端部非等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈簧的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及車輛懸架鋼板彈黃，特別是端部非等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈 黃的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼板彈黃在車輛懸架中是應(yīng)用最為廣泛的懸架彈黃部件，其中，變截面鋼板彈黃 與多片疊加鋼板彈黃相比，由于其受力合理，應(yīng)力載荷趨于均衡，并且節(jié)省材料，實(shí)現(xiàn)車輛 輕量化，降低車輪動(dòng)載，提高車輛行駛安全性，同時(shí)還節(jié)省燃油，提高車輛運(yùn)輸效率，因此具 有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，已引起了車輛專家的高度關(guān)注。由于少片鋼板彈黃的第1片 其受力復(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 片鋼板彈黃的端部厚度，通常比其他各片的要偏厚一些，即在實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，大都采用 端部非等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃。盡管先前曾有人給出了少片拋物線型等應(yīng)力 鋼板彈黃的設(shè)計(jì)方法，例如，彭莫，高軍曾在《汽車工程》，1992年(第14卷)第3期，提出了變 斷面鋼板彈黃的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，該方法主要是針對(duì)端部等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈 黃進(jìn)行設(shè)計(jì)，其不足之處是不能滿足端部非等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的設(shè)計(jì)要 求。對(duì)于端部非等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃，由于受端部非等構(gòu)少片拋物線型等 應(yīng)力鋼板彈黃的變形、剛度等計(jì)算理論的制約，至今尚未給出一直簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、可靠的設(shè)計(jì) 方法，目前大都是忽略端部非等構(gòu)的影響，按端部等構(gòu)設(shè)計(jì)方法，對(duì)端部非等構(gòu)的少片拋物 線型等應(yīng)力鋼板彈黃進(jìn)行近似設(shè)計(jì)，因此，很難得到準(zhǔn)確可靠的參數(shù)設(shè)計(jì)值。隨著計(jì)算機(jī)及 有限元仿真軟件的仿真，目前盡管有人曾對(duì)端部非等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃采 用ANSYS建模仿真法，但是該方法僅能對(duì)給出實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的鋼板彈黃的變形或剛度進(jìn)行 仿真驗(yàn)證，不能提供精確的解析設(shè)計(jì)式，更不能滿足車輛快速發(fā)展及對(duì)懸架鋼板彈黃現(xiàn)代 化CAD設(shè)計(jì)軟件開發(fā)的要求。因此，必須建立一種精確、可靠的端部非等構(gòu)的少片拋物線型 等應(yīng)力鋼板彈黃的設(shè)計(jì)方法，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展及對(duì)懸架鋼板彈黃精確設(shè)計(jì)的要求， 提高變截面鋼板彈黃的設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量和性能，提高車輛行駛平順性和安全性；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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 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(jiǎn)便、 可靠的端部非等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的設(shè)計(jì)方法，其中，端部非等構(gòu)的少片 變截面鋼板彈黃是由根部平直段、拋物線段、端部平直段Ξ段所構(gòu)成，且各片端部平直段為 非等構(gòu)，即第1片的端部平直段的厚度和長(zhǎng)度，大于其他各片的厚度和長(zhǎng)度，其設(shè)計(jì)流程圖， 如圖1所示。端部非等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的單片一半結(jié)構(gòu)的示意圖，如圖2 所示，其中，L為彈黃長(zhǎng)度的一半，13為安裝間距的一半，b為寬度，h2為根部厚度，hi、hli分別 為第i片彈黃的端部厚度和平直段長(zhǎng)度。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的端部非等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈 黃的設(shè)計(jì)方法，其特征在于采用w下設(shè)計(jì)步驟：
[0005] ( 1 )少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的等效單片根部厚度he的計(jì)算：
[0006] 首先，選取等效單片拋物線型變截面鋼板彈黃的拋物線段的厚度比β = 0.55;然 后，根據(jù)少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的一半剛度設(shè)計(jì)要求值Κμ，一半長(zhǎng)度L，寬度b，安裝 間距的一半13,拋物線根部到彈黃端點(diǎn)的距離b = kl3,彈性模量E，對(duì)滿足剛度要求的少片 拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的等效單片根部厚度進(jìn)行計(jì)算，即
[0009] (2)少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的片數(shù)N及各片根部厚度h2的設(shè)計(jì)：
[0010] A步驟:確定各片彈黃根部厚度的最大許用厚度比2]:
[0011] 根據(jù)少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的一半長(zhǎng)度L，寬度b，所受的一半載荷P，安全 許用應(yīng)力[0]，及步驟(1)中計(jì)算得到的he,確定各片彈黃根部厚度的最大許用厚度比2]，即
[0012]
[0013] B步驟:鋼板彈黃片數(shù)N及各片根部厚度h2的設(shè)計(jì)：
[0014] 選取少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的片數(shù)初始值N=2,其中，N為2~5之間的整 數(shù);所設(shè)計(jì)的端部非等構(gòu)少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的根部厚度相等，即都等于h2;根據(jù) A步驟中確定的比2]，及步驟(1)中計(jì)算得到的he,對(duì)端部非等構(gòu)少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈 黃的各片根部厚度h2進(jìn)行設(shè)計(jì)，即
[0015]
[0016] 若}12<比2]，貝化2即為端部非等構(gòu)少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的各片根部厚度 設(shè)計(jì)值;所對(duì)應(yīng)的片數(shù)N，即為端部非等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的片數(shù)設(shè)計(jì)值；
[0017] 若}12>比2]，則取鋼板彈黃的片數(shù)N = N+1，返回繼續(xù)執(zhí)行B步驟，對(duì)增加1片情況下 的根部厚度h2進(jìn)行設(shè)計(jì)，直到當(dāng)比2]時(shí)，少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的片數(shù)及各片根 部厚度設(shè)計(jì)完畢；
[0018] (3)端部非等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的各片端部平直段厚度及長(zhǎng)度的 設(shè)計(jì)：
[0019] I步驟:根據(jù)步驟(2)中設(shè)計(jì)得到的h2,確定第1片彈黃的拋物線段的厚度比&，即 0.65 ,/?, e[5,10]mm 0.60 ，/?:臣 n〇，15]mm 0.55 ,/?、臣（15,20]mm
[0020] 爲(wèi):=1 rv /W'…； 0.50 ,/?:臣（20,25]nim 0.45 ，/?:臣口5,30]mni 0.40. ,/?:臣（3化 35]mm
[0021] 根據(jù)拋物線根部到彈黃端點(diǎn)的距離b，步驟(2)中設(shè)計(jì)得到的h2,及所確定的第1片 彈黃的01，確定第1片彈黃的端部平直段厚度hii和長(zhǎng)度hi,分別為
[0022] hii = 0ih2，
[0023] .h 廣巧 h;
[0024] II步驟:根據(jù)步驟（1)中確定的β和he,步驟(2)中設(shè)計(jì)得到的鋼板彈黃片數(shù)N和各 片彈黃根部厚度h2,及I步驟中確定的&，確定第2片，第3片，…，第N片彈黃的拋物線段的厚 度比值，即
[0025]
[0026] 根據(jù)所確定的
拋物線根部到彈黃端點(diǎn)的距離12,及步 驟(2)中設(shè)計(jì)得到的h2,確定第2片，第3片，…，第N片彈黃端部平直段的厚度和長(zhǎng)度，分別為
[0029] (4)端部非等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的各片不同位置厚度hi(x)的設(shè) 計(jì)：
[0030] 根據(jù)少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的一半長(zhǎng)度L，拋物線根部到彈黃端點(diǎn)的距離 12,步驟(3)中確定的各片彈黃的端部厚度和平直段長(zhǎng)度，及步驟(2)中設(shè)計(jì)得到的各片彈 黃根部厚度h2，W鋼板彈黃自由端為坐標(biāo)原點(diǎn)，可得端部非等構(gòu)少片拋物線型等應(yīng)力鋼板 彈黃的各片不同位置X處的厚度hi(x)設(shè)計(jì)值，即
[0031]
[0032] 其中，i = l，2，...，N。
[0033] 本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)
[0034] 由于端部非等構(gòu)的少片拋物線變截面鋼板，其分析計(jì)算非常復(fù)雜，因此，國(guó)內(nèi)、外 一直未能給出可靠的解析設(shè)計(jì)方法。目前大都是忽略端部非等構(gòu)的影響，按端部等構(gòu)設(shè)計(jì) 方法，對(duì)端部非等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃進(jìn)行近似設(shè)計(jì)，因此，很難得到準(zhǔn)確可 靠的參數(shù)設(shè)計(jì)值。隨著計(jì)算機(jī)及有限元仿真軟件的仿真，目前盡管有人曾對(duì)端部非等構(gòu)的 少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃采用ANSYS建模仿真法，但是該方法僅能對(duì)給出實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié) 構(gòu)的鋼板彈黃的變形或剛度進(jìn)行仿真驗(yàn)證，不能提供精確的解析設(shè)計(jì)式，更不能滿足車輛 快速發(fā)展及對(duì)懸架鋼板彈黃現(xiàn)代化CA的受計(jì)軟件開發(fā)的要求。
[0035] 本發(fā)明根據(jù)鋼板彈黃的設(shè)計(jì)剛度和安裝結(jié)構(gòu)尺寸，所選定等效單片拋物線型變截 面鋼板彈黃的拋物線段厚度比β，及拋物線型變截面鋼板彈黃的端部變形系數(shù)，首先，對(duì)等 效單片拋物線型變截面鋼板彈黃的根部厚度he進(jìn)行設(shè)計(jì);然后，根據(jù)鋼板彈黃載荷Ρ及最大 許用應(yīng)力[σ]，對(duì)少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃根部最大許用厚度比2]進(jìn)行設(shè)計(jì)；隨后，根 據(jù)等效單片鋼板彈黃的根部厚度的he,利用疊加鋼板重疊部分的等效厚度計(jì)算公式，對(duì)少 片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃片數(shù)N及根部厚度h2進(jìn)行設(shè)計(jì);最后，根據(jù)等效單片拋物線型變 截面鋼板彈黃端部平直段厚度設(shè)計(jì)值化e，利用疊加鋼板重疊部分的等效厚度計(jì)算公式，給 出端部非等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的各片端部平直段厚度hli和長(zhǎng)度hi的設(shè)計(jì) 方法。
[0036] 通過設(shè)計(jì)實(shí)例及ANSYS仿真驗(yàn)證可知，該方法可得到準(zhǔn)確、可靠的端部非等構(gòu)的少 片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃的參數(shù)設(shè)計(jì)值，為端部非等構(gòu)的少片拋物線型等應(yīng)力鋼板彈黃 設(shè)計(jì)提供了可靠的設(shè)計(jì)方法，并且為CAD軟件開發(fā)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法，可 提高車輛懸架少片變截面鋼板彈黃的設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量和性能，降低懸架彈黃質(zhì)量和成本，提 高車輛的運(yùn)輸效率和行駛安全性;同時(shí)，還降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用，加快產(chǎn)品開發(fā)