CN106321700A - 一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件及其设计方法，悬架弹性元件包括变刚度少片钢板弹簧总成、中桥总成、后桥总成和平衡轴座；变刚度少片钢板弹簧总成包括有主簧组弹簧和副簧组弹簧；副簧组弹簧的上端固定连接有车架；中桥总成的上端、后桥总成的上端分别与平衡轴座的上端通过主簧组弹簧连接；中桥总成的下端、后桥总成的下端分别与平衡轴座的下端通过下推力杆连接。此方案在主簧单独作用以及主簧组弹簧和副簧组弹簧共同作用均具有合适的悬架偏频，已经过实车进行了平顺性、舒适性、可靠性试验验证，已完成定型试验验证，各工况具备良好的平顺性、舒适性和可靠性，解决了重型6X6越野汽车线性单刚度板簧平顺性舒适性差的问题。

Description

一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件及其设计方法

技术领域

本发明涉及汽车制造领域，尤其是一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件及其设计方法。

背景技术

钢板弹簧是重型汽车悬架中应用最为广泛的一种弹性元件，随着我国汽车工业的发展，重型全驱动越野汽车以及特殊用途汽车对平顺性、舒适性提出了更高的要求。现行全驱动越野汽车悬架弹性元件多采用线性等刚度多片钢板弹簧，此类板簧在不同载荷工况下的平顺性、舒适性差别较大，尤其在空载、半载等工况下的平顺性、舒适性较差。然而，针对重型全驱动越野汽车用钢板弹簧，要求其在不同载荷工况下均具有良好平顺性、舒适性和较高可靠性，目前国内外还没有准确、可靠的设计方法。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件及其设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案在于：

一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件，所述悬架弹性元件包括变刚度少片钢板弹簧总成、中桥总成、后桥总成和平衡轴座；所述变刚度少片钢板弹簧总成包括有叠放的主簧组弹簧和副簧组弹簧；所述主簧组弹簧自下而上包括带有弧度的主簧第一片、主簧第二片和主簧第三片；所述副簧组弹簧自下而上包括带有弧度的副簧第一片和副簧第二片；所述副簧组弹簧的上端通过骑马螺栓用板簧压板与平衡轴座固定连接有车架；所述中桥总成的上端、后桥总成的上端分别与平衡轴座的上端通过主簧组弹簧连接；所述中桥总成的下端、后桥总成的下端分别与平衡轴座的下端通过下推力杆连接。

本发明还具有以下附加技术特征：

作为本方案进一步具体优化的，所述主簧组弹簧和副簧组弹簧的簧片之间均设有板簧片间垫片；所述变刚度少片钢板弹簧总成的中心部位设有一贯穿的通孔，所述通孔中穿有一根板簧中心螺栓，所述板簧中心螺栓还贯穿于板簧片间垫片；所述板簧中心螺栓顶部通过中心螺母锁紧。

作为本方案进一步具体优化的，所述主簧第二片过渡部分的下部具有向外扩展的斜面或曲面；所述主簧第一片的中间部分和主簧第二片的中间部分的厚度均匀；所述主簧第一片两端部分和主簧第二片的两端部分的厚度均匀；所述主簧第一片中间部分与主簧第二片中间部分的共同厚度小于所述主簧第一片两端部分的厚度；所述主簧第二片还包括包耳，所述包耳部分的厚度小于主簧第二片两端部分的厚度。

作为本方案进一步具体优化的，所述副簧组弹簧的顶部固定有板簧压板，所述板簧压板的两侧还设有将变刚度少片钢板弹簧总成固定于平衡轴座上的骑马螺栓。

作为本方案进一步具体优化的，所述主簧组弹簧至少有三片，所述副簧组弹簧至少有两片；所述主簧第一片、主簧第二片、主簧第三片和副簧第一片、副簧第二片之间涂有石墨润滑脂。

作为本方案进一步具体优化的，所述变刚度少片钢板弹簧总成的材料为单面双槽材料。

一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件的设计方法，包括以下步骤：

步骤1，设定具有较高可靠性和舒适性要求的某载重工况（如半载）的悬架偏频为2.5HZ，此时仅主簧组弹簧起作用；设定满载工况时悬架偏频亦为2.5HZ，此时主簧组弹簧和副簧组弹簧共同起作用；悬架偏频及主簧组弹簧刚度由公式计算，f为悬架偏频，c为板簧刚度，m为簧载质量；

步骤2，设定板簧自由弧高到满载弧高的变化量d，主簧组弹簧接触载荷、满载时主簧组弹簧载荷由；为板簧总成满载载荷，为主簧组弹簧接触时载荷，为主簧组弹簧刚度，为副簧组弹簧刚度；

步骤3，根据主簧组弹簧和副簧组弹簧的刚度设计板簧片形，设计时确保板簧最大应力应不超过550MPa；

步骤4，根据主簧组弹簧和副簧组弹簧接触时载荷以及满载时主簧组弹簧载荷确定主簧组弹簧和副簧组弹簧的弧高。

本发明和现有技术相比，其优点在于：

本设计方案将主簧组弹簧和副簧组弹簧二组钢板弹簧叠加在一起，位于上面的两片板簧为副簧，下面的三片为主簧。在车辆空载、载重量不大于2.5t时副簧不会与主簧接触，此时悬架刚度为主簧的刚度；当车辆载重超过2.5t且在恶劣工况下副簧会与主簧接触，此时悬架刚度为主簧组弹簧和副簧组弹簧刚度之和，主簧组弹簧和副簧组弹簧共同承载；此方案在主簧单独作用以及主簧组弹簧和副簧组弹簧共同作用均具有合适的悬架偏频，目前根据此设计方法设计的板簧已经过实车进行了平顺性、舒适性、可靠性试验验证，目前已完成定型试验验证，各工况具备良好的平顺性、舒适性和可靠性，有效解决了重型6X6越野汽车线性单刚度板簧平顺性、舒适性差的问题。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图示为双后桥变刚度少片钢板弹簧及平衡悬架装置相关视图。

图1为变刚度少片钢板弹簧总成结构示意图；

图2双后桥平衡悬架装置（满载状态）结构示意图；

附图标记说明：

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、板簧片间垫片；9、车架；

10、变刚度少片钢板弹簧总成；11、骑马螺栓；12、板簧压板；13、平衡轴座；14、中桥总成；15、后桥总成；16、下推力杆（上推力杆图示中未画出，上、下推力杆以及车桥、车架连接装置构成四连杆机构）。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件，悬架弹性元件包括变刚度少片钢板弹簧总成10、中桥总成14、后桥总成15和平衡轴座13。

变刚度少片钢板弹簧总成10的材料为单面双槽材料，包括有叠放的主簧组弹簧和副簧组弹簧。主簧组弹簧自下而上包括带有弧度的主簧第一片1、主簧第二片2和主簧第三片3。主簧组弹簧和副簧组弹簧的簧片之间均设有板簧片间垫片8。变刚度少片钢板弹簧总成10的中心部位设有一贯穿的通孔，通孔中穿有一根板簧中心螺栓6，板簧中心螺栓6还贯穿于板簧片间垫片8。板簧中心螺栓6顶部通过中心螺母7锁紧。

主簧第二片2过渡部分的下部具有向外扩展的斜面或曲面。主簧第一片1的中间部分和主簧第二片2的中间部分的厚度均匀。主簧第一片1两端部分和主簧第二片2的两端部分的厚度均匀。主簧第一片1中间部分与主簧第二片2中间部分的共同厚度小于主簧第一片1两端部分的厚度。主簧第二片2还包括包耳，包耳部分的厚度小于主簧第二片2两端部分的厚度。

主簧组弹簧至少有三片，副簧组弹簧至少有两片。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之间涂有石墨润滑脂。

副簧组弹簧的顶部固定有板簧压板12，板簧压板12的两侧还设有将变刚度少片钢板弹簧总成10固定于平衡轴座13上的骑马螺栓11。

副簧组弹簧自下而上包括带有弧度的副簧第一片4和副簧第二片5。副簧组弹簧的上端固定有车架9。中桥总成14的上端、后桥总成15的上端分别与平衡轴座13的上端通过主簧组弹簧连接。中桥总成14的下端、后桥总成15的下端分别与平衡轴座13的下端通过下推力杆16连接。

一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件的设计方法，包括以下步骤：

步骤1，设定具有较高舒适性要求的某载重工况如半载的悬架偏频为2.5HZ，此时仅主簧组弹簧起作用。设定满载工况时悬架偏频亦为2.5HZ，此时主簧组弹簧和副簧组弹簧共同起作用。悬架偏频及主簧组弹簧刚度由公式计算，f为悬架偏频，c为板簧刚度，m为簧载质量。

步骤2，设定板簧自由弧高到满载弧高的变化量d，主簧组弹簧接触载荷、满载时主簧组弹簧载荷由。为板簧总成满载载荷，为主簧组弹簧接触时载荷，为主簧组弹簧刚度，为副簧组弹簧刚度。

步骤3，根据主簧组弹簧和副簧组弹簧的刚度设计板簧片形，设计时确保板簧最大应力应不超过550MPa。

步骤4，根据主簧组弹簧和副簧组弹簧接触时载荷以及满载时主簧组弹簧载荷确定主簧组弹簧和副簧组弹簧的弧高。

实施例1

根据越野汽车在空载、半载、满载等工况均具有较好舒适性的要求，后钢板弹簧采用变刚度主、副少片簧结构。

根据越野汽车实际使用情况，兼考虑悬架的可靠性能，设定具有较高舒适性要求的某载重工况如半载的悬架偏频为2.5HZ，此时仅主簧起作用。设定满载工况时悬架偏频亦为2.5HZ，此时主、副簧共同起作用。另外，空载时悬架刚度为板簧主簧刚度，偏频根据主簧刚度及空载时实际簧载质量计算，悬架偏频及刚度计算见公式①，以此确定主、副簧刚度值。

……………………………………①

注：f为悬架偏频，单位HZ。c为板簧刚度，单位mm/N。m为簧载质量，单位KG。

设定板簧自由弧高到满载弧高的变化量d，所以公式②成立：

………………………………………②

注：为板簧总成满载载荷，单位N。为主簧组弹簧接触时载荷，单位N。为主簧刚度，单位mm/N。为副簧刚度，单位mm/N。

根据公式②可以得到求得主簧组弹簧接触载荷、满载时主簧组弹簧载荷，以此载荷作为主、副板簧设计依据。考虑全驱动越野车实际越野路况的恶劣程度，板簧设计时最大应力应不超过550MPa。

根据某重型6X6全驱动越野汽车在空载、载重2.5t、满载载重7吨等工况均具有较好舒适性的要求，后钢板弹簧采用变刚度主簧组弹簧和副簧组弹簧的少片簧结构，各工况单簧簧载质量如下表所示：

根据该6X6全驱动越野汽车实际使用情况，尤其是在载重2.5t工况时具有良好的舒适性、平顺性要求，兼考虑悬架的可靠性能，此工况悬架偏频设定为2.5HZ，此时仅主簧起作用。在满载载重7吨工况时悬架偏频亦设定为2.5HZ，此时主、副簧共同起作用。另外，空载时悬架刚度为板簧主簧刚度，偏频根据实际计算。

由悬架偏频计算公式①可知，不同工况下悬架偏频及板簧刚度计算如下表所示：

设定板簧自由弧高到满载弧高的变化量为60mm，根据公式②可以得到主簧组弹簧接触载荷、满载时主簧组弹簧载荷，如下表所示：

根据板簧实际安装要求，主簧组弹簧采用三片、副簧组弹簧采用两片，并且三片主簧端部总厚度不超过40mm。考虑全驱动越野车实际越野路况的恶劣程度，设定板簧最大应力不超过550MPa。综合以上，以及根据抛物线板簧的等应力设计要求，得到主、副簧单片的设计形状如下表所示：

设定板簧满载时为压平状态，即弧高为零，主、副板簧弧高确定如下表所示：

。

参见附图1，本设计方案将主簧组弹簧和副簧组弹簧二组钢板弹簧叠加在一起，位于上面的两片板簧为副簧组弹簧，下面的三片为主簧组弹簧。在车辆空载、载重量不大于2.5t时副簧组弹簧不会与主簧组弹簧接触，此时悬架刚度为主簧组弹簧的刚度。当车辆载重超过2.5t且在恶劣工况下副簧组弹簧会与主簧组弹簧接触，此时悬架刚度为主簧组弹簧和副簧组弹簧刚度之和，主簧组弹簧和副簧组弹簧共同承载。此方案在主簧组弹簧单独作用以及主簧组弹簧和副簧组弹簧。共同作用均具有合适的悬架偏频，目前根据此设计方法设计的板簧已经过实车进行了平顺性、舒适性、可靠性试验验证，目前已完成定型试验验证，各工况具备良好的平顺性、舒适性和可靠性，有效解决了重型6X6越野汽车线性单刚度板簧平顺性、舒适性差的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件，其特征在于：所述悬架弹性元件包括变刚度少片钢板弹簧总成（10）、中桥总成（14）、后桥总成（15）和平衡轴座（13）；

所述变刚度少片钢板弹簧总成（10）包括有叠放的主簧组弹簧和副簧组弹簧；所述主簧组弹簧自下而上包括带有弧度的主簧第一片（1）、主簧第二片（2）和主簧第三片（3）；所述副簧组弹簧自下而上包括带有弧度的副簧第一片（4）和副簧第二片（5）；

所述副簧组弹簧的上端通过骑马螺栓用板簧压板与平衡轴座固定连接有车架（9）；

所述中桥总成（14）的上端、后桥总成（15）的上端分别与平衡轴座（13）的上端通过主簧组弹簧连接；所述中桥总成（14）的下端、后桥总成（15）的下端分别与平衡轴座（13）的下端通过下推力杆（16）连接。

2.根据权利要求1所述的一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件，其特征在于：所述主簧组弹簧和副簧组弹簧的簧片之间均设有板簧片间垫片（8）；所述变刚度少片钢板弹簧总成（10）的中心部位设有一贯穿的通孔，所述通孔中穿有一根板簧中心螺栓（6），所述板簧中心螺栓（6）还贯穿于板簧片间垫片（8）；所述板簧中心螺栓（6）顶部通过中心螺母（7）锁紧。

3.根据权利要求1所述的一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件，其特征在于：所述主簧第二片（2）过渡部分的下部具有向外扩展的斜面或曲面；所述主簧第一片（1）的中间部分和主簧第二片（2）的中间部分的厚度均匀；所述主簧第一片（1）两端部分和主簧第二片（2）的两端部分的厚度均匀；所述主簧第一片（1）中间部分与主簧第二片（2）中间部分的共同厚度小于所述主簧第一片（1）两端部分的厚度；所述主簧第二片（2）还包括包耳，所述包耳部分的厚度小于主簧第二片（2）两端部分的厚度。

4.根据权利要求1所述的一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件，其特征在于：所述副簧组弹簧的顶部固定有板簧压板（12），所述板簧压板（12）的两侧还设有将变刚度少片钢板弹簧总成（10）固定于平衡轴座（13）上的骑马螺栓（11）。

5.根据权利要求1所述的一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件，其特征在于：所述主簧组弹簧至少有三片，所述副簧组弹簧至少有两片；所述主簧第一片（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）之间涂有石墨润滑脂。

6.根据权利要求1所述的一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件，其特征在于：所述变刚度少片钢板弹簧总成（10）的材料为单面双槽材料。

7.一种重型全驱越野汽车用悬架弹性元件的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设定具有较高舒适性要求的某载重工况（如半载）的悬架偏频为2.5HZ，此时仅主簧组弹簧起作用；设定满载工况时悬架偏频亦为2.5HZ，此时主簧组弹簧和副簧组弹簧共同起作用；悬架偏频及主簧组弹簧刚度由公式计算，f为悬架偏频，c为板簧刚度，m为簧载质量；

步骤2，设定板簧自由弧高到满载弧高的变化量d，主簧组弹簧接触载荷、满载时主簧组弹簧载荷由；为板簧总成满载载荷，为主簧组弹簧接触时载荷，为主簧组弹簧刚度，为副簧组弹簧刚度；

步骤3，根据主簧组弹簧和副簧组弹簧的刚度设计板簧片形，设计时确保板簧最大应力应不超过550MPa；

步骤4，根据主簧组弹簧和副簧组弹簧接触时载荷以及满载时主簧组弹簧载荷确定主簧组弹簧和副簧组弹簧的弧高。