純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車(chē)鋼板彈簧計(jì)算

崔夢(mèng)謙

天津科斯特汽車(chē)技術(shù)有限責(zé)任公司 天津市 301709

1 引言

鋼板彈簧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、維修方便，同時(shí)能夠起到導(dǎo)向和傳遞側(cè)向力、縱向力和力矩的作用。此車(chē)型由于后軸載荷質(zhì)量的增加，需重新調(diào)整后軸鋼板彈簧的參數(shù)以達(dá)到車(chē)輛姿態(tài)基本不變的目的。本文總結(jié)了鋼板彈簧改制需要校核的主要參數(shù)的計(jì)算過(guò)程。

2 鋼板彈簧改制設(shè)計(jì)要求

鋼板彈簧改制要求：

（1）電動(dòng)車(chē)與原汽油車(chē)比較，滿載情況車(chē)輛姿態(tài)基本不變或變化不大；（2）板簧長(zhǎng)度、寬度不變；（3）增加板簧片數(shù)。

3 電動(dòng)車(chē)輛參數(shù)

（1）長(zhǎng)/寬/高（mm）：5340×1710×2240；（2）軸距（mm）：2890；（3）最小離地間距（mm）：160；（4）整備質(zhì)量（kg）：2030；（5）滿載質(zhì)量（kg）：3030；（6）空載軸荷分配（前/后kg）：982/1048；（7）滿載軸荷分配（前/后kg)：1482/1548。

表1

4 鋼板彈簧計(jì)算

4.1 電動(dòng)車(chē)板簧計(jì)算

（1）汽油車(chē)的板簧共5片，電動(dòng)車(chē)板簧在第3片下方增加一片，板簧共6片；（2）板簧參數(shù)；（3）板簧的剛度驗(yàn)算。

一般用共同曲率法進(jìn)行計(jì)算，用共同曲率法計(jì)算剛度的前提是，假定同一截面上各片曲率變化值相同，各片所承受的彎矩正比于其慣性矩，同時(shí)該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩。

驗(yàn)算鋼板彈簧實(shí)際剛度公式為：

α為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，α=(0.90～0.94)；

E為材料彈性模量 取2.06x105N/mm2；

l1、lk+1為主片和第k+1片的一半長(zhǎng)度。

葉片的慣性矩計(jì)算公式為：

空載狀態(tài)剛度驗(yàn)算（計(jì)算板簧的上4片簧）

為計(jì)算方便，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用列表法計(jì)算。剛度公式中部分計(jì)算見(jiàn)下表2：

表2

選擇修正系數(shù)a=0.92，將數(shù)據(jù)代入剛度公式，得后板簧實(shí)際總成剛度。

3.2 汽油車(chē)板簧計(jì)算

（1）板簧參數(shù)，見(jiàn)表3

（2）空載狀態(tài)剛度驗(yàn)算（計(jì)算板簧的上3片簧），見(jiàn)表4

5 靜撓度校驗(yàn)

（1）載荷數(shù)據(jù)，見(jiàn)表5：

（2）漸變剛度鋼板彈簧計(jì)算。

漸變剛度鋼板彈簧計(jì)算與一般線性鋼板彈簧不同之處，是要計(jì)算副簧與主簧從開(kāi)始接觸到全部接觸完畢時(shí)的變形值。當(dāng)副簧未和主簧接觸時(shí)，以及與主簧完全接觸以后，這兩種狀態(tài)下的計(jì)算和一般線性鋼板彈簧是一樣的。

表3

表4

表5

為計(jì)算方便起見(jiàn)，對(duì)公式中的符號(hào)作如下規(guī)定。

b—主、副彈簧寬度，mm；

hm，ha——主、副彈簧厚度，mm；

lm，la——主、副彈簧伸直長(zhǎng)度之半，mm；i—副簧與主簧長(zhǎng)度之比，

nm，na—主、副彈簧片數(shù)；

nm′，na′—主、副彈簧主片數(shù)（等長(zhǎng)片數(shù)）；

φ—副簧與主簧總慣性矩之比，

Km—主彈簧剛度，N/mm；

2P—作用在彈簧上的載荷；

2P1—副簧與主簧開(kāi)始接觸時(shí)的載荷，N；

2P2—副簧與主簧接觸完畢時(shí)的載荷，N。

副簧與主簧接觸過(guò)程中的載荷計(jì)算：

假設(shè)主、副彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑分別為Rm，Ra，當(dāng)主簧曲率半徑由Rm變化到 Ra時(shí)，即副簧與主簧開(kāi)始接觸，此時(shí)作用在彈簧端部的載荷P1為：

本車(chē)：

Rm=1400mm；Ra=22300mm；Im（汽油車(chē)）=7680 mm4；

I m（電動(dòng)車(chē)）=1 0 2 4 0 m m 4 ；lm=555mm；

E取2.06x105N/mm2

經(jīng)計(jì)算得：

P1（電動(dòng)車(chē)）=2544.4（N）

P1（汽油車(chē)）=1908.3（N）

當(dāng)副簧與主簧完全接觸時(shí)，作用在彈簧端部的載荷P2為：

本車(chē)：

La=377.5mm

經(jīng)計(jì)算，得：

P2（電動(dòng)車(chē)）=7955.8（N）

P2（汽油車(chē)）=5966.8（N）

副簧與主簧開(kāi)始接觸時(shí)的載荷2P1（電動(dòng)車(chē)）=5088.8（N）

副簧與主簧開(kāi)始接觸時(shí)的載荷2P1 （汽油車(chē)）=3816.6（N）

副簧與主簧接觸完畢時(shí)的載荷2P2（電動(dòng)車(chē)）=15911.6（N）

副簧與主簧接觸完畢時(shí)的載荷2P2 （汽油車(chē)）=11933.6（N）

滿載情況下：

作用在彈簧上的載荷2P（電動(dòng)車(chē)）=1370*9.8/2=6713（N）

作用在彈簧上的載荷2P（汽油車(chē)）=1292*9.8/2=6330.8（N）

經(jīng)比較，得：

2P1（電動(dòng)車(chē)）＜2P（電動(dòng)車(chē)）＜2P（電動(dòng)車(chē)）

2P1 （汽油車(chē)）＜2P（汽油車(chē)）＜2P2（汽油車(chē)）

滿載情況下，電動(dòng)車(chē)、汽油車(chē)主、副彈簧已接觸，但未完全接觸。

當(dāng)副簧與主簧在任意位置 處（lm-la≤≤lm）接觸時(shí)，作用在彈簧端部載荷P為：

經(jīng)計(jì)算，得：

λ（電動(dòng)車(chē)）=420.7(mm)；

λ（汽油車(chē)）=334.5(mm)；

當(dāng)載荷從零開(kāi)始增大到任意載荷P（0≤P≤P2）時(shí)，彈簧變形f0為：

式中a為副簧與主簧的接觸長(zhǎng)度系數(shù)，當(dāng)=0時(shí)，表示副簧與主簧開(kāi)始接觸，當(dāng)a=1時(shí)，表示副簧與主簧完全接觸，即λ=lm-ala（0≤a≤1）

經(jīng)計(jì)算，得：

a（電動(dòng)車(chē)）=0.36；

a（汽油車(chē)）=0.58；k（電動(dòng)車(chē)）=0.00903；k（汽油車(chē)）=0.075；帶入公式，計(jì)算，得：f0（電動(dòng)車(chē)）=110.5；f0（汽油車(chē)）=123.1

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)電動(dòng)車(chē)與汽油車(chē)后軸鋼板彈簧主要參數(shù)的計(jì)算對(duì)比，鋼板彈簧由5片改為6片，符合改制要求。