本發(fā)明涉及車輛懸架鋼板彈簧，特別是高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的夾緊剛度特性的計算方法。

背景技術(shù)：

為了滿足在不同載荷下的車輛行駛平順性及懸架漸變偏頻保持不變的設(shè)計要求，隨著高強(qiáng)度鋼板材料的出現(xiàn)，可采用高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧，其中，漸變剛度板簧懸架的偏頻和漸變剛度不僅與高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與接觸載荷大小有關(guān)。然而，由于主簧和副簧在漸變過程中的變形及漸變剛度的計算非常復(fù)雜，據(jù)所查資料可知，先前國內(nèi)外一直未給出高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的夾緊剛度的計算方法。

隨著車輛行駛速度及其對平順性要求的不斷提高，對高強(qiáng)度一級漸變剛度設(shè)計板簧提出了更高要求，因此，必須建立一種精確、可靠的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的夾緊剛度特性計算方法，為高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧設(shè)計奠定技術(shù)基礎(chǔ)，滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展、車輛行駛平順性及高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的設(shè)計要求，提高高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的設(shè)計水平、產(chǎn)品質(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(fèi)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、可靠的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的夾緊剛度特性的計算方法，計算流程圖，如圖1所示。板簧采用高強(qiáng)度鋼板，寬度為b，彈性模量為E，各片板簧為以中心穿裝孔對稱是結(jié)構(gòu)，其安裝夾緊距的一半L₀為騎馬螺栓夾緊距的一半L₀；高強(qiáng)度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構(gòu)成，其中，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，一半夾緊長度為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，一半夾緊長度為L_Aj＝L_n+j＝L_Ajt-L₀/2，j＝1,2,…,m。主簧1的末片下表面與副簧2的首片上表面之間的主副簧漸變間隙δ_MA。當(dāng)載荷達(dá)到開始起作用載荷P_k時，在騎馬螺栓夾緊距之外，主簧1的末片下表面與副簧2的上表面開始接觸；當(dāng)載荷達(dá)到完全接觸載荷P_w時，主簧1的末片下表面與副簧2的上表面完全接觸。當(dāng)載荷P<P_k時，懸架夾緊剛度由主簧1的夾緊剛度K_M所決定；當(dāng)載荷P>P_w時，懸架夾緊剛度是由主簧1和副簧2完全接觸之后的主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA所決定；當(dāng)載荷在[P_k,P_w]范圍內(nèi)變化時，主簧1的末片下表面與副簧2的首片上表面的接觸位置，及主副簧漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP隨載荷而變化，從而滿足懸架偏頻保持不變的設(shè)計要求。在不同載荷情況下的夾緊剛度，不僅與高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧和副簧的結(jié)構(gòu)和彈性模量有關(guān)，而且還與開始接觸載荷P_k及完全接觸載荷P_w有關(guān)。在各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈性模量、開始接觸載荷和完全接觸載荷給定情況下，對高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷下的剛度特性進(jìn)行計算。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的夾緊剛度特性的計算方法，其特征在于采用以下計算步驟：

(1)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度h_ke計算：

根據(jù)主簧片數(shù)n,各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,...,n；副簧片數(shù)m,各片副簧的厚度h_Aj，j＝1,2,...,m；主副簧的總片數(shù)N＝n+m，對主副簧各不同片數(shù)k重疊段的等效厚度h_ke進(jìn)行計算，k＝1,2,...,N，即

其中，主簧根部重疊部分的等效厚度h_Me＝h_ne；主副簧根部重疊部分的總等效厚度h_MAe＝h_Ne；

(2)載荷P<P_k時的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度K_M的計算：

根據(jù)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；主簧片數(shù)n，各片主簧的一半夾緊長度L_i，及步驟(1)中計算得到的h_ke，k＝i＝1,2,...,n，對載荷P<P_k時的主簧夾緊剛度K_M進(jìn)行計算，即

(3)載荷P>P_w時的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA的計算：

根據(jù)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的寬度b，彈性模量E；主簧片數(shù)n，各片主簧的一半夾緊長度L_i，i＝1,2,...,n；副簧片數(shù)m，各片副簧的一半夾緊長度分別L_Aj＝L_n+j，j＝1,2,...,m；主副簧的總片數(shù)N＝n+m，及步驟(1)中計算得到的主副簧各不同片數(shù)重疊段的等效厚度h_ke，k＝1,2,...,N，對載荷P>P_w時的主副簧的復(fù)合夾緊剛度K_MA進(jìn)行計算，即

(4)在載荷P∈[P_k,P_w]范圍內(nèi)的主副簧漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwp的計算：

根據(jù)開始接觸載荷P_k，完全接觸載荷P_w，步驟(2)中計算得到的K_M，對高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在載荷P∈[P_k,P_w]范圍內(nèi)的漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP進(jìn)行計算，即

(5)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性的計算：

根據(jù)額定載荷P_N，開始接觸載荷P_k，完全接觸載荷P_w，步驟(2)中計算得到的K_M，步驟(3)中計算得到的主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA，及步驟(4)中計算得到的K_kwP，對高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性進(jìn)行計算，即

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

由于漸變剛度不僅與高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與接觸載荷大小有關(guān)，同時，主簧和副簧在漸變過程中的變形及剛度計算非常復(fù)雜，據(jù)所查資料可知，先前一直未能給出高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的剛度特性的計算方法，大都是利用樣機(jī)試驗測試方法，對其剛度進(jìn)行確定，因此，不能滿足車輛行業(yè)快速發(fā)展及對懸架彈簧所提出的更高要求。本發(fā)明可根據(jù)高強(qiáng)度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、開始接觸載荷和完全接觸載荷給定情況下，對高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的夾緊剛度隨載荷的變化特性進(jìn)行計算。通過樣機(jī)及車輛行駛平順性試驗測試可知，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的夾緊剛度特性的計算方法是正確的，可得到準(zhǔn)確可靠的夾緊剛度特性計算值，為高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧設(shè)計、剛度特性驗證及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，可提高高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的設(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)計及試驗測試費(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是高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的夾緊剛度特性的計算流程圖；

圖2是高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的一半對稱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實施例一的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在0～P_N范圍內(nèi)的夾緊剛度隨載荷變化曲線。

具體實施方案

下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實施例：某高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，騎馬螺栓夾緊距的一半L₀＝50mm，彈性模量E＝200Gpa。主副簧的總片數(shù)N＝5，其中，主簧片數(shù)n＝2，各片主簧的厚度h₁＝h₂＝8mm，各片主簧的一半長度作用分別為L_1t＝525mm，L_2t＝450mm，一半夾緊長度分別為L₁＝L_1t-L₀/2＝500mm，L₂＝L_2t-L₀/2＝425mm。副簧片數(shù)m＝3，各片副簧的厚度h_A1＝h_A2＝h_A3＝11mm，各片副簧的一半長度作用分別為L_A1t＝350mm，L_A2t＝250mm，L_A3t＝150mm，一半夾緊長度分別為L_A1＝L₃＝L_A1t-L₀/2＝325mm，L_A2＝L₄＝L_A2t-L₀/2＝225mm，L_A3＝L₅＝L_A3t-L₀/2＝125mm。開始接觸載荷P_k＝1842N，完全接觸載荷P_w＝6398N，額定載荷P_N＝7227N。根據(jù)各片主簧和副簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈性模量，開始接觸載荷P_k、完全接觸載荷P_w和額定載荷P_N，對該高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷情況下的夾緊剛度特性進(jìn)行計算。

本發(fā)明實例所提供的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的夾緊剛度特性的計算方法，其計算流程如圖1所示，具體計算步驟如下：

(1)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)重疊段的等效厚度h_ke計算：

根據(jù)主簧片數(shù)n＝2,各片主簧的厚度h_i＝8mm，i＝1,2,...,n；副簧片數(shù)m＝3,各片副簧的厚度h_Aj＝11mm，j＝1,2,...,m；主副簧的總片數(shù)N＝5，對高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的各不同片數(shù)k重疊段的等效厚度h_ke進(jìn)行計算，k＝1,2,...,N，即

h_1e＝h₁＝8.0mm；

其中，主簧根部重疊部分的等效厚度h_Me＝h_2e＝10.1mm；主副簧根部重疊部分的總等效厚度h_MAe＝h_5e＝17.1mm。

(2)載荷P<P_k時的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度K_M的計算：

根據(jù)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；主簧片數(shù)n＝2,各片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，L₂＝425mm，及步驟(1)中計算得到的h_1e＝8.0mm和h_2e＝10.1mm，k＝i＝1,2,...,n，對載荷P<P_k時高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度K_M進(jìn)行計算，即

(3)載荷P>P_w時的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA的計算：

根據(jù)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的寬度b＝63mm，彈性模量E＝200GPa；主簧片數(shù)n＝2，各片主簧的一半夾緊長度L₁＝500mm，L₂＝425mm；副簧片數(shù)m＝3，各片副簧的一半夾緊長度分別L_A1＝L₃＝325mm，L_A2＝L₄＝225mm，L_A3＝L₅＝125mm；主副簧的總片數(shù)N＝5，及步驟(1)中計算得到的h_1e＝8.0mm，h_2e＝10.1mm，h_3e＝13.3mm，h_4e＝15.4mm，h_5e＝17.1mm，k＝1,2,...,N，對載荷P>P_w時高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主副簧復(fù)合夾緊剛度K_MA進(jìn)行計算，即

(4)在載荷P∈[P_k,P_w]范圍內(nèi)的主副簧漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwp的計算：

根據(jù)開始接觸載荷P_k＝1842N，完全接觸載荷P_w＝6398N，步驟(2)中計算得到的K_M＝51.44N/mm，對該高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在載荷P∈[P_k,P_w]范圍內(nèi)的漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP進(jìn)行計算，即

(5)高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性的計算：

根據(jù)額定載荷P_N＝7227N，開始接觸載荷P_k＝1842N，完全接觸載荷P_w＝6398N，步驟(2)中計算得到的K_M＝51.44N/mm，步驟(3)中計算得到的K_MA＝178.62N/mm，及步驟(4)中計算得到的漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP，對高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在不同載荷下的夾緊剛度特性進(jìn)行計算，即

利用MATLAB程序，計算得到該高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧在0～P_N范圍內(nèi)的夾緊剛度隨載荷變化曲線，如圖3所示，其中，當(dāng)載荷P＝P_k＝1842N時，夾緊剛度K_P＝K_M＝51.44N/mm；當(dāng)載荷P＝P_w＝6398N時，夾緊剛度K_P＝K_MA＝178.62N/mm，當(dāng)載荷P∈(P_k,P_w)＝(1842,6398)N范圍內(nèi)變化時，夾緊剛度K_P等于漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP，且漸變復(fù)合夾緊剛度K_kwP隨載荷P的增大而增大。

通過樣機(jī)加載撓度及剛度試驗測試可知，主簧夾緊剛度、主副簧復(fù)合夾緊剛度和漸變復(fù)合夾緊剛度的計算值，與試驗測試值相吻合。表明本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的夾緊剛度特性的計算方法是正確的，可得到可靠的高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的主簧夾緊剛度、主副簧復(fù)合夾緊剛度和漸變夾緊剛度計算值，為高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的變形計算和剛度校核，及主簧和副簧的初始切線弧高及主副簧間隙設(shè)計奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法可提供高強(qiáng)度一級漸變剛度板簧的設(shè)計水平、產(chǎn)品質(zhì)量和性能及車輛行駛平順性；同時，降低產(chǎn)品設(shè)計及試驗費(fèi)用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。