[發明專利]非端部接觸式少片拋物線型主副簧限位撓度的設計方法

在審

• 申請號: 201610907066.8
• 申請日: 2016-10-18
• 公開（公告）號: CN106649965A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 周長城;袁光明;趙雷雷;汪曉;于曰偉;邵明磊;王鳳娟
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.非端部接觸式少片拋物線型主副簧限位撓度的設計方法，其中，非端部接觸式少片拋物線型變截面鋼板彈簧的一半對稱結構由根部平直段、拋物線段和端部平直段3段構成，各片主簧的端部平直段是非同構的，即第1片主簧的端部平直段的厚度和長度，大于其他各片的厚度和長度，以滿足第1片主簧復雜受力的要求；主簧拋物線段與副簧觸點之間設有一定的主副簧間隙，以滿足副簧起作用載荷的設計要求；在各片彈簧的結構參數、彈性模量、最大許用安全應力及限位塊自由長度給定情況下，對非端部接觸式少片拋物線型變截面主副簧的限位撓度進行設計，具體設計步驟如下：

(1)非端部接觸式少片拋物線型鋼板彈簧主、副簧端點變形系數的計算：

I步驟：端點受力情況下的各片主簧端點變形系數的計算：

根據少片拋物線型變截面鋼板彈簧主簧的一半長度L_M，寬度b，安裝間距的一半l₃，拋物線根部到彈簧端點的距離l_2M，彈性模量E，第i片主簧的拋物線段的厚度比β_i，其中，i＝1,2,…,m，m為主簧片數，對端點受力情況下的各片主簧在端點處的變形系數G_x-Di進行計算，即

$G_{x-Di}=\frac{4\[l_{2M}^3(1-{\mathrm{\β}}_i^3)+{(L_M-l_3/2)}^3\]}{Eb};$

II步驟：端點受力情況下的第m片主簧在副簧接觸點處變形系數的計算：

根據少片拋物線型變截面鋼板彈簧主簧的一半長度L_M，寬度b，安裝間距的一半l₃，拋物線根部到彈簧端點的距離l_2M，彈性模量E，副簧與主簧接觸點到主簧端點的距離l₀，對端點受力情況下的第m片主簧在拋物線段與副簧接觸點處的變形系數G_x-BC進行計算，即

$G_{x-BC}=\frac{2}{Eb}\[8l_{2M}^{3/2}{l}_0^{3/2}-(9l_{2M}^2+3{(L_M-l_3/2)}^2{l}_0+2l_{2M}^3+2{(L_M-l_3/2)}^3\];$

III步驟：主副簧接觸點處受力情況下的第m片主簧端點變形系數的計算：

根據少片拋物線型變截面鋼板彈簧主簧的一半長度L_M，寬度b，安裝間距的一半l₃，拋物線根部到彈簧端點的距離l_2M，彈性模量E，副簧與主簧接觸點到主簧端點的距離l₀，對主副簧接觸點處受力情況下的第m片主簧在端點位置處的變形系數G_x-Dpm進行計算，即

$G_{x-D_{p}m}=\frac{4}{bE}\[l_{2M}^3-6l_0{l}_{2M}^2+4l_{2M}^{3/2}{l}_0^{3/2}+{(L_M-l_3/2)}^3\];$

IV步驟：主副簧接觸點處受力情況下的第m片主簧在副簧接觸點處變形系數的計算：

根據少片拋物線型變截面鋼板彈簧主簧的一半長度L_M，寬度b，安裝間距的一半l₃，拋物線根部到彈簧端點的距離l_2M，彈性模量E，副簧與主簧接觸點到主簧端點的距離l₀，對主副簧接觸點處受力情況下的第m片主簧在拋物線段與副簧接觸點處的變形系數G_x-BCp進行計算，即

$\begin{array}{c}{G}_{x-{\mathrm{BC}}_p}=\frac{4}{Eb}\{(L_M-l_3/2-l_{2M})\[{(L_M-l_3/2)}^2-3(L_M-l_3/2)l_0+(L_M-l_3/2)l_{2M}+3l_0^2-3l_0{l}_{2M}+l_{2M}^2\]-\\ (6l_{2M}{l}_0^2-2l_{2M}^3-16l_0^{3/2}{l}_{2M}^{1/2}+12l_0{l}_{2M}^3)\};\end{array}$

V步驟：端點受力情況下的各片副簧端點變形系數的計算：

根據少片拋物線型變截面鋼板彈簧副簧的一半長度L_A，寬度b，安裝間距的一半l₃，拋物線根部到彈簧端點的距離l_2A，彈性模量E，第j片副簧的拋物線段的厚度比β_Aj，其中，j＝1,2,…,n，n為副簧片數，對端點受力情況下的各片副簧在端點位置處的變形系數G_x-DAj進行計算，即

$G_{x-DAj}=\frac{4\[l_{2A}^3(1-{\mathrm{\β}}_{Aj}^3)+{(L_A-l_3/2)}^3\]}{Eb};$

其中，n片副簧疊加后的變形系數G_x-DAT為

$G_{x-DAT}=\frac{1}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{1}{G_{x-DAj}}};$

(2)非端部接觸式少片拋物線型鋼板彈簧主、副簧各片夾緊剛度的計算：

A步驟：副簧接觸之前的各片主簧夾緊剛度K_Mi的計算：

根據主簧根部厚度h_2M，及步驟(1)的I步驟中計算得到的G_x-Di，確定副簧接觸之前的各片主簧在夾緊狀態下的一半剛度K_Mi，即

$K_{Mi}=\frac{h_{2M}^3}{G_{x-Di}},i=1,2,\mathrm{...},m;$

其中，m為主簧片數；

B步驟：副簧接觸之后的各片主簧夾緊剛度K_MAi的計算：

根據主簧根部厚度h_2M，副簧根部厚度h_2A，步驟(1)的I步驟中計算得到的G_x-Di、II步驟中計算得到的G_x-BC、III步驟中計算得到的G_x-Dpm、IV步驟中計算得到的G_x-BCp、及V步驟中計算得到的G_x-DAT，確定主副簧接觸之后的各片主簧在夾緊狀態下的一半剛度K_MAi，即

$K_{MAi}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{h_{2M}^3}{G_{x-Di}},& i=1,2,\mathrm{...},m-1\\ \frac{h_{2M}^3(G_{x-DAT}{h}_{2M}^3+G_{x-{\mathrm{BC}}_p}{h}_{2A}^3)}{G_{x-Dm}(G_{x-DAT}{h}_{2M}^3+G_{x-{\mathrm{BC}}_p}{h}_{2A}^3)-G_{x-D_{p}m}{G}_{x-BC}{h}_{2A}^3},& i=m\end{array}\right.;$

其中，m為主簧片數；

C步驟：各片副簧夾緊剛度K_Aj的計算：

根據副簧根部厚度h_2A，及步驟(1)的V步驟中計算得到的G_x-DAj，確定各片副簧在夾緊狀態下的一半剛度K_Aj，即

$K_{Aj}=\frac{h_{2A}^3}{G_{x-DAj}},j=1,2,\mathrm{...},n;$

其中，n為副簧片數；

(3)基于最大許用安全應力的主、副簧所受的一半最大載荷的計算：

i步驟：副簧起作用時的一半載荷F_k的計算：

根據主簧根部厚度h_2M，接觸點處的主副簧間隙δ，主簧片數m，步驟(1)的II步驟中計算得到的G_x-BC，及步驟(2)的A步驟中確定的K_Mi，確定副簧起作用時的一半載荷F_k，即

$F_k=\frac{{\mathrm{\δh}}_{2M}^3\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{Mi}}{G_{x-BC}{K}_{Mm}};$

ii步驟：基于最大許用安全應力的首片主簧所受的一半最大載荷F_M1的計算：

根據少片拋物線型變截面鋼板彈簧主簧的一半長度L_M，寬度b，安裝間距的一半l₃，根部厚度h_2M，主簧片數m，最大許用安全應力[σ]，i步驟確定的F_k，及步驟(2)的A步驟中確定的K_Mi、B步驟中確定的K_MAi，確定基于最大許用安全應力的首片主簧所受的一半最大載荷F_M1，即

$F_{M1}=\frac{{\mathrm{bh}}_{2M}^2\[\mathrm{\σ}\]\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{MAi}}{6K_{MA1}(L_M-l_3/2)}-\frac{K_{M1}{F}_k\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{MAi}}{K_{MA1}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{Mi}}+F_k;$

iii步驟：基于最大許用安全應力的末片主簧所受的一半最大載荷F_Mm的計算：

根據少片拋物線型變截面鋼板彈簧的寬度b，主簧拋物線根部到彈簧端點的距離l_2M，主簧根部厚度h_2M，副簧根部厚度h_2A，第m片主簧的拋物線段的厚度比β_m，主簧片數m，副簧片數n，副簧與主簧接觸點到主簧端點的距離l₀，最大許用安全應力[σ]，i步驟確定的F_k，步驟(1)的II步驟中計算得到的G_x-BC、IV步驟中計算得到的G_x-BCp、V步驟中計算得到的G_x-DAT，及步驟(2)的A步驟中確定的K_Mi、B步驟中確定的K_MAi、C步驟中確定的K_Aj，確定基于最大許用安全應力的末片主簧所受的一半最大載荷F_Mm，即

$F_{Mm}=\frac{b{\left({\mathrm{\β}}_m{h}_{2M}\right)}^2\[\mathrm{\σ}\]\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{Mi}-6K_{Mm}{F}_k}{6\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{Mi}\[\frac{K_{MAm}}{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{MAi}}{\mathrm{\β}}_m^2{l}_{2M}-\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\left(\frac{K_{Aj}{K}_{MAm}{G}_{x-BC}{h}_{2A}^3({\mathrm{\β}}_m^2{l}_{2M}-l_0)}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{K}_{Aj}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{MAi}(G_{x-DAT}{h}_{2M}^3+G_{x-{\mathrm{BC}}_p}{h}_{2A}^3)}\right)\]}+F_k;$

iv步驟：基于最大許用安全應力的首片副簧所受的一半最大載荷F_A1的計算：

根據少片拋物線型變截面鋼板彈簧副簧的一半長度L_A，寬度b，安裝間距的一半l₃，主簧根部厚度h_2M，副簧根部厚度h_2A，主簧片數m，副簧片數n，最大許用安全應力[σ]，i步驟確定的F_k，步驟(1)的II步驟中計算得到的G_x-BC、IV步驟中計算得到的G_x-BCp、V步驟中計算得到的G_x-DAT，及步驟(2)的B步驟中確定的K_MAi、C步驟中確定的K_Aj，確定基于最大許用安全應力的首片副簧所受的一半最大載荷F_A1，即

$F_{A1}=\frac{{\mathrm{bh}}_{2A}^2\[\mathrm{\σ}\]\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{K}_{Aj}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{MAi}(G_{x-DAT}{h}_{2M}^3+G_{x-{\mathrm{BC}}_p}{h}_{2A}^3)}{6K_{A1}{K}_{MAm}{G}_{x-BC}{h}_{2A}^3(L_A-l_3/2)}+F_k;$

v步驟：基于最大許用安全應力的主副簧所受的一半最大載荷F_max的計算：

根據ii步驟中確定的F_M1，iii步驟中確定的F_Mm，及iv步驟中確定的F_A1，確定基于最大許用安全應力的主副簧所受的一半最大載荷F_max，即

F_max＝min(F_M1,F_Mm,F_A1)；

其中，min(F_M1,F_Mm,F_A1)表示取F_M1、F_Mm、F_A1中的最小的數值；

(4)非端部接觸式少片拋物線型變截面主副簧限位撓度的設計：

a步驟：最大載荷下的主簧端部變形f_m的計算：

根據主簧片數m，i步驟中計算得到的F_k，步驟(2)的A步驟中確定的K_Mi、B步驟中確定的K_MAi，及步驟(3)的v步驟中確定的F_max，對最大載荷下的主簧的端部變形f_m進行計算，即

$f_m=\frac{F_k}{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{Mi}}+\frac{(F_{max}-F_k)}{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{K}_{MAi}};$

b步驟：限位撓度h_xw的設計：

根據限位塊的自由長度L_xw，及a步驟中計算得到的f_m，確定非端部接觸式少片拋物線型變截面主副簧的限位撓度，即

$h_{xw}=f_m-\frac{4}{3}{L}_{xw}.$