等偏频型两级渐变刚度板簧的刚度与接触载荷的匹配方法

摘要

本发明涉及等偏频型两级渐变刚度板簧的刚度与接触载荷的匹配方法，属于车辆悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据车辆悬架的空载载荷、额定载荷、及悬架偏频设计要求值，对等偏频型两级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度、主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度和主副簧的总复合夹紧刚度，及第1次和第2次开始接触载荷和第2次完全接触载荷分别进行匹配设计。通过样机车辆行驶平顺性试验可知，本发明所提供的等偏频型两级渐变刚度板簧的刚度与接触载荷的匹配方法是正确的。利用该方法可得可靠的刚度与接触载荷的匹配设计值，满足在不同载荷下的悬架等偏频设计要求，提高车辆行驶平顺性和安全性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

说明书

技术领域

本发明涉及车辆悬架板簧，特别是等偏频型两级渐变刚度板簧的刚度与接触载荷的匹配方法。

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，可采用高强度两级渐变刚度板簧，并且将二级渐变过程的悬架偏频设计为等偏频。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，主簧和第一级副簧及与第二级副簧在渐变过程中的挠度及渐变刚度计算非常复杂，据所查资料可知，目前国内外尚未给出对于车辆高强度等偏频二级渐变刚度板簧的刚度和接触载荷进行匹配设计的方法。随着车辆行驶速度及其对平顺性要求的不断提高，对等偏频型两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、可靠的等偏频型两级渐变刚度板簧的刚度与接触载荷的匹配设计方法，以满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性及等偏频型两级渐变刚度板簧的设计要求，提高等偏频型两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和安全性的设计要求；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

发明内容

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、可靠的等偏频型两级渐变刚度板簧的刚度与接触载荷的匹配方法，设计流程图，如图1所示。等偏频两级渐变刚度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；高强度等偏频两级渐变刚度板簧的一半对称结构如图2所示，由主簧1、第一级副簧2和第二级副簧3构成，其中，主簧1的片数为n，各片主簧的厚度为h_i，一半作用长度分别为L_iT，一半夹紧长度分别为L_i＝L_iT-L₀/2，i＝1,2,…,n，主簧夹紧刚度为K_M。第一级副簧2的片数为m₁，第一级副簧各片的厚度为h_A1j，一半作用长度为L_A1jT，一半夹紧长度为L_A1j＝L_AjT-L₀/2，j＝1,2,…,m₁。主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度为K_MA1，末片主簧的下表面与第一副簧首片的上表面之间的设置有第一级渐变间隙δ_MA1。第二级副簧3的片数为m₂，第二级副簧各片的厚度为h_A2k，一半作用长度为L_A2kT，一半夹紧长度为L_A2k＝L_A2kT-L₀/2，k＝1,2,…,m₂。主副簧的总复合夹紧刚度为K_MA2，第一级副簧末片下表面与第二副簧首片上表面之间的设置有第二级渐变间隙δ_MA2。当载荷达到第1次开始起作用载荷P_k1时，在骑马螺栓夹紧距外侧，末片主簧下表面与第一级副簧首片上表面开始接触，悬架夹紧刚度为主簧与第一级副簧的第一级渐变复合夹紧刚度；当载荷达到第1次开始起作用载荷P_k2时，末片主簧下表面与第一级副簧首片上表面完全接触，悬架夹紧刚度为主簧和第一级副簧的复合夹紧刚度；当载荷达到第2次完全起作用载荷P_w2时，主簧和第一级副簧与第二级副簧完全接触，悬架夹紧刚度为主副簧的总复合夹紧刚度。当载荷在[P_k1,P_w2]范围内变化时，等偏频两级渐变刚度板簧的第一级和第二级渐变复合夹紧刚度K_kwP1和K_kwP2随载荷而变化，从而满足在不同载荷下的悬架偏频保持不变的设计要求。根据车辆悬架的空载载荷、额定载荷、及额定载荷偏频设计要求值，对等偏频型两级渐变刚度板簧悬架系统的主簧夹紧刚度、主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度和主副簧的总复合夹紧刚度，及第1次和第2次开始接触载荷和第2次完全接触载荷分别进行匹配设计，确保等偏频型两级渐变刚度板簧的刚度和接触载荷满足车辆行驶平顺性的设计要求。

为解决上述技术问题，本发明所提供的等偏频型两级渐变刚度板簧的刚度与接触载荷的匹配方法，其特征在于采用以下匹配设计步骤：

(1)等偏频型两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，及空载悬架偏频设计要求值f₀₀，对等偏频型两级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度K_M进行设计，即

式中，g为重力加速度，g＝9.8m/s²；

(2)等偏频型两级渐变刚度板簧的主副簧复合夹紧刚度K_MA2的设计：

根据额定载荷P_N，及额定载荷悬架偏频设计要求值f_0N，对等偏频型两级渐变刚度板簧的主副簧总复合夹紧刚度K_MA2进行设计，即

(3)等偏频型两级渐变刚度板簧的主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度K_MA1的设计：

根据步骤(1)中设计得到的K_M，步骤(2)中设计得到的K_MA2，对等偏频型两级渐变刚度板簧的主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度K_MA1进行设计，即

(4)等偏频型两级渐变刚度板簧悬架系统的渐变载荷偏频f₀的设计：

根据空载悬架偏频和额定载荷悬架偏频的设计要求值f₀₀和f_0N，对等偏频型两级渐变刚度板簧悬架系统的渐变载荷偏频f₀进行设计，即

f₀＝f_0N+(1-0.618)(f₀₀-f_0N)；

(5)等偏频型两级渐变刚度板簧的各次接触载荷的设计：

根据步骤(1)、(2)和(3)中分别设计得到的主簧夹紧刚度K_M，K_MA1和K_MA2，及步骤(4)中设计得到的渐变载荷偏频f₀，对等偏频型两级渐变刚度板簧的第1次开始接触载荷P_k1，第2第开始接触载荷P_k2和第2次完全接触载荷P_w2分别进行设计，即

本发明比现有技术具有的优点

主簧与一级副簧和二级副簧的渐变接触过程中，高强度等偏频两级渐变刚度板簧的挠度和渐变夹紧复合刚度计算非常复杂，不仅与主簧和一级副簧及二级副簧的结构参数有关，而且还与各次接触载荷有关，据所查资料可知，先前国内外一直未给出等偏频型两级渐变刚度板簧的刚度与接触载荷的匹配方法。根据车辆悬架的空载载荷、额定载荷、及额定载荷偏频设计要求值，对等偏频型两级渐变刚度板簧悬架系统的主簧夹紧刚度、主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度和主副簧的总复合夹紧刚度，及第1次和第2次开始接触载荷和第2次完全接触载荷分别进行匹配设计。通过样机的车辆平顺性试验可知，本发明所提供的等偏频型两级渐变刚度板簧的刚度与接触载荷的匹配方法是正确的。利用该方法可得可靠的刚度与接触载荷的匹配设计值，满足在不同载荷下的悬架等偏频设计要求，提高车辆行驶平顺性和安全性；同时，还可降低设计和试验费用，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是等偏频型两级渐变刚度板簧的刚度与接触载荷的匹配设计流程图；

图2是等偏频型两级渐变刚度板簧的一半对称结构示意图；

图3是实施例的等偏频型两级渐变刚度板簧悬架系统的偏频随载荷的变化特性曲线。

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：某等偏频型两级渐变刚度板簧的空载载荷P₀＝1715N，额定载荷P_N＝7227N；空载悬架偏频设计要求值f₀₀＝2.73Hz，额定载荷悬架偏频设计要求值f_0N＝2.45Hz。根据空载载荷、额定载荷、及悬架偏频设计要求值，对等偏频型两级渐变刚度板簧悬架系统的主簧夹紧刚度、主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度和主副簧的总复合夹紧刚度，及第1次和第2次开始接触载荷和第2次完全接触载荷分别进行匹配设计。

本发明实例所提供的等偏频型两级渐变刚度板簧的刚度与接触载荷的匹配方法，其匹配设计流程如图1所示，具体匹配设计步骤如下：

(1)等偏频型两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，空载悬架偏频的设计要求值f₀₀＝2.73Hz，对等偏频型两级渐变刚度板簧的主簧夹紧刚度K_M进行设计，即

式中，g为重力加速度，g＝9.8m/s²；

(2)等偏频型两级渐变刚度板簧的主副簧复合夹紧刚度K_MA2的设计：

根据额定载荷P_N＝7227N，额定载荷悬架偏频的设计要求值f_0N＝2.45Hz，对等偏频型两级渐变刚度板簧的主副簧总复合夹紧刚度K_MA2进行设计，即

(3)等偏频型两级渐变刚度板簧的主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度K_MA1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_MA2＝174.75N/mm，对等偏频型两级渐变刚度板簧的主簧与第一级副簧的复合夹紧刚度K_MA1进行设计，即

(4)等偏频型两级渐变刚度板簧的渐变载荷悬架偏频f₀的设计：

根据空载悬架偏频的设计要求值f₀₀＝2.73Hz，额定载荷悬架偏频的设计要求值f_0N＝2.45Hz，对等偏频型两级渐变刚度板簧悬架系统的渐变载荷悬架偏频f₀进行设计，即

f₀＝f_0N+(1-0.618)(f₀₀-f_0N)＝2.557Hz。

(5)等偏频型两级渐变刚度板簧的各次接触载荷的设计：

根据步骤(1)、(2)和(3)中分别设计得到的K_M＝51.49N/mm、K_MA1＝94.85N/mm和K_MA2＝174.75N/mm，及步骤(4)中设计得到的f₀＝2.557Hz，对等偏频型两级渐变刚度板簧的第1次开始接触载荷P_k1，第2第开始接触载荷P_k2和第2次完全接触载荷P_w2分别进行设计，即

利用Matlab计算程序，仿真计算所得到的该等偏频型两级渐变刚度板簧悬架系统的偏频随载荷的变化特性曲线，见图3所示。

通过样机仿真和试验测试可知，表明本发明所提供的等偏频型两级渐变刚度板簧的刚度与接触载荷的匹配方法是正确的。利用该方法可得可靠的刚度与接触载荷的匹配设计值，满足在不同载荷下的悬架等偏频设计要求，提高车辆行驶平顺性和安全性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。