基于基礎知識進行的鋼板彈簧式懸架運動校核

艾 磊

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

生產制造

基于基礎知識進行的鋼板彈簧式懸架運動校核

艾 磊

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

運用CATIA三維數字模型 “DMU Kinematics” 模塊、UG建模模塊、汽車構造基礎知識，分別對非對稱變截面鋼板彈簧、對稱式鋼板彈簧進行運動數字模擬及模型理論計算分析，獲得懸架運動模型、運動原理，驗證傳動軸運動滑移曲線、車輪跳動與周邊件空間間隙是否符合設計要求。

傳動軸；非對稱變截面鋼板彈簧；對稱式鋼板彈簧；板簧式懸架

CLC NO.:U463.8Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)11-75-03

引言

鋼板彈簧式懸架運動是通過鋼板彈簧的運動變形體現車輪位移的變化，本文探討對鋼板彈簧式懸架運動分析。根據鋼板彈簧式懸架體現車輪跳動的軌跡，且車輪上下跳動位置的不同，傳動軸需要設計軸向移動量，進而可以獲得傳動軸動運包絡及傳動軸移動端的滑移曲線、分析傳動軸的萬向節工作角度及滑移量、進行相傳動軸與周邊件空間關系的校核，可根據車輪跳動的軌跡對車輪運動至極限位置時，車輪與周邊零部件空間關系的校核。因此鋼板彈簧式懸架運動校核的目的是通過懸架運動進行車輪跳動校核及傳動軸運動校核。下面以CATIA、UG軟件、汽車構造基礎知識來介紹一種鋼板彈簧式懸架運動模型的建立及校核。

1、分析方法-圖解法

1.1 結構及其位置布置

鋼板彈簧的結構及其在整車中的位置布置，如圖1所示。

1.2分析過程

通過鋼板彈簧變形狀態在UG中做虛擬板簧圖形如圖2所示。

根據板簧圖紙弧長不變，改變弧高，多次繪制變形后的板簧虛擬板簧形狀，見表1。

表1 鋼板彈簧變形表

根據表1中數據多次繪制虛擬板簧圖形，轉換為CATIA格式，并根據卷耳中心點、吊耳位置裝配到整車下，如圖3所示。

根據每個圖形的鋼板彈簧中心點的連線（即為板簧中心點的走向線），得出圖形為板簧中心點的走向線，如圖4所示。

根據設計狀態的數模繪制點1（后橋中心點）、點2（板簧中心點）、點3（減震器下安裝點），將點1、點2、點3投影于面1中，連接三點得出三角形，如圖5所示。

此三角形為固定三角形，不隨后懸架運動而變化。

后橋中心點與板簧中心點的連線的方向為虛擬板簧線弧高的方向，根據三角形一邊的長度及每條虛擬板簧線做相應點，如圖6所示。

根據圖6中得出的各點連線繪出后橋中心點走向線，如圖7所示。

固定三角形在兩走向線上運動即可得出后減震器下安裝點的走向線，從而根據減震器的行程及限位塊對后橋的限位得到后橋的下、上極限位置，根據后橋在走向線上運動得出后懸架的運動，如圖8、圖9所示。

2、分析方法-解析法

2.1 結構及其位置布置

非對稱變截面鋼板彈簧的結構及其在整車中的位置布置，如圖10所示。

2.2 分析過程

根據圖11所示，非對稱漸變剛度并且非水平安裝的第一片主簧的安裝圖，它是上吊耳，左端是固定耳，點P是安裝點，α是初始安裝角，A點是導向段的曲率中心，設板簧導向段即左段長度為L,曲率半徑為R,左固定吊耳半徑為r,以固定耳中心做坐標原點建立XOZ坐標系，∵ R=L/θ，則：

注意當板簧非水平安裝即α≠0且為非對稱時，Z以不能稱為弧高，而只能稱為端高。（2-1）中，L,r,α為已知量，只要給定z值，就可求出θ，進而求得x；

(2-1)中的z和θ關系包含三角函數，下面推導簡化：

取余弦函數的二階近似：

經合并同類項，并因為α,θ很小，忽略二階無窮小，有：

只要設定上下跳行程z,就可求得θ，將其代入x表達式即求得x,因為帶有板簧的懸架為非獨立懸架，在車輪跳動過程中，y坐標不變，因此，p點的三維坐標（x,y,z）已知，其運動軌跡可求出，屆時其它欲求點的運動軌跡便可求出。

設板簧水平安裝，屆時α=0,代入（2-1）得：

(2-3)即為水平安裝時，對稱或非對稱板簧主片安裝點的軌跡表達式。

3、運動校核

根據鋼板彈簧式懸架的運動分析，進行以下校核工作：

（a）車輪上跳極限位置時，驗證車輪與周邊件的間隙是否滿足要求；

（b）車輪位于設計狀態、上極限、下極限位置時，驗證傳動軸的運動校核結果是否滿足要求，及傳動軸滑移曲線的制作。

此種校核方法可用于工程設計時一定限位行程下的懸架運動過程的模擬及此系統中各相關件的檢驗、核實尺寸設計的是否合理，使設計可進行提前模擬驗證，預防后期問題的發生。

[1] 圖解英漢汽車技術詞典 王錦俞 / 閔思鵬編 機械工業出版社2002.1 ISBN7-111-09581-2.

[2] 汽車設計 王望予編 機械工業出版社 2004.8 ISBN 978-7-111 -07613-1.

Prensentation Of The leaf Spring Suspension Movement Checking Based On The foundational Knowledge

Ai Lei

（Technology Center, Great Wall Motor Company Limited, Hebei Automotive Engineering Technology Research Center, Hebei Baoding 071000）

Use the“DMU Kinematics”orders of CATIA 、Orders of UG、Vehicle structure based on knowledge，We can restrict the unsymmetrical tapered spring clamp、Symmetrical spring clamp suspension motion simulation and calculation analysis，Obtain the motion of suspension、movement principium, Whether the request around of the wheel movement and the spare parts past muster or not.

axle；unsymmetrical tapered spring clamp；symmetrical spring clamp；the type of steel spring suspension

U463.8

A

1671-7988(2014)11-75-03

艾磊，就職于長城汽車股份有限公司技術中心。