论变截面钢板弹簧在五菱汽车上的应用
为微型汽车设计后钢板弹簧悬架
为微型汽车设计后钢板弹簧悬架Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-A18GG】第二题：为 110 微型汽车设计后钢板弹簧悬架 一、确定钢板弹簧叶片断面尺寸、片数有关钢板弹簧的刚度、强度等，可按等截面简支梁的计算公式计算，但需引入挠度增大系数δ加以修正。
因此，可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯性矩0J 。
对于对称钢板弹簧30[()]/(48)J L ks c E δ=-式中，s 为U 形螺栓中心距()mm ；k 为考虑U 形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数（刚性夹紧：取0.5k =，挠性夹紧：取0k =）；c 为钢板弹簧垂直刚度(/)N mm ，/w c c F f =；δ为挠度增大系数（先确定与主片等长的重叠片数1n ，再估计一个总片数0n ，求得10/n n η=，然后用 1.5/[1.04(10.5)]δη=+初定δ）；E 为材料的弹性模量()MPa 。
取值计算：题目已知骑马螺栓中心距70s mm = 取刚性夹紧时的无效长度系数0.5k =题目已知满载时偏频(1.5~1.7)n Hz =，取 1.6n Hz =，根据公式5/n =2255()()97.661.6c f mm n ===；后钢板弹簧载荷02()/2(7350690)/23330w u F G G N =-=-=；故后钢板弹簧垂直刚度/3330/97.6634.1/w c c F f N mm ===确定与主片等长重叠片数11n =，估计总片数010n =（多片钢板弹簧一般片数在6~14片之间选取），则10/1/10n n η==，挠度增大系数1.51.5/[1.04(11/20)] 1.092δ=⨯+=取弹性模量522.110/E N mm =⨯题目已知钢板弹簧长度(1000~1100)L mm =，取1050L mm = 带入可求得：204859.15J N mm =⋅钢板弹簧总截面系数：[()]/(4[])w w W F L ks σ≥-式中，[]w σ为许用弯曲应力。
变截面薄板在汽车中的应用
Ｔ Ｂ 根 据 车 身 设 计 的 的概 念 优 化 设 计 一 些 原 来是 在 设 计 车 身 耐 必 须预 先 考 虑 ｗ 是 强度和刚度要求 采 用 激光 等 厚 度 的车 身 雩 部 件
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为不利 的影响 。再就 是Ｔ 的 除硬化 效应 ．从而 加大 了工艺 薄板 的具 体 变化 特征 来重新设 ＷＢ
Ｔ 与Ｔ Ｂ ＷＢ Ｒ 的比较
焊缝 从外观 上来 说 即使采 用任 复杂 程 度 。Ｔ Ｂ Ｉ 靠 柔 性轧 计车身覆盖件冲压模具 。 Ｒ ￣是 Ｊ
１） 重 效 果 ： ＷＢ Ｔ Ｂ 何 涂 装措 施 也 无 法彻 底 掩 盖 ． 制工艺 在不 同厚度 的板料 之 间 减 Ｔ 和 Ｒ
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维普资讯
变 截面 薄板 在汽 车 中 的应 用
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汽车变截面钢板弹簧的优化设计
′ Pmax = max{P 1, P 2} = m •
则制动时： σ t max =
G l + ϕCC • 2 2l
（17） （18）
Pmaxl m′G (l + ϕ CC ) = W0 4W0 Pmax l Fx m ′G (l + ϕC C ) m ' Gϕ + = + W0 bh1 4W0 bh1 L2 + ϕ h g L2
Ｐ１ ＦＸ
驱动时： σ t max =
（19）
式中：m/为轴荷再分配系数，制动时： m ′ = Ga 为汽车总载荷，N；hg 为汽车重心高度， mm；La 为轴距，mm；L2 为汽车后轴中心线 至重心的距离，mm；G 为轴荷，N；l 为钢 板弹簧的主片半长 l=l1，mm；Cc 为弹簧固定 点至路面的距离，mm； ϕ 为路面附着系数， 取 ϕ =0.8；W0 为弹簧的总截面系数：
设Hale Waihona Puke 技术汽车变截面钢板弹簧的优化设计
赵 云 郑财权
（福州大学机械工程学院） 摘 要：本文对各片不等长变截面钢板弹簧进行了研究，按质量最小为目标函数建立了钢板弹簧优化设计的数学模型，
并利用 Visual Basic6.0 高级语言采用复合形法开发了优化计算程序。通过实例设计计算表明，用该优化计算程序进行设 计，可使汽车钢板弹簧的质量比原设计减少 33.3~43.2%。 关键词：变截面钢板弹簧 优化 设计
C=
η
(1) BB
2ξ ，N/mm (1) P2 / P1 − η BA
（5）
式中：ξ为修正系数，由于梁弯曲理论是基于等截面梁建立的，用它计算变截面梁的变形，其结果是 近似的；另一方面，实际生产的弹簧其截面形状并不是理想的矩形。因此计算总成刚度时引入一个修 正系数ξ，经验取ξ＝ ０．９～０．９２；η ij(k) 为变形系数，mm/N，表示第 k 片由于 j 处单位作用力所产生 的 I 处的挠度；Pk 为片端力，N。 由梁弯曲理论，可推得变形系数 η ij(k)为：
长安之星的销售话术
民意的后地板是平的,长安之星是 凸的
(4)长安之星后排座椅与地板有锁扣锁定, 稳定性好,舒适度好 (5)民意牺牲了舒适性来增加空间,所以民意的功能性单一,长安之星考虑了使用 者的各种需求,所以长安之星更符合您的需要 (6)民意后车底盘是货车底盘,所以放弃了乘客的舒适性,长安之星的高端设计是 您用方便应用 (7)长安之星后部空间设计能够满足日常载人,载物需要,长安之星可以让您随心 使用 (1)两部车的额定载质量是差不多的,虽然民意可以超载但是舒适性降低了 (2)长安之星比民意要宽要高,空间比民意要大,载货也比较多,而且长安之星市都 市多功能车,用途比他更广 (3)在厂家认定的载质量上，长安之星系列车型的额定载质量为580KG，而五菱之 光系列车型的额定载质量为560KG，两个车的装载质量差不多，因此，民意是依 靠超载来提高载货能力，这样更降低了它的舒适性和使用寿命。
板金好，给人的感觉比较
坚固 (2)长安之星的外型设计是与其底盘设计同时进行的，也就是原创设计，感觉比较浑然一体，而 五菱之光是在原来的平头面包车上改过来的，感觉生硬（线条硬），正是这种生硬感让您感觉 他好象坚固。而实际上长安之星的原创设计更安全、牢固。 (1)五菱之光最便宜的车型是6373，四档变速的，您一定也知道，在不同的发动机转速下换到相 应的变速器档位上是最能节省汽油的，而且五档的车开起来也要平顺些，更利于加速度的提升。 因此，五菱之光的这种做法实际是牺牲了燃油经济性和驾驶乐趣。 (2)长安之星的外型设计是与其底盘设计同时进行的，也就是原创设计，整车与底盘更加匹配， 使用寿命更长，且采用日本技术的长安之星在使用经济性上和安全性上考虑得更多，因此虽然 五菱之光价格便宜 您现在可能是多花了点钱，但以后的使用成本会更低。 (3)您大概也听说了，五菱之光最近这段时间问题很多，比如，开空调时水温过高，发电机电量 不足，汽油泵不供油，等等，所以说一分钱一分货，我们虽然价格上高点，但质量不错啊，再 说，我们提倡亲情般的售后服务在微车中也是首屈一指的，让您买的放心，用的省心。 (4)五菱之光的前罩板在车外很容易就打开了，里面的零部件经常被盗，防盗性很差。
重型汽车少片变截面钢板弹簧新材料的研究与应用
重型汽车少片变截面钢板弹簧新材料的研究与应用高伟1王岩2（1.中国第一汽车集团公司技术中心；2.中国人民解放军驻第一汽车集团公司军事代表室）【摘要】针对重型汽车少片变截面钢板弹簧材料存在的问题，研制了少片簧用新材料５０ＣｒＭｎＶＡ钢。
介绍了５０ＣｒＭｎＶＡ钢的试制过程及其性能，并对其进行了组织结构与强韧化机理分析。
分析表明，该材料具有高强度、高塑性和优良的工艺性，可满足少片簧材料的各项性能要求。
台架试验表明，５０ＣｒＭｎＶＡ钢制少片簧的台架疲劳寿命是技术标准要求的数倍，最高达７０万次以上；道路试验表明，５０ＣｒＭｎＶＡ钢制少片簧可满足重型汽车使用要求。
主题词：重型汽车少片簧力学性能工艺性能应用试验中图分类号：Ｕ４６３．３３＋４文献标识码：Ａ文章编号：１０００－３７０３（２００８）０２－００５３－０３1前言重型汽车少片变截面钢板弹簧（简称少片簧）是先进的汽车钢板弹簧技术，其特点是可降低自重３０％以上，并且可靠性高，维护容易，因此在国外高档重型汽车甚至工程车中被大量采用。
２０世纪９０年代，我国开始研究重型汽车少片簧，但因其疲劳性能低而没有推广应用，主要原因是弹簧材料（如６０Ｓｉ２ＭｎＡ、５０ＣｒＶＡ、５５ＳｉＭｎＶＢ等弹簧钢）的综合技术性能较差，不能满足少片簧的高应力、高疲劳性、高可靠性及工艺性要求。
为解决重型汽车少片簧的材料问题，研制出了一种新型汽车钢板弹簧材料。
通过各项性能试验表明，该材料具有高强度、高塑韧性和优良的工艺性，满足了少片簧的材料要求。
应用结果表明，新材料少片簧具有高疲劳性能，完全满足装车要求。
2新材料的技术方案（合金设计）新材料应满足：低合金的复合合金化和微合金化；控制杂质含量；高强度和高塑性；满足少片簧工艺性要求；符合我国现有冶金技术条件与能力。
2.1化学成分新材料的主要化学成分设计见表１，其钢号（按我国钢号编制原则）为５０ＣｒＭｎＶＡ。
其中的碳、锰、铬、钒、硫等元素间存在交互作用和复合作用，这种作用可以有效发挥元素的优势而不损害材料的技术性能，并可极大地降低合金含量和材料成本。
高性能新型弹簧钢在汽车弹簧上的应用分析
高性能新型弹簧钢在汽车弹簧上的应用分析本文分析了汽车行业对高性能新型弹簧钢的市场需求，并对其性能进行分析以及试验应用，发现该型弹簧钢能挤入世界先进弹簧钢行列，为我国汽车行业的发展提供了助力。
标签：高性能新型弹簧钢；汽车弹簧；性能；需求；应用0 引言弹簧钢被普遍运用于汽车、机械等领域，是国民经济建设的重要钢种之一。
弹簧钢被用于弹簧制造或类似弹簧性能的零件制造。
随着我国汽车行业轻量化、国产化、国际化要求的提出，我国汽车制造企业对弹簧钢的要求相应提高，本文就此针对某高性能新型弹簧钢在汽车弹簧上的应用进行分析。
1 汽车行业高性能新型弹簧钢的市场需求1.1 汽车轻量化需求随着汽车不断变得轻量化，对弹簧钢的要求进一步提高。
而汽车轻量化是主要的节材与节能的手段。
同时随着汽车用钢材与非钢轻量化材料（铝、钛等）的竞争加大，高性能新型弹簧钢需要朝着轻量化高强度的方向发展，这是汽车轻量化提出的要求。
轿车用弹簧钢方面，在弹簧钢强度增加的基础上，才能实现弹簧设计应力的提高，相应的弹簧质量就会减轻。
德国雷特曼-杰克公司在这方面走在前列，计划设计制造应力强度达2000Mpa的钢丝，美、日等发达国家在这些方面也是卓有成效。
客车用板簧也有轻量化要求。
一是设计开发新型高性能弹簧钢，二是将多片等截面板簧替换成少片变截面板簧，我国越来越多的客车已经开始采用这种板簧，但依然有部分还是采用的多片等截面板簧，究其原因就在于少片变截面板簧一旦其中某一片断裂极易造成安全事故，客车生产厂家对国家在这方面的材料工艺等不够信任。
板簧使用最多的是载货汽车，使其轻量化有着重要意义。
在这方面日本走在了前面，我国与其约有20年的差距。
1.2 国产化需求2013年，日本方面的汽车、摩托车用弹簧占用了65%左右的弹簧钢生产总量。
以节能和经济性的角度来看，随着新能源的应用，汽车行业竞争加大，节能减排成为一直被视为重点，这就要求汽车要进行减重，而弹簧钢减重是汽车行业的主要发展基础，在这方面我国取得了一定的成就。
汽车钢板弹簧的应用及其发展趋势
１ 车用钢板弹簧概述车用钢板弹簧又称为叶片弹簧，它是汽车悬架中应用广泛的一种弹性元件。
它由若干片长度不等、曲率半径不同、厚度相等或不等的弹簧钢片叠合在一起，组成一根近似等强度的弹性梁。
钢板弹簧的断面形状除采用对称断面外，还有采用上下对称的特殊断面。
这样可改善弹簧的受力状况，不仅提高了其疲劳强度，还节约了金属材料。
钢板弹簧在载荷作用下变形，各片之间因相对滑动而产生摩擦，可使车架的振动衰减。
各片之间处于干摩擦，同时还要将车轮所受冲击力传递给车架，因此增大了各片的磨损。
所以在装合时，各片之间要涂上较稠的石墨润滑脂进行润滑，并应定期维护。
钢板弹簧本身还起导向装置的作用，可不必单设导向装置，使结构简化。
有些高级轿车的后悬架也采用钢板弹簧作弹性元件。
目前一些汽车上采用变厚度的单片或２～３片的钢板弹簧，可以减小片与片之间的干摩擦，同时减轻了重量。
２ 钢板弹簧的功能结构在采用传统弹簧的吸震式悬架设计上，弹簧起支持车身以及吸收不平路面和其他施力对轮胎所造成的冲击的作用，而这里所谓的其他施力包含加速、减速、制动、转弯等对弹簧造成的施力。
更重要的是在消除振动的过程中要保持轮胎与路面的持续接触，维持车辆的循迹性。
如果弹簧很软，则很容易出现“坐底”的情况，即将悬架的行程用尽。
假如在转弯时发生坐底情况，则可视为弹簧的弹力系数变成无限大（已无压缩的空间），车身会立即产生质量转移，使循迹性丧失。
如果这辆车有着很长的避振行程，那么或许可以避免“坐底”，但相对的车身也会变得很高，而很高的车身意味着很高的车身重心，车身重心的高低对操控表现有决定性的影响，所以，太软的弹簧会导致操控上的障碍。
如果路面的崎岖度较大，那就需要比较软的弹簧才能确保轮胎与路面接触，同时弹簧的行程也必须增加。
弹簧的硬度选择要由路面的崎岖程度来决定，越崎岖要越软的弹簧，但要多软则是个关键的问题，通常这需要经验的累积。
一般来说，软的弹簧可以提供较佳的舒适性以及行经较崎岖的路面时可保持比较好的循迹性；但是，在行经一般路面时，却会造成悬架系统较大的上下摆动，影响操控。
某皮卡车少片变截面钢板弹簧后悬架设计讲解
目录1方案论证 (1)1.1悬架结构形式分析 (3)1.1.1 非独立悬架和独立悬架 (3)1.1.2前悬架方案的选择 (4)1.1.3 比较选型 (4)1.2少片变截面钢板板簧结构分析 (5)1.2.1抛物线形叶片弹簧 (5)1.2.2梯形变厚断面弹簧 (8)1.3钢板弹簧的布置方案 (9)2悬架主要部件 (11)2.1钢板弹簧的形式 (11)2.1.1叶片断面形状 (11)2.1.2叶片端部形状 (12)2.2 板簧两端与车架的连接 (12)2.2.1连接的结构形式 (12)2.2.2板簧卷耳与衬套 (13)2.3减震器 (14)2.3.1减振器的作用 (14)2.3.2减振器的结构： (15)2.3.3 减振器工作原理： (15)2.3.4减震器的选择 (15)3 悬架的设计计算 (17)3.1弹性元件的计算 (17)3.2优化设计 (20)3.3变截面钢板弹簧校核 (25)3.3.1校核刚度 (25)3.3.2 弹簧的最大应力点及最大应力 (26)3.4 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径 (27)3.5 钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定 (28)3.6钢板弹簧总成弧高的核算 (29)3.7钢板弹簧强度验算 (29)3.7.1驱动时计算应力 (29)3.7.2.汽车通过不平路面时钢板弹簧的强度 (30)3.8钢板弹簧卷耳和弹簧销的强度核算 (30)3.8.1卷耳应力的验算 (30)3.8.2钢板弹簧销的验算 (31)3.8.3 U形螺栓强度验算 (32)3.9减振器性能参数的选择 (33)3.9.1 相对阻尼系数ψ (33)3.9.2 减振器阻尼系数 的确定 (34)F的确定 (35)3.9.3 最大卸荷力3.9.4计算结果以及减震器的选择 (35)4 CATIA实体建模 (37)4.1CATIA简介 (37)4.2实体建模 (38)4.2.1钢板弹簧的绘制 (38)4.2.2盖板的实体图 (39)4.3主要零件实体图 (39)4.4装配 (42)5 结束语 ................................................................................................ 错误!未定义书签。
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新工艺・新材料收稿日期:2000-03-09论变截面钢板弹簧在五菱汽车上的应用赵列平(柳州微型汽车厂,广西 柳州 545007)摘要:从理论上和实际应用上就变截面钢板弹簧在五菱汽车上的应用做了论述。
关键词:变截面钢板弹簧;应用;汽车中图分类号:U 463133+411 文献标识码:B 文章编号:1004-2148(2000)03-0047-04 近年来,许多国家从节能角度出发,力求使车辆轻量化。
汽车钢板弹簧是实现汽车轻量化的一个不可忽视的部件。
为减轻汽车钢板弹簧重量,改善汽车的行驶平顺性,国外许多汽车越来越多的开始采用由几片(甚至一片)纵向变截面弹簧组成的钢板弹簧。
这种弹簧不仅在小客车上而且在载重汽车上使用得也比较多。
目前,欧洲约有50%的大、中型载重汽车安装了变截面钢板弹簧,在美国,汽车钢板弹簧的产量约有30%是变截面钢板弹簧。
可见,变截面钢板弹簧在欧美等国家应用得已经比较普遍。
我国在变截面钢板弹簧上的研究和应用比欧美等国家要落后许多,近年来开始做过一些工作。
五菱汽车在这方面做了一些有益的尝试,并取得了令人满意的结果。
下面从理论上和实际应用上简略论述和总结变截面钢板弹簧的五菱汽车上的应用。
五菱L Z 111、L Z 111X 系列微型汽车前身是引进日本三菱公司80年代初的产品。
经过80年代末期的几年消化吸收及试制,90年代初开始批量生产。
刚批量生产的五菱L Z 111、L Z 111X 系列微型汽车几乎是三菱汽车的翻版,没有经过做外形或内部结构的改动。
刚开始,五菱汽车以它优美的外形、实用的性能和合理价格倾倒了大量用户,五菱汽车行情一路看好。
但随着时间的推移和用户品味的提高,用户对五菱汽车越来越不满意了。
其中突出的一点是L Z 111X 系列车(五菱高顶蓬)行驶平顺性和舒适性差,行驶噪音大,特别是坐在汽车后部。
用户是上帝。
针对上述质量信息,我们立即调查分析造成汽车行驶平顺性和舒适性差、行驶噪音大的各种可能原因。
经过大量的调查、试验分析,最后确定汽车后部的钢板弹簧是造成汽车行驶平顺性和舒适性差、行驶噪音大的主要因素。
主要矛盾找到了,如何解决这个矛盾是关键所在。
为此,从以下几个方面对钢板弹簧进行了分析研究:1 从设计方法及其形状结构分析 该钢板弹簧(以下简称板簧)形状结构如图1所示:图1 板簧叶片等厚,板簧各片除主片外,端部形状为矩形,它采用传统保守的锯齿形梁设计方法。
该设计方法较粗糙,其原理为将多片板簧的叶片按等效的原则展开成为等厚的单片梁,各片端部保持矩形形状,就形成了一根边缘为锯齿形的梁。
该板簧各片等效展开后就形成如图2所示的锯齿形单片梁。
此梁设计方法简单,形状结构简单,但注意到这种梁的断面惯性矩沿片长有突变,不能用一个连续的函数来表示。
因此,它的应力分布不均匀,易形成应力集中。
虽然这种板簧制造简单,但叶片端部形状为矩形,所以,片间压力较集中,使叶片间摩擦和磨损严重。
因叶片间摩擦为干摩擦,所以会产生较大的摩擦噪音。
同时,应力分布也较不均匀,74增加了自重。
图2 单片锯齿形梁2 从材料力学的角度对板簧进行满载静应力分析 满载静应力是衡量板簧性能的一个非常重要的指标。
该板簧的满载静应力应由以下公式算得: 主簧静应力Ρm =l m W m ×P 2+P 1Υ1+Υ 副簧静应力Ρa =l m W a ×Υ(P 2-P 1)1+Υ式中 l m 为板簧有效工作长度之半 l m =451mm W m 为主簧断面系数 W m =1080mm 3 W a 为副簧断面系数 W a =1000mm 3 P 1为副簧参加工作时的负荷之半 P 1=700N P 2为板簧满载负荷之半 P 2=1800N Υ为主簧惯性矩与副簧惯性矩之比Υ=11543 最后算得:主簧应力Ρm =47219N mm2 副簧静应力:Ρa =30111N mm2 按板簧行业推荐表面经喷丸处理后,满载静应力值Ρ静≤550N mm 2,由此看出,该板簧的满载静应力低于推荐值,设计应力有富余。
从材料力学的角度看,设计应力若提高10%,则可以节省材料20%左右。
从以上数据可知,该板簧的满载静应力值比推荐值低14%,留有提高设计应力的余地。
由于材料和工艺条件的不断完善,完全能做到这一点,这样就为板簧轻量化展现了广阔的前景。
3 从汽车行驶平顺性角度分析 板簧是悬架系统中一个非常重要的部件,它对汽车行驶平顺性有着举足轻重的影响。
从汽车理论中可知,汽车行驶平顺性的评价方法,通常是根据人体对振动的生理反应及对保持货物完整性的影响来制定的。
但当前悬架设计中仍以车身振动的固有频率作为评价平顺性的重要指标。
汽车虽然是一个多质量的、复杂的振动系统,但可利用限制振动质量的部分位移法,将其简化成为一个单自由度的振动系统,最后导出车身振动的固有频率(也称偏频)公式:n =12Πg cGH z式中 Π为圆周率 g 为重力加速度 G 为簧载质量 c 为悬架系统的刚度 对于以板簧为弹性元件的非独立悬架系统来说,悬架系统的刚度就是板簧的刚度。
评价悬架系统对行驶平顺性影响是以悬架系统在静负荷时,车身振动的固有频率(也称悬架偏频)为指标,因此,板簧在静负荷时的刚度,就决定了悬架偏频的大小。
该板簧的刚度可由下列计算公式求得:1c =2c m -l m 3-Κ33E I m +l m 3+Κ33E (Ia +I m )式中 c m :为板簧主簧刚度 l m :为主簧长度之半 Κ:为主簧长度与副簧长度之差之半 E :材料弹性模量 I m :主簧惯性矩 Ia :副簧惯性矩 最后算得:C =75N mm 将C 值代入公式:n =12Πg c G =12Π981×7615×9183600=2128H z 汽车行业推荐后悬架偏频值n =117～2117H z ,由此可见,计算值比推荐值大。
在悬架簧载质量G 值由整体布置选定后,钢板弹簧刚度C 值越大,n 值就越大。
由此可分析得知,该板簧的刚度值设计得太大,换句话说就是板簧太硬。
板簧太硬,汽车行驶起来振动厉害,乘客坐在车里当然就不舒服了。
从以上三个方面分析可知原板簧设计存在许多不足之处。
这些不足之处的存在有其历史背景:五菱汽车是模仿日本三菱汽车制造的,板簧也是完全照搬。
五菱汽车引进三菱汽车的车型基本上是70年代末80年代初的车型,因此以90年末的眼光来看,其板簧从设计和制造上存在不足之处是难免的。
随着科学技术的进步,原板簧不足之处完全可以解决。
为了适应市场的发展,对五菱汽车原板簧进行更新设计势在必行。
为此,我们决定以L Z 111X 系列汽车的板簧为试点,对原板簧重新设计,并为更新设计84定下以下设计原则:在不改变板簧在整车上的安装尺寸情况下,尽量使板簧轻量化,同时满足板簧有足够的使用寿命,减少板簧行驶噪音,提高汽车行驶平顺性。
针对原板簧的不足之处,同样从下面三个方面对原板簧进行更新设计: 1)设计方法及其结构。
无论板簧以什么形式装在汽车上,它都是以梁的方式在工作。
理想的梁应该是一根等应力梁,这样才能获得材料的最佳利用。
对于板簧来说,无论单片或多片,设计者都应该努力将它设计成等应力或尽量使应力分布均匀。
就单片梁而言,当只有端部承受集中载荷时,有两种轮廓结构可以满足等应力梁的要求。
对于等厚度者,宽度应成为三角形;对于等宽度者,厚度为抛物线形状,见图3所示。
h 为厚度,b 为宽度图3 当然从理论上讲,只要断面系数沿片长方向与弯矩成比例变化,都可以成为等应力梁。
然而在汽车上极少采用同时变厚又变宽的弹簧。
对于五菱汽车而言,板簧只能是等宽的,也就是说弹簧轮廓应是抛物线形状。
上述轮廓线仅只是对弯曲应力而言的,实际上由于端部剪切强度的要求以及卷耳的存在,纯抛物线形状弹簧是不能使用的,抛物线轮廓只能是抛物线端部接上一段等厚度的梁,如图4所示。
图4 抛物线加等厚矩形梁 考虑到抛物线形叶片弹簧的轧制和检验都存在许多不便之处,实际应用中往往采用梯形变厚断面代替抛物线变化的梁。
此外,根部也应设计成平直的,便于与板簧支承座贴合。
所以,在实际应用上,抛物线形的梁最后演变为一根由三段直线组成的变断面梯形梁。
如图5所示:图5 三段直线组成的变断面梯形梁因此,它只能是近似的等应力梁。
在具体设计轮廓尺寸参数时,应尽量使应力分布均匀,也就是尽量接近等应力梁以获得最佳的材料利用率。
设计的新钢板弹簧(以下简称新板簧)就采用上述设计方法进行设计。
考虑到具体情况,定下新板簧的基本结构:新板簧由三片叶片组成,第一、二片组成新板簧的主簧,第三片为副簧。
其中第一片为等截面叶片,第二、三片为梯形叶片。
其结构如简图6所示:图6 为什么不用单片簧而用三片簧?首先,从行车安全性出发,板簧是保安件,如果单片簧突然断裂,可能会车毁人亡。
用多片簧如果设计合理,可以避免上述情况。
其次,汽车有行驶平顺性要求,要求空载、满载时行驶平顺性基本相同,单片簧不能满足这些要求。
新板簧主簧由第一、二片组成。
第一片沿用旧板簧的第一片为等厚断面叶片,这主要是考虑到不能改变板簧在车上的安装尺寸,另外还考虑到各种车型板簧第一片的通用性。
第二片用梯形叶片,为变厚断面叶片。
两片叶片组合成复合弹簧,如图7所示:图7 由于弹簧在载荷P 作用下,弹簧端部变形相94同,所以把梁1和梁2可看成是两个并联弹簧组成的复合弹簧。
复合弹簧的刚度C 合=C 1+C 2。
因此,复合弹簧可以等效为单根的梯形断面梁。
新板簧的第三片为副簧,它为梯形断面梁,结构如图8所示:图8 新板簧由三片叶片组成,它比旧板簧少一片,第二片工作长度与第一片相同,因此它的叶片间摩擦源比旧板簧要少,此外,新板簧的断面系数沿片长没有突变且应力分布较均匀,因此,它应力集中小。
所以新板簧的结构能有效降低行车噪音。
2)满载静应力 旧板簧的满载静应力Ρ静=47219N mm 2,可以将设计应力提高到540N mm 2,即提高设计应约14%。
这样预计可以节省约30%的材料。
根据此设计指导思想,合理地选择各叶片尺寸参数,使应力分布尽量均匀,以获得最佳的材料利用率。
经过反复计算及试验,确定三片叶片的具体结构尺寸参数,如图9所示。
新板簧试制成功后,其重量为9kg ,而旧板簧重量为1215kg 。
可以算出,新板簧比旧板簧节省原材料28%,效果相当显著。
3)行驶平顺性 根据上述三片叶片的结构尺寸参数以及有关条件,可以根据有关公式计算出,新板簧在静负荷下的复合刚度:c =6212kg c m =61N m m 由公式n =12Πg cG=可算出在静载荷为3600N下,后悬架的偏频n =12Π981×6212×9183600=2105Hz ,它在汽车行业推荐后悬架偏频n =117～2117的范围内。