非端部接触式根部加强型主副簧的副簧起作用载荷验算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车辆悬架钢板弹簧，特别是非端部接触式根部加强型主副簧的副簧起 作用载荷验算方法。
【背景技术】
[0002] 为了满足车辆悬架在不同载荷下的变刚度设计要求，通常将少片变截面钢板弹簧 设计为主、副簧，并且在主簧与副簧接触点之间设有一定的主副簧间隙，确保满足副簧起作 用载荷的设计要求。由于少片变截面主簧的第1片其受力复杂，不仅承受垂向载荷，同时还 承受扭转载荷和纵向载荷，因此，实际所设计的第1片钢板弹簧的端部平直段的厚度和长 度，通常大于其他各片的厚度和长度，即大都采用端部非等构的少片变截面钢板弹簧；同 时，在主簧根部平直段与抛物线段之间增设一斜线段，即采用根部加强型的少片变截面主 簧。另外，由于为了满足主副簧不同复合刚度的设计要求，通常采用不同长度的副簧，即主 簧与副簧的接触位置也不同，因此，可分为端部平直段接触和抛物线段接触，即可分为端部 接触式和非端部接触式两种。当载荷大于副簧起作用载荷时，主副簧相接触而共同起作用， 其中，副簧起作用载荷的大小是由主簧的结构、副簧与主簧接触位置等因素所决定的，并且 对车辆行驶平顺性具有重要的影响。然而，由于根部加强型少片变截面钢板弹簧在任意位 置处的变形计算非常复杂，先前一直未能给出非端部接触式根部加强型主副簧的副簧起作 用载荷的验算方法。尽管先前曾有人给出了少片斜线型变截面钢板弹簧的设计和计算方 法，例如，彭莫，高军曾在《汽车工程》，1992年(第14卷)第3期，提出了变断面钢板弹簧的设 计计算方法，该方法主要是针对端部等构的少片抛物型变截面钢板弹簧进行设计和计算， 其不足之处是不能满足端部非等构的少片变截面钢板弹簧的设计和计算要求，更不能满足 非端部接触式根部加强型主副簧的副簧起作用载荷验算的要求。
[0003] 因此，必须建立一种精确、可靠的非端部接触式根部加强型主副簧的副簧起作用 载荷的验算方法，满足车辆行业快速发展及对少片变截面主副簧精确设计的要求，提高变 截面钢板弹簧的设计水平、产品质量和性能，提高车辆行驶平顺性；同时，降低设计及试验 费用，加快产品开发速度。
【发明内容】
[0004] 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、 可靠的非端部接触式根部加强型主副簧的副簧起作用载荷验算方法，验算流程图，如图1所 示。根部加强型少片变截面主副簧为对称结构，弹簧的一半对称结构可看作为悬臂梁，即将 弹簧的对称中心线看作为根部固定端，将弹簧端部受力点看作为端点。非端部接触式根部 加强型少片变截面主副簧的一半对称结构示意图，如图2所示，包括:主簧1，根部垫片2,副 簧3,端部垫片4;主簧1各片的一半长度为L，是由根部平直段、斜线段、抛物线段和端部平直 段4段所构成，斜线段对变截面弹簧起加强作用；每片根部平直段的厚度为h 2，安装间距的 一半为13;斜线段的长度为A 1，斜线段的根部到主簧端点的距离为12,抛物线段的根部到主 簧端点的距离为12ρ，抛物线段的根部厚度为h2p，即斜线段的厚度比y=h2p/h 2;主簧1各片 端部平直段为非等构，即第1片主簧的端部平直段的厚度和长度，大于其他各片的厚度和长 度，各片端部平直段的厚度和长度分别为hu和lu，各片抛物线段的厚度比i3i = hu/h2p，i = 1，2,…，N，N为变截面主簧的片数。主簧1的各片根部平直段之间及与副簧3的根部平直段之 间设有根部垫片2,主簧1的端部平直段之间设有端部垫片4,端部垫片的材料碳纤维复合材 料，用以降低弹簧工作时所产生的摩擦噪声。副簧3的一半长度为La，即副簧端部触点与主 簧1端点的水平距离为1〇 = L-La，副簧3端部触点与主簧1抛物线段之间设有一定的主、副簧 间隙k以满足副簧起作用载荷的要求。在主簧的各片结构参数、材料特性参数、副簧的长 度、主副簧间隙，对非端部接触式根部加强型变截面主副簧的副簧起作用载荷进行验算。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所提供的非端部接触式根部加强型主副簧的副簧起 作用载荷验算方法，其特征在于采用以下验算步骤：
[0006] (1)各片根部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-El计算：
[0007] 根据少片根部加强型变截面主簧的一半长度L，宽度b，弹性模量E，安装间距的一 半13,斜线段的长度A1，抛物线段的根部到主簧端点的距离l 2p = L-l3-Al，斜线段的根部 到主簧端点的距离12 = L-13,斜线段的厚度比γ，第i片主簧的抛物线段的厚度比队，其中，i =1，2,…，N，N为主簧片数，对各片根部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-El进行计算， 即
[0008]
f
[0009] (2)第N片根部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧触点的变形系数Gx-?计算：
[0010] 根据少片根部加强型变截面主簧的一半长度L，宽度b，弹性模量E，斜线段的长度 A 1，抛物线段的根部到主簧端点的距离12ρ，斜线段的根部到主簧端点的距离12,斜线段的 厚度比γ，副簧触点与主簧端点的水平距离1〇,对第N片根部加强型变截面主簧在抛物线段 与副費Μ占々卜的亦报赛翁d井杆i+笪_ Β口
[0011]
[0012] (3)各片根部加强型变截面主簧的一半刚度计算：
[0013] 根据少片根部加强型变截面主簧的根部平直段的厚度h2,及步骤（1)中计算得到 的各片主簧的端点变形系数G x-El，对各片根部加强型变截面主簧的一半刚度KMl进行计算， 即
[0014]
[0015] (3)非端部接触式根部加强型变截面主副簧的副簧起作用载荷Ρκ的验算：
[0016] 根据根部加强型变截面主簧的根部平直段的厚度h2,主副簧间隙δ，步骤(2)计算 得到的第Ν片主簧在抛物线段与副簧触点处的变形系数G x-?，及步骤(3)中计算得到的各片 主簧的一半刚度KMl，对非端部接触式根部加强型变截面主副簧的副簧起作用载荷Ρκ进行验 算，即
[0017]
[0018] 式中，Κ_为第Ν片主簧的一半刚度。
[0019]本发明比现有技术具有的优点
[0020] 由于根部加强型少片变截面钢板弹簧在任意位置变形计算非常复杂，因此，先前 一直未能给出根部加强型少片主簧在抛物线段与副簧触点处的主、副簧间隙的设计方法。
[0021] 本发明可根据根部加强型少片变截面主簧的结构尺寸、弹性模量，首先确定出各 片主簧端点变形系数、一半刚度，及第Ν主簧在抛物线段与副簧触点处的变形系数;然后，根 据主副簧间隙设计值、主簧根部平直段的厚度h 2、各片主簧的一半刚度、及第Ν主簧在抛物 线段与副簧触点处的变形系数点处的变形系数，对非端部接触式根部加强型变截面主副簧 的副簧起作用载荷Ρκ进行验算。
[0022]通过设计实例及ANSYS仿真验证可知，该方法可得到准确、可靠的非端部接触式根 部加强型变截面主副簧的副簧起作用载荷的验算值，为非端部接触式根部加强型少片变截 面主副的副簧起作用载荷的验算，提供了可靠的验算方法。利用该方法，可提高少片变截面 主副簧的设计水平、产品质量和性能，降低悬架弹簧质量和成本，提高车辆行驶平顺性；同 时，还降低设计及试验费用，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是非端部接触根部加强型主副簧的副簧起作用载荷的验算流程图；
[0025] 图2是非端部接触根部加强型主副簧的一半对称结构示意图；
[0026]图3是实施例一的非端部接触根部加强型变截面主簧的变形仿真云图；
[0027]图4是实施例二的非端部接触根部加强型变截面主簧的变形仿真云图。 具体实施方案
[0028] 下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。
[0029] 实施例一:某根部加强型少片变截面主簧的片数Ν = 2,其中，各片主簧的一半长度 L = 575mm，宽度b = 60mm，弹性模量E = 200GPa，根部平直段的厚度h2 = llmm，安装间距的一 半13 = 55mm;斜线段长度Δ l = 30mm，抛物线段的根部厚度h2P = 10.23mm，即斜线段的厚度比 γ =0.93;第1片主簧的端部平直段的厚度hn = 7.0mm，即第1片主簧的抛物线段的厚度比仇 = hn/h2p = 0.69,第2片主簧的端部平直段的厚度h12 = 6.0mm，即第2片主簧的抛物线段的厚 度比02 = hi2/h2P = O . 59。副簧长度LA=355mm，即副簧触点到主簧端点的片数距离1〇 = 220mm，副簧触点与主簧抛物线段之间的主副簧间隙δ = 17.45_。对该非端部接触式根部加 强型变截面主副簧的副簧起作用载荷进行验算。
[0030] 本发明实例所提供的非端部接触式根部加强型主副簧的副簧起作用载荷验算方 法，其验算流程如图1所示，具体验算步骤如下：
[0031] (1)各片根部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-El计算：
[0032]根据少片根部加强型变截面主簧的一半长度L = 575mm，宽度b = 60mm，弹性模量E =200GPa，安装间距的一半13 = 55mm，斜线段的长度Δ1 = 30mm，抛物线段的根部到主簧端 点的距离l2P = L-l3_A l = 490mm，斜线段的根部到主簧端点的距离l2 = L-l3 = 520mm，斜线段 的厚度比γ =0.93,第1片主簧的抛物线段的厚度比& = 0.69,第2片主簧的抛物线段的厚 度比β2 = 0.59,对第1片、第2片根部加强型变截面主簧的端点变形系数Gx-e4PGx-E2分别进行 计算，即
[0033]
[0035] (2)第2片根部加强型变截面主簧在抛物线段与副簧触点的变形系数GX- CD计算：
[0036]根据少片根部加强型变截面主簧的一半长度L = 575mm，宽度b = 60mm，弹性模量E = 200GPa，斜线段的长度Δ l = 30mm，抛物线段的根部到主簧端点的距离l2P = 490mm，斜线段 的根部到主