本發(fā)明涉及車輛懸架鋼板彈簧，特別是高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法。

背景技術(shù)：

為了滿足在不同載荷下的車輛行駛平順性及懸架漸變偏頻保持不變的設(shè)計要求，隨著高強(qiáng)度鋼板材料的出現(xiàn)，可采用高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧，其中，高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧撓度及夾緊剛度，影響懸架系統(tǒng)偏頻及車輛行駛平順性，且主簧撓度總不同載荷下的計算，制約著強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主副簧切線弧高設(shè)計。然而，由于主簧和副簧在漸變過程中的漸變復(fù)合夾緊剛度的不僅與高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與接觸載荷大小有關(guān)，因此，高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷下主簧撓度的計算非常復(fù)雜，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法。

隨著車輛行駛速度及其對平順性要求的不斷提高，對高強(qiáng)度一級漸變剛度設(shè)計板簧提出了更高要求，因此，必須建立一種精確、可靠的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法，為高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧設(shè)計奠定可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展、車輛行駛平順性及高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的設(shè)計要求，提高產(chǎn)品設(shè)計水平、質(zhì)量和性能，滿足車輛行駛平順性的設(shè)計要求；同時，降低設(shè)計及試驗(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、可靠的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法，計算流程圖，如圖1所示。板簧采用高強(qiáng)度鋼板，寬度為b，彈性模量為E，各片板簧為以中心穿裝孔對稱的結(jié)構(gòu)，其安裝夾緊距的一半L₀為騎馬螺栓夾緊距的一半L₀；高強(qiáng)度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構(gòu)成，其中，主簧1的片數(shù)為n，各片主簧的厚度為h_i，一半作用長度為L_it，一半夾緊長度為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，一半作用長度為L_Ajt，一半夾緊長度為L_Aj＝L_n+j＝L_Ajt-L₀/2，j＝1,2,…,m。主簧1的末片下表面與副簧2的首片上表面之間的主副簧漸變間隙δ_MA。當(dāng)載荷達(dá)到開始起作用載荷P_k時，在騎馬螺栓夾緊距之外，主簧1的末片下表面與副簧2的上表面開始接觸；當(dāng)載荷達(dá)到完全接觸載荷P_w時，主簧1的末片下表面與副簧2的上表面完全接觸。當(dāng)載荷P<P_k時，懸架夾緊剛度由主簧1的夾緊剛度K_M所決定；當(dāng)載荷P>P_w時，懸架夾緊剛度是由主簧1和副簧2完全接觸之后的主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA所決定；當(dāng)載荷在[P_k,P_w]范圍內(nèi)變化時，主簧1的末片下表面與副簧2的首片上表面的接觸位置，及主副簧漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP隨載荷而變化，從而滿足懸架偏頻保持不變的設(shè)計要求。高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷情況下的主簧撓度，不僅與各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量及載荷有關(guān)，而且還與開始接觸載荷P_k和完全接觸載荷P_w有關(guān)。在各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、開始接觸載荷、完全接觸載荷和額定載荷給定情況下，對高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷下的主簧撓度進(jìn)行計算。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法，其特征在于采用以下計算步驟：

(1)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度h_ke計算：

根據(jù)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，對高強(qiáng)度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(jìn)行計算，k＝1,2,...,N，即

其中，主簧根部重疊部分的等效厚度主副簧根部重疊部分的總等效厚度

(2)載荷P<P_k時的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度K_M的計算：

根據(jù)高強(qiáng)度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)中計算得到的h_ke，k＝i＝1,2,...,n，對載荷P<P_k時的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度K_M進(jìn)行計算，即

(3)載荷P>P_w時的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA的計算：

根據(jù)高強(qiáng)度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分別L_Aj＝L_n+j，j＝1,2,...,m；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，對載荷P>P_w時的主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA進(jìn)行計算，即

(4)在載荷P∈[P_k,P_w]范圍內(nèi)的主副簧漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwp的計算：

根據(jù)開始接觸載荷P_k，完全接觸載荷P_w，步驟(2)中計算得到的K_M，步驟(3)中計算得到的K_MA，對高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在載荷P∈[P_k,P_w]范圍內(nèi)的漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP進(jìn)行計算，即

P∈[P_k,P_w]；

(5)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷P下的主簧撓度f_M計算：

根據(jù)開始接觸載荷P_k，完全接觸載荷P_w，額定載荷P_N，步驟(2)中計算得到的K_M；步驟(3)中計算得到的K_MA，步驟(4)中計算得到的K_kwP，對高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷P下的撓度f_M進(jìn)行計算，即

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

由于高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的在主簧和副簧漸變過程中的撓度及漸變復(fù)合夾緊剛度的計算非常復(fù)雜，據(jù)所查資料可知，先前一直未能給出高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法，大都是利用樣機(jī)試驗(yàn)測試方法，對其在不同載荷下的主簧撓度進(jìn)行確定，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)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、開始接觸載荷、完全接觸載荷和額定載荷，對高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷下的主簧撓度進(jìn)行計算。通過樣機(jī)加載變形試驗(yàn)測試可知，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法是正確的，可得到在不同載荷下的準(zhǔn)確可靠的主簧撓度計算值，為高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主副簧初始切線弧高的設(shè)計及CAD軟件開發(fā)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)；同時，利用該方法，可提高高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的設(shè)計水平、產(chǎn)品質(zhì)量和車輛行駛平順性；同時，還可降低設(shè)計及試驗(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是高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算流程圖；

圖2是高強(qiáng)度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)施例一的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的漸變復(fù)合夾緊剛度隨載荷的變化曲線K_kwP隨載荷P變化曲線；

圖4是實(shí)施例一的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧撓度f_M隨載荷P變化曲線。

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：某高強(qiáng)度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＝2片，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝8mm，各片主簧的一半作用長度分別為L_1t＝525mm，L_2t＝450mm，一半夾緊長度分別為L₁＝L_1t-L₀/2＝500mm，L₂＝L_2t-L₀/2＝425mm。副簧片數(shù)m＝3片，各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝h_A3＝13mm，各片副簧的一半作用長度分別為L_A1t＝350mm，L_A2t＝250mm，L_A3t＝150mm；一半夾緊長度分別為L_A1＝L₃＝L_A1t-L₀/2＝325mm L_A2＝L₄＝L_A2＝L_A2t-L₀/2＝225mm，L_A3＝L₅＝L_A3t-L₀/2＝125mm。主副簧的總片數(shù)N＝n+m＝5。該高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的開始接觸載荷P_k＝1842N，完全接觸載荷P_w＝6398N，額定載荷P_N＝7227N，根據(jù)該高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量，開始接觸載荷P_k、完全接觸載荷P_w和額定載荷P_N，對該高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷情況下的夾緊剛度特性進(jìn)行計算。

本發(fā)明實(shí)例所提供的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法，其計算流程如圖1所示，具體計算步驟如下：

(1)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度h_ke計算：

根據(jù)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧片數(shù)n＝2,副簧片數(shù)m＝3,主副簧的總片數(shù)N＝n+m＝5，其中，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝8mm；各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝h_A3＝11mm，對高強(qiáng)度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(jìn)行計算，k＝1,2,...,N，即

h_1e＝h₁＝8.0mm；

其中，主簧根部重疊部分的等效厚度h_Me＝h_2e＝10.1mm；主副簧根部重疊部分的總等效厚度h_MAe＝h_5e＝17.1mm。

(2)載荷P<P_k時的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度K_M的計算：

根據(jù)高強(qiáng)度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＝2，各片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，L₂＝425mm，及步驟(1)中計算得到的h_1e＝8.0mm和h_2e＝10.1mm，k＝i＝1,2,...,n，對載荷P<P_k時高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度K_M進(jìn)行計算，即

(3)載荷P>P_w時的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA的計算：

根據(jù)高強(qiáng)度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＝2，各片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，L₂＝425mm；副簧片數(shù)m＝3，各片副簧的一半夾緊長度分別L_A1＝L₃＝325mm，L_A2＝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＝13.3mm，h_4e＝15.4mm，h_5e＝17.1mm，k＝1,2,...,N，對載荷P>P_w時高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA進(jìn)行計算，即

(4)在載荷P∈[P_k,P_w]范圍內(nèi)的主副簧漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwp的計算：

根據(jù)開始接觸載荷P_k＝1842N，完全接觸載荷P_w＝6398N，步驟(2)中計算得到的K_M＝51.44N/mm，步驟(3)中計算得到的K_MA＝178.62N/mm，對高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在載荷P∈[P_k,P_w]范圍內(nèi)的漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP進(jìn)行計算，即

P∈[P_k,P_w]；

利用MATLAB程序，計算所得到該高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧載荷在[P_k,P_w]范圍內(nèi)的漸變復(fù)合夾緊剛度隨載荷的變化曲線，如圖3所示，其中，當(dāng)載荷P＝P_k＝1842N時，漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP＝K_M＝51.44N/mm；當(dāng)載荷P＝P_w＝6398N時，漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP＝K_MA＝178.62N/mm。

(5)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷P下的主簧撓度f_M計算：

根據(jù)開始接觸載荷P_k＝1842N，完全接觸載荷P_w＝6398N，額定載荷P_N＝7227N，步驟(2)中計算得到的K_M＝51.44N/mm；步驟(3)中計算得到的K_MA＝178.62N/mm，步驟(4)中計算得到的K_kwP，對高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷P下的撓度f_M進(jìn)行計算，即

利用Matlab計算程序，計算所得到該高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在0～P_N范圍內(nèi)的主簧撓度f_M隨載荷P的變化曲線，如圖4所示，其中，在P_k＝1842N時的板簧撓度f_M＝35.8mm；在P_w＝6398N時，板簧撓度f_M＝80.4mm；在P_N＝7227N時，板簧撓度f_M＝85.1mm。

通過樣機(jī)加載撓度試驗(yàn)可知，在相應(yīng)載荷下的板簧撓度計算值，與試驗(yàn)測試值相吻合。表明本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧撓度的計算方法是正確的，利用該方法可得到可靠的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷下的撓度計算值，為高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的撓度計算，初始切線弧高及最大限位撓度設(shè)計奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法，提高產(chǎn)品的設(shè)計水平、質(zhì)量和性能及車輛行駛平順性；同時，降低設(shè)計及試驗(yàn)費(fèi)用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。