本發(fā)明涉及車輛懸架鋼板彈簧，特別是兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧根部應(yīng)力的計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

為了進(jìn)一步提高車輛在半載情況下的行駛平順性，可將原一級漸變剛度板簧的主簧拆分為兩級主簧，即兩級主簧式漸變剛度板簧；同時，為了確保主簧的應(yīng)力強(qiáng)度，通常通過第一級主簧、第二級主簧和副簧初始切線弧高及兩級漸變間隙，使第二級主簧和副簧適當(dāng)提前承擔(dān)載荷，從而降低第一級主簧的應(yīng)力，即兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧，其中，各級板簧的根部應(yīng)力影響板簧的應(yīng)力強(qiáng)度、懸架可靠性及車輛行駛平順性和安全性。然而，由于兩級主簧式非等偏頻漸變剛度板簧的應(yīng)力計(jì)算非常復(fù)雜，不僅與板簧結(jié)構(gòu)和載荷大小有關(guān)，而且還與接觸載荷及最大厚度板簧的厚度有關(guān)，同時，還受各級板簧根部重疊部分等效厚度計(jì)算的制約，據(jù)所查資料可知，先前一直未能給出兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧根部應(yīng)力的計(jì)算方法，大都是通過試驗(yàn)測試進(jìn)行加以確定，因此，不能滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展及懸架彈簧現(xiàn)代化CAD設(shè)計(jì)要求。隨著車輛行駛速度及其對平順性要求的不斷提高，對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、可靠的兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧根部應(yīng)力的計(jì)算方法，為兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核及現(xiàn)代化CAD軟件開發(fā)奠定可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展、車輛行駛平順性及對漸變剛度板簧的設(shè)計(jì)要求，提高兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性及車輛行駛安全性；同時，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、可靠的兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧根部應(yīng)力的計(jì)算方法，計(jì)算流程如圖1所示。兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)如圖2所示，是由第一級主簧1、第二級主簧2和副簧3組成。采用兩級主簧，并通過第一級主簧1、第二級主簧2和副簧的初始切線弧高H_gM10、H_gM20和H_gA0，在第一級主簧1與第二級主簧2和第二級主簧2與副簧3之間設(shè)有兩級漸變間隙δ_M12和δ_MA，以提高半載情況下的車輛行駛平順性。為了確保滿足第一級主簧1應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，第二級主簧2和副簧3適當(dāng)提前承擔(dān)載荷，懸架漸變載荷偏頻不相等，即將板簧設(shè)計(jì)為非等偏頻型漸變剛度板簧。漸變剛度板簧的一半總跨度等于首片主簧的一半作用長度L_11T，騎馬螺栓夾緊距的一半為L₀，寬度為b，彈性模量為E。第一級主簧1的片數(shù)為n₁，第一級主簧各片的厚度為h_1i，一半作用長度為L_1iT，一半夾緊長度L_1i＝L_1iT-L₀/2，i＝1,2,…,n₁。第二級主簧2的片數(shù)為n₂，第二級主簧各片的厚度為h_2j，一半作用長度為L_2jT，一半夾緊長度L_2j＝L_2jT-L₀/2，j＝1,2,…,n₂。副簧3的片數(shù)為m，副簧各片的厚度為h_Ak，一半作用長度為L_AkT，一半夾緊長度L_Ak＝L_AkT-L₀/2，k＝1,2,…,m。根據(jù)各片板簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、騎馬螺栓夾緊距、各次開始接觸載荷，在各級板簧根部重疊部分等效厚度計(jì)算和最大厚度板簧的厚度確定的基礎(chǔ)上，對兩級主簧式非等偏頻漸變剛度板簧在不同載荷下的根部最大應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧根部應(yīng)力的計(jì)算方法，其特征在于采用以下計(jì)算步驟：

(1)第一級主簧及其與第二級主簧和副簧的根部重疊部分等效厚度的計(jì)算：

根據(jù)第一級主簧片數(shù)n_1i,第一級主簧各片的厚度h_1i，i＝1，2,...,n₁；第二級主簧片數(shù)n₂，第二級主簧各片的厚度h_2j,j＝1，2,...,n₂；副簧片數(shù)m,副簧各片的厚度h_Ak,k＝1，2,...,m；對第一級主簧的根部重疊部分的等效厚度h_M1e、第一級主簧與第二級主簧的根部重疊部分的等效厚度h_M2e、及主副簧的根部重疊部分的總等效厚度h_MAe進(jìn)行計(jì)算，即：

(2)第一、第二級主簧和副簧的最大厚度板簧的厚度h_1max、h_2max和h_Amax的確定：

A步驟：第一級主簧的最大厚度板簧的厚度h_1max的確定

根據(jù)第一級主簧片數(shù)n₁，第一級主簧各片的厚度h_1i，i＝1，2,...,n₁，確定第一級主簧的最大厚度板簧的厚度h_1max，即

h_1max＝max(h_1i)；

B步驟：第二級主簧的最大厚度板簧的厚度h_2max的確定

根據(jù)第二級主簧片數(shù)n₂，第二級主簧各片的厚度h_2j,j＝1，2,...,n₂，確定第二級主簧的最大厚度板簧的厚度h_2max，即

h_2max＝max(h_2j)；

C步驟：副簧的最大厚度板簧的厚度h_Amax的確定

根據(jù)副簧片數(shù)m，副簧各片的厚度h_Ak,k＝1，2,...,m，確定副簧的最大厚度板簧的厚度h_Amax，即

h_Amax＝max(h_Ak)；

(3)兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的第一級主簧根部最大應(yīng)力σ_M1計(jì)算：

根據(jù)兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的寬度b，第一級主簧首片的一半夾緊長度L₁₁，第1次開始接觸載荷P_k1，第2次開始接觸載荷P_k2；步驟(1)中計(jì)算得到的h_M1e、h_M2e和h_MAe，步驟(2)中所確定的h_1max，對第一級主簧在不同載荷下的根部最大應(yīng)力σ_M1進(jìn)行計(jì)算，即

(4)兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的第二級主簧根部最大應(yīng)力σ_M2計(jì)算：

根據(jù)兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的寬度b，第一級主簧首片的一半夾緊長度L₁₁，第1次開始接觸載荷P_k1，第2次開始接觸載荷P_k2；步驟(1)中計(jì)算得到的h_M2e和h_Mae，步驟(2)中所確定的h_2max，對第二級主簧在不同載荷下的根部最大應(yīng)力σ_M2進(jìn)行計(jì)算，即

(5)兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的副簧根部最大應(yīng)力σ_A計(jì)算：

根據(jù)兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的寬度b，第一級主簧首片的一半夾緊長度L₁₁，第2次開始接觸載荷P_k2；步驟(1)中計(jì)算得到的h_MAe，步驟(2)中所確定的h_Amax，對副簧在不同載荷下的根部最大應(yīng)力σ_A進(jìn)行計(jì)算，即

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

由于兩級主簧式非等偏頻漸變剛度板簧的應(yīng)力計(jì)算非常復(fù)雜，不僅與板簧結(jié)構(gòu)和載荷大小有關(guān)，而且還與接觸載荷有關(guān)，同時，受各級板簧根部重疊部分等效厚度計(jì)算的制約，先前一直未能給出兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧根部應(yīng)力的計(jì)算方法，大都是通過試驗(yàn)測試進(jìn)行加以確定，因此，不能滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展及懸架彈簧現(xiàn)代化CAD設(shè)計(jì)要求。本發(fā)明可根據(jù)各片第一級主簧、第二級主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、騎馬螺栓夾緊距及各次開始接觸載荷，對兩級主簧式非等偏頻漸變剛度板簧在不同載荷下的各級板簧的根部最大應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。通過樣機(jī)的ANSYS建模仿真和加載應(yīng)力試驗(yàn)可知，本發(fā)明所提供的兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧根部應(yīng)力的計(jì)算方法是正確的，為兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核及CAD軟件開發(fā)提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法可得到可靠的各級板簧根部最大應(yīng)力計(jì)算值，確保滿足板簧應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量和可靠性及車輛行駛安全性；同時，還可降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn)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是兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧根部應(yīng)力的計(jì)算流程圖；

圖2是兩級主簧式非等偏頻漸變剛度板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實(shí)施例的第一級主簧的根部最大應(yīng)力σ_M1隨載荷變化曲線；

圖4是實(shí)施例的第二級主簧的根部最大應(yīng)力σ_M2隨載荷變化曲線；

圖5是實(shí)施例的副簧的根部最大應(yīng)力σ_A隨載荷變化曲線。

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：某兩級主簧式非等偏頻漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，騎馬螺栓夾緊距的一半L₀＝50mm。第一級主簧片數(shù)n₁＝2，第一級主簧各片的厚度h₁₁＝h₁₂＝8mm，一半作用長度分別L_11T＝525mm，L_12T＝450mm；一半夾緊長度分別為L₁₁＝L_11T-L₀/2＝500mm，L₁₂＝L_12T-L₀/2＝425mm。第二級主簧片數(shù)n₂＝1，厚度h₂₁＝8mm；第二級主簧的一半作用長度L_21T＝350mm，一半夾緊長度L₂₁＝L_21T-L₀/2＝325mm。副簧片數(shù)m＝2，副簧各片的厚度h_A1＝h_A2＝13mm；副簧各片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＝L_A1T-L₀/2＝225mm，L_A2＝L_A2T-L₀/2＝125mm。第1次開始接觸載荷P_k1＝1851N，第2次開始接觸載荷P_k2＝2602N。根據(jù)各片板簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、騎馬螺栓夾緊距及各次開始接觸載荷，對該兩級主簧式非等偏頻漸變剛度板簧在不同載荷下的各級板簧的根部最大應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。

本發(fā)明實(shí)例所提供的兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧根部應(yīng)力的計(jì)算方法，其計(jì)算流程如圖1所示，具體計(jì)算步驟如下：

(1)第一級主簧及其與第二級主簧和副簧的根部重疊部分等效厚度的計(jì)算：

根據(jù)第一級主簧片數(shù)n₁＝2,第一級主簧各片的厚度h₁₁＝h₁₂＝8mm；第二級主簧片數(shù)n₂＝1，厚度h₂₁＝8mm；副簧片數(shù)m＝2,副各片的簧厚度h_A1＝h_A2＝13mm；對第一級主簧的根部重疊部分的等效厚度h_M1e、第一級主簧與第二級主簧的根部重疊部分的等效厚度h_M2e、及主副簧的根部重疊部分的總等效厚度h_MAe進(jìn)行計(jì)算，即：

(2)第一、第二級主簧和副簧的最大厚度板簧的厚度h_1max、h_2max和h_Amax的確定：

A步驟：A步驟：第一級主簧的最大厚度板簧的厚度h_1max的確定

根據(jù)第一級主簧片數(shù)n₁＝2，各片厚度，h₁₁＝h₁₂＝8mm，確定第一級主簧的最大厚度板簧的厚度h_1max，即

h_1max＝max(h₁₁,h₁₂)＝8mm；

B步驟：第二級主簧的最大厚度板簧的厚度h_2max的確定

根據(jù)第二級主簧片數(shù)n₂＝1，厚度h₂₁＝8mm，確定第二級主簧的最大厚度板簧的厚度h_2max，即

h_2max＝max(h₂₁)＝8mm；

C步驟：副簧的最大厚度板簧的厚度h_Amax的確定

根據(jù)副簧片數(shù)m＝2，副簧各片的厚度h_A1＝h_A2＝13mm，確定副簧的最大厚度板簧的厚度h_Amax，即

h_Amax＝max(h_A1,h_A2)＝13mm。

(3)兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的第一級主簧根部最大應(yīng)力σ_M1計(jì)算：

根據(jù)兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，第一級主簧首片的一半夾緊長度L₁₁＝500mm，第1次開始接觸載荷P_k1＝1850N，第2次開始接觸載荷P_k2＝2600N；步驟(1)中計(jì)算得到的h_M1e＝10.1mm、h_M2e＝11.5mm和h_MAe＝18.1mm，步驟(2)中所確定的h_1max＝8mm，對第一級主簧在不同載荷下的根部最大應(yīng)力σ_M1進(jìn)行計(jì)算，即

利用Matlab計(jì)算程序，計(jì)算所得到的該兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的第一級主簧的根部最大應(yīng)力σ_M1隨載荷變化曲線，如圖3所示。

(4)兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的第二級主簧根部最大應(yīng)力σ_M2計(jì)算：

根據(jù)兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，第一級主簧首片的一半夾緊長度L₁₁＝500mm，第1次開始接觸載荷P_k1＝1850N，第2次開始接觸載荷P_k2＝2600N；步驟(1)中計(jì)算得到的h_M2e＝11.5mm和h_MAe＝18.1mm，步驟(2)中所確定的h_2max＝8mm，對第二級主簧在不同載荷下的根部最大應(yīng)力σ_M2進(jìn)行計(jì)算，即

利用Matlab計(jì)算程序，計(jì)算所得到的該兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的第二級主簧的根部最大應(yīng)力σ_M2隨載荷變化曲線，如圖4所示。

(5)兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的副簧根部最大應(yīng)力σ_A計(jì)算：

根據(jù)兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板的寬度b＝63mm，第一級主簧首片的一半夾緊長度L₁₁＝500mm，第2次開始接觸載荷P_k2＝2600N，步驟(1)中計(jì)算得到的h_MAe＝18.1mm，步驟(2)中所確定的h_Amax＝13mm，對副簧在不同載荷下的根部最大應(yīng)力σ_A進(jìn)行計(jì)算，即

利用Matlab計(jì)算程序，計(jì)算所得到的該兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧的副簧根部最大應(yīng)力σ_A隨載荷變化曲線，如圖5所示。

通過樣機(jī)ANSYS建模仿真和加載應(yīng)力試驗(yàn)可知，本發(fā)明所提供的兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧根部應(yīng)力的計(jì)算方法是正確的，為兩級主簧式非等偏頻型漸變剛度板簧設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核及CAD軟件開發(fā)提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法可得到可靠的各級板簧根部最大應(yīng)力計(jì)算值，確保滿足板簧應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量和可靠性及車輛行駛安全性；同時，降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。