技术领域
[0001] 本
发明涉及车辆悬架少片变截面板簧，特别是端部加强等构式少片变截面板簧夹紧端点力的仿真计算法。
背景技术
[0002] 随着
汽车节能及轻量化的快速发展，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，为了满足板簧端部受力复杂的要求，在各片板簧的抛物线段与端部平直段之间增加一斜线段，增强板簧端部的强度，同时，各片板簧结构相同，即端部加强等构式少片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，通过各片板簧的各自不同自由切线弧高，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，同时，确保首片板簧的初始切线弧高满足设计要求。因此，对于给定设计结构的板簧，各片板簧的预夹紧应力是否满足设计要求，必须对其仿真验算，其中，各片板簧预夹端点力的仿真计算是各片板簧预一夹紧应力仿真验算的前提。然而，据所查资料可知，由于端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的夹紧
刚度计算非常复杂，且受各片板簧夹紧端点力与各片板簧的自由切线弧高、夹紧刚度、初始切线弧高之间关系的制约，先前一直未曾给出端部加强等构式少片变截面板簧夹紧端点力的仿真计算法。因此，必须建立一种准确、可靠的端部加强等构式少片变截面板簧夹紧端点力的仿真计算法，为各片板簧预夹紧应力的仿真验算奠定可靠的技术
基础，满足车辆行业快速发展、车辆行驶平顺性和安全性及对少片变截面板簧的设计要求，确保配夹紧后的各片板簧的预夹紧应力满足设计要求，提高产品设计
水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性的设计要求；同时，降低产品设计及试验
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、可靠的端部加强等构式少片变截面板簧夹紧端点力的仿真计算法，其仿真计算
流程图，如图1所示。端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧为以中心穿装孔对称的结构，将对称中心线看作为一半板簧的根部固定端，将端部受力点看作为板簧端点，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、抛物线段、斜线段和端部平直段四段构成，其中，根部平直段用于骑
马螺栓装配夹紧，斜线段对板簧的端部起加强作用，各片板簧的结构相同，即端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧。各片板簧的根部平直段的厚度h2；根部平直段的一半长度为L0，斜线段的水平长度Δl，各片板簧的抛物线段的根部到板簧端点的水平距离l2＝LT-L0，各片板簧的抛物线段的端部厚度为h1p，端部平直段的厚度为h1。各片板簧的抛物线段的厚度比为β＝h1p/h2，斜线段的厚度比γ＝h1/h1p。各片板簧的斜线段的根部到板簧端点的水平距离l1p＝l2β2，端部平直段的长度l1＝l1p-Δl。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。通过各片板簧的自由切线弧高，确保装配预夹紧后的首片板簧初始切线弧高的满足设计要求，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为Hgi0，通过骑马螺栓装配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高为HgC1，各片板簧的预夹紧应力为σi，其中，各片板簧的夹紧端点力为Fi，i＝1,2,…,n。根据板
簧片数，弹性模量，各片板簧的结构参数及自由切线弧高的设计值，对端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧的夹紧端点力进行仿真计算。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所提供的端部加强等构式少片变截面板簧夹紧端点力的仿真计算法，其特征在于采用以下仿真计算步骤：
[0005] (1)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧夹紧端点
变形系数Gx-E的计算：
[0006] 根据板簧的宽度b，弹性模量E；各片板簧的抛物线段的根部到板簧端点的水平距离l2，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l1p，端部平直段的长度l1，各片板簧的根部平直段的厚度h2，抛物线段的端部厚度h1p，端部平直段的厚度h1，各片板簧的抛物线段的厚度比β＝h1p/h2，斜线段的厚度比γ＝h1/h1p；对各片端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的夹紧端点变形系数Gx-E进行计算，即
[0007]
[0008] (2)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧夹紧刚度K的计算：
[0009] 根据各片板簧的根部平直段的厚度h2，步骤(1)中计算得到的Gx-E，对端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧的夹紧刚度K进行计算，即
[0010]
[0011] (3)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧初始切线弧高HgCi的确定：
[0012] A步骤：首片板簧的初始切线弧高HgC1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，各片板簧的自由切线弧高的设计值Hgi0，根部平直段的厚度h2，端部平直段的厚度h1，对端部加强等构式少片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进行确定，即
[0014]
[0015] B步骤：其他各片板簧的初始切线弧高HgCi的确定
[0016] 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，端部平直段的厚度h1，A步骤中确定得到的HgC1，对端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧除首片板簧之外的其他各片板簧的初始切线弧高HgCi进行确定，i＝2,3,…,n，即[0017] HgCi＝HgC1+(h2+δc)-(h1+δe)，i＝2,3,…,n；
[0018] (4)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧夹紧端点力Fi的仿真计算：
[0019] 根据板簧片数n，各片板簧的自由切线弧高的设计值Hgi0，步骤(2)中计算得到的K，步骤(3)中确定得到的HgCi，对端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧的夹紧端点力Fi进行仿真计算，i＝1,2,…,n，即
[0020]
[0021] 本发明比现有技术具有的优点
[0022] 先前对于端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧，一直未曾给出准确可靠的端部加强等构式少片变截面板簧夹紧端点力的仿真计算法，不能满足车辆快速发展及对悬架少片变截面板簧现代化CAD设计的要求。本发明可根据板簧片数，弹性模量，各片板簧的结构参数及自由切线弧高的设计值，对端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧的夹紧端点力进行仿真计算。通过样机试验可知，本发明所提供的端部加强等构式少片变截面板簧夹紧端点力的仿真计算法是正确的，为各片板簧预夹紧应力的仿真计算奠定了可靠的技术基础。利用该方法，可提高产品的设计水平、产品
质量、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，还可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是端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧夹紧端点力的仿真计算流程图；
[0025] 图2是端部加强等构式少片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：某端部加强等构式少片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，抛物线段的根部到板簧端点的水平距离l2＝LT-L0＝525mm，弹性模量E＝200GPa。板簧片数n＝3，斜线段的水平长度Δl＝30mm。各片板簧的根部平直段的厚度h2＝18mm，抛物线段的端部厚度h1p＝7mm，端部平直段的厚度h1＝8mm。各片板簧的抛物线段的厚度比β＝h1p/h2＝0.3889，斜线段的厚度比γ＝h1/h1p＝1.1429。斜线段的根部到板簧端点的水平距离l1p＝l2β2＝79.4mm，端部平直段的长度l1＝l1p-Δl＝49.4mm。各片板簧的自由切线弧高的设计值分别为Hg10＝86.8mm，Hg20＝97.0mm，Hg30＝100.2mm。根部垫片厚度δc＝3mm，端部垫片厚度δe＝6mm。根据板簧片数，弹性模量，各片板簧的结构参数及自由切线弧高的设计值，对该端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧的夹紧端点力进行仿真计算。
[0028] 本发明实例所提供的端部加强等构式少片变截面板簧夹紧端点力的仿真计算法，其仿真计算流程如图1所示，具体仿真计算步骤如下：
[0029] (1)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧夹紧端点变形系数Gx-E的计算：
[0030] 根据板簧的宽度b＝60mm，抛物线段的根部到板簧端点的水平距离l2＝525mm，斜线段的水平长度Δl＝30mm，弹性模量E＝200GPa；抛物线段的厚度比β＝0.3889，斜线段的厚度比γ＝1.1429；斜线段的根部到板簧端点的水平距离l1p＝79.4mm，端部平直段的长度l1＝49.4mm，对该端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧的夹紧端点变形系数Gx-E进行计算，即
[0031]
[0032] (2)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧夹紧刚度K的计算：
[0033] 根据各片板簧的根部平直段的厚度h2＝18mm，步骤(1)中计算得到的Gx-E＝93.074mm4/N，对该端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧的夹紧刚度K进行计算，即
[0034]
[0035] (3)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧初始切线弧高HgCi的确定：
[0036] A步骤：首片板簧初始切线弧高HgC1的确定
[0037] 根据板簧片数n＝3，根部垫片厚度δc＝3mm，端部垫片厚度δe＝6mm，各片板簧的自由切线弧高的设计值Hg10＝86.8mm，Hg20＝97.0mm，Hg30＝100.2mm，根部平直段的厚度h2＝18mm，端部平直段的厚度h1＝8mm；对该端部加强等构式少片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进行确定，即
[0038]
[0039] B步骤：其他各片板簧的初始切线弧高HgCi的确定
[0040] 根据板簧片数n＝3，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＝18mm，端部平直段的厚度h1＝8mm，A步骤中确定得到的HgC1＝90mm，对该端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧除首片板簧之外的其他各片板簧的初始切线弧高HgCi进行确定，i＝2,3，即
[0041] HgC2＝HgC1+(h2+δc)-(h1+δe)＝97mm，
[0042] HgC3＝HgC1+(h2+δc)-(h1+δe)＝97mm。
[0043] (4)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧夹紧端点力Fi的仿真计算：
[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＝86.8mm，Hg20＝97.0mm，Hg30＝100.2mm，步骤(2)中计算得到的K＝125.32N/mm，步骤(3)中确定得到的HgC1＝
90mm，HgC2＝97mm，HgC3＝97mm，对该端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧的夹紧端点力Fi进行仿真计算，i＝1,2,3，即
[0045]
[0046]
[0047]
[0048] 通过样机试验测试可知，本发明所提供的端部加强等构式少片变截面板簧夹紧端点力的仿真计算法是正确的，可得到准确可靠的端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧的夹紧端点力的仿真计算值，为各片板簧预夹紧应力的仿真计算奠定了可靠的技术基础。
[0049] 实施例二：某端部加强等构式少片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，斜线段的水平长度Δl＝30mm，抛物线段的根部到板簧端点的水平距离l2＝LT-L0＝525mm，弹性模量E＝200Gpa。板簧片数n＝4，各片板簧的根部平直段的厚度h2＝16mm，抛物线段的端部厚度h1p＝7mm，端部平直段的厚度h1＝8mm。各片板簧的抛物线段的厚度比β＝h1p/h2＝0.4375，斜线段的厚度比γ＝h1/h1p＝1.1429。斜线段的根部到板簧端点的水平距离l1p＝l2β2＝100.5mm，端部平直段的长度l1＝l1p-Δl＝70.5mm。根部垫片厚度δc＝3mm，端部垫片厚度δe＝6mm。各片板簧的自由切线弧高的设计值分别为Hg10＝91.1mm，Hg20＝98.7mm，Hg30＝101.3mm，Hg40＝103.9mm。根据板簧片数，弹性模量，各片板簧的结构参数及自由切线弧高的设计值，对该端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧的夹紧端点力进行仿真计算。
[0050] 采用与实施例一相同的仿真计算方法和步骤，对该端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧的夹紧端点力进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：
[0051] (1)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧夹紧端点变形系数Gx-E的计算：
[0052] 根据板簧的宽度b＝60mm，抛物线段的根部到板簧端点的水平距离l2＝525mm，弹性模量E＝200GPa；抛物线段的厚度比β＝0.4375，斜线段的厚度比γ＝1.1429；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l1p＝100.5mm，端部平直段的长度l1＝70.5mm，对该端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧的夹紧端点变形系数Gx-E进行计算，即
[0053]
[0054] (2)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧夹紧刚度K的计算：
[0055] 根据各片板簧的根部平直段的厚度h2＝16mm，步骤(1)中计算得到的Gx-E＝4
91.545mm /N，对该端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧的夹紧刚度K进行计算，即
[0056]
[0057] (3)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧初始切线弧高HgCi的确定：
[0058] A步骤：首片板簧的初始切线弧高HgC1的确定
[0059] 根据板簧片数n＝4，根部垫片厚度δc＝3mm，端部垫片厚度δe＝6mm，各片板簧的自由切线弧高的设计值Hg10＝91.1mm，Hg20＝98.7mm，Hg30＝101.3mm，Hg40＝103.9mm，根部平直段的厚度h2＝16mm，端部平直段的厚度h1＝8mm；对该端部加强等构式少片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进行确定，即
[0060]
[0061] B步骤：其他各片板簧的初始切线弧高HgCi的确定
[0062] 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，端部平直段的厚度h1＝8mm，A步骤中确定得到的HgC1＝95mm，对该端部加强等构式少片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进行确定，i＝2,3,…,n，即
[0063] HgC2＝HgC1+(h2+δc)-(h1+δe)＝100mm，
[0064] HgC3＝HgC1+(h2+δc)-(h1+δe)＝100mm，
[0065] HgC4＝HgC1+(h2+δc)-(h1+δe)＝100mm。
[0066] (4)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧夹紧端点力Fi的仿真计算：
[0067] 根据板簧片数n＝4，各片板簧的自由切线弧高的设计值Hg10＝91.1mm，Hg20＝98.7mm，Hg30＝101.3mm，Hg40＝103.9mm，步骤(2)中计算得到的K＝89.486N/mm，步骤(3)中确定得到的HgC1＝95mm，HgC2＝100mm，HgC3＝100mm，HgC4＝100mm，对该端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧的夹紧端点力Fi进行仿真计算，i＝1,2,,…,n，即[0068]
[0069]
[0070]
[0071]
[0072] 通过样机试验测试可知，本发明所提供的端部加强等构式少片变截面板簧夹紧端点力的仿真计算法是正确的，可得到准确可靠的端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧装配夹紧后的各片板簧的夹紧端点力的仿真计算值，为各片板簧预夹紧应力的仿真计算奠定了可靠的技术基础。利用该方法，可提高产品的设计水平、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，降低产品的设计开发及试验费用，加快产品开发速度。
