要害詞：車橋;懸架;板簧;載滿弧高;動(dòng)載下跳動(dòng)極限弧高;動(dòng)載上跳動(dòng)極限弧高;動(dòng)撓度;靜撓度;參數(shù)可調(diào)。

　　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

　　在大巴車底盤全體方案預(yù)安排設(shè)置中，常包涵這幾個(gè)方面：懸架體系、調(diào)轉(zhuǎn)方向體系、驅(qū)動(dòng)體系、制動(dòng)體系、冷卻體系及車架和附件等安排設(shè)置;懸架安排是此中十分要緊的一環(huán)，其與調(diào)轉(zhuǎn)方向體系，能源驅(qū)動(dòng)體系等相干聯(lián)活動(dòng)件配合能否理，將干脆作用機(jī)動(dòng)車全體參數(shù)及機(jī)動(dòng)車運(yùn)用功能[1~3]。板簧式懸架[4]是板簧一端鉸鏈固定，另一端經(jīng)過(guò)吊耳擺動(dòng)。因構(gòu)造容易、價(jià)值便宜，在大巴車、載貨汽車上獲得廣大的采納;板簧式懸架中各參數(shù)間的關(guān)聯(lián)性很強(qiáng), 在總安排中須要確認(rèn)及校核懸架體系載滿、上下跳動(dòng)極限、空載等狀況、確認(rèn)緩沖塊位子、減振器位子及伸縮路程校核、調(diào)轉(zhuǎn)方向車輪調(diào)轉(zhuǎn)方向校核、調(diào)轉(zhuǎn)方向拉桿校核、吊耳擺動(dòng)方位校核等相干聯(lián)的活動(dòng)構(gòu)件位子及參數(shù)。若在慣例二維圖紙上發(fā)展安排和參數(shù)調(diào)度和修改會(huì)差不多煩瑣，只需全部一處無(wú)發(fā)展相應(yīng)的修改就會(huì)顯露難題，現(xiàn)借助Pro/E參數(shù)化平臺(tái)，能夠方便快速且明確地達(dá)成大巴車板簧式懸架安排設(shè)置及利用，嘗試做到各參數(shù)間能夠在全體方案安排中可調(diào)，同一時(shí)間又能相互關(guān)聯(lián)，從而下降設(shè)置事業(yè)量、縮小開(kāi)發(fā)周期、下降本錢、增添了全體安排的靈活性、通用性、實(shí)用性。

　　1 大巴車縱置板簧式懸架參數(shù)的抉擇確認(rèn)

　　板簧式懸架設(shè)置可行大致分為選型設(shè)置(根本規(guī)格及參數(shù)計(jì)算確認(rèn))和具體構(gòu)造設(shè)置兩個(gè)階段[5]：根據(jù)機(jī)動(dòng)車全體功能參數(shù)的請(qǐng)求，確定懸架的安排方案及最重要的零部件的選型，計(jì)算出相配合的板簧懸架體系的參數(shù)，再深入的發(fā)展詳細(xì)懸架的細(xì)節(jié)設(shè)置等，構(gòu)建起虛擬三維數(shù)字懸架模子。

　　1.1 大巴車縱置板簧式懸架模塊根基單元構(gòu)造構(gòu)成素材：

　　板簧式懸架最重要的由鋼板彈簧(彈性軟件)、固定架(座耳)、減震器三部分構(gòu)成，另外還包括如橫向穩(wěn)固桿、緩沖塊等零部件，板簧平常安裝形式是一端鉸鏈固定，另一端經(jīng)過(guò)吊耳旋轉(zhuǎn)擺動(dòng),懸架中部用兩個(gè)U形螺栓將鋼板彈簧固定在車橋上如圖1a所示：板簧的弧高是隨機(jī)動(dòng)車的載荷和路面狀況浮動(dòng)而浮動(dòng)，但板簧的卷耳直徑、板簧的展平長(zhǎng)度、板簧固定端的位子均是不變的[6]。典范的板簧懸架及調(diào)轉(zhuǎn)方向前橋的構(gòu)造如圖1所示。

　　(a) 縱置板簧式懸架構(gòu)成素材

　　(b) 調(diào)轉(zhuǎn)方向前橋的構(gòu)造圖

　　圖1 縱置板簧式懸架及調(diào)轉(zhuǎn)方向前橋的構(gòu)造圖

　　1.2 大巴車首尾懸架體系的最重要的功能參數(shù)的確定

　　在發(fā)展鋼板彈簧計(jì)算此前，當(dāng)曉得下列初始要求：車子的軸距,載滿靜止時(shí)車子前、后軸(橋)負(fù)荷M1、 M2，抉擇出適合的車橋并計(jì)算出簧下部分重量Mu1、Mu2，并據(jù)此計(jì)算出單個(gè)鋼板彈簧的載滿負(fù)荷Fw1=( M1- Mu1)/2：和Fw2=( M2- Mu2)/2，同一時(shí)間依據(jù)機(jī)動(dòng)車設(shè)置的離地高度，以及懸架體系各最重要的零件的大小確定出懸架的靜撓度f(wàn)c、動(dòng)撓度f(wàn)d、板簧的波動(dòng)頻次、剛度、全體的大小請(qǐng)求等[6-7]。為了使彈簧總成在車上能很好夾緊，當(dāng)彈簧各片較厚時(shí)，常在是將彈簧各片作成雙曲率方式如圖2所示，源于當(dāng)中平直段部分不發(fā)生弧高，因而計(jì)算彈簧各片弧高時(shí)，彈簧效用長(zhǎng)度應(yīng)減掉壓平部分長(zhǎng)度。板簧的終歸斷面寬度和厚度則由供方依據(jù)功能參數(shù)的請(qǐng)求計(jì)算而來(lái)，本文不發(fā)展深入開(kāi)展闡述，而最重要的討論如何在Pro/E中發(fā)展板簧懸架安排，確定板簧的載滿彈簧弧高、板簧的弧長(zhǎng)(鋼板彈簧長(zhǎng)度L)、簧中心距等根本構(gòu)造特征參數(shù)，再依據(jù)機(jī)動(dòng)車總安排進(jìn)一步確認(rèn)其余關(guān)聯(lián)構(gòu)件參數(shù)。

　　圖2 鋼板彈簧的雙曲率簧片參數(shù)

　　懸架靜撓度f(wàn)c是指車子載滿靜止時(shí)懸架上的載荷與此時(shí)懸架剛度c之比，車子車身首尾部分的固有頻次(亦稱偏頻)n1、n2可用下式表明：

　　式中:c1、c2區(qū)別為首尾懸架的剛度;m1、m2區(qū)別為首尾懸架的簧上品質(zhì)。板簧懸架的首尾懸架靜撓度f(wàn)c與簧載品質(zhì)和懸架剛度的關(guān)連式為：

　　fc1=m1g/c1 fc2=m2g/c2

　　式中：g為重力提速度，是以，咱們可行獲得機(jī)動(dòng)車首尾懸架靜撓度和固有頻次的關(guān)連式：

　　為防止車身發(fā)生過(guò)大的縱向角波動(dòng)，選取前懸架靜撓度時(shí)，期望后懸架靜撓度值fc2小于前懸架靜撓度值fc1;從提速性考量，若fc2大，則車身波動(dòng)大，期望兩值最佳挨近，但不相等(防止共振)。

　　通常介紹：fc2=(0.7～0.9) fc1

　　懸架的動(dòng)撓度f(wàn) d 是指從載滿靜平衡位子最初懸架緊縮到構(gòu)造應(yīng)允的第一大形狀改變時(shí)(平常指緩沖塊緊縮1/3)，車輪中心相對(duì)車架(或車身)的垂直位移。請(qǐng)求懸架應(yīng)有充足大的動(dòng)撓度，以防止在壞路上行進(jìn)時(shí)經(jīng)常磕碰緩沖塊。車子動(dòng)撓度值與機(jī)動(dòng)車運(yùn)用概況和靜撓度值相關(guān)：

　　通常介紹：

　　都市公交機(jī)動(dòng)車a=2～2.5,道路用機(jī)動(dòng)車a=2.5～3.5，suva=2～2.5

　　在做懸架設(shè)置時(shí)，咱們起首依據(jù)機(jī)動(dòng)車的用途和平順性請(qǐng)求確定首尾懸架的偏頻，再依據(jù)公式計(jì)算首尾懸架的靜撓度和動(dòng)撓度。參見(jiàn)表1。

　　表1 車子懸架體系的最重要的操控參數(shù)

　　車型偏頻n/Hz靜撓度f(wàn)c/毫米動(dòng)撓度f(wàn)d/毫米

　　載貨汽車1.5～2.250～11060～90

　　乘用車0.9～1.6100～30070～90

　　大大巴車1.3～1.870～15050～80

　　suv1.4～2.060～13070～130

　　1.3 鋼板彈簧最重要的構(gòu)造特征參數(shù)

　　板簧最重要的構(gòu)造特征參數(shù)是板簧弧長(zhǎng)、弧高大小及二卷耳間中心距[8]，此中弧高，卷耳間中心距是隨著機(jī)動(dòng)車載荷尺寸而浮動(dòng)，依據(jù)載荷及板簧活動(dòng)狀況將弧高分為載滿弧高、動(dòng)載上跳動(dòng)極限弧高、動(dòng)載下跳動(dòng)極限弧高。某一車型板簧弧高與板簧形狀改變量及靜撓度、動(dòng)撓度關(guān)連如圖3所示。

　　圖3 板簧弧高、載荷、動(dòng)靜撓度關(guān)連

　　鋼板彈簧長(zhǎng)度L的確定：鋼板彈簧長(zhǎng)度L是指彈簧開(kāi)展伸直后兩卷耳中心之中的距離。在總安排可能的要求下，鋼板彈簧盡可能取長(zhǎng)些。鋼板彈簧長(zhǎng)度L增添能明顯下降彈簧應(yīng)力，提升運(yùn)用生命;下降彈簧剛度，改進(jìn)車子平順性;若垂直剛度c給定的要求下，又能顯著增添鋼板彈簧的縱向角剛度，同一時(shí)間降低車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧形狀改變;平常在下列范疇內(nèi)采用鋼板彈簧的長(zhǎng)度：小汽車：L=(0.40～0.55)軸距;客載貨汽車前懸架：L= (0.26～0.35)軸距，后懸架：L= (0.35～0.45)軸距。

　　載滿弧高fa： 載滿弧高是指鋼板彈簧裝到車軸(橋)上，車子載滿時(shí)鋼板彈簧主片上外表當(dāng)中處與兩端連線間(不包括卷耳)的第一大高度差值。為了在車架高度已限定時(shí)能獲得充足的動(dòng)撓度值fd，應(yīng)依據(jù)全車和懸架功能請(qǐng)求給出適當(dāng)值，有的機(jī)動(dòng)車為獲得良沒(méi)有問(wèn)題操縱穩(wěn)固性，載滿弧高取負(fù)值，通常取fa=10～30毫米。

　　載滿上跳動(dòng)極限弧高fa1：是指鋼板彈簧裝到車軸(橋)上，當(dāng)鋼板彈簧上平面遇到緩沖塊，并將緩沖塊緊縮1/3處時(shí)，鋼板彈簧主片上外表當(dāng)中處與兩端連線間的第一大高度差值。

　　載滿下跳動(dòng)極限弧高fa2：指鋼板彈簧裝到車軸(橋)上，當(dāng)懸架懸空時(shí)，板簧在簧下品質(zhì)效用下，板簧下移活動(dòng)，板簧主片上外表當(dāng)中處與兩端連線間的第一大高度差值，并可用以校核減振器的伸張路程。

　　2 縱置板簧式懸架根基單元三維模塊安排設(shè)置環(huán)節(jié)

　　在大巴車板簧式懸架三維模塊構(gòu)建前，需在機(jī)動(dòng)車總組裝三維形式環(huán)境下，依照Pro/E的Top-down Design( 自頂往下設(shè)置)設(shè)置形式[9-11]，構(gòu)建起全車總安排骨架模子(Wg6100xxx.skel)，在總安排骨架模子中構(gòu)建起前、后懸架的根本可調(diào)式的參數(shù)：如軸距(確定后橋位子)、載滿車輪尺寸(離地高度)、調(diào)轉(zhuǎn)方向橋四輪定位參數(shù)及板簧中心距、主銷中心距、落差及板簧座上平面位子大小、調(diào)轉(zhuǎn)方向拉桿鉸鏈處上平面位子等;后橋板簧中心距、板簧座上平面大小及傳動(dòng)軸聯(lián)結(jié)法欄端面位子;啟動(dòng)機(jī)安裝縱向傾角等。詳細(xì)三維總安排中參數(shù)建立環(huán)節(jié)如是：

　　1.起首在Pro/E操作環(huán)境中，開(kāi)啟全車總安排骨架模子，參照如圖4(a)所示的車橋(從前調(diào)轉(zhuǎn)方向橋?yàn)槔?，將四輪定位參數(shù)(主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、車輪外傾角、及前束)，車橋上安裝關(guān)聯(lián)構(gòu)件處相聯(lián)的特征位子(如板簧中心距、主銷中心距、落差及板簧座上平面、調(diào)轉(zhuǎn)方向拉桿鉸鏈上平面)建立出示體的三維總安排骨架模子如圖(4b)所示。因車橋構(gòu)造素材相同，上述參數(shù)的數(shù)值因不同的車型請(qǐng)求抉擇可行不同，因而在詳細(xì)的車型總安排中可依據(jù)不同的車橋參數(shù)可實(shí)行詳細(xì)的調(diào)度。

　　(a)調(diào)轉(zhuǎn)方向橋最重要的參數(shù)構(gòu)件位子

　　(b) 調(diào)轉(zhuǎn)方向橋最重要的參數(shù)三維安排

　　圖4 調(diào)轉(zhuǎn)方向橋最重要的特征參數(shù)

　　2.在Y-0平面,根據(jù)車胎中心軸線和前橋主銷后傾角(后橋則是啟動(dòng)機(jī)安裝縱向傾角)，確認(rèn)垂直于車橋板簧座中心位子設(shè)為板簧中心軸線：再設(shè)計(jì)板簧當(dāng)中平直線段，平行于車橋板簧座上平面，其距離則是第一根主簧上平面與車橋板簧座上平面落差高度，再在平直線段二側(cè)構(gòu)建起等曲率的雙曲線，確保板簧總開(kāi)展長(zhǎng)度不變下，構(gòu)建起由弧高操控板簧中心距關(guān)連方程，軟件將自動(dòng)計(jì)算并確定出板簧卷耳中心A、B二點(diǎn)位子，從而建立出鋼板彈簧第一片構(gòu)造特征線，其建立圖形及構(gòu)建的關(guān)連式如圖5所示。因總安排方案所以載滿狀況發(fā)展的懸架安排，因而A點(diǎn)即為板簧卷耳前固定架(座耳)固定銷孔中心，B點(diǎn)即為板簧卷耳后吊耳下聯(lián)接點(diǎn)銷孔中心。

　　圖5 鋼板彈簧載滿(靜撓度)的參數(shù)關(guān)連

　　3.確定鋼板后固定座中心點(diǎn)C位子，上述環(huán)節(jié)2繪制的鋼板彈簧第一片構(gòu)造特征曲線，今后板簧卷耳中心B為端點(diǎn)，給出吊耳的長(zhǎng)度即為后板簧吊耳擺動(dòng)半徑，方位依照載滿吊耳狀況確定，初始設(shè)定一種值(可調(diào))，則另一端點(diǎn)C即為后固定架(座耳)與吊耳發(fā)展鉸鏈聯(lián)結(jié)的中心點(diǎn)位子，并以C點(diǎn)為圓心，以BC長(zhǎng)(吊耳長(zhǎng))為半徑畫弧，從而確認(rèn)了鋼板彈簧后吊耳首尾擺動(dòng)的活動(dòng)軌跡線如圖6所示。

　　圖6 鋼板彈簧的后吊耳位子確定

　　4.上下跳動(dòng)極限位子校核，根據(jù)已確認(rèn)的鋼板彈簧座耳A、C點(diǎn)及吊耳首尾擺動(dòng)圓弧，依照上述環(huán)節(jié)2的建模方法及關(guān)連式構(gòu)建起板簧動(dòng)載上跳動(dòng)極限弧線、下跳動(dòng)極限弧線如圖7所示。此二條弧線定出懸架上下跳動(dòng)量，動(dòng)載上跳動(dòng)極限曲線當(dāng)中點(diǎn)(本處是緩沖塊緊縮了1/3處)確認(rèn)出緩沖塊位子，從而確認(rèn)校核緩沖快位子和伸縮量。減振器上聯(lián)接點(diǎn)同車架聯(lián)結(jié)，其下聯(lián)接點(diǎn)與車轎聯(lián)結(jié)，并同車橋一樣隨板簧上下一同同步跳動(dòng)，因而可依據(jù)板簧上下二條弧線定的跳動(dòng)量來(lái)確認(rèn)及校核減振器伸縮路程能否適合，認(rèn)證板簧載滿狀況、上下跳動(dòng)極限狀況時(shí)對(duì)應(yīng)的板簧吊耳方位安排取值能否合乎道理。吊耳擺角盡量幸免負(fù)值的前提下，擺角越小越好，空載時(shí)擺角10-15°為宜，載滿時(shí)擺角14-30°為宜。假如方位不理想，修改上述環(huán)節(jié)3中載滿時(shí)的吊耳擺角或許吊耳長(zhǎng)度;同樣的方法在后懸架安排中，后懸架與后橋傳動(dòng)軸聯(lián)結(jié)端面與板簧一同隨車載荷上下一同跳動(dòng)，因而也能確認(rèn)及校核傳動(dòng)軸伸縮范疇及萬(wàn)向節(jié)的夾角能否適合。

　　圖7 鋼板彈簧動(dòng)載上下極限曲線及吊耳擺角校核

　　5.調(diào)轉(zhuǎn)方向車輪及縱向直拉桿安排校核，在全體骨架模子中，按環(huán)節(jié)1已建好了車橋上安裝關(guān)聯(lián)構(gòu)件處相聯(lián)的特征位子，現(xiàn)以調(diào)轉(zhuǎn)方向節(jié)軸線作為旋轉(zhuǎn)軸，根據(jù)車橋表里轉(zhuǎn)角及拉桿鉸鏈上平面位子發(fā)展左右旋轉(zhuǎn)，從而找出了其對(duì)應(yīng)車胎、調(diào)轉(zhuǎn)方向拉桿鉸鏈上平面的極限處位子，從而對(duì)車輪，調(diào)轉(zhuǎn)方向直拉桿發(fā)展活動(dòng)校核并檢測(cè)能否有干涉等如圖8所示。至此機(jī)動(dòng)車三維懸架安排設(shè)置達(dá)成，各參數(shù)關(guān)連均已確認(rèn)并經(jīng)過(guò)Top-down design 將詳細(xì)的參數(shù)值發(fā)表給部件設(shè)置人士發(fā)展詳細(xì)的構(gòu)造設(shè)置。

　　圖8 調(diào)轉(zhuǎn)方向車輪調(diào)轉(zhuǎn)方向及直拉桿安排校核

　　3 完畢語(yǔ)

　　在大巴車底盤全體方案安排設(shè)置中，此中懸架安排在機(jī)動(dòng)車全體方案中因相干聯(lián)的構(gòu)件太多，各構(gòu)件參數(shù)安排能否合乎道理將作用機(jī)動(dòng)車全體參數(shù)及機(jī)動(dòng)車運(yùn)用功能。從前是采納慣例二維圖紙上發(fā)展安排操作起來(lái)很不方廉價(jià)，現(xiàn)經(jīng)過(guò)構(gòu)建起大巴車板簧式懸架安排三維模塊，提取車橋一同的構(gòu)造特征參數(shù)及板簧弧長(zhǎng)與弧高各卷耳中心距的關(guān)連式，建立三維參數(shù)化模子，現(xiàn)只需抉擇了詳細(xì)的車橋及板簧的參數(shù)，全體安排人士只需通過(guò)容易的三維模子上修改調(diào)度，調(diào)匹各活動(dòng)件間的參數(shù)，很快的達(dá)成一臺(tái)新款汽車的全體三維安排，并經(jīng)過(guò)發(fā)表幾何將全體消息傳導(dǎo)發(fā)表給懸架部件設(shè)置人士，讓懸架設(shè)置人士發(fā)展詳細(xì)的部件設(shè)置。

　　參考文件：

　　[1]余志生. 車子理論[M]. 北京：機(jī)械產(chǎn)業(yè)出版社，2000：

　　[2]劉惟信. 車子設(shè)置[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2001：

　　[3]王望予. 車子設(shè)置[M]. 機(jī)械產(chǎn)業(yè)出版社，2000：

　　[4]GB/T5180-1985.車子懸架術(shù)語(yǔ)和定義[S].北京：華夏準(zhǔn)則出版社，1985.

　　[5]林平，王清娟. 車子結(jié)構(gòu) [M]. 北京： 科學(xué)出版社,2007.

　　[6]陳耀明. 車子懸架論文集 [M]. 江蘇： 蘇州大學(xué)出版社,2012.

　　[7]周長(zhǎng)城. 車子平順性與懸架體系設(shè)置[M]. 北京：機(jī)械產(chǎn)業(yè)出版社,2011.

　　[8]梁圣師，沙建柯，李偉強(qiáng).鋼板彈簧大巴車兩側(cè)軸距偏差難題剖析及操控[J]. 大巴車技藝與探討，2008，(4)：21-23.

　　[9] 陳永輝，李興發(fā).Pro/Engineer 中文野火版4.0實(shí)用技藝200例(第一版)[M] .北京：電子產(chǎn)業(yè)出版社，2010.10 .

　　[10] 林清安.Pro/Engineer 中文野火版4.0初學(xué)教程(第一版)[M] .北京：機(jī)械產(chǎn)業(yè)出版社，2010.10。

　　[11] 詹友剛. Pro/Engineer 中文野火版4.0工程圖教程(第一版)[M] .北京：機(jī)械產(chǎn)業(yè)出版社，2009.05 .