钢板弹簧

4.2 后桥钢板弹簧的设计计算

一般载货汽车的后悬架。 由于空、满载时负荷相差很大， 希望采用非线性

特性的弹性元件，以获得较好的等频性。通常采用由主、副簧并联组合的两级刚度复式钢板弹簧，其弹性特性多为一折线。设计这种弹簧时， 既要考虑满足平顺性的要求，即使悬架从空载到满载的各种载荷的状态下， 固有频率变化尽量小 ，又要考虑到使主、副簧分别满足静强度和疲劳寿命的要求。

4.2.1 按平顺性要求选择主副簧刚度【15】

设主、副簧的弹性特性都是线性的,刚度分别为C1、C2副簧与支架开始接

触 时 主 簧的静挠度为k f 。

汽车空载时仅主簧工作，这时固有频率为：

10

0300

C P N = （4-20）

式中 P 0——空载时后悬架负荷。

汽车满载时主副簧都参加工作，这时固有频率为

21300

C C P N m

m += （4—21）

式中 P m ——满载时主、副簧总负荷,P m =P 1+P 2（P 1、P 2分别为满载时主、副簧的负荷。）；

当副簧刚刚接触支架时，如果用线性方法来计算悬架的固有频率，其值会产

生突变。复合前、后的频率值N 1、N 2为

11300

C P N k = （4——22）

212300

C C P N k

+= （4——23）

式中k P ——副簧接触支架时的负荷，1C f P k k =。

平顺性方面要求的固有频率变化小包含两方面要求，一是在整个负荷变化范

围内频率的变化应最小，二是在副簧接触支架前、后的频率突变不要太大。而这两方面要求是互相矛盾的，从前者考虑，导出了所谓的比例中项法（亦称两点等频率法），从后者考虑,导出了所谓的平均负荷法（亦称一点等频率法）。

采用比例中项法。用这种方法确定1C 、2C 及k f 值，可使空、满载时的固有

频率差值较小，但副簧接触支架前、后的频率突变较大。对于运输部门使用的载货汽车，因其半载运输状态较少，采用这种方法计算较合适，并能获得较好的空车平顺性。

112-=λC C （4—24）

m k P P P 0=

（4—25） 10

C P P f m k = （4—26）

λ——汽车满空载时板簧负荷比。

0P P m =λ （4—27）

解得：

84.1=λ；

84.011

2

=-=λC C ；

按平顺性要求期望满载频率取Nm=120次/分=2

Hz

cm kgf N P C C m m /20.5873002

21=⎪⎭⎫

⎝⎛=+

根据和、比关系求得主副簧的理想刚度为：

cm kgf C /13.3191= cm kgf C /07.2682=；

cm C P P

f m k 24.61

==；

kgf P k 99.990=；

120=m N 次/分；

95.16240==m N N λ 次/分；

11.120300

1

1==C P N k

次/分；

93.16207

.26813.31988.1990300

2=+=N 次/分；

可见，1N N m ≈；20N N ≈；

36.11

0012

=≈≈N N N N N N m

4.2.2 按应力规范的要求修正设计参数

在设计中往往难以完全符合上述的设定。原因是副簧比主簧短很多，又不宜

采用片薄、片数多的板簧，故其刚度和比应力往往偏大，结果副簧的静应力和极限应力都过大。因此，须略加修正，以保证主、副簧的强度和疲劳寿命满足要求。

通常按上述某一种方法设定主、副簧的刚度期望值，进而选择规格尺寸后，就可以计算真正的刚度C 1、C 2及比应力1σ、2σ。在这一过程中，应尽量使刚度的实际值接近期望值，还份应使比应力值符合推荐的许用值——主簧

cm cm kgf 550450][21）（-=σ；副簧cm kgf 850750][22）（-=σ。

选择钢板弹簧长度时应考虑到在整车上布置的方便性，因此要与总布置共同

协商确定。一般情况下，轿车后簧长度为轴矩的40％—55％，载货汽车前后簧长度分别为轴距的26％—35％和35％—45％。

故后主簧长度范围：L=1176—1176 mm 取L=1500 mm

试取：

主簧：长×宽×高——总片数（主片数）1500×85×12——12﹙3﹚

挠度系数：28.1=δ

板簧刚度: cm kgf C /19.336=

比应力:

mm MPa /15.5=σ∈[4.5 5.5 ] 副簧：长×宽×高——总片数（主片数） 1100×85×10——7（2）

挠度系数：35.1=δ；

板簧刚度: cm kgf C /86.272=；

比应力:

cm MPa /57.7=σ∈[7.5 8.5 ]。 为使主、副簧都能满足静强度的要求,即在达到极限动行程时主、副簧的极限应力max 1σ与m ax 2σ相差不大，应取

95.0max 2max 1==σσγ~1.05 （4—28）

对于行驶在公路上的载货汽车,一般取系数d=2.5～3.5路面条件差的取上限。计算时要加进橡胶垫压缩量,即按可能达到的动行程计算。

主簧比应力在许用值范围之内，副簧的稍低于许用值下限，取γ=1。极限运动行程系数取d=3.3；则极限运动行程为

1.821=+=C C P d f m d cm （4—29）

橡胶缓冲块高度为4 cm ，压缩量为1/2，极限运动行程的计算值应取

d f =8.1+2=10.1 cm

这样，当副簧接触支架时的主簧静挠度k f 应按下式进行修正

()[]21211C C C C f P f d m k +++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=β

γβγ （4—30） 式中 β——主、副簧比应力之比，2

1σσβ=； d f ——极限运功行程；