34對“塔海爾橡膠懸架”的評論

1、對“塔海爾橡膠懸架”的評論1、橡膠懸架的特點或優(yōu)點在平衡懸架中，采用橡膠硫化粘接使它代替平衡軸，起到彈性元件和平衡約 束的作用。這種懸架看來有以下特點：（1）結(jié)構(gòu)相對簡單，零件數(shù)量少，照理應(yīng)該廉價一些。但在中國可能更貴。（2）只要做到可靠，就無須保養(yǎng)和維修。5萬公里的壽命要求太低，至少要達(dá) 到10萬公里以上，甚至無限壽命（板簧國內(nèi)一般都達(dá)10萬公里以上，非公路用 車也達(dá)5萬公里以上）。（3）具有一定的非線性特性。從理論上講，非線性特性的價值，一是空滿載的 等頻性，二是增加動容量。從彈性特性的試驗曲線看，非線性程度很小。對于非 公路的礦用車，車速很低，非線性特性沒有什么意義。（4）具有一定的阻尼

2、作用，對高頻微幅振動有較好的衰振作用。同樣，對非公 路用車意義不大。2、運動和受力分析（1）從側(cè)面看，基本上屬于四連桿機構(gòu)。均衡梁兼作下推力桿和平衡垂直載荷 的作用。請注意，均衡梁的擺動中心是不確定的，隨著橡膠彈簧承受的載荷大小 和相應(yīng)變形而改變。圖上畫出的“瞬時中心”是假定橡膠只有剪切變形，沒有法 向變形的條件下得出的。實際上均衡梁擺動時，橡膠兩個方向都在變形，瞬時中 心取決于受力情況，不能單純從運動學(xué)來決定。同理，下推力桿的共同較接頭的 位置也是改變的，即，下推力桿的長度是變化的（當(dāng)然，不會太大）。圖上標(biāo)出的那個點為“中、后橋上下擺動時的瞬時中心”是不對的，它只是 均衡梁兩端點擺動時的近似

3、的瞬心，中、后橋的擺動瞬心還取決于上桿的影響， 可用作圖法求出。（2）側(cè)向運動的約束和側(cè)向力的傳遞，取決于上V形桿和下均衡梁的側(cè)向剛度。 因為屬于超靜定，那么剛度大的受力大。顯然，上V形桿在橋殼上端兩較接頭橫 向位移的剛度要大于橋殼下端均衡梁端點的橫移剛度（取決于橡膠彈簧的平扭角 剛度和聚胺脂端較的斜擺剛度）?？梢哉J(rèn)為，側(cè)向力主要由上V形桿承受，下均 衡梁也可能承受一小局部（取決于設(shè)計參數(shù)）。側(cè)向運動的約束主要由上V形桿 來承當(dāng)。這和一般結(jié)構(gòu)的下推力桿不同，這種結(jié)構(gòu)如果是球較鏈，完全沒有側(cè)向 約束，側(cè)向力10。%由上V形桿承受；如果是橡膠接頭，側(cè)向約束非常小，可以 說不必考慮它的約束，側(cè)向力和

4、約束絕大局部由上V形桿承受?？梢哉J(rèn)為，凡采用橡膠較接頭的推力桿，其三個方向（桿向、斜擺、扭轉(zhuǎn)） 的運動都是彈性約束，只是剛度差異很大而已。不像金屬球頭銷，桿向運動約束 極大（幾乎無變形），斜擺和扭轉(zhuǎn)約束為零（幾乎無阻力）。不過，在做運動學(xué)分 析時，往往將橡膠頭的推力桿當(dāng)作金屬球頭來處理。要如實地當(dāng)作彈性約束來處 理是很復(fù)雜和困難的，屬超靜定問題，而且要知道各向剛度，一般很難獲得這些 參數(shù)。本方案的上V形桿夾角太小，承受側(cè)向力時桿向力很大，具體分析請參閱 我給的文章“四連桿機構(gòu)里上V形桿的布置問題”。因結(jié)構(gòu)所限，只能做小調(diào)整, 例如：可將橋殼上兩個橡膠頭設(shè)計得靠近一點。（3）當(dāng)車橋相對車架發(fā)生側(cè)

5、向傾斜（也稱為側(cè)傾）時，上V形桿對它基本上沒 有約束，嚴(yán)格講只有很小的彈性約束，可以忽略不計。本方案上V形桿小端兩 較接頭離瞬心較遠(yuǎn)，即跨距偏大，會使車橋側(cè)傾時的約束反力矩加大。下均衡梁對車橋側(cè)傾的彈性約束相當(dāng)大，因為：均衡梁的擺動是靠橡膠彈簧的縱扭變形來完成的，有很大的約束反力矩。當(dāng) 這個反力矩大到一定程度后，會把非簧載質(zhì)量（車橋等）吊離地面。所以， 橡膠彈簧同時起了反向限位的作用，其反向限位行程取決于橡膠彈簧的縱扭 剛度和非簧載質(zhì)量大小。本方案可能縱扭剛度太大，反跳行程太小，以致過 溝時有一橋的車輪離地；在扭曲路行駛時，左、右單邊車輪離地。車橋側(cè)傾時，車橋與均衡梁連接處的兩個聚胺脂較接頭的

6、水平跨距會變小， 請參閱我給的資料“汽車平衡懸架的設(shè)計要點”。這時，因聚胺脂接頭的橫向 變形量很小，就迫使均衡梁在其橫向平面擺動（當(dāng)單個車橋側(cè)傾時）或兩個 均衡梁都向內(nèi)移動（當(dāng)中、后兩橋同向側(cè)傾或異向側(cè)傾時）。這時，橡膠彈簧 要產(chǎn)生水平面上的扭轉(zhuǎn)或橫向剪切變形，造成車橋側(cè)傾時的彈性約束。看來, 橡膠彈簧的水平扭轉(zhuǎn)和橫向剪切剛度都不會太小，因此，車橋的扭動還要受 這方面的約束。鋼板彈簧平衡懸架那么完全不同，靠平衡軸的自由擺動，沒有這些彈性約 束。即使采用橡膠頭的推動桿，其彈性約束也很小，可以忽略不計。（4）嚴(yán)格講，這種橡膠懸架不是完全的平衡懸架。只在平路面上，中、后橋都 處于相同高低位置，橡膠彈

7、簧不產(chǎn)生約束反力矩時，中、后橋的軸荷才相等。在 不平路面行駛時，由于橡膠變形產(chǎn)生的彈性約束會導(dǎo)致軸荷的變化，即，上跳的 橋軸荷變大，下跳的橋軸荷變小。軸荷不均等會造成輪胎附著條件變壞，影響動 力性、通過性（對于無差速鎖的主減速器）和操縱穩(wěn)定性。影響程度如何取決于 橡膠彈簧的縱扭剛度，越大越壞。（5）對于所有的三軸汽車，只要是中、后橋不轉(zhuǎn)向，汽車轉(zhuǎn)彎時都存在“錯位 力矩”，即中、后橋有不相等的偏離角。在車速不高、轉(zhuǎn)彎半徑較小時，偏離角 很大，而且是，中橋向內(nèi)（轉(zhuǎn)彎瞬心方向）、后橋向外偏離。站在中后橋附近， 可聽到“嚓嚓”的滑磨聲，在水泥路面上可看到輪胎磨印。這種現(xiàn)象是正常的， 所有三軸汽車都這樣

8、。請參閱我給的論文“三軸越野汽車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎及中、后橋 錯位問題的分析如果將下推力桿斜向布置（固定端高于活動端），使側(cè)傾時的軸轉(zhuǎn)向效應(yīng)結(jié) 果增大“過度轉(zhuǎn)向”，就可使中、后橋的偏離角減小，也減輕輪胎磨損，提高轉(zhuǎn) 向靈敏度。二汽的EQ240越野車就是這樣設(shè)計的，本案設(shè)計的均衡梁是整體式, 不能折彎，沒有側(cè)傾軸轉(zhuǎn)向效應(yīng)。當(dāng)然，中、后橋間的軸距越大，偏離角也越大，輪胎磨損自然也越大。同時, 可能造成“缺乏轉(zhuǎn)向”效應(yīng)太大，使轉(zhuǎn)彎半徑增大。擬加大中、后橋軸距會帶來 更壞的作用。（6）本案的一橋到二橋的軸距加大了 200mm,自然使最小轉(zhuǎn)彎半徑變大。所以, 原來板簧車能過去的彎道，本車要兩次才能過去。3、設(shè)計

9、參數(shù)的控制從發(fā)來的圖紙資料和短信中看，本案設(shè)計缺乏主要的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計參數(shù)控制, 似乎處于被動和失控狀態(tài)。建議進(jìn)行以下幾方面的測試及核算，以確定準(zhǔn)確的設(shè) 計參數(shù)。（1）重心位置和軸荷分布總布置設(shè)計的首要任務(wù)是確定整車的重心位置和軸荷分布。根據(jù)各總成或零 件的質(zhì)量及其重心的坐標(biāo)位置，利用合成的方法，求到整備質(zhì)量的重心位置，包 括重心高度和重心到坐標(biāo)原點的水平距離。加上裝載物的總質(zhì)量及其重心位置， 就可求到滿載時的整車重心位置。按照平衡條件，從重心的水平距離就可算出前、后軸荷。對于多軸汽車，軸 荷未知數(shù)多于平衡方程式數(shù)，還要有附加方程式才能解出未知數(shù)。假設(shè)是關(guān)聯(lián)式懸 架，可列出軸荷間或懸架負(fù)荷間的關(guān)

10、聯(lián)方程式；假設(shè)是非關(guān)聯(lián)式懸架，按變形一致 原理導(dǎo)出附加方程式。其結(jié)果，未知數(shù)和方程式數(shù)量相等。軸荷減去非簧載質(zhì)量就得到簧載質(zhì)量。用類似方法，可求出簧載質(zhì)量的重心 位置。軸荷分配是否合理，影響到汽車的許多性能，有些強制性標(biāo)準(zhǔn)對此有明文規(guī) 定。例如，GB7258-2004規(guī)定：轉(zhuǎn)向橋的軸荷不得小于整車質(zhì)量的20% o從所 提供的資料看，TMT的前軸荷只占16% 16.5% （不明白分左、右是什么意思）, LORD的前軸荷只占14% 18%。這兩車型都違反強標(biāo)的規(guī)定，是不允許生產(chǎn) 和使用的。板簧車型的前軸荷是21%21.2%,是符合標(biāo)準(zhǔn)的。（2）前、后懸架的偏頻前懸架如果是板簧懸架，即按傳統(tǒng)的方法計

11、算其剛度、靜撓度和偏頻。后懸架的橡膠彈簧已測出其垂直方向的靜彈性特性曲線（不叫剛度試驗曲 線），首先要確定其滿載及空載狀態(tài)下的靜剛度，其方法請參見我給的資料“汽 車鋼板彈簧的性能、設(shè)計和試驗”中的試驗局部。如果空滿載剛度差異不大，可 以同樣用滿載的剛度來計算。按已確定的簧載質(zhì)量計算靜撓度和偏頻。建議對漢德森的橡膠懸架也進(jìn)行計 算，比照。從偏頻這個關(guān)鍵參數(shù)就可看出本案設(shè)計的性能優(yōu)劣。（3）車架離地高度確實定根據(jù)求到的靜撓度和彈簧無載時的安裝尺寸，就可以算出空、滿載時的車架 離地高度。靜撓度按彈性特性的空、滿載負(fù)荷來取值更準(zhǔn)確，也可以按線性化的 剛度來計算，再加上“非線性附加變形量:一般的設(shè)計程序

12、是先確定滿載時的 車架離地高，再從靜撓度來反算彈簧無載時的安裝高度。所稱實際車架后部離地高小了 20mm,除了認(rèn)真核查上述設(shè)計環(huán)節(jié)是否過失 之外，要檢查加載是否超重或載荷物的重心偏后。也許要從軸荷測量中反過來核 對載荷物在設(shè)計中設(shè)定的重心位置是否正確。（4）整車抗側(cè)傾能力作為懸架的重要性能之一，要核算其抗側(cè)傾能力。知道了前、后懸架滿載時 的垂直剛度和彈簧跨距，可以很容易算出側(cè)傾角剛度。如有穩(wěn)定桿還要加上它的 角剛度。按已有的公式計算向心加速度0.4g時的側(cè)傾角，控制在3.5。4。較 合適。（5）懸架下跳行程確實定應(yīng)該對橡膠彈簧進(jìn)行縱扭剛度測定，除了自由狀態(tài)進(jìn)行測定之外，更應(yīng)在滿 載、空載兩種狀

13、態(tài)下進(jìn)行。即，除了施加相應(yīng)的垂直載荷外，還要施加縱向力矩, 測量力矩對應(yīng)轉(zhuǎn)角的變化，估計是非線性的。根據(jù)中、后橋各自的非簧載質(zhì)量，計算出靜態(tài)的下跳極限行程。也可在車間里測試，用千斤頂將一個橋頂?shù)筋^，另一個橋的輪胎離地，測量 其下落行程。應(yīng)做空載、滿載兩種工況，可以一個橋兩側(cè)同時頂起，另一橋兩側(cè) 離地；也可以對角頂，測量另外兩側(cè)的下跳行程（要標(biāo)明測點，因行程有放大作 用）。還可以將車架吊起或頂起，使中、后橋所有車輪都離地，測量其下跳極限 行程。動態(tài)下跳行程比上述靜態(tài)行程要大一些，但不易測量，只好估計。在野外 現(xiàn)場過土堆試驗，只能觀看輪胎離地現(xiàn)象，不便測量其準(zhǔn)確數(shù)值。（6）橡膠彈簧及關(guān)鍵零件的強度

14、校核橡膠彈簧的可靠性和耐久性是這種懸架是否可靠的關(guān)鍵。橡膠零件的應(yīng)力計 算很復(fù)雜，也很難用試驗來檢驗。至今沒有現(xiàn)成、公認(rèn)的計算公式可利用，有的 公式是否可信也是個問題。建議本案設(shè)計采用“比照設(shè)計”的方法來判斷是否可 行。首先，將漢德森的原設(shè)計作為比照車，將其滿載的簧載質(zhì)量分解為前、后兩 橡膠塊的法向負(fù)荷和剪切力，再除以橡膠的面積，得到平均的壓縮應(yīng)力和剪切應(yīng) 力。再用同樣的方法求出本案的壓縮應(yīng)力和剪切應(yīng)力，兩者比照。根據(jù)本案所用 橡膠彈簧的材料、工藝水平，判別所選應(yīng)力是否可行。一般說來，本案的計算應(yīng) 力假設(shè)等于或小于安德森的數(shù)據(jù)，才被認(rèn)為基本可行；假設(shè)大于它，那么應(yīng)否認(rèn)本案設(shè) 計。還應(yīng)補充一點，

15、本案橡膠彈簧總高度比漢德森的小5mm,又是四片橡膠疊 加，而漢德森是三片疊加，單片厚度不同。根據(jù)橡膠應(yīng)力分析的結(jié)論，在同等平 均應(yīng)力情況下，薄片的壓應(yīng)力峰值小，剪切應(yīng)力大。因此本案設(shè)計必須令平均剪 切應(yīng)力遠(yuǎn)低于漢德森的設(shè)計，才能到達(dá)相等的可靠性。當(dāng)然，疊片多少，也直接 影響剛度，一般說來，疊片越多，剛度越大。如果本案的橡膠彈簧是國產(chǎn)件，應(yīng)成認(rèn)其橡膠材料本身及硫化粘結(jié)工藝水平 都與美國有差距，應(yīng)力水平應(yīng)選取比它低。如果相反，那么本案的設(shè)計是不可靠的, 風(fēng)險太大。本案設(shè)計的裝載質(zhì)量增加很多（約20%）,發(fā)動機功率、扭矩也增大，因此, 所有零部件幾乎都負(fù)荷加大。必須對有關(guān)零部件的應(yīng)力、強度進(jìn)行校核，

16、作必要 的加強，否那么本設(shè)計是一種冒險的、盲目的設(shè)計。上推力桿欲改成一縱一橫，也應(yīng)在進(jìn)行受力分析計算和運動分析之后，才能 下結(jié)論，不宜拍腦袋定案。4、總評論（1）橡膠彈簧懸架50年前就已出現(xiàn)在大客車后懸架和小轎車懸架上，但只是極 個別的，沒有推廣應(yīng)用。近年來美國漢德森公司又推出這種懸架，并在中國銷售。據(jù)稱，按其額定承載能力使用，可靠性還算可以保證。如果超載使用，那么很快損 壞，可靠性差。（2）根據(jù)橡膠懸架的特點，看來比擬適合用在好路面、高速行駛的車輛，例如, 半掛車的牽引車，或是在高速公路上行駛的重型車。本人認(rèn)為，由于上文提到的 一些問題（如彈性約束太大，動行程限位太小等），這種懸架不宜用在礦山等越 野場地，也不宜用在軍車上，除非結(jié)構(gòu)和參數(shù)有很大改進(jìn)。（3） 一味追求增加裝載量是錯誤的，造