双后桥平衡悬架骑马螺栓的布置分析

贾正伟

（东风神宇车辆有限公司，湖北 十堰 442000）

双后桥平衡悬架骑马螺栓的布置分析

贾正伟

（东风神宇车辆有限公司，湖北 十堰 442000）

分析了双后桥车型底盘平衡悬架板簧连接骑马螺栓竖直布置与内八斜拉布置2种布置形式对平衡悬架系统的性能的影响，并通过CAE软件完成了相应骑马螺栓的受力及变形分析。通过分析可知，骑马螺栓内八字斜拉布置应力分布优于竖直布置结构，该布置可增加板簧的有效作用长度。

双后桥车型；平衡悬架；骑马螺栓

1 布置形式对板簧性能的影响

当前重型卡车大多采用多桥底盘，三桥以上的底盘基本都采用双联驱动后桥，双联后桥与钢板弹簧相连，车架与平衡悬架安装在一起。钢板弹簧与平衡悬架通过骑马螺栓连接在一起，如图1所示。骑马螺栓连接车轴与板簧，工作环境恶劣，且布置形式严重影响板簧性能。如何合理的布置骑马螺栓，减少骑马螺栓的受力，提高平衡悬架系统的可靠性，是亟需研究的课题。［1］

2个骑马螺栓之间的距离有一段无效作用区域，无效作用长度系数一般取0．5。从图1中可以看到骑马螺栓内八字斜拉布置形式的距离B小于竖直布置的距离A，骑马螺栓内八字斜拉布置形式比竖直布置形式的钢板弹簧的非作用区域小，即钢板弹簧的作用长度长。

图1 骑马螺栓布置形式

作为连接车桥和车架的主要传力元件，骑马螺栓的受力与可靠性直接影响着悬架与整车的可靠性。笔者对2种骑马螺栓布置形式的钢板弹簧的刚度和骑马螺栓的应力进行有限元分析比较，为进一步设计提供依据。

2 板簧刚度有限元分析比较

2．1 几何模型

分析对象为某型12片等厚度对称钢板弹簧，通过骑马螺栓竖直、内八字斜拉2种布置形式与平衡悬架连接。如图2所示。

图2 骑马螺栓连接钢板弹簧几何模型示意图

表1 钢板弹簧装配后各叶片尺寸mm

表1给出了钢板弹簧装配后的几何尺寸。装配后的总成弧高为100mm。

2．2 有限元模型及载荷边界条件

由于板簧的对称性，只取其1/4进行分析，采用8节点6面体单元划分网格，划分好的有限元模型如图3所示。在钢板弹簧悬臂端施加254 kN的集中载荷。板簧各叶片之间的接触采用slide line线—线接触单元模拟，为清楚起见，各叶片之间的接触单元没有画出。

图3 钢板弹簧1/4模型

2．3 钢板弹簧刚度求解及处理

把整个载荷分步施加到模型中去，采用Nastran的非线性求解器sol 106进行求解，根据各载荷步的垂直载荷及垂直位移即可得到钢板弹簧的载荷—位移曲线（图4），进而可以得到板簧的刚度。

由曲线数据进行线性拟合可得到：骑马螺栓竖直布置时钢板弹簧的刚度为2．5089 kN·mm－1，骑马螺栓内八字斜拉布置时钢板弹簧的刚度为2．2316 kN·mm－1。

2．4 钢板弹簧叶片之间的摩擦

实际板簧中各个叶片之间的摩擦因数与其使用条件、接触面之间的状态等均有关系，其准确值很难得到。对于不同的钢板弹簧，其叶片之间的摩擦因数由试验确定。本文中分析同一种钢板弹簧在2种骑马螺栓布置形式下钢板弹簧刚度和骑马螺栓应力变化，动摩擦因数取0．3，其它此处不再详述。

图4 钢板板簧的载荷—位移曲线

3 有限元边界条件［4］

约束模型底面中央所有节点的x，y，z向的自由度，在板簧中间处施加固定约束，在中心螺栓和第6片端部分别施加对称约束，骑马螺栓材质为42 CrMo，屈服应力为930MPa，预紧力860N·m，在板簧悬臂端施加254kN的集中载荷。骑马螺栓竖直布置有预紧力，钢板弹簧无承重、承重时骑马螺栓的应力分布区域和应力值，如图3a所示。骑马螺栓内八字斜拉布置有预紧力，钢板弹簧无承重、承重时骑马螺栓的应力分布区域和应力值，如图3b所示。

1）骑马螺栓竖直布置时钢板弹簧在有、无承重时应力比较（1/4模型）

图5a是骑马螺栓竖直布置有预紧力、板簧悬臂端没有施加载荷（无承重）时，骑马螺栓最大应力为495MPa，小于骑马螺栓屈服应力。图5b是骑马螺栓竖直布置有预紧力、板簧悬臂端施加254kN集中载荷（承重）时，骑马螺栓最大应力为928MPa，达到骑马螺栓屈服应力。

2）骑马螺栓内八字布置时钢板弹簧有无、承重时应力比较（1/4模型）

图6a是骑马螺栓内八字斜拉布置有预紧力、板簧悬臂端没有施加载荷（无承重）时，骑马螺栓最大应力为520MPa，小于骑马螺栓屈服应力。图6b是骑马螺栓内八字斜拉布置有预紧力、板簧悬臂端施加254kN的集中载荷（承重）时，骑马螺栓最大应力为690MPa，小于骑马螺栓屈服应力。

图5 螺栓竖直布置应力分布

图6 螺栓斜拉布置应力分布

4 分析结论对比

采用有限元法分析了骑马螺栓竖直布置、内八字斜拉布置2种形式下同一种钢板弹簧的刚度特性和骑马螺栓的应力变化，得出结论：在相同加载情况下，骑马螺栓内八字布置形式比骑马螺栓竖直布置形式钢板弹簧的刚度小，骑马螺栓应力变化小；当车辆在恶劣路况行驶，车辆不断颠簸时，骑马螺栓内八字斜拉布置形式钢板弹簧可以大大吸收振动，减少骑马螺栓受到的冲击，骑马螺栓抗拉压强，承重能力有明显优势，安全系数高，不易断裂。

［1］孟小斌．钢板弹簧的设计计算及其试验研究 ［D］．镇江：江苏理工大学，1996．

［2］邬惠乐，邱强．汽车拖拉机试验学［M］．北京：机械工业出版社，1992．

［3］王望予．汽车设计［M］．4版．北京：机械工业出版社，2011．

［4］王金龙，王清明，王伟章．ANSYS12．0有限元分析与范例解析［M］．北京：机械工业出版社，2010：1－45．

［5］郑银环．汽车钢板弹簧计算模型研究［D］．武汉：武汉理工大学，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

贾正伟（1971－），男，湖北十堰人，工程师，主要从事工程车辆悬架系统的设计和开发研究。

10.3969/j.issn.1008-5483.2014.01.0010