汽车钢板弹簧的纵扭强度校核

PAGEPAGE14汽车钢板弹弹簧的纵纵扭强度度校核东风汽车工工程研究究院陈陈耀明2005年年11月目录录前言（2--4）动态轴荷（55-111）1）最强制制动时的的轴荷（55-8）2）倒车制制动时的的轴荷（88-100）3）最大驱驱动工况况的轴荷荷（110-111）簧载负荷（111）板簧承受的的纵扭力力矩（111-112）板簧根部的的纵扭应应力（112）卷耳应力（112-113）前言在汽车钢板板弹簧设设计阶段段，必须须对其强强度进行行校核计计算。其其中，要要特别注注意对其其纵扭强强度进行行校核，才才能保证证所设计计板簧的的可靠性性。纵扭强度校校核的极极限工况况应取最最强制动动工况，对对于后钢钢板弹簧簧，应取取倒车时时的最强强制动。当当计算这这些工况况的受力力情况时时，首先先要求出出轴荷转转移后的的动态轴轴荷分布布。根据据动态轴轴荷和路路面附着着情况，进进一步算算出制动动力和力力矩。最最后按动动轴荷和和制动力力来校核核板簧根根部和卷卷耳应力力。对于于驱动桥桥，必要要时也应应计算最最强驱动动时的动动态轴荷荷和驱动动力，进进而校核核板簧根根部和卷卷耳的应应力。许多教科书书都推荐荐用轴荷荷转移系系数来计计算动态态轴荷（即即转移后后的轴荷荷），，例例如，制制动时前前轴荷转转移系数数，货车车取，轿轿车；驱动时时后轴荷荷转移系系数，货货车取，轿轿车。这这种方法法不够严严谨，取取值范围围太大，令令人无所所适从。不不能反映映各个具具体车型型各相关关参数的的差异，因因而是不不可取的的。本文推荐按按照具体体车型的的实际参参数和附附着条件件来计算算轴荷转转移和制制动力，并并以制动动器所能能达到的的制动力力矩来核核对极限限值，从从而使应应力核算算比较接接近实际际值。设设计要点点是：1）按照实实际车型型的轴距距、重心心高度、重重心至前前轴距离离以及汽汽车总质质量等，根根据平衡衡条件，求求动态轴轴荷。2）对于三三轴以上上的多轴轴车，属属超静定定问题，还还要根据据悬架的的关联情情况，列列出相关关车轴的的关联方方程式。若若是非关关联悬架架，可按按变形一一致原理理来导出出相关轴轴的附加加方程式式。本文文只叙述述双轴汽汽车，有有关多轴轴汽车的的轴荷计计算可参参阅有关关专门论论著。3）制动时时的最大大制动力力大小和和附着状状态有密密切关系系。对于于采用AABS系系统的制制动系，当当制动器器制动力力足够大大时，前前、后轮轮胎都不不抱死，轮轮胎与地地面的滑滑移率处处于最佳佳状态，附附着力达达到最大大，即所所谓压印印状况，可用附着系数乘以轴荷来计算最大制动力。对于没有ABS装置的制动系，抱死状况取决于该系统的同步附着系数以及制动时轮胎与路面的附着系数。若同步附着系数小于路面附着系数，当制动器制动力不大时，前、后轮胎都不会拖滑。当制动力加大到一定程度后，后轮先拖滑，达到最大附着，但前轮并未达到最强制动。令制动器制动力再继续加大，这时后轮滑移率变大，直至抱死，其附着力即最大制动力要比压印时下降15-20%，称为拖印。与此同时，前制动器制动力相应增大，当轮胎滑移率达到最佳时，附着力即制动力达到最大也就是压印状态。前轮最大制动力可用附着系数乘以动态轴荷来计算。这时应是整车制动最强的时候，尽管这时因后轴荷更多往前转移致使后制动力更小一些。如果还可以继续加大制动器的制动力，就会使前轮也抱死拖印，这时整车制动力反而变小。后轮先抱死的工况属不稳定工况，汽车会发生侧滑甩尾。若同步附着着系数大大于路面面附着系系数，则则相反。当当制动器器制动力力达到一一定程度度后，前前轮先抱抱死（拖拖印），附附着力即即最大制制动力要要下降，而而后轮不不抱死（压压印），附附着力达达到最大大，也就就是最强强制动工工况。前前轮先抱抱死属稳稳定工况况，但失失去转向向能力。具体车型的的同步附附着系数数，当载载荷一定定时是不不变的，而路面附着系数是变化的，所以是前轮或后轮哪个先抱死，取决于路面状况。当路面附着系数恰好等于同步附着系数，前、后轮同时抱死，所以才叫“同步”。当然，进行强度校核时，要取比较大的路面附着系数，例如，取，一般以为界来判断前、后轮的抱死状况。4）最强制制动时，由由于轴荷荷往前转转移，后后轴制动动力受附附着力限限制不可可能很大大，后板板簧的纵纵扭和卷卷耳应力力也不大大。但在在使用中中却出现现有不正正常断裂裂问题，经经测试，发发现制动动过程中中的瞬态态制动力力仍很大大。本文文建议用用倒车制制动来校校核后板板簧的纵纵扭和卷卷耳应力力。虽然然实际使使用中出出现的频频次不多多，但这这样才能能保证设设计是稳稳妥可靠靠的。5）对于同同步附着着系数很很小的汽汽车，前前制动器器的最大大制动力力很小，达达不到压压印的力力矩，这这时，应应该按制制动器的的最大力力矩来校校核前簧簧强度。当当然，同同步附着着系数很很大的汽汽车，倒倒车时后后制动器器也可能能有类似似情况。6）对于后后板簧，往往还要以最大驱动时的驱动力来核算其纵扭应力和卷耳应力，一般都比倒车制动工况的应力要小。经过多年的的实践，证证明在设设计板簧簧时，除除了必要要的核算算比应力力、平均均静应力力、极限限应力外外，还要要按上述述方法，核核算纵扭扭应力和和卷耳应应力。在在满足推推荐值的的条件下下，才可可以保证证该设计计十分可可靠。动态轴荷最强制动时时的轴荷荷按平衡衡条件，见见图1：：，（1），（2），（3）而静静态时，（4）式中中：重心心处总惯惯性力前轮制动力力（双边边）后轮制动力力（双边边）前轴静负荷荷转移后的前前轴负荷荷转移后的后后轴负荷荷汽车总质量量轴距重心至前轴轴距离重心离地高高轮胎对地面面附着系系数同步附着系系数小于于路面附附着系数数，最强强制动时时前轮压压印，后后轮拖印印（抱死死），这这时后轮轮附着能能力降低低20%%，即：：（5）（6）将式（44）、（55）、（66）代入入（1）、（22）、（33），解解出：（7）代入入式（22）可求求到，将将、代入式式（5）、（66），再再代入式式（1），可可求到前前、后及及总的制制动力。装用ABSS制动系系统，最最强制动动时前、后后轮均压压印，附附着能力力全部可可利用，这这时：（8）将式（44）、（55）、（88）代入入（1）、（22）、（33），解解出：（9）同样，利利用相关关公式可可求到及及、及。若同步附着着系数大大于路面面附着系系数，最最强制动动时前轮轮拖印（抱抱死），附附着能力力下降220%，而而后轮压压印，汽汽车可保保持直线线行驶，这这时：（100）将式（44）、（110）、（88）代入入（1）、（22）、（33），解解出：（111）同样，利利用式（22）、（110）、（88）及（11），可可求出、、及。若同步附着着系数特特别小，以以致前制制动器的的制动力力不足以以使前轮轮压印，这这时，应应按前轮轮最大制制动力矩矩来进行行校核：：（112）式中：：前制动动器最大大制动力力力矩（单单边）前轮静力半半径将式（44）、（112）、（66）代入入式（11）、（22）、（33），解解出：（113）以上公公式（77）、（99）、（111）、（113）用用来计算算制动时时的动态态前轴荷荷，要根根据是否否装用AABS、同同步附着着系数的的大小以以及制动动器力矩矩的大小小来选择择相应的的工况。倒车制动时时的轴荷荷从图22，根据据平衡条条件：，（1），（2），（144）静态时时，（4）采用ABSS系统，前前、后轮轮均压印印，这时时：（55）（8）将式（4）、（55）、（88）代入入（1）、（22）、（114），解解出：（115）（116）若同步附着着系数（向向前）稍稍大，这这时前轮轮拖印，后后轮压印印，即：：（110）（88）将式式（4）、（110）、（88）代入入（1）、（22）、（114），解解出：（117）（118）若同步附附着系数数（向前前）设计计得很小小，倒车车时仍是是后轮拖拖印，前轮压压印，即即：（55）（66）将将式（44）、（55）、（66）代入入（1）、（22）、（114），解解出：（119）（200）式（16）、（118）、（220）用用来校核核倒车制制动时的的动态后后轴荷，要要根据是是否采用用ABSS或同步步附着系系数的大大小来确确定运用用的公式式。倒车车最强制制动工况况不常发发生，但但却是最最稳妥的的校核方方法。最大驱动工工况的轴轴荷作用在驱动动轮接地地点的最最大驱动动力：（221）式中最最大驱动动力（双双边）发动机输出出扭矩变速器头档档速比主减速器速速比效率，可取取0.885轮胎静力半半径从图3，根根据平衡衡条件：：，（2），（222）又静态时，（4）将式（4）代代入式（222）,,解出：：（223）代入式（22），得得：（224）式中后后轴静负负荷从上述计算算结果，可可很容易易地导出出各具体体车型，具具体工况况下的轴轴荷转移移系数，即即：，。簧载负荷若不考虑非非簧载质质量的负负荷转移移，则轴轴荷转移移后的簧簧载负荷荷为：（225）式中中相相应车轴轴转移后后的簧载载负荷相应车轴转转移后的的轴荷相应车轴的的非簧载载质量板簧承受的的纵扭力力矩将作用在地地面上的的制动力力（或）或驱驱动力对对相应车车轴的板板簧主片片取矩，即即为板簧簧承受的的纵扭力力矩：（226）式中板板簧承受受的纵扭扭力矩（单单边）相应车轴的的制动力力（驱动动力），双双边，由由转移后后的轴荷荷与附着着系数求求得，或或由制动动器最大大制动力力矩确定定（驱动动力由发发动机扭扭矩及相相关参数数确定）主片上表面面离地高高度板簧根部的的纵扭应应力应核算U型型螺栓位位置的根根部总弯弯曲应力力，它由由纵扭力力矩和转转移后弹弹簧负荷荷所产生生的应力力所合成成。假设设纵扭力力矩均匀匀地分摊摊到板簧簧前、后后端，按按共同曲曲率的方方法计算算根部平平均应力力为：（227）式中计计算长度度，取板板簧名义义长度减减去U形形螺栓跨跨距，即即板簧根部总总断面系系数纵扭扭应力一一般都很很高，但但发生的的次数不不多。许许用值取取材料的的屈服限限（约1125000的995%即即可（约约118875。卷耳应力利用上文求求到的纵纵向力或或或，还应应进一步步校核卷卷耳强度度。卷耳耳应力由由弯曲应应力和拉拉（压）应应力合成成，即：：（228）式中中