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1、汽車鋼板彈簧懸架設(shè)計(jì)(1)、鋼板彈簧種類汽車鋼板彈簧除了起彈性元件作用之外,還兼起導(dǎo)向作用,而多片彈簧片間磨擦還起系統(tǒng)阻尼作用。由于鋼板彈簧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用維修、保養(yǎng)方便,長(zhǎng)期以來(lái)鋼板彈簧在汽車上得到廣泛應(yīng)用。目前汽車使用的鋼板彈簧常見(jiàn)的有以下幾種。①通多片鋼板彈簧,如圖1-a所示,這種彈簧主要用在載貨汽車和大型客車上,彈簧彈性特性如圖2-a所不,呈線性特性。載荷變形載荷變形載荷變形圖1圖2②少片變截面鋼板彈簧,如圖1-b所不,為減少?gòu)椈少|(zhì)量,彈簧厚度沿長(zhǎng)度方向制成等厚,其彈性特性如一般多片鋼板彈簧一樣呈線性特性圖2-a。這種彈簧主要用于輕型貨車及大、中型載貨
2、汽車前懸架。③兩級(jí)變剛度復(fù)式鋼板彈簧,如圖1-c所示,這種彈簧主要用于大、中型載貨汽車后懸架。彈性特性如圖2-b所示,為兩級(jí)變剛度特性,開(kāi)始時(shí)僅主簧起作用,當(dāng)載荷增加到某值時(shí)副簧與主簧共同起作用,彈性特性由兩條直線組成。④漸變剛度鋼板彈簧,如圖1-d所示,這種彈簧多用于輕型載貨汽車與廂式客車后懸架。副簧放在主簧之下,副簧隨汽車載荷變化逐漸起作用,彈簧特性呈非線性特性,如圖2-c所示。1多片鋼板彈簧鋼板彈簧計(jì)算實(shí)質(zhì)上是在已知彈簧負(fù)荷情況下,根據(jù)汽車對(duì)懸架性能(頻率)要求,確定彈簧剛度,求出彈簧長(zhǎng)度、片寬、片厚、片數(shù)。并要求彈簧尺寸規(guī)格滿足彈簧的強(qiáng)度要求。3.1
3、鋼板彈簧設(shè)計(jì)的已知參數(shù)1)彈簧負(fù)荷通常新車設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)整車布置給定的空、滿載軸載質(zhì)量減去估算的非簧載質(zhì)量,得到在每副彈簧上的承載質(zhì)量。一般將前、后軸,車輪,制動(dòng)鼓及轉(zhuǎn)向節(jié)、傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向縱拉桿等總成視為非簧載質(zhì)量。如果鋼板彈簧布置在車橋上方,彈簧3/4的質(zhì)量為非簧載質(zhì)量,下置彈簧,1/4彈簧質(zhì)量為非簧載質(zhì)量。2)彈簧伸直長(zhǎng)度根據(jù)不同車型要求,由總布置給出彈簧伸直長(zhǎng)度的控制尺寸。在布置可能的情況下,盡量增加彈簧長(zhǎng)度,這主要是考慮以下幾個(gè)方面原因。①由于彈簧剛度與彈簧長(zhǎng)度的三次方成反比,因此從改善汽車平順性角度看,希望彈簧長(zhǎng)度長(zhǎng)些好。②在彈簧剛度相同情況下,長(zhǎng)的彈
4、簧在車輪上下跳動(dòng)時(shí),彈簧兩卷耳孔距離變化相對(duì)較小,對(duì)前懸架來(lái)說(shuō),主銷后傾角變化小,有利于汽車行駛穩(wěn)定性。③增加彈簧長(zhǎng)度可以降低彈簧工作應(yīng)力和應(yīng)力幅,從而提高彈簧使用壽命。④增加彈簧長(zhǎng)度可以選用簧片厚的彈簧,從而減少?gòu)椈善瑪?shù),并且簧片厚的彈簧對(duì)提高主片卷耳強(qiáng)度有利。3)懸架靜撓度汽車簧載質(zhì)量與其質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率是評(píng)價(jià)汽車行駛平順性的重要參數(shù)。懸架設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)汽車平順性要求,應(yīng)給出汽車空、滿載時(shí)前、后懸架頻率范圍。如果知道頻率,就可以求出懸架靜撓度值?。選取懸架靜撓度值時(shí),希望后懸架靜撓c度值?小于前懸架靜撓度值?,并且兩值最好接近,一般推薦:c2c12
5、??(0.7~0.9)?(3.1)c2c1為防止汽車在不平路面行駛時(shí)經(jīng)常撞擊緩沖塊,懸架設(shè)計(jì)時(shí)必須給出足夠的動(dòng)撓度值?。懸架動(dòng)撓度值與汽車使用情況和靜撓度值?有關(guān),一般推薦:dc????(3.2)dc城市公用車輛??2~2.5,公路用車輛??2.5~3.5,越野車輛?>3.5。4)彈簧滿載弧高由于車身高度、懸架動(dòng)行程及鋼板彈簧導(dǎo)向特性等都與汽車滿載弧高有關(guān),因此彈簧滿載弧高值?應(yīng)根據(jù)整車和懸架性能要求給出適當(dāng)值,一般取??10~30mm。00有的車輛為得到良好的操縱穩(wěn)定性,滿載弧高取負(fù)值。3.2鋼板彈簧剛度和應(yīng)力關(guān)于鋼板彈簧剛度和應(yīng)力計(jì)算,基于不同的假設(shè)計(jì)算
6、方法而異。在彈簧計(jì)算中有兩種典型的而又截然相反的假設(shè),即共同曲率法和集中載荷法。實(shí)際鋼板彈簧往往不完全符合這兩種假設(shè)中的任一種,因此有些學(xué)者提出折衷方法,同時(shí)兼用上述的兩種假設(shè),這種計(jì)算分析方法有一定的實(shí)用性。這里僅對(duì)多年來(lái)一直采用的上述兩種假設(shè)計(jì)算方法進(jìn)行討論。3.1.1共同曲率法共同曲率法是假設(shè)鋼板彈簧在任何負(fù)荷下,彈簧各片彼此沿整個(gè)長(zhǎng)度無(wú)間隙接觸,在同一截面上各簧片具有共同的曲率半徑。如果將多片彈簧各片展開(kāi),將展成一個(gè)平面,組成一個(gè)新的單片彈簧(圖3.1、圖3.2)。這個(gè)變寬度的單片彈簧力學(xué)特性和用共同曲率法假定的多片鋼板彈簧是一樣的,這樣就可以用單片
7、彈簧計(jì)算方法來(lái)計(jì)算多片鋼板彈簧。單片彈簧計(jì)算按其幾何形狀不同可以有兩種計(jì)算方法。一種是梯形單片彈簧(圖3.1),另一種是按多片彈簧各片長(zhǎng)度展開(kāi)成的階梯形單片彈簧(圖3.5)。3.2.1.1梯形單片彈簧計(jì)算梯形單片彈簧變形和應(yīng)力,可以利用材料力學(xué)求小撓度梁方法計(jì)算。1)梯形單片彈簧變形3圖3.1圖3.1所示的梯形單片彈簧可以看成是一個(gè)由幾個(gè)相同的片寬b和厚度h的簧片組成,如果彈簧伸直長(zhǎng)度為2l,彈簧中部作用的負(fù)荷為2p,計(jì)算彈簧變形時(shí),可以近似的認(rèn)為用整個(gè)長(zhǎng)度2l計(jì)算出的值與長(zhǎng)度是l端部作用負(fù)荷是p的板簧變形是相同的,這樣,整個(gè)的梯形單片彈簧的計(jì)算可以用一端固
8、定,另一端受力的梯形懸臂梁來(lái)代替。下面用單位載荷法(