两级副簧式非等偏频渐变刚度板簧的接触载荷匹配设计法

摘要

本发明涉及两级副簧式非等偏频渐变刚度板簧的接触载荷匹配设计法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据各片主簧和副簧的结构参数、骑马螺栓夹紧距、额定载荷及许用应力，在确保主簧应力强度的前提下，对两级副簧式非等偏频渐变刚度板簧的接触载荷进行优化匹配设计。通过样机加载挠度及刚度和应力试验测试可知，本发明所提供的两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧接触载荷的匹配设计法是正确的，为两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的设计奠定了可靠的技术基础。利用该方法可得到可靠的接触载荷设计值，在满足主簧应力强度前提下，提高车辆行驶平顺性；同时，降低产品设计及试验费用，加快产品开发速度。

主权项

两级副簧式非等偏频渐变刚度板簧的接触载荷匹配设计法，其中，各片板簧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；将副簧设计为两级副簧，通过主簧和两级副簧的初始切线弧高及两级渐变间隙，以提高在额定载荷下的车辆行驶平顺性；同时，为了确保满足主簧应力强度设计要求，第一级副簧和第二级副簧适当提前承担载荷，悬架渐变载荷偏频不相等，即两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧；在各片板簧的结构参数、骑马螺栓夹紧距、许用应力、额定载荷给定情况下，对两级副簧式非等偏频渐变刚度板簧的接触载荷进行匹配设计，具体设计步骤如下：(1)主簧及主簧与第一、二级副簧的根部重叠部分等效厚度h_Me、h_MA1e和h_MA2e的计算：根据主簧片数n,各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,...,n；第一级副簧片数m₁,第一级副簧的各片厚度h_A1j，j＝1,2,...,m₁；第二级副簧片数m₂，第二级副簧的各片厚度h_A2k，k＝1,2,...,m₂；对主簧、主簧与第一级副簧、及主副簧的根部重叠部分等效厚度h_Me、h_MA1e、h_MA2e分别进行计算，即$h_{Me}=\sqrt[3]{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{h}_i^3};h_{MA1e}=\sqrt[3]{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{h}_i^3+\underset{j=1}{\overset{m_1}{\Sigma }}{h}_{A1j}^3};h_{MA2e}=\sqrt[3]{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{h}_i^3+\underset{j=1}{\overset{m_1}{\Sigma }}{h}_{A1j}^3+\underset{k=1}{\overset{m_2}{\Sigma }}{h}_{A2k}^3};$(2)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第1次开始接触载荷P_k1的匹配设计：A步骤：主簧最大厚度板簧的厚度h_max的确定根据主簧片数n，各片主簧的厚度h_i，i＝1,2,...,n；确定主簧最大厚度板簧的厚度h_max，即h_max＝max(h_i)，i＝1,2,...,n；B步骤：最大第1次开始接触载荷P_k1max的计算根据两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的宽度b，额定载荷P_N，许用应力[σ]；第1片主簧的一半夹紧长度L₁，步骤(1)中计算得到的h_Me、h_MA1e和h_MA2e，及A步骤中所确定的h_max，以最大第1次开始接触载荷P_k1max为参变量，建立关于两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的最大第1次开始接触载荷P_k1max的方程，即$[\frac{1}{h_{Me}^3}-\frac{1}{h_{MA1e}^3}]\frac{P_{k1max}}{P_N}+[\frac{1}{h_{MA1e}^3}-\frac{1}{h_{MA2e}^3}]{\left(\frac{P_{k1max}}{P_N}\right)}^{\frac{3}{4}}+\frac{1}{h_{MAe}^3}-\frac{b\left[\sigma \right]}{3h_{max}{L}_1{P}_N}=0;$利用Matlab计算程序，求解上式方程，便可得到最大第1次开始接触载荷P_k1max；C步骤：第1次开始接触载荷P_k1的优化匹配设计根据空载载荷P₀，B步骤计算得到的P_k1max，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第1次开始接触载荷P_k1进行优化匹配设计，即P_k1＝P₀+0.618(P_k1max‑P₀)；(3)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第2次完全接触载荷P_w2的匹配设计：根据额定载荷P_N，及步骤(2)中优化匹配设计得到的P_k1，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第2次完全接触载荷P_w2进行匹配设计，即$P_{w2}=\sqrt{P_{k1}{P}_N};$(4)两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第2次开始接触载荷P_k2的匹配设计：根据步骤(2)中优化匹配设计得到的P_k1，及步骤(3)中匹配设计得到的P_w2，对两级副簧式非等偏频型渐变刚度板簧的第2次开始接触载荷P_k2进行匹配设计，即$P_{k2}=\sqrt{P_{k1}{P}_{w2}}.$