[发明专利]非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度的设计方法。

背景技术

为了满足在不同载荷下的车辆悬架变刚度设计及车辆悬架轻量化的要求，通常采用少片变截面主副簧。由于少片变截面主副簧的第1片主簧的受力复杂，不仅承受垂向载荷，同时还承受扭转载荷和纵向载荷，因此，实际所设计的第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，大于他各片主簧的端部平直段的厚度和长度，即大都采用端部非等构的少片变截面钢板弹簧，以满足第1片主簧受力复杂的要求。另外，为了满足不同复合刚度的设计要求，通常采用不同长度的副簧，即副簧触点与主簧相接触的位置也不同，因此，可分为端部平直段接触式和非端部接触式两种。主副簧接触一起工作时，第m片主簧除了受端点力之外，还受到副簧触点的支撑力的作用，致使少片变截面主副簧的变形及内力计算非常复杂。少片变截面主副簧的复合刚度，对车辆行驶平顺性具有重要影响，因此，必须对所设计的少片变截面主副簧的副簧长度进行精确设计，以确保满足复合刚度的设计要求。然而，由于主簧的端部平直段非等构、主副簧的长度不相等、主副簧的变形及内力分析计算非常复杂，因此，对于非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧，先前一直未能给出副簧长度的设计方法。尽管先前曾有人给出了少片变截面钢板弹簧的设计和计算方法，例如，彭莫，高军曾在《汽车工程》，1992年(第14卷)第3期，提出了变截面钢板弹簧的设计和计算方法，主要是针对端部等构的少片抛物型变截面钢板弹簧进行设计和计算，其不足之处不能满足非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧及副簧长度的设计要求。目前工程设计人员，大都是忽略主副簧不等长的影响，直接将主副簧复合刚度设计要求值减去主簧刚度值作为副簧刚度，然后对副簧长度进行近似设计，因此，难以得到可靠的副簧长度设计值，不能满足非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的精确设计要求。

因此，必须建立一种精确、可靠的非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度的设计方法，以满足车辆行业快速发展及对少片抛物线型变截面主副钢板弹簧精确设计的要求，提高少片抛物线型变截面主副簧的设计水平、产品质量和性能，确保满足主副簧复合刚度的设计要求，提高车辆行驶平顺性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种简便、可靠的非端部接触式少片抛物线型变截面副簧长度的设计方法，其设计流程图，如图1所示。少片抛物线型变截面主副簧的一半对称结构可看作为变截面悬臂梁，即将对称中心线看作为一半弹簧的根部固定端，将主簧端部受力点及副簧端部触点分别看作为主簧端点和副簧端点。非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的一半对称结构示意图，如图2所示，其中包括，主簧1，根部垫片2，副簧3，端部垫片4。主簧1各片的一半长度为L_M，是由根部平直段、抛物线段和端部平直段三段所构成，每片主簧的根部平直段的厚度为h_2M，安装间距的一半为l₃；主簧1各片的端部平直段非等构，即第1片的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片的厚度和长度，各片主簧的端部平直段的厚度和长度分别为h_1i和l_1i，i＝1,2,…,m，m为少片变截面主簧的片数；中间变截面为抛物线段，各片抛物线段的厚度比为β_i＝h_1i/h_2M，抛物线段的根部到主簧端点的距离为l_2M＝L_M-l₃，抛物线段的端部到主簧端点的距离l_1i＝l_2Mβ_i²。主簧1各片的根部平直段之间及与副簧3的根部平直段之间设有根部垫片2，主簧1的端部平直段之间设有端部垫片4，端部垫片的材料为碳纤维复合材料，以降低弹簧工作所产生的摩擦噪声。副簧3的一半长度L_A为待设计值，副簧片数为n，各片副簧的结构相同，其中，副簧宽度等于主簧宽度，即副簧宽度为b，副簧触点与主簧端点的水平距离为l₀＝L_M-L_A，抛物线段的根部到副簧端点的距离为l_2A＝L_A-l₃，副簧根部平直段的厚度为h_2A，第j片副簧的端部平直段的厚度和长度分别为h_A1j和l_A1j，且h_A11＝h_A1j＝…＝h_A1n，l_A11＝l_A1j＝…＝l_A1n；副簧抛物线段的厚度比为β_A，其中，β_A＝h_A1j/h_A2，j＝1,2,…,n，n为副簧的片数，抛物线段的端部到副簧端点的距离l_A1j＝l_2Aβ_A²。副簧触点与主簧抛物线段之间设有一定的主副簧间隙δ，当载荷大于副簧起作用载荷后，副簧触点与主簧抛物线段内某点相接触而共同起作用，以满足主副簧复合刚度和副簧起作用载荷的设计要求，其中，主副簧的复合刚度，不仅与主簧各片的结构参数有关，而且还与副簧的片数及根部平直段的厚度及副簧长度有关。在主簧的各片结构参数、弹性模量、副簧的厚度和片数、副簧的抛物线段的厚度比、及主副簧复合刚度设计要求值给定情况下，对非端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的副簧长度进行设计。