34对“塔海尔橡胶悬架”的评论

1、对“塔海尔橡胶悬架”的评论1、橡胶悬架的特点或优点在平衡悬架中，采用橡胶硫化粘接使它代替平衡轴，起到弹性元件和平衡约 束的作用。这种悬架看来有以下特点：（1）结构相对简单，零件数量少，照理应该廉价一些。但在中国可能更贵。（2）只要做到可靠，就无须保养和维修。5万公里的寿命要求太低，至少要达 到10万公里以上，甚至无限寿命（板簧国内一般都达10万公里以上，非公路用 车也达5万公里以上）。（3）具有一定的非线性特性。从理论上讲，非线性特性的价值，一是空满载的 等频性，二是增加动容量。从弹性特性的试验曲线看，非线性程度很小。对于非 公路的矿用车，车速很低，非线性特性没有什么意义。（4）具有一定的阻尼

2、作用，对高频微幅振动有较好的衰振作用。同样，对非公 路用车意义不大。2、运动和受力分析（1）从侧面看，基本上属于四连杆机构。均衡梁兼作下推力杆和平衡垂直载荷 的作用。请注意，均衡梁的摆动中心是不确定的，随着橡胶弹簧承受的载荷大小 和相应变形而改变。图上画出的“瞬时中心”是假定橡胶只有剪切变形，没有法 向变形的条件下得出的。实际上均衡梁摆动时，橡胶两个方向都在变形，瞬时中 心取决于受力情况，不能单纯从运动学来决定。同理，下推力杆的共同较接头的 位置也是改变的，即，下推力杆的长度是变化的（当然，不会太大）。图上标出的那个点为“中、后桥上下摆动时的瞬时中心”是不对的，它只是 均衡梁两端点摆动时的近似

3、的瞬心，中、后桥的摆动瞬心还取决于上杆的影响， 可用作图法求出。（2）侧向运动的约束和侧向力的传递，取决于上V形杆和下均衡梁的侧向刚度。 因为属于超静定，那么刚度大的受力大。显然，上V形杆在桥壳上端两较接头横 向位移的刚度要大于桥壳下端均衡梁端点的横移刚度（取决于橡胶弹簧的平扭角 刚度和聚胺脂端较的斜摆刚度）。可以认为，侧向力主要由上V形杆承受，下均 衡梁也可能承受一小局部（取决于设计参数）。侧向运动的约束主要由上V形杆 来承当。这和一般结构的下推力杆不同，这种结构如果是球较链，完全没有侧向 约束，侧向力10。%由上V形杆承受；如果是橡胶接头，侧向约束非常小，可以 说不必考虑它的约束，侧向力和

4、约束绝大局部由上V形杆承受。可以认为，凡采用橡胶较接头的推力杆，其三个方向（杆向、斜摆、扭转） 的运动都是弹性约束，只是刚度差异很大而已。不像金属球头销，杆向运动约束 极大（几乎无变形），斜摆和扭转约束为零（几乎无阻力）。不过，在做运动学分 析时，往往将橡胶头的推力杆当作金属球头来处理。要如实地当作弹性约束来处 理是很复杂和困难的，属超静定问题，而且要知道各向刚度，一般很难获得这些 参数。本方案的上V形杆夹角太小，承受侧向力时杆向力很大，具体分析请参阅 我给的文章“四连杆机构里上V形杆的布置问题”。因结构所限，只能做小调整, 例如：可将桥壳上两个橡胶头设计得靠近一点。（3）当车桥相对车架发生侧

5、向倾斜（也称为侧倾）时，上V形杆对它基本上没 有约束，严格讲只有很小的弹性约束，可以忽略不计。本方案上V形杆小端两 较接头离瞬心较远，即跨距偏大，会使车桥侧倾时的约束反力矩加大。下均衡梁对车桥侧倾的弹性约束相当大，因为：均衡梁的摆动是靠橡胶弹簧的纵扭变形来完成的，有很大的约束反力矩。当 这个反力矩大到一定程度后，会把非簧载质量（车桥等）吊离地面。所以， 橡胶弹簧同时起了反向限位的作用，其反向限位行程取决于橡胶弹簧的纵扭 刚度和非簧载质量大小。本方案可能纵扭刚度太大，反跳行程太小，以致过 沟时有一桥的车轮离地；在扭曲路行驶时，左、右单边车轮离地。车桥侧倾时，车桥与均衡梁连接处的两个聚胺脂较接头的

6、水平跨距会变小， 请参阅我给的资料“汽车平衡悬架的设计要点”。这时，因聚胺脂接头的横向 变形量很小，就迫使均衡梁在其横向平面摆动（当单个车桥侧倾时）或两个 均衡梁都向内移动（当中、后两桥同向侧倾或异向侧倾时）。这时，橡胶弹簧 要产生水平面上的扭转或横向剪切变形，造成车桥侧倾时的弹性约束。看来, 橡胶弹簧的水平扭转和横向剪切刚度都不会太小，因此，车桥的扭动还要受 这方面的约束。钢板弹簧平衡悬架那么完全不同，靠平衡轴的自由摆动，没有这些弹性约 束。即使采用橡胶头的推动杆，其弹性约束也很小，可以忽略不计。（4）严格讲，这种橡胶悬架不是完全的平衡悬架。只在平路面上，中、后桥都 处于相同高低位置，橡胶弹

7、簧不产生约束反力矩时，中、后桥的轴荷才相等。在 不平路面行驶时，由于橡胶变形产生的弹性约束会导致轴荷的变化，即，上跳的 桥轴荷变大，下跳的桥轴荷变小。轴荷不均等会造成轮胎附着条件变坏，影响动 力性、通过性（对于无差速锁的主减速器）和操纵稳定性。影响程度如何取决于 橡胶弹簧的纵扭刚度，越大越坏。（5）对于所有的三轴汽车，只要是中、后桥不转向，汽车转弯时都存在“错位 力矩”，即中、后桥有不相等的偏离角。在车速不高、转弯半径较小时，偏离角 很大，而且是，中桥向内（转弯瞬心方向）、后桥向外偏离。站在中后桥附近， 可听到“嚓嚓”的滑磨声，在水泥路面上可看到轮胎磨印。这种现象是正常的， 所有三轴汽车都这样

8、。请参阅我给的论文“三轴越野汽车的稳态转弯及中、后桥 错位问题的分析如果将下推力杆斜向布置（固定端高于活动端），使侧倾时的轴转向效应结 果增大“过度转向”，就可使中、后桥的偏离角减小，也减轻轮胎磨损，提高转 向灵敏度。二汽的EQ240越野车就是这样设计的，本案设计的均衡梁是整体式, 不能折弯，没有侧倾轴转向效应。当然，中、后桥间的轴距越大，偏离角也越大，轮胎磨损自然也越大。同时, 可能造成“缺乏转向”效应太大，使转弯半径增大。拟加大中、后桥轴距会带来 更坏的作用。（6）本案的一桥到二桥的轴距加大了 200mm,自然使最小转弯半径变大。所以, 原来板簧车能过去的弯道，本车要两次才能过去。3、设计

9、参数的控制从发来的图纸资料和短信中看，本案设计缺乏主要的、严谨的设计参数控制, 似乎处于被动和失控状态。建议进行以下几方面的测试及核算，以确定准确的设 计参数。（1）重心位置和轴荷分布总布置设计的首要任务是确定整车的重心位置和轴荷分布。根据各总成或零 件的质量及其重心的坐标位置，利用合成的方法，求到整备质量的重心位置，包 括重心高度和重心到坐标原点的水平距离。加上装载物的总质量及其重心位置， 就可求到满载时的整车重心位置。按照平衡条件，从重心的水平距离就可算出前、后轴荷。对于多轴汽车，轴 荷未知数多于平衡方程式数，还要有附加方程式才能解出未知数。假设是关联式悬 架，可列出轴荷间或悬架负荷间的关

10、联方程式；假设是非关联式悬架，按变形一致 原理导出附加方程式。其结果，未知数和方程式数量相等。轴荷减去非簧载质量就得到簧载质量。用类似方法，可求出簧载质量的重心 位置。轴荷分配是否合理，影响到汽车的许多性能，有些强制性标准对此有明文规 定。例如，GB7258-2004规定：转向桥的轴荷不得小于整车质量的20% o从所 提供的资料看，TMT的前轴荷只占16% 16.5% （不明白分左、右是什么意思）, LORD的前轴荷只占14% 18%。这两车型都违反强标的规定，是不允许生产 和使用的。板簧车型的前轴荷是21%21.2%,是符合标准的。（2）前、后悬架的偏频前悬架如果是板簧悬架，即按传统的方法计

11、算其刚度、静挠度和偏频。后悬架的橡胶弹簧已测出其垂直方向的静弹性特性曲线（不叫刚度试验曲 线），首先要确定其满载及空载状态下的静刚度，其方法请参见我给的资料“汽 车钢板弹簧的性能、设计和试验”中的试验局部。如果空满载刚度差异不大，可 以同样用满载的刚度来计算。按已确定的簧载质量计算静挠度和偏频。建议对汉德森的橡胶悬架也进行计 算，比照。从偏频这个关键参数就可看出本案设计的性能优劣。（3）车架离地高度确实定根据求到的静挠度和弹簧无载时的安装尺寸，就可以算出空、满载时的车架 离地高度。静挠度按弹性特性的空、满载负荷来取值更准确，也可以按线性化的 刚度来计算，再加上“非线性附加变形量:一般的设计程序

12、是先确定满载时的 车架离地高，再从静挠度来反算弹簧无载时的安装高度。所称实际车架后部离地高小了 20mm,除了认真核查上述设计环节是否过失 之外，要检查加载是否超重或载荷物的重心偏后。也许要从轴荷测量中反过来核 对载荷物在设计中设定的重心位置是否正确。（4）整车抗侧倾能力作为悬架的重要性能之一，要核算其抗侧倾能力。知道了前、后悬架满载时 的垂直刚度和弹簧跨距，可以很容易算出侧倾角刚度。如有稳定杆还要加上它的 角刚度。按已有的公式计算向心加速度0.4g时的侧倾角，控制在3.5。4。较 合适。（5）悬架下跳行程确实定应该对橡胶弹簧进行纵扭刚度测定，除了自由状态进行测定之外，更应在满 载、空载两种状

13、态下进行。即，除了施加相应的垂直载荷外，还要施加纵向力矩, 测量力矩对应转角的变化，估计是非线性的。根据中、后桥各自的非簧载质量，计算出静态的下跳极限行程。也可在车间里测试，用千斤顶将一个桥顶到头，另一个桥的轮胎离地，测量 其下落行程。应做空载、满载两种工况，可以一个桥两侧同时顶起，另一桥两侧 离地；也可以对角顶，测量另外两侧的下跳行程（要标明测点，因行程有放大作 用）。还可以将车架吊起或顶起，使中、后桥所有车轮都离地，测量其下跳极限 行程。动态下跳行程比上述静态行程要大一些，但不易测量，只好估计。在野外 现场过土堆试验，只能观看轮胎离地现象，不便测量其准确数值。（6）橡胶弹簧及关键零件的强度

14、校核橡胶弹簧的可靠性和耐久性是这种悬架是否可靠的关键。橡胶零件的应力计 算很复杂，也很难用试验来检验。至今没有现成、公认的计算公式可利用，有的 公式是否可信也是个问题。建议本案设计采用“比照设计”的方法来判断是否可 行。首先，将汉德森的原设计作为比照车，将其满载的簧载质量分解为前、后两 橡胶块的法向负荷和剪切力，再除以橡胶的面积，得到平均的压缩应力和剪切应 力。再用同样的方法求出本案的压缩应力和剪切应力，两者比照。根据本案所用 橡胶弹簧的材料、工艺水平，判别所选应力是否可行。一般说来，本案的计算应 力假设等于或小于安德森的数据，才被认为基本可行；假设大于它，那么应否认本案设 计。还应补充一点，

15、本案橡胶弹簧总高度比汉德森的小5mm,又是四片橡胶叠 加，而汉德森是三片叠加，单片厚度不同。根据橡胶应力分析的结论，在同等平 均应力情况下，薄片的压应力峰值小，剪切应力大。因此本案设计必须令平均剪 切应力远低于汉德森的设计，才能到达相等的可靠性。当然，叠片多少，也直接 影响刚度，一般说来，叠片越多，刚度越大。如果本案的橡胶弹簧是国产件，应成认其橡胶材料本身及硫化粘结工艺水平 都与美国有差距，应力水平应选取比它低。如果相反，那么本案的设计是不可靠的, 风险太大。本案设计的装载质量增加很多（约20%）,发动机功率、扭矩也增大，因此, 所有零部件几乎都负荷加大。必须对有关零部件的应力、强度进行校核，

16、作必要 的加强，否那么本设计是一种冒险的、盲目的设计。上推力杆欲改成一纵一横，也应在进行受力分析计算和运动分析之后，才能 下结论，不宜拍脑袋定案。4、总评论（1）橡胶弹簧悬架50年前就已出现在大客车后悬架和小轿车悬架上，但只是极 个别的，没有推广应用。近年来美国汉德森公司又推出这种悬架，并在中国销售。据称，按其额定承载能力使用，可靠性还算可以保证。如果超载使用，那么很快损 坏，可靠性差。（2）根据橡胶悬架的特点，看来比拟适合用在好路面、高速行驶的车辆，例如, 半挂车的牵引车，或是在高速公路上行驶的重型车。本人认为，由于上文提到的 一些问题（如弹性约束太大，动行程限位太小等），这种悬架不宜用在矿山等越 野场地，也不宜用在军车上，除非结构和参数有很大改进。（3） 一味追求增加装载量是错误的，造