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预夹紧应力的匹配设计法。
背景技术：
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，必须根据板簧的结构参数、首片板簧初始切线弧高及各片板簧预夹紧应力的设计要求，对各片板簧的自由切线弧高进行设计，其中，各片板簧预夹紧应力的匹配设计是各片板簧自由切线弧高设计的前提。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，且受各片板簧预夹紧应力与板簧结构、额定载荷、许用应力和根部最大应力之间关系，及各片板簧之间的预夹紧应力之差计算的制约，先前一直未曾给出端部加强等构式少片变截面板簧预夹紧应力的匹配设计法。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预夹紧应力的匹配设计法，为各片板簧自由切线弧高的设计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，确保配夹紧后的首片板簧的初始切线弧高及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。
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、可靠的端部加强等构式少片变截面板簧预夹紧应力的匹配设计法，其匹配设计流程图，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，各片板簧的一半作用长度为lt，是由根部平直段、抛物线段、端部斜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，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，各片板簧的抛物线段的端部厚度为h1p，抛物线段的厚度比为β＝h1p/h2。各片板簧的端部平直段的厚度h1，各片板簧的斜线段的水平长度δl，斜线段的厚度比γ＝h1/h1p，斜线段的根部到板簧端点的水平距离l1p＝(lt-l0)β2，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，确保装配夹紧后的首片板簧的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，提高板簧可靠性和使用寿命。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，i＝1,2,…,n。根据板簧片数，各片板簧的结构参数，额定载荷及首片板簧在额定载荷下的许用应力，对端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧预夹紧应力进行设计。
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预夹紧应力的匹配设计法，其特征在于采用以下匹配设计步骤：
(1)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的根部最大应力σmax的计算:
根据板簧的一半作用长度lt，根部平直段的一半长度l0，板簧的宽度b，板簧片数n，各片板簧的根部平直段的厚度h2，额度载荷pn，对端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧在额定载荷下的根部最大应力σmax进行计算，即
(2)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧之间预夹紧应力差δσ的确定:
根据板簧片数n，首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ1]，步骤(1)中计算得到的σmax，对端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧之间的预夹紧应力差δσ进行确定，即
(3)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧预夹紧应力σi的匹配设计:
根据板簧片数n，首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ1]，步骤(1)中计算得到的σmax，步骤(2)中所确定的δσ，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预夹紧应力σi进行匹配设计，i＝1,2,…,n，即
σi＝[σ1]-σmax+(i-1)δσ，i＝1,2,…,n。
本发明比现有技术具有的优点
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预夹紧应力的匹配设计法，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，各片板簧的结构参数，额定载荷及首片板簧在额定载荷下的许用应力，对端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧预夹紧应力进行设计。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预夹紧应力的匹配设计法是正确的，可得到准确可靠的各片板簧预夹紧应力的匹配设计值，为端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧自由切线弧高设计奠定了可靠的技术基础；同时，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
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是端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧预夹紧应力的匹配设计流程图；
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
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。
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。板簧片数n＝3，各片板簧的根部平直段的厚度h2＝18mm。额定载荷pn＝16000n，首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ1]＝400mpa。根据板簧片数，各片板簧的结构参数，额定载荷及首片板簧在额度载荷下的许用应力，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预夹紧应力进行匹配设计。
本发明实例所提供的端部加强等构式少片变截面板簧预夹紧应力的匹配设计法，其设计流程如图1所示，具体设计步骤如下：
(1)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的根部最大应力σmax的计算:
根据板簧的一半作用长度lt＝575mm，根部平直段的一半长度l0＝50mm，板簧的宽度b＝60mm，板簧片数n＝3，各片板簧的根部平直段的厚度h2＝18mm，额度载荷pn＝16000n，对该端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧在额定载荷下的根部最大应力σmax进行计算，即
(2)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧之间预夹紧应力差δσ的确定:
根据板簧片数n＝3，首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ1]＝400mpa，步骤(2)中计算得到的σmax＝432.1mpa，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之间的预夹紧应力差δσ进行确定，即
(3)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧预夹紧应力σi的匹配设计:
根据首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ1]＝400mpa，步骤(1)中计算得到的σmax＝432.1mpa，步骤(2)中所确定的δσ＝32.1mpa，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预夹紧应力σi进行匹配设计，即
σ1＝[σ1]-σmax+(1-1)δσ＝-32.1mpa，
σ2＝[σ1]-σmax+(2-1)δσ＝0mpa，
σ3＝[σ1]-σmax+(3-1)δσ＝32.1mpa。
通过样机试验测试可知，该端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧预夹紧应力的设计值是可靠的，表明本发明所提供的端部加强等构式少片变截面板簧预夹紧应力的匹配设计法是正确的，为各片板簧的自由切线弧高设计奠定了可靠的技术基础。
实施例二：某端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的一半作用长度lt＝575mm，骑马螺栓夹紧的根部平直段的一半长度l0＝50mm，板簧的宽度b＝60mm。板簧片数n＝4，各片板簧的根部平直段的厚度h2＝16mm。额定载荷pn＝17000n，首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ1]＝450mpa。根据板簧片数，各片板簧的结构参数，额定载荷及首片板簧在额度载荷下的许用应力，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预夹紧应力进行匹配设计。
采用与实施例一相同的设计方法和步骤，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预夹紧应力进行匹配设计，具体匹配设计步骤如下：
(1)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的根部最大应力σmax的计算:
根据板簧的一半作用长度lt＝575mm，根部平直段的一半长度l0＝50mm，板簧的宽度b＝60mm，板簧片数n＝4，各片板簧的根部平直段的厚度h2＝16mm，额度载荷pn＝17000n，对该端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧在额定载荷下的根部最大应力σmax进行计算，即
(2)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧之间预夹紧应力差δσ的确定:
根据板簧片数n＝4，首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ1]＝400mpa，步骤(2)中计算得到的σmax＝435.79mpa，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之间的预夹紧应力差δσ进行确定，即
(3)端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧预夹紧应力σi的匹配设计:
根据首片板簧在额度载荷下的许用应力[σ1]＝400mpa，步骤(1)中计算得到的σmax＝435.79mpa，步骤(2中所确定的δσ＝23.86mpa，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预夹紧应力σi进行匹配设计，即
σ1＝[σ1]-σmax+(1-1)δσ＝-35.79mpa，
σ2＝[σ1]-σmax+(2-1)δσ＝-11.93mpa，
σ3＝[σ1]-σmax+(3-1)δσ＝11.93mpa，
σ4＝[σ1]-σmax+(4-1)δσ＝35.79mpa。
通过样机试验测试可知，该端部加强等构式少片抛物线型变截面板簧的各片板簧预夹紧应力设计值是可靠的，表明本发明所提供的端部加强等构式少片变截面板簧预夹紧应力的匹配设计法是正确的，为各片板簧的自由切线弧高设计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，降低产品的设计开及试验费用，加快产品开发速度。