[发明专利]非等长少片标准抛物线型变截面板簧的设计方法

说明书

本发明涉及非等长少片标准抛物线型变截面板簧的设计方法，属于车辆悬架少片变截面板簧技术领域。本发明可根据车辆悬架参数、板簧片数、结构参数及横截面两端形状、弹性模量、额定载荷及在额定载荷下的许用应力和在冲击载荷下的最大许用应力，对非等长少片标准抛物线型变截面板簧的夹紧刚度、各片厚度和长度及板簧的初始弧高和最大限位进行设计。通过样机试验可知，本发明所提供的非等长少片标准抛物线型变截面板簧的设计方法是正确的，利用该方法可得到准确可靠的结构参数设计值，确保板簧的夹紧刚度、初始弧高和最大限位挠度满足设计要求，提高板簧的设计水平及车辆行驶平顺性和安全性；同时，降低产品的设计及试验费用，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，特别是非等长少片标准抛物线型变截面板簧的设计方法。

背景技术

少片变截面板簧与多片叠加板簧相比，由于应力载荷趋于均衡，且节省材料，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。各片板簧的一半对称结构是由根部平直段、抛物线段和端部平直段构成，其横截面两端形状实际大都为半圆圆弧，且抛物线段在任意位置厚度是以板簧端点为坐标原点的抛物线数学模型。为了进一步减轻板簧重量，通常采用非等长少片标准抛物线型变截面板簧，即各片板簧的端部平直段不等长。然而，由于非等长少片标准抛物线型变截面板簧的各片板簧刚度不相等，且在考虑横截面两端的形状及其对刚度影响的情况下，其夹紧刚度计算非常复杂。据所查资料可知，由于受刚度计算的制约，目前国内外一直未能给出非等长少片标准抛物线型变截面板簧的精确设计方法，大都是采用近似设计方法，难以满足少片变截面板簧精确设计及数字化制造的要求。因此，必须建立一种精确、可靠的非等长少片标准抛物线型变截面板簧的设计方法，满足车辆行业快速发展及对悬架板簧精确设计和数字化制造的要求，提高变截面板簧的设计水平、产品质量和性能，提高车辆行驶平顺性和安全性；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准确可靠的非等长少片标准抛物线型变截面板簧的设计方法，其设计流程图如图1所示。各片板簧是由根部平直段、抛物线段、端部平直段所构成，各片板簧的根部平直段和抛物线段相同，抛物线段在x位置处的厚度h_x按板簧端点为坐标原点的抛物线数学模型变化，即即抛物线段为标准抛物线型。各片板簧的端部平直段不等长，即非等长少片标准抛物线型变截面板簧，其一半对称结构示意图如图2所示，其中，包括各片标准抛物线型变截面板簧1，根部垫圈2，端部垫圈3。板簧的一半长度L_T，骑马螺栓夹紧距U，首片板簧的一半夹紧长度L＝L_T-U/4，根部平直段的一半夹紧长度L₂，抛物线段长度L_p，各片板簧的端部平直段长度分别L_1i，i＝1,2,…n。抛物线段的根部到板簧端点的长度L_2p＝L-L₂，抛物线段的端部到板簧端点的长度L_1p＝L₁₁。根部平直段厚度h₂，端部平直段厚度h₁。各片板簧的宽度B，弹性模量E。δ_c为根部垫圈厚度，δ_e为端部垫圈厚度。板簧横截面两端形状有圆弧型、倒角型和直角型，可统一利用倒角半径厚度比k_r表示，0≤k_r≤1/2，如图3所示，其中，当k_r＝0，横截面直角型；当k_r＝1/2，横截面圆弧型；当倒角半径厚度比0k_r1/2，0k_r1/2，横截面倒角型。根据车辆悬架参数、板簧片数、结构参数及横截面两端形状、弹性模量、额定载荷及在额定载荷下的许用应力和在冲击载荷下的最大许用应力，对非等长少片标准抛物线型变截面板簧的夹紧刚度、各片厚度和长度及板簧的初始弧高和最大限位挠度进行设计。

为解决上述技术问题，本发明所提供的非等长少片标准抛物线型变截面板簧的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：