本發(fā)明涉及車輛懸架鋼板彈簧，特別是端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧弧高的設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

隨著汽車節(jié)能化、舒適化、輕量化、安全化的快速發(fā)展，少片變截面鋼板彈簧因具有重量輕，材料利用率高，片間無摩擦或摩擦小，振動噪聲低，使用壽命長等優(yōu)點，日益受到車輛懸架專家、生產(chǎn)企業(yè)及車輛制造企業(yè)的高度關(guān)注，并且在車輛懸架系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。通常為了滿足加工工藝、應(yīng)力強度、剛度及吊耳厚度的設(shè)計要求，會將少片變截面鋼板彈簧加工為拋物線型、斜線型、根部加強型、端部加強型、兩端加強型等不同結(jié)構(gòu)形式，此外，由于少片變截面鋼板彈簧第1片彈簧的受力較為復(fù)雜，不僅承受垂向載荷，同時還承受扭轉(zhuǎn)載荷和縱向載荷，因此，實際所設(shè)計的第1片彈簧的端部平直段的厚度和長度，大于其他各片彈簧端部平直段的厚度和長度，即大都采用端部非等構(gòu)的少片變截面鋼板彈簧，以滿足第1片彈簧受力復(fù)雜的要求。據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外對于少片拋物線型鋼板彈簧的設(shè)計和計算，大都是針對端部等構(gòu)的鋼板彈簧進行的，一直未曾給出可靠的端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧弧高的設(shè)計方法。隨著車輛行駛速度及其對平順性要求的不斷提高，對端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧提出了更高的要求，因此，必須建立一種準(zhǔn)確、可靠的端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧弧高的設(shè)計方法，為端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧的弧高設(shè)計奠定可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展、車輛行駛平順性及端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧的設(shè)計要求，提高產(chǎn)品設(shè)計水平、質(zhì)量和性能，滿足車輛行駛平順性的設(shè)計要求；同時，降低設(shè)計及試驗費用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種簡便、可靠的端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧弧高的設(shè)計方法，其設(shè)計流程圖，如圖1所示。少片拋物線型變截面鋼板彈簧的一半對稱結(jié)構(gòu)可看作為變截面懸臂梁，即將對稱中心線看作為一半彈簧的根部固定端，將彈簧端部受力點看作為彈簧端點。端部非等構(gòu)的少片拋物線型變截面鋼板彈簧的一半對稱結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，其中包括，彈簧1，根部墊片2，端部墊片3。彈簧1各片的一半長度為L_M，是由根部平直段、拋物線段和端部平直段三段所構(gòu)成，每片彈簧的根部平直段的厚度為h_2M，安裝間距的一半為l₃，各片彈簧的寬度為b；彈簧1各片的端部平直段非等構(gòu)，即第1片彈簧的端部平直段的厚度和長度，大于其他各片的厚度和長度，各片彈簧的端部平直段的厚度和長度分別為h_1Mi和l_1Mi，i＝1,2,…,N，N為彈簧片數(shù)；中間變截面為拋物線段，各片拋物線段的厚度比為β_i＝h_1Mi/h_2M，拋物線段的根部到彈簧端點的距離為l_2M＝L_M-l₃，拋物線段的端部到彈簧端點的距離l_1Mi＝l_2Mβ_i²，各片彈簧的初始切線弧高為H_ci。彈簧1各片的根部平直段之間設(shè)有根部墊片2，彈簧1各片的端部平直段之間設(shè)有端部墊片3，端部墊片的材料為碳纖維復(fù)合材料，以降低彈簧工作所產(chǎn)生的摩擦噪聲。在各片彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、額定載荷及在額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計要求值給定情況下，對端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧的初始切線弧高進行設(shè)計。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧弧高的設(shè)計方法，其特征在于采用以下設(shè)計步驟：

(1)端點受力情況下的拋物線型鋼板彈簧各片彈簧端點變形系數(shù)G_x-Di的計算：

根據(jù)少片拋物線型變截面鋼板彈簧的一半長度L_M，寬度b，安裝間距的一半l₃，拋物線根部到彈簧端點的距離l_2M，彈性模量E，第i片彈簧的拋物線段的厚度比β_i，其中，i＝1,2,…,N，N為彈簧片數(shù)，對端點受力情況下的各片彈簧在端點處的變形系數(shù)G_x-Di進行計算，即

(2)額定載荷下的拋物線型鋼板彈簧首片彈簧所受端部力F₁的計算：

I步驟：根據(jù)少片拋物線型變截面鋼板彈簧的根部厚度h_2M，及步驟(1)中計算得到的G_x-Di，確定各片彈簧在夾緊狀態(tài)下的一半剛度K_Mi，即

其中，i＝1,2,…,N，N為彈簧片數(shù)；

II步驟：根據(jù)少片拋物線型變截面鋼板彈簧所受的一半額定載荷P，彈簧片數(shù)N，及I步驟中所確定的K_Mi，對首片彈簧所受的端部力F₁進行計算，即

(3)額定載荷下的拋物線型鋼板彈簧端部變形f_D的計算：

根據(jù)步驟(2)中I步驟所確定的K_M1，及II步驟中所確定的F₁，對額定載荷下的鋼板彈簧的端部變形f_D進行計算，即

(4)端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧初始切線弧高的設(shè)計：

根據(jù)額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計要求值H_m，及步驟(3)中計算得到的f_D，確定各片彈簧的初始切線弧高，即

H_ci＝H_m+f_D；

其中，i＝1,2,…,N，N為彈簧片數(shù)。

本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點

先前國內(nèi)外對于少片拋物線型鋼板彈簧的設(shè)計和計算，大都是針對端部等構(gòu)的鋼板彈簧進行的，一直未曾給出可靠的端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧弧高的設(shè)計方法。本發(fā)明可根據(jù)各片彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、額定載荷及在額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計要求值，對端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧的初始切線弧高進行設(shè)計。通過樣機加載變形試驗測試可知，本發(fā)明所提供的端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧弧高的設(shè)計方法是正確的，可得到準(zhǔn)確可靠的初始切線弧高設(shè)計值，為端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧的設(shè)計及CAD軟件開發(fā)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)；同時，利用該方法，可提高產(chǎn)品設(shè)計水平、產(chǎn)品質(zhì)量和車輛行駛平順性；同時，還可降低設(shè)計和試驗測試費用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。

附圖說明

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖做進一步的說明。

圖1是端部非等構(gòu)的少片拋物線型變截面鋼板彈簧弧高的設(shè)計流程圖；

圖2是端部非等構(gòu)的少片拋物線型變截面鋼板彈簧的一半的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方案

下面通過實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

實施例一：某少片拋物線型變截面鋼板彈簧的片數(shù)N＝2，其中，各片彈簧的一半長度L_M＝575mm，寬度b＝60mm，根部平直段的厚度h_2M＝11mm，安裝間距的一半l₃＝55mm，拋物線段的根部到彈簧端點的距離l_2M＝L_M-l₃＝520mm，彈性模量E＝200GPa；第1片彈簧的端部平直段的厚度h_1M1＝7mm，拋物線段的厚度比β₁＝h_1M1/h_2M＝0.64；第2片彈簧的端部平直段的厚度h_1M2＝6mm，拋物線段的厚度比β₂＝h_1M2/h_2M＝0.55。該彈簧額定載荷的一半P＝1900N，鋼板彈簧在額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計要求值H_m＝26mm，對該端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧的弧高進行設(shè)計。

本發(fā)明實例所提供的端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧弧高的設(shè)計方法，其設(shè)計流程如圖1所示，具體步驟如下：

(1)端點受力情況下的拋物線型鋼板彈簧各片彈簧端點變形系數(shù)G_x-Di的計算：

根據(jù)少片拋物線型變截面鋼板彈簧的一半長度L_M＝575mm，寬度b＝60mm，安裝間距的一半l₃＝55mm，拋物線根部到彈簧端點的距離l_2M＝520mm，彈性模量E＝200GPa，第1片彈簧的拋物線段的厚度比β₁＝0.64，第2片彈簧的拋物線段的厚度比β₂＝0.55，對端點受力情況下的第1片、第2片彈簧在端點處的變形系數(shù)G_x-D1、G_x-D2進行計算，即

(2)額定載荷下的拋物線型鋼板彈簧首片彈簧所受端部力F₁的計算：

I步驟：根據(jù)少片拋物線型變截面鋼板彈簧的根部厚度h_2M＝11mm，及步驟(1)中計算得到的G_x-D1＝89.29mm⁴/N、G_x-D2＝93.78mm⁴/N，確定第1片、第2片彈簧在夾緊狀態(tài)下的一半剛度K_M1、K_M2，即

II步驟：根據(jù)少片拋物線型變截面鋼板彈簧所受的一半額定載荷P＝1900N，彈簧片數(shù)N＝2，及I步驟中所確定的K_M1＝14.91N/mm、K_M2＝14.19N/mm，對首片彈簧所受的端部力F₁進行計算，即

(3)額定載荷下的拋物線型鋼板彈簧端部變形f_D的計算：

根據(jù)步驟(2)中I步驟所確定的K_M1＝14.91N/mm，及II步驟中所確定的F₁＝973.51N，對額定載荷下的鋼板彈簧的端部變形f_D進行計算，即

(4)端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧初始切線弧高的設(shè)計：

根據(jù)額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計要求值H_m＝26mm，及步驟(3)中計算得到的f_D＝65.29mm，確定各片彈簧的初始切線弧高，即

H_c1＝H_m+f_D＝91.29mm；

H_c2＝H_m+f_D＝91.29mm。

通過樣機試驗測試可知，彈簧的切線弧高設(shè)計值是可靠的，可滿足端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧在額定載荷下的剩余切線弧高的設(shè)計要求，結(jié)果表明該發(fā)明所提供的端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧弧高的設(shè)計方法是正確的，參數(shù)設(shè)計值是準(zhǔn)確可靠的。

實施例二：某少片拋物線型變截面鋼板彈簧的片數(shù)N＝2，其中，各片彈簧的一半長度L_M＝600mm，寬度b＝60mm，根部平直段的厚度h_2M＝12mm，安裝間距的一半l₃＝60mm，拋物線段的根部到彈簧端點的距離l_2M＝L_M-l₃＝540mm，彈性模量E＝200GPa；第1片彈簧的端部平直段的厚度h_1M1＝8mm，拋物線段的厚度比β₁＝h_1M1/h_2M＝0.67；第2片彈簧的端部平直段的厚度h_1M2＝7mm，拋物線段的厚度比β₂＝h_1M2/h_2M＝0.58。該彈簧額定載荷的一半P＝2100N，鋼板彈簧在額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計要求值H_m＝28mm，對該端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧的弧高進行設(shè)計。

采用與實施例一相同的設(shè)計方法和步驟，對該少片拋物線型變截面鋼板彈簧的弧高進行設(shè)計，具體步驟如下：

(1)端點受力情況下的拋物線型鋼板彈簧各片彈簧端點變形系數(shù)G_x-Di的計算：

根據(jù)少片拋物線型變截面鋼板彈簧的一半長度L_M＝600mm，寬度b＝60mm，安裝間距的一半l₃＝60mm，拋物線根部到彈簧端點的距離l_2M＝540mm，E＝200GPa，第1片彈簧的拋物線段的厚度比β₁＝0.67，第2片彈簧的拋物線段的厚度比β₂＝0.58，對端點受力情況下的第1片、第2片彈簧在端點處的變形系數(shù)G_x-D1、G_x-D2進行計算，即

(2)額定載荷下的拋物線型鋼板彈簧首片彈簧所受端部力F₁的計算：

I步驟：根據(jù)少片拋物線型變截面鋼板彈簧的根部厚度h_2M＝12mm，及步驟(1)中計算得到的G_x-D1＝98.43mm⁴/N、G_x-D2＝103.99mm⁴/N，確定第1片、第2片彈簧在夾緊狀態(tài)下的一半剛度K_M1、K_M2，即

II步驟：根據(jù)少片拋物線型變截面鋼板彈簧所受的一半額定載荷P＝2100N，彈簧片數(shù)N＝2，及I步驟中所確定的K_M1＝17.56N/mm、K_M2＝16.62N/mm，對首片彈簧所受的端部力F₁進行計算，即

(3)額定載荷下的拋物線型鋼板彈簧端部變形f_D的計算：

根據(jù)步驟(2)中I步驟所確定的K_M1＝17.56N/mm，及II步驟中所確定的F₁＝1078.90N，對額定載荷下的鋼板彈簧的端部變形f_D進行計算，即

(4)端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧初始切線弧高的設(shè)計：

根據(jù)額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計要求值H_m＝28mm，及步驟(3)中計算得到的f_D＝61.44mm，確定各片彈簧的初始切線弧高，即

H_c1＝H_m+f_D＝89.44mm；

H_c2＝H_m+f_D＝89.44mm。

通過樣機試驗測試可知，彈簧的切線弧高設(shè)計值是可靠的，可滿足端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧在額定載荷下的剩余切線弧高的設(shè)計要求，結(jié)果表明該發(fā)明所提供的端部非等構(gòu)的少片拋物線型鋼板彈簧弧高的設(shè)計方法是正確的，參數(shù)設(shè)計值是準(zhǔn)確可靠的。