四點(diǎn)支撐式雙后橋平衡懸架設(shè)計(jì)

申國(guó)偉 王元 張東

摘 要：文章介紹了一種重型商用汽車用的四點(diǎn)支撐式雙后橋平衡懸架設(shè)計(jì)方法，對(duì)該懸架的結(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行闡述，建立該懸架的力學(xué)模型，并推導(dǎo)出軸荷比公式，通過CATIA軟件建立DMU仿真模型，進(jìn)一步對(duì)板簧長(zhǎng)度、平衡臂的幾何尺寸及板簧布置尺寸進(jìn)行優(yōu)化，使軸荷比始終保持在0.88～1.14的設(shè)計(jì)目標(biāo)，并結(jié)合有限元分析軟件對(duì)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵零部件進(jìn)行強(qiáng)度分析，以確保滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：四點(diǎn)支撐式;雙后橋;平衡懸架;懸架設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U463.33 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）20-42-03

Abstract： This paper introduces a design method of four-point supporting double rear axle balanced suspension for heavy commercial vehicles， explains the structure and working principle of the suspension， establishes the mechanical model of the suspension， and derives the axle load ratio formula， The DMU simulation model is established through CATIA software， and the length of the leaf spring， the geometric size of the balance arm and the layout size of the leaf spring are further optimized to keep the axial load ratio at the design goal of 0.88～1.14. The strength analysis of the key components meets the design requirements.

Keywords： Four-point support; Double rear axle; Balance suspension; Suspension design

CLC NO.： U463.33 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）20-42-03

1 概述

懸架是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，主要作用是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，比如支撐力、制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力等，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動(dòng)、保證乘員的舒適性、減小貨物和車輛本身的動(dòng)載荷。目前，雙后橋汽車的后懸架系統(tǒng)通常采用平衡懸架結(jié)構(gòu)，平衡懸架能夠保證中、后橋車輪的垂直載荷相等，但現(xiàn)有的平衡懸架大部分為心軸結(jié)構(gòu)，如圖1所示，該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是成本較高。基于以上問題，本文介紹了一種四點(diǎn)支撐式雙后橋平衡懸架的設(shè)計(jì)方法。

2 四點(diǎn)支撐式平衡懸架結(jié)構(gòu)

四點(diǎn)支撐式雙后橋平衡懸架，主要由后簧前支架、后簧中間支架、后簧后支架、鋼板彈簧、吊耳、平衡臂及拉桿組成，如圖2所示，該懸架是指雙后橋的板簧懸架部分單側(cè)通過四個(gè)支撐點(diǎn)與車架固定;驅(qū)動(dòng)橋后端的吊耳支架和隨動(dòng)橋鋼板彈簧共用一個(gè)支架，但垂直載荷受力不同;驅(qū)動(dòng)橋、隨動(dòng)橋上的鋼板彈簧前端均與板簧支架固定鉸接，通過驅(qū)動(dòng)橋板簧后端的平衡臂及拉桿與隨動(dòng)橋板簧后端連接，以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)橋和隨動(dòng)橋載荷的傳遞。

3 力學(xué)分析

四點(diǎn)支撐式平衡懸架雙橋軸荷及力的傳遞是通過吊耳、平衡臂及拉桿傳遞，現(xiàn)對(duì)其做受力分析，為簡(jiǎn)化分析省略板簧變形和車橋所受側(cè)向力，其中吊耳及拉桿力的方向是沿著兩端鉸接點(diǎn)連線的二力桿。分析對(duì)象分別選取鋼板彈簧、吊耳、平衡臂及拉桿，簡(jiǎn)化后的力學(xué)模型，見圖3，通過力矩及杠桿平衡原理推導(dǎo)得出隨動(dòng)橋與驅(qū)動(dòng)橋軸荷比見公式1。

式中：

F1——驅(qū)動(dòng)橋支撐力;

F8——隨動(dòng)橋支撐力;

L1——驅(qū)動(dòng)橋板簧前半段長(zhǎng)度;

L2——驅(qū)動(dòng)橋板簧后半段長(zhǎng)度;

L3——隨動(dòng)橋板簧前半段長(zhǎng)度;

L4——隨動(dòng)橋板簧后半段長(zhǎng)度;

L5——驅(qū)動(dòng)橋平衡臂X向鉸接點(diǎn)與固定點(diǎn)距;

L6——驅(qū)動(dòng)橋平衡臂Z向鉸接點(diǎn)與固定點(diǎn)距;

L7——隨動(dòng)橋平衡臂X向鉸接點(diǎn)與固定點(diǎn)距;

L8——隨動(dòng)橋平衡臂Z向鉸接點(diǎn)與固定點(diǎn)距。

4 軸荷分析及優(yōu)化

從公式1可以看出，兩軸的軸荷比主要與板簧長(zhǎng)度、平衡臂的幾何尺寸及板簧布置位置有關(guān)。在初步確定板簧支架安裝硬點(diǎn)及各零部件尺寸后，通過在CATIA中建立懸架DMU模型后進(jìn)行動(dòng)態(tài)校核，以平衡臂轉(zhuǎn)角為主參數(shù)，建立各連接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)副，不斷修正板簧長(zhǎng)度、平衡臂的幾何尺寸及板簧布置尺寸，以使驅(qū)動(dòng)橋和隨動(dòng)橋軸荷比更優(yōu)，得出軸荷比隨驅(qū)動(dòng)橋平衡臂變化曲線圖，如圖4所示;同時(shí)得出軸荷比隨驅(qū)動(dòng)橋上下跳動(dòng)的變化曲線圖，如圖5所示。從圖4、圖5可以看出，軸荷比始終保持在0.88～1.14，符合設(shè)計(jì)目標(biāo)，由此確定懸架各零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

5 關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度分析

基于確定的各零部件硬點(diǎn)尺寸，在CATIA中細(xì)化建立后簧前支架、后簧中間支架、后簧后支架、平衡臂、吊耳及拉桿的數(shù)模，再結(jié)合該車型的運(yùn)行工況進(jìn)行有限元分析，在整車條件下分別施加垂向沖擊、轉(zhuǎn)彎、扭轉(zhuǎn)、制動(dòng)四個(gè)工況，各關(guān)鍵零件的有限元分析結(jié)果見圖6、圖7、圖8、圖9、圖10，最小安全因子均大于1，關(guān)鍵零部件強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種適應(yīng)重型商用車用的四點(diǎn)支撐式雙后橋平衡懸架，在初步確定的懸架布置結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，建立懸架力學(xué)模型，結(jié)合力矩平衡原理推導(dǎo)得出軸荷比計(jì)算公式，進(jìn)一步結(jié)合DMU分析，不斷修正各零件幾何尺寸及布置，使軸荷比最優(yōu)，最后通過有限元分析驗(yàn)證了各關(guān)鍵零部件強(qiáng)度，該懸架相比傳統(tǒng)雙后橋平衡懸架具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，可滿足標(biāo)載運(yùn)輸車輛使用需求。

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