[发明专利]端部非等构斜线型变截面板簧预夹紧应力的仿真计算法

说明书

技术领域

本发明涉及车辆悬架少片变截面板簧，特别是端部非等构斜线型变截面板簧预夹紧应力的仿真计算法。

背景技术

随着汽车节能及轻量化的快速发展，少片变截面板簧因具有重量轻，材料利用率高，片间无摩擦或摩擦小，振动噪声低，使用寿命长等优点，日益受到车辆悬架专家、生产企业及车辆制造企业的高度关注。由于斜线型变截面板簧与抛物线型变截面板簧相比，其加工工艺和所需要设备简单，因此，在车辆悬架系统中得到了广泛应用。为了满足首片板簧端部受力复杂的要求，首片板簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片板簧的端部平直段的厚度和长度，即端部非等构少片斜线型变截面板簧。通常为了提高板簧可靠性和使用寿命的设计要求，通过各片板簧的各自不同自由切线弧高，在装配夹紧之后，使首片板簧或前几片板簧产生一定的预夹紧压应力；同时，确保首片板簧的初始切线弧高满足设计要求。对于给定设计结构的少片斜线型变截面板簧，各片板簧的预夹紧应力是否满足要求，必须对其进行仿真计算。然而，据所查资料可知，由于端部非等构少片斜线型变截面板簧的夹紧刚度计算非常复杂，且受各片板簧预夹紧应力与结构参数、自由切线弧高、根部垫片和端部垫片的厚度、装配夹紧后的各片板簧的夹紧刚度、初始切线弧高之间关系，及各片板簧夹紧端点力仿真计算的制约，先前一直未曾给出端部非等构斜线型变截面板簧预夹紧应力的仿真计算法。因此，必须建立一种准确、可靠的端部非等构斜线型变截面板簧预夹紧应力的仿真计算法，为各片板簧预夹紧应力的仿真计算提供可靠的技术方法，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性和安全性及对少片斜线型变截面板簧的设计要求，确保各片板簧的预夹紧应力满足设计要求，提高产品设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，降低产品设计及试验费用，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、可靠的端部非等构斜线型变截面板簧预夹紧应力的仿真计算法，其仿真计算流程图，如图1所示。端部非等构少片斜线型变截面板簧为以中心穿装孔对称的结构，其一半对称夹紧结构示意图如图2所示，其中包括，板簧1，根部垫片2，端部垫片3。板簧1的片数为n，其中，2≤n≤5；各片板簧的宽度为b，弹性模量为E，一半作用长度为L_T是由根部平直段、斜线段和端部平直段三段所构成，根部平直段用于骑马螺栓装配夹紧，根部平直段的一半长度L₀。各片板簧的端部平直段的厚度和长度不相等，首片板簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片板簧的端部平直段的厚度和长度，以满足首片板簧端部受力复杂的要求，即端部非等构少片斜线型变截面板簧。各片板簧的根部平直段的厚度为h₂，端部非等构平直段的厚度h_1i，各片板簧的斜线段的厚度比为β_i＝h_1i/h₂，各片板簧的端部平直段的长度为l_1i＝(L_T-L₀)β_i²。各片板簧的根部之间设有根部垫片2，根部垫片厚度为δ_c。各片板簧的端部之间设有端部垫片3，端部垫片的厚度为δ_e，材料为碳纤维复合材料，以降低板簧工作所产生的摩擦噪声。通过各片板簧的各自不同自由切线弧高及自由曲率半径，确保装配预夹紧后的首片板簧的初始切线弧高和各片板簧预夹紧应力满足设计要求。各片板簧的自由切线弧高为H_gi0，装配夹紧之后的首片板簧的初始切线弧高为H_gC1，各片板簧的预夹紧应力为σ_i，i＝1,2,…n。根据板簧片数，弹性模量，根部垫片和端部垫片的厚度，各片板簧的结构参数及自由切线弧高的设计值，对端部非等构少片斜线型变截面板簧装配夹紧之后的各片板簧的预夹紧应力进行仿真计算，确保各片斜线型变截面板簧的预夹紧应力满足设计要求。

为解决上述技术问题，本发明所提供的端部非等构斜线型变截面板簧预夹紧应力的仿真计算法，其特征在于采用以下仿真计算步骤：

(1)端部非等构式少片斜线型变截面板簧的各片板簧夹紧刚度K_i的计算：

A步骤：各片板簧的夹紧端点变形系数G_x-Di的计算