纯电动厢式运输车钢板弹簧计算

崔梦谦

天津科斯特汽车技术有限责任公司 天津市 301709

1 引言

钢板弹簧结构简单，制造、维修方便，同时能够起到导向和传递侧向力、纵向力和力矩的作用。此车型由于后轴载荷质量的增加，需重新调整后轴钢板弹簧的参数以达到车辆姿态基本不变的目的。本文总结了钢板弹簧改制需要校核的主要参数的计算过程。

2 钢板弹簧改制设计要求

钢板弹簧改制要求：

（1）电动车与原汽油车比较，满载情况车辆姿态基本不变或变化不大；（2）板簧长度、宽度不变；（3）增加板簧片数。

3 电动车辆参数

（1）长/宽/高（mm）：5340×1710×2240；（2）轴距（mm）：2890；（3）最小离地间距（mm）：160；（4）整备质量（kg）：2030；（5）满载质量（kg）：3030；（6）空载轴荷分配（前/后kg）：982/1048；（7）满载轴荷分配（前/后kg)：1482/1548。

表1

4 钢板弹簧计算

4.1 电动车板簧计算

（1）汽油车的板簧共5片，电动车板簧在第3片下方增加一片，板簧共6片；（2）板簧参数；（3）板簧的刚度验算。

一般用共同曲率法进行计算，用共同曲率法计算刚度的前提是，假定同一截面上各片曲率变化值相同，各片所承受的弯矩正比于其惯性矩，同时该截面上各片的弯矩和等于外力所引起的弯矩。

验算钢板弹簧实际刚度公式为：

α为经验修正系数，α=(0.90～0.94)；

E为材料弹性模量 取2.06x105N/mm2；

l1、lk+1为主片和第k+1片的一半长度。

叶片的惯性矩计算公式为：

空载状态刚度验算（计算板簧的上4片簧）

为计算方便，在进行设计时，通常采用列表法计算。刚度公式中部分计算见下表2：

表2

选择修正系数a=0.92，将数据代入刚度公式，得后板簧实际总成刚度。

3.2 汽油车板簧计算

（1）板簧参数，见表3

（2）空载状态刚度验算（计算板簧的上3片簧），见表4

5 静挠度校验

（1）载荷数据，见表5：

（2）渐变刚度钢板弹簧计算。

渐变刚度钢板弹簧计算与一般线性钢板弹簧不同之处，是要计算副簧与主簧从开始接触到全部接触完毕时的变形值。当副簧未和主簧接触时，以及与主簧完全接触以后，这两种状态下的计算和一般线性钢板弹簧是一样的。

表3

表4

表5

为计算方便起见，对公式中的符号作如下规定。

b—主、副弹簧宽度，mm；

hm，ha——主、副弹簧厚度，mm；

lm，la——主、副弹簧伸直长度之半，mm；i—副簧与主簧长度之比，

nm，na—主、副弹簧片数；

nm′，na′—主、副弹簧主片数（等长片数）；

φ—副簧与主簧总惯性矩之比，

Km—主弹簧刚度，N/mm；

2P—作用在弹簧上的载荷；

2P1—副簧与主簧开始接触时的载荷，N；

2P2—副簧与主簧接触完毕时的载荷，N。

副簧与主簧接触过程中的载荷计算：

假设主、副弹簧在自由状态下的曲率半径分别为Rm，Ra，当主簧曲率半径由Rm变化到 Ra时，即副簧与主簧开始接触，此时作用在弹簧端部的载荷P1为：

本车：

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

I m（电动车）=1 0 2 4 0 m m 4 ；lm=555mm；

E取2.06x105N/mm2

经计算得：

P1（电动车）=2544.4（N）

P1（汽油车）=1908.3（N）

当副簧与主簧完全接触时，作用在弹簧端部的载荷P2为：

本车：

La=377.5mm

经计算，得：

P2（电动车）=7955.8（N）

P2（汽油车）=5966.8（N）

副簧与主簧开始接触时的载荷2P1（电动车）=5088.8（N）

副簧与主簧开始接触时的载荷2P1 （汽油车）=3816.6（N）

副簧与主簧接触完毕时的载荷2P2（电动车）=15911.6（N）

副簧与主簧接触完毕时的载荷2P2 （汽油车）=11933.6（N）

满载情况下：

作用在弹簧上的载荷2P（电动车）=1370*9.8/2=6713（N）

作用在弹簧上的载荷2P（汽油车）=1292*9.8/2=6330.8（N）

经比较，得：

2P1（电动车）＜2P（电动车）＜2P（电动车）

2P1 （汽油车）＜2P（汽油车）＜2P2（汽油车）

满载情况下，电动车、汽油车主、副弹簧已接触，但未完全接触。

当副簧与主簧在任意位置 处（lm-la≤≤lm）接触时，作用在弹簧端部载荷P为：

经计算，得：

λ（电动车）=420.7(mm)；

λ（汽油车）=334.5(mm)；

当载荷从零开始增大到任意载荷P（0≤P≤P2）时，弹簧变形f0为：

式中a为副簧与主簧的接触长度系数，当=0时，表示副簧与主簧开始接触，当a=1时，表示副簧与主簧完全接触，即λ=lm-ala（0≤a≤1）

经计算，得：

a（电动车）=0.36；

a（汽油车）=0.58；k（电动车）=0.00903；k（汽油车）=0.075；带入公式，计算，得：f0（电动车）=110.5；f0（汽油车）=123.1

6 结语

经电动车与汽油车后轴钢板弹簧主要参数的计算对比，钢板弹簧由5片改为6片，符合改制要求。