车辆高强度一级渐变刚度板簧刚度与接触载荷的设计方法与流程

本发明涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是车辆高强度一级渐变刚度板簧刚度与接触载荷的设计方法。

背景技术：

为了满足在不同载荷下的车辆行驶平顺性及悬架渐变偏频保持不变的设计要求，随着高强度钢板材料的出现，可采用高强度一级渐变刚度板簧。由于渐变刚度和悬架渐变偏频不仅与高强度一级渐变刚度板簧的结构有关，而且还与接触载荷大小有关，同时，主簧和副簧在渐变过程中的变形及刚度计算非常复杂，因此，先前大都是凭经验和反复试验测试的方法，对于车辆高强度一级渐变刚度板簧的刚度和接触载荷进行设计，据所查资料可知，目前国内外尚未见有关车辆高强度一级渐变刚度板簧的刚度和接触载荷设计的相关报道。

随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对车辆高强度一级渐变刚度板簧悬架系统设计提出了更高要求，因此，必须建立一种精确、可靠的车辆高强度一级渐变刚度板簧刚度与接触载荷的设计方法，以满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性及高强度一级渐变刚度板簧的设计要求，提高高强度一级渐变刚度板簧的设计水平、产品质量和性能，满足车辆行驶平顺性的设计要求；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种简便、可靠的车辆高强度一级渐变刚度板簧刚度与接触载荷的设计方法，设计流程图，如图1所示。板簧采用高强度钢板，宽度为b，弹性模量为E，各片板簧为以中心穿装孔对称的结构，其安装夹紧距的一半L₀为骑马螺栓夹紧距的一半L₀；高强度一级渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，是由主簧1和副簧2构成，其中，主簧1的片数为n，各片主簧的厚度为h_i，一半作用长度为L_it，一半夹紧长度为L_i＝L_it-L₀/2，i＝1,2,…,n；副簧2的片数为m，各片副簧的厚度为h_Aj，一半作用长度为L_Ajt，一半夹紧长度为L_Aj＝L_Ajt-L₀/2，j＝1,2,…,m。主簧1的末片下表面与副簧2的首片上表面之间的主副簧渐变间隙δ_MA。当载荷达到开始起作用载荷P_k时，在骑马螺栓夹紧距之外，主簧1的末片下表面与副簧2的上表面开始接触；当载荷达到完全接触载荷P_w时，主簧1的末片下表面与副簧2的上表面完全接触。当载荷P<P_k时，悬架刚度及偏频是由主簧1的夹紧刚度K_M所决定；当载荷P>P_w时，悬架刚度及偏频是由主簧1和副簧2完全接触之后的主副簧复合夹紧刚度K_MA所决定；当载荷在[P_k,P_w]范围内变化时，主簧1的末片下表面与副簧2的首片上表面的接触位置，及主副簧渐变复合夹紧刚度K_kwP随载荷而变化，从而满足车辆悬架偏频保持不变的设计要求。车辆悬架系统偏频不仅与高强度一级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度K_M、主副簧复合夹紧刚度K_MA有关，而且还与高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k及完全接触载荷P_w有关。在高强度一级渐变刚度板簧的空载载荷和额定载荷，及在空载和额定载荷下的悬架偏频设计要求值给定情况下，对车辆高强度一级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度K_M、主副簧复合夹紧刚度K_MA、开始接触载荷P_k和完全接触载荷P_w进行设计。

为解决上述技术问题，本发明所提供的车辆高强度一级渐变刚度板簧刚度与接触载荷的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：

(1)车辆高强度一级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度K_M的设计：

根据空载载荷P₀，及在空载下的悬架偏频设计要求值f₀₀，对车辆高强度一级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度K_M进行设计，即

式中，g为重量加速度，g＝9.8m/s²；

(2)车辆高强度一级渐变刚度板簧的主副簧复合夹紧刚度K_MA的设计：

根据额定载荷P_N，及在额定载荷下的悬架偏频设计要求值f_0N，对车辆高强度一级渐变刚度板簧的主副簧复合夹紧刚度K_MA进行设计，即

(3)车辆高强度一级渐变刚度板簧悬架系统的渐变载荷偏频f_0kw的确定：

根据在空载下的悬架偏频设计要求值f₀₀，在额定载荷下的悬架偏频设计要求值f_0N，对车辆高强度一级渐变刚度板簧悬架系统的渐变载荷偏频f_0kw进行确定，即

f_0kw＝f_0N+0.618(f₀₀-f_0N)；

(4)车辆高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k的设计：

根据步骤(1)中所确定的K_M，步骤(3)中所确定的f_0kw，对车辆高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k进行设计，即

(5)车辆高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w的设计：

根据步骤(1)中所确定的K_M，步骤(2)中所确定的K_MA；及步骤(4)中设计得到的P_k，对车辆高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w进行设计，即

本发明比现有技术具有的优点

由于渐变刚度和悬架渐变偏频不仅与高强度一级渐变刚度板簧的结构有关，而且还与接触载荷大小有关，同时，主簧和副簧在渐变过程中的变形及刚度计算非常复杂，因此，据所查资料可知，未给出车辆高强度一级渐变刚度板簧的刚度和接触载荷的设计方法，大都是凭经验和反复试验测试的方法，对其刚度和接触载荷进行确定，不能满足车辆行业快速发展及对悬架弹簧所提出的更高要求。本发明可根据车辆悬架系统的空载载荷、额定载荷、空载偏频设计要求值、额定载荷偏频设计要求值，对车辆高强度一级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度、主副簧复合夹紧刚度、主副簧开始接触载荷和完全接触载荷进行设计。通过样机及车辆行驶平顺性试验测试可知，本发明所提供的车辆高强度一级渐变刚度板簧刚度与接触载荷的设计方法是正确的，可得到准确可靠的主簧夹紧刚度和主副簧复合夹紧刚度，及主副簧开始接触载荷和完全接触载荷设计值，为高强度一级渐变刚度板簧设计及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础；同时，利用该方法，可提高高强度一级渐变刚度板簧的设计水平、产品质量和车辆行驶平顺性；同时，还可降低设计及试验测试费用，加快产品开发速度。

附图说明

为了更好地理解本发明，下面结合附图做进一步的说明。

图1是高强度一级渐变刚度板簧的刚度与接触载荷的设计流程图；

图2是高强度一级渐变刚度板簧的一半对称结构示意图。

具体实施方案

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一：某车辆高强度一级渐变刚度板簧悬架系统的空载载荷P₀＝1715N，额定载荷P_N＝7227N，在空载下的悬架偏频设计要求值f₀₀＝2.73Hz，在额定载荷下的悬架偏频设计要求值f_0N＝2.45Hz。根据该高强度一级渐变刚度板簧悬架系统的空载载荷和额定载荷，及在空载和额定载荷下的悬架偏频设计要求值，对其主簧夹紧刚度、主副簧复合夹紧刚度、开始接触载荷和完全接触载荷进行设计。

本发明实例所提供的车辆高强度一级渐变刚度板簧刚度与接触载荷的设计方法，其设计流程如图1所示，具体设计步骤如下：

(1)车辆高强度一级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度K_M的设计：

根据空载载荷P₀＝1715N，及在空载下的悬架偏频设计要求值f₀₀＝2.73Hz，对车辆高强度一级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度K_M进行设计，即

式中，g为重量加速度，g＝9.8m/s²。

(2)车辆高强度一级渐变刚度板簧的主副簧复合夹紧刚度K_MA的设计：

根据额定载荷P_N＝7227N，及在额定载荷下的悬架偏频设计要求值f_0N＝2.45Hz，对车辆高强度一级渐变刚度板簧的主副簧复合夹紧刚度K_MA进行设计，即

(3)车辆高强度一级渐变刚度板簧悬架系统的渐变载荷偏频f_0kw的确定：

根据在空载下的悬架偏频设计要求值f₀₀＝2.73Hz，在额定载荷下的悬架偏频设计要求值f_0N＝2.45Hz，对车辆高强度一级渐变刚度板簧悬架系统的渐变载荷偏频f_0kw进行确定，即

f_0kw＝f_0N+0.618(f₀₀-f_0N)＝2.623Hz。

(4)车辆高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k的设计：

根据步骤(1)中设计得到的K_M＝51.49N/mm，步骤(3)中所确定的f_0kw＝2.623Hz，对车辆高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷P_k进行设计，即

(5)车辆高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w的设计：

根据步骤(1)中设计得到的K_M＝51.49N/mm，步骤(2)中设计得到的K_MA＝174.75N/mm；及步骤(4)中设计得到的P_k＝1858N，对车辆高强度一级渐变刚度板簧的完全接触载荷P_w进行设计，即

通过样机及车辆行驶平顺性试验测试可知，本发明所提供的车辆高强度一级渐变刚度板簧刚度与接触载荷的设计方法是正确的，可得到准确可靠的主簧夹紧刚度和主副簧复合夹紧刚度及开始接触载荷和完全接触载荷设计值，为高强度一级渐变刚度板簧设计及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础；同时，利用该方法，可提高产品设计水平、产品质量和性能及车辆行驶平顺性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。