本發(fā)明涉及車輛懸架鋼板彈簧，特別是端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧弧高的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：隨著汽車節(jié)能化、舒適化、輕量化、安全化的快速發(fā)展，少片變截面鋼板彈簧因具有重量輕，材料利用率高，片間無摩擦或摩擦小，振動(dòng)噪聲低，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，日益受到車輛懸架專家、生產(chǎn)企業(yè)及車輛制造企業(yè)的高度關(guān)注，并且在車輛懸架系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。通常為了滿足加工工藝、應(yīng)力強(qiáng)度、剛度及吊耳厚度的設(shè)計(jì)要求，會(huì)將少片變截面鋼板彈簧加工為拋物線型、斜線型、根部加強(qiáng)型、端部加強(qiáng)型、兩端加強(qiáng)型等不同結(jié)構(gòu)形式，此外，由于少片變截面鋼板彈簧第1片彈簧的受力較為復(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片彈簧的端部平直段的厚度和長度，大于其他各片彈簧端部平直段的厚度和長度，即大都采用端部非等構(gòu)的少片變截面鋼板彈簧，以滿足第1片彈簧受力復(fù)雜的要求。然而，由于根部加強(qiáng)型少片變截面鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)類型較為復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算非常困難，據(jù)所查資料可知，目前國內(nèi)外一直未曾給出可靠的端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧弧高的設(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)端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧提出了更高的要求，因此，必須建立一種準(zhǔn)確、可靠的端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧弧高的設(shè)計(jì)方法，為端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧的弧高設(shè)計(jì)奠定可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展、車輛行駛平順性及端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧的設(shè)計(jì)要求，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量和性能，滿足車輛行駛平順性的設(shè)計(jì)要求；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、可靠的端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧弧高的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)流程圖，如圖1所示。少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧的一半對(duì)稱結(jié)構(gòu)可看作為變截面懸臂梁，即將對(duì)稱中心線看作為一半彈簧的根部固定端，將彈簧端部受力點(diǎn)看作為彈簧端點(diǎn)。端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧的一半對(duì)稱結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，其中包括，彈簧1，根部墊片2，端部墊片3；彈簧1各片的一半長度為LM，是由根部平直段、斜線段、拋物線段、端部平直段四段構(gòu)成；斜線段對(duì)變截面根部起加強(qiáng)作用；各片彈簧根部平直段的厚度為h2M，各片彈簧斜線段的端部厚度h2Mp，各片彈簧安裝間距的一半長度為l3，彈簧1各片斜線段的長度為Δl，各片彈簧斜線段根部到彈簧端點(diǎn)的距離l2M＝LM-l3，各片彈簧拋物線根部到彈簧端點(diǎn)的距離l2Mp＝LM-l3-Δl，彈簧1各片的端部平直段非等構(gòu)，即第1片彈簧的端部平直段的厚度和長度，大于其他各片的厚度和長度，各片彈簧的端部平直段的厚度和長度分別為h1Mi和l1Mi，i＝1,2,…,N，N為彈簧片數(shù)；各片彈簧拋物線段的厚度比βi＝h1Mi/h2Mp，各片彈簧拋物線段的端部到彈簧端點(diǎn)的距離l1Mi＝l2Mpβi2；各片彈簧斜線段的厚度比γM＝h2Mp/h2M，各片彈簧的初始切線弧高為Hci。彈簧1各片的根部平直段之間設(shè)有根部墊片2，彈簧1各片的端部平直段之間設(shè)有端部墊片3，端部墊片的材料為碳纖維復(fù)合材料，以降低彈簧工作所產(chǎn)生的摩擦噪聲。在各片彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、額定載荷及在額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計(jì)要求值給定情況下，對(duì)端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧的初始切線弧高進(jìn)行設(shè)計(jì)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧弧高的設(shè)計(jì)方法，其特征在于采用以下設(shè)計(jì)步驟：(1)端點(diǎn)受力情況下的根部加強(qiáng)型鋼板彈簧各片彈簧端點(diǎn)變形系數(shù)Gx-Ei的計(jì)算：根據(jù)少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧的一半長度LM，寬度b，安裝間距的一半l3，斜線段長度Δl，拋物線根部到彈簧端點(diǎn)的距離l2Mp，斜線段根部到彈簧端點(diǎn)的距離l2M，彈性模量E，各片彈簧的斜線段的厚度比γM，第i片彈簧的拋物線段的厚度比βi，其中，i＝1,2,…,N，N為彈簧片數(shù)，對(duì)端點(diǎn)受力情況下的各片彈簧在端點(diǎn)處的變形系數(shù)Gx-Ei進(jìn)行計(jì)算，即Gx-Ei=4[(LM-l3/2)3-l2M3]Eb+4l2Mp3(2-βi3)EbγM3+6ΔlEbγM2(γM-1)3(4l2Mp2γM-l2Mp2-3l2Mp2γM2-4l2M2γM3)+6ΔlEbγM2(γM-1)3(3l2M2γM2+l2M2γM4-2l2Mpl2MγM+2l2Mp2γM2lnγM+2l2M2γM2lnγM+2l2Mpl2MγM3)-24l2Mpl2MγM2ΔllnγMEbγM2(γM-1)3;]]>(2)額定載荷下的根部加強(qiáng)型鋼板彈簧首片彈簧所受端部力F1的計(jì)算：I步驟：根據(jù)少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧的根部厚度h2M，及步驟(1)中計(jì)算得到的Gx-Ei，確定各片彈簧在夾緊狀態(tài)下的一半剛度KMi，即KMi=h2M3Gx-Ei;]]>其中，i＝1,2,…,N，N為彈簧片數(shù)；II步驟：根據(jù)少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧所受的一半額定載荷P，彈簧片數(shù)N，及I步驟中所確定的KMi，對(duì)首片彈簧所受的端部力F1進(jìn)行計(jì)算，即F1=KM1PΣi=1NKMi;]]>(3)額定載荷下的根部加強(qiáng)型鋼板彈簧端部變形fE的計(jì)算：根據(jù)步驟(2)中I步驟所確定的KM1，及II步驟中所確定的F1，對(duì)額定載荷下的鋼板彈簧的端部變形fE進(jìn)行計(jì)算，即fE=F1KM1;]]>(4)端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧初始切線弧高的設(shè)計(jì)：根據(jù)額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計(jì)要求值Hm，及步驟(3)中計(jì)算得到的fE，確定各片彈簧的初始切線弧高，即Hci＝Hm+fE；其中，i＝1,2,…,N，N為彈簧片數(shù)。本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)由于根部加強(qiáng)型少片變截面鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)類型較為復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算非常困難，據(jù)所查資料可知，目前國內(nèi)外一直未曾給出可靠的端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧弧高的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明可根據(jù)各片彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、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)端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧的初始切線弧高進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過樣機(jī)加載變形試驗(yàn)測試可知，本發(fā)明所提供的端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧弧高的設(shè)計(jì)方法是正確的，可得到準(zhǔn)確可靠的初始切線弧高設(shè)計(jì)值，為端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧的設(shè)計(jì)及CAD軟件開發(fā)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)；同時(shí)，利用該方法，可提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)品質(zhì)量和車輛行駛平順性；同時(shí)，還可降低設(shè)計(jì)和試驗(yàn)測試費(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是端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧弧高的設(shè)計(jì)流程圖；圖2是端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧的一半的結(jié)構(gòu)示意圖。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)施例一：某少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧的片數(shù)N＝2，其中，各片彈簧的一半長度LM＝575mm，寬度b＝60mm，根部平直段的厚度h2M＝11mm，斜線段的端部厚度h2Mp＝10.20mm，安裝間距的一半l3＝55mm，斜線段的長度Δl＝30mm，斜線段根部到彈簧端點(diǎn)的距離l2M＝LM-l3＝520mm，拋物線根部到彈簧端點(diǎn)的距離l2Mp＝LM-l3-Δl＝490mm，彈性模量E＝200GPa，各片彈簧的斜線段的厚度比γM＝h2Mp/h2M＝0.93；第1片彈簧的端部平直段的厚度h1M1＝7mm，拋物線段的厚度比β1＝h1M1/h2Mp＝0.69；第2片彈簧的端部平直段的厚度h1M2＝6mm，拋物線段的厚度比β2＝h1M2/h2Mp＝0.59。該彈簧額定載荷的一半P＝1900N，鋼板彈簧在額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計(jì)要求值Hm＝26mm，對(duì)該端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧的弧高進(jìn)行設(shè)計(jì)。本發(fā)明實(shí)例所提供的端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧弧高的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)流程如圖1所示，具體步驟如下：(1)端點(diǎn)受力情況下的根部加強(qiáng)型鋼板彈簧各片彈簧端點(diǎn)變形系數(shù)Gx-Ei的計(jì)算：根據(jù)少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧的一半長度LM＝575mm，寬度b＝60mm，安裝間距的一半l3＝55mm，斜線段長度Δl＝30mm，拋物線根部到彈簧端點(diǎn)的距離l2Mp＝490mm，斜線段根部到彈簧端點(diǎn)的距離l2M＝520mm，彈性模量E＝200GPa，各片彈簧的斜線段的厚度比γM＝0.93，第1片彈簧的拋物線段的厚度比β1＝0.69，第2片彈簧的拋物線段的厚度比β2＝0.59，對(duì)端點(diǎn)受力情況下的第1片、第2片彈簧在端點(diǎn)處的變形系數(shù)Gx-E1、Gx-E2進(jìn)行計(jì)算，即Gx-E1=4[(LM-l3/2)3-l2M3]Eb+4l2Mp3(2-β13)EbγM3+6ΔlEbγM2(γM-1)3(4l2Mp2γM-l2Mp2-3l2Mp2γM2-4l2M2γM3)+6ΔlEbγM2(γM-1)3(3l2M2γM2+l2M2γM4-2l2Mpl2MγM+2l2Mp2γM2lnγM+2l2M2γM2lnγM+2l2Mpl2MγM3)-24l2Mpl2MγM2ΔllnγMEbγM2(γM-1)3=97.85mm4/N;]]>Gx-E2=4[(LM-l3/2)3-l2M3]Eb+4l2Mp3(2-β23)EbγM3+6ΔlEbγM2(γM-1)3(4l2Mp2γM-l2Mp2-3l2Mp2γM2-4l2M2γM3)+6ΔlEbγM2(γM-1)3(3l2M2γM2+l2M2γM4-2l2Mpl2MγM+2l2Mp2γM2lnγM+2l2M2γM2lnγM+2l2Mpl2MγM3)-24l2Mpl2MγM2ΔllnγMEbγM2(γM-1)3=103.85mm4/N;]]>(2)額定載荷下的根部加強(qiáng)型鋼板彈簧首片彈簧所受端部力F1的計(jì)算：I步驟：根據(jù)少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧的根部厚度h2M＝11mm，及步驟(1)中計(jì)算得到的Gx-E1＝97.85mm4/N、Gx-E2＝103.85mm4/N，確定第1片、第2片彈簧在夾緊狀態(tài)下的一半剛度KM1、KM2，即KM1=h2M3Gx-E1=13.60N/mm;]]>KM2=h2M3Gx-E2=12.82N/mm;]]>II步驟：根據(jù)少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧所受的一半額定載荷P＝1900N，彈簧片數(shù)N＝2，及I步驟中所確定的KM1＝13.60N/mm、KM2＝12.82N/mm，對(duì)首片彈簧所受的端部力F1進(jìn)行計(jì)算，即F1=KM1PΣi=12KMi=978.05N;]]>(3)額定載荷下的根部加強(qiáng)型鋼板彈簧端部變形fE的計(jì)算：根據(jù)步驟(2)中I步驟所確定的KM1＝13.60N/mm，及II步驟中所確定的F1＝978.05N，對(duì)額定載荷下的鋼板彈簧的端部變形fE進(jìn)行計(jì)算，即fE=F1KM1=71.92mm;]]>(4)端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧初始切線弧高的設(shè)計(jì)：根據(jù)額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計(jì)要求值Hm＝26mm，及步驟(3)中計(jì)算得到的fE＝71.92mm，確定各片彈簧的初始切線弧高，即Hc1＝Hm+fE＝97.92mm；Hc2＝Hm+fE＝97.92mm。通過樣機(jī)試驗(yàn)測試可知，彈簧的切線弧高設(shè)計(jì)值是可靠的，可滿足端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧在額定載荷下的剩余切線弧高的設(shè)計(jì)要求，結(jié)果表明該發(fā)明所提供的端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧弧高的設(shè)計(jì)方法是正確的，參數(shù)設(shè)計(jì)值是準(zhǔn)確可靠的。實(shí)施例二：某少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧的片數(shù)N＝2，其中，各片彈簧的一半長度LM＝600mm，寬度b＝60mm，根部平直段的厚度h2M＝12mm，斜線段的端部厚度h2Mp＝11mm，安裝間距的一半l3＝60mm，斜線段的長度Δl＝30mm，斜線段根部到彈簧端點(diǎn)的距離l2M＝LM-l3＝540mm，拋物線根部到彈簧端點(diǎn)的距離l2Mp＝LM-l3-Δl＝510mm，彈性模量E＝200GPa，各片彈簧的斜線段的厚度比γM＝h2Mp/h2M＝0.92；第1片彈簧的端部平直段的厚度h1M1＝7mm，拋物線段的厚度比β1＝h1M1/h2Mp＝0.64；第2片彈簧的端部平直段的厚度h1M2＝6mm，拋物線段的厚度比β2＝h1M2/h2Mp＝0.55。該彈簧額定載荷的一半P＝2100N，鋼板彈簧在額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計(jì)要求值Hm＝28mm，對(duì)該端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧的弧高進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用與實(shí)施例一相同的設(shè)計(jì)方法和步驟，對(duì)該少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧的弧高進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體步驟如下：(1)端點(diǎn)受力情況下的根部加強(qiáng)型鋼板彈簧各片彈簧端點(diǎn)變形系數(shù)Gx-Ei的計(jì)算：根據(jù)少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧的一半長度LM＝600mm，寬度b＝60mm，安裝間距的一半l3＝60mm，斜線段長度Δl＝30mm，拋物線根部到彈簧端點(diǎn)的距離l2Mp＝510mm，斜線段根部到彈簧端點(diǎn)的距離l2M＝540mm，彈性模量E＝200GPa，各片彈簧的斜線段的厚度比γM＝0.92，第1片彈簧的拋物線段的厚度比β1＝0.64，第2片彈簧的拋物線段的厚度比β2＝0.55，對(duì)端點(diǎn)受力情況下的第1片、第2片彈簧在端點(diǎn)處的變形系數(shù)Gx-E1、Gx-E2進(jìn)行計(jì)算，即Gx-E1=4[(LM-l3/2)3-l2M3]Eb+4l2Mp3(2-β13)EbγM3+6ΔlEbγM2(γM-1)3(4l2Mp2γM-l2Mp2-3l2Mp2γM2-4l2M2γM3)+6ΔlEbγM2(γM-1)3(3l2M2γM2+l2M2γM4-2l2Mpl2MγM+2l2Mp2γM2lnγM+2l2M2γM2lnγM+2l2Mpl2MγM3)-]]>24l2Mpl2MγM2ΔllnγMEbγM2(γM-1)3=117.28mm4/N;]]>Gx-E2=4[(LM-l3/2)3-l2M3]Eb+4l2Mp3(2-β23)EbγM3+6ΔlEbγM2(γM-1)3(4l2Mp2γM-l2Mp2-3l2Mp2γM2-4l2M2γM3)+6ΔlEbγM2(γM-1)3(3l2M2γM2+l2M2γM4-2l2Mpl2MγM+2l2Mp2γM2lnγM+2l2M2γM2lnγM+2l2Mpl2MγM3)-24l2Mpl2MγM2ΔllnγMEbγM2(γM-1)3=122.72mm4/N;]]>(2)額定載荷下的根部加強(qiáng)型鋼板彈簧首片彈簧所受端部力F1的計(jì)算：I步驟：根據(jù)少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧的根部厚度h2M＝12mm，及步驟(1)中計(jì)算得到的Gx-E1＝117.28mm4/N、Gx-E2＝122.72mm4/N，確定第1片、第2片彈簧在夾緊狀態(tài)下的一半剛度KM1、KM2，即KM1=h2M3Gx-E1=14.73N/mm;]]>KM2=h2M3Gx-E2=14.08N/mm;]]>II步驟：根據(jù)少片根部加強(qiáng)型變截面鋼板彈簧所受的一半額定載荷P＝2100N，彈簧片數(shù)N＝2，及I步驟中所確定的KM1＝14.73N/mm、KM2＝14.08N/mm，對(duì)首片彈簧所受的端部力F1進(jìn)行計(jì)算，即F1=KM1PΣi=12KMi=1073.70N;]]>(3)額定載荷下的根部加強(qiáng)型鋼板彈簧端部變形fE的計(jì)算：根據(jù)步驟(2)中I步驟所確定的KM1＝14.73N/mm，及II步驟中所確定的F1＝1073.70N，對(duì)額定載荷下的鋼板彈簧的端部變形fE進(jìn)行計(jì)算，即fE=F1KM1=72.89mm;]]>(4)端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧初始切線弧高的設(shè)計(jì)：根據(jù)額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計(jì)要求值Hm＝28mm，及步驟(3)中計(jì)算得到的fE＝72.89mm，確定各片彈簧的初始切線弧高，即Hc1＝Hm+fE＝100.89mm；Hc2＝Hm+fE＝100.89mm。通過樣機(jī)試驗(yàn)測試可知，彈簧的切線弧高設(shè)計(jì)值是可靠的，可滿足端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧在額定載荷下的剩余切線弧高的設(shè)計(jì)要求，結(jié)果表明該發(fā)明所提供的端部非等構(gòu)的少片根部加強(qiáng)型鋼板彈簧弧高的設(shè)計(jì)方法是正確的，參數(shù)設(shè)計(jì)值是準(zhǔn)確可靠的。當(dāng)前第1頁1 2 3