本發(fā)明涉及車輛懸架鋼板彈簧，特別是非等偏頻一級漸變剛度板簧的初始切線弧高的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

為了滿足一級漸變剛度板簧的主簧強(qiáng)度的要求，通常使副簧盡早承擔(dān)載荷而降低完全性接觸載荷和主簧應(yīng)力，即采用非等偏頻一級漸變剛度板簧懸架，其中，非等偏頻一級漸變剛度板簧的主簧和副簧的初始切線弧高，不僅影響主副簧間隙、漸變剛度、懸架偏頻及車輛行駛平順性，而且還影響板簧應(yīng)力、安裝裝配和在額定載荷下剩余切線弧高及車輛行駛安全性。然而，由于變剛度板簧的撓度計(jì)算不僅與主簧和副簧的結(jié)構(gòu)及載荷大小有關(guān)，而且還與接觸載荷大小有關(guān)，因此，非等偏頻一級漸變剛度板簧懸架的撓度計(jì)算非常復(fù)雜，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出非等偏頻一級漸變剛度板簧的初始切線弧高的設(shè)計(jì)方法。隨著車輛行駛速度及其對平順性要求的不斷提高，對非等偏頻一級漸變剛度板簧懸架提出了更高要求，因此，必須建立一種精確、可靠的非等偏頻一級漸變剛度板簧的初始切線弧高的設(shè)計(jì)方法，為非等偏頻一級漸變剛度板簧設(shè)計(jì)奠定可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展、車輛行駛平順性及非等偏頻一級漸變剛度板簧現(xiàn)代化CAD設(shè)計(jì)要求，提高非等偏頻一級漸變剛度板簧的設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)品質(zhì)量和性能及車輛行駛平順性和安全性的設(shè)計(jì)要求；同時(shí)，降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。

技術(shù)實(shí)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、可靠的非等偏頻一級漸變剛度板簧的初始切線弧高的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)流程圖，如圖1所示。非等偏頻一級漸變剛度板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)如圖2所示，是由主簧1和副簧2所組成的，一級漸變剛度板簧的一半總跨度，即為首片主簧的一半作用長度為L_1t，騎馬螺栓夾緊距的一半為L₀，鋼板彈簧的寬度為b，彈性模量為E。主簧1的片數(shù)為n，各片主簧的厚度為h_i，一半作用長度為L_it，一半夾緊長度L_i＝L_it-L₀/2，i＝1,2,…n。副簧2的片數(shù)為m，各片副簧的厚度為h_Aj，一半作用長度為L_Ajt，一半夾緊長度L_Aj＝L_Ajt-L₀/2，j＝1,2,…m。通過主簧和副簧初始切線弧高，確保首片副簧端部上表面與主簧末片端部下表面之間設(shè)置有一定的主副簧間隙δ_MA，以滿足漸變剛度鋼板彈簧開始接觸載荷和完全接觸載荷、主簧應(yīng)力強(qiáng)度和懸架漸變剛度的設(shè)計(jì)要求，并且還應(yīng)該滿足板簧安裝及在額定載荷下剩余切線弧高的設(shè)計(jì)要求。非等偏頻一級漸變剛度板簧的空載載荷P₀，開始接觸載荷為P_k，完全接觸載荷為P_w；為了滿足主簧應(yīng)力強(qiáng)度的要求，懸架開始接觸載荷偏頻f_0k與完全接觸載荷偏頻f_0w不相等，即設(shè)計(jì)為非等偏頻一級漸變剛度板簧。非等偏頻一級漸變剛度板簧的主簧和副簧的初始切線弧高設(shè)計(jì)值，不僅要滿足主副簧間隙、漸變剛度及車輛行駛平順性的設(shè)計(jì)要求，而且還要滿足安裝和在額定載荷下剩余切線弧高及車輛行駛安全性的設(shè)計(jì)要求。根據(jù)非等偏頻一級漸變剛度板簧的各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、主簧夾緊剛度、主副簧復(fù)合夾緊剛度、開始接觸載荷和完全接觸載荷、額定載荷及在額定載荷下剩余切線弧高設(shè)計(jì)要求值，對非等偏頻一級漸變剛度板簧的主簧和副簧初始切線弧高進(jìn)行設(shè)計(jì)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的非等偏頻一級漸變剛度板簧的初始切線弧高的設(shè)計(jì)方法，其特征在于采用以下設(shè)計(jì)步驟：

(1)非等偏頻一級漸變剛度板簧懸架的漸變夾緊剛度K_kwP的計(jì)算：

根據(jù)開始接觸載荷P_k，完全接觸載荷P_w；主簧夾緊剛度K_M，主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA，對非等偏頻一級漸變剛度板簧在載荷P∈[P_k,P_w]范圍內(nèi)的漸變夾緊剛度K_kwP進(jìn)行計(jì)算，即

(2)非等偏頻一級漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高H_gM0設(shè)計(jì)：

根據(jù)主簧夾緊剛度K_M，主副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA；開始接觸載荷P_k，完全接觸載荷P_w，額定載荷P_N，在額定載荷P_N下的剩余切線弧高H_gMsy，及步驟(1)中計(jì)算得到的K_kwP，對非等偏頻一級漸變剛度板簧的主簧初始切線弧高H_gM0進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

(3)步驟：末片主簧下表面和首片副簧上表面的初始曲率半徑的計(jì)算：

A步驟：末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b計(jì)算

根據(jù)主簧片數(shù)n，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,…,n，首片主簧的一半夾緊長度L₁，步驟(2)中設(shè)計(jì)得到的H_gM0，對末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b進(jìn)行計(jì)算，即

B步驟：首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a計(jì)算

根據(jù)非等偏頻一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；首片主簧的一半夾緊長度L₁，主簧片數(shù)n，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,…,n，開始接觸載荷P_k，及A步驟中計(jì)算得到的R_M0b，對首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a進(jìn)行計(jì)算，即

式中，h_Me為主簧根部重疊部分的等效厚度，

(4)非等偏頻一級漸變剛度板簧的副簧初始切線弧高H_gA0設(shè)計(jì)：

根據(jù)首片副簧的一半夾緊長度L_A1，步驟(3)中計(jì)算得到的R_A0a，對副簧初始切線弧高H_gA0進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)

由于受漸變過程撓度計(jì)算的制約，先前一直未能給出非等偏頻一級漸變剛度板簧的初始切線弧高的設(shè)計(jì)方法，不能滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展及現(xiàn)代化CAD軟件開發(fā)的要求。本發(fā)明可根據(jù)非等偏頻一級漸變剛度板簧的各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、主簧夾緊剛度、主副簧復(fù)合夾緊剛度、開始接觸載荷、完全接觸載荷、額定載荷及在額定載荷下的剩余切線弧高設(shè)計(jì)要求值，在漸變夾緊剛度K_kwP計(jì)算的基礎(chǔ)上，對非等偏頻一級漸變剛度板簧懸架的主簧和副簧初始切線弧高進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過樣機(jī)加載撓度試驗(yàn)測試結(jié)果可知，本發(fā)明所提供的非等偏頻一級漸變剛度板簧的初始切線弧高的設(shè)計(jì)方法是正確的，可得到準(zhǔn)確可靠的初始切線弧高設(shè)計(jì)值，為非等偏頻一級漸變剛度板簧設(shè)計(jì)及CAD軟件開發(fā)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)；同時(shí)，利用該方法，可提高非等偏頻一級漸變剛度板簧的設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)品質(zhì)量及車輛行駛平順性和安全性；同時(shí)，還可降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn)測試費(fèi)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(jìn)一步的說明。

圖1是非等偏頻一級漸變剛度板簧的初始切線弧高的設(shè)計(jì)流程圖；

圖2是非等偏頻一級漸變剛度板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實(shí)施例的漸變夾緊剛度K_kwP隨載荷P的變化曲線。

具體實(shí)施方案

下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例：某非等偏頻一級漸變剛度板簧懸架的寬度b＝63mm，跨度的一半即一半作用長度L_1t＝525mm，騎馬螺栓夾緊距的一半L₀＝50mm，彈性模量E＝200GPa。主簧片數(shù)n＝3片，副簧片數(shù)m＝2片，主副簧的總片數(shù)N＝n+m＝5。其中，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm，首片主簧的一半作用長度分別為L_1t＝525mm，一半夾緊長度分別為L₁＝L_1t-L₀/2＝500mm。各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝13mm，首片副簧的一半作用長度分別為L_A1t＝250mm，一半夾緊長度分別為L_A1＝L_A1t-L₀/2＝225mm。主簧夾緊剛度K_M＝75.4N/mm，主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA＝172.9N/mm。開始接觸載荷P_k＝1900N，完全接觸載荷P_w＝3800N，額定載荷P_N＝7227N，在額定載荷P_N下的剩余切線弧高H_gMN＝26.1mm。根據(jù)各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量，主簧夾緊剛度，主副簧復(fù)合夾緊剛度，開始接觸載荷P_k、完全接觸載荷P_w、額定載荷P_N及在額定載荷P_N下的剩余弧高的設(shè)計(jì)要求值，對非等偏頻一級漸變剛度板簧的主簧和副簧的初始切線弧高進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本發(fā)明實(shí)例所提供的非等偏頻一級漸變剛度板簧的初始切線弧高的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)流程如圖1所示，具體設(shè)計(jì)步驟如下：

(1)非等偏頻一級漸變剛度板簧懸架的漸變夾緊剛度K_kwP的計(jì)算：

根據(jù)開始接觸載荷P_k＝1900N，完全接觸載荷P_w＝3800N；主簧夾緊剛度K_M＝75.4N/mm，主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA＝172.9N/mm，對該非等偏頻一級漸變剛度鋼板彈簧在[P_k,P_w]載荷范圍內(nèi)的漸變夾緊剛度K_kwP進(jìn)行計(jì)算，即

利用Matlab計(jì)算程序，計(jì)算所得到的該非等偏頻一級漸變剛度板簧的漸變夾緊剛度K_kwP隨載荷P的變化曲線，如圖3所示，其中，當(dāng)載荷P＝P_k＝1900N時(shí)，漸變夾緊剛度K_kwP＝K_M＝75.4N/mm,當(dāng)載荷P＝P_w＝3800N時(shí)，漸變夾緊剛度K_kwP＝K_MA＝172.9N/mm；在開始接觸載荷下的懸架偏頻在完全接觸載荷下的懸架偏頻開始接觸載荷在的懸架偏頻f_0k，與完全接觸載荷下的懸架偏頻f_0w不相等，即非等偏頻一級漸變剛度板簧。

(2)非等偏頻一級漸變剛度鋼板彈簧的主簧初始切線弧高H_gM0設(shè)計(jì)：

根據(jù)主簧夾緊剛度K_M＝75.4N/mm，主副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA＝172.9N/mm；開始接觸載荷P_k＝1900N，完全接觸載荷P_w＝3800N，額定載荷P_N＝7227N，在額定載荷P_N下的剩余切線弧高H_gMsy＝26.1mm，及步驟(1)中計(jì)算得到的K_kwP，對該非等偏頻一級漸變剛度鋼板彈簧的主簧初始切線弧高H_gM0進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

(3)步驟：末片主簧下表面和首片副簧上表面的初始曲率半徑的計(jì)算：

A步驟：末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b計(jì)算

根據(jù)主簧片數(shù)n＝3，各片厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm，首片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，步驟(2)中設(shè)計(jì)得到的H_gM0＝87.3mm，對末片主簧下表面初始曲率半徑R_M0b進(jìn)行計(jì)算，即

B步驟：首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a計(jì)算

根據(jù)主簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；首片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，主簧片數(shù)n＝3，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝h₃＝8mm；開始接觸載荷P_k＝1900N，及A步驟中計(jì)算得到的R_M0b＝1499.7mm，對首片副簧上表面初始曲率半徑R_A0a進(jìn)行計(jì)算，即

式中，h_Me為主簧根部重疊部分的等效厚度，

(4)非等偏頻一級漸變剛度板簧的副簧初始切線弧高H_gA0設(shè)計(jì)：

根據(jù)首片副簧的一半夾緊長度L_A1＝225mm，步驟(3)中計(jì)算得到的R_A0a＝2686mm，對副簧初始切線弧高H_gA0進(jìn)行設(shè)計(jì)，即

通過樣機(jī)加載撓度試驗(yàn)可知，所建立的非等偏頻一級漸變剛度板簧的初始切線弧高的設(shè)計(jì)方法是正確的，可得到準(zhǔn)確可靠的主簧和副簧的初始切線弧高設(shè)計(jì)值，滿足漸變剛度鋼板彈簧的接觸載荷的設(shè)計(jì)要求、漸變剛度及在額定載荷下的剩余切線弧高的設(shè)計(jì)要求。利用該方法可提高非等偏頻一級漸變剛度板簧的設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量和性能及車輛的行駛平順性和安全性；同時(shí)，還可降低設(shè)計(jì)和試驗(yàn)費(fèi)用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。