純電動廂式運輸車鋼板彈簧計算

崔夢謙

天津科斯特汽車技術有限責任公司 天津市 301709

1 引言

鋼板彈簧結構簡單，制造、維修方便，同時能夠起到導向和傳遞側向力、縱向力和力矩的作用。此車型由于后軸載荷質量的增加，需重新調整后軸鋼板彈簧的參數以達到車輛姿態基本不變的目的。本文總結了鋼板彈簧改制需要校核的主要參數的計算過程。

2 鋼板彈簧改制設計要求

鋼板彈簧改制要求：

（1）電動車與原汽油車比較，滿載情況車輛姿態基本不變或變化不大；（2）板簧長度、寬度不變；（3）增加板簧片數。

3 電動車輛參數

（1）長/寬/高（mm）：5340×1710×2240；（2）軸距（mm）：2890；（3）最小離地間距（mm）：160；（4）整備質量（kg）：2030；（5）滿載質量（kg）：3030；（6）空載軸荷分配（前/后kg）：982/1048；（7）滿載軸荷分配（前/后kg)：1482/1548。

表1

4 鋼板彈簧計算

4.1 電動車板簧計算

（1）汽油車的板簧共5片，電動車板簧在第3片下方增加一片，板簧共6片；（2）板簧參數；（3）板簧的剛度驗算。

一般用共同曲率法進行計算，用共同曲率法計算剛度的前提是，假定同一截面上各片曲率變化值相同，各片所承受的彎矩正比于其慣性矩，同時該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩。

驗算鋼板彈簧實際剛度公式為：

α為經驗修正系數，α=(0.90～0.94)；

E為材料彈性模量 取2.06x105N/mm2；

l1、lk+1為主片和第k+1片的一半長度。

葉片的慣性矩計算公式為：

空載狀態剛度驗算（計算板簧的上4片簧）

為計算方便，在進行設計時，通常采用列表法計算。剛度公式中部分計算見下表2：

表2

選擇修正系數a=0.92，將數據代入剛度公式，得后板簧實際總成剛度。

3.2 汽油車板簧計算

（1）板簧參數，見表3

（2）空載狀態剛度驗算（計算板簧的上3片簧），見表4

5 靜撓度校驗

（1）載荷數據，見表5：

（2）漸變剛度鋼板彈簧計算。

漸變剛度鋼板彈簧計算與一般線性鋼板彈簧不同之處，是要計算副簧與主簧從開始接觸到全部接觸完畢時的變形值。當副簧未和主簧接觸時，以及與主簧完全接觸以后，這兩種狀態下的計算和一般線性鋼板彈簧是一樣的。

表3

表4

表5

為計算方便起見，對公式中的符號作如下規定。

b—主、副彈簧寬度，mm；

hm，ha——主、副彈簧厚度，mm；

lm，la——主、副彈簧伸直長度之半，mm；i—副簧與主簧長度之比，

nm，na—主、副彈簧片數；

nm′，na′—主、副彈簧主片數（等長片數）；

φ—副簧與主簧總慣性矩之比，

Km—主彈簧剛度，N/mm；

2P—作用在彈簧上的載荷；

2P1—副簧與主簧開始接觸時的載荷，N；

2P2—副簧與主簧接觸完畢時的載荷，N。

副簧與主簧接觸過程中的載荷計算：

假設主、副彈簧在自由狀態下的曲率半徑分別為Rm，Ra，當主簧曲率半徑由Rm變化到 Ra時，即副簧與主簧開始接觸，此時作用在彈簧端部的載荷P1為：

本車：

Rm=1400mm；Ra=22300mm；Im（汽油車）=7680 mm4；

I m（電動車）=1 0 2 4 0 m m 4 ；lm=555mm；

E取2.06x105N/mm2

經計算得：

P1（電動車）=2544.4（N）

P1（汽油車）=1908.3（N）

當副簧與主簧完全接觸時，作用在彈簧端部的載荷P2為：

本車：

La=377.5mm

經計算，得：

P2（電動車）=7955.8（N）

P2（汽油車）=5966.8（N）

副簧與主簧開始接觸時的載荷2P1（電動車）=5088.8（N）

副簧與主簧開始接觸時的載荷2P1 （汽油車）=3816.6（N）

副簧與主簧接觸完畢時的載荷2P2（電動車）=15911.6（N）

副簧與主簧接觸完畢時的載荷2P2 （汽油車）=11933.6（N）

滿載情況下：

作用在彈簧上的載荷2P（電動車）=1370*9.8/2=6713（N）

作用在彈簧上的載荷2P（汽油車）=1292*9.8/2=6330.8（N）

經比較，得：

2P1（電動車）＜2P（電動車）＜2P（電動車）

2P1 （汽油車）＜2P（汽油車）＜2P2（汽油車）

滿載情況下，電動車、汽油車主、副彈簧已接觸，但未完全接觸。

當副簧與主簧在任意位置 處（lm-la≤≤lm）接觸時，作用在彈簧端部載荷P為：

經計算，得：

λ（電動車）=420.7(mm)；

λ（汽油車）=334.5(mm)；

當載荷從零開始增大到任意載荷P（0≤P≤P2）時，彈簧變形f0為：

式中a為副簧與主簧的接觸長度系數，當=0時，表示副簧與主簧開始接觸，當a=1時，表示副簧與主簧完全接觸，即λ=lm-ala（0≤a≤1）

經計算，得：

a（電動車）=0.36；

a（汽油車）=0.58；k（電動車）=0.00903；k（汽油車）=0.075；帶入公式，計算，得：f0（電動車）=110.5；f0（汽油車）=123.1

6 結語

經電動車與汽油車后軸鋼板彈簧主要參數的計算對比，鋼板彈簧由5片改為6片，符合改制要求。