申國偉 王元 張東

摘 要：文章介紹了一種重型商用汽車用的四點支撐式雙后橋平衡懸架設計方法，對該懸架的結構、工作原理進行闡述，建立該懸架的力學模型，并推導出軸荷比公式，通過CATIA軟件建立DMU仿真模型，進一步對板簧長度、平衡臂的幾何尺寸及板簧布置尺寸進行優(yōu)化，使軸荷比始終保持在0.88～1.14的設計目標，并結合有限元分析軟件對設計的關鍵零部件進行強度分析，以確保滿足設計要求。

關鍵詞：四點支撐式;雙后橋;平衡懸架;懸架設計

中圖分類號：U463.33 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）20-42-03

Abstract： This paper introduces a design method of four-point supporting double rear axle balanced suspension for heavy commercial vehicles， explains the structure and working principle of the suspension， establishes the mechanical model of the suspension， and derives the axle load ratio formula， The DMU simulation model is established through CATIA software， and the length of the leaf spring， the geometric size of the balance arm and the layout size of the leaf spring are further optimized to keep the axial load ratio at the design goal of 0.88～1.14. The strength analysis of the key components meets the design requirements.

Keywords： Four-point support; Double rear axle; Balance suspension; Suspension design

CLC NO.： U463.33 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）20-42-03

1 概述

懸架是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，主要作用是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，比如支撐力、制動力和驅動力等，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動、保證乘員的舒適性、減小貨物和車輛本身的動載荷。目前，雙后橋汽車的后懸架系統(tǒng)通常采用平衡懸架結構，平衡懸架能夠保證中、后橋車輪的垂直載荷相等，但現(xiàn)有的平衡懸架大部分為心軸結構，如圖1所示，該結構的缺點是成本較高?；谝陨蠁栴}，本文介紹了一種四點支撐式雙后橋平衡懸架的設計方法。

2 四點支撐式平衡懸架結構

四點支撐式雙后橋平衡懸架，主要由后簧前支架、后簧中間支架、后簧后支架、鋼板彈簧、吊耳、平衡臂及拉桿組成，如圖2所示，該懸架是指雙后橋的板簧懸架部分單側通過四個支撐點與車架固定;驅動橋后端的吊耳支架和隨動橋鋼板彈簧共用一個支架，但垂直載荷受力不同;驅動橋、隨動橋上的鋼板彈簧前端均與板簧支架固定鉸接，通過驅動橋板簧后端的平衡臂及拉桿與隨動橋板簧后端連接，以實現(xiàn)驅動橋和隨動橋載荷的傳遞。

3 力學分析

四點支撐式平衡懸架雙橋軸荷及力的傳遞是通過吊耳、平衡臂及拉桿傳遞，現(xiàn)對其做受力分析，為簡化分析省略板簧變形和車橋所受側向力，其中吊耳及拉桿力的方向是沿著兩端鉸接點連線的二力桿。分析對象分別選取鋼板彈簧、吊耳、平衡臂及拉桿，簡化后的力學模型，見圖3，通過力矩及杠桿平衡原理推導得出隨動橋與驅動橋軸荷比見公式1。

式中：

F1——驅動橋支撐力;

F8——隨動橋支撐力;

L1——驅動橋板簧前半段長度;

L2——驅動橋板簧后半段長度;

L3——隨動橋板簧前半段長度;

L4——隨動橋板簧后半段長度;

L5——驅動橋平衡臂X向鉸接點與固定點距;

L6——驅動橋平衡臂Z向鉸接點與固定點距;

L7——隨動橋平衡臂X向鉸接點與固定點距;

L8——隨動橋平衡臂Z向鉸接點與固定點距。

4 軸荷分析及優(yōu)化

從公式1可以看出，兩軸的軸荷比主要與板簧長度、平衡臂的幾何尺寸及板簧布置位置有關。在初步確定板簧支架安裝硬點及各零部件尺寸后，通過在CATIA中建立懸架DMU模型后進行動態(tài)校核，以平衡臂轉角為主參數(shù)，建立各連接點的運動副，不斷修正板簧長度、平衡臂的幾何尺寸及板簧布置尺寸，以使驅動橋和隨動橋軸荷比更優(yōu)，得出軸荷比隨驅動橋平衡臂變化曲線圖，如圖4所示;同時得出軸荷比隨驅動橋上下跳動的變化曲線圖，如圖5所示。從圖4、圖5可以看出，軸荷比始終保持在0.88～1.14，符合設計目標，由此確定懸架各零部件的結構參數(shù)。

5 關鍵零部件的強度分析

基于確定的各零部件硬點尺寸，在CATIA中細化建立后簧前支架、后簧中間支架、后簧后支架、平衡臂、吊耳及拉桿的數(shù)模，再結合該車型的運行工況進行有限元分析，在整車條件下分別施加垂向沖擊、轉彎、扭轉、制動四個工況，各關鍵零件的有限元分析結果見圖6、圖7、圖8、圖9、圖10，最小安全因子均大于1，關鍵零部件強度均滿足設計要求。

6 結論

本文設計了一種適應重型商用車用的四點支撐式雙后橋平衡懸架，在初步確定的懸架布置結構基礎上，建立懸架力學模型，結合力矩平衡原理推導得出軸荷比計算公式，進一步結合DMU分析，不斷修正各零件幾何尺寸及布置，使軸荷比最優(yōu)，最后通過有限元分析驗證了各關鍵零部件強度，該懸架相比傳統(tǒng)雙后橋平衡懸架具有重量輕、結構簡單、成本低的優(yōu)點，可滿足標載運輸車輛使用需求。

參考文獻

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