[发明专利]变丝径和变中径螺旋弹簧垂向刚度的计算方法

说明书

本发明涉及一种变丝径和变中径螺旋弹簧垂向刚度的计算方法，属于车辆悬架螺旋弹簧技术领域。本发明可根据变丝径和变中径螺旋弹簧的结构参数和材料特性参数，以Δθ微元角将整个螺旋弹簧划分为nsubgt;Δθ/subgt;＝2nπ/Δθ个极角θsubgt;i/subgt;，通过各极角所对应的螺旋弹簧微元段的垂向柔度计算及叠加，对变丝径和变中径螺旋弹簧的垂向刚度进行计算。通过样机的ANSYS仿真和试验验证可知，利用方法可得到准确、可靠的变丝径和变中径螺旋弹簧垂向刚度的计算值，确保垂向刚度满足设计要求，且为变丝径和变中径螺旋弹簧关键参数的设计奠定了可靠的技术基础，从而提高产品设计水平和性能，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螺旋弹簧，特别是一种变丝径和变中径螺旋弹簧垂向刚度的计算方法。

背景技术

随着车辆的快速发展及行驶速度的不断提高，对车辆悬架弹簧的性能及设计提出了更高的要求。为了满足车辆悬架螺旋弹簧渐变刚度和安装空间的设计要求，有时会采用首端和末端的中径和丝径随极角位置而变化的螺旋弹簧，即变丝径和变中径螺旋弹簧。然而，由于丝径和中径都随极角位置而变化，因此，变丝径和变中径螺旋弹簧的垂向刚度计算非常复杂，据所查资料可知，先前国内外一直未曾给出准确、可靠的变丝径和变中径螺旋弹簧垂向刚度的计算方法。随着车辆行驶速度及对行驶平稳性和安全性要求的不断提高，对车辆悬架螺旋弹簧的设计提出了更高的要求，必须满足螺旋弹簧安装和垂向刚度的设计要求。因此，必须建立一种准确、可靠的变丝径和变中径螺旋弹簧垂向刚度的计算方法，为变丝径和变中径螺旋弹簧的正向开发设计奠定可靠的技术基础，从而提高产品的设计水平和性能，满足车辆行驶平稳性和安全性的设计要求；同时，降低产品的设计及试验费用，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，本发明目的在于提供一种简便、可靠的一种变丝径和变中径螺旋弹簧垂向刚度的计算方法。

本发明所述的变丝径和变中径螺旋弹簧垂向刚度的计算方法，螺旋弹簧的首端和末端的中径分别为D₁和D₂，以螺旋弹簧首端中径D₁的圆心为原点O，以首端原点O到丝径的有效起始点为X轴，以首端原点O到末端中径D₂的圆心为Z轴，建立截锥型螺旋弹簧的坐标系。螺旋弹簧的有效高度H₀，节距p，螺旋弹簧首端和末端的丝径分别为d₁和d₂，在极角θ位置所对应的丝径d_θ，对应的升角为α_θ。螺旋弹簧材料的弹性模量E，泊松比μ，剪切模量根据变丝径和变中径螺旋弹簧的结构参数和材料特性参数，以Δ_θ微元角，将整个螺旋弹簧极角划分为n_Δθ＝2nπ/Δ_θ个微元角，各微元角对应的极角θ_i＝iΔ_θ，i＝1,2,…,n_Δθ，通过各极角θ_i所对应的螺旋弹簧微元段的垂向柔度的计算及其叠加，对变丝径和变中径螺旋弹簧的垂向刚度进行计算，确保变丝径和变中径螺旋弹簧的垂向刚度满足设计的要求，并且为变丝径和变中径螺旋弹簧及其关键参数的设计，奠定可靠的技术基础。

本发明所提供的一种变丝径和变中径螺旋弹簧垂向刚度的计算方法，采用以下计算步骤：

(1)变丝径和中径螺旋弹簧的各极角θ_i所对应的极半径R_θi和升角α_θi：