油气弹簧不等厚环形阀片变形的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及油气弹簧，特别是油气弹簧不等厚环形阀片变形的计算方法。
【背景技术】
[0002] 油气弹簧能有效地衰减特种车辆簧上和簧下质量的振动，从而提高车辆行驶安全 性、平顺性和操纵稳定性，因而在特种车上得到了广泛应用。油气弹簧的阻尼特性主要是由 其阀系参数所决定的，阀片的设计对阻尼特性起关键性作用。目前，油气弹簧常用的阀片 为等厚度环形阀片，然而，其不能满足某些特种车油气弹簧非线性阻尼特性设计的要求；不 等厚环形阀片因具有较强的非线性变形特性、应力小、抗冲击及寿命长等优点，成为满足非 线性阻尼特性设计要求的良选。然而，目前国内、外对特种车油气弹簧阀系参数设计还没 有给出可靠的设计理论，且对于不等厚环形阀片的变形也没给出准确的解析计算式。尽管 我国已有学者对此进行了大量研究，但仅建立了等厚度阀片在均布压力下的变形解析计算 方法；对不等厚度环形阀片在均布力下的变形，依然没有建立可靠的计算方法，大都是利用 有限元软件通过建模进行数值仿真。虽然利用该方法能够给出较为可靠的仿真设计值，然 而，由于此方法不能提供解析计算式，难以满足实际油气弹簧设计和特性仿真建模的要求。 尽管《机械设计手册》提供了等厚环形阀片的变形系数，但没提供不等厚环形阀片的计算方 法，不能满足不等厚环形阀片变形计算的要求。因此，必须解决不等厚度环形阀片的变形计 算问题。
【发明内容】
[0003] 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准确、 可靠的油气弹簧不等厚环形阀片变形的计算方法，其计算流程图如图1所示；油气弹簧不 等厚环形阀片力学模型如图2所示。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所提供的油气弹簧不等厚环形阀片变形的计算方 法，其特征在于采用以下计算步骤：
[0005] (1)确定不等厚环形阀片变形公式的系数Xp X2、YJP Y 2:
[0006] 根据油气弹簧不等厚环形阀片的弹性模量E，泊松比μ，其等厚度部分的厚度h。， 变厚度半径r t，有效内圆半径ra，外圆半径rb，所受均布压力p，建立不等厚环形阀片变形公 式系数X。X 2、YjP Y 2的特征方程，即：
[0011] 利用Matlab程序，求解上述关于HY# Y 2的四个方程组成的方程组，求得不 等厚环形阀片变形公式的系数X1, χ2,1和Y 2;
[0012] (2)确定不等厚环形阀片变形公式的常数ZJP Z 2:
[0013] 根据油气弹簧不等厚环形阀片的弹性模量E，泊松比μ，其等厚度部分的厚度h。， 变厚度半径r t，有效内圆半径ra，外圆半径rb，所受均布压力p，以及步骤（1)求得的不等厚 环形阀片变形公式的系数&、&、1和￥ 2，建立不等厚环形阀片变形公式的常数21和22的特 征方程，即：
[0016] 利用Matlab程序，求解上述关于ZJP Z2的两个方程组成的方程组，求得不等厚环 形阀片变形公式的常数ZJP Z 2;
[0017] (3)计算不等厚环形阀片在任意半径r处的变形量％:
[0018] 根据油气弹簧不等厚环形阀片的弹性模量E，泊松比μ，其等厚度部分的厚度h。， 变厚度半径rt，有效内圆半径ra，外圆半径rb，所受均布压力p，步骤（1)求得的不等厚环形 阀片变形公式的系数LXpYdPY 2，及步骤⑵求得的不等厚环形阀片变形公式的常数Z1 和Z2，计算不等厚环形阀片在任意半径r处的变形量％，即
[0020] 本发明比现有技术具有的优点：
[0021] 对油气悬架不等厚环形阀片的变形，先前国内外没有精确、可靠的计算方法，大都 是利用有限元仿真软件，对给定压力下的阀片通过建立实体模型进行数值仿真，得到近似 的数值解。虽然利用该方法能够给出较为可靠的仿真值，但此方法不能提供满足油气弹簧 设计及特性仿真的变形解析计算式。尽管《机械设计手册》仅提供了等厚环形阀片的变形 系数，但没有提供不等厚环形阀片的计算方法，因此不能满足不等厚环形阀片变形计算的 要求。
[0022] 本发明提供的油气弹簧不等厚环形阀片变形的计算方法，利用在均布压力下的不 等厚环形阀片力学模型，根据阀片的内半径、外半径、变厚度半径、弹性模量及泊松比，利用 不等厚环形阀片变形公式的系数的特征方程及变形常数的特征方程，确定不等厚环形阀片 变形公式的系数和变形常数，给出了不等厚环形阀片在任意半径r位置处的变形计算公 式；利用阀片在半径r位置处的变形计算公式，便可对不等厚环形阀片在任意半径r位置处 的变形进行精确计算，通过与ANSYS仿真验证结果比较可知，该阀片变形的计算方法精确、 可靠，为精确的设计油气弹簧不等厚阀片提供了准确、可靠的变形计算方法。
【附图说明】
[0023] 为了更好地理解本发明下面结合附图做进一步的说明。
[0024] 图1是油气弹簧不等厚环形阀片变形的计算方法的计算流程图；
[0025] 图2是油气弹簧不等厚环形阀片力学模型图；
[0026] 图3是不等厚环形阀片的变形仿真云图。 具体实施方案
[0027] 下面通过一实施例对本发明作进一步详细说明。
[0028] 某特种车辆油气弹簧采用了不等厚环形阀片，弹性模量E = 200GPa，泊松比μ = 1/3,其等厚度部分的厚度h。= 0· 3mm，变厚度半径r t= 7. 3mm，有效内圆半径r a= 5. 0mm， 外圆半径rb= 8. 5mm，所受均布压力为p = 3. OMPa。为了准确的设计油气弹簧的非线性阻 尼特性，需要精确的计算不等厚环形阀片在半径r = 8. 5mm处的变形量。
[0029] 本发明实例所提供的油气弹簧不等厚环形阀片变形的计算方法，其计算流程图如 图1所示，油气弹簧不等厚环形阀片力学模型如图2所示，具体步骤如下：
[0030] (1)确定不等厚环形阀片变形公式的系数Xp X2、YJP Y 2:
[0031] 根据特种车辆油气弹簧不等厚环形阀片的弹性模量E = 200GPa，泊松比μ = 1/3,其等厚度部分的厚度h。= 0· 3mm