某重型越野汽車懸架系統(tǒng)強(qiáng)度校核

楊先鋒

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

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某重型越野汽車懸架系統(tǒng)強(qiáng)度校核

楊先鋒

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

摘 要：通過對(duì)懸架系統(tǒng)的校核，在保證理論設(shè)計(jì)滿足實(shí)際使用要求的同時(shí)，將懸架系統(tǒng)中相關(guān)重要零部件輕量化、系列化設(shè)計(jì)對(duì)有效降低整車整備質(zhì)量，提高裝載質(zhì)量尤為重要。

關(guān)鍵詞：懸架；校核

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.022

CLC NO.: U463.8Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-64-03

引言

懸架是車架與車橋之間一切傳力連接裝置的總稱。它是把路面作用于車輪上的垂直反力、縱向反力和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩都傳遞到車架上，以便保證汽車的正常行駛。因此，懸架的結(jié)構(gòu)是否合理，強(qiáng)度、剛度是否滿足各工況要求尤為重要。本文就某重型越野汽車的鋼板彈簧懸架做相應(yīng)校核。

1、主要參數(shù)

軸載質(zhì)量分配見表1；簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量見表2；每副鋼板彈簧上的負(fù)荷見表3；鋼板彈簧剛度及中心距見表4；板簧參數(shù)見表5；汽車重心的位置見表6。

表1

表2

表3

表4

表5

表6

2、前懸架校核

鋼板彈簧材料及尺寸參數(shù)：材料50CrVA-GB1222；彈性模量E=2.058′105N/mm2；片數(shù)n=7；寬度b=90mm；厚度h1= 18mm ，h2= 16mm；總厚度H=3h1+4h2=118mm；騎馬螺栓間距離s=135mm；板簧兩支撐點(diǎn)距離L=1800mm；板簧的作用長(zhǎng)度le=(L-ks)/2=866.25mm （k為板簧夾緊系數(shù)，取k=0.5）；

板簧剛度c檢=320N/mm，c夾=351.7029N/mm ；板簧各片長(zhǎng)度Li見表7。

表7

2.1 總成參數(shù)的計(jì)算

靜撓度fc=FW/c夾；偏頻n=(c夾/m )1/2/(2π)；平均靜

應(yīng)力σc=6Ehf/(δ(L-ks)2)。式中：m—前懸架的簧上質(zhì)量；δ—撓度系數(shù)，取δ=1.3；k—夾緊系數(shù)，取k=0.5。

計(jì)算結(jié)果見表8。

表8

碰緩沖塊時(shí)，動(dòng)撓度fc= 115mm ，最大極限應(yīng)力：σc=926.35N/ mm2。

動(dòng)負(fù)荷時(shí)，鋼板彈簧除承受垂直載荷外，還承受驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力、側(cè)向力和沖擊力等載荷，所以有必要對(duì)這些載荷作用下的鋼板彈簧強(qiáng)度進(jìn)行核算。由于前鋼板彈簧在汽車緊急制動(dòng)時(shí)承受的載荷最大，故此處只核算滿載緊急制動(dòng)狀態(tài)下前鋼板彈簧的動(dòng)負(fù)荷應(yīng)力。受力情況如圖1所示。

FX=G1m1(l-ΨH)/(4l)FY=Pτ=G1Ψ m1'/2

式中：FX—制動(dòng)時(shí)作用于鋼板彈簧前板簧銷的垂直力；FZ—制動(dòng)時(shí)作用于鋼板彈簧后板簧銷的垂直力；FY—制動(dòng)時(shí)作用于前板簧銷的水平反力；Pτ—制動(dòng)力；ψ—附著系數(shù)，取ψ=0.7；H—前板簧銷中心至地面的距離，H=884.5mm；m1

'

—制動(dòng)時(shí)前橋負(fù)荷重新分配系數(shù)，m1'=1+ΨHg/a2=1.854；a2—汽車重心至中后橋中心的水平距離。計(jì)算得：FX=3897. 15N ；FY=19126.95N ；FZ=23424.76N 。

圖1　前板簧受力分析圖

由計(jì)算可知，滿載緊急制動(dòng)時(shí)前鋼板彈簧的前半段支承垂直反力應(yīng)力不大，而后半段卻很大，因此，對(duì)前鋼板彈簧的后半段的強(qiáng)度進(jìn)行核算計(jì)算得：前鋼板彈簧斷面系數(shù)W=bh2n/6=29837.14mm3，最大應(yīng)力σ=Fl /W =680.08N/mm2。

0

制Ze0

3、減振器的校核

減振器相對(duì)阻尼系數(shù)Ψ的選擇：為使振動(dòng)迅速衰減，取Ψ=0.4；減振器阻尼系數(shù)δ=2Ψ(cms)1/2=24062Ns/m ；筒式減振器工作缸直徑D =2(δv/(π[ p](1-λ2)))1/2。式中：v—卸荷速度，取0.3m/s；[p]—工作缸最大允許壓力，取[p]=3.5MPa；λ—連桿直徑與缸筒直徑之比，取0.5。

計(jì)算得D=59.16mm，所選減振器的工作缸直徑為65 mm，符合設(shè)計(jì)要求。

4、側(cè)傾角剛度的計(jì)算

橫向穩(wěn)定桿側(cè)傾角剛度計(jì)算：

C=L2D4′π/(32L'×/G +64×[L'+(L'+L')]/3E)

g C

所選橫向穩(wěn)定桿總成：LC= 850mm；D=40mm；L'=520m；L'= 820mm ；L'=400mm；L'= 620mm；L'=55mm；

T102L3'=100mm；G=8×1016N/mm2；E=2.1×1017N/mm2。

帶入計(jì)算得：橫向穩(wěn)定桿側(cè)傾角剛度C=3.773′108N ·mm/rad ；

g前懸架側(cè)傾角剛度Cg1=SF2Kr/2=1.27′108N·mm/rad ；后懸架的側(cè)傾角剛度Cg2=SF2Kr/2=12.75′108N·mm/rad 。

前鋼板彈簧剛度提高，增裝橫向穩(wěn)定桿后，前懸架側(cè)傾角剛度CG=Cg1+Cg=5.00′108N·mm/rad 。

5、后懸架校核

鋼板彈簧材料及尺寸參數(shù)：材料50CrVA-GB1222；彈性模量E=2.058×105N/ mm2；片數(shù)n=10；厚度h=20mm；總厚度H=11×h=220mm；寬度b=89mm；板簧兩支撐點(diǎn)距離L=1400mm；騎馬螺栓間距離s=205mm；板簧的作用長(zhǎng)度le=(L- ks)/2=597.50mm（k為板簧夾緊系數(shù)，取k=1）；板簧剛度c檢=1882.2N/mm，c夾=2356.96N/mm 。

板簧各片長(zhǎng)度Li見表9。

表9

5.1 總成參數(shù)的計(jì)算

靜撓度fc=FW/c夾；偏頻n=(c夾/m )1/2/(2π)式中：m—后懸架的簧上質(zhì)量。計(jì)算結(jié)果見表10。

表10

5.2 鋼板彈簧強(qiáng)度的校核

滿載靜負(fù)荷時(shí)，鋼板彈簧的靜應(yīng)力σ靜= bh2；式中：W0—斷面系數(shù)，W=bh2n/6=59333.3mm3。計(jì)算可得該鋼板彈簧

0滿載時(shí)鋼板彈簧的靜應(yīng)力σ靜=435.5N/mm2。在實(shí)際的鋼板彈簧裝配中，當(dāng)騎馬螺栓夾緊鋼板彈簧時(shí)各鋼板彈簧片之間有一定的預(yù)應(yīng)力，故各鋼板彈簧片的實(shí)際應(yīng)力為σ靜實(shí)=σ靜+σ0i，滿載時(shí)鋼板彈簧各片的實(shí)際應(yīng)力值見表11。

滿載顛簸時(shí)，汽車通過不平路面的垂直力達(dá)到最大值，此時(shí)作用于鋼板彈簧的垂直負(fù)荷F動(dòng)=δGs/2；式中：δ—?jiǎng)虞d荷系數(shù)，δ=(fc+fg) /fc（fg為鐵碰鐵時(shí)撓度），按緩沖塊脫落后，出現(xiàn)鐵碰鐵的動(dòng)撓度應(yīng)考慮動(dòng)應(yīng)力σ動(dòng)=δGsle/(4W0)。滿載時(shí)δ=(fc+fg)/fc=4.13，σ動(dòng)=899.27N/mm2；考慮到各片的預(yù)應(yīng)力，實(shí)際應(yīng)力σ動(dòng)實(shí)=σ動(dòng)+σ0i，滿載時(shí)鋼板彈簧各片的實(shí)際應(yīng)力值見表11。

表11　單位：(N /mm2)

滿載側(cè)滑時(shí)，將使一側(cè)鋼板彈簧所受的垂直載荷增大，F(xiàn)滑=G2(1+2d/B)/2；式中：d—汽車重心至鋼板彈簧座平面的距離d=Hg-(rr+ e)；e—鋼板彈簧座平面至車輪中心的距離，e=167mm；B—鋼板彈簧中心距；d=282mm；滿載時(shí)F滑=133394.04N；側(cè)滑應(yīng)力σ滑=l（eF滑-Gu/2）/(2W0)=601.36N/mm；考慮到各片的預(yù)應(yīng)力，鋼板彈簧的實(shí)際應(yīng)力σ滑實(shí)=σ滑+σ0i。鋼板彈簧各片的實(shí)際應(yīng)力值見表11。

根據(jù)以上校核結(jié)果，從材料標(biāo)準(zhǔn)中查得50CrVA的屈服極限σs=1130N/mm2，滿載時(shí)應(yīng)力在屈服極限內(nèi)，鋼板彈簧在滿載狀態(tài)下是安全的，本懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在理論上是合理的。

中圖分類號(hào)：U463.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)04-64-03

作者簡(jiǎn)介：楊先鋒，就職于陜西重型汽車有限公司。

Strength check of the suspension system of a heavy off road vehicle

Yang Xianfeng
（Shaanxi heavy duty automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi’an 710200）

Abstract:Through the verification of the suspension system, on the premise of ensuring the design theory can meet the practical requirement of the, system related important parts lightweight, series design to effectivelyreduce the complete vehicle kerb mass, improve the loading quality is particularly important.

Keywords:Suspension; Check