要害词：车桥;悬架;板簧;载满弧高;动载下跳动极限弧高;动载上跳动极限弧高;动挠度;静挠度;参数可调。

　　The design and application of Pro/Engineer based on the parallel leaf spring suspension arrangement

　　Cai Zhi Rui，Wang Zhen， Liu Su，Liu Yu

　　(Yangtse Motor Group Co.,Ltd, Wuhan 430040)

　　Abstract: Describes the use of Pro / engineer software to establish bus leaf spring suspension arrangement method and motion state analysis function, through axles, wheels and the leaf spring arc height and length of main structure parameters to confirm suspension system of each motion component assembly position, the steel plate spring kinematic interference checking, and the vehicle configuration interaction between the deployment of association.

　　Key words: axle;suspension bridge;leaf spring ;full arc height;the dynamic load limit camber; the dynamic load on the ultimate beating camber;dynamic deflection;static deflection; adjustable parameters

　　在大巴车底盘全体方案预安排设置中，常包涵这几个方面：悬架体系、调转方向体系、驱动体系、制动体系、冷却体系及车架和附件等安排设置;悬架安排是此中十分要紧的一环，其与调转方向体系，能源驱动体系等相干联活动件配合能否理，将干脆作用机动车全体参数及机动车运用功能[1~3]。板簧式悬架[4]是板簧一端铰链固定，另一端经过吊耳摆动。因构造容易、价值便宜，在大巴车、载货汽车上获得广大的采纳;板簧式悬架中各参数间的关联性很强, 在总安排中须要确认及校核悬架体系载满、上下跳动极限、空载等状况、确认缓冲块位子、减振器位子及伸缩路程校核、调转方向车轮调转方向校核、调转方向拉杆校核、吊耳摆动方位校核等相干联的活动构件位子及参数。若在惯例二维图纸上发展安排和参数调度和修改会差不多烦琐，只需全部一处无发展相应的修改就会显露难题，现借助Pro/E参数化平台，能够方便快速且明确地达成大巴车板簧式悬架安排设置及利用，尝试做到各参数间能够在全体方案安排中可调，同一时间又能相互关联，从而下降设置事业量、缩小开发周期、下降本钱、增添了全体安排的灵活性、通用性、实用性。

　　1 大巴车纵置板簧式悬架参数的抉择确认

　　板簧式悬架设置可行大致分为选型设置(根本规格及参数计算确认)和具体构造设置两个阶段[5]：根据机动车全体功能参数的请求，确定悬架的安排方案及最重要的零部件的选型，计算出相配合的板簧悬架体系的参数，再深入的发展详细悬架的细节设置等，构建起虚拟三维数字悬架模子。

　　1.1 大巴车纵置板簧式悬架模块根基单元构造构成素材：

　　板簧式悬架最重要的由钢板弹簧(弹性软件)、固定架(座耳)、减震器三部分构成，另外还包括如横向稳固杆、缓冲块等零部件，板簧平常安装形式是一端铰链固定，另一端经过吊耳旋转摆动,悬架中部用两个U形螺栓将钢板弹簧固定在车桥上如图1a所示：板簧的弧高是随机动车的载荷和路面状况浮动而浮动，但板簧的卷耳直径、板簧的展平长度、板簧固定端的位子均是不变的[6]。典范的板簧悬架及调转方向前桥的构造如图1所示。

　　(a) 纵置板簧式悬架构成素材

　　(b) 调转方向前桥的构造图

　　图1 纵置板簧式悬架及调转方向前桥的构造图

　　1.2 大巴车首尾悬架体系的最重要的功能参数的确定

　　在发展钢板弹簧计算此前，当晓得下列初始要求：车子的轴距,载满静止时车子前、后轴(桥)负荷M1、 M2，抉择出适合的车桥并计算出簧下部分重量Mu1、Mu2，并据此计算出单个钢板弹簧的载满负荷Fw1=( M1- Mu1)/2：和Fw2=( M2- Mu2)/2，同一时间依据机动车设置的离地高度，以及悬架体系各最重要的零件的大小确定出悬架的静挠度fc、动挠度fd、板簧的波动频次、刚度、全体的大小请求等[6-7]。为了使弹簧总成在车上能很好夹紧，当弹簧各片较厚时，常在是将弹簧各片作成双曲率方式如图2所示，源于当中平直段部分不发生弧高，因而计算弹簧各片弧高时，弹簧效用长度应减掉压平部分长度。板簧的终归断面宽度和厚度则由供方依据功能参数的请求计算而来，本文不发展深入开展阐述，而最重要的讨论如何在Pro/E中发展板簧悬架安排，确定板簧的载满弹簧弧高、板簧的弧长(钢板弹簧长度L)、簧中心距等根本构造特征参数，再依据机动车总安排进一步确认其余关联构件参数。

　　图2 钢板弹簧的双曲率簧片参数

　　悬架静挠度fc是指车子载满静止时悬架上的载荷与此时悬架刚度c之比，车子车身首尾部分的固有频次(亦称偏频)n1、n2可用下式表明：

　　式中:c1、c2区别为首尾悬架的刚度;m1、m2区别为首尾悬架的簧上品质。板簧悬架的首尾悬架静挠度fc与簧载品质和悬架刚度的关连式为：

　　fc1=m1g/c1 fc2=m2g/c2

　　式中：g为重力提速度，是以，咱们可行获得机动车首尾悬架静挠度和固有频次的关连式：

　　为防止车身发生过大的纵向角波动，选取前悬架静挠度时，期望后悬架静挠度值fc2小于前悬架静挠度值fc1;从提速性考量，若fc2大，则车身波动大，期望两值最佳挨近，但不相等(防止共振)。

　　通常介绍：fc2=(0.7～0.9) fc1

　　悬架的动挠度f d 是指从载满静平衡位子最初悬架紧缩到构造应允的第一大形状改变时(平常指缓冲块紧缩1/3)，车轮中心相对车架(或车身)的垂直位移。请求悬架应有充足大的动挠度，以防止在坏路上行进时经常磕碰缓冲块。车子动挠度值与机动车运用概况和静挠度值相关：

　　通常介绍：

　　都市公交机动车a=2～2.5,道路用机动车a=2.5～3.5，suva=2～2.5

　　在做悬架设置时，咱们起首依据机动车的用途和平顺性请求确定首尾悬架的偏频，再依据公式计算首尾悬架的静挠度和动挠度。参见表1。

　　表1 车子悬架体系的最重要的操控参数

　　车型偏频n/Hz静挠度fc/毫米动挠度fd/毫米

　　载货汽车1.5～2.250～11060～90

　　乘用车0.9～1.6100～30070～90

　　大大巴车1.3～1.870～15050～80

　　suv1.4～2.060～13070～130

　　1.3 钢板弹簧最重要的构造特征参数

　　板簧最重要的构造特征参数是板簧弧长、弧高大小及二卷耳间中心距[8]，此中弧高，卷耳间中心距是随着机动车载荷尺寸而浮动，依据载荷及板簧活动状况将弧高分为载满弧高、动载上跳动极限弧高、动载下跳动极限弧高。某一车型板簧弧高与板簧形状改变量及静挠度、动挠度关连如图3所示。

　　图3 板簧弧高、载荷、动静挠度关连

　　钢板弹簧长度L的确定：钢板弹簧长度L是指弹簧开展伸直后两卷耳中心之中的距离。在总安排可能的要求下，钢板弹簧尽可能取长些。钢板弹簧长度L增添能明显下降弹簧应力，提升运用生命;下降弹簧刚度，改进车子平顺性;若垂直刚度c给定的要求下，又能显著增添钢板弹簧的纵向角刚度，同一时间降低车轮扭转力矩所引起的弹簧形状改变;平常在下列范畴内采用钢板弹簧的长度：小汽车：L=(0.40～0.55)轴距;客载货汽车前悬架：L= (0.26～0.35)轴距，后悬架：L= (0.35～0.45)轴距。

　　载满弧高fa： 载满弧高是指钢板弹簧装到车轴(桥)上，车子载满时钢板弹簧主片上外表当中处与两端连线间(不包括卷耳)的第一大高度差值。为了在车架高度已限定时能获得充足的动挠度值fd，应依据全车和悬架功能请求给出适当值，有的机动车为获得良没有问题操纵稳固性，载满弧高取负值，通常取fa=10～30毫米。

　　载满上跳动极限弧高fa1：是指钢板弹簧装到车轴(桥)上，当钢板弹簧上平面遇到缓冲块，并将缓冲块紧缩1/3处时，钢板弹簧主片上外表当中处与两端连线间的第一大高度差值。

　　载满下跳动极限弧高fa2：指钢板弹簧装到车轴(桥)上，当悬架悬空时，板簧在簧下品质效用下，板簧下移活动，板簧主片上外表当中处与两端连线间的第一大高度差值，并可用以校核减振器的伸张路程。

　　2 纵置板簧式悬架根基单元三维模块安排设置环节

　　在大巴车板簧式悬架三维模块构建前，需在机动车总组装三维形式环境下，依照Pro/E的Top-down Design( 自顶往下设置)设置形式[9-11]，构建起全车总安排骨架模子(Wg6100xxx.skel)，在总安排骨架模子中构建起前、后悬架的根本可调式的参数：如轴距(确定后桥位子)、载满车轮尺寸(离地高度)、调转方向桥四轮定位参数及板簧中心距、主销中心距、落差及板簧座上平面位子大小、调转方向拉杆铰链处上平面位子等;后桥板簧中心距、板簧座上平面大小及传动轴联结法栏端面位子;启动机安装纵向倾角等。详细三维总安排中参数建立环节如是：

　　1.起首在Pro/E操作环境中，开启全车总安排骨架模子，参照如图4(a)所示的车桥(从前调转方向桥为例)，将四轮定位参数(主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角、及前束)，车桥上安装关联构件处相联的特征位子(如板簧中心距、主销中心距、落差及板簧座上平面、调转方向拉杆铰链上平面)建立出示体的三维总安排骨架模子如图(4b)所示。因车桥构造素材相同，上述参数的数值因不同的车型请求抉择可行不同，因而在详细的车型总安排中可依据不同的车桥参数可实行详细的调度。

　　(a)调转方向桥最重要的参数构件位子

　　(b) 调转方向桥最重要的参数三维安排

　　图4 调转方向桥最重要的特征参数

　　2.在Y-0平面,根据车胎中心轴线和前桥主销后倾角(后桥则是启动机安装纵向倾角)，确认垂直于车桥板簧座中心位子设为板簧中心轴线：再设计板簧当中平直线段，平行于车桥板簧座上平面，其距离则是第一根主簧上平面与车桥板簧座上平面落差高度，再在平直线段二侧构建起等曲率的双曲线，确保板簧总开展长度不变下，构建起由弧高操控板簧中心距关连方程，软件将自动计算并确定出板簧卷耳中心A、B二点位子，从而建立出钢板弹簧第一片构造特征线，其建立图形及构建的关连式如图5所示。因总安排方案所以载满状况发展的悬架安排，因而A点即为板簧卷耳前固定架(座耳)固定销孔中心，B点即为板簧卷耳后吊耳下联接点销孔中心。

　　图5 钢板弹簧载满(静挠度)的参数关连

　　3.确定钢板后固定座中心点C位子，上述环节2绘制的钢板弹簧第一片构造特征曲线，今后板簧卷耳中心B为端点，给出吊耳的长度即为后板簧吊耳摆动半径，方位依照载满吊耳状况确定，初始设定一种值(可调)，则另一端点C即为后固定架(座耳)与吊耳发展铰链联结的中心点位子，并以C点为圆心，以BC长(吊耳长)为半径画弧，从而确认了钢板弹簧后吊耳首尾摆动的活动轨迹线如图6所示。

　　图6 钢板弹簧的后吊耳位子确定

　　4.上下跳动极限位子校核，根据已确认的钢板弹簧座耳A、C点及吊耳首尾摆动圆弧，依照上述环节2的建模方法及关连式构建起板簧动载上跳动极限弧线、下跳动极限弧线如图7所示。此二条弧线定出悬架上下跳动量，动载上跳动极限曲线当中点(本处是缓冲块紧缩了1/3处)确认出缓冲块位子，从而确认校核缓冲快位子和伸缩量。减振器上联接点同车架联结，其下联接点与车轿联结，并同车桥一样随板簧上下一同同步跳动，因而可依据板簧上下二条弧线定的跳动量来确认及校核减振器伸缩路程能否适合，认证板簧载满状况、上下跳动极限状况时对应的板簧吊耳方位安排取值能否合乎道理。吊耳摆角尽量幸免负值的前提下，摆角越小越好，空载时摆角10-15°为宜，载满时摆角14-30°为宜。假如方位不理想，修改上述环节3中载满时的吊耳摆角或许吊耳长度;同样的方法在后悬架安排中，后悬架与后桥传动轴联结端面与板簧一同随车载荷上下一同跳动，因而也能确认及校核传动轴伸缩范畴及万向节的夹角能否适合。

　　图7 钢板弹簧动载上下极限曲线及吊耳摆角校核

　　5.调转方向车轮及纵向直拉杆安排校核，在全体骨架模子中，按环节1已建好了车桥上安装关联构件处相联的特征位子，现以调转方向节轴线作为旋转轴，根据车桥表里转角及拉杆铰链上平面位子发展左右旋转，从而找出了其对应车胎、调转方向拉杆铰链上平面的极限处位子，从而对车轮，调转方向直拉杆发展活动校核并检测能否有干涉等如图8所示。至此机动车三维悬架安排设置达成，各参数关连均已确认并经过Top-down design 将详细的参数值发表给部件设置人士发展详细的构造设置。

　　图8 调转方向车轮调转方向及直拉杆安排校核

　　3 完毕语

　　在大巴车底盘全体方案安排设置中，此中悬架安排在机动车全体方案中因相干联的构件太多，各构件参数安排能否合乎道理将作用机动车全体参数及机动车运用功能。从前是采纳惯例二维图纸上发展安排操作起来很不方廉价，现经过构建起大巴车板簧式悬架安排三维模块，提取车桥一同的构造特征参数及板簧弧长与弧高各卷耳中心距的关连式，建立三维参数化模子，现只需抉择了详细的车桥及板簧的参数，全体安排人士只需通过容易的三维模子上修改调度，调匹各活动件间的参数，很快的达成一台新款汽车的全体三维安排，并经过发表几何将全体消息传导发表给悬架部件设置人士，让悬架设置人士发展详细的部件设置。

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