N/mm，與設計要求值Kmat = 98.56N/mm相吻合，相對偏差僅為0.51 % ;結果表明該發明所提供的端部接觸式少片端部加 強型副簧根部厚度的設計方法是正確的，副簧根部厚度的設計值是可靠的。
[0062]實施例二:某端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b = 60mm，安裝間距 的一半l3 = 60mm，斜線段的長度Δl = 30mm，彈性模量E = 200GPa。主簧的一半長度LM = 600mm，各片主簧的根部平直段的厚度h2M=12mm，拋物線段的根部到主簧端點的距離12M = LM-l3 = 540mm;主簧片數m=2,其中，第1片主簧的拋物線段的端部厚度hiMPi = 7mm，拋物線段 的厚度比01 = 111?11)1/1^=〇.58，拋物線段的端部到主簧端點的距離11?11)1 = 12?^12 = 183.75111111， 端部平直段的厚度hiMi = 8mm，斜線段的厚度比γ Mi = hiMi/hiMPi = 1 · 14,端部平直段的長度 1?Μ? = 1?ΜΡι-A 1 = 153.75_;第2片主黃的拋物線段的端部厚度11_ = 6_，拋物線段的厚度 比后2 = 111?11)2/1^=0.50，拋物線段的端部到主簧端點的距離11?11)2 = 12?^22= 135111111，端部平直 段的厚度hiM2 = 7mm，斜線段的厚度比γ M2 = hiM2/luMP2 = 1 · 17，端部平直段的長度1謹2 = 1_2-Δ 1 = 1 〇5mm。副簧的一半長度La=540mm，g橫拋物線段的根部到副簧端點的距離12A=La-ι 3 =480mm，副簧片數η = 1，該片副簧的拋物線段的厚度比βΑ = 0.54，拋物線段的端部到副簧 端點的距離11Αρ = 12ΑβΑ2=139.17πιπι，副簧的斜線段的厚度比γΑ=1.14,端部平直段的長度 1 ια= 1 ?ΑΡ- Al = l〇9.17mm;畐IJ簧角蟲點與主簧端點的水平距離1 〇 = Lm_La=60mm，主畐IJ簧復合岡lj 度設計要求值KMAT = 94.74N/mm。根據各片主簧的結構參數、副簧的長度和片數、彈性模量及 主副簧復合剛度設計要求值，對該端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的副簧根部厚 度進行設計。
[0063]采用與實施例一相同的設計方法和步驟，對該端部接觸式少片端部加強型變截面 主副簧的副簧根部厚度進行設計，具體設計步驟如下：
[0064] (1)端點受力情況下的各片端部加強型變截面主簧的端點變形系數Gx-El計算：
[0065]根據該端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b = 60mm，斜線段的長度 Δ l = 30mm，彈性模量E = 200GPa;主簧的一半長度LM = 600mm，拋物線段的根部到主簧端點 的距離l2M = 540mm，主簧片數m = 2,其中，第1片主簧的拋物線段的厚度比& = 0.58,斜線段 的厚度比γΜ1 = 1.14,斜線段的根部到主簧端點的距離l1Mpl = 183.75mm，斜線段的端部到主 簧端點的距離1廈=153.75!11111;第2片主簧的拋物線段的厚度比β2 = 0·50,斜線段的厚度比 丫[?2=1.17，斜線段的根部到主簧端點的距離1_ 2 = 135111111，斜線段的端部到主簧端點的距 離l1M2 = 105mm，對端點受力情況下的第1片主簧和第2片主簧的端點變形系數Gx-EjPGx- Ε2分 別進行計算，即
[0066] = u&,i umm /JN ；
[0068] (2)端點受力情況下的第m片端部加強型變截面主簧在端部平直段與副簧接觸點 處的變形系數GX-DE計算：
[0069]根據該端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b = 60mm，斜線段的長度 Δ l = 30mm，彈性模量E = 200GPa;主簧的一半長度LM = 600mm，拋物線段的根部到主簧端點 的距離l2M = 540mm，主簧片數m = 2,其中，第2片主簧的拋物線段的厚度比β2 = 0.50,斜線段 的根部到主簧端點的距離l1Mp2 = 135mm，斜線段的端部到主簧端點的距離l1M2 = 105mm，斜線 段的厚度比γΜ2 = 1.17;副簧觸點與主簧端點的水平距離l〇 = 60mm，對端點受力情況下的第 2片主簧在端部平直段與副簧接觸點處的變形系數GX-DE進行計算，即
[0070]
[0071] (3)主副簧接觸點受力情況下的第m片端部加強型變截面主簧的端點變形系數 Gx-Ezm計算:根據該端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b = 60mm，斜線段的長度 Δ l = 30mm，彈性模量E = 200GPa;主簧的一半長度LM = 600mm，拋物線段的根部到主簧端點 的距離l2M = 540mm，主簧片數m = 2,其中，第2片主簧的拋物線段的厚度比β2 = 0.50,斜線段 的根部到主簧端點的距離l1Mp2 = 135mm，斜線段的端部到主簧端點的距離l1M2 = 105mm，斜線 段的厚度比YM2 = 1.17;g[J簧觸點與主簧端點的水平距離l0 = 60mm，對主副簧接觸點受力情 況下的第2片主簧的端點變形系數6^22進行計算，即
[00721 ^ ν / ι\12/^2
[0073] (4)主副簧接觸點受力情況下的第m片端部加強型變截面主簧在端部平直段與副 簧接觸點處的變形系數Gx-DEz的計算：
[0074]根據該端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b = 60mm，斜線段的長度 Δ l = 30mm，彈性模量E = 200GPa;主簧的一半長度LM = 600mm，拋物線段的根部到主簧端點 的距離l2M = 540mm，主簧片數m = 2,其中，第2片主簧的拋物線段的厚度比β2 = 0.50,斜線段 的根部到主簧端點的距離l1Mp2 = 135mm，斜線段的端部到主簧端點的距離l1M2 = 105mm，斜線 段的厚度比YM2 = 1.17;g[J簧觸點與主簧端點的水平距離l0 = 60mm，對主副簧接觸點處受力 情況下的第2片主簧在端部平直段與副簧接觸點處的變形系數Gx-DEz進行計算，即 [0075]
[0076] (5)端點受力情況下的η片疊加副簧的總端點變形系數GX-EAT計算：
[0077]根據該端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b = 60mm，斜線段的長度 Δ 1 = 30mm，彈性模量E = 200GPa; g[J簧的一半長度La = 540mm，副簧拋物線段的根部到副簧 端點的距離12A=480mm，副簧片數η = 1，該片副簧的拋物線段的厚度比βΑ = 0.54，斜線段的 厚度比γΑ=1.14,斜線段的根部到副簧端點的距離l1Ap=139.17mm，斜線段的端部到副簧 端點的距離1ia= 109.17mm，對η片疊加副簧的總端點變形系數Gx-eat進行計算，即
[0078]
[
[0080] (6)端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的各片副簧根部厚度h2A設計：
[0081] I步驟:等效單片副簧根部厚度的設計
[0082] 根據主副簧復合剛度設計要求值KMAT = 94.74N/mm，主簧片數m = 2,各片主簧的根 部平直段的厚度h2M= 12mm，步驟（1)中計算得到的Gx-ei = 111. 50mm4/N和Gx-E2 = 116.10mm4/ N，步驟(2)中計算得到的Gx-de = 93 · 70mm4/N，步驟(3)中計算得到的Gx-EZ2 = 93 · 70mm4/N，步驟 (4)中計算得到的Gx-dez = 77 · 25mm4/N，及步驟(5)中計算所得到的Gx-eat = 82 · 17mm4/N，對端 部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的等效單片副簧根部厚度heA進行設計，即
[0083]
[0084] II步驟:端部接觸式少片端部加強型變截面副簧的各片根部厚度h2A設計
[0085 ] 根據副簧片數η = 1，及I步驟中計算所得到的heA = 13mm，對該端部接觸式少片端部 加強型變截面主副簧的副簧根部厚度h2A進行設計，即
[0086]
[0087]利用ANSYS，限兀仿具軟件，根據該端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的 各片主簧和副簧的結構參數和彈性模量，及設計得到的副簧根部厚度h2A=13mm，建立一半 對稱結構主副簧的ANSYS仿真模型，劃分網格，設置副簧端點與主簧接觸，并在仿真模型的 根部施加固定約束，在主簧端點施加集中載荷F=1850N，對該端部接觸式少片端部加強型 變截面主副簧的變形進行ANSYS仿真，所得到的主副簧的ANSYS變形仿真云圖，如圖4所示； 其中，主副簧在端點位置處的最大變形量f DSmax = 39.23mm，可知，該主副簧復合剛度的仿真 驗證值 KMAT = 2F/fDSmax = 94.32N/mm。
[0088] 可知，該主副簧復合剛度仿真驗證值Kmat = 94.32N/mm，與設計要求值Kmat = 94.74N/mm相吻合，相對偏差僅為0.44% ;結果表明該發明所提供的端部接觸式少片端部加 強型副簧根部厚度的設計方法是正確的，副簧根部厚度的設計值是準確、可靠的。
【主權項】
1.端部接觸式少片端部加強型副簧根部厚度的設計方法，其中，端部接觸式少片端部 加強型主副簧的一半對稱結構由根部平直段、拋物線段、斜線段和端部平直段4段構成，斜 線段對變截面主簧端部起加強作用;各片主簧的端部平直段非等構，即第1片主簧的端部平 直段的厚度和長度，大于其他各片主簧的端部平直段的厚度和長度，以滿足第1片主簧復雜 受力的要求;副簧觸點與主簧端部平直段之間設有一定的主副簧間隙，以滿足副簧起作用 載荷的設計要求;副簧長度小于主簧長度，當載荷大于副簧起作用載荷時，副簧觸點與主簧 在端部平直段內某點相接觸，以滿足主副簧復合剛度的設計要求;在各片主簧的結構參數、 副簧的長度和片數、彈性模量及主副簧復合剛度設計要求值給定情況下，對端部接觸式少 片端部加強型主副簧的各片副簧根部平直段厚度進行設計，具體設計步驟如下： (1) 端點受力情況下的各片端部加強型變截面主簧的端點變形系數Gx-E1計算： 根據端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b，斜線段的長度△ 1，彈性模量 E;主簧的一半長度Lm，主簧拋物線段的根部到主簧端點的距離12M，主簧片數m，其中，第i片 主簧的拋物線段的厚度比隊，斜線段的厚度比YM 1，斜線段的根部到主簧端點的距離11MP1， 斜線段的端部到主簧端點的距離l1Ml，i = l，2, ···，!!!，對端點受力情況下的各片主簧的端點 變形系數Gdd井行計筧，艮口(2) 端點受力情況下的第m片端部加強型變截面主簧在端部平直段與副簧接觸點處的 變形系數Gx-DE計算： 根據端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b，斜線段的長度△ 1，彈性模量 E;主簧的一半長度Lm，主簧拋物線段的根部到主簧端點的距離12M，主簧片數m，其中，第m片 主簧的拋物線段的厚度比K，斜線段的根部到主簧端點的距離I 1Mpm，斜線段的端部到彈簧端 點的距離1_，斜線段的厚度比副簧觸點與主簧端點的水平距離1〇,對端點受力情況下 的第m片主簧在端部平直段與副簧接觸點處的變形系數G x-DE進行計算，即(3) 主副簧接觸點受力情況下的第m片端部加強型變截面主簧的端點變形系數Gx-Ez4+ 算:根據端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b，斜線段的長度△ 1，彈性模量E; 主簧的一半長度Lm，主簧拋物線段的根部到主簧端點的距離12M，主簧片數m，其中，第m片主 簧的拋物線段的厚度比匕，斜線段的根部到主簧端點的距離I 1Mt*，斜線段的端部到彈簧端點 的距離Ilfc，斜線段的厚度比副簧觸點與主簧端點的水平距離1〇,對主副簧接觸點處受 力情況下的第m片主簧在端點位置處的變形系數Gx-Ezm?行計算，即(4) 主副簧接觸點受力情況下的第m片端部加強型變截面主簧在端部平直段與副簧接 觸點處的變形系數Gx- DEz的計算： 根據端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b，斜線段的長度△ 1，彈性模量 E;主簧的一半長度LM，主簧拋物線段的根部到主簧端點的距離12M，主簧片數m，其中，第m片 主簧的拋物線段的厚度比K，斜線段的根部到主簧端點的距離斜線段的端部到彈簧端 點的距離I lfc，斜線段的厚度比副簧觸點與主簧端點的水平距離1〇,對主副簧接觸點受 力情況下的第m片主簧在端部平直段與副簧接觸點處的變形系數G x-DEz進行計算，即(5) 端點受力情況下的η片疊加副簧的總端點變形系數Gx-EAt計算： 根據端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的寬度b，斜線段的長度△ 1，彈性模量 E;副簧的一半長度LA，副簧拋物線段的根部到副簧端點的距離12A;副簧片數n，其中，各片副 簧的拋物線段的厚度比β Α，斜線段的厚度比γΑ，斜線段的根部到副簧端點的距離Iup，斜線 段的端部到彈簧端點的距離I 1A，對η片疊加副簧的總端點變形系數Gx-EAT進行計算，即(6) 端部接觸式少片端部加強型變截面主副簧的副簧根部厚度h2A設計： I步驟:等效單片副簧根部厚度Ka的設計 根據主副簧復合剛度設計要求值Kmat，主簧片數m，各片主簧的根部平直段的厚度h2M，步 驟⑴中計算得到的Gx-E1，步驟(2)中計算得到的Gx-DE，步驟(3)中計算所得到的G x-Ezm，步驟 (4)中計算得到的Gx-DEz，及步驟(5)中計算得到的GX- EAT，對端部接觸式少片端部加強型變截 面主副簧的等效單片副簧根部厚度Ka進行設計，即II步驟:端部接觸式少片端部加強型變截面副簧的各片根部厚度h2A設計 根據副簧片數n，及I步驟中計算所得到的heA，對端部接觸式少片端部加強型變截面主 副簧的各片副簧根部平直段的厚度h 2A講桿設計，即
【文檔編號】F16F3/02GK105889378SQ201610321711
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月13日
【發明人】周長城, 于曰偉, 趙雷雷, 汪曉, 袁光明, 邵明磊, 邵杰
【申請人】山東理工大學