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汽车钢板弹簧的纵扭强度校核

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汽车钢板弹簧的纵扭强度校核
东风汽车工程研究院 陈耀明
2005年11月
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目 录
前言（2-4）
1、 动态轴荷（5-11）
1）最强制动时的轴荷（5-8）
2）倒车制动时的轴荷（8-10）
3）最大驱动工况的轴荷 （10-11）
2、 簧载负荷（11）
3、 板簧承受的纵扭力矩（11-12）
4、 板簧根部的纵扭应力（12）
5、 卷耳应力（12-13）
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前言
在汽车钢板弹簧设计阶段，必须对其强度进行校核计算。其中，
要特别注意对其纵扭强度进行校核，才能保证所设计板簧的可靠性。
纵扭强度校核的极限工况应取最强制动工况，对于后钢板弹簧，
应取倒车时的最强制动。当计算这些工况的受力情况时，首先要求出
轴荷转移后的动态轴荷分布。根据动态轴荷和路面附着情况，进一步
算出制动力和力矩。最后按动轴荷和制动力来校核板簧根部和卷耳应
力。对于驱动桥，必要时也应计算最强驱动时的动态轴荷和驱动力，
进而校核板簧根部和卷耳的应力。
许多教科书都推荐用轴荷转移系数来计算动态轴荷（即转移后的
轴荷），GmGd，例如，制动时前轴荷转移系数，货车取
6.14.1

1
m
，

轿车
4.12.1

1m；驱动时后轴荷转移系数，货车取2.11.12
m
，轿车

3.125.12m
。这种方法不够严谨，取值范围太大，令人无所适从。
不能反映各个具体车型各相关参数的差异，因而是不可取的。
本文推荐按照具体车型的实际参数和附着条件来计算轴荷转移
和制动力，并以制动器所能达到的制动力矩来核对极限值，从而使应
力核算比较接近实际值。设计要点是：
1）按照实际车型的轴距、重心高度、重心至前轴距离以及汽车
总质量等，根据平衡条件，求动态轴荷。
2）对于三轴以上的多轴车，属超静定问题，还要根据悬架的关
联情况，列出相关车轴的关联方程式。若是非关联悬架，可按变形一
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致原理来导出相关轴的附加方程式。本文只叙述双轴汽车，有关多轴
汽车的轴荷计算可参阅有关专门论著。
3）制动时的最大制动力大小和附着状态有密切关系。对于采用
ABS系统的制动系，当制动器制动力足够大时，前、后轮胎都不抱死，
轮胎与地面的滑移率处于最佳状态，附着力达到最大，即所谓压印状
况，可用附着系数乘以轴荷来计算最大制动力。对于没有ABS装置
的制动系，抱死状况取决于该系统的同步附着系数以及制动时轮胎与
路面的附着系数。若同步附着系数小于路面附着系数，当制动器制动
力不大时，前、后轮胎都不会拖滑。当制动力加大到一定程度后，后
轮先拖滑，达到最大附着，但前轮并未达到最强制动。令制动器制动
力再继续加大，这时后轮滑移率变大，直至抱死，其附着力即最大制
动力要比压印时下降15-20%，称为拖印。与此同时，前制动器制动
力相应增大，当轮胎滑移率达到最佳时，附着力即制动力达到最大也
就是压印状态。前轮最大制动力可用附着系数乘以动态轴荷来计算。
这时应是整车制动最强的时候，尽管这时因后轴荷更多往前转移致使
后制动力更小一些。如果还可以继续加大制动器的制动力，就会使前
轮也抱死拖印，这时整车制动力反而变小。后轮先抱死的工况属不稳
定工况，汽车会发生侧滑甩尾。
若同步附着系数大于路面附着系数，则相反。当制动器制动力达
到一定程度后，前轮先抱死（拖印），附着力即最大制动力要下降，
而后轮不抱死（压印），附着力达到最大，也就是最强制动工况。前
轮先抱死属稳定工况，但失去转向能力。
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具体车型的同步附着系数，当载荷一定时是不变的，而路面附着
系数是变化的，所以是前轮或后轮哪个先抱死，取决于路面状况。当
路面附着系数恰好等于同步附着系数，前、后轮同时抱死，所以才叫
“同步”。当然，进行强度校核时，要取比较大的路面附着系数，例
如，取8.07.0，一般以7.0为界来判断前、后轮的抱死状况。
4）最强制动时，由于轴荷往前转移，后轴制动力受附着力限制
不可能很大，后板簧的纵扭和卷耳应力也不大。但在使用中却出现有
不正常断裂问题，经测试，发现制动过程中的瞬态制动力仍很大。本
文建议用倒车制动来校核后板簧的纵扭和卷耳应力。虽然实际使用中
出现的频次不多，但这样才能保证设计是稳妥可靠的。
5）对于同步附着系数很小的汽车，前制动器的最大制动力很小，
达不到压印的力矩，这时，应该按制动器的最大力矩来校核前簧强度。
当然，同步附着系数很大的汽车，倒车时后制动器也可能有类似情况。
6）对于后板簧，往往还要以最大驱动时的驱动力来核算其纵扭
应力和卷耳应力，一般都比倒车制动工况的应力要小。
经过多年的实践，证明在设计板簧时，除了必要的核算比应力、
平均静应力、极限应力外，还要按上述方法，核算纵扭应力和卷耳应
力。在满足推荐值的条件下，才可以保证该设计十分可靠。
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1、 动态轴荷
1） 最强制动时的轴荷
按平衡条件，见图1：
0X
，
21
TTT
----------（1）

0Y
，
dGdGG

21

----------（2）

0M
，
)(

1
aLGhgTLdG
----------（3）

而静态时，
LGaLG

1
)(
----------（4）

式中：T 重心处总惯性力

1
T
前轮制动力（双边）
2
T
后轮制动力（双边）

1
G
前轴静负荷
dG
1

转移后的前轴负荷

dG
2

转移后的后轴负荷

G
汽车总质量
L
轴距
a
重心至前轴距离
hg
重心离地高

轮胎对地面附着系数
（1） 同步附着系数小于路面附着系数，最强制动时前轮压印，
后轮拖印（抱死），这时后轮附着能力降低20%，即：

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汽车钢板弹簧

汽车钢板弹簧

汽车钢板弹簧
汽车钢板弹簧是汽车悬挂系统中的重要组成部分，其作用是支撑和缓冲车身的
震动，保证车辆在行驶过程中的稳定性和舒适性。

本文将介绍汽车钢板弹簧的结构、工作原理和制造工艺。

结构
汽车钢板弹簧由多个弯曲的钢板片组成，通常呈扁平状。

钢板片之间通过中间
销轴或螺栓连接，形成一个整体。

钢板弹簧的结构紧凑，能够在有限的空间内提供足够的支撑力。

工作原理
汽车行驶时，车辆经过颠簸路面或转弯时，车身会产生上下或左右的震动。

汽
车钢板弹簧通过对这些震动的吸收和缓冲，减少车身的颠簸幅度，使车辆保持平稳。

当车辆经过颠簸路面时，钢板弹簧会受到外力的压缩或拉伸，钢板片之间产生
相对位移，从而存储弹性能量。

当车辆通过颠簸路段后，钢板弹簧释放储存的能量，使车身恢复平稳。

制造工艺
汽车钢板弹簧的制造工艺主要包括以下步骤： 1. 材料选择：选用高强度和弹性
良好的优质钢板作为原料。

2. 编织成形：将钢板片按照设计要求通过编织机器制
成弹簧的形状。

3. 热处理：对已经形成的弹簧进行热处理，提高强度和弹性。

4.
表面处理：对弹簧表面进行防锈处理，增加弹簧的耐用性。

5. 装配：将各个零部
件组装在一起，形成完整的汽车钢板弹簧。

汽车钢板弹簧的制造工艺严格，要求高度精准，以确保其性能稳定和可靠性。

结论
汽车钢板弹簧在汽车悬挂系统中扮演着重要的角色，通过对震动的吸收和缓冲，提高了车辆在行驶过程中的稳定性和舒适性。

制造工艺的精准和良好的材料选择使得汽车钢板弹簧成为汽车行驶过程中不可或缺的部件。

基于CATIA的某重卡钢板弹簧悬架运动校核

基于CATIA的某重卡钢板弹簧悬架运动校核


况 ， 从而 进 行前 悬 架 运 动 校 核 ，为 悬 架 设 ’提 供 参考 。 承 载 能 力 强 ， 结 构 简 单 可 靠 ， 制 造 成 本 低 且 维 修 方 便 。在 板
簧悬 架的设 计过程中，板簧、减震器、横向稳定杆 、轮胎 与 １ 前 悬 架 结构 及 布 置 形 式
周 罔 的转 向 拉 杆 、 车 架 、 车 身 之 间 的 间 隙 校 核 是 十 分 重 要 的
的弯曲，运动较为复杂。传统板簧悬架设计时 多采用二维平 成 。铡 板 弹 簧 通 过 前 卷 耳 后 吊 耳的 方式 安装 在 车 架 纵 梁 正 下
面绘 校 核 ， 但 精 确 度 较 低 ，对 于零 部 件 较 多的 悬 架 系统 间 方 ，随前桥跳动板簧绕卷 耳转动并会 发生 弯曲变形。板簧中
稳 定 十Ｉ：纵 １、『发 纵 外 ＆ 。
１ｉ ｌ～侧 ， 稳 定十ｌ 艾 坟 九 １
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ｆ 离 ； 川 弧
隙校 核不够 精确。近年来汽车设计人 员利用三维软件进行悬 间 通 过 板 簧 底 座 、Ｕ 型 螺 栓 和 前 桥 固 连 ，彼 此 没 有 相 对 运 动 。
架运 动 校 核 越 来 越 普 遍 ， 数 字 样 机 模 拟 仿 真 可 以 再现 悬 架 运 减 震 器 布 置 在 车 架外 侧 ， 上套 筒 安 装 在 减 震 器 支 架 ｝ ， 下 套
Ｍ ｏｔｉｏｎ Ｃｈｅｃｋｉｎｇ Ｏｆ Ｈ ｅａｖｙ Ｔｒｕｃｋ Ｌｅａｆ Ｓｐｒｉｎｇ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ Ｂａｓｅｄ Ｏｎ ＣＡＴＩＡ
汽车钢板弹簧设计计算

汽车钢板弹簧设计计算

1.1单个钢板弹簧的载荷已知汽车满载静止时汽车前轴荷G1=3000kg，非簧载质量Gu1=285kg，则据此可计算出单个钢板弹簧的载荷:Fw1=（G1－Gu1）／２＝1357.5 kg （１）进而得到：Pw1=Fw1×9.8=13303.5 N （２）1.2钢板弹簧的静挠度钢板弹簧的静挠度即静载荷下钢板弹簧的变形。

前后弹簧的静挠度都直接影响到汽车的行驶性能[1]。

为了防止汽车在行驶过程中产生剧烈的颠簸（纵向角振动），应力求使前后弹簧的静挠度比值接近于1。

此外，适当地增大静挠度也可减低汽车的振动频率，以提高汽车的舒适性。

但静挠度不能无限地增加（一般不超过240 ｍｍ），因为挠度过大，即频率过低，也同样会使人感到不舒适，产生晕车的感觉。

此外，在前轮为非独立悬挂的情况下，挠度过大还会使汽车的操纵性变坏。

一般汽车弹簧的静挠度值通常如表1[2]所列范围内。

本方案中选取fc1=80 ｍｍ。

1.3钢板弹簧的满载弧高满载弧高指钢板弹簧装到车轴上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差[3]。

当H0=0时，钢板弹簧在对称位置上工作。

考虑到使用期间钢板弹簧塑性变形的影响和为了在车架高度已限定时能得到足够的动挠度值，常取H0∈10－20ｍｍ。

本方案中H01初步定为１8ｍｍ。

1.4钢板弹簧的断面形状板弹簧断面通常采用矩形断面，宜于加工，成本低。

但矩形断面也存在一些不足。

矩形断面钢板弹簧的中性轴，在钢板断面的对称位置上。

工作时，一面受拉应力，一面受压应力作用，而且上、下表面的名义拉应力和压应力的绝对值相等。

因材料的抗拉性能低于抗压性能，所以在受拉应力作用的一面首先产生疲劳断裂。

除矩形断面以外的其它断面形状的叶片，其中性轴均上移，使受拉应力的一面的拉应力绝对值减小，而受压应力作用的一面的压应力绝对值增大，从而改善了应力在断面上的分布情况，提高了钢板弹簧的疲劳强度并节约了近10%的材料。

影响板簧主片断裂的因素及校核方法研究

影响板簧主片断裂的因素及校核方法研究

10.16638/ki.1671-7988.2021.03.029影响板簧主片断裂的因素及校核方法研究谢敏（广西申龙汽车制造有限公司，广西南宁530299）摘要：针对某款10米客车少片簧主片异常断裂故障，提出了板簧悬架力学图解分析方法、扭转角刚度计算方法和适用各种工况的主片应力计算校核方法。

相比常规校核方法，增加吊耳摆角、板簧弧高、板簧座位置、板簧扭转角刚度、离心力等因素的影响分析，从而了解主片断裂的机理，完善校核方法。

关键词：板簧；断裂；图解法；扭转角刚度中图分类号：U463.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)03-96-04Suspension Factors and Checking Methods of Leaf Spring FractureXie Min( Guangxi Shenlong Bus Co., Ltd., Guangxi Nanning 530299 )Abstract:In order to find out the cause of the 10m bus leaf spring fracture, The paper analyzes the graphic analysis method of leaf spring suspension mechanics, the calculation method of leaf spring torsion angle stiffness and Mathematical model for stress calculation of leaf spring under various working conditions.Through these methods, find out the main factors of the leaf spring fracture and check methods.Keywords: Leaf spring; Fracture; Graphic analysis method; Torsion angle stiffnessCLC NO.: U463.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)03-96-04前言客车上广泛使用的钢板弹簧主片（第一片），通过板簧座、吊耳和车架连接，板簧片间通过接触传递垂直力。