汽車鋼板彈簧的縱扭強(qiáng)度校核

1、.PAGE ：.；PAGE 14汽車鋼板彈簧的縱扭強(qiáng)度校核東風(fēng)汽車工程研討院 陳耀明2005年11月 目 錄前言2-4 動態(tài)軸荷5-111最強(qiáng)迫動時的軸荷5-82倒車制動時的軸荷8-103最大驅(qū)開工況的軸荷 10-11簧載負(fù)荷11板簧接受的縱扭力矩11-12板簧根部的縱扭應(yīng)力12卷耳應(yīng)力12-13前言在汽車鋼板彈簧設(shè)計階段，必需對其強(qiáng)度進(jìn)展校核計算。其中，要特別留意對其縱扭強(qiáng)度進(jìn)展校核，才干保證所設(shè)計板簧的可靠性?？v扭強(qiáng)度校核的極限工況應(yīng)取最強(qiáng)迫開工況，對于后鋼板彈簧，應(yīng)取倒車時的最強(qiáng)迫動。當(dāng)計算這些工況的受力情況時，首先要求出軸荷轉(zhuǎn)移后的動態(tài)軸荷分布。根據(jù)動態(tài)軸荷和路面附著情況，進(jìn)一步算出制

2、動力和力矩。最后按動軸荷和制動力來校核板簧根部和卷耳應(yīng)力。對于驅(qū)動橋，必要時也應(yīng)計算最強(qiáng)驅(qū)動時的動態(tài)軸荷和驅(qū)動力，進(jìn)而校核板簧根部和卷耳的應(yīng)力。許多教科書都引薦用軸荷轉(zhuǎn)移系數(shù)來計算動態(tài)軸荷即轉(zhuǎn)移后的軸荷，例如，制動時前軸荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，貨車取，轎車；驅(qū)動時后軸荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，貨車取，轎車。這種方法不夠嚴(yán)謹(jǐn)，取值范圍太大，令人無所適從。不能反映各個詳細(xì)車型各相關(guān)參數(shù)的差別，因此是不可取的。本文引薦按照詳細(xì)車型的實踐參數(shù)和附著條件來計算軸荷轉(zhuǎn)移和制動力，并以制動器所能到達(dá)的制動力矩來核對極限值，從而使應(yīng)力核算比較接近實踐值。設(shè)計要點是：1按照實踐車型的軸距、重心高度、重心至前軸間隔 以及汽車總質(zhì)量等，根據(jù)

3、平衡條件，求動態(tài)軸荷。2對于三軸以上的多軸車，屬超靜定問題，還要根據(jù)懸架的關(guān)聯(lián)情況，列出相關(guān)車軸的關(guān)聯(lián)方程式。假設(shè)是非關(guān)聯(lián)懸架，可按變形一致原理來導(dǎo)出相關(guān)軸的附加方程式。本文只表達(dá)雙軸汽車，有關(guān)多軸汽車的軸荷計算可參閱有關(guān)專門論著。3制動時的最大制動力大小和附著形狀有親密關(guān)系。對于采用ABS系統(tǒng)的制動系，當(dāng)制動器制動力足夠大時，前、后輪胎都不抱死，輪胎與地面的滑移率處于最正確形狀，附著力到達(dá)最大，即所謂壓印情況，可用附著系數(shù)乘以軸荷來計算最大制動力。對于沒有ABS安裝的制動系，抱死情況取決于該系統(tǒng)的同步附著系數(shù)以及制動時輪胎與路面的附著系數(shù)。假設(shè)同步附著系數(shù)小于路面附著系數(shù)，當(dāng)制動器制動力不大

4、時，前、后輪胎都不會拖滑。當(dāng)制動力加大到一定程度后，后輪先拖滑，到達(dá)最大附著，但前輪并未到達(dá)最強(qiáng)迫動。令制動器制動力再繼續(xù)加大，這時后輪滑移率變大，直至抱死，其附著力即最大制動力要比壓印時下降15-20%，稱為拖印。與此同時，前制動器制動力相應(yīng)增大，當(dāng)輪胎滑移率到達(dá)最正確時，附著力即制動力到達(dá)最大也就是壓印形狀。前輪最大制動力可用附著系數(shù)乘以動態(tài)軸荷來計算。這時應(yīng)是整車制動最強(qiáng)的時候，雖然這時因后軸荷更多往前轉(zhuǎn)移致使后制動力更小一些。假設(shè)還可以繼續(xù)加大制動器的制動力，就會使前輪也抱死拖印，這時整車制動力反而變小。后輪先抱死的工況屬不穩(wěn)定工況，汽車會發(fā)生側(cè)滑甩尾。假設(shè)同步附著系數(shù)大于路面附著系數(shù)

5、，那么相反。當(dāng)制動器制動力到達(dá)一定程度后，前輪先抱死拖印，附著力即最大制動力要下降，而后輪不抱死壓印，附著力到達(dá)最大，也就是最強(qiáng)迫開工況。前輪先抱死屬穩(wěn)定工況，但失去轉(zhuǎn)向才干。詳細(xì)車型的同步附著系數(shù)，當(dāng)載荷一定時是不變的，而路面附著系數(shù)是變化的，所以是前輪或后輪哪個先抱死，取決于路面情況。當(dāng)路面附著系數(shù)恰好等于同步附著系數(shù)，前、后輪同時抱死，所以才叫“同步。當(dāng)然，進(jìn)展強(qiáng)度校核時，要取比較大的路面附著系數(shù)，例如，取，普通以為界來判別前、后輪的抱死情況。4最強(qiáng)迫動時，由于軸荷往前轉(zhuǎn)移，后軸制動力受附著力限制不能夠很大，后板簧的縱扭和卷耳應(yīng)力也不大。但在運用中卻出現(xiàn)有不正常斷裂問題，經(jīng)測試，發(fā)現(xiàn)制動

6、過程中的瞬態(tài)制動力仍很大。本文建議用倒車制動來校核后板簧的縱扭和卷耳應(yīng)力。雖然實踐運用中出現(xiàn)的頻次不多，但這樣才干保證設(shè)計是穩(wěn)妥可靠的。5對于同步附著系數(shù)很小的汽車，前制動器的最大制動力很小，達(dá)不到壓印的力矩，這時，應(yīng)該按制動器的最大力矩來校核前簧強(qiáng)度。當(dāng)然，同步附著系數(shù)很大的汽車，倒車時后制動器也能夠有類似情況。6對于后板簧，往往還要以最大驅(qū)動時的驅(qū)動力來核算其縱扭應(yīng)力和卷耳應(yīng)力，普通都比倒車制開工況的應(yīng)力要小。經(jīng)過多年的實際，證明在設(shè)計板簧時，除了必要的核算比應(yīng)力、平均靜應(yīng)力、極限應(yīng)力外，還要按上述方法，核算縱扭應(yīng)力和卷耳應(yīng)力。在滿足引薦值的條件下，才可以保證該設(shè)計非?？煽?。動態(tài)軸荷最強(qiáng)迫

7、動時的軸荷 按平衡條件，見圖1： ， 1 ， 2 ， 3 而靜態(tài)時， 4 式中： 重心處總慣性力 前輪制動力雙邊 后輪制動力雙邊 前軸靜負(fù)荷 轉(zhuǎn)移后的前軸負(fù)荷 轉(zhuǎn)移后的后軸負(fù)荷 汽車總質(zhì)量 軸距 重心至前軸間隔 重心離地高 輪胎對地面附著系數(shù)同步附著系數(shù)小于路面附著系數(shù)，最強(qiáng)迫動時前輪壓印，后輪拖印抱死，這時后輪附著才干降低20%，即： 5 6 將式4、5、6代入1、2、3，解出： 7 代入式2可求到，將、代入式5、6，再代入式1，可求到前、后及總的制動力。裝用ABS制動系統(tǒng)，最強(qiáng)迫動時前、后輪均壓印，附著才干全部可利用，這時： 8 將式4、5、8代入1、2、3，解出： 9 同樣，利用相關(guān)公式

8、可求到及、及。假設(shè)同步附著系數(shù)大于路面附著系數(shù)，最強(qiáng)迫動時前輪拖印抱死，附著才干下降20%，而后輪壓印，汽車可堅持直線行駛，這時： 10 將式4、10、8代入1、2、3，解出： 11 同樣，利用式2、10、8及1，可求出、及。假設(shè)同步附著系數(shù)特別小，以致前制動器的制動力缺乏以使前輪壓印，這時，應(yīng)按前輪最大制動力矩來進(jìn)展校核： 12 式中： 前制動器最大制動力力矩單邊 前輪靜力半徑 將式4、12、6代入式1、2、3，解出： 13 以上公式7、9、11、13用來計算制動時的動態(tài)前軸荷，要根據(jù)能否裝用ABS、同步附著系數(shù)的大小以及制動器力矩的大小來選擇相應(yīng)的工況。倒車制動時的軸荷 從圖2，根據(jù)平衡條

9、件： ， 1 ， 2 ， 14 靜態(tài)時， 4 采用ABS系統(tǒng)，前、后輪均壓印，這時： 5 8 將式4、5、8代入1、2、14，解出： 15 16 假設(shè)同步附著系數(shù)向前稍大，這時前輪拖印，后輪壓印，即： 10 8 將式4、10、8代入1、2、14，解出： 17 18 假設(shè)同步附著系數(shù)向前設(shè)計得很小，倒車時仍是后輪拖印， 前輪壓印，即： 5 6 將式4、5、6代入1、2、14，解出： 19 20 式16、18、20用來校核倒車制動時的動態(tài)后軸荷，要根據(jù)能否采用ABS或同步附著系數(shù)的大小來確定運用的公式。倒車最強(qiáng)迫開工況不常發(fā)生，但卻是最穩(wěn)妥的校核方法。最大驅(qū)開工況的軸荷作用在驅(qū)動輪接地點的最大驅(qū)動

10、力： 21式中 最大驅(qū)動力雙邊 發(fā)動機(jī)輸出扭矩 變速器頭檔速比 主減速器速比 效率，可取0.85 輪胎靜力半徑從圖3，根據(jù)平衡條件：， 2， 22又靜態(tài)時， 4將式4代入式22,解出： 23代入式2，得： 24式中 后軸靜負(fù)荷從上述計算結(jié)果，可很容易地導(dǎo)出各詳細(xì)車型，詳細(xì)工況下的軸荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，即：，?；奢d負(fù)荷 假設(shè)不思索非簧載質(zhì)量的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，那么軸荷轉(zhuǎn)移后的簧載負(fù)荷為： 25 式中 相應(yīng)車軸轉(zhuǎn)移后的簧載負(fù)荷 相應(yīng)車軸轉(zhuǎn)移后的軸荷 相應(yīng)車軸的非簧載質(zhì)量板簧接受的縱扭力矩將作用在地面上的制動力或或驅(qū)動力對相應(yīng)車軸的板簧主片取矩，即為板簧接受的縱扭力矩： 26式中 板簧接受的縱扭力矩單邊 相應(yīng)車軸的制動力驅(qū)動力，雙邊，由轉(zhuǎn)移后的軸荷與附著系數(shù)求得，或由制動器最大制動力矩確定驅(qū)動力由發(fā)動機(jī)扭矩及相關(guān)參數(shù)確定 主片上外表離地高度板簧根部的縱扭應(yīng)力應(yīng)核算U型螺栓位置的根部總彎曲應(yīng)力，它由縱扭力矩和轉(zhuǎn)移后彈簧負(fù)荷所產(chǎn)生的應(yīng)力所合成。假設(shè)縱扭力矩均勻地分?jǐn)偟桨寤汕?、后端，按共同曲率的方法計算根部平均?yīng)力為： 27式中 計算長度，取板簧名義長度減去U形螺栓跨距，即 板簧根部總斷面系數(shù) 縱扭應(yīng)力普通都很高，但發(fā)生的次數(shù)不多。許用值取資料的屈服限約12500的95%即可約11875。卷耳應(yīng)力利用上文求到的縱向力或或，還應(yīng)進(jìn)一步校核卷耳強(qiáng)度。卷耳應(yīng)力由彎曲應(yīng)力和拉壓應(yīng)力合成，即： 2