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

（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）

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

（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）

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。

钢板板簧；重型汽车；后悬架；适用性

前言

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。

1 板簧刚度分析

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。

2 动刚度比较

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：

表1 板簧参数

3 应力比较

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：

表2 板簧应力

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。

4 增加少片板簧刚度

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。

4.1 增加板簧片数

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：

表3 六片板簧刚度及应力

4.2 增加板簧片厚

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：

表4 增厚的四片板簧刚度及应力

4.3 加强后的少片板簧悬架偏频计算

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：

表5 悬架系统偏频

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。

5 结论

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。

[1] 王望予.汽车设计[M].吉林大学出版社.2010.1.

[2] 阚萍.汽车构造与实例（下）[M].合肥工业大学出版社.2006.12.

[3] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2000.

[4] 王霄锋.汽车悬架和转向系统设计[M].北京:清华大学出版社,2015.1.

The Use Of Few-Leaf Spring In The Rear Suspension Of heavy Vehicles

Xu Lei, Jia Daquan, Qiu Shuaidi
（Anhui jianghuai automobile group co., LTD. Overseas automobile research institute, Anhui Hefei 230022）

With the development of new materials technology in recent years, the few-ladf spring is widely used in the suspension system of heavy truck.But there are some limitations to the use of few-ladf spring on heavy vehicles, because of its structural characteristics.In this paper, from the dynamic rigidity of the leaf spring, the smooth performance of suspension,the stress of the leaf spring under the impact load of the bad road condition, etc., through the contrast of the few-ladf spring and the multi-leaf spring, it specifically analyzes the applicability of the few-ladf spring in the rear suspension of heavy vehicles.

Leaf Spring; Heavy vehicles; Rear suspension; applicability

U463.4

A

1671-7988(2017)22-103-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.22.037

徐垒，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司，从事重卡悬架系统的研究设计工作。

CLC NO.:U463.4

A

1671-7988(2017)22-103-02