[发明专利]根部加强型少片变截面钢板弹簧的设计方法

说明书

本发明涉及根部加强型少片变截面钢板弹簧的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据根部加强型少片变截面钢板弹簧的刚度设计要求值、结构和材料参数，首先确定出等效单片的根部厚度he，并根据许用应力，确定出根部最大许用厚度[h2]；然后，根据he和[h2]，对根部加强型少片变截面钢板弹簧的片数N、根部厚度h2、各片端部平直段厚度h1i和长度l1i、及变截面段在不同位置处的厚度hi(x)进行设计。通过ANSYS仿真验证可知，利用该方法可得到准确、可靠的钢板弹簧参数设计值，可提高弹簧的设计水平和性能，降低弹簧质量和成本，提高车辆行驶平顺性；同时，还降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

技术领域

本发明涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是根部加强型少片变截面钢板弹簧的设计方法。

背景技术

变截面钢板弹簧与多片叠加钢板弹簧相比，由于其受力合理，应力载荷趋于均衡，并且节省材料和成本，实现车辆轻量化，降低车轮动载，提高车辆行驶安全性，同时还节省燃油，提高车辆运输效率，因此具有良好的经济效益和社会效益，已引起了车辆专家的高度关注。对于少片变截面钢板弹簧，通常在根部平直段与抛物线段之间增设一斜线段，即采用根部加强型少片变截面钢板弹簧，这样不仅可降低弹簧的应力，提高其应力强度，同时，还可满足刚度精确设计值，而且还可便于抛物线段的加工，改善其加工工艺性。尽管先前曾有人给出了少片抛物线型变截面钢板弹簧的设计方法，例如，彭莫和高军曾在《汽车工程》第14卷第3期，提出了变断面钢板弹簧的设计计算方法，该方法只能对根部未加强，且端部等构的少片抛物线型变截面钢板弹簧进行设计，其不足之处是不能满足根部加强型少片变截面钢板弹簧的设计要求。

对于根部加强型少片变截面钢板弹簧，由于受变形、刚度等计算理论及等效厚度和拆分设计理论的制约，至今尚未给出一直简便、准确、可靠的设计方法，目前大都是忽略根部加强斜线段的影响，将斜线段直接近似看作抛物线段，对根部加强型少片变截面钢板弹簧进行近似设计，因此，很难得到准确可靠的参数设计值。随着计算机及有限元仿真软件的仿真，目前尽管有人曾对根部加强型少片变截面钢板弹簧采用ANSYS建模仿真法，但是该方法仅能对给定设计结构的加强型少片变截面钢板弹簧的变形或刚度进行仿真验证，不能提供精确的解析设计式，更不能满足车辆快速发展及对钢板弹簧现代化CAD设计软件开发的要求。

因此，必须建立一种精确、可靠的根部加强型少片变截面钢板弹簧的设计方法，满足车辆行业快速发展及对悬架钢板弹簧精确设计的要求，提高少片变截面钢板弹簧的设计水平、质量和性能，提高车辆行驶平顺性和安全性；同时，降低弹簧质量及成本，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、可靠的有关根部加强型少片变截面钢板弹簧的设计方法。所述变截面钢板弹簧包括至少两片钢板弹簧，每片钢板弹簧为以中心栓穿装孔为轴心的对称结构，钢板弹簧的中心孔一侧的一半对称结构由根部平直段、斜线段、抛物线段、端部平直段4段钢板段构成，在根部平直段和抛物线段之间设有一斜线段，对钢板弹簧的根部起加强作用；各片钢板弹簧的端部平直段为非等构，自上往下数第1片钢板弹簧的端部平直段的厚度和长度大于其他各片的厚度和长度，从而满足所述第1片钢板弹簧的端部受力复杂的要求；其中，L为钢板弹簧长度的一半，l3为安装间距的一半，b为宽度，h2为各片钢板弹簧的根部平直段的厚度，h2p为抛物线段的根部厚度；斜线段的长度为Δl，斜线段的厚度比γ＝h2p/h2；h1i、l1i分别为第i片弹簧的端部平直段的厚度和长度，各片变截面弹簧的抛物线段的厚度比βi＝h1i/h2p。在所述变截面钢板弹簧的长度、宽度、安装间距、刚度设计要求值、最大载荷及许用应力给定情况下，对根部加强型少片变截面钢板弹簧进行设计。

为解决上述技术问题，本发明所提供的根部加强型少片变截面钢板弹簧的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：

(1)根部加强型少片变截面钢板弹簧的等效单片根部厚度he的计算：