少片鋼板彈簧在重型汽車后懸架的運用

徐壘，賈大權，邱帥迪

（安徽江淮汽車集團股份有限公司海外汽車研究所，安徽 合肥 230022）

少片鋼板彈簧在重型汽車后懸架的運用

徐壘，賈大權，邱帥迪

（安徽江淮汽車集團股份有限公司海外汽車研究所，安徽 合肥 230022）

近年來隨著新材料性能的發展，少片板簧被廣泛運用于重型卡車的懸架系統。但因其結構特征，少片板簧在重型汽車上的使用也存在一定的局限性。從板簧動剛度、懸架的平順性、惡劣路況下板簧在沖擊載荷下應力等方面，通過少片板簧、多片板簧的對比，對少片板簧在重型汽車后懸架的適用性作了具體分析。

鋼板板簧；重型汽車；后懸架；適用性

前言

少片鋼板彈簧，也叫少片板簧。其與多片鋼板彈簧相比，具有噪聲低、重量輕、使車輛具有良好的平順性等優點，但因其結構特征，在惡劣路況下無法產生動剛度，少片板簧會受到更大的應力，從而容易發生疲勞斷裂。

本文以某實際車型為例，通過對比其匹配的少片板簧和多片板簧的剛度、應力及懸架偏頻進行比較，具體說明少片板簧為在重型汽車上的適用性。

1 板簧剛度分析

板簧的剛度分為靜剛度和動剛度。我們平時說的板簧剛度一般是指其靜剛度，用字母C表示。當板簧處于運動狀態下，各片之間產生摩擦力會使板簧剛度增大，此運動狀態下的剛度即為動剛度，用字母Cd表示。兩者之間的關系為：

式中：W：單側簧上載荷，單位kg；

n：板簧片數；

μ：板簧的等效摩擦系數；

δ：板簧的振幅。

通過以上分析可知，少片板簧因各片板簧之間存在間隙，僅存在靜剛度。多片板簧各片板簧之間無間隙，根據運動狀態不同，分為靜剛度和動剛度。

2 動剛度比較

某車型后懸架單側簧上質量 11500kg，要求同時匹配少片板簧、多片板簧兩種狀態。

當車輛行駛在惡劣路況上時，需要考察車輛的動剛度。取等效摩擦系數μ=0.03，板簧的振幅δ=5mm，再根據式（1）可計算出多片板簧的動剛度。而少片板簧因各片間存在間隙，不會產生摩擦力，其動剛度大小與靜剛度相等。初步匹配的兩種板簧的參數如表1所示：

表1 板簧參數

3 應力比較

車輛在良好路面上行駛，板簧抖動量小，按照靜剛度、靜態應力對其進行考察即可。車輛在惡劣路面上行駛時，因板簧頻繁抖動，需要考察其動剛度和2.5g瞬時沖擊載荷下的應力。當單側簧上載荷為11500kg時，計算結果如表2所示：

表2 板簧應力

通過表2可以看出，相同載荷下少片板簧和多片板簧在靜止狀態下的應力大小相近，但在2.5g的瞬時沖擊載荷下，少片板簧的應力遠大于多片板簧。

4 增加少片板簧剛度

盡管近年來板簧材料的性能有了較大的進步，但其仍然難以長期承受1215MPa的高應力。為保證少片板簧的承載性能（2.5g沖擊載荷下的板簧應力小于900Mpa），需增加靜剛度，從而降低應力。以下從增加少片板簧片數和片厚兩個方面分別考慮。

4.1 增加板簧片數

將板簧片數從四片增加到六片，板簧的靜剛度、應力計算結果如表3所示：

表3 六片板簧剛度及應力

4.2 增加板簧片厚

將少片板簧中間平直段厚度從35mm增加到40mm，板簧片數不變，板簧的靜剛度、應力計算結果如表4所示：

表4 增厚的四片板簧剛度及應力

4.3 加強后的少片板簧懸架偏頻計算

懸架系統除了考慮板簧的承載性能，還必須具有良好的平順性，用懸架振動的偏頻（亦稱固有頻率）進行評價，其計算公式為：

式中：f：偏頻，單位，Hz；

K：板簧的靜剛度，單位，N/mm；

根據公式（2）計算出以上兩種靜剛度增加后的少片板簧的懸架偏頻，并與原四片板簧、多片板簧對比。如表5所示：

表5 懸架系統偏頻

少片板簧剛度增加后，能夠滿足后懸架承載系能的要求，但懸架系統的偏頻顯著增大，汽車的平順性變差。且增加板簧的片厚會增加其生產工藝難度，極易造成金相組織不合格。因此，該兩種增加少片板簧剛度的方案不具有可行性。

5 結論

本人通過對少片板簧與多片板簧的動剛度、靜態應力、動態應力以及懸架系統偏頻的對比分析，得出以下結論：

1）現階段板簧材料無法滿足少片板簧高應力、高疲勞性能及工藝性要求，造成少片板簧不適用于路況惡劣的重型汽車后懸架；

2）對于重型汽車后懸架，少片板簧僅適用于路面良好的使用環境；

3）為減小少片板簧受到的沖擊載荷，延長其使用壽命，匹配少片板簧的后懸架盡量同時匹配減振器。

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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

徐壘，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司，從事重卡懸架系統的研究設計工作。

CLC NO.:U463.4

A

1671-7988(2017)22-103-02