雙后橋平衡懸架騎馬螺栓的布置分析

賈正偉

（東風(fēng)神宇車輛有限公司，湖北 十堰 442000）

雙后橋平衡懸架騎馬螺栓的布置分析

賈正偉

（東風(fēng)神宇車輛有限公司，湖北 十堰 442000）

分析了雙后橋車型底盤平衡懸架板簧連接騎馬螺栓豎直布置與內(nèi)八斜拉布置2種布置形式對(duì)平衡懸架系統(tǒng)的性能的影響，并通過CAE軟件完成了相應(yīng)騎馬螺栓的受力及變形分析。通過分析可知，騎馬螺栓內(nèi)八字斜拉布置應(yīng)力分布優(yōu)于豎直布置結(jié)構(gòu)，該布置可增加板簧的有效作用長(zhǎng)度。

雙后橋車型；平衡懸架；騎馬螺栓

1 布置形式對(duì)板簧性能的影響

當(dāng)前重型卡車大多采用多橋底盤，三橋以上的底盤基本都采用雙聯(lián)驅(qū)動(dòng)后橋，雙聯(lián)后橋與鋼板彈簧相連，車架與平衡懸架安裝在一起。鋼板彈簧與平衡懸架通過騎馬螺栓連接在一起，如圖1所示。騎馬螺栓連接車軸與板簧，工作環(huán)境惡劣，且布置形式嚴(yán)重影響板簧性能。如何合理的布置騎馬螺栓，減少騎馬螺栓的受力，提高平衡懸架系統(tǒng)的可靠性，是亟需研究的課題。［1］

2個(gè)騎馬螺栓之間的距離有一段無效作用區(qū)域，無效作用長(zhǎng)度系數(shù)一般取0．5。從圖1中可以看到騎馬螺栓內(nèi)八字斜拉布置形式的距離B小于豎直布置的距離A，騎馬螺栓內(nèi)八字斜拉布置形式比豎直布置形式的鋼板彈簧的非作用區(qū)域小，即鋼板彈簧的作用長(zhǎng)度長(zhǎng)。

圖1 騎馬螺栓布置形式

作為連接車橋和車架的主要傳力元件，騎馬螺栓的受力與可靠性直接影響著懸架與整車的可靠性。筆者對(duì)2種騎馬螺栓布置形式的鋼板彈簧的剛度和騎馬螺栓的應(yīng)力進(jìn)行有限元分析比較，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2 板簧剛度有限元分析比較

2．1 幾何模型

分析對(duì)象為某型12片等厚度對(duì)稱鋼板彈簧，通過騎馬螺栓豎直、內(nèi)八字斜拉2種布置形式與平衡懸架連接。如圖2所示。

圖2 騎馬螺栓連接鋼板彈簧幾何模型示意圖

表1 鋼板彈簧裝配后各葉片尺寸mm

表1給出了鋼板彈簧裝配后的幾何尺寸。裝配后的總成弧高為100mm。

2．2 有限元模型及載荷邊界條件

由于板簧的對(duì)稱性，只取其1/4進(jìn)行分析，采用8節(jié)點(diǎn)6面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，劃分好的有限元模型如圖3所示。在鋼板彈簧懸臂端施加254 kN的集中載荷。板簧各葉片之間的接觸采用slide line線—線接觸單元模擬，為清楚起見，各葉片之間的接觸單元沒有畫出。

圖3 鋼板彈簧1/4模型

2．3 鋼板彈簧剛度求解及處理

把整個(gè)載荷分步施加到模型中去，采用Nastran的非線性求解器sol 106進(jìn)行求解，根據(jù)各載荷步的垂直載荷及垂直位移即可得到鋼板彈簧的載荷—位移曲線（圖4），進(jìn)而可以得到板簧的剛度。

由曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合可得到：騎馬螺栓豎直布置時(shí)鋼板彈簧的剛度為2．5089 kN·mm－1，騎馬螺栓內(nèi)八字斜拉布置時(shí)鋼板彈簧的剛度為2．2316 kN·mm－1。

2．4 鋼板彈簧葉片之間的摩擦

實(shí)際板簧中各個(gè)葉片之間的摩擦因數(shù)與其使用條件、接觸面之間的狀態(tài)等均有關(guān)系，其準(zhǔn)確值很難得到。對(duì)于不同的鋼板彈簧，其葉片之間的摩擦因數(shù)由試驗(yàn)確定。本文中分析同一種鋼板彈簧在2種騎馬螺栓布置形式下鋼板彈簧剛度和騎馬螺栓應(yīng)力變化，動(dòng)摩擦因數(shù)取0．3，其它此處不再詳述。

圖4 鋼板板簧的載荷—位移曲線

3 有限元邊界條件［4］

約束模型底面中央所有節(jié)點(diǎn)的x，y，z向的自由度，在板簧中間處施加固定約束，在中心螺栓和第6片端部分別施加對(duì)稱約束，騎馬螺栓材質(zhì)為42 CrMo，屈服應(yīng)力為930MPa，預(yù)緊力860N·m，在板簧懸臂端施加254kN的集中載荷。騎馬螺栓豎直布置有預(yù)緊力，鋼板彈簧無承重、承重時(shí)騎馬螺栓的應(yīng)力分布區(qū)域和應(yīng)力值，如圖3a所示。騎馬螺栓內(nèi)八字斜拉布置有預(yù)緊力，鋼板彈簧無承重、承重時(shí)騎馬螺栓的應(yīng)力分布區(qū)域和應(yīng)力值，如圖3b所示。

1）騎馬螺栓豎直布置時(shí)鋼板彈簧在有、無承重時(shí)應(yīng)力比較（1/4模型）

圖5a是騎馬螺栓豎直布置有預(yù)緊力、板簧懸臂端沒有施加載荷（無承重）時(shí)，騎馬螺栓最大應(yīng)力為495MPa，小于騎馬螺栓屈服應(yīng)力。圖5b是騎馬螺栓豎直布置有預(yù)緊力、板簧懸臂端施加254kN集中載荷（承重）時(shí)，騎馬螺栓最大應(yīng)力為928MPa，達(dá)到騎馬螺栓屈服應(yīng)力。

2）騎馬螺栓內(nèi)八字布置時(shí)鋼板彈簧有無、承重時(shí)應(yīng)力比較（1/4模型）

圖6a是騎馬螺栓內(nèi)八字斜拉布置有預(yù)緊力、板簧懸臂端沒有施加載荷（無承重）時(shí)，騎馬螺栓最大應(yīng)力為520MPa，小于騎馬螺栓屈服應(yīng)力。圖6b是騎馬螺栓內(nèi)八字斜拉布置有預(yù)緊力、板簧懸臂端施加254kN的集中載荷（承重）時(shí)，騎馬螺栓最大應(yīng)力為690MPa，小于騎馬螺栓屈服應(yīng)力。

圖5 螺栓豎直布置應(yīng)力分布

圖6 螺栓斜拉布置應(yīng)力分布

4 分析結(jié)論對(duì)比

采用有限元法分析了騎馬螺栓豎直布置、內(nèi)八字斜拉布置2種形式下同一種鋼板彈簧的剛度特性和騎馬螺栓的應(yīng)力變化，得出結(jié)論：在相同加載情況下，騎馬螺栓內(nèi)八字布置形式比騎馬螺栓豎直布置形式鋼板彈簧的剛度小，騎馬螺栓應(yīng)力變化?。划?dāng)車輛在惡劣路況行駛，車輛不斷顛簸時(shí)，騎馬螺栓內(nèi)八字斜拉布置形式鋼板彈簧可以大大吸收振動(dòng)，減少騎馬螺栓受到的沖擊，騎馬螺栓抗拉壓強(qiáng)，承重能力有明顯優(yōu)勢(shì)，安全系數(shù)高，不易斷裂。

［1］孟小斌．鋼板彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算及其試驗(yàn)研究 ［D］．鎮(zhèn)江：江蘇理工大學(xué)，1996．

［2］鄔惠樂，邱強(qiáng)．汽車拖拉機(jī)試驗(yàn)學(xué)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992．

［3］王望予．汽車設(shè)計(jì)［M］．4版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011．

［4］王金龍，王清明，王偉章．ANSYS12．0有限元分析與范例解析［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：1－45．

［5］鄭銀環(huán)．汽車鋼板彈簧計(jì)算模型研究［D］．武漢：武漢理工大學(xué)，2006．

Layout Analysis on U－bolt of Rear Axle Balance Suspension

Jia Zhengwei
（Dongfeng Shenyu Vehicles Co．Ltd．，Shiyan 442000，China）

The impacts of two arrangements of the double－rear－axles－truck U－bolts on the balanced suspension’s performance，which were vertical arrangement and pigeon－toed cable－stayed arrangement，were discussed．And U－bolt’s stress analysis in the two arrangements was finished with CAE software．The analysis results show that U－bolt’s pigeon－toed cable－stayed arrangement is better than the vertical one，and this arrangement can increase effective length of the leaf spring．

rear double axles truck;equalizing suspension;U－bolt

U463．33

A

1008－5483（2014）01－0039-03

2013－10－18

賈正偉（1971－），男，湖北十堰人，工程師，主要從事工程車輛懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)研究。

10.3969/j.issn.1008-5483.2014.01.0010