崔梦谦
天津科斯特汽车技术有限责任公司 天津市 301709
钢板弹簧结构简单,制造、维修方便,同时能够起到导向和传递侧向力、纵向力和力矩的作用。此车型由于后轴载荷质量的增加,需重新调整后轴钢板弹簧的参数以达到车辆姿态基本不变的目的。本文总结了钢板弹簧改制需要校核的主要参数的计算过程。
钢板弹簧改制要求:
(1)电动车与原汽油车比较,满载情况车辆姿态基本不变或变化不大;(2)板簧长度、宽度不变;(3)增加板簧片数。
(1)长/宽/高(mm):5340×1710×2240;(2)轴距(mm):2890;(3)最小离地间距(mm):160;(4)整备质量(kg):2030;(5)满载质量(kg):3030;(6)空载轴荷分配(前/后kg):982/1048;(7)满载轴荷分配(前/后kg):1482/1548。
表1
(1)汽油车的板簧共5片,电动车板簧在第3片下方增加一片,板簧共6片;(2)板簧参数;(3)板簧的刚度验算。
一般用共同曲率法进行计算,用共同曲率法计算刚度的前提是,假定同一截面上各片曲率变化值相同,各片所承受的弯矩正比于其惯性矩,同时该截面上各片的弯矩和等于外力所引起的弯矩。
验算钢板弹簧实际刚度公式为:
α为经验修正系数,α=(0.90~0.94);
E为材料弹性模量 取2.06x105N/mm2;
l1、lk+1为主片和第k+1片的一半长度。
叶片的惯性矩计算公式为:
空载状态刚度验算(计算板簧的上4片簧)
为计算方便,在进行设计时,通常采用列表法计算。刚度公式中部分计算见下表2:
表2
选择修正系数a=0.92,将数据代入刚度公式,得后板簧实际总成刚度。
(1)板簧参数,见表3
(2)空载状态刚度验算(计算板簧的上3片簧),见表4
(1)载荷数据,见表5:
(2)渐变刚度钢板弹簧计算。
渐变刚度钢板弹簧计算与一般线性钢板弹簧不同之处,是要计算副簧与主簧从开始接触到全部接触完毕时的变形值。当副簧未和主簧接触时,以及与主簧完全接触以后,这两种状态下的计算和一般线性钢板弹簧是一样的。
表3
表4
表5
为计算方便起见,对公式中的符号作如下规定。
b—主、副弹簧宽度,mm;
hm,ha——主、副弹簧厚度,mm;
lm,la——主、副弹簧伸直长度之半,mm;i—副簧与主簧长度之比,
nm,na—主、副弹簧片数;
nm′,na′—主、副弹簧主片数(等长片数);
φ—副簧与主簧总惯性矩之比,
Km—主弹簧刚度,N/mm;
2P—作用在弹簧上的载荷;
2P1—副簧与主簧开始接触时的载荷,N;
2P2—副簧与主簧接触完毕时的载荷,N。
副簧与主簧接触过程中的载荷计算:
假设主、副弹簧在自由状态下的曲率半径分别为Rm,Ra,当主簧曲率半径由Rm变化到 Ra时,即副簧与主簧开始接触,此时作用在弹簧端部的载荷P1为:
本车:
Rm=1400mm;Ra=22300mm;Im(汽油车)=7680 mm4;
I m(电动车)=1 0 2 4 0 m m 4 ;lm=555mm;
E取2.06x105N/mm2
经计算得:
P1(电动车)=2544.4(N)
P1(汽油车)=1908.3(N)
当副簧与主簧完全接触时,作用在弹簧端部的载荷P2为:
本车:
La=377.5mm
经计算,得:
P2(电动车)=7955.8(N)
P2(汽油车)=5966.8(N)
副簧与主簧开始接触时的载荷2P1(电动车)=5088.8(N)
副簧与主簧开始接触时的载荷2P1 (汽油车)=3816.6(N)
副簧与主簧接触完毕时的载荷2P2(电动车)=15911.6(N)
副簧与主簧接触完毕时的载荷2P2 (汽油车)=11933.6(N)
满载情况下:
作用在弹簧上的载荷2P(电动车)=1370*9.8/2=6713(N)
作用在弹簧上的载荷2P(汽油车)=1292*9.8/2=6330.8(N)
经比较,得:
2P1(电动车)<2P(电动车)<2P(电动车)
2P1 (汽油车)<2P(汽油车)<2P2(汽油车)
满载情况下,电动车、汽油车主、副弹簧已接触,但未完全接触。
当副簧与主簧在任意位置 处(lm-la≤≤lm)接触时,作用在弹簧端部载荷P为:
经计算,得:
λ(电动车)=420.7(mm);
λ(汽油车)=334.5(mm);
当载荷从零开始增大到任意载荷P(0≤P≤P2)时,弹簧变形f0为:
式中a为副簧与主簧的接触长度系数,当=0时,表示副簧与主簧开始接触,当a=1时,表示副簧与主簧完全接触,即λ=lm-ala(0≤a≤1)
经计算,得:
a(电动车)=0.36;
a(汽油车)=0.58;k(电动车)=0.00903;k(汽油车)=0.075;带入公式,计算,得:f0(电动车)=110.5;f0(汽油车)=123.1
经电动车与汽油车后轴钢板弹簧主要参数的计算对比,钢板弹簧由5片改为6片,符合改制要求。