少片钢板弹簧在重型汽车后悬架的运用

少片钢板弹簧在重型汽车后悬架的运用
徐垒;贾大权;邱帅迪
【摘要】近年来随着新材料性能的发展,少片板簧被广泛运用于重型卡车的悬架系统.但因其结构特征,少片板簧在重型汽车上的使用也存在一定的局限性.从板簧动刚度、悬架的平顺性、恶劣路况下板簧在冲击载荷下应力等方面,通过少片板簧、多片板簧的对比,对少片板簧在重型汽车后悬架的适用性作了具体分析.
【期刊名称】《汽车实用技术》
【年(卷),期】2017(000)022
【总页数】2页(P103-104)
【关键词】钢板板簧;重型汽车;后悬架;适用性
【作者】徐垒;贾大权;邱帅迪
【作者单位】安徽江淮汽车集团股份有限公司海外汽车研究所,安徽合肥 230022;安徽江淮汽车集团股份有限公司海外汽车研究所,安徽合肥 230022;安徽江淮汽车集团股份有限公司海外汽车研究所,安徽合肥 230022
【正文语种】中文
【中图分类】U463.4
少片钢板弹簧，也叫少片板簧。

其与多片钢板弹簧相比，具有噪声低、重量轻、使车辆具有良好的平顺性等优点，但因其结构特征，在恶劣路况下无法产生动刚度，少片板簧会受到更大的应力，从而容易发生疲劳断裂。

本文以某实际车型为例，通过对比其匹配的少片板簧和多片板簧的刚度、应力及悬
架偏频进行比较，具体说明少片板簧为在重型汽车上的适用性。

板簧的刚度分为静刚度和动刚度。

我们平时说的板簧刚度一般是指其静刚度，用字母C表示。

当板簧处于运动状态下，各片之间产生摩擦力会使板簧刚度增大，此
运动状态下的刚度即为动刚度，用字母Cd表示。

两者之间的关系为：
式中：W：单侧簧上载荷，单位kg；
n：板簧片数；
μ：板簧的等效摩擦系数；
δ：板簧的振幅。

通过以上分析可知，少片板簧因各片板簧之间存在间隙，仅存在静刚度。

多片板簧各片板簧之间无间隙，根据运动状态不同，分为静刚度和动刚度。

某车型后悬架单侧簧上质量 11500kg，要求同时匹配少片板簧、多片板簧两种状态。

当车辆行驶在恶劣路况上时，需要考察车辆的动刚度。

取等效摩擦系数μ=0.03，板簧的振幅δ=5mm，再根据式（1）可计算出多片板簧的动刚度。

而少片板簧因各片间存在间隙，不会产生摩擦力，其动刚度大小与静刚度相等。

初步匹配的两种板簧的参数如表1所示：
车辆在良好路面上行驶，板簧抖动量小，按照静刚度、静态应力对其进行考察即可。

车辆在恶劣路面上行驶时，因板簧频繁抖动，需要考察其动刚度和2.5g瞬时冲击载荷下的应力。

当单侧簧上载荷为11500kg时，计算结果如表2所示：
通过表2可以看出，相同载荷下少片板簧和多片板簧在静止状态下的应力大小相近，但在2.5g的瞬时冲击载荷下，少片板簧的应力远大于多片板簧。

尽管近年来板簧材料的性能有了较大的进步，但其仍然难以长期承受1215MPa的高应力。

为保证少片板簧的承载性能（2.5g冲击载荷下的板簧应力小于
900Mpa），需增加静刚度，从而降低应力。

以下从增加少片板簧片数和片厚两个
方面分别考虑。

将板簧片数从四片增加到六片，板簧的静刚度、应力计算结果如表3所示：
将少片板簧中间平直段厚度从35mm增加到40mm，板簧片数不变，板簧的静刚度、应力计算结果如表4所示：
悬架系统除了考虑板簧的承载性能，还必须具有良好的平顺性，用悬架振动的偏频（亦称固有频率）进行评价，其计算公式为：
式中：f：偏频，单位，Hz；
K：板簧的静刚度，单位，N/mm；
根据公式（2）计算出以上两种静刚度增加后的少片板簧的悬架偏频，并与原四片板簧、多片板簧对比。

如表5所示：
少片板簧刚度增加后，能够满足后悬架承载系能的要求，但悬架系统的偏频显著增大，汽车的平顺性变差。

且增加板簧的片厚会增加其生产工艺难度，极易造成金相组织不合格。

因此，该两种增加少片板簧刚度的方案不具有可行性。

本人通过对少片板簧与多片板簧的动刚度、静态应力、动态应力以及悬架系统偏频的对比分析，得出以下结论：
1）现阶段板簧材料无法满足少片板簧高应力、高疲劳性能及工艺性要求，造成少片板簧不适用于路况恶劣的重型汽车后悬架；
2）对于重型汽车后悬架，少片板簧仅适用于路面良好的使用环境；
3）为减小少片板簧受到的冲击载荷，延长其使用寿命，匹配少片板簧的后悬架尽量同时匹配减振器。

【相关文献】
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