[发明专利]非等偏频型三级渐变刚度板簧的渐变间隙的设计方法

摘要

本发明涉及非等偏频型三级渐变刚度板簧的渐变间隙的设计方法，属于车辆悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片主簧和各级副簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，弹性模量，主簧夹紧刚度及各级复合夹紧刚度，接触载荷，额定载荷，及在额定载荷下的主簧剩余切线弧高设计要求值，在各级板簧初始切线弧高设计及曲面形状计算基础上，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的渐变间隙进行设计。通过样机加载挠度试验可知，本发明所提供的非等偏频型三级渐变刚度板簧的渐变间隙的设计方法是正确的，为三级渐变间隙提供了可靠的设计技术。利用该方法可提高产品的设计水平、质量和性能及车辆行驶平顺性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

主权项

1.非等偏频型三级渐变刚度板簧的渐变间隙的设计方法，其中，各片板簧为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；通过主簧和三级副簧的初始切线弧高及三级渐变间隙，满足板簧各次接触载荷、渐变刚度和应力强度的设计要求，即非等偏频型三级渐变刚度板簧；根据各片板簧的结构参数，骑马螺栓夹紧距，弹性模量，主簧夹紧刚度，主簧与各级副簧的复合夹紧刚度，各次接触载荷，额定载荷，及在额定载荷下的剩余切线弧高设计要求值，在三级渐变复合夹紧刚度计算和各级板簧初始切线弧高设计及曲面形状计算的基础上，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的三级渐变间隙进行设计，具体设计步骤如下：(1)非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0的确定：I步骤：第一级渐变复合夹紧刚度KkwP1的计算根据第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，主簧夹紧刚度KM，主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1，对载荷P在[Pk1,Pk2]范围时的非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级渐变复合夹紧刚度KkwP1进行计算，即II步骤：第二级渐变复合夹紧刚度KkwP2的计算根据第2次开始接触载荷Pk2，第3次开始接触载荷Pk3，主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度KMA1，主簧与第一级副簧和第二级副簧的复合夹紧刚度KMA2，对载荷P在[Pk2,Pk3]范围时的非等偏频型三级渐变刚度板簧的第二级渐变复合夹紧刚度KkwP2进行计算，即III步骤：第三级渐变复合夹紧刚度KkwP2的计算根据第3次开始接触载荷Pk3，第3次完全接触载荷Pw3，主簧与第一级和第二级副簧的复合夹紧刚度KMA2，主副簧的总复合夹紧刚度KMA3，对载荷P在[Pk3,Pw3]范围时的非等偏频型三级渐变刚度板簧的第三级渐变复合夹紧刚度KkwP3进行计算，即IV步骤：主簧初始切线弧高HgM0的确定根据第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，第3次开始接触载荷Pk3，第3次完全接触载荷Pw3，额定载荷PN，主簧夹紧刚度KM和主副簧的总复合夹紧刚度KMA3，在额定载荷PN下的剩余切线弧高HgMN，及I～III步骤中分别计算得到的KkwP1、KkwP2和KkwP3，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的主簧初始切线弧高HgM0进行确定，即(2)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级副簧初始切线弧高HgA10的确定：i步骤：主簧末片下表面初始曲率半径RM0b计算根据主簧片数n，主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n；主簧首片的一半夹紧长度L1，步骤(1)中所确定的HgM0，对主簧末片下表面初始曲率半径RM0b进行计算，即ii步骤：第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧片数n，主簧各片的厚度hi，i＝1,2,…,n，主簧首片的一半夹紧长度L1，第1次开始接触载荷Pk1，及i步骤中计算得到的RM0b，对第一级副簧首片上表面初始曲率半径RA10a进行计算，即式中，h_Me为主簧根部重叠部分的等效厚度，iii步骤：第一级副簧初始切线弧高HgA10的确定根据第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，ii步骤中计算得到的RA10a，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级副簧初始切线弧高HgA10进行确定，即(3)三级渐变刚度板簧的第二级副簧初始切线弧高HgA20的确定：①步骤：第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b计算根据第一级副簧片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；步骤(2)中设计得到的RA10a，对第一级副簧末片下表面初始曲率半径RA10b进行计算，即②步骤：第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1，第一级副簧的片数n1，第一级副簧各片的厚度hA1j，j＝1,2,…,n1；第1次开始接触载荷Pk1，第2次开始接触载荷Pk2，步骤(2)的ii步骤中计算得到的hMe，及①步骤中计算得到的RA10b，对第二级副簧首片上表面初始曲率半径RA20a进行计算，即式中，h_MA1e为主簧与第一级副簧的根部重叠部分的等效厚度，③步骤：第二级副簧初始切线弧高HgA20的确定根据第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21，②步骤中计算得到的RA20a，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的第二级副簧初始切线弧高HgA20进行确定，即(4)三级渐变刚度板簧的第三级副簧初始切线弧高HgA30的确定：1)步骤：第二级副簧末片下表面初始曲率半径RA20b计算根据第二级副簧片数n2，第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2，②步骤中计算得到的RA20a，对第二级副簧末片下表面初始曲率半径RA20b进行计算，即2)步骤：第三级副簧首片上表面初始曲率半径上RA30a的计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的一半夹紧长度L1；第二级副簧片数n2，第二级副簧各片的厚度hA2k，k＝1,2,…,n2，第2次开始接触载荷Pk2，第3次开始接触载荷Pk3，步骤(3)的②步骤中计算得到的hMA1e，及1)步骤中计算得到的RA20b，对第三级副簧首片上表面初始曲率半径RA30a进行计算，即式中，h_MA2e为主簧与第一级和第二级副簧的根部重叠部分的等效厚度，3)步骤：第三级副簧初始切线弧高HgA30的确定根据第三级副簧首片的一半夹紧长度LA31，2)步骤中计算得到的RA30a，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的第三级副簧初始切线弧高HgA30进行确定，即(5)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级渐变间隙δMA1的设计：A步骤：基于初始切线弧高的首片主簧等效端点力FMe计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的厚度h1，一半夹紧长度L1，步骤(1)中所确定的HgM0，对基于初始切线弧高的首片主簧等效端点力FMe 进行计算，即B步骤：主簧末片在对应第一级副簧首片端点位置处的曲面高度HM‑A1end计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；主簧首片的厚度h1，一半夹紧长度L1；第一级副簧首片的一半夹紧长度LA11，及A步骤中计算得到的FMe，对主簧末片在对应第一级副簧首片端点位置处的曲面高度HM‑A1end进行计算，即式中，为主簧首片在对应第一级副簧首片端点位置处的变形系数，C步骤：第一级渐变间隙δMA1的设计根据B步骤中计算得到的HM‑A1end，步骤(2)中所确定的HgA10，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的第一级渐变间隙δMA1进行设计，即δMA1＝HM‑A1end‑HgA10；(6)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第二级渐变间隙δA12的设计：i)步骤：基于初始切线弧高的第一级副簧首片等效端点力FA1e计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；第一级副簧首片的厚度hA11，一半夹紧长度LA11，步骤(2)的中所确定的HgA10，对基于初始切线弧高的第一级副簧首片等效端点力FA1e进行计算，即ii)步骤：第一级副簧末片在对应第二级副簧首片端点位置处的曲面高度HA1‑A2end计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；第一级副簧首片的厚度hA11，一半夹紧长度LA11；第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21，及i)步骤中计算得到的FA1e，对第一级副簧末片在对应第二级副簧首片端点位置处的曲面高度HA1‑A2end进行计算，即式中，为第一级副簧首片在对应第二级副簧首片端点位置处的变形系数，iii)步骤：第二级渐变间隙δA12的设计根据ii)步骤计算得到的HA1‑A2end，步骤(3)中所确定的HgA20，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的第二级渐变间隙δA12进行设计，即δA12＝HA1‑A2end‑HgA20；(7)非等偏频型三级渐变刚度板簧的第三级渐变间隙δA23的设计：a步骤：基于初始切线弧高的第二级副簧首片等效端点力FA2e计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；第二级副簧首片的厚度hA21，一半夹紧长度LA21，步骤(3)中所确定的HgA20，对基于初始切线弧高的第二级副簧首片等效端点力FA2e进行计算，即b步骤：第二级副簧末片在对应第三级副簧首片端点位置处的曲面高度HA2‑A3end计算根据非等偏频型三级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；第二级副簧首片的厚度hA21，第二级副簧首片的一半夹紧长度LA21；第三级副簧首片的一半夹紧长度LA31，及a步骤中计算得到的FA2e，对第二级副簧末片在对应第三级副簧首片端点位置处的曲面高度HA2‑A3end进行计算，即式中，为第二级副簧首片在对应第三级副簧首片端点位置处的变形系数，即c步骤：第三级渐变间隙δA23的设计根据b步骤中计算得到的HA2‑A3end，步骤(4)中所确定的HgA30，对非等偏频型三级渐变刚度板簧的第三级渐变间隙δA23进行设计，即δA23＝HA2‑A3end‑HgA30。