一种Z形板簧复合式空气悬架总刚度计算方法与流程

一种z形板簧复合式空气悬架总刚度计算方法
技术领域
1.本发明涉及一种z形板簧复合式空气悬架总刚度的计算方法，属于车辆悬架设计技术领域。


背景技术：

2.车辆的悬架系统是车辆底盘系统的关键部件，悬架系统起到衰减路面的振动向车内传递，提升车辆行驶的平顺性和舒适性。空气悬架是车辆悬架的一种，在不同载荷下可通过调整气囊的气压来获得较低的刚度和偏频，更好的提升车辆的平顺性。
3.而针对z形板簧复合式空气悬架的刚度计算，在现有的传统计算方法中，空气悬架的总刚度考虑了z形导向簧的刚度和空气弹簧的刚度，但z形导向簧的刚度假设从车轴安装点到空气弹簧安装点之间为完全刚性。这种计算导致z形导向簧的刚度相比实际情况偏大，当z形导向簧的刚度与空气悬架刚度之比比较小时，会导致计算的刚度和实际刚度偏差比较大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提出一种z形板簧复合式空气悬架总刚度计算方法，将z形导向簧分段进行分段计算，充分考虑z形导向簧的所有段柔性，相比传统的理论计算方法，极高地提升了计算精度。
5.本发明的具体技术方案如下：一种z形板簧复合式空气悬架总刚度计算方法，包括如下具体步骤：
6.步骤1、计算z形导向簧在车轴中心点b端的刚度c
bd
，
7.将z形导向簧简化为前后等截面的矩形结构，z形导向簧和车架的前安装点b1端以及z形导向簧和空气弹簧安装点b2端简支，在车轴中心点b端施加垂直向上的力f，在垂直力f的作用下，z形导向簧产生的垂向位移为δ
bd
；
8.根据z形导向簧前端点刚度c
b1
，空气弹簧到车轴中心的纵向距离b与z形导向簧前端点到车轴的纵向距离a之比λ，z形导向簧高度h与z形导向簧前端点到车轴的纵向距离a之比λ1，z形导向簧折弯点到空气弹簧安装点纵向距离b2与z形导向簧前端点到车轴中心的纵向距离a之比λ2，则：
[0009][0010]
步骤2、计算空气弹簧在车轴点的刚度c
ba
[0011]
根据空气弹簧的刚度c
b2
，计算得出车轴点的刚度c
ba
，如下公式所示：
[0012]cba
＝(1+λ)2c
b2
；
[0013]
步骤3、计算z形板簧复合式空气悬架的总刚度cb[0014]
z形板簧复合式空气悬架的总刚度cb为c
bd
和c
ba
的串联刚度，则定义空气弹簧刚度c
b2
与z形导向簧前端点刚度c
b1
之比k，计算得空气悬架的总刚度cb，如下公式所示：
[0015][0016]
本发明采用的z形板簧复合式空气悬架的结构为两点式空气悬架，在车架纵梁外侧的左右两端对称布置有气囊与z形板簧，所述气囊的下端底座通过螺栓固定在z形板簧后端，气囊的上端气室盖通过螺栓固定在车架纵梁下翼面；所述z形板簧为z字形变截面结构，截面厚度为前窄后宽，板簧前端有卷耳状圆孔，使用柱销通过板簧卷耳孔将板簧前端固定在车架纵梁侧翼面，在板簧中间，z形第一折弯点以前的位置，使用u形螺栓将板簧固定在车桥上，板簧后端有定位孔用于固定气囊底座。
[0017]
进一步的，所述步骤1的具体内容为：
[0018]
步骤1.1、设定z形导向簧高度h段为刚性，计算z形导向簧在车轴点的刚度c
bd1
，如下公式所示：
[0019][0020]
步骤1.2、设定除z形导向簧高度h段以外为刚性，计算z形导向簧在车轴点的刚度c
bd2
，如下公式所示：
[0021][0022]
步骤1.3、z形导向簧在车轴点的刚度c
bd
则为c
bd1
和c
bd2
的串联刚度，即
[0023][0024]
进一步的，所述步骤1中，z形导向簧前端点刚度c
b1
定义为b端和b2端为固定支撑的悬臂梁，在b1端施加垂直向上的载荷f
b1
，b1端产生的垂向位移为δ
b1
，则c
b1
如下公式所示：
[0025][0026]
其中，e为z形导向簧材料的弹性模量，i为z形导向簧截面惯性矩。
[0027]
进一步的，所述z形板簧复合式空气悬架的总刚度cb还具有两种表达形式；
[0028]
如果z形导向簧从车轴中心点b至空气弹簧安装点b2假设为刚性，刚性段包括z形导向簧高度h，则
[0029][0030]
如果z形导向簧高度h段假设为刚性，则
[0031][0032]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0033]
本发明涉及的一种z形板簧复合式空气悬架总刚度计算方法，充分考虑了z形导向簧所有段的变形，提出了一种可以参数化的计算方法，相比传统的计算方法提高了计算的精度。相比有限元计算方法和车辆动力学计算方法，具有类似的精度，但参数化的计算方法可大大减少工程师的计算时间，大大提升了工程师的效率。
附图说明
[0034]
下面结合附图对发明本作进一步的说明。
[0035]
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
[0036]
实施例
[0037]
本实施例提供的一种z形板簧复合式空气悬架总刚度计算方法，如图1所示，已知z形板簧复合式空气悬架中参数z形导向簧前端点到车轴的纵向距离a＝700mm，空气弹簧到车轴中心的纵向距离b＝409mm，z形导向簧的高度h＝190mm，z形导向簧折弯点到空气弹簧安装点的纵向距离b2＝200mm，z形导向簧前端点的刚度c
b1
＝256n/mm，空气弹簧的刚度c
b2
＝65n/mm。求z形板簧复合式空气悬架总刚度。
[0038]
具体计算步骤如下：
[0039]
步骤1，计算z形导向簧在车轴中心点b端的刚度c
bd
，
[0040]
将z形导向簧简化为矩形且前后等截面的结构，z形导向簧和车架的前安装点b1端以及z形导向簧和空气弹簧安装点b2端简支，简支的定义为支撑物仅提供平动方向的约束，不提供转动方向的约束，在车轴中心点b端施加垂直向上的力f，在垂直力f的作用下，z形导向簧产生的垂向位移为δ
bd
。
[0041]
定义空气弹簧到车轴中心的纵向距离b与z形导向簧前端点到车轴的纵向距离a之比λ，z形导向簧高度h与z形导向簧前端点到车轴的纵向距离a之比λ1，z形导向簧“折弯点”到空气弹簧安装点的纵向距离b2与z形导向簧前端点到车轴中心的纵向距离a之比λ2。
[0042]
步骤1.1：设定z形导向簧高度h段为完全刚性的，此时得到的z形导向簧在车轴点的刚度为c
bd1
。
[0043][0044]
步骤1.2：设定除z形导向簧高度h段以外为刚性，计算z形导向簧在车轴点的刚度c
bd2
，如下公式所示：
[0045][0046]
步骤1.3：z形导向簧在车轴点的刚度c
bd
为c
bd1
和c
bd2
的串联刚度，即
[0047][0048]
步骤2，计算空气弹簧在车轴点的刚度c
ba
[0049]
根据空气弹簧的刚度c
b2
，计算得车轴点的刚度c
ba
，如下公式所示：
[0050]cba
＝(1+λ)2c
b2
。
[0051]
步骤3，计算z形板簧复合式空气悬架的总刚度cb。
[0052]
z形板簧复合式空气悬架的总刚度cb为c
bd
和c
ba
的串联刚度，定义空气弹簧刚度c
b2
与z形导向簧前端点刚度c
b1
之比k，计算得空气悬架的总刚度cb，如下公式所示：
[0053][0054]
将相关参数代入上述公式，得到cb＝141.4n/mm。
[0055]
并且，本实施例的z形板簧复合式空气悬架的总刚度cb还可以拓展成另外两种形式；
[0056]
现有传统的计算方法，如果z形导向簧从车轴中心点b至空气弹簧安装点b2假设为刚性(刚性段包括z形导向簧高度h)，则
[0057][0058]
如果z形导向簧高度h段假设为刚性，则
[0059][0060]
为了进一步验证公式的正确性，采用有限元的方法计算z形板簧复合式空气悬架的刚度，z形导向簧采用beam梁单元来模拟，空气弹簧用celas1单元来模拟，求解器采用optistruct，有限单元法最终得到cb＝141.3n/mm。
[0061]
根据本发明提出的理论计算方法与有限元计算方法具有相同的精度，计算精度相比传统的计算方法提高6.2％。
[0062]
除上述实例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本要求的保护范围。