端部加强型少片主簧在端部平直段与副簧间隙的设计方法

摘要

本发明涉及端部加强型少片主簧在端部平直段与副簧间隙的设计方法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明根据各片端部加强型变截面主簧的结构尺寸和弹性模量，首先确定出各片主簧的端点变形系数G_x‑Ei，及第N片在端部平直段与副簧接触点处的变形系数G_x‑DE；然后，根据副簧起作用载荷设计要求值及G_x‑Ei，得到第N片主簧的端点力F_N；随后，根据第N片主簧的根部平直段厚度h₂、G_x‑DE和F_N，对端部加强型少片变截面主簧在端部平直段与副簧触点之间的主副簧间隙进行设计。通过仿真验证可知，利用方法可得到准确可靠的主副簧间隙设计值，从而提高产品设计水平和性能及车辆平顺性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

主权项

端部加强型少片主簧在端部平直段与副簧间隙的设计方法，其中，端部加强型少片抛物线型变截面主簧的一半对称结构由根部平直段、抛物线段、斜线段和端部平直段4段构成，端部平直段和抛物线段之间设有一斜线段，对变截面主簧端部起加强作用；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，大于其他各片的厚度和长度，以满足第1片主簧复杂受力的要求；主簧端部平直段与副簧触点之间设有一定的主副簧间隙，以满足副簧起作用载荷的设计要求；在主簧的各片结构参数、材料特性参数、副簧长度、副簧起作用载荷给定情况下，对端部加强型少片变截面主簧在端部平直段与副簧触点之间的主副簧间隙进行设计，具体设计步骤如下：(1)各片端部加强型少片变截面主簧的端点变形系数G_x‑Ei计算：根据端部加强型少片变截面主簧的一半长度L，宽度b，弹性模量E，安装间距的一半l₃，斜线段的长度Δl，抛物线段的根部到主簧端点的距离l₂＝L‑l₃，斜线段的厚度比γ，第i片主簧的抛物线段的厚度比β_i，第i片主簧斜线段的根部到主簧端点的距离l_1ip＝l₂β_i²，第i片主簧斜线段的端部到主簧端点的距离l_1i＝l_1ip‑Δl，其中，i＝1,2,…,N，N为主簧片数，对各片端部加强型少片变截面的端点变形系数G_x‑Ei进行计算，即$\begin{array}{c}{G}_{x-Ei}=\frac{4(L^3-l_2^3)}{Eb}-\frac{8l_2^{3/2}(l_{1ip}^{3/2}-l_2^{3/2})}{Eb}+\frac{4l_{1i}^3}{{\mathrm{Eb\gamma }}^3{\beta }_i^3}+\frac{6\Delta l(4l_{1i}^2\gamma -l_{1i}^2-3l_{1i}^2{\gamma }^2+3l_{1ip}^2{\gamma }^2-4l_{1ip}^2{\gamma }^3+l_{1ip}^2{\gamma }^4)}{{\mathrm{Eb\gamma }}^3{\beta }_i^3{(\gamma -1)}^3}-\\ \frac{6\Delta l(-2l_{1i}{l}_{1ip}\gamma +2l_{1i}^2{\gamma }^2\ln \gamma +1l_{1ip}^2{\gamma }^2\ln \gamma +2l_{1i}{l}_{1ip}{\gamma }^3-4l_{1i}{l}_{1ip}{\gamma }^2\ln \gamma )}{{\mathrm{Eb\gamma }}^3{\beta }_i^3{(\gamma -1)}^3},i=1,2,\mathrm{...},N;\end{array}$(2)第N片端部加强型变截面主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数G_x‑DE计算：根据端部加强型少片变截面主簧的一半长度L，宽度b，弹性模量E，斜线段的长度Δl，抛物线段的根部到主簧端点的距离l₂，第N片主簧的抛物线段的厚度比β_N，第N片主簧的斜线段的根部到主簧端点的距离l_1Np＝l₂β_N²，第N片主簧的端部平直段的长度l_1N＝l_1Np‑Δl，斜线段的厚度比γ，副簧触点于主簧端点的水平距离l₀，对第N片端部加强型变截面主簧在端部平直段与副簧接触点处的变形系数G_x‑DE进行计算，即$\begin{array}{c}{G}_{x-DE}=\frac{4L^3-6l_0{L}^2-4l_2^3+6l_0{l}_2^2}{Eb}-\frac{8l_2^{3/2}(l_{1Np}^{1/2}-l_2^{1/2})(l_{1Np}+l_2-3l_0+l_{1Np}^{1/2}{l}_2^{1/2})}{Eb}+\frac{2{(l_{1M}-l_0)}^2(2l_{1N}-l_0)}{{\mathrm{Eb\gamma }}^3{\beta }_N^3}+\\ \frac{6\Delta l(4l_{1N}^2\gamma -l_{1N}^2-3l_{1N}^2{\gamma }^3+3l_{1Np}^2{\gamma }^2-4l_{1Np}^2{\gamma }^3+l_{1Np}^2{\gamma }^4-2l_{1N}{l}_{1Np}\gamma +2l_{1N}^2{\gamma }^2\ln \gamma +2l_{1Np}^2{\gamma }^2\ln \gamma )}{{\mathrm{Eb\gamma }}^3{\beta }_N^3{(\gamma -1)}^3}+\\ \frac{6\Delta l(2l_{1N}{l}_{1Np}{\gamma }^3-4l_{1N}{l}_{1Np}{\gamma }^2\ln \gamma )}{{\mathrm{Eb\gamma }}^3{\beta }_N^3{(\gamma -1)}^3}-\frac{6l_0\Delta l(l_{1Np}\gamma +l_{1N})}{{\mathrm{Eb\gamma }}^3{\beta }_N^3};\end{array}$(3)副簧起作用载荷下的第N片端部加强型变截面主簧的端点力F_N计算：I步骤：根据端部加强型少片变截面主簧的根部平直段的厚度h₂，及步骤(1)中计算得到的各片主簧的端点变形系数G_x‑Ei，确定各片端部加强型变截面主簧的一半刚度K_Mi，即端部加强型变截面主簧的一半刚度II步骤：根据设计所要求的副簧起作用载荷一半即单端点载荷P，及I步骤中所确定的各片主簧的一半刚度K_Mi，对副簧起作用载荷下的第N片端部加强型变截面主簧的端点力F_N进行计算，即$F_N=\frac{K_{MN}P}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{K}_{Mi}},i=1,2,...,N,$式中，K_MN为第N片端部加强型变截面主簧的一半刚度；(4)端部加强型少片变截面主簧在端部平直段与副簧触点之间的主副簧间隙δ设计：根据端部加强型变截面主簧的根部平直段的厚度h₂，II步骤中计算得到的第N片主簧的端点力F_N，及步骤(2)中计算得到的G_x‑DE，对端部加强型变截面主簧在端部平直段与副簧触点之间的主副簧间隙δ进行设计，即$\delta =G_{x-DE}\frac{F_N}{h_2^3}.$