技术领域
[0001] 本
发明涉及车辆悬架少片变截面板簧，特别是根部加强端部非等构变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法。
背景技术
[0002] 随着
汽车节能和轻量化政策的实施，少片变截面板簧因具有重量轻，材料利用率高，片间无摩擦或摩擦小，振动噪声低，使用寿命长等优点，日益受到车辆悬架专家、生产企业及车辆制造企业的高度关注，并且在车辆
悬架系统中得到了广泛应用，其中，为了加强板簧根部的强度及满足首片板簧的端部受
力复杂的要求，可在各片板簧的根部平直段与抛物线段之间增加一斜线段，并且首片板簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片板簧的端部平直段的厚度和长度，即采用根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧。通常为了提高板簧可靠性和使用寿命的设计要求，通过各片板簧不同自由切线弧高，在装配夹紧之后，使首片板簧或前几片板簧产生一定的预夹紧压
应力，从而提高板簧可靠性和使用寿命；同时，确保首片板簧的初始切线弧高满足设计要求。对于给定设计结构的各片板簧，装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高是否满足设计要求，必须对其仿真计算。然而，据所查资料可知，由于各片根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的夹紧
刚度计算非常复杂，且受各片板簧初始切线弧高与板簧结构、夹紧刚度、自由切线弧高之间关系及初始切线弧高影响量计算的制约，先前一直未曾给出根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法。因此，必须建立一种准确、可靠的根部加强端部非等构变截面板簧装配夹紧后的各片板簧初始切线弧高的仿真验算法，为装配夹紧后的首片板簧初始切线弧高的仿真验算提供可靠的技术方法，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性和安全性及根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的设计要求，确保配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高满足设计要求，提高产品的设计
水平和可靠性及车辆行驶安全性的设计要求；同时，降低产品的设计及试验
费用，加快产品开发速度。
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简便、可靠的根部加强端部非等构变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法，其仿真验算
流程图，如图1所示。根部加强端部非等构式抛物线型变截面板簧为以中心穿装孔对称的结构，其一半对称夹紧结构示意图如图2所示，其中包括，板簧1，根部
垫片2，端部垫片3。板簧1的片数为n，其中，2≤n≤5；各片板簧的宽度为b，
弹性模量为E，一半作用长度为LT，是由根部平直段、斜线段、抛物线段和端部平直段四段所构成，其中，根部平直段用于骑
马螺栓装配夹紧，各片板簧的根部平直段厚度相等；斜线段对板簧根部起加强作用；各片板簧的端部平直段非等构，首片板簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片的端部平直段的厚度和长度，以满足首片板簧端部受力复杂的要求，即根部加强端部非等构式抛物线型变截面板簧。各片板簧的根部平直段的一半长度L0，斜线段的水平长度为Δl，斜线段的根部到板簧端点的水平距离l2＝LT-L0，抛物线段的根部到板簧端点的水平距离l2p＝LT-L0-Δl。各片板簧的根部平直段的厚度为h2，抛物线段的根部厚度为h2p，其中，h2>h2p≥h2l2p/l2；各片板簧的端部平直厚度为h1i。各片板簧的斜线段的厚度比γ＝h2p/h2，各片板簧的抛物线段的厚度比βi＝h1i/h2p；各片板簧的端部平直段的长度为 i＝1,2,…,n。各片板簧的根部之间设有根部垫片2，根部垫片厚度为δc。各片板簧的端部之间设有端部垫片3，端部垫片的厚度为δe，材料为
碳纤维复合材料，以降低板簧工作所产生的摩擦噪声。由于首片板簧的受力复杂，通过各片板簧的自由切线弧高，确保装配预夹紧后的板簧初始切线弧高满足设计要求；同时，使首片板簧或前几片板簧受预夹紧压应力，而末片或后几片板簧受预夹紧拉应力，提高板簧可靠性和使用寿命。各片板簧的自由切线弧高的设计值Hgi0，装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高为HgC1。根据板
簧片数，各片板簧的结构参数及自由切线弧高的设计值，弹性模量，及根部垫片和端部垫片的厚度，对根部加强端部非等构式抛物线型变截面板簧在装配夹紧后的各片板簧的初始切线弧高进行仿真验算，确保装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高满足设计要求。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所提供的根部加强端部非等构变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法，其特征在于采用以下仿真验算步骤：
[0005] (1)根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的各片板簧夹紧刚度Ki的计算：
[0006] A步骤：各片板簧的夹紧端点
变形系数Gx-Ei的计算
[0007] 根据板簧片数n，板簧的宽度b，弹性模量E，斜线段的水平长度Δl，斜线段的根部到板簧端点的水平距离l2，抛物线段的根部到板簧端点的水平距离l2p；各片板簧的根部平直段的厚度h2，抛物线段的根部厚度h2p，各片板簧的端部平直段的厚度h1i；各片板簧的斜线段的厚度比γ＝h2p/h2，抛物线段的厚度比βi＝h1i/h2p，对根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的各片板簧的夹紧端点变形系数Gx-Ei进行计算，i＝1,2,…,n，即
[0008]
[0009] B步骤：各片板簧的夹紧刚度Ki的计算
[0010] 根据板簧片数n，各片板簧的根部平直段的厚度h2，A步骤中计算得到的Gx-Ei，对根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的各片板簧的夹紧刚度Ki进行计算，i＝1,2,…,n，即
[0011]
[0012] (2)根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的初始切线弧高影响量ΔHgC的确定：
[0013] 根据板簧片数n，根部垫片厚度δc，端部垫片厚度δe，根部平直段的厚度h2，前n-1片板簧的端部平直段的厚度h1i，步骤(1)中计算得到的Ki，i＝1,2,…,n，对根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的初始切线弧高影响量ΔHgC进行确定，即
[0014]
[0015] (3)根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的首片板簧初始切线弧高HgC1的仿真验算：
[0016] 根据板簧片数n，各片板簧的自由切线弧高Hgi0，步骤(1)中计算得到的Ki，i＝1,2,…,n，步骤(2)中所确定的ΔHgC，对根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高HgC1进行仿真验算，即
[0017]
[0018] (4)根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的其他各片板簧初始切线弧高HgCi的仿真验算：
[0019] 根据板簧片数n，根部垫片厚度δc，端部垫片厚度δe，根部平直段的厚度h2，前n-1片板簧的端部平直段的厚度h1i，步骤(3)中仿真验算得到的HgC1，对根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧装配夹紧后除首片板簧之外的其他各片板簧的初始切线弧高HgCi进行仿真验算，i＝2,3,…,n，即
[0020] HgCi＝HgC1+(h2+δc)-(h1i-1+δe),i＝2,3,…,n。
[0021] 本发明比现有技术具有的优点
[0022] 先前对于根部加强端部非等构式抛物线型变截面板簧，一直未曾给出准确可靠的根部加强端部非等构变截面板簧装配夹紧后的各片板簧初始切线弧高的仿真验算法，不能满足车辆快速发展及对悬架板簧现代化CAD设计的要求。本发明可根据板簧片数，各片板簧的结构参数及自由切线弧高，弹性模量，及根部垫片和端部垫片的厚度，对根部加强端部非等构式抛物线型变截面板簧在装配夹紧后的各片板簧的初始切线弧高进行仿真验算。通过样机试验测试可知，本发明所提供的根部加强端部非等构变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法是正确的，可得到准确可靠的各片板簧的初始切线弧高的仿真验算值，为装配夹紧后的首片板簧初始切线弧高的仿真验算提供了可靠的技术方法。利用该方法可确保装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高满足设计要求，提高产品的设计水平和可靠性及车辆行驶安全性；同时，降低产品的设计及试验费用，加快产品开发速度。
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是根部加强端部非等构变截面板簧初始切线弧高的仿真验算流程图；
[0025] 图2是根部加强端部非等构式抛物线型变截面板簧的一半夹紧结构示意图。具体实施方案
[0026] 下面通过
实施例对本发明作进一步详细说明。
[0027] 实施例一：某根部加强端部非等构式抛物线型变截面板簧的宽度b＝60mm，一半作用长度LT＝575mm，骑马螺栓夹紧的根部平直段的一半长度L0＝50mm，弹性模量E＝200GPa。板簧片数n＝3，各片板簧的斜线段的水平长度Δl＝30mm，斜线段的根部到板簧端点的水平距离l2＝LT-L0＝525mm，抛物线段的根部到板簧端点的水平距离l2p＝l2-Δl＝495mm。各片板簧的根部平直段的厚度h2＝18mm，抛物线段的根部厚度h2p＝17mm，各片板簧的端部平直段的厚度h11＝9mm，h12＝8mm，h13＝8mm；各片板簧的斜线段的厚度比γ＝h2p/h2＝0.9444，抛物线段的厚度比β1＝h11/h2p＝0.5294，β2＝h12/h2p＝0.4706，β3＝h13/h2p＝0.4706。各片板簧的自由切线弧高的设计值Hg10＝91.7mm，Hg20＝101mm，Hg30＝105.4mm。根部垫片厚度δc＝
3mm，端部垫片厚度δe＝6mm。根据板簧片数，各片板簧的结构参数及自由切线弧高，弹性模量，及根部垫片和端部垫片的厚度，对该根部加强端部非等构式抛物线型变截面板簧在装配夹紧后的各片板簧的初始切线弧高进行仿真验算。
[0028] 本发明实例所提供的根部加强端部非等构变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法，其仿真验算流程如图1所示，具体仿真验算步骤如下：
[0029] (1)根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的各片板簧夹紧刚度Ki的计算：
[0030] A步骤：各片板簧的夹紧端点变形系数Gx-Ei的计算
[0031] 根据板簧片数n＝3，根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的宽度b＝60mm，弹性模量E＝200GPa，斜线段的水平长度Δl＝30mm，斜线段的根部到板簧端点的水平距离l2＝525mm，抛物线段的根部到板簧端点的水平距离l2p＝495mm，斜线段的厚度比γ＝0.9444，抛物线段的厚度比β1＝0.5294，β2＝0.4706，β3＝0.4706，对根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的各片板簧的夹紧端点变形系数Gx-Ei进行计算，i＝1,2,3，即
[0032]
[0033]
[0034]
[0035] B步骤：各片板簧的夹紧刚度Ki的计算
[0036] 根据板簧片数n＝3，各片板簧的根部平直段的厚度h2＝18mm，A步骤中计算得到的Gx-E1＝97.355mm4/N，Gx-E2＝99.475mm4/N，Gx-E3＝99.475mm4/N，对该根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的各片板簧的夹紧刚度Ki进行计算，i＝1,2,3，即
[0037]
[0038]
[0039]
[0040] (2)根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的初始切线弧高影响量ΔHgC的确定：
[0041] 根据板簧片数n＝3，根部垫片厚度δc＝3mm，端部垫片厚度δe＝6mm，根部平直段的厚度h2＝18mm，前2片板簧的端部平直段的厚度h11＝9mm，h12＝8mm，步骤(1)中计算得到的K1＝119.81N/mm，K2＝117.26N/mm，K3＝117.26N/mm，对该根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的初始切线弧高影响量ΔHgC进行确定，即
[0042]
[0043] (3)根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的首片板簧初始切线弧高HgC1的仿真验算：
[0044] 根据板簧片数n＝3，各片板簧的自由切线弧高的设计值Hg10＝91.7mm，Hg20＝101mm，Hg30＝105.4mm，步骤(1)中计算得到的K1＝119.81N/mm，K2＝117.26N/mm，K3＝
117.26N/mm，骤(2)中所确定的ΔHgC＝4.3mm，对该根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高HgC1进行仿真验算，即
[0045]
[0046] (4)根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的其他各片板簧初始切线弧高HgCi的仿真验算：
[0047] 根据板簧片数n＝3，根部垫片厚度δc＝3mm，端部垫片厚度δe＝6mm，前2片板簧的端部平直段的厚度h11＝9mm，h12＝8mm，步骤(3)中仿真验算得到的HgC1＝95mm，对该根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧装配夹紧后除首片板簧之外的其他各片板簧初始切线弧高HgCi进行仿真计算，i＝2,3，即
[0048] HgC2＝HgC1+(h2+δc)-(h11+δe)＝101mm,
[0049] HgC3＝HgC1+(h2+δc)-(h12+δe)＝102mm。
[0050] 通过样机试验测试可知，本发明所提供的根部加强端部非等构变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法是正确的，可得到准确可靠的各片板簧初始切线弧高的仿真验算值。
[0051] 实施例二：某根部加强端部非等构式抛物线型变截面板簧的宽度b＝60mm，一半作用长度LT＝575mm，骑马螺栓夹紧的根部平直段的一半长度L0＝50mm，弹性模量E＝200GPa。板簧片数n＝4，各片板簧的斜线段的水平长度Δl＝30mm，斜线段的根部到板簧端点的水平距离l2＝LT-L0＝525mm，抛物线段的根部到板簧端点的水平距离l2p＝l2-Δl＝495mm。各片板簧的根部平直段的厚度h2＝16mm，抛物线段的根部厚度h2p＝15.2mm，各片板簧的端部平直段的厚度h11＝8mm，h12＝7.5mm，h13＝7mm，h14＝6.5mm。各片板簧的斜线段的厚度比γ＝h2p/h2＝0.95，各片板簧的抛物线段的厚度比β1＝h11/h2p＝0.5263，β2＝h12/h2p＝0.4934，β3＝h13/h2p＝0.4605，β4＝h14/h2p＝0.4276。各片板簧的自由切线弧高的设计值Hg10＝87.4mm，Hg20＝94.1mm，Hg30＝96.4mm，Hg40＝98.7mm。根部垫片厚度δc＝3mm，端部垫片厚度δe＝6mm。根据板簧片数，各片板簧的结构参数及自由切线弧高，弹性模量，根部垫片和端部垫片的厚度，对该根部加强端部非等构式抛物线型变截面板簧在装配夹紧后的各片板簧的初始切线弧高进行仿真验算。
[0052] 采用与实施例一相同的仿真验算方法和步骤，对该根部加强端部非等构式抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧的初始切线弧高进行仿真验算，具体仿真验算步骤如下：
[0053] (1)根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的各片板簧夹紧刚度Ki的计算：
[0054] A步骤：各片板簧的夹紧端点变形系数Gx-Ei的计算
[0055] 根据板簧片数n＝4，板簧的宽度b＝60mm，弹性模量E＝200GPa，斜线段的水平长度Δl＝30mm，斜线段的根部到板簧端点的水平距离l2＝525mm，抛物线段的根部到板簧端点的水平距离l2p＝495mm，斜线段的厚度比γ＝0.95，抛物线段的厚度比β1＝0.5263，β2＝0.4934，β3＝0.4605，β4＝0.4276，对该根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的各片板簧的夹紧端点变形系数Gx-Ei进行计算，i＝1,2,…,n，即
[0056]
[0057]
[0058]
[0059]
[0060] B步骤：各片板簧的夹紧刚度Ki的计算
[0061] 根据板簧片数n＝4，各片板簧的根部平直段的厚度h2＝16mm，A步骤中计算得到的Gx-E1＝95.854mm4/N，Gx-E2＝97.064mm4/N，Gx-E3＝98.12mm4/N，Gx-E4＝99.041mm4/N，对该根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的各片板簧的夹紧刚度Ki进行计算，i＝1,2,…,n，即[0062]
[0063]
[0064]
[0065]
[0066] (2)根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的初始切线弧高影响量ΔHgC的确定：
[0067] 根据板簧片数n＝4，根部垫片厚度δc＝3mm，端部垫片厚度δe＝6mm，各片板簧的根部平直段的厚度h2＝16mm，前3片板簧的端部平直段的厚度h11＝8mm，h12＝7.5mm，h13＝7mm，步骤(1)中计算得到的K1＝85.463N/mm，K2＝84.398N/mm，K3＝83.487N/mm，K4＝82.713N/mm，对该根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的初始切线弧高影响量ΔHgC进行确定，即
[0068]
[0069] (3)根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的首片板簧初始切线弧高HgC1的仿真验算：
[0070] 根据板簧片数n＝4，各片板簧的自由切线弧高的设计值Hg10＝87.4mm，Hg20＝94.1mm，Hg30＝96.4mm，Hg40＝98.7mm，步骤(1)中计算得到的K1＝85.463N/mm，K2＝84.398N/mm，K3＝83.487N/mm，K4＝82.713N/mm，步骤(2)中所确定的ΔHgC＝4.1mm，对该根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高HgC1进行仿真验算，即
[0071]
[0072] (4)根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧的其他各片板簧初始切线弧高HgCi的仿真验算：
[0073] 根据板簧片数n＝4，根部垫片厚度δc＝3mm，端部垫片厚度δe＝6mm，前3片板簧的端部平直段的厚度h11＝8mm，h12＝7.5mm，h13＝7mm，步骤(3)中仿真验算得到的HgC1＝90mm，对该根部加强端部非等构抛物线型变截面板簧装配夹紧后除首片板簧之外的其他各片板簧的初始切线弧高HgCi进行仿真验算，i＝2,3,4，即
[0074] HgC2＝HgC1+(h2+δc)-(h11+δe)＝95mm,
[0075] HgC3＝HgC1+(h2+δc)-(h12+δe)＝95.5mm，
[0076] HgC4＝HgC1+(h2+δc)-(h13+δe)＝96mm。
[0077] 通过样机试验测试可知，本发明所提供的根部加强端部非等构变截面板簧初始切线弧高的仿真验算法是正确的，可得到准确可靠的各片板簧的初始切线弧高的仿真验算值，为装配夹紧后的首片板簧初始切线弧高的仿真验算提供了可靠的技术方法。利用该方法可确保装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高满足设计要求，提高产品的设计水平和可靠性及车辆行驶安全性；同时，降低产品的设计及试验费用，加快产品开发速度。
