本發(fā)明涉及車輛懸架鋼板彈簧，特別是基于剛度的一級漸變剛度板簧的末片主簧調(diào)整設(shè)計(jì)的方法。

背景技術(shù)：

為了滿足在不同載荷下的車輛行駛平順性的設(shè)計(jì)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(fù)合夾緊剛度、漸變剛度、懸架偏頻及車輛行駛平順性。然而，由于受主簧根部等效厚度及主簧剛度解析計(jì)算等關(guān)鍵問題的制約，先前一直未能給出基于剛度的一級漸變剛度板簧的末片主簧調(diào)整設(shè)計(jì)的方法，不能對主簧夾緊剛度進(jìn)行解析驗(yàn)算，更不能在驗(yàn)證基礎(chǔ)上對主簧的長度或厚度進(jìn)行精確解析調(diào)整設(shè)計(jì)，大都是利用傳統(tǒng)的試驗(yàn)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、可靠的基于剛度的一級漸變剛度板簧的末片主簧調(diào)整設(shè)計(jì)的方法，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(shè)計(jì)的要求，確保滿足主簧夾緊剛度、懸架偏頻和車輛行駛平順性的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)一步提高一級漸變剛度板簧的設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)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、可靠的基于剛度的一級漸變剛度板簧的末片主簧調(diào)整設(shè)計(jì)的方法，調(diào)整設(shè)計(jì)流程如圖1所示。一級漸變剛度板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)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_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(shè)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(yīng)力強(qiáng)度和懸架漸變剛度的設(shè)計(jì)要求。主簧夾緊剛度是由主簧的各片厚度和長度所決定，并且影響主副簧復(fù)合夾緊剛度及車輛行駛平順性。根據(jù)主簧各片的結(jié)構(gòu)參數(shù)、安裝夾緊間距、彈性模量，對主簧夾緊剛度進(jìn)行驗(yàn)證，并根據(jù)驗(yàn)算情況對一級漸變剛度板簧的末片主簧的厚度或長度進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的基于剛度的一級漸變剛度板簧的末片主簧調(diào)整設(shè)計(jì)的方法，其特征在于采用以下調(diào)整設(shè)計(jì)步驟：

(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(jì)算：

根據(jù)主簧片數(shù)n，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,...,n，對一級漸變剛度板簧的主簧各不同片數(shù)k重疊段的等效厚度h_ke計(jì)算，即

(2)基于主簧設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的主簧夾緊剛度K_M的驗(yàn)算：

根據(jù)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及步驟(1)中計(jì)算得到的h_ke，k＝i＝1,2,...,n，對主簧夾緊剛度K_M進(jìn)行驗(yàn)算，即

(3)基于夾緊剛度設(shè)計(jì)要求的末片主簧的調(diào)整設(shè)計(jì)：

A步驟：主簧夾緊剛度驗(yàn)證值K_M小于設(shè)計(jì)要求值

當(dāng)驗(yàn)證值K_M小于設(shè)計(jì)要求值，則對末片主簧的一半夾緊長度L_n進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)，即根據(jù)一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；主簧片數(shù)n，前n-1片主簧的一半夾緊長度L_i，i＝1,2,...,n-1，步驟(1)中計(jì)算得到的h_ke，k＝1,2,...,n，以主簧夾緊剛度K_M設(shè)計(jì)要求值為目標(biāo)，對末片主簧的一半夾緊長度L_n進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)值為：

根據(jù)騎馬螺栓夾緊距的一半L₀，則末片主簧的一半作用長度L_nt＝L_n+L₀/2；

B步驟：主簧夾緊剛度驗(yàn)證值K_M大于設(shè)計(jì)要求值

當(dāng)驗(yàn)證值K_M大于設(shè)計(jì)要求值，則對末片主簧的厚度h_n進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)，即根據(jù)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，步驟(1)中計(jì)算得到的h_ke，k＝1,2,...,n-1，以主簧夾緊剛度K_M設(shè)計(jì)要求值為目標(biāo)，對末片主簧的厚度h_n進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)值為

(4)調(diào)整設(shè)計(jì)之后的主簧夾緊剛度的ANSYS仿真驗(yàn)證：

根據(jù)調(diào)整設(shè)計(jì)之后的各片主簧的厚度和一半夾緊長度，建立一半對稱夾緊結(jié)構(gòu)的ANSYS仿真模型，在端點(diǎn)施加一集中力F，對其進(jìn)行ANSYS變形仿真及夾緊剛度驗(yàn)證，由仿真所得到的最大撓度仿真值f_Mmax，則主簧夾緊剛度的ANSYS仿真驗(yàn)證值K_M＝2F/f_Mmax。

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

由于受主簧根部等效厚度和主簧夾緊剛度解析計(jì)算等關(guān)鍵問題的制約，先前一直未能給出基于剛度的一級漸變剛度板簧的末片主簧調(diào)整設(shè)計(jì)的方法，不能對主簧夾緊剛度進(jìn)行解析驗(yàn)算，更不能在驗(yàn)證基礎(chǔ)上對主簧的長度或厚度進(jìn)行精確解析調(diào)整設(shè)計(jì)，大都是利用傳統(tǒng)的試驗(yàn)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(jù)主簧各片的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量，在主簧夾緊剛度驗(yàn)算的基礎(chǔ)上，對一級漸變剛度板簧末片主簧的長度或厚度進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)。通過ANSYS仿真和試驗(yàn)測試可知，表明本發(fā)明所提供的基于剛度的一級漸變剛度板簧的末片主簧調(diào)整設(shè)計(jì)的方法是正確的，該方法可在主簧剛度驗(yàn)算的基礎(chǔ)上，對末片主簧的厚度或長度進(jìn)行精確調(diào)整設(shè)計(jì)，為一級漸變剛度板簧設(shè)計(jì)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，確保主簧夾緊剛度滿足設(shè)計(jì)要求。利用該方法可提高一級漸變剛度板簧的設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)品質(zhì)量、性能及車輛行駛平順性；同時(shí)，還可節(jié)省設(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是基于剛度的一級漸變剛度板簧的末片主簧調(diào)整設(shè)計(jì)流程圖；

圖2是一級漸變剛度板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實(shí)施例一的末片主簧調(diào)整設(shè)計(jì)之后的主簧ANSYS變形仿真云圖；

圖4是實(shí)施例二的末片主簧調(diào)整設(shè)計(jì)之后的主簧ANSYS變形仿真云圖。

具體實(shí)施方案

下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)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。主簧夾緊剛度設(shè)計(jì)要求值K_M＝76N/mm，主簧片數(shù)n＝3片，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。根據(jù)該漸變剛度板簧的各片主簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量，對該一級漸變剛度板簧的夾緊剛度進(jìn)行驗(yàn)算，并對末片主簧的長度或厚度進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)。

本發(fā)明實(shí)例所提供的基于剛度的一級漸變剛度板簧的末片主簧調(diào)整設(shè)計(jì)的方法，其調(diào)整設(shè)計(jì)的流程如圖1所示，具體調(diào)整設(shè)計(jì)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(jì)算：

根據(jù)主簧片數(shù)n＝3，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm，對該一級漸變剛度板簧在各不同片數(shù)k重疊段的等效厚度h_ke計(jì)算，k＝i＝1,2,...,n,即

(2)基于主簧設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的主簧夾緊剛度K_M的驗(yàn)算：

根據(jù)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，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm，各片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，L₂＝425mm，L₃＝325mm；及步驟(1)中計(jì)算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，h_3e＝11.5mm，k＝i＝1,2,...,n，對該一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度K_M進(jìn)行驗(yàn)算，即

(3)基于夾緊剛度設(shè)計(jì)要求的末片主簧的調(diào)整設(shè)計(jì)：

根據(jù)步驟(2)中驗(yàn)算得到的主簧夾緊剛度的驗(yàn)證值K_M＝75.41N/mm，小于設(shè)計(jì)要求值K_M＝76N/mm；為了滿足主簧夾緊剛度設(shè)計(jì)要求，對末片主簧的長度進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)。因此，根據(jù)一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa，騎馬螺栓夾緊距的一半L₀＝50mm，主簧夾緊剛度的設(shè)計(jì)要求值K_M＝76N/mm；主簧片數(shù)n＝3，第1片和第2片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，L₂＝425mm；及步驟(1)中計(jì)算得到的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，h_3e＝11.5mm；對末片主簧的一半夾緊長度L₃進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)，即

即第3片主簧的一半作用長度L_3t＝L₃+L₀/2＝375mm。

(4)調(diào)整設(shè)計(jì)之后的主簧夾緊剛度的ANSYS仿真驗(yàn)證：

根據(jù)調(diào)整設(shè)計(jì)之后的漸變剛度板簧的各片主簧的厚度和一半夾緊長度，建立一半對稱夾緊結(jié)構(gòu)的ANSYS仿真模型，在端點(diǎn)施加一集中力F＝1330N，仿真所得到的ANSYS變形仿真云圖，如圖3所示，其中，最大撓度f_Mmax＝34.984mm，即主簧夾緊剛度的ANSYS仿真驗(yàn)證值K_M＝2F/f_Mmax＝76.03N/mm，可知，末片主簧的長度調(diào)整設(shè)計(jì)之后，主簧夾緊剛度K_M與設(shè)計(jì)要求值相吻合。

實(shí)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，主簧夾緊剛度設(shè)計(jì)要求值K_M＝72N/mm，主簧片數(shù)n＝3片，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。根據(jù)該漸變剛度板簧的各片主簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量，對該漸變剛度板簧的夾緊剛度K_M進(jìn)行驗(yàn)算，并根據(jù)夾緊剛度驗(yàn)證值和設(shè)計(jì)要求值比較情況，對末片主簧的長度或厚度進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)。

本實(shí)例采用與實(shí)施例一相同的方法和步驟，對該漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度進(jìn)行驗(yàn)證和末片主簧調(diào)整設(shè)計(jì)，具體調(diào)整設(shè)計(jì)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(jì)算：

由于實(shí)例二的主簧片數(shù)和各片厚度，與實(shí)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(shí)施例一的完全相同，即

(2)基于主簧設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的主簧夾緊剛度K_M的驗(yàn)算

根據(jù)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，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm，各片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，L₂＝425mm，L₃＝350mm；及步驟(1)中計(jì)算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，h_3e＝11.5mm，k＝1,2,...,n，對該一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度K_M進(jìn)行驗(yàn)算，即

(3)基于夾緊剛度設(shè)計(jì)要求的末片主簧的調(diào)整設(shè)計(jì)：

根據(jù)步驟(2)中驗(yàn)算得到的主簧夾緊剛度的驗(yàn)證值K_M＝76N/mm，大于設(shè)計(jì)要求值K_M＝72N/mm。根據(jù)一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa，主簧夾緊剛度的設(shè)計(jì)要求值K_M＝80N/mm；主簧片數(shù)n＝3，各片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，L₂＝425mm、L₃＝350mm；第1片主簧和第2片主簧的厚度h₁＝h₂＝8mm，及步驟(1)中計(jì)算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm；對末片主簧厚度h₃進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)，即

(4)調(diào)整設(shè)計(jì)之后的主簧夾緊剛度的ANSYS仿真驗(yàn)證

根據(jù)調(diào)整設(shè)計(jì)之后的漸變剛度板簧的各片主簧的厚度和一半夾緊長度，建立一半對稱夾緊結(jié)構(gòu)的ANSYS仿真模型，在端點(diǎn)施加一集中力F＝1400N，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＝38.888mm，即主簧夾緊剛度的ANSYS仿真驗(yàn)證值K_M＝2F/f_Mmax＝72.00N/mm?？芍┢骰傻拈L度調(diào)整設(shè)計(jì)之后，主簧夾緊剛度K_M與設(shè)計(jì)要求值相吻合。

通過樣機(jī)夾緊撓度及剛度試驗(yàn)測試可知，主簧夾緊剛度K_M的試驗(yàn)測試值，與設(shè)計(jì)要求值相吻合，表明本發(fā)明所提供的基于剛度的一級漸變剛度板簧的末片主簧調(diào)整設(shè)計(jì)的方法是正確的，為漸變剛度板簧設(shè)計(jì)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法可對主簧夾緊剛度進(jìn)行驗(yàn)算，并根據(jù)驗(yàn)算值和設(shè)計(jì)要求值，對末片主簧的長度或厚度進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)，確保滿足主簧夾緊剛度的設(shè)計(jì)要求，提高漸變剛度板簧的設(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。