[发明专利]基于限位挠度的非等偏频一级渐变板簧应力强度的校核法

摘要

本发明涉及基于限位挠度的非等偏频一级渐变板簧应力强度的校核法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量、最大限位挠度、最大许用应力、主簧和副簧的初始切线弧高设计值，对非等偏频一级渐变板簧在最大限位挠度下的应力强度进行校核。通过实例校核和样机加载应力试验测试可知，表明本发明所提供的基于限位挠度的非等偏频一级渐变板簧应力强度的校核法是正确的。利用该方法可得到准确可靠在最大限位挠度下的板簧根部最大应力校核计算值，确保满足应力强度设计要求，提高板簧的设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，降低产品设计和试验测试费用，加快产品开发速度。

主权项

基于限位挠度的非等偏频一级渐变板簧应力强度的校核法，其中，各片板簧以中心穿装孔对称的结构，安装夹紧距的一半为骑马螺栓夹紧距的一半；通过主簧和副簧的初始切线弧高及渐变间隙，确保板簧渐变刚度、悬架偏频特性和主簧应力强度设计要求，即非等偏频一级渐变板簧；根据各片主簧和副簧的结构参数、弹性模量、最大限位挠度、最大许用应力、主簧和副簧的初始切线弧高，在最大限位挠度所对应最大载荷计算的基础上，对非等偏频一级渐变板簧在最大限位挠度下的应力强度进行校核，具体校核步骤如下：(1)主簧的最大厚度板簧的厚度hmax和主簧的根部叠加部分等效厚度hMe的确定：根据主簧片数n,各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n，对主簧的最大厚度板簧的厚度hmax和主簧的根部叠加部分的等效厚度hMe进行确定，即hmax＝max(hi)；hMe=Σi=1nhi33;]]>(2)副簧的最大厚度板簧的厚度hAmax和主副簧的根部叠加部分等效厚度hMAe的确定：根据副簧片数m，各片副簧的厚度hAj，j＝1,2,…,m，及步骤(1)中计算得到的hMe，对副簧的最大厚度板簧的厚度hAmax和主副簧的根部叠加部分等效厚度hMAe进行确定，即hAmax＝max(hAj)；hMAe=hMe3+Σj=1mhAj33;]]>(3)非等偏频一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk的仿真计算：根据非等偏频一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n；首片主簧的一半夹紧跨长度L1，首片副簧的一半夹紧长度LA1；主簧和副簧的初始切线弧高HgM0和HgA0，及步骤(1)中所确定的hMe，对开始接触载荷Pk进行仿真计算，即Pk=EbhMe3(RA0a-RM0b)6L1RM0bRA0a;]]>式中，RA0a为首片副簧上表面初始曲率半径RM0b为末片主簧下表面初始曲率半径，(4)非等偏频一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw的仿真计算：根据非等偏频一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n，首片主簧的一半夹紧长度L1，主簧初始切线弧高HgM0；主簧夹紧刚度KM，主副簧复合夹紧刚度KMA；步骤(1)中所确定的hMe，步骤(3)中所得到的Pk和RM0b，以完全接触载荷Pw为待求参变量，建立非等偏频一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw的仿真计算数学模型，即6(Pw-Pk)RM0bRMwbL1-EbhMe3(RMwb-RM0b)=0;]]>式中，RMwb为以完全接触载荷Pw为待求参变量，所建立的完全接触时的末片主簧下表面曲率半径表达式RMwb，HgMw为以完全接触载荷Pw为待求参变量，所建立的完全接触时的主簧切线弧高表达式，其中，A、B和C为以完全接触载荷Pw为待求参变量，所定义的主簧挠度计算的中间参数，分别为B＝‑CPk，利用Matlab计算程序，求解上述关于完全接触载荷Pw仿真计算数学模型，便可求得非等偏频一级渐变刚度板簧的完全接触载荷Pw；(5)基于最大限位挠度的非等偏频一级渐变刚度板簧最大载荷Pmax的确定：根据非等偏频一级渐变刚度板簧的最大限位挠度设计值fMmax，主簧夹紧刚度KM，主副簧复合夹紧刚度KMA，步骤(3)中仿真计算得到的Pk，步骤(4)中仿真计算得到的Pw，对基于最大限位挠度的非等偏频一级渐变刚度板簧最大载荷Pmax进行确定，即Pmax=KMAfMmax+Pw-KMAKMPk-KMA∫PkPwdPKkwP;]]> 式中，KkwP为渐变刚度板簧在载荷P∈[Pk,Pw]范围内的渐变夹紧刚度，KkwP=PPkKM+P-PkPw-Pk(KMA-PwPkKM);]]>(6)最大限位挠度下的主簧和副簧的根部最大应力的仿真计算和强度校核：A步骤：最大限位挠度下的主簧根部最大应力σMmax的仿真计算和强度校核根据非等偏频一级渐变刚度板簧的宽度b，最大许用应力[σ]max；首片主簧的一半夹紧长度L1，步骤(1)中所确定的hmax和hMe；步骤(2)中所确定的hMAe，步骤(3)中仿真计算得到的Pk，及步骤(5)中所确定的Pmax，对最大限位挠度下的主簧根部最大应力σMmax进行仿真计算，即σMmax=hMmax3PkL1bhMe3+hMmax3(Pmax-Pk)L1bhMAe3;]]>如果σMmax<[σ]max，则主簧满足应力强度设计要求；如果σMmax>[σ]max，则主簧不满足应力强度设计要求；B步骤：最大限位挠度下的副簧根部最大应力σAmax的仿真计算与强度校核根据非等偏频一级渐变刚度板簧的宽度b，最大许用应力[σ]max；首片主簧的一半夹紧长度L1，步骤(2)中所确定的hAmax和hMAe，步骤(3)仿真计算得到的Pk，步骤(5)中所确定的Pmax，对最大限位挠度下的副簧根部最大应力σAmax进行仿真计算，即σAmax=hAmax3(Pmax-Pk)L1bhMAe3;]]>如果σAmax<[σ]max，则副簧满足应力强度设计要求；如果σAmax>[σ]max，则副簧不满足应力强度设计要求。