端部接触式少片抛物线型变截面副簧根部厚度的设计方法

摘要

本发明涉及端部接触式少片抛物线型变截面副簧根部厚度的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据端部接触式少片抛物线型变截面主副簧的各片主簧的结构参数、弹性模量、副簧长度和片数、副簧抛物线段的厚度比、及主副簧的复合刚度设计要求值，对各片副簧的根部平直段的厚度进行设计。通过实例和仿真验证可知，本发明所提供的端部接触式少片抛物线型变截面副簧根部厚度的设计方法是正确的，利用该方法可得到准确、可靠的副簧根部平直段厚度的设计值，提高产品性能及车辆平顺性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

主权项

端部接触式少片抛物线型变截面副簧根部厚度的设计方法，其中，少片抛物线型变截面主副簧的一半对称结构由根部平直段、抛物线段及段平直段构成；各片主簧的端部平直段非等构，即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片主簧的端部平直段的厚度和长度；少片抛物线型变截面副簧的长度小于主簧的长度，当载荷大于副簧起作用载荷时，副簧触点与主簧端部平直段内某点相接触，主副簧共同工作以满足复合刚度设计要求；在各片主簧的结构参数、弹性模量、副簧长度、副簧片数、副簧抛物线段的厚度比、及主副簧的复合刚度设计要求值给定情况下，对端部接触式少片抛物线型变截面副簧的根部厚度进行设计，具体设计步骤如下：(1)端点受力情况下的各片抛物线型变截面主簧的端点变形系数G_x‑Di计算：根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度L_M，宽度b，弹性模量E，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M，第i片主簧的抛物线段的厚度比β_i，其中，i＝1,2,…,m，m为主簧片数，对端点受力情况下的各片主簧的端点变形系数G_x‑Di进行计算，即$G_{x-Di}=\frac{4[l_{2M}^3(1-{\beta }_i^3)+L_M^3]}{Eb},i=1,2,...,m;$(2)端点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数G_x‑CD计算：根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度L_M，宽度b，弹性模量E，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M，第m片主簧的抛物线段的厚度比β_m，副簧触点与主簧端点的水平距离l₀，对端点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数G_x‑CD进行计算，即$G_{x-CD}=\frac{4L_M^3-6l_0{L}_M^2-4l_{2M}^3+6l_0{l}_{2M}^2}{Eb}+\frac{2{(l_0-l_{2M}{\beta }_m^2)}^2(2l_{2M}{\beta }_m^2+l_0)}{{\mathrm{Eb\beta }}_m^3}-\frac{8l_{2M}^2({\beta }_m-1)(l_{2M}-3l_0+l_{2M}{\beta }_m^2+l_{2M}{\beta }_m)}{Eb};$(3)主副簧接触点受力情况下的第m片主簧的端点变形系数G_x‑Dzm计算：根据少片抛物线型变截面主簧的一半长度L_M，宽度b，弹性模量E，主簧抛物线段的根部到主簧端点的距离l_2M，第m片主簧的抛物线段的厚度比β_m，副簧触点与主簧端点的水平距离l₀，对主副簧接触点处受力情况下的第m片主簧在端点位置处的变形系数G_x‑Dzm进行计算，即$G_{x-D_{z}m}=\frac{4L_M^3-6l_0{L}_M^2-4l_{2M}^3+6l_0{l}_{2M}^2}{Eb}+\frac{2{(l_0-l_{2M}{\beta }_m^2)}^2(2l_{2M}{\beta }_m^2+l_0)}{{\mathrm{Eb\beta }}_m^3}-\frac{8l_{2M}^2({\beta }_m-1)(l_{2M}-3l_0+l_{2M}{\beta }_m^2+l_{2M}{\beta }_m)}{Eb};$(4)主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数G_x‑CDz计算：根据少片抛物线型变截面钢板弹簧主簧的一半长度L_M，宽度b，弹性模量E，主簧抛物线根部到弹簧端点的距离l_2M，第m片主簧的抛物线段的厚度比β_m，副簧与主簧接触点到主簧端点的距离l₀，对主副簧接触点受力情况下的第m片主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数G_x‑CDz进行计算，即$\begin{array}{c}{G}_{x-{\mathrm{CD}}_z}=\frac{4(L_M-l_{2M})(L_M^2-3L_M{l}_0+L_M{l}_{2M}+3l_0^2-3l_0{l}_{2M}+l_{2M}^2)}{Eb}-\frac{4{(l_0-l_{2M}{\beta }_m^2)}^3}{{\mathrm{Eb\beta }}_m^3}-\\ \frac{12l_{2M}}{Eb}\left[4l_0{l}_{2M}\left(1-{\beta }_m\right)+2l_0^2\left(1-\frac{1}{{\beta }_m}\right)+\frac{2l_{2M}^2({\beta }_m^3-1)}{3}\right];\end{array}$(5)端点受力情况下的单片等效副簧的端点变形系数G_x‑DA计算：根据少片抛物线型变截面副簧的一半长度L_A，宽度b，弹性模量E，副簧片数n，副簧抛物线段的根部到副簧端点的距离l_2A，各片副簧的抛物线段的厚度比β_A，对单片等效副簧的端点变形系数G_x‑DA进行计算，即$G_{x-DA}=\frac{4[l_{2A}^3(1-{\beta }_A^3)+L_A^3]}{Eb};$(6)端部接触式少片抛物线型变截面副簧的各片根部平直段厚度h_2A设计：根据主副簧的复合刚度设计要求值K_MAT，主簧片数m，各片主簧根部平直段的厚度h_2M，副簧片数n，步骤(1)中计算所得到的G_x‑Di，步骤(2)中计算所得到的G_x‑CD，步骤(3)中计算所得到的G_x‑Dzm，步骤(4)中计算所得到的G_x‑CDz，步骤(5)中计算所得到的G_x‑DA，对该端部接触式少片抛物线型变截面副簧的各片根部平直段厚度h_2A进行设计，即$h_{2Ae}=\sqrt[3]{\frac{(K_{MAT}-\underset{i=1}{\overset{m-1}{\Sigma }}\frac{2h_{2M}^3}{G_{x-Di}})G_{x-Dm}{G}_{x-DA}{h}_{2M}^3-2G_{x-DA}{h}_{2M}^6}{n(K_{MAT}-\underset{i=1}{\overset{m-1}{\Sigma }}\frac{2h_{2M}^3}{G_{x-Di}})(G_{x-D_{z}m}{G}_{x-CD}-G_{x-Dm}{G}_{x-{\mathrm{CD}}_z})+2{\mathrm{nG}}_{x-{\mathrm{CD}}_z}{h}_{2M}^3}}.$