一種重型全驅越野汽車用懸架彈性元件及其設計方法與流程
2023-05-10 04:31:27
本發明涉及汽車製造領域，尤其是一種重型全驅越野汽車用懸架彈性元件及其設計方法。
背景技術：
鋼板彈簧是重型汽車懸架中應用最為廣泛的一種彈性元件，隨著我國汽車工業的發展，重型全驅動越野汽車以及特殊用途汽車對平順性、舒適性提出了更高的要求。現行全驅動越野汽車懸架彈性元件多採用線性等剛度多片鋼板彈簧，此類板簧在不同載荷工況下的平順性、舒適性差別較大，尤其在空載、半載等工況下的平順性、舒適性較差。然而，針對重型全驅動越野汽車用鋼板彈簧，要求其在不同載荷工況下均具有良好平順性、舒適性和較高可靠性，目前國內外還沒有準確、可靠的設計方法。
技術實現要素：
為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種重型全驅越野汽車用懸架彈性元件及其設計方法。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案在於：
一種重型全驅越野汽車用懸架彈性元件，所述懸架彈性元件包括變剛度少片鋼板彈簧總成、中橋總成、後橋總成和平衡軸座；所述變剛度少片鋼板彈簧總成包括有疊放的主簧組彈簧和副簧組彈簧；所述主簧組彈簧自下而上包括帶有弧度的主簧第一片、主簧第二片和主簧第三片；所述副簧組彈簧自下而上包括帶有弧度的副簧第一片和副簧第二片；所述副簧組彈簧的上端通過騎馬螺栓用板簧壓板與平衡軸座固定連接有車架；所述中橋總成的上端、後橋總成的上端分別與平衡軸座的上端通過主簧組彈簧連接；所述中橋總成的下端、後橋總成的下端分別與平衡軸座的下端通過下推力杆連接。
本發明還具有以下附加技術特徵：
作為本方案進一步具體優化的，所述主簧組彈簧和副簧組彈簧的簧片之間均設有板簧片間墊片；所述變剛度少片鋼板彈簧總成的中心部位設有一貫穿的通孔，所述通孔中穿有一根板簧中心螺栓，所述板簧中心螺栓還貫穿於板簧片間墊片；所述板簧中心螺栓頂部通過中心螺母鎖緊。
作為本方案進一步具體優化的，所述主簧第二片過渡部分的下部具有向外擴展的斜面或曲面；所述主簧第一片的中間部分和主簧第二片的中間部分的厚度均勻；所述主簧第一片兩端部分和主簧第二片的兩端部分的厚度均勻；所述主簧第一片中間部分與主簧第二片中間部分的共同厚度小於所述主簧第一片兩端部分的厚度；所述主簧第二片還包括包耳，所述包耳部分的厚度小於主簧第二片兩端部分的厚度。
作為本方案進一步具體優化的，所述副簧組彈簧的頂部固定有板簧壓板，所述板簧壓板的兩側還設有將變剛度少片鋼板彈簧總成固定於平衡軸座上的騎馬螺栓。
作為本方案進一步具體優化的，所述主簧組彈簧至少有三片，所述副簧組彈簧至少有兩片；所述主簧第一片、主簧第二片、主簧第三片和副簧第一片、副簧第二片之間塗有石墨潤滑脂。
作為本方案進一步具體優化的，所述變剛度少片鋼板彈簧總成的材料為單面雙槽材料。
一種重型全驅越野汽車用懸架彈性元件的設計方法，包括以下步驟：
步驟1，設定具有較高可靠性和舒適性要求的某載重工況（如半載）的懸架偏頻為2.5HZ，此時僅主簧組彈簧起作用；設定滿載工況時懸架偏頻亦為2.5HZ，此時主簧組彈簧和副簧組彈簧共同起作用；懸架偏頻及主簧組彈簧剛度由公式計算，f為懸架偏頻，c為板簧剛度，m為簧載質量；
步驟2，設定板簧自由弧高到滿載弧高的變化量d，主簧組彈簧接觸載荷、滿載時主簧組彈簧載荷由；為板簧總成滿載載荷，為主簧組彈簧接觸時載荷，為主簧組彈簧剛度，為副簧組彈簧剛度；
步驟3，根據主簧組彈簧和副簧組彈簧的剛度設計板簧片形，設計時確保板簧最大應力應不超過550MPa；
步驟4，根據主簧組彈簧和副簧組彈簧接觸時載荷以及滿載時主簧組彈簧載荷確定主簧組彈簧和副簧組彈簧的弧高。
本發明和現有技術相比，其優點在於：
本設計方案將主簧組彈簧和副簧組彈簧二組鋼板彈簧疊加在一起，位於上面的兩片板簧為副簧，下面的三片為主簧。在車輛空載、載重量不大於2.5t時副簧不會與主簧接觸，此時懸架剛度為主簧的剛度；當車輛載重超過2.5t且在惡劣工況下副簧會與主簧接觸，此時懸架剛度為主簧組彈簧和副簧組彈簧剛度之和，主簧組彈簧和副簧組彈簧共同承載；此方案在主簧單獨作用以及主簧組彈簧和副簧組彈簧共同作用均具有合適的懸架偏頻，目前根據此設計方法設計的板簧已經過實車進行了平順性、舒適性、可靠性試驗驗證，目前已完成定型試驗驗證，各工況具備良好的平順性、舒適性和可靠性，有效解決了重型6X6越野汽車線性單剛度板簧平順性、舒適性差的問題。
本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖示為雙後橋變剛度少片鋼板彈簧及平衡懸架裝置相關視圖。
圖1為變剛度少片鋼板彈簧總成結構示意圖；
圖2雙後橋平衡懸架裝置（滿載狀態）結構示意圖；
附圖標記說明：
1、主簧第一片；2、主簧第二片；3、主簧第三片；4、副簧第一片；5、副簧第二片；6、板簧中心螺栓；7、中心螺母；8、板簧片間墊片；9、車架；
10、變剛度少片鋼板彈簧總成；11、騎馬螺栓；12、板簧壓板；13、平衡軸座；14、中橋總成；15、後橋總成；16、下推力杆（上推力杆圖示中未畫出，上、下推力杆以及車橋、車架連接裝置構成四連杆機構）。
具體實施方式
下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這裡闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，並且能夠將本公開的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
一種重型全驅越野汽車用懸架彈性元件，懸架彈性元件包括變剛度少片鋼板彈簧總成10、中橋總成14、後橋總成15和平衡軸座13。
變剛度少片鋼板彈簧總成10的材料為單面雙槽材料，包括有疊放的主簧組彈簧和副簧組彈簧。主簧組彈簧自下而上包括帶有弧度的主簧第一片1、主簧第二片2和主簧第三片3。主簧組彈簧和副簧組彈簧的簧片之間均設有板簧片間墊片8。變剛度少片鋼板彈簧總成10的中心部位設有一貫穿的通孔，通孔中穿有一根板簧中心螺栓6，板簧中心螺栓6還貫穿於板簧片間墊片8。板簧中心螺栓6頂部通過中心螺母7鎖緊。
主簧第二片2過渡部分的下部具有向外擴展的斜面或曲面。主簧第一片1的中間部分和主簧第二片2的中間部分的厚度均勻。主簧第一片1兩端部分和主簧第二片2的兩端部分的厚度均勻。主簧第一片1中間部分與主簧第二片2中間部分的共同厚度小於主簧第一片1兩端部分的厚度。主簧第二片2還包括包耳，包耳部分的厚度小於主簧第二片2兩端部分的厚度。
主簧組彈簧至少有三片，副簧組彈簧至少有兩片。主簧第一片1、主簧第二片2、主簧第三片3和副簧第一片4、副簧第二片5之間塗有石墨潤滑脂。
副簧組彈簧的頂部固定有板簧壓板12，板簧壓板12的兩側還設有將變剛度少片鋼板彈簧總成10固定於平衡軸座13上的騎馬螺栓11。
副簧組彈簧自下而上包括帶有弧度的副簧第一片4和副簧第二片5。副簧組彈簧的上端固定有車架9。中橋總成14的上端、後橋總成15的上端分別與平衡軸座13的上端通過主簧組彈簧連接。中橋總成14的下端、後橋總成15的下端分別與平衡軸座13的下端通過下推力杆16連接。
一種重型全驅越野汽車用懸架彈性元件的設計方法，包括以下步驟：
步驟1，設定具有較高舒適性要求的某載重工況如半載的懸架偏頻為2.5HZ，此時僅主簧組彈簧起作用。設定滿載工況時懸架偏頻亦為2.5HZ，此時主簧組彈簧和副簧組彈簧共同起作用。懸架偏頻及主簧組彈簧剛度由公式計算，f為懸架偏頻，c為板簧剛度，m為簧載質量。
步驟2，設定板簧自由弧高到滿載弧高的變化量d，主簧組彈簧接觸載荷、滿載時主簧組彈簧載荷由。為板簧總成滿載載荷，為主簧組彈簧接觸時載荷，為主簧組彈簧剛度，為副簧組彈簧剛度。
步驟3，根據主簧組彈簧和副簧組彈簧的剛度設計板簧片形，設計時確保板簧最大應力應不超過550MPa。
步驟4，根據主簧組彈簧和副簧組彈簧接觸時載荷以及滿載時主簧組彈簧載荷確定主簧組彈簧和副簧組彈簧的弧高。
實施例1
根據越野汽車在空載、半載、滿載等工況均具有較好舒適性的要求，後鋼板彈簧採用變剛度主、副少片簧結構。
根據越野汽車實際使用情況，兼考慮懸架的可靠性能，設定具有較高舒適性要求的某載重工況如半載的懸架偏頻為2.5HZ，此時僅主簧起作用。設定滿載工況時懸架偏頻亦為2.5HZ，此時主、副簧共同起作用。另外，空載時懸架剛度為板簧主簧剛度，偏頻根據主簧剛度及空載時實際簧載質量計算，懸架偏頻及剛度計算見公式①，以此確定主、副簧剛度值。
……………………………………①
註：f為懸架偏頻，單位HZ。c為板簧剛度，單位mm/N。m為簧載質量，單位KG。
設定板簧自由弧高到滿載弧高的變化量d，所以公式②成立：
………………………………………②
註：為板簧總成滿載載荷，單位N。為主簧組彈簧接觸時載荷，單位N。為主簧剛度，單位mm/N。為副簧剛度，單位mm/N。
根據公式②可以得到求得主簧組彈簧接觸載荷、滿載時主簧組彈簧載荷，以此載荷作為主、副板簧設計依據。考慮全驅動越野車實際越野路況的惡劣程度，板簧設計時最大應力應不超過550MPa。
根據某重型6X6全驅動越野汽車在空載、載重2.5t、滿載載重7噸等工況均具有較好舒適性的要求，後鋼板彈簧採用變剛度主簧組彈簧和副簧組彈簧的少片簧結構，各工況單簧簧載質量如下表所示：
根據該6X6全驅動越野汽車實際使用情況，尤其是在載重2.5t工況時具有良好的舒適性、平順性要求，兼考慮懸架的可靠性能，此工況懸架偏頻設定為2.5HZ，此時僅主簧起作用。在滿載載重7噸工況時懸架偏頻亦設定為2.5HZ，此時主、副簧共同起作用。另外，空載時懸架剛度為板簧主簧剛度，偏頻根據實際計算。
由懸架偏頻計算公式①可知，不同工況下懸架偏頻及板簧剛度計算如下表所示：
設定板簧自由弧高到滿載弧高的變化量為60mm，根據公式②可以得到主簧組彈簧接觸載荷、滿載時主簧組彈簧載荷，如下表所示：
根據板簧實際安裝要求，主簧組彈簧採用三片、副簧組彈簧採用兩片，並且三片主簧端部總厚度不超過40mm。考慮全驅動越野車實際越野路況的惡劣程度，設定板簧最大應力不超過550MPa。綜合以上，以及根據拋物線板簧的等應力設計要求，得到主、副簧單片的設計形狀如下表所示：
設定板簧滿載時為壓平狀態，即弧高為零，主、副板簧弧高確定如下表所示：
。
參見附圖1，本設計方案將主簧組彈簧和副簧組彈簧二組鋼板彈簧疊加在一起，位於上面的兩片板簧為副簧組彈簧，下面的三片為主簧組彈簧。在車輛空載、載重量不大於2.5t時副簧組彈簧不會與主簧組彈簧接觸，此時懸架剛度為主簧組彈簧的剛度。當車輛載重超過2.5t且在惡劣工況下副簧組彈簧會與主簧組彈簧接觸，此時懸架剛度為主簧組彈簧和副簧組彈簧剛度之和，主簧組彈簧和副簧組彈簧共同承載。此方案在主簧組彈簧單獨作用以及主簧組彈簧和副簧組彈簧。共同作用均具有合適的懸架偏頻，目前根據此設計方法設計的板簧已經過實車進行了平順性、舒適性、可靠性試驗驗證，目前已完成定型試驗驗證，各工況具備良好的平順性、舒適性和可靠性，有效解決了重型6X6越野汽車線性單剛度板簧平順性、舒適性差的問題。
儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由權利要求及其等同物限定。