型客車多片彈簧懸架設(shè)計(jì)

1 鋼板彈簧懸架設(shè)計(jì)計(jì)算鋼板彈簧懸架設(shè)計(jì)計(jì)算 1 1 板板簧簧設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)算算過(guò)過(guò)程程 初始設(shè)計(jì)參數(shù)如下 表 1 整車主要參數(shù) 參數(shù)名稱數(shù)值參數(shù)名稱數(shù)值 最大總質(zhì)量 kg 17500 軸距 mm5000 前軸質(zhì)量 kg 6000 前軸簧下質(zhì)量 kg500 后軸質(zhì)量 kg 11500 后軸簧下質(zhì)量 kg 1000 kg 前懸 U 型螺栓中心距 mm116前懸 U 型螺栓中心距 mm184 1 11 1 確定偏頻確定偏頻 懸架靜擾度是指汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷與此時(shí)懸架剛度 之比 w Fc 即 因現(xiàn)代汽車的質(zhì)量分配系數(shù)近似等于 1 故汽車前 后軸上方cFf wc 車身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系 因此 汽車前 后部分車身的固有頻率和可 1 n 2 n 用下式表示 2 2 2 2 1 m c n 1 1 1 2 1 m c n 1 式中 1 c 前懸架的剛度 cmN 后懸架的剛度 2 ccmN 前懸架的簧載質(zhì)量 1 mkg 后懸架的簧載質(zhì)量 2 mkg 當(dāng)采用彈性特性為線性變化的懸架時(shí) 前 后懸架的靜擾度表示為 cgmfc 11 222 cgmfc 2 式中 重力加速度 g981 g 2 scm 將 帶入式 1 則有 1c f 2c f 2 11 5 c fn 22 5 c fn 3 懸架的靜擾度直接影響車身振動(dòng)的偏頻 因此 欲保證汽車有良好的 行駛平順性 必須正確選取懸架的靜擾度 在選取前 后懸架的靜擾度值時(shí) 應(yīng)當(dāng)使之接近 并希望后懸架的靜 擾度比前懸架的靜擾度小些 表 2 給出了客車懸架的靜擾度及偏頻的取 值范圍 表 2 客車懸架的靜撓度和偏頻 c fn 車型 mm Hzn 推薦值70 1501 3 1 8 根據(jù)表 2 及實(shí)際工況 前 后懸架偏頻取 1 4Hz 和 1 5Hz 1 21 2 計(jì)計(jì)算算靜靜撓撓度度 c f 前懸架 cm 76 12 4 1 2525 22 1 1 n fc 后懸架 cm 11 11 5 1 2525 22 2 2 n fc 1 31 3 計(jì)計(jì)算算動(dòng)動(dòng)撓撓度度 d f 懸架的動(dòng)擾度是指從滿載靜平衡位置開(kāi)始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形 通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的 1 2 或 2 3 時(shí) 車輪中心相對(duì)車架 或 車身 的垂直位移 要求懸架應(yīng)有足夠大的動(dòng)擾度 以防止在壞路面上行駛時(shí) 經(jīng)常碰撞緩沖塊 客車動(dòng)擾度常取 0 8 則有 c f 前懸架 cm 21 1076 128 08 0 11 cd ff 后懸架 cm 78 7 11 117 07 0 22 cd ff 1 41 4 確定簧載質(zhì)量確定簧載質(zhì)量 根據(jù)是否有懸架彈簧支撐 汽車總質(zhì)量分為簧載質(zhì)量和非簧載掛質(zhì)量?jī)刹?分 非簧載質(zhì)量包括車輪 轉(zhuǎn)向節(jié) 前 后軸 非獨(dú)立懸架 半軸等 此外 3 還應(yīng)包括車輪車橋與車身或者車架之間各連接件質(zhì)量的一半 比如導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的 搖臂 彈簧 減震器 橫向推力桿 轉(zhuǎn)向拉桿 傳動(dòng)軸等 為了獲得良好的平 順性和操縱穩(wěn)定性 非簧載質(zhì)量盡量小 該車非簧載質(zhì)量見(jiàn)表 1 1 51 5 估算鋼板彈簧剛度估算鋼板彈簧剛度 211 2 2112 76 12 28 95006000 1 1 1 c f G ccmN mmN 463 1 4631 11 11 28 9100011500 2 2 2 c f G ccmN mmN 1 61 6 鋼板彈簧主要參數(shù)確定鋼板彈簧主要參數(shù)確定 1 1 6 6 1 1 鋼鋼板板彈彈簧簧長(zhǎng)長(zhǎng)度度的的確確定定 鋼板彈簧長(zhǎng)度 L 是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離 增加鋼板彈簧長(zhǎng) 度 L 能顯著降低彈簧應(yīng)力 提高使用壽命 降低彈簧剛度 改善汽車行駛平順 性 在垂直剛度 c 給定的條件下 又能顯著增加鋼板彈簧的縱向角剛度 鋼板 彈簧的縱向角剛度 系指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向轉(zhuǎn)角時(shí) 作用到鋼板彈簧上的 縱向力矩值 增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時(shí) 能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的 彈簧變形 選用長(zhǎng)些的鋼板彈簧 會(huì)在汽車上布置時(shí)產(chǎn)生困難 原則上 在總 布置可能的條件下 應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些 本設(shè)計(jì)中 前懸架 L 1600mm 后懸架取 L 1650mm 1 6 21 6 2 鋼板彈簧斷面尺寸及片數(shù)的確定鋼板彈簧斷面尺寸及片數(shù)的確定 1 鋼板彈簧斷面寬度 b 的確定 有關(guān)鋼板彈簧的剛度 強(qiáng)度等 可按等截面簡(jiǎn)支梁的計(jì)算公式計(jì)算 但需 引入擾度增大系數(shù)加以修正 因此 可根據(jù)修正后的簡(jiǎn)支梁公式計(jì)算鋼板彈 簧所需要的總貫性矩 對(duì)于對(duì)稱鋼板彈簧 0 J 5 6 1 EcksLJ48 3 0 5 6 2 3 1 3 0 48 1481 ksL JE ksL EJ c k n k 式中 U 形螺栓中心距 s 考慮 U 形螺栓夾緊彈簧后的無(wú)效長(zhǎng)度系數(shù) 剛性?shī)A緊 撓k5 0 k 4 性?shī)A緊 0 k 鋼板彈簧垂直剛度c 擾度增大系數(shù) 先確定與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù) 再估計(jì)一個(gè)總片 1 n 數(shù) 求得 然后用 0 n 01 nn 3 2 1ln5 125 03 材料的彈性模量E 第片的貫性矩 當(dāng)各片厚度相等時(shí) k Jk 43 02368 0 12 kkk hbhJ 則 n JJ 110 1 JnJk n k 鋼板彈簧總截面系數(shù)用下式計(jì)算 0 W wW ksLFW 4 0 式中 許用彎曲應(yīng)力 對(duì)于 60Si2Mn 表面經(jīng)噴丸處理后 推薦取值范 0 圍 前彈簧 350 450MPa 后主簧 450 550MPa 鋼板彈簧的平均厚度 p h cp EfksLWJh62 0 2 00 根據(jù) 再選鋼板彈簧的片寬 增大片寬 能增加卷耳強(qiáng)度 但當(dāng)車身受 p h 側(cè)向力作用傾斜時(shí) 彈簧的扭曲應(yīng)力增大 前懸架用寬的彈簧片 會(huì)影響轉(zhuǎn)向 輪的最大轉(zhuǎn)角 片寬選取過(guò)窄 又得增加片數(shù) 從而增加片間的摩擦和彈簧的 總厚 推薦片寬與片厚的比值在 6 10 范圍內(nèi)選取 p hb 2 鋼板彈簧片厚的選擇h 矩形斷面等厚鋼板彈簧的總貫性矩用下式計(jì)算 0 J 12 3 0 nbhJ 式中 鋼板彈簧片數(shù)n 3 鋼板彈簧片數(shù) 5 片數(shù)少些有利于制造和裝配 并可以降低片間的摩擦 改善汽車行駛 平順性 但片數(shù)少了將使鋼板彈簧與等強(qiáng)度梁的差別較大 材料利用率變 差 多片鋼板彈簧一般片數(shù)在6 14 之間選取 改變片數(shù) 片寬和片厚三者之一 都影響到總貫性矩和彈簧垂直剛度 的變化 增加片寬和片厚 可減少片數(shù) 另外 鋼板斷面尺寸和應(yīng)符合bh 國(guó)產(chǎn)型材規(guī)格尺寸 4 求解 將上述各值代入式 5 6 2 變換后得 0 48ln5 125 03 1 1 3 2 3 EJ cksLn 考慮到和應(yīng)為整數(shù) 故不可得到精確解 取n n 1 3 2 3 48ln5 125 03 1 EJ cksLn 43 3 2 3 02368 0 1248ln5 125 03 1 hbhE cksLn 試算如下 當(dāng)值趨近于零的值為好 前鋼板彈簧 方案 方案 方案 b 90mm h 11mmb 90mm h 10mmb 100mm h 10mm n1077 8 10 7562 n9 6491 n 8 288111 n2 n n 0 1804 2 4681 1 361 8 666111 n3 n n 0 5584 0 983 9 012811 n4 n n 0 9051 0 6363 8 968512 n2 n n 0 8608 0 6808 9 354612 n3 n n 1 2469 0 2945 9 709212 n4 n n 1 60150 0601 6 9 647613 n2 n n 1 5399 0 0 0 00 01 15 5 10 041113 n3 n n 1 93340 392 10 403113 n4 n n 2 2954 0 3531 0 754 后鋼板彈簧 方案 方案 方案 b 100mm h 14mmb 100mm h 13mm b 110mm h 13mm 8 0472 n10 0211 n9 0784 n 8 968512 n2 n n 0 9213 1 0525 0 1099 9 354612 n3 n n 1 3074 0 6665 0 2762 9 709212 n4 n n 1 662 0 3119 0 6308 9 647613 n2 n n 1 6004 0 3735 0 5692 10 041113 n3 n n 1 99390 02 10 403113 n4 n n 2 35590 382 10 325614 n2 n n 2 27840 3045 10 725914 n3 n n 2 67870 7048 11 094814 n4 n n 3 04761 0737 前鋼板彈簧 13 2 1 3475n n 后鋼板彈簧 13 3 1 2947n n 1 1 7 7 計(jì)計(jì)算算鋼鋼板板彈彈簧簧 剛剛度度 3 10 48 L JEn C 自由剛度 3 10 3 10 4848 ksL JEn L JEn C 裝車剛度 前鋼板彈簧 7 189 0 3 435 1 16003475 1 1002368 0 12101001310065 2 48 自由剛度 CmmN 211 2 3 435 1 1165 016003475 1 1002368 0 12101001310065 2 48 裝車剛度 CmmN 后鋼板彈簧 395 2 3 435 2 16502947 1 1302368 0 12131001310065 2 48 自由剛度 CmmN 469 4 3 435 2 1845 016502947 1 1302368 0 12131001310065 2 48 裝車剛度 CmmN 1 1 8 8 計(jì)計(jì)算算滿滿載載靜靜擾擾度度 前懸架 6 127 2 211 28 95006000 1 1 裝車剛度 C F f W c mm 后懸架 6 109 4 469 28 9100011500 2 2 2 裝車剛度 C F f W c mm 1 1 9 9 計(jì)計(jì)算算滿滿載載偏偏頻頻 前懸架 Hz 40 1 76 12 5 5 11 c fn 后懸架 Hz 51 1 96 10 55 2 2 c f n 1 1 1 10 0 計(jì)計(jì)算算比比應(yīng)應(yīng)力力 彈簧的單位變形應(yīng)力成為比應(yīng)力 它對(duì)鋼板彈簧的疲勞壽命有顯著影 響 比應(yīng)力可表達(dá)為 2 6 ksL Eh f p c 前鋼板彈簧 8 3 87 MPa mm 2 5 1 1165 016003475 1 1010065 2 6 后鋼板彈簧 5 13 MPa mm 2 5 2 1845 016502947 1 1310065 2 6 設(shè)計(jì)值的選擇范圍 前 后簧為4 5 5 5MPa mm 故滿足要求 1 1 1 11 1 計(jì)計(jì)算算滿滿載載靜靜應(yīng)應(yīng)力力 c f 前鋼板彈簧 4 49 93 3 8 8 MPa 6 12787 3 1 后鋼板彈簧 5 56 62 2 2 2 MPa 6 10913 5 2 正常范圍為 350MPa 450MPa 靜應(yīng)力值 稍微偏高 1 1 1 12 2 計(jì)計(jì)算算極極限限應(yīng)應(yīng)力力 dc ff max 前鋼板彈簧 MPa 9 888 6 12787 3 8 18 18 0 max1 ccc fff 后鋼板彈簧 MPa 8 955 6 10913 5 7 17 17 0 max2 ccc fff MPa 1000 900 max 1 1 1 13 3 許許用用負(fù)負(fù)荷荷 裝車剛度 許用 C P max 取 1000 max 前懸架 9 NP49116 87 3 2 211900 1 許用 后懸架 NP91500 13 5 4 4691000 2 許用 1 1 1 14 4 總總成成預(yù)預(yù)壓壓縮縮行行程程的的估估算算 MPa k k f 1300 1250 k 前懸架 mm 修正為336mm 9 335 87 3 1300 1 k f k f1 后懸架 mm 修正為254mm 4 253 13 5 1300 2 k f k f2 1 1 1 15 5 各片長(zhǎng)確定各片長(zhǎng)確定 首先應(yīng)確定每一葉片的片場(chǎng)及其在自由狀態(tài)下的曲率半徑 因?yàn)檫@些參數(shù) 共同決定了板簧每一葉片中的應(yīng)力狀況 在選擇各葉片長(zhǎng)度時(shí) 應(yīng)盡量使應(yīng)力 在片間和沿片長(zhǎng)的分布合理 以達(dá)到各片壽命接近并節(jié)省材料 減小板簧質(zhì)量 的目的 確定各片長(zhǎng)度的方法有作圖法和計(jì)算法 這里選擇作圖法來(lái)確定各片板簧 的長(zhǎng)度 作圖法是基于實(shí)際鋼板彈簧葉片厚度的張開(kāi)圖接近梯形形狀這一原則 來(lái)作圖的 其具體做法如下圖 1 所示 先將各葉片厚度的立方值按同一比例尺 沿縱坐標(biāo)繪出 再延橫坐標(biāo)繪出主片長(zhǎng)度之半 即 L 2 和 U 型螺栓中心距之 半 即 S 2 得 A B 兩點(diǎn) 連接這兩點(diǎn)就得到三角形的鋼板彈簧展開(kāi)圖 AB 線與各片上側(cè)邊的交點(diǎn)即決定了各片長(zhǎng)度 當(dāng)有與主片登場(chǎng)的重疊片時(shí)可將 B 點(diǎn)與最下一個(gè)重疊片的上側(cè)端點(diǎn)相連 10 圖 1 板簧結(jié)構(gòu)計(jì)算依據(jù) 前懸架后懸架 片序號(hào) 計(jì)算值修正值計(jì)算值修正值 11600160016501650 21600161016501660 31480148016501670 41360136015201520 51240124013901390 61120112012601260 71000100011301130 888088010001000 9760760870870 10640640740740 11520520610610 12400400480480 13320320350350 1 1 1 16 6 預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力的的選選取取 cbwaw xkxkk 2 0 1 1 1 k k kxk ww 前前懸懸架架 參數(shù) b 100mm 10cm h 10mm 1cm 考慮減少計(jì)算量 轉(zhuǎn)化成厘米 11 1 62 32 1321 0474 0 6hbhwww 3 cm 所以 1 62 3 24 19 440 1 x w 2x w 3x w 13x w n k kxkxn n k kxk wwwwwD 11 2 131322111313 2 132 2 21 2 1 wwwwwwwwwwwww xxxxxxx 13 1 3 1 13 1 2 3 1 1121 ii iwiw 333 62 1 2867863 1 1265062 1 1215 94 選取主片 1300 010 L 2 cmkg 末片 100 0130 n 2 cmkg D w Dw ww a n k k xn n k kxk 1 01 1 01013 3 1 1 3 11 2 1 286 130013 28613 781300100 w w ww w 11 32 D ww Dw ww b n k kxn xn n k kxk 1 01 1 01013 2 3 1 11 3 11 3 1 286 13001312 28613 6501300100 w ww ww w 63 286 c 取常數(shù) 1300 則有 130063 28632 11 22 0 xkxkxkxkk wwcbwaw 各片預(yù)應(yīng)力的計(jì)算及修正值見(jiàn)下表 序號(hào)計(jì)算值修正值序號(hào)計(jì)算值修正值序號(hào)計(jì)算值修正值 1 1300 1300 6279 028011 372 6370 12 2 865 4 865 7416 541512 213 0210 3 490 2 490 8494 749513 100100 4 174 4 175 9513 4510 5828010472 7470 后后懸懸架架 參數(shù) b 100mm 10cm h 13mm 1 3cm 考慮減少計(jì)算量 轉(zhuǎn)化成厘 米 2 71 32 1321 0474 0 6hbhwww 3 cm 所以 2 71 5 42 32 520 1 x w 2x w 3x w 13x w n k kxkxn n k kxk wwwwwD 11 2 131322111313 2 132 2 21 2 1 wwwwwwwwwwwww xxxxxxx 13 1 3 1 13 1 2 3 1 1121 ii iwiw 333 71 2 2867863 1 1265062 1 5692 12 選取主片 1300 010 l 2 cmkg 末片 100 0130 n 2 cmkg D w Dw ww a n k k xn n k kxk 1 01 1 01013 2 1 3 1 1 3 11 2 1 286286 130013 28613 781300100 ww w ww w 4 05 D ww Dw ww b n k kxn xn n k kxk 1 01 1 01013 2 13 1 3 1 11 3 11 3 1 286 50140013001312 286 13001312 28613 6501300100 ww ww ww w 34 171 c 取常數(shù) 1300 則有 130034 17105 4 22 0 xkxkxkxkk wwcbwaw 各片預(yù)應(yīng)力的計(jì)算及修正值見(jiàn)下表 序號(hào)計(jì)算值修正值序號(hào)計(jì)算值修正值序號(hào)計(jì)算值修正值 1 1300 1300 6278 028011 369 0370 2 865 4 865 7415 241512 208 7210 3 490 3 490 8492 949013 100100 4 174 7 175 9511 1510 581 48010469 8470 1 1 1 17 7 總成弧高和總成自由曲率半徑總成弧高和總成自由曲率半徑 鋼板彈簧在自由狀態(tài)下的總成弧高為 0 H ca ffH0 式中 滿載弧高 考慮到使用期間鋼板彈簧塑性變形的影響和為了 a f 在車架高度已限定時(shí)能夠得到足夠的動(dòng)撓度值 通常取 本設(shè)計(jì)中取 mmfa20 10 mmfa10 滿載靜擾度 c f 鋼板彈簧預(yù)壓縮時(shí)產(chǎn)生的塑性變形 一般 8 1 3 或取 dc ff 075 0 055 0 14 圖 2 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 前懸架 1454 7 6 12710 101 ca ffH 后懸架 130 4 10 6 10910 202 ca ffH 然后利用直角三角函數(shù) 關(guān)系即可求出鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲 率半徑 它也是裝配彈簧總成后主片的曲率半徑 0 0 2 0 22 0 0 82 4 H L H LH R 前懸架 2207 1458 1600 8 2 01 2 1 01 mm H L R 后懸架 2618 1308 1650 8 2 02 2 2 02 mm H L R 經(jīng)過(guò)圓整后 取裝配后的曲率半徑為 mmR2210 01 mmR2620 02 15 2 2 板板簧簧設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)參參數(shù)數(shù) 校校核核 板簧 見(jiàn)圖 b 可近似地看做由等厚葉片組成的等應(yīng)力梁 如圖 a 所示 這種近似在大致估算時(shí)具有足夠的精度 計(jì)入適當(dāng)?shù)男拚?數(shù)后 則可用于初選板簧的長(zhǎng)度L 葉片厚度 h 葉片寬度 b 以及葉片 數(shù)目 n 如圖 a 所示的彈簧鋼板等應(yīng)力梁 當(dāng)在其兩端 相當(dāng)于板簧的卷耳 中心處 作用有載荷P 在其中間作用有支撐載荷Q Q 2P 時(shí) 由材 料力學(xué)可知其撓度 和所引起的最大應(yīng)力 分別為 3 2 6 3 3 6 3 3 3 3 8 3 2 2 7 2 6 2 6 2 3 2 2 2 2 8 0 3 1 2 3 1 2 2 2 9 相應(yīng)的等應(yīng)力梁彈簧的剛度為 8 3 3 3 2 3 0 16 由以上幾可知式 2 2 4 2 3 1 式中為許用靜彎曲應(yīng)力 對(duì)于一般彈簧鋼 經(jīng)表面噴丸處理后 對(duì)前板簧取 350 450MPa 對(duì)后主簧取 450 550MPa 對(duì)后副簧 取 220 250MPa 圖 2 10 多片鋼板彈簧的簡(jiǎn)化模型 亦即葉片的厚度與彈簧長(zhǎng)度的平方成正比 為了保證卷耳有足夠的強(qiáng)度 在選擇 L 時(shí)應(yīng)盡量長(zhǎng)以使 h 加厚 另外由于板簧的縱向角剛度與長(zhǎng)度的平方成 正比 選擇較大尺寸的彈簧長(zhǎng)度還可增加縱向角剛度 有利于提高抗縱傾能力 在計(jì)算時(shí)上圖中的結(jié)構(gòu)在實(shí)際中無(wú)法實(shí)現(xiàn) 鑒于上述已選的結(jié)構(gòu)可用等截 面簡(jiǎn)支梁的計(jì)算公式引進(jìn)一個(gè)修正系數(shù)加以修正 這時(shí)彈簧的撓度為 3 4 8 0 3 4 3 2 3 2 撓度系數(shù)主要與彈簧兩端的結(jié)構(gòu)有關(guān) 等應(yīng)力鋼板彈簧 1 5 對(duì)實(shí)際鋼板彈簧 1 25 1 42 可按式 1 5 1 04 1 0 5 選 取 其中 為與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù) 為總片數(shù) 選擇 1 0 1 0 所以 1 26 0 1 4 1 4 這種實(shí)際多片簧的剛度和彎曲應(yīng)力則相應(yīng)為 17 4 3 3 2 3 3 4 0 3 2 2 2 3 4 因此可以得到鋼板彈簧的總截面慣性矩為 0 3 4 8 3 4 8 2 3 5 亦可求得 h 2 4 1 2 2 3 6 上述參數(shù)中根據(jù)材料標(biāo)準(zhǔn)選擇葉片寬度 b 希望 6 b h 10 片厚 h 及片數(shù) n 滿足和 h 的要求一般片數(shù)取 6 14 片 片厚可取不通的規(guī)格 一般 一副簧中不超過(guò) 3 種 長(zhǎng)片厚 短片薄 主片厚度不應(yīng)小于 6mm 以保證足夠 的卷耳強(qiáng)度 帶入上各式可以求得h 14 3mm b 106 1mm 經(jīng) 3 0 4 1 0 8 4 圓整后取 h 15mm b 106mm n 14 L 1 8m 此處的校核結(jié)果與前面選 擇沒(méi)有發(fā)生沖突 所以選擇方案正確 當(dāng)鋼板彈簧由一對(duì) U 形螺栓夾緊安裝到車橋或車軸上時(shí) 則兩 U 形螺栓之 間的板簧有一部分不起彈簧作用 成為非工作部分或無(wú)效長(zhǎng)度 剩下起彈簧作 用的長(zhǎng)度則稱為有效長(zhǎng)度 無(wú)效長(zhǎng)度由兩 U 形螺栓中心距 s 和夾緊方式?jīng)Q定 后者又用無(wú)效長(zhǎng)度系數(shù) k 來(lái)表述 剛性?shī)A緊取 k 0 5 撓性?shī)A緊取 k 0 因此 考慮到鋼板彈簧的安裝夾緊 則根據(jù)以上各式 加緊并修正后的鋼板彈簧所需 的慣性矩和應(yīng)滿足的強(qiáng)度要求分別為 3 4 8 2 3 7 4 0 2 3 8 其中取 k 0 5 根據(jù)可選橋尺寸選擇s 200mm 即得 0 5 5 6 5 驗(yàn)證 18 3 4 4M a 4 0 0 M P a 滿足要求 還應(yīng)驗(yàn)算在最大行程時(shí)的最大應(yīng)力 可根據(jù)前面的式子并以有效長(zhǎng) 度及板簧的平均厚度代入 得 15 6 2 8 6 6 9 0 0 1 0 0 0 2 3 9 滿足要求 各片的應(yīng)力值和為 和 和簧 0 1 和簧 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 1 應(yīng)力之和達(dá)到最好是 和 和簧 0 但是因?yàn)榻?jīng)過(guò)圓整后會(huì)有一定的誤差 此誤差在規(guī)定范圍內(nèi) 滿足 要求 因此最后的確定的尺寸參數(shù)為b 106 h 15 片數(shù)n 14 主片數(shù)四 1 4 個(gè)主片L 1800 其它各片長(zhǎng)度分別為mm 5 1650 6 1500 7 1360 8 1220 9 1080 10 940 11 790 mm 及各片的弧高為 12 640 13 500 14 350 1 1 4 8 5 9 2 1 5 6 3 9 7 5 3 1 6 3 4 9 9 4 1 5 2 4 8 4 5 1 4 1 5 0 3 6 1 2 2 5 1 3 7 1 0 8 5 0 2 8 9 2 3 6 4 9 7 3 3 1 8 1 0 5 4 8 9 4 1 1 3 8 6 7 2 1 2 2 6 0 3 7 1 3 1 5 6 6 7 1 4 7 8 8 2 曲率半徑為 0 1 0 0 2 0 1 2 8 1 5 0 3 0 2 2 8 3 0 1 4 1 3 2 9 9 5 19 懸架是現(xiàn)代汽車的重要總成 它把車架 或車身 與車軸 或車輪 彈性地 連接起來(lái) 不僅承受和傳遞路面作用于汽車的力和力矩并產(chǎn)生位移 而且衰減路 面對(duì)汽車的振動(dòng)和沖擊等 從而保證汽車行駛平順性 保證車輪在路面不平和 載荷變化時(shí)有理想的運(yùn)動(dòng)特性 保證汽車的操縱穩(wěn)定性 使汽車獲得高速行駛 能力 6120型豪華客車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)力求滿足該車的行駛平順性 行駛安全性 及操縱穩(wěn)定性等方面的要求 1 1 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及要求懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及要求 由于汽車懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及布置型式對(duì)汽車的各項(xiàng)使用性能有著舉足 輕重的影響 因此 對(duì)每一位從事汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)人員而言 掌握和 了解懸架系統(tǒng)的基本功能和要求是十分重要的 1 盡可能降低懸架固有振動(dòng)頻率 只有降低車身固有振動(dòng)頻率才能緩和路面不平度對(duì)汽車的振動(dòng)和沖擊 使 汽車能以盡可能高的平均速度行駛 從而滿足汽車在各種道路狀態(tài)和載荷條件 下都有良好的行駛平順性 2 提高橫向穩(wěn)定性 提高橫向穩(wěn)定性 即盡可能保證車身處于水平位置 這就要求懸架系統(tǒng)有 適當(dāng)?shù)膫?cè)向角剛度 使汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾角不致太大 同時(shí)也要求懸架系統(tǒng) 有適當(dāng)?shù)目v向角剛度 使汽車制動(dòng)和加速時(shí)車身的俯仰角不致過(guò)大 3 提高操縱穩(wěn)定性 提高操縱穩(wěn)定性就是要保證汽車具有良好的控制行駛方向的能力 即汽車 在高速下急轉(zhuǎn)彎時(shí)轉(zhuǎn)向特性不出現(xiàn)激轉(zhuǎn) 從不足轉(zhuǎn)向變?yōu)檫^(guò)多轉(zhuǎn)向 減少車身 縱傾 轉(zhuǎn)彎時(shí)的側(cè)傾角合適 在直線行駛時(shí)不發(fā)生擺頭和跑偏 20 4 足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠?由于懸架系統(tǒng)承受和傳遞著路面作用于汽車的一切力和力矩 所以足夠的 懸架強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠仁潜仨毐ＷC的 此外還要有良好的隔聲能力 結(jié)構(gòu)要緊湊 占用空間尺寸要小 懸架系統(tǒng)的這些設(shè)計(jì)原則和要求中 有的是互相矛盾的 在設(shè)計(jì)時(shí)必須互 相兼顧 充分考慮 并根據(jù)汽車的用途有所側(cè)重 所以要正確的選擇懸架方案和參數(shù) 在車輪上 下跳動(dòng)時(shí) 使主銷定位角 變化不大 車輪運(yùn)動(dòng)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要協(xié)調(diào) 避免前輪擺振 汽車轉(zhuǎn)向時(shí) 應(yīng) 使之稍有不足轉(zhuǎn)向特性 2 2 鋼鋼板板彈彈簧簧的的布布置置方方案案 鋼板彈簧在汽車上可以縱置或者橫置 后者因?yàn)橐獋鬟f縱向力 必須設(shè)置 附加的導(dǎo)向傳力裝置 使結(jié)構(gòu)復(fù)雜 質(zhì)量加大 因此只在極少數(shù)汽車上應(yīng)用 縱置鋼板彈簧能傳遞各種力和力矩 并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 故在汽車上得到廣泛應(yīng)用 縱置鋼板彈簧又有對(duì)稱式和不對(duì)稱式之分 鋼板彈簧中部在車軸 橋 上 的固定中心至鋼板彈簧兩卷耳中心之間的距離若相等 則為對(duì)稱式 若不相等 則稱為不對(duì)稱式 多數(shù)情況下 汽車采用對(duì)稱式鋼板彈簧 由于整車布置上的 原因 或者鋼板彈簧在汽車上的安裝位置不動(dòng) 又要改變軸距或者通過(guò)變化軸 距達(dá)到改善軸荷分配的目的時(shí) 采用不對(duì)稱式鋼板彈簧 3 3 鋼鋼板板彈彈簧簧的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 1 葉片的截面形狀 最常用的板簧材料為熱軋彈簧扁鋼 其截面形狀為上下表面平坦 允許稍 向內(nèi)凹 兩側(cè)為圓邊 圓邊半徑為厚度的 0 65 0 85 倍 由于板簧的疲勞破 壞總是始于受拉伸的上表面 故下表面常采用如圖 b c d 所示的拋物線側(cè)邊 或單面單槽 單面雙槽形狀以使截面的中性軸向上移動(dòng) 減小拉伸應(yīng)力 通常 認(rèn)為許用壓應(yīng)力柯達(dá)與許用拉應(yīng)力 其比值達(dá) 1 27 1 30 經(jīng)驗(yàn)表明 采用圖 示 b c d 截面的板簧與采用傳統(tǒng)的截面板簧 a 相比可以節(jié)約 10 14 的鋼 材 疲勞壽命約可提高 30 21 a 標(biāo)準(zhǔn)型 b 拋物線側(cè)邊 c 單面單槽 d 單面雙槽 圖 2 3 葉片形狀 2 葉片的端部結(jié)構(gòu) 葉片的端部可以按其形狀和加工方法分為矩形 梯形 片端切角 橢圓 形 片端壓延 和片端壓延切斷四種 分別如圖 a b c d 所示 其中矩形為制造成本最低的一種 由于對(duì)片端不做任何加工 但同時(shí) 也是效果最差的一種 與壓延過(guò)的片端相比 在片端的接觸區(qū)域內(nèi) 傳遞的壓 力更大也更集中 導(dǎo)致片間摩擦和磨損加劇 同時(shí) 也是板簧的作用機(jī)理與 等應(yīng)力 方式相去甚遠(yuǎn) 導(dǎo)致了板簧的質(zhì)量增大 梯形 片端切角 比結(jié)構(gòu) 比矩形有所改善 制造成本略有增加 片端壓延的橢圓形端部更接近于理想的 等應(yīng)力 形狀 并且在接觸區(qū)內(nèi)壓力分布更均勻 片間摩擦磨損都有所減少 但需要專門的壓延設(shè)備 壓延后在切斷的端部結(jié)構(gòu)制造成本最高 效果也最好 a 矩形 b 梯形 c 片段壓延 d 片段壓延切斷 圖 2 4 端部形狀 3 鋼板彈簧端部的支撐型式 以板簧端部的支撐型式而言 可以大致分為卷耳和滑板 見(jiàn)圖 a 兩大類 滑板型式多見(jiàn)于兩級(jí)式主副彈簧的支撐和平衡懸架中板簧的支撐 卷耳根據(jù)其 對(duì)板簧上平面的位置可以分為上卷耳 平卷耳和下卷耳三類 分別如圖 b 22 c d 所示 其中平卷耳的縱向力作用力可以直接傳遞給主片 減少了附 加的對(duì)主片的卷曲力矩 下卷耳可用于對(duì)板簧的安裝位置或角度有特殊情況要 求的情況 比如使軸轉(zhuǎn)向趨于不足轉(zhuǎn)向 但采用下卷耳方式時(shí)無(wú)法像上卷耳 那樣可以在必要時(shí)使用第二片加強(qiáng)卷耳 如圖 e f 加強(qiáng)結(jié)構(gòu)多用 于軍用車輛或重型載貨汽車 其目的是為了在主片斷裂時(shí)起支撐作用 還可在 懸架反彈時(shí)與主片共同負(fù)擔(dān)非簧載部分的重力 為了方便采用非各向同性的橡 膠支承型式以減緩懸架所受的水平?jīng)_擊 有些卷耳做成圖 g 所示的長(zhǎng)圓形 圖 2 5 滑板及吊耳的結(jié)構(gòu)形式 4 吊耳及鋼板彈簧銷結(jié)構(gòu) 大多數(shù)板簧的支撐方式為一端采用固定的卷耳 另一端采用擺動(dòng)的吊耳 擺動(dòng)吊耳的結(jié)構(gòu)可以用 C 形 叉形以及分體式等 分別見(jiàn)圖 a b c 彈簧銷的支撐 潤(rùn)滑則可用圖 a b 所示的螺紋式 c 所示 的自潤(rùn)滑式 d 所示的滑動(dòng)軸承 e 所示的橡膠支撐 或者如圖 f 所 示將板簧支撐在橡膠座內(nèi) 螺紋式的好處在于可同時(shí)承受垂向及側(cè)向載荷 板 簧卷耳側(cè)面不必加工 螺紋可起儲(chǔ)存潤(rùn)滑劑和防塵的