基于復合剛度的一級漸變剛度板簧末片副簧的調整設計法的制作方法

本發(fā)明涉及車輛懸架鋼板彈簧，特別是基于復合剛度的一級漸變剛度板簧末片副簧的調整設計法。

背景技術：

為了滿足在不同載荷下的車輛行駛平順性的設計要求，可采用一級漸變剛度板簧，其中，主簧夾緊剛度是由各片主簧的厚度和長度所決定的，并且影響主副簧復合夾緊剛度、漸變剛度、懸架偏頻及車輛行駛平順性。然而，由于受板簧根部等效厚度及主副簧復合夾緊剛度解析計算等關鍵問題的制約，先前一直未能給出基于復合剛度的一級漸變剛度板簧末片副簧的調整設計法，不能對主副簧復合夾緊剛度進行解析驗算，更不能在驗證基礎上對末片副簧的長度或厚度進行精確調整設計，大都是利用傳統(tǒng)的試驗測試法，因此，不能滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展及一級漸變剛度板簧現(xiàn)代化CAD軟件開發(fā)的要求。隨著車輛行駛速度及其對平順性要求的不斷提高，對一級漸變剛度板簧懸架提出了更高要求，因此，必須建立一種精確、可靠的基于復合剛度的一級漸變剛度板簧末片副簧的調整設計法，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展、車輛行駛平順性及安全性及一級漸變剛度板簧設計的要求，確保滿足主副簧復合夾緊剛度、懸架偏頻和車輛行駛平順性的設計要求，進一步提高一級漸變剛度板簧的設計水平、產性能及車輛行駛平順性；同時，降低設計及試驗費用，加快產品開發(fā)速度。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種簡便、可靠的基于復合剛度的一級漸變剛度板簧末片副簧的調整設計法，調整設計流程如圖1所示。一級漸變剛度板簧的一半對稱結構如圖2所示，是由主簧1和副簧2所組成的，一級漸變剛度板簧的一半跨度，即為首片主簧的一半作用長度為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，各片主簧的厚度為h_i，主簧的一半作用長度為L_it，一半夾緊長度L_i＝L_it-L₀/2，i＝1,2,…n。副簧2的片數(shù)為m，各片副簧的厚度為h_Aj，各片副簧的一半作用長度為L_Ajt，一半夾緊長度L_Aj＝L_n+j＝L_Ajt-L₀/2，j＝1,2,…m。通過主簧和副簧初始切線弧高，確保副簧首片端部上表面與主簧末片端部下表面之間設置有一定的主副簧間隙δ_MA，以滿足漸變剛度板簧簧開始接觸載荷和完全接觸載荷、主簧應力強度和懸架漸變剛度的設計要求。主副簧復合夾緊剛度是由各片主簧和副簧的厚度和長度所決定，并且影響懸架偏頻及車輛行駛平順性。根據各片主簧和副簧的結構參數(shù)、彈性模量，在復合夾緊剛度驗算的基礎上，以主副簧復合夾緊剛度設計要求值為目標，對一級漸變剛度板簧末片副簧的長度或厚度進行調整設計，確保主副簧的復合夾緊剛度滿足設計要求。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所提供的基于復合剛度的一級漸變剛度板簧末片副簧的調整設計法，其特征在于采用以下調整設計步驟：

(1)一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度計算：

根據主簧片數(shù)n，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,...,n；副簧片數(shù)m，各片副簧的厚度h_Aj，j＝1,2,...,m；主副簧的總片數(shù)N＝n+m，對一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)k重疊段的等效厚度h_ke進行計算，k＝1,2,...,N，即

(2)一級漸變剛度板簧的主副簧復合夾緊剛度K_MA的驗算：

根據一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；主簧片數(shù)n，各片主簧的一半夾緊長度L_i，i＝1,2,...,n；副簧片數(shù)m，各片副簧的一半夾緊長度L_Aj＝L_n+j，j＝1,2,...,m；主副簧的總片數(shù)N＝n+m；步驟(1)中計算得到的h_ke，k＝1,2,...,N，對主副簧復合夾緊剛度K_MA進行驗算，即

(3)基于復合夾緊剛度的末片副簧的調整設計：

根據主副簧復合夾緊剛度K_MA設計要求值，及步驟(2)中驗算得到的K_MA；當驗證值K_MA小于設計要求值，則根據一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；各片主簧夾緊長度L_i，i＝1,2,...,n；副簧片數(shù)m，前m-1片副簧的一半夾緊長度L_Aj＝L_n+j，j＝1,2,...,m-1，主副簧的總片數(shù)N＝n+m，及步驟(1)中計算得到的h_ke，k＝1,2,...,N，以主副簧復合夾緊剛度K_MA設計要求值為目標，對末片副簧的一半夾緊長度L_Am進行調整設計，即

即末片副主簧的一半作用長度L_Amt＝L_Am+L₀/2；

當驗證值K_MA大于設計要求值，則根據一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；主簧片數(shù)n，各片主簧夾緊長度L_i，i＝1,2,...,n；副簧片數(shù)m，各片副簧的一半夾緊長度L_Aj＝L_n+j，j＝1,2,...,m，主副簧簧的總片數(shù)N＝n+m，及步驟(1)中計算得到的h_ke，k＝1,2,...,N-1，以主副簧復合夾緊剛度K_MA設計要求值為目標，對末片副簧的厚度h_Am進行調整設計，即

(4)調整設計之后的主簧夾緊剛度的ANSYS仿真驗證：

根據末片副簧調整設計之后的各片主簧和副簧的厚度和一半夾緊長度，建立一半對稱夾緊結構的ANSYS仿真模型，在端點施加一集中力F，對其進行ANSYS變形仿真及復合夾緊剛度驗證，仿真所得到的最大撓度為f_Mmax，則主副簧復合夾緊剛度的ANSYS仿真驗證值K_MA＝2F/f_Mmax。

本發(fā)明比現(xiàn)有技術具有的優(yōu)點

由于受板簧根部等效厚度和主副簧復合夾緊剛度解析計算等關鍵問題的制約，先前一直未能給出基于復合剛度的一級漸變剛度板簧末片副簧的調整設計法，不能對主副簧復合夾緊剛度進行解析驗算，更不能在驗證基礎上對末片副簧的長度或厚度進行精確解析調整設計，大都是利用傳統(tǒng)的試驗測試法，因此，不能滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展及對懸架彈簧所提出的更高要求。本發(fā)明可根據各片主簧和副簧的結構參數(shù)、彈性模量，在主副簧復合夾緊剛度驗算的基礎上，對一級漸變剛度板簧末片副簧的長度或厚度進行調整設計。通過樣機加載撓度及剛度試驗可知，表明本發(fā)明所提供的基于復合剛度的一級漸變剛度板簧末片副簧的調整設計法是正確的，該方法可在主副簧復合夾緊剛度驗算的基礎上，對末片副簧的厚度或長度進行精確調整設計，為一級漸變剛度板簧設計奠定了可靠的技術基礎，確保主副簧復合夾緊剛度滿足設計要求。利用該方法可提高一級漸變剛度板簧的設計水平、產品質量、性能及車輛行駛平順性；同時，還可節(jié)省設計和試驗測試費用，加快產品開發(fā)速度。

附圖說明

為了更好地理解本發(fā)明，下面結合附圖做進一步的說明。

圖1是基于復合剛度的一級漸變剛度板簧末片副簧的調整設計流程圖；

圖2是一級漸變剛度板簧的一半對稱結構示意圖；

圖3是實施例一的末片副簧調整設計之前的一級漸變剛度板簧的ANSYS變形仿真云圖；

圖4是實施例一的末片副簧調整設計之后的一級漸變剛度板簧的ANSYS變形仿真云圖。

具體實施方案

下面通過實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

實施例一：某一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，騎馬螺栓夾緊距的一半L₀＝50mm，彈性模量E＝200GPa。主副簧的復合夾緊剛度設計要求值K_MA＝181N/mm，主簧片數(shù)n＝3，其中，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm，各片主簧的一半作用長度分別為L_1t＝525mm，L_2t＝450mm，L_3t＝350mm；各片主簧的一半夾緊長度分別為L₁＝L_1t-L₀/2＝500mm，L₂＝L_2t-L₀/2＝425mm，L₃＝L_3t-L₀/2＝325mm。副簧片數(shù)m＝2，各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝13mm，各片副簧的一半作用長度分別為L_A1t＝250mm，L_A2t＝150mm；一半夾緊長度分別為L_A1＝L₄＝L_A1t-L₀/2＝225mm，L_A2＝L₅＝L_A2＝L_A2t-L₀/2＝125mm。根據該漸變剛度板簧的各片主簧和副簧的結構參數(shù)，彈性模量，對該一級漸變剛度板簧的主副簧復合夾緊剛度進行驗算，并根據設計要求值對末片副簧進行調整設計。

本發(fā)明實例所提供的基于復合剛度的一級漸變剛度板簧末片副簧的調整設計法，其調整設計的流程如圖1所示，具體調整設計步驟如下：

(1)一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度計算：

根據主簧片數(shù)n＝3，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm；副簧片數(shù)m＝2，各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝13mm；主副簧的總片數(shù)N＝n+m＝5，對該一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)k重疊段的等效厚度h_ke計算，k＝1,2,...,N，即

(2)一級漸變剛度板簧的主副簧復合夾緊剛度K_MA的驗算：

根據非等偏頻一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；主簧片數(shù)n＝3，各片主簧的一半夾緊長度分別為L₁＝500mm，L₂＝425mm，L₃＝325mm；副簧片數(shù)m＝2，各片副簧的一半夾緊長度分別為L_A1＝L₄＝225mm，L_A3＝L₅＝125mm，主副簧的總片數(shù)N＝n+m＝5，及步驟(1)中計算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，h_3e＝11.5mm，h_4e＝15.5mm，h_5e＝18.1mm，k＝1,2,…N，對該一級漸變剛度板簧的主副的復合夾緊剛度K_MA進行驗算，即

根據各片主簧和副簧的厚度和一半夾緊長度，彈性模量E，建立一半對稱夾緊結構板簧的ANSYS仿真模型，在端部施加一集中力F＝4000N，進行ANSYS變形仿真及剛度驗證，仿真得到的ANSYS變形仿真云圖，如圖3所示，其中，端部最大撓度f_MAmax＝45.44mm，因此，主副簧的復合夾緊剛度ANSYS仿真驗證值K_MA＝2F/f_MAmax＝176.05N/mm,與計算值K_MA＝172.9N/mm的相對偏差僅為1.82％，結果表明該一級漸變剛度板簧的主副簧的復合夾緊剛度K_MA的驗算值是準確可靠的。

(3)基于復合夾緊剛度的末片副簧的調整設計

根據步驟(2)中得到的主副簧夾緊剛度驗證值K_MA＝172.9N/mm，小于設計要求值K_MA＝181N/mm；為了滿足主副簧復合夾緊剛度設計要求，對末片副簧的長度進行調整設計，即根據一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa，主副簧復合夾緊剛度的設計要求值K_MA＝181N/mm；主簧片數(shù)n＝3，各片主簧的一半夾緊長度分別為L₁＝500mm，L₂＝425mm，L₃＝325mm；副簧片數(shù)m＝2，首片副簧的一半夾緊長度分別為L_A1＝L₄＝225mm，主副簧的總片數(shù)N＝n+m＝5，及步驟(1)中計算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，h_3e＝11.5mm，h_4e＝15.5mm，h_5e＝18.1mm；對末片副簧的一半夾緊長度L_A2進行調整設計，即

根據騎馬螺栓夾緊距的一半L₀＝50mm，即第2片副簧的一半作用L_A2t＝L₅+L₀/2＝194mm。

(4)調整設計之后的主簧夾緊剛度的ANSYS仿真驗證：

根據末片副簧調整設計之后的各片主簧和副簧的厚度和一半夾緊長度，建立一半對稱夾緊結構的ANSYS仿真模型，在端點施加一集中力F＝4000N，仿真所得到的ANSYS變形仿真云圖，如圖4所示，其中，最大撓度f_Mmax＝41.18mm，即主副簧復合夾緊剛度的ANSYS仿真驗證值K_MA＝2F/f_Mmax＝181.08N/mm?？芍?，末片副簧的長度調整設計之后，主副簧復合夾緊剛度驗算值K_MA＝181.08N/mm與設計要求值K_MA＝181N/mm相吻合。

實施例二：某一級漸變剛度板簧的寬度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＝3，其中，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm，各片主簧的一半作用長度分別為L_1t＝525mm，L_2t＝450mm，L_3t＝375mm；各片主簧的一半夾緊長度分別為L₁＝L_1t-L₀/2＝500mm，L₂＝L_2t-L₀/2＝425mm，L₃＝L_3t-L₀/2＝350mm。副簧片數(shù)m＝2，各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝13mm，各片主副簧的一半作用長度分別為L_A1t＝250mm，L_A2t＝175mm；各片主副簧的一半夾緊長度分別為L_A1＝L₄＝L_A1t-L₀/2＝225mm，L_A2＝L₅＝L_A2t-L₀/2＝150mm。主副簧的總片數(shù)N＝n+m，主副簧復合夾緊剛度設計要求值K_MA＝175N/mm。根據該漸變剛度板簧的各片主簧和副簧的結構參數(shù)，彈性模量，對該一級漸變剛度板簧的復合夾緊剛度K_MA進行驗算，并根據夾緊剛度驗證值和設計要求值比較情況，對末片副簧進行調整設計。

本實例采用與實施例一相同的方法和步驟，對該一級漸變剛度板簧的主副簧復合夾緊剛度進行驗證，并對末片副簧進行調整設計，具體調整設計步驟如下：

(1)一級漸變剛度板簧的主簧各不同片數(shù)重疊段的等效厚度計算

由于實例二的主簧和副簧的片數(shù)及厚度，與實例一的相同，因此，該漸變剛度板簧在各不同片數(shù)k重疊段的等效厚度h_ke也與實施例一的完全相同，即

(2)一級漸變剛度板簧的主副簧復合夾緊剛度K_MA的驗算：

根據一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa，主簧片數(shù)n＝3，各片主簧的一半夾緊長度分別為L₁＝500mm，L₂＝425mm，L₃＝325mm；副簧片數(shù)m＝2，各片副簧的一半夾緊長度分別為L_A1＝L₄＝225mm，L_A3＝L₅＝150mm；主副簧的總片數(shù)N＝n+m＝5，及步驟(1)中計算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，h_3e＝11.5mm，h_4e＝15.5mm，h_5e＝18.1mm，k＝1,2,…N，對該一級漸變剛度板簧的主副簧的復合夾緊剛度K_MA進行驗算，即

(3)基于復合夾緊剛度設計要求的末片副簧的調整設計

根據步驟(2)中得到的主副簧夾緊剛度的驗證值K_MA＝180.96N/mm，大于設計要求值K_MA＝175N/mm；為了滿足主副簧復合夾緊剛度設計要求，對末片副簧的厚度h_A2進行調整設計，即根據一級漸變剛度板簧的復合夾緊剛度的設計要求值K_MA＝175N/mm；寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa，主簧片數(shù)n＝3，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm，各片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，L₂＝425mm、L₃＝350mm；副簧片數(shù)m＝2，各片副簧的一半夾緊長度分別為L_A1＝L₄＝225mm，L_A2＝L₅＝150mm，首片副簧的厚度h_A1＝13mm，主副簧的總片數(shù)N＝n+m＝5，及步驟(1)中計算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm；h_3e＝11.5mm，h_4e＝15.5mm，對末片副簧厚度h_A2進行調整設計，即

即末片副簧厚度調整之后的厚度h_A2＝12mm。

(4)調整設計之后的主副簧復合夾緊剛度的ANSYS仿真驗證

根據末片副簧厚度調整設計之后的板簧的各片主簧和副簧厚度和一半夾緊長度，建立一半對稱夾緊結構的ANSYS仿真模型，在端點施加一集中力F＝4000N，其中，仿真所得到的ANSYS變形最大撓度f_Mmax＝45.70mm，即主副簧夾緊剛度的ANSYS仿真驗證值K_MA＝2F/f_Mmax＝175.05N/mm?？芍?，末片主副簧的長度調整設計之后，主副簧的復合夾緊剛度K_MA與設計要求值相吻合。

通過樣機加載撓度及夾緊剛度試驗測試可知，主副簧復合夾緊剛度K_MA的試驗測試值，與設計要求值相吻合，表明本發(fā)明所提供的基于復合剛度的一級漸變剛度板簧末片副簧的調整設計法是正確的，為漸變剛度板簧設計奠定了可靠的技術基礎。利用該方法可對主副簧的復合夾緊剛度進行驗算，并根據驗算值和設計要求值，對末片副簧的長度或厚度進行調整設計，確保滿足復合夾緊剛度的設計要求，提高漸變剛度板簧的設計水平、產品質量和性能及車輛行駛平順性；同時，降低設計及試驗費用，加快產品開發(fā)速度。