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汽车钢板弹簣悬架设计
(1)、钢板蝉簧种类
汽车板弹箦除了起弹性元件作用之外,还兼起导向作用,而多片弹簧片问磨擦
还起系统阻尼作用。由于钢板弹簧结构简单,使用维修、保养方便,长期以来钢板惮
簧在汽车上得到广泛应用。目前汽车使用的钢板弹簧常见的有以下几种。
①通多片钢板弹,如图1-a所示,这利弾簽主要用在载货汽车和大型客车上,
弹簧弹性特性如图2-a所不,旱线性特性。
?1
?2
②少片变截面钢板弹簧,如图1b所不,为减少弹簧质量,弾簧厚度沿长度方向
制成等厚,其弹性特性如般多片钢板弹簽样呈线性特性图2-a。这种弹簧主要用于
轻型货车及大、中型载货汽车前悬架。
③两级变刚度复式钢板弹簧,如图1-c所示,这种弹簧主要用于人、中型载货汽
车后悬架。弹性特性如图2-b所示,为两级变刚度特性,开始时仪主發起作用,当载
荷增加到某值时副簧与主簧共同起作用,蝉性特性由两条直线组成
4渐变刚度钢板惮簧,如图1-d所示,这种单簧多用于轻型载货汽车与厢式客车
后悬架。副簧放在主簧之下,副簧随汽车载荷变化逐渐起作用,弹簧特性呈非线性特
性,如图2-c所示。
多片钢板弹簧
钢板弹簧计算实质上是在已知蝉簧负荷情况下,根据汽车对悬架性能(频率)要
求,确定弹簣刚度,求出弹簧长度、片宽、片厚、片数。并婓求弹簧尺寸规格满足弹
簧的强度要求。
3.1钢板弹簧设计的已知参数
1)弹负荷
通常新车设计时,根据整在布置给定的空、满载钳载质量减去估算的非簧载质量,
得到在每副弹上的承载质量。一般将前、后轴,车轮,制动鼓及转向节、传动轴
转向纵拉村等总成视为非簧载质量。如果钢板婵箦布置在车桥上方,弹簧3/4的质量
为非簧载质量,下置弹簧,14蝉簧质量为非簧载质量。
2)弹簧仲直长度
根据不同年型要求,由总布置给出弹簧伸直长度的控制尺寸。在布置可能的情况
下,尽最増加单簧长度,这主要是考虑以下几个方面原因。
①由于弾資刚度与弹簧长度的三次方成反比,因此从改善汽车平顺性角度看,希
弾貧长度长些好。
②在弹簧刚度相同情況下,长的弹簧在车轮上下跳动时,弹簧炳卷耳孔距离变化
相对较小,对前悬架来说,主销后倾角变化小,有利于汽车行驶稳定性。
③增加弹长度可以降低弾簽工作应力和应力幅,从而提高弾使用寿命。
④増加弹簧长度可以选用簧片厚的单簧,从而减少簧片数,并且簧片厚的单簧
提高主片卷耳强度有利
3)悬架静挠度
汽车簧载质量与其质最组成的振动系统固有频率是评价汽车行驶平顺性的重要参
数。悬架设计时根据汽车平顺性要求,应给出汽在室、满载时前、后悬架频率范围。
如果知道率,就可以求出悬架削挠度值δ。选取悬架ˉ挠值时,希望后悬架静挠
度值6。2小于前悬架挠值6n,并且两值最好接近,一般推荐:
6。,=(0.7~0.9)6
为防止汽车在不平路面行驶时经常撞击缓冲块,悬架设计时必须给出足够的动挠
度值δ。。悬架动挠度值与汽车使用情况和前挠度值8。有关,般推荐:
(3.2
域市公用车辆&=2~2.5,公路用年辆x=2.5~3.5,越野车辆x>3.5。
4)惮簧載弧高
由于车身高度、悬架动行程及钢板弹导向特性等都与汽车满载弧高有关,因此
弹簧满载弧高值δ。应根椐整牛和悬架性能婁求给出适当值,一般取δ。=10~30mm
有的车辆为得到良好的操纵稳定性,满载弧高取负值。
3.2钢板弹簧刚度和应力
关于钢板蝉簧刚度和应力计算,基于不同的假设计算方法而异。在簧计算中有
两种典型的而又截然相反的假设,即共同曲率法和集中载荷法。实际钢板弹往往不
完全符合这两种假设中的任一种,因此有些学者提出折衷方法,同时兼用上述的两种
假设,这种计算分析方法有一定的实用性。这里仅对多年米一直采用的上述两种假设
训算方法进行讨论。
3.1.1共同曲率法
共同曲率法是假设钢板蝉簧在任何负荷下,惮簧各片彼此沿繁个长度无间隙接触,
在同一截面上各簧片具有共同的曲率半径。如果将多片弹簧各片展开,将展成个平
面,组成一个新的单片弹簽(图3.1、图32)。这个变宽度的单片弹簧力学特性和用共
同曲率法假定的多片钢板婵簧是一样的,这样就可以用单片单簧计算方法米计算多片
钢板弾簽。
单片弹簽计算按其儿何形状不同可以有两种计算方法。一种是梯形单片弹(图
3.1),另一种是按多片弹簧各片长度展开成的阶梯形单片弹簧(图3.5)
3.2.1.1俤形单片弹簧
训算梯形单片弹簧变形和应力,可以利用材料力学求小挠度梁方法计算
1)梯形单片弹簧变形
APPROVED
图3.1所示的梯形单片弹簣可以看成是一个由儿个相同的片宽b和厚度h的
片组成,如果弾簧仲直长度为2,簧中部作用的负荷为2P,计算屮簧变形时,
可以近似的认为用整个长度21计算出的值与长度是7端部作用负荷是P的板簧变形
是相同的,这样,整个的梯形单片蝉簧的计算可以用一端固定,另一端受力的梯形悬
臂梁米代替。
下面用单位载荷法(莫尔定理)算板簧在负荷作用点的变形δ
式中:M。:距端点x处的力矩,M=P·x
M1:单位力地端点x处的力矩,M1=x
l:梯形单片惮箦距端点x处的惯性矩
-Io[(-B)+B
(3.4)
梯形单片弹筼地端点x处的宽度
梯形単片弹在根部的惯性矩
nbh
B:钢板弹簧形状系数
b:梯形单片弹簣各片宽度