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1、微型货车后悬架钢板弹簧设计、八 、4一 前言钢板弹簧结构简单，使用维修方便，除了起弹性元件作用之外， 还兼起导向作用，长期以来在汽车特别是载货汽车上得到广泛应用。 本方案中某微型货车后悬架采用渐变刚度钢板弹簧，即副簧放在主簧 之下，副簧随载荷变化逐渐起作用：主簧和弹簧开始接触前，刚度为 定值，特性呈线性；主簧和副簧从开始接触到完全接触，刚度逐渐增 大，特性呈非线性，主簧和副簧完全接触后，成为一体，载荷继续增 大时，刚度趋于定值，特性近似线性。除第五片簧采用变截面簧片外， 其余各片采用等厚簧片，方案如图1 所示：图 1 某微型货车后悬架钢板弹簧装配效果图二 钢板弹簧设计的已知参数1) 弹簧负荷整
2、车参数如下表：表1整车状态前轴荷(kg)后轴荷(kg)空载538446、卄十卜Y两载6581452最大载质量7171603非簧载质量71.1107根据整车布置给定的空载、满载，最大载质量及非簧载质量，可 得到在每副弹簧承载最大载质量时，单个钢板弹簧的载荷为：Pm=（1603-107）/2*9.8=7330.4N2）弹簧伸直长度 在新车设计时，一般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，应尽量增加弹簧长度。汽车设计推荐钢板 弹簧长度如表 2：表2前悬架板簧后悬架板簧乘用车40%-55%轴距40%55%轴距货车26%35%轴距35%45%轴距该微型货车后悬架采用 纵置非对称式钢板
3、弹簧， 轴距为2800mm,设计长度为2800*43%=1206mm,圆整为1200mm.前段为580mm.后段为620mm,其中U型螺栓夹紧长度为108mm。3）悬架静挠度悬架的静挠度即为满载静止时悬架上的载荷与此时悬架刚度之比，为了防止车身产生较大的纵向角振动，应使前后悬架的静挠度接近。定义主簧刚度为40N/mm，复合刚度为110N/mm。对变刚度弹簧，悬架的静挠度可由钢板弹簧的弧高变化得到。4）弹簧满载弧高由于车身高度、悬架动行程及钢板弹簧导向特性等都与汽车满载弧高有关，因此弹簧满载弧高值 应根据整车和悬架性能要求给出适 0当值，在车架高度限度的情况下，为了获得良好的操纵稳定性，满载弧高
4、取为-12mm。5) 弹簧弧高变化定义钢板弹簧的弧高变化如表 3 所示表3板簧行程自由-空载空载-开 始接触开始接触- 完全接触完全接触- 最大载何空载-满载车轮跳动(mm)41.52.5203752.8三 钢板弹簧主要参数的确定1) 片厚的确定由于矩形断面成本低，易加工，本方案采用矩形断面。钢板弹簧 各片厚度可能相同，也可能不同两种，本方案采用后一种情况。 片厚的计算公式为：h二L2X0 X6 /(6Ef)(2)c p c其中 L 为有效长度, L =1200-108=1092mm; ccO 许用弯曲应力，由表5查取；p5为挠度增大系数，由表6查取；E为弹性模量，取206000MPa。表4板
5、弹簧种类许用弯曲应力O p(MPa)机车、货车、电车等板簧441490轻型汽车的前板簧441490轻型汽车的后板簧490588载重汽车的前板簧343441载重汽车、拖车的后板簧441490缓冲器板簧294392表5弹簧的型式挠度增大系数6等强度梁(理想的弹簧)1.50与等强度梁近似的叶片端部做成特殊形状的 弹簧1.45 1.40叶片端部为直角形的弹簧，其第2片与第1片 的长度相同，在第1片上面有一片反跳叶片1.35叶片端部为直角形的弹簧，但有23片与第1 片的长度相同，在第1片上面有数片反跳叶片1.30有若干与第1片长度相同的特重型弹簧1.25本方案中，选取O =550MPa, 6 =1.35
6、,带入公式(2)，得到pH=7.96mm,圆整为8mm各片的厚度设计如下表7表6簧片厚度(mm)第一片8第二片8第三片7第四片8第五片142) 片宽的确定 增大片宽，能增加卷耳强度，但当车身受侧向力作用倾斜时，弹簧的扭曲应力增大。故推荐片宽与片后的比值在610范围内选取。本方案中选取系数7.5，得b=8X7.5=60mm。3) 弧高的计算根据钢板弹簧已知的参数， 可知钢板弹簧的空载弧高H =-12+52.8=40.8mm1自由状态弧高，用下式计算H =f +f +f(3)0caf=s(3L-s)(f+f)/2L2(4)acf为静挠度；f为满载弧高；Af为钢板弹簧总成用U型螺栓ca夹紧后引起的弧
7、高变化；s为U型螺栓夹紧距离；L为钢板弹簧主片长度。f可由表3车轮跳动的跳动量近似得到，f =41.5+52.8=94.3mmcc将所得参数带入公式（4），计算得到厶f=11.8mm可得自由状态弧高 H0=94.3-12+11.8=94.1mm。一般取最大载荷的2.5倍做车轮的上跳极限，根据车架的位置， 计算缓冲块压缩 1/2时的车轮跳动，可测量出钢板弹簧从空载状态到 上极限的弧高变化为108mm,得到钢板弹簧上跳极限的弧高为 fs=40.9-108=-67.1mm。由于车轮跳动过程中，后吊耳摆角会发生变化，因此，车轮的 跳动量和钢板弹簧的弧高变化量并不相等。本方案具体介绍车轮跳动 过程中，钢
8、板弹簧弧高变化及后吊耳摆角变化。根据已知参数及车架的位置，可设计空载状态时主簧的参数，具体方案如图 2：图 2 空载钢板弹簧主簧位置图用作图法作出钢板弹簧主片中心的运动轨迹，确定钢板弹簧前后吊耳的摆角，再根据平行四边形作图法求出车轴上相关各点的运动轨迹，确定传动轴长度的变化量和传动轴最大工作角度以及布置减振器工作位置，工作长度，行程等。1）钢板弹簧主片中心的摆动中心为 O ，其坐标位置为在纵向与卷1耳中心相距 L /4（L 为卷耳中心到前 U 型螺栓的距离），高度方向上 ee与卷耳中心相距 e/2（e 为卷耳半径）,再根据 O 点求出主片中点的 1运动轨迹 CC。2）根据表3车轮在上跳极限时的
9、跳动量求出主片中心在CC上 的位置，因为U型螺栓夹紧段MM为平动，可求出夹紧段的位置 为NN，作过N点，与前吊耳及NN相切的圆，可求出钢板弹簧 前段的弧线。3）过后吊耳板上安装孔中心P点作半径为R的圆（Re为后吊耳1e板中心距） ,在该圆上取一点做半径为 R 的圆（为后吊耳半径），f作过N点，与R圆及NN相切的圆，可求出钢板弹簧后段的弧f线，求得一个 P 点，使该弧线的长度为 620-108/2=566mm，、P 点 11即为后吊耳的中心。同理可求出其他极限状态的主簧示意图，这 样就求出前后吊耳在车轮跳动过程中的摆角。卄上极限状态空载状态自由状态满载状态图 4 钢板弹簧主簧极限状态示意图4）用平行四边形法求出车轮中心H点运动轨迹的圆心O点，EE弧为H点绕O22点的运动轨迹；减震器下安装点I点运动轨迹的圆心O点，FF弧为I点绕O33点的运动轨迹；传动轴安装点J点运动轨迹的圆心O点，GG弧为J点绕O点44的运动轨迹O2G根据减震器下安装点和传动轴安装点的运动轨迹，可以确定传动 轴花键滑移量和传动轴最大工作角度，确定减震器的所需行程等。四 结论经过上述计算， 确定了某微型卡车钢板弹簧的片数、片宽、片厚、片长、弧高等，并进行校核，验证，所选取的参数基本上满足了汽车在空、满载条件下对平顺性、舒适性以及安全方面的要求。
