汽车钢板弹簧的纵扭强度校核

1、.PAGE ：.；PAGE 14汽车钢板弹簧的纵扭强度校核东风汽车工程研讨院 陈耀明2005年11月 目 录前言2-4 动态轴荷5-111最强迫动时的轴荷5-82倒车制动时的轴荷8-103最大驱开工况的轴荷 10-11簧载负荷11板簧接受的纵扭力矩11-12板簧根部的纵扭应力12卷耳应力12-13前言在汽车钢板弹簧设计阶段，必需对其强度进展校核计算。其中，要特别留意对其纵扭强度进展校核，才干保证所设计板簧的可靠性。纵扭强度校核的极限工况应取最强迫开工况，对于后钢板弹簧，应取倒车时的最强迫动。当计算这些工况的受力情况时，首先要求出轴荷转移后的动态轴荷分布。根据动态轴荷和路面附着情况，进一步算出制

2、动力和力矩。最后按动轴荷和制动力来校核板簧根部和卷耳应力。对于驱动桥，必要时也应计算最强驱动时的动态轴荷和驱动力，进而校核板簧根部和卷耳的应力。许多教科书都引荐用轴荷转移系数来计算动态轴荷即转移后的轴荷，例如，制动时前轴荷转移系数，货车取，轿车；驱动时后轴荷转移系数，货车取，轿车。这种方法不够严谨，取值范围太大，令人无所适从。不能反映各个详细车型各相关参数的差别，因此是不可取的。本文引荐按照详细车型的实践参数和附着条件来计算轴荷转移和制动力，并以制动器所能到达的制动力矩来核对极限值，从而使应力核算比较接近实践值。设计要点是：1按照实践车型的轴距、重心高度、重心至前轴间隔 以及汽车总质量等，根据

3、平衡条件，求动态轴荷。2对于三轴以上的多轴车，属超静定问题，还要根据悬架的关联情况，列出相关车轴的关联方程式。假设是非关联悬架，可按变形一致原理来导出相关轴的附加方程式。本文只表达双轴汽车，有关多轴汽车的轴荷计算可参阅有关专门论著。3制动时的最大制动力大小和附着形状有亲密关系。对于采用ABS系统的制动系，当制动器制动力足够大时，前、后轮胎都不抱死，轮胎与地面的滑移率处于最正确形状，附着力到达最大，即所谓压印情况，可用附着系数乘以轴荷来计算最大制动力。对于没有ABS安装的制动系，抱死情况取决于该系统的同步附着系数以及制动时轮胎与路面的附着系数。假设同步附着系数小于路面附着系数，当制动器制动力不大

4、时，前、后轮胎都不会拖滑。当制动力加大到一定程度后，后轮先拖滑，到达最大附着，但前轮并未到达最强迫动。令制动器制动力再继续加大，这时后轮滑移率变大，直至抱死，其附着力即最大制动力要比压印时下降15-20%，称为拖印。与此同时，前制动器制动力相应增大，当轮胎滑移率到达最正确时，附着力即制动力到达最大也就是压印形状。前轮最大制动力可用附着系数乘以动态轴荷来计算。这时应是整车制动最强的时候，虽然这时因后轴荷更多往前转移致使后制动力更小一些。假设还可以继续加大制动器的制动力，就会使前轮也抱死拖印，这时整车制动力反而变小。后轮先抱死的工况属不稳定工况，汽车会发生侧滑甩尾。假设同步附着系数大于路面附着系数

5、，那么相反。当制动器制动力到达一定程度后，前轮先抱死拖印，附着力即最大制动力要下降，而后轮不抱死压印，附着力到达最大，也就是最强迫开工况。前轮先抱死属稳定工况，但失去转向才干。详细车型的同步附着系数，当载荷一定时是不变的，而路面附着系数是变化的，所以是前轮或后轮哪个先抱死，取决于路面情况。当路面附着系数恰好等于同步附着系数，前、后轮同时抱死，所以才叫“同步。当然，进展强度校核时，要取比较大的路面附着系数，例如，取，普通以为界来判别前、后轮的抱死情况。4最强迫动时，由于轴荷往前转移，后轴制动力受附着力限制不能够很大，后板簧的纵扭和卷耳应力也不大。但在运用中却出现有不正常断裂问题，经测试，发现制动

6、过程中的瞬态制动力仍很大。本文建议用倒车制动来校核后板簧的纵扭和卷耳应力。虽然实践运用中出现的频次不多，但这样才干保证设计是稳妥可靠的。5对于同步附着系数很小的汽车，前制动器的最大制动力很小，达不到压印的力矩，这时，应该按制动器的最大力矩来校核前簧强度。当然，同步附着系数很大的汽车，倒车时后制动器也能够有类似情况。6对于后板簧，往往还要以最大驱动时的驱动力来核算其纵扭应力和卷耳应力，普通都比倒车制开工况的应力要小。经过多年的实际，证明在设计板簧时，除了必要的核算比应力、平均静应力、极限应力外，还要按上述方法，核算纵扭应力和卷耳应力。在满足引荐值的条件下，才可以保证该设计非常可靠。动态轴荷最强迫

7、动时的轴荷 按平衡条件，见图1： ， 1 ， 2 ， 3 而静态时， 4 式中： 重心处总惯性力 前轮制动力双边 后轮制动力双边 前轴静负荷 转移后的前轴负荷 转移后的后轴负荷 汽车总质量 轴距 重心至前轴间隔 重心离地高 轮胎对地面附着系数同步附着系数小于路面附着系数，最强迫动时前轮压印，后轮拖印抱死，这时后轮附着才干降低20%，即： 5 6 将式4、5、6代入1、2、3，解出： 7 代入式2可求到，将、代入式5、6，再代入式1，可求到前、后及总的制动力。装用ABS制动系统，最强迫动时前、后轮均压印，附着才干全部可利用，这时： 8 将式4、5、8代入1、2、3，解出： 9 同样，利用相关公式

8、可求到及、及。假设同步附着系数大于路面附着系数，最强迫动时前轮拖印抱死，附着才干下降20%，而后轮压印，汽车可坚持直线行驶，这时： 10 将式4、10、8代入1、2、3，解出： 11 同样，利用式2、10、8及1，可求出、及。假设同步附着系数特别小，以致前制动器的制动力缺乏以使前轮压印，这时，应按前轮最大制动力矩来进展校核： 12 式中： 前制动器最大制动力力矩单边 前轮静力半径 将式4、12、6代入式1、2、3，解出： 13 以上公式7、9、11、13用来计算制动时的动态前轴荷，要根据能否装用ABS、同步附着系数的大小以及制动器力矩的大小来选择相应的工况。倒车制动时的轴荷 从图2，根据平衡条

9、件： ， 1 ， 2 ， 14 静态时， 4 采用ABS系统，前、后轮均压印，这时： 5 8 将式4、5、8代入1、2、14，解出： 15 16 假设同步附着系数向前稍大，这时前轮拖印，后轮压印，即： 10 8 将式4、10、8代入1、2、14，解出： 17 18 假设同步附着系数向前设计得很小，倒车时仍是后轮拖印， 前轮压印，即： 5 6 将式4、5、6代入1、2、14，解出： 19 20 式16、18、20用来校核倒车制动时的动态后轴荷，要根据能否采用ABS或同步附着系数的大小来确定运用的公式。倒车最强迫开工况不常发生，但却是最稳妥的校核方法。最大驱开工况的轴荷作用在驱动轮接地点的最大驱动

10、力： 21式中 最大驱动力双边 发动机输出扭矩 变速器头档速比 主减速器速比 效率，可取0.85 轮胎静力半径从图3，根据平衡条件：， 2， 22又静态时， 4将式4代入式22,解出： 23代入式2，得： 24式中 后轴静负荷从上述计算结果，可很容易地导出各详细车型，详细工况下的轴荷转移系数，即：，。簧载负荷 假设不思索非簧载质量的负荷转移，那么轴荷转移后的簧载负荷为： 25 式中 相应车轴转移后的簧载负荷 相应车轴转移后的轴荷 相应车轴的非簧载质量板簧接受的纵扭力矩将作用在地面上的制动力或或驱动力对相应车轴的板簧主片取矩，即为板簧接受的纵扭力矩： 26式中 板簧接受的纵扭力矩单边 相应车轴的制动力驱动力，双边，由转移后的轴荷与附着系数求得，或由制动器最大制动力矩确定驱动力由发动机扭矩及相关参数确定 主片上外表离地高度板簧根部的纵扭应力应核算U型螺栓位置的根部总弯曲应力，它由纵扭力矩和转移后弹簧负荷所产生的应力所合成。假设纵扭力矩均匀地分摊到板簧前、后端，按共同曲率的方法计算根部平均应力为： 27式中 计算长度，取板簧名义长度减去U形螺栓跨距，即 板簧根部总断面系数 纵扭应力普通都很高，但发生的次数不多。许用值取资料的屈服限约12500的95%即可约11875。卷耳应力利用上文求到的纵向力或或，还应进一步校核卷耳强度。卷耳应力由弯曲应力和拉压应力合成，即： 2