少片鋼板彈簧在重型汽車后懸架的運(yùn)用

徐壘，賈大權(quán)，邱帥迪

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司海外汽車研究所，安徽 合肥 230022）

少片鋼板彈簧在重型汽車后懸架的運(yùn)用

徐壘，賈大權(quán)，邱帥迪

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司海外汽車研究所，安徽 合肥 230022）

近年來隨著新材料性能的發(fā)展，少片板簧被廣泛運(yùn)用于重型卡車的懸架系統(tǒng)。但因其結(jié)構(gòu)特征，少片板簧在重型汽車上的使用也存在一定的局限性。從板簧動(dòng)剛度、懸架的平順性、惡劣路況下板簧在沖擊載荷下應(yīng)力等方面，通過少片板簧、多片板簧的對(duì)比，對(duì)少片板簧在重型汽車后懸架的適用性作了具體分析。

鋼板板簧；重型汽車；后懸架；適用性

前言

少片鋼板彈簧，也叫少片板簧。其與多片鋼板彈簧相比，具有噪聲低、重量輕、使車輛具有良好的平順性等優(yōu)點(diǎn)，但因其結(jié)構(gòu)特征，在惡劣路況下無法產(chǎn)生動(dòng)剛度，少片板簧會(huì)受到更大的應(yīng)力，從而容易發(fā)生疲勞斷裂。

本文以某實(shí)際車型為例，通過對(duì)比其匹配的少片板簧和多片板簧的剛度、應(yīng)力及懸架偏頻進(jìn)行比較，具體說明少片板簧為在重型汽車上的適用性。

1 板簧剛度分析

板簧的剛度分為靜剛度和動(dòng)剛度。我們平時(shí)說的板簧剛度一般是指其靜剛度，用字母C表示。當(dāng)板簧處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，各片之間產(chǎn)生摩擦力會(huì)使板簧剛度增大，此運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的剛度即為動(dòng)剛度，用字母Cd表示。兩者之間的關(guān)系為：

式中：W：?jiǎn)蝹?cè)簧上載荷，單位kg；

n：板簧片數(shù)；

μ：板簧的等效摩擦系數(shù)；

δ：板簧的振幅。

通過以上分析可知，少片板簧因各片板簧之間存在間隙，僅存在靜剛度。多片板簧各片板簧之間無間隙，根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，分為靜剛度和動(dòng)剛度。

2 動(dòng)剛度比較

某車型后懸架單側(cè)簧上質(zhì)量 11500kg，要求同時(shí)匹配少片板簧、多片板簧兩種狀態(tài)。

當(dāng)車輛行駛在惡劣路況上時(shí)，需要考察車輛的動(dòng)剛度。取等效摩擦系數(shù)μ=0.03，板簧的振幅δ=5mm，再根據(jù)式（1）可計(jì)算出多片板簧的動(dòng)剛度。而少片板簧因各片間存在間隙，不會(huì)產(chǎn)生摩擦力，其動(dòng)剛度大小與靜剛度相等。初步匹配的兩種板簧的參數(shù)如表1所示：

表1 板簧參數(shù)

3 應(yīng)力比較

車輛在良好路面上行駛，板簧抖動(dòng)量小，按照靜剛度、靜態(tài)應(yīng)力對(duì)其進(jìn)行考察即可。車輛在惡劣路面上行駛時(shí)，因板簧頻繁抖動(dòng)，需要考察其動(dòng)剛度和2.5g瞬時(shí)沖擊載荷下的應(yīng)力。當(dāng)單側(cè)簧上載荷為11500kg時(shí)，計(jì)算結(jié)果如表2所示：

表2 板簧應(yīng)力

通過表2可以看出，相同載荷下少片板簧和多片板簧在靜止?fàn)顟B(tài)下的應(yīng)力大小相近，但在2.5g的瞬時(shí)沖擊載荷下，少片板簧的應(yīng)力遠(yuǎn)大于多片板簧。

4 增加少片板簧剛度

盡管近年來板簧材料的性能有了較大的進(jìn)步，但其仍然難以長(zhǎng)期承受1215MPa的高應(yīng)力。為保證少片板簧的承載性能（2.5g沖擊載荷下的板簧應(yīng)力小于900Mpa），需增加靜剛度，從而降低應(yīng)力。以下從增加少片板簧片數(shù)和片厚兩個(gè)方面分別考慮。

4.1 增加板簧片數(shù)

將板簧片數(shù)從四片增加到六片，板簧的靜剛度、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表3所示：

表3 六片板簧剛度及應(yīng)力

4.2 增加板簧片厚

將少片板簧中間平直段厚度從35mm增加到40mm，板簧片數(shù)不變，板簧的靜剛度、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表4所示：

表4 增厚的四片板簧剛度及應(yīng)力

4.3 加強(qiáng)后的少片板簧懸架偏頻計(jì)算

懸架系統(tǒng)除了考慮板簧的承載性能，還必須具有良好的平順性，用懸架振動(dòng)的偏頻（亦稱固有頻率）進(jìn)行評(píng)價(jià)，其計(jì)算公式為：

式中：f：偏頻，單位，Hz；

K：板簧的靜剛度，單位，N/mm；

根據(jù)公式（2）計(jì)算出以上兩種靜剛度增加后的少片板簧的懸架偏頻，并與原四片板簧、多片板簧對(duì)比。如表5所示：

表5 懸架系統(tǒng)偏頻

少片板簧剛度增加后，能夠滿足后懸架承載系能的要求，但懸架系統(tǒng)的偏頻顯著增大，汽車的平順性變差。且增加板簧的片厚會(huì)增加其生產(chǎn)工藝難度，極易造成金相組織不合格。因此，該兩種增加少片板簧剛度的方案不具有可行性。

5 結(jié)論

本人通過對(duì)少片板簧與多片板簧的動(dòng)剛度、靜態(tài)應(yīng)力、動(dòng)態(tài)應(yīng)力以及懸架系統(tǒng)偏頻的對(duì)比分析，得出以下結(jié)論：

1）現(xiàn)階段板簧材料無法滿足少片板簧高應(yīng)力、高疲勞性能及工藝性要求，造成少片板簧不適用于路況惡劣的重型汽車后懸架；

2）對(duì)于重型汽車后懸架，少片板簧僅適用于路面良好的使用環(huán)境；

3）為減小少片板簧受到的沖擊載荷，延長(zhǎng)其使用壽命，匹配少片板簧的后懸架盡量同時(shí)匹配減振器。

[1] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].吉林大學(xué)出版社.2010.1.

[2] 闞萍.汽車構(gòu)造與實(shí)例（下）[M].合肥工業(yè)大學(xué)出版社.2006.12.

[3] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[4] 王霄鋒.汽車懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2015.1.

The Use Of Few-Leaf Spring In The Rear Suspension Of heavy Vehicles

Xu Lei, Jia Daquan, Qiu Shuaidi
（Anhui jianghuai automobile group co., LTD. Overseas automobile research institute, Anhui Hefei 230022）

With the development of new materials technology in recent years, the few-ladf spring is widely used in the suspension system of heavy truck.But there are some limitations to the use of few-ladf spring on heavy vehicles, because of its structural characteristics.In this paper, from the dynamic rigidity of the leaf spring, the smooth performance of suspension,the stress of the leaf spring under the impact load of the bad road condition, etc., through the contrast of the few-ladf spring and the multi-leaf spring, it specifically analyzes the applicability of the few-ladf spring in the rear suspension of heavy vehicles.

Leaf Spring; Heavy vehicles; Rear suspension; applicability

U463.4

A

1671-7988(2017)22-103-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.22.037

徐壘，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，從事重卡懸架系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)工作。

CLC NO.:U463.4

A

1671-7988(2017)22-103-02