某皮卡車少片變截面鋼板彈簧后懸架設(shè)計(jì)講解

1、沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄1 方案論證 11.1懸架結(jié)構(gòu)形式分析 31.1.1 非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架 31.1.2前懸架方案的選擇 41.1.3 比較選型 41.2少片變截面鋼板板簧結(jié)構(gòu)分析 51.2.1拋物線形葉片彈簧 51.2.2梯形變厚斷面彈簧 81.3鋼板彈簧的布置方案 92 懸架主要部件 112.1鋼板彈簧的形式 112.1.1葉片斷面形狀 112.1.2葉片端部形狀 122.2 板簧兩端與車架的連接 122.2.1連接的結(jié)構(gòu)形式 122.2.2板簧卷耳與襯套 132.3減震器 142.3.1減振器的作用 142.3.2減振器的結(jié)構(gòu)： 152.3.3 減振器工作原理： 15

2、2.3.4減震器的選擇 15沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3 懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算 173.1彈性元件的計(jì)算 173.2優(yōu)化設(shè)計(jì) 203.3變截面鋼板彈簧校核 253.3.1校核剛度 253.3.2 彈簧的最大應(yīng)力點(diǎn)及最大應(yīng)力 263.4 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑 273.5 鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 283.6鋼板彈簧總成弧高的核算 293.7鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算 293.7.1驅(qū)動(dòng)時(shí)計(jì)算應(yīng)力 293.7.2.汽車通過(guò)不平路面時(shí)鋼板彈簧的強(qiáng)度 303.8鋼板彈簧卷耳和彈簧銷的強(qiáng)度核算 303.8.1卷耳應(yīng)力的驗(yàn)算 303.8.2鋼板彈簧銷的驗(yàn)算 313.8.3 U形螺栓強(qiáng)

3、度驗(yàn)算 323.9減振器性能參數(shù)的選擇 333.9.1相對(duì)阻尼系數(shù) 333.9.2減振器阻尼系數(shù)的確定 343.9.3 最大卸荷力 F0的確定 353.9.4計(jì)算結(jié)果以及減震器的選擇 354 CATIA實(shí)體建模 374.1CATIA 簡(jiǎn)介 374.2實(shí)體建模 38II沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4.2.1鋼板彈簧的繪制 384.2.2蓋板的實(shí)體圖 394.3主要零件實(shí)體圖 394.4裝配 425 結(jié)束語(yǔ) 錯(cuò). 誤！未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn) 44致謝錯(cuò). 誤！未定義書(shū)簽附錄45III沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1 方案論證汽車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

4、稱， 其作用是 傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭， 并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊 力，并衰減由此引起的震動(dòng)，以保證汽車能平順地行駛懸架是現(xiàn)代汽車的重要總成之一，它把車架（或車身）與車軸（或車輪）彈性的 連接起來(lái)。其主要任務(wù)是傳遞作用在車輪與車架（或車身）之間的一切力與力矩；緩 和路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的載荷系統(tǒng)的震動(dòng)，保證汽車 的行駛平順性； 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。 懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)的選擇合理與否， 直 接對(duì)汽車行駛平順性、 操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。 由此可見(jiàn)懸架系統(tǒng)

5、在現(xiàn)代 汽車上是重要的總成之一。懸架由彈性元件、導(dǎo)向裝置、減振器和、緩沖塊和橫向穩(wěn)定器等組成。 彈性元件用來(lái)承受并傳遞垂直載荷， 緩和由于路面不平引起的對(duì)車身的沖擊。 彈 性元件種類包括鋼板彈簧、 螺旋彈簧、扭桿彈簧、 油氣彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧等。1鋼板彈簧：由多片不同長(zhǎng)度和不等曲率的鋼板疊合而成。安裝好后兩端自然 向上彎曲。 鋼板彈簧除具有緩沖作用外， 還有一定的減震作用， 縱向布置時(shí)還具有導(dǎo) 向傳力的作用，非獨(dú)立懸掛大多采用鋼板彈簧做彈性元件， 可省去導(dǎo)向裝置和減震器， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。2. 扭桿彈簧：將用彈簧桿做成的扭桿一端固定于車架，另一端通過(guò)擺臂與車輪相 連，利用車輪跳動(dòng)時(shí)扭桿的扭轉(zhuǎn)變

6、形起到緩沖作用，適合于獨(dú)立懸掛使用。3空氣彈簧：當(dāng)多軸貨車或掛車采用空氣彈簧時(shí)，在空載或部分承載工況下， 能夠警醒單軸或多軸提升， 這有利于減少提升軸和未提升橋上輪胎的磨損， 同時(shí)增加 驅(qū)動(dòng)橋的附著力。3油氣彈簧：以氣體作為彈性介質(zhì)，液體作為傳力介質(zhì)，它不但具有良好的緩 沖能力，還具有減震作用， 同時(shí)還可調(diào)節(jié)車架的高度， 適用于重型車輛和大客車使用。對(duì)懸架提出的要求是：1.保證汽車有良好的行駛平順性。為此，汽車應(yīng)有較低的振動(dòng)頻率，乘員在車中沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）承受的振動(dòng)加速度應(yīng)不超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 2631-78 規(guī)定的人體承受振動(dòng)界限值。 振動(dòng)加速 度的界限值是振動(dòng)頻率和人

7、承受振動(dòng)作用時(shí)間的函數(shù)。 承受振動(dòng)作用的時(shí)間長(zhǎng)， 容許 的加速度值就小。2.具有合適的衰減振動(dòng)的能力。它應(yīng)與懸架的彈性特性很好匹配，保證車身和車 輪在共振區(qū)的振幅小，振動(dòng)衰減快。3. 保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性。要正確地選擇懸架方案和參數(shù)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在車 輪跳動(dòng)時(shí)， 應(yīng)不使主銷定位參數(shù)變化過(guò)大， 車輪運(yùn)動(dòng)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)應(yīng)協(xié)調(diào)， 不出現(xiàn) 擺振現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向時(shí)整車應(yīng)有一些不足轉(zhuǎn)向特性。4. 汽車制動(dòng)或加速時(shí)，要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾（即所謂“點(diǎn)頭”或“后 仰”）的可能性，轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾角要合適。5. 有良好的隔振能力。6. 機(jī)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小。7. 可靠的傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，在

8、滿足零部件質(zhì)量要小的同時(shí)， 還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。近年來(lái)在許多國(guó)家的汽車上采用了一種由單片或 2-3 片變厚度斷面的彈簧片構(gòu)成 的少片變截面鋼板彈簧，其彈簧面的斷面尺寸沿長(zhǎng)度方向是變化的，片寬保持不變。 這種少片變截面鋼板彈簧克服了許多鋼板彈簧質(zhì)量大，性能差的缺點(diǎn)。少片變截面板簧具有制造方便、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 節(jié)省材料等諸多優(yōu)點(diǎn)， 只要與減震器 合理配置， 能極大改善行駛的平順性， 特別是對(duì)于客車和輕型貨車， 由于裝載質(zhì)量變 化不大，簧上只留昂不大，采用少片式板簧更為有利。此次設(shè)計(jì)中采用的是對(duì)稱式少片變截面鋼板彈簧， 少片簧設(shè)計(jì)復(fù)雜， 因此設(shè)計(jì)采 用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)少片簧進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣

9、更加提高了設(shè)計(jì)的合理性和優(yōu)越 性。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1.1 懸架結(jié)構(gòu)形式分析1.1.1 非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架汽車的懸掛系統(tǒng)分為非獨(dú)立懸掛和獨(dú)立懸掛兩種， 非獨(dú)立懸掛的車輪裝在一根整 體車軸的兩端，當(dāng)一邊車輪跳動(dòng)時(shí)，另一側(cè)車輪也相應(yīng)跳動(dòng)， 使整個(gè)車身振動(dòng)或傾斜； 獨(dú)立懸掛的車軸分成兩段， 每只車輪由螺旋彈簧獨(dú)立安裝在車架下面， 當(dāng)一邊車輪發(fā) 生跳動(dòng)時(shí)， 另一邊車輪不受影響， 兩邊的車輪可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng)， 提高了汽車的平穩(wěn)性和 舒適性。（如圖 2.1）圖 1.1 懸架結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)圖1.獨(dú)立懸架優(yōu)缺點(diǎn)分析獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，左、右車輪通過(guò)各自的懸架與車架（或車身）連接。優(yōu)點(diǎn)是：

10、1）簧下質(zhì)量?。?）懸架占用的空間??；3）彈性元件只承受垂直力，所以可以用剛度小的彈簧，使車身振動(dòng)頻率降低， 改善了汽車行駛平順性；4）由于采用斷開(kāi)式車軸，所以能降低發(fā)動(dòng)機(jī)的位置高度，使整車的質(zhì)心高度下 降，改善了汽車的行駛穩(wěn)定性；5）左、右車輪各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)互不影響，可減少車身的傾斜和振動(dòng)，同時(shí)在起伏 的路面上能獲得良好的地面附著能力；6）獨(dú)立懸架可提供多種方案供設(shè)計(jì)人員選用，以滿足不同設(shè)計(jì)要求缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維修困難沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）這種懸架主要用于乘用車和部分總質(zhì)量不大的商用車上。2. 非獨(dú)立懸架優(yōu)缺點(diǎn)分析 非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，左、右車輪用一根整體

11、軸連接，再經(jīng)過(guò)懸架與車架 （或車身）連接。優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，維修方便，工作可靠。缺點(diǎn)是：1）由于整車布置上的限制，鋼板彈簧不可能有足夠的長(zhǎng)度（特別是前懸架） ，使 之剛度較大，所以汽車平順性較差；2）簧下質(zhì)量大；在不平路面上行駛時(shí)，左、右車輪相互影響，并使車軸（橋） 和車身傾斜；3）當(dāng)兩側(cè)車輪不同步跳動(dòng)時(shí)，車輪會(huì)左、右搖擺，使前輪容易產(chǎn)生擺振；前輪 跳動(dòng)時(shí)，懸架易與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉；4）當(dāng)汽車直線行駛在凹凸不平的路段上時(shí)，由于左右兩側(cè)車輪反向跳動(dòng)或只有 一側(cè)車輪跳動(dòng)時(shí)，不僅車輪外傾角有變化，還會(huì)產(chǎn)生不利的周轉(zhuǎn)向特性；5）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，離心力也會(huì)產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性；車軸（橋

12、）上方要求 有與彈簧行程相適應(yīng)的空間。1.1.2前懸架方案的選擇目前汽車的前、 后懸架采用的方案有： 前輪和后輪均采用非獨(dú)立懸架、 前輪采用 獨(dú)立懸架、后輪采用非獨(dú)立懸架、前后輪都采用獨(dú)立懸架等幾種。前懸架采用縱置鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)， 內(nèi)側(cè)懸架處于減載而外 側(cè)懸架處于加載狀態(tài)， 于是內(nèi)側(cè)懸架縮短， 外側(cè)懸架因受壓而伸長(zhǎng)， 結(jié)果與懸架固定 連接的車軸的軸線相對(duì)汽車縱向中心線偏轉(zhuǎn)一角度 a。對(duì)前軸，這種偏轉(zhuǎn)使汽車不足 轉(zhuǎn)向趨勢(shì)增加。1.1.3 比較選型由于我這次設(shè)計(jì)的是輕型卡車前懸架， 是非乘用車， 對(duì)汽車平順性要求不是很高沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）再加上對(duì)兩種懸

13、架的比較，我選擇非獨(dú)立懸架作為設(shè)計(jì)方向。1.2 少片變截面鋼板板簧結(jié)構(gòu)分析少片彈簧在乘用車和部分商用車上得到越來(lái)越多的應(yīng)用。 其特點(diǎn)是葉片有等長(zhǎng)、 等寬、變截面的 13片葉片組成。 利用變厚斷面來(lái)保持等強(qiáng)度特性， 并比多變彈簧減 少 20%-40%的質(zhì)量。片間放有減摩作用的塑料墊片，或做成只在端部接觸，以減少 片間摩擦。少片變截面板簧制造方便， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省材料， 能夠進(jìn)一步提高板簧的單位 儲(chǔ)能量。簧片應(yīng)力分布均勻，可充分利用材料，大大減少片間摩擦，減輕簧片磨損， 提高板簧壽命，降低板簧動(dòng)剛度，從而改善車輛的行駛平順性同時(shí)提高汽車動(dòng)力性、 經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性也極有利。 為滿足汽車輕量化要求， 在

14、國(guó)內(nèi)外汽車設(shè)計(jì)中， 逐漸采用 少片變截面板簧取代多片等截面板簧?，F(xiàn)代汽車上采用的變厚截面彈簧主要有兩種型式。 即葉片寬度不變與寬度向兩端 變寬的彈簧。這里采用上葉片寬度不變的。少片變截面鋼板彈簧的中間和兩端部分是等厚的， 等厚截面有按拋物線變化和按 線性變化兩種。這里選用按線性變化的變截面鋼板彈簧。1.2.1拋物線形葉片彈簧1.等應(yīng)力梁的幾何形式圖 1.2 拋物線形葉片彈簧沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）如圖 1.2所示，等應(yīng)力梁上面為平面， 下面為曲面，端面載荷為 P,彈簧寬度為 b， 則彈簧中部 A-A 處應(yīng)力 A6plAbh2（1.1）在彈簧任意截面處的應(yīng)力 x 為：6plx

15、1.2)1-1）與（ 1-2）得：（1.3）bhx2若彈簧為等應(yīng)力梁，則彈簧任意截面處應(yīng)力相等。有公式（ hx（llx ）12由（1-3）式可知，欲使彈簧在各截面處應(yīng)力相等。其厚度沿長(zhǎng)度方向必須按 拋物線規(guī)律變化， 但由于彈簧端部不能承受剪力， 故實(shí)際使用中需要加強(qiáng)卷耳末端強(qiáng) 度。2.拋物線葉片彈簧的剛度圖 1.3 實(shí)際拋物線形葉片彈簧沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）p-作用在彈簧端部的載荷h2 -彈簧中部寬度L-彈簧伸直長(zhǎng)度一半h1 -彈簧端部寬度b-彈簧寬度l 2 -厚度為 h1 部分的長(zhǎng)度圖 1-3 為端部加強(qiáng)了的拋物線形葉片彈簧，考慮到裝夾情況即圖中 AB 和 CD 兩 部

16、分制成等厚的，將 BC 部分制成厚度按拋物線規(guī)律變化的。下面用馬莫法（虛荷法）求葉片彈簧在在載荷作用點(diǎn)處的變形。dx1(1.4)MpM0 p l EJx x式中，Mp , Ml 分別為由載荷 P和單位力所引起的力矩 ;J x為葉片彈簧在任意截面 處的慣性矩。由于彈簧在不同的長(zhǎng)度范圍內(nèi) Jx 值各不相同，將（ 1-4）積分式進(jìn)行段積分，求f= 3pElJ2 1 (ll2)3k(1.5)式中 J2=bh32n/12 (n: 彈簧片數(shù) )；k=1- 3； =h1 / h2當(dāng)彈簧（對(duì)稱彈簧）長(zhǎng)度為 2L 時(shí)，利用上式求得彈簧剛度為k=6EJ2l31( 2 3(l(1.6)式中 為彈簧變形修正系數(shù)。由于

17、梁彎曲變形公式是根據(jù)等截面梁推導(dǎo)出來(lái)的，用它來(lái)計(jì)算變截面梁的變形，其結(jié)果是近似的； 另外，生產(chǎn)的彈簧的截面形狀實(shí)際上并不是理想的矩形。 因次利用沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)上式計(jì)算彈簧剛度時(shí)，需要乘以一個(gè)經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù) ，一般取 =0.9.1.2.2梯形變厚斷面彈簧由于拋物線形葉片彈簧制造困難，因此實(shí)際中使用中多用梯形變厚斷面彈簧代替，這種葉片彈簧幾何形狀如圖 1.4 所示圖 1.4 梯形變截面彈簧P-作用在彈簧端部的載荷l- 彈簧伸直長(zhǎng)度一半l 1-厚度為 h2 的等厚部分的長(zhǎng)度 b-彈簧寬度h1-彈簧端部厚度h2 -彈簧中部厚度距載荷作用點(diǎn) x 處的厚度當(dāng)l1 x l2時(shí) h

18、 x = AX +B 式中(1.7)A ( h2h1) / (l2l1 )B ( h1 l2h2 l)1 (/l2 ) l1梯形葉片彈簧剛度彈簧在載荷作用點(diǎn)處的變形為：MpMlEJ(1.8)沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)彈簧在任意截面處的慣性矩JX 分如下幾種情況討論l1l2按分段積分法對(duì)式(x l 1時(shí)，x l 2時(shí)，x l 時(shí)，1.8)進(jìn)行積分，經(jīng)整理后得Pl33EJ2 1 l(2 3k)x=J1bh13n / 12X =b(AX +B)3n/12x=J2bh3n / 12(1.9)式中 k 為變形系數(shù)k 3 1.5(1 )3(1)32ln4(1 )(1 )(1 )(2 1-

19、 2) 1 1 (1.10)1- )2式中 = l1l2 ；6EJ2l31 1 l(l2 k)(1.12)=h1 / h2 ;/l 1h2 / l 2h1變形系數(shù) k 也可根據(jù)已知幾何參數(shù) 、 在相應(yīng)的曲線中查出，當(dāng) l1=0 時(shí)按(1.10), 求得：2 l n ( 1 ) ( 3 ) k 1. 5 3 1 ( 13)1.11)當(dāng)彈簧(對(duì)稱彈簧)長(zhǎng)度為 21 時(shí)，梯形葉片彈簧的剛度為1.3 鋼板彈簧的布置方案鋼板彈簧在汽車上可以縱置或橫置。 后者因?yàn)橐獋鬟f縱向力， 必須設(shè)置附加的導(dǎo)沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）向裝置，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大，所以只在極少數(shù)汽車上應(yīng)用?？v置鋼板彈簧

20、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)稱式與不對(duì)稱式之分。 鋼板彈簧中部在車軸 （橋）上的固定 中心至鋼板彈簧兩端卷耳中心之間的距離相等， 則為對(duì)稱式鋼板彈簧； 若不相等， 則 為不對(duì)稱式鋼板彈簧。 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。因此，基于少片彈簧的這些優(yōu)點(diǎn)， 克服了多片簧之間干摩擦造成的不良影響。 改 善了行駛平順性， 經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性。 故本次設(shè)計(jì)選用縱置少片變截面鋼板彈簧非獨(dú)立 懸架。10沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北

21、方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2 懸架主要部件2.1 鋼板彈簧的形式2.1.1葉片斷面形狀葉片斷面行形狀除普遍應(yīng)用的矩形斷面形狀如圖 2.1a 所示，另外還有為提高鋼板彈簧耐疲勞度與減輕質(zhì)量的特殊形狀的斷面。常見(jiàn)的是單面帶拋物線邊緣的如圖圖 2.1 葉片斷面的四種形狀有實(shí)驗(yàn)可知圖 2.1b、c、d 三種葉片斷面形狀的板簧與矩形斷面的板簧相比疲勞 度提高了 30%-50%節(jié)約材料 10%左右。但對(duì)于輕型卡車使用路況與條件均較好。故 從工藝上分析還是選擇工藝性好形狀簡(jiǎn)單的矩形斷面。面前廣泛采用的矩形斷面大致有兩種。 一種是兩邊帶圓弧的圖 2.1a，另一種是具 有一定凹度的雙凹扁平鋼。實(shí)驗(yàn)證明，前者較后

22、者的疲勞壽命有大幅提高。綜上所述，本車前懸架鋼板彈簧的葉片斷面形狀采用圖2.1a 所示的矩形斷面。11沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2.1.2葉片端部形狀般情況下，葉片端部形狀有三種。矩形、梯形與橢圓形圖 2.2 葉片端面三種形狀 葉片端部為矩形時(shí)，其制造容易、成本低，但容易引起葉片之間壓力集中，造 成摩擦與磨損嚴(yán)重； 又因端部剛性大， 使之與等應(yīng)力梁相差多些。 將葉片端部制成梯 形時(shí)，除節(jié)省一部分材料外， 還能減小葉片質(zhì)量， 并使鋼板彈簧更好地接近等應(yīng)力梁。 葉片端部經(jīng)壓延形成如圖 2.2c所示的沿長(zhǎng)度方向呈變厚狀的橢圓形葉片組成的鋼板 彈簧，更接近等應(yīng)力梁，同時(shí)質(zhì)量也小 。因

23、本車采用了少片變截面板簧做彈性元件。實(shí)現(xiàn)了板簧輕量化與改善應(yīng)力分布。 若在追求輕量化而采用 2.2c板簧形式，顯的作用小。且工藝復(fù)雜，成本上升。故本次 設(shè)計(jì)采用 2.2b所示的梯形端面板簧。2.2 板簧兩端與車架的連接 2.2.1連接的結(jié)構(gòu)形式 目前用鉸接與吊耳將兩端固定在車架上的形式廣泛用于汽車上。吊耳的安裝有 如下四種方式（圖 2.3）實(shí)踐證明方案 a與其它相比靈活簡(jiǎn)單適用， 故本車設(shè)計(jì)采用 2.3a 的連接方式。12沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 2.3 板簧兩端與車架連接的四種方式2.2.2板簧卷耳與襯套1. 卷耳 鋼板彈簧端部做成卷耳狀， 再通過(guò)鋼板彈簧銷固定在車架上

24、的托架或者吊耳的孔 中。如圖 655所示，卷耳有多種形式。卷耳主要對(duì)制造工藝性，葉片的應(yīng)力狀況， 主片的工作條件等產(chǎn)生影響。圖2.4a和b所示為得到廣泛應(yīng)用的卷耳上卷式結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是制造工藝性良好，但因卷耳中心線與主片斷面中心線之間存在一定距離， 所以工作時(shí)葉片內(nèi)應(yīng)力較大。 圖6 55c所示卷耳的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是卷耳中心線與主片中心線在同一直線上， 所以葉片內(nèi)應(yīng) 力較小，但制造工藝性不好。 圖 655b所示結(jié)構(gòu)的鋼板彈簧第二片端部也向上卷起包 在第一片卷耳上 （可以部分或者全部包住 ），使主片工作條件改善，工作可靠性提高。 對(duì)于承載比較大的鋼板彈簧，可以采用圖 655d所示的可拆卸式卷耳結(jié)構(gòu)。圖 2.

25、4 鋼板彈簧卷耳采用上卷耳是目前廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)型式， 制造工藝性好， 但應(yīng)力較大， 如果將主片加厚 1mm，然后校核。只要應(yīng)力解決了，上卷耳是本次設(shè)計(jì)的最佳選擇。2. 襯套鋼板彈簧的卷耳內(nèi)襯套，選取聚甲醛的塑料襯套。因?yàn)樗哂心湍?、耐蝕減磨、13沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不需潤(rùn)滑、吸水性好、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。2.3 減震器2.3.1減振器的作用減振器作為阻尼元件是懸架的重要組成元件之一。 減振器在汽車懸架安裝位置根 據(jù)整車布局設(shè)計(jì)和懸架的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有很多種， 左圖為減振器在采用麥弗遜獨(dú)立懸架轎 車上的安裝位置示意圖。圖 2.5 減震器在車上安裝位置示意圖汽車行駛的路面不可能絕對(duì)平坦

26、， 必然會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)， 這種持續(xù)的振動(dòng)易使司乘人 員感到不舒適和疲勞， 而減振器正式為迅速衰減振動(dòng)而設(shè)計(jì)的。 但減振器的功能決不 僅僅是衰減振動(dòng)，其對(duì)整車綜合特性的影響如下：圖 2.6 減震器對(duì)整車綜合特性的影響 迅速衰減由路面?zhèn)鬟f給車體的振動(dòng)， 提高行駛平順性 ; 使司乘人員不易疲勞貨物 不易損壞，提高乘座舒適性 ;降低對(duì)相關(guān)零件沖擊載荷減少磨損，提高使用經(jīng)濟(jì)性 改善輪胎接地性抑制高速行駛跳動(dòng)，提高行駛安全性 ;車輛在急加速、急剎車、急轉(zhuǎn) 彎時(shí)，提高操作穩(wěn)定性 ;14沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2.3.2減振器的結(jié)構(gòu)：雙向作用筒式液壓減振器基本結(jié)構(gòu)如下圖所示主要部件： 1.活塞

27、桿 2.工作缸筒 3.活塞 4.復(fù)原閥 5.貯油缸筒6.壓縮閥 7.補(bǔ)償閥 8.流通閥9.導(dǎo)向座 10.防塵罩 11.油封2.3.3 減振器工作原理：減振器活塞隨車輛振動(dòng)在缸筒內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 減振器殼體內(nèi)的油液重復(fù)地從一個(gè)內(nèi) 腔通過(guò)一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。 此時(shí)，孔壁與油液間的摩擦液體分子內(nèi)摩擦便 形成對(duì)振動(dòng)的阻尼力， 使車輛的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能， 而被油液和減振器殼體所吸收， 然后散到大氣中。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是，減振器將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。2.3.4減震器的選擇減震器是汽車懸架中衰減振動(dòng)的裝置， 它的存在明顯改善了汽車行駛平順性和操作穩(wěn)定性。 現(xiàn)代汽車在設(shè)計(jì)中懸架的部分都裝有專門的減震裝置， 其中用

28、得最多的是 液力減震器。 液力減震器按其結(jié)構(gòu)可分為搖臂式和筒式； 按其作用原理可分為單向作 用式和雙向作用式兩種。由于筒式減震器具有質(zhì)量小、性能穩(wěn)定、工作可靠，得以大15沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）量的生產(chǎn)， 所以成為減震器的主流。 筒式減震器可以分為雙筒式、 單筒式和充氣式等結(jié)構(gòu)，其中以雙筒式應(yīng)用最多。 本設(shè)計(jì)所選用的就是最為廣泛的雙筒式雙向作用減震16沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3 懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 彈性元件的計(jì)算1. 確定彈簧上的載荷滿軸載荷： 2628 kg非簧載質(zhì)量： 260 kg則簧載質(zhì)量： Fw0 =（ M滿- M非）*g=23206 N每副簧

29、載荷： Fw=Fw0 / 2 11603 N2.彈簧長(zhǎng)度 L由于本次設(shè)計(jì)的少片簧 （對(duì)稱）主要目的是希望能將已有車型的一般板簧進(jìn)行改 裝，故其長(zhǎng)度已被限定。由原始數(shù)據(jù)得：彈簧全長(zhǎng)： 1200mm （ l 1 =600mm， l 2 = 600mm）則彈簧端部載荷： P1=Fw*l 2 / l 11603*572/1144=5802 N3. 靜撓度f(wàn) c 與動(dòng)撓度 fd的選擇5根據(jù)汽車行駛平順性要求確定偏頻 n，按公式 n= 5 求出f c ，然后查表 3.1 確 fc定fd。表 3.1 偏頻、靜撓度和動(dòng)撓度車型n/Hzfc /cmfd /cm貨車1.5-2.25-116-9由懸架剛度與簧載質(zhì)量

30、所決定的車身自然振動(dòng)頻率是影響汽車平順性的重要性 能之一， 人體所習(xí)慣的垂直震動(dòng)頻率是步行時(shí)身體上下所習(xí)慣的垂直振動(dòng)頻率， 約為 1-1.6 赫茲。車身自然振動(dòng)頻率應(yīng)盡量處于或接近這一頻率。根據(jù)力學(xué)分析， 如果將汽車看成一個(gè)彈性懸架上做單自由度振動(dòng)的質(zhì)量。 則懸架17沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)系統(tǒng)的自然振動(dòng)頻率為：11n= c / m g / f (3.1)22由上式可知：在懸架所受載荷一定時(shí)，懸架剛度越小，則汽車自然振動(dòng)頻率越 低。但是懸架剛度越小，在一定垂直載荷下，懸架垂直變形越小，即在車輪上下跳動(dòng) 所需空間越大， 這對(duì)于載荷質(zhì)量大的貨車在結(jié)構(gòu)上是難以保證的。 故實(shí)際上貨

31、車的車 身振動(dòng)頻率往往偏高，而超過(guò)了上述理想的頻率范圍。綜上所述及參考數(shù)據(jù)，這里 n取 1.9赫茲fc=（ 5 ）2=7 cm n然后根據(jù)表 3.1得fd =6cm4. 初步確定彈簧剛度因?yàn)楸拒囀卿摪鍙椈煞仟?dú)立懸架，所以懸架剛度 c 等于彈簧剛度：k0 c116037=1658N/cm這里指整個(gè)板簧的剛度， 而對(duì)于對(duì)稱鋼板彈簧其兩邊剛度是相同的。 先對(duì)其進(jìn) 行簡(jiǎn)單的剛度分配。l2K1 K0 * ( 2 )=1658*(600 / 1200) 829N / cmK2 K0 * (l 1 )=1658*(600 / 1200) 829N / cm則前懸架剛度為C02C 3316N/cm5. 滿載弧

32、高 fa 與塑形變形1)滿載弧高 f a滿載弧高 fa 是指鋼板彈簧裝到車軸 (橋)上，汽車滿載時(shí)鋼板彈簧主片上表面與兩端(不包括卷耳孔半徑 )連線間的最大高度差 (圖 3.1)。 fa 用來(lái)保證汽車具有給定的高18沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）度。當(dāng) fa0 時(shí)，鋼板彈簧在對(duì)稱位置上工作。 為了在車架高度已限定時(shí)能得到足夠 的動(dòng)撓度值，常取 fa 1020mm。這里取 fa =15mm圖 3.1 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高2）塑性變形 鋼板彈簧經(jīng)預(yù)壓縮產(chǎn)生的塑性變形 與制造和熱處理的條件有關(guān)通常取 8-13mm， 本次設(shè)計(jì)取 =10mm。6. 鋼板斷面尺寸及片數(shù)的確定1.

33、鋼板斷面寬度 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， 但需引入撓 度增大系數(shù) 加以修正。 因此，可根據(jù)修正后的簡(jiǎn)支梁計(jì)算鋼板彈簧所需要的總慣性 據(jù)J0 。對(duì)于對(duì)稱鋼板彈簧J 0 （ l ks）3c / 48E（3.2）鋼板彈簧總截面系數(shù)用下式計(jì)算W0 FW（L ks） / （4 w）（3.3）式中， w為許用彎曲應(yīng)力對(duì)于 55SiMnVB 或 60Si2Mn 等材料，表面經(jīng)噴丸處 理后，推薦 w 在下列范圍內(nèi)選?。呵皬椈珊推胶鈶壹軓椈蔀?350450MPa19沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）將式（ 3.3）帶入下式計(jì)算鋼板彈簧的平均厚度 hphp2

34、J 0 / W0(L ks)2 w6Efc3.4)得hp=8.81200x1.24 x44056x2.06x105x6有了hp后，在選取鋼板彈簧片寬 b。推薦片寬與片厚的比值 b/ hp 在 6-10范圍內(nèi)選取，這里取 88mm。3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)本次優(yōu)化設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的軟件 MATIAB ，MATIAB 是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算 的高級(jí)語(yǔ)言，它集科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理等于一體， 具有極高的編程效率。MATLAB 工具箱，為不同的領(lǐng)域內(nèi)使用 MATLAB 的研究開(kāi)發(fā)者提供了一條捷徑。 MATLAB 工具箱豐富多樣，使廣大用戶一見(jiàn)傾心。由于應(yīng)用工具箱可以大大減少編 程時(shí)的復(fù)

35、雜程度， 使用戶感到更加簡(jiǎn)單快捷。 所以本次設(shè)計(jì)使用工具箱中的優(yōu)化工具 箱。優(yōu)化工具箱涉及函數(shù)的最小化或最大化，也就是函數(shù)的極值問(wèn)題。 MATLAB 的 優(yōu)化工具箱由一些對(duì)普通非線性函數(shù)求解最小化或最大化極值的函數(shù)和解決諸如線 性規(guī)劃等標(biāo)準(zhǔn)矩陣問(wèn)題的函數(shù)組成。利用優(yōu)化工具箱進(jìn)行極值運(yùn)算時(shí)， 可以自由選擇算法和線性搜索策略。 非限定最 小問(wèn)題的原理算法是 Nelder-Mead單純形搜索方法和 BFGS擬牛頓（ quasi-Newton） 方法；限定條件下的最小、最大最小、目標(biāo)法和半無(wú)窮優(yōu)化等問(wèn)題，所用的原理算法 是二 次 規(guī)劃 法 ；非 線性 二 次平 方 問(wèn) 題 的原 理 算法 是 Gaus

36、s-Newton 法和 Levenberg-Marquardt 法；非線性最小和非線性二次平方問(wèn)題， 可進(jìn)行線性搜索策略的 選擇，線性搜索策略的選擇，線性搜索策略使用的是三次或四次內(nèi)插和外插方法。20沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）優(yōu)化工具箱還能解決幾類求矩陣的極小值問(wèn)題， 此時(shí)僅需要將相應(yīng)的系數(shù)矩陣和 向量傳遞到函數(shù)中。1.設(shè)計(jì)變量對(duì)于梯形變厚斷面彈簧（圖3.2），其設(shè)計(jì)參數(shù)包括長(zhǎng)度 l 、 l 1、 l 3 ，厚度尺度h1、h2 ，葉片寬度 b 及葉片數(shù) n。圖 3.2 梯形變截面彈簧l 3 一般取決于彈簧在汽車上的裝夾情況， 因此是預(yù)先確定的， 即為常數(shù)； 寬度 b 取決于整

37、車布置和彈簧扁鋼的尺寸規(guī)格， 在彈簧設(shè)計(jì)之前可以選定一個(gè)適當(dāng)值 ; 葉片 數(shù) n 一般小于或等于 4 ，在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以將其作為常數(shù)。因此，優(yōu)化少片變 截面簧結(jié)構(gòu)時(shí)，其設(shè)計(jì)變量共有 4 個(gè)，即x 1h111x 2h 2x= 2 2x 3l 1x 4l并作為連續(xù)變量來(lái)考慮。3.5)2. 目標(biāo)函數(shù) 以彈簧在理論上所需要的質(zhì)量最小為目標(biāo)函數(shù)，則得到：f(x) 0.156 bn x1x 2 0.5(x4 x3 l3() x1 +x2)+x2l 321沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)3. 約束方程考慮到彈簧的總體布置、剛度、強(qiáng)度、材料、尺寸規(guī)格以及制造工藝等方面的要 求，可列出下列方程

38、。1. 為保證彈簧卷耳具有足夠的強(qiáng)度，彈簧端部等厚部分的厚度h1 應(yīng)大于其最小允許厚度 H1 ，由此得約束方程：g1(x) x1 H1 0 (3.6)2 .為了保證彈簧鋼材料的滲透性，彈簧中部最大厚度 x2 ，應(yīng)限制在某一允許厚 度 H2 之內(nèi)，由此得約束方程：g2( x) H2 x2 0(3.7)3.8)3.根據(jù)彈簧厚度 h1和h2 不相等，且 h2-h1 0.1 cm的要求，得約束方程：4.考慮彈簧的應(yīng)力分布和其在g(3 x)=x2 - x10. 1l 1區(qū)段內(nèi)的強(qiáng)度，最大應(yīng)力應(yīng)小于允許應(yīng)力 1,得約束方程：g4(x) 16Px3 02nbx12(3.9)并要求： g5 x3 05.由彈簧

39、主片最大伸直長(zhǎng)度之半應(yīng)限制在某一長(zhǎng)度 L 之內(nèi)的彈簧總體布置要求， 得約束方程：g6(x) L x4 03.10)6.為保證汽車具有良好的平順性， 彈簧剛度 K 對(duì)于設(shè)計(jì)要求的剛度 k 的誤差應(yīng)小于ka ，由此得出約束方程：22沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）g7(x)KKKKa（3.11） 或得到：g7(x)ka9.66 * 106bnx23x l 2 1 kx431 ( x4 l 3)3k4x4（3.12）7.按彈簧強(qiáng)度要求，彈簧在載荷的作用下，起計(jì)算應(yīng)力應(yīng)小于材料的允許應(yīng)力 2。首先要判斷出彈簧最大應(yīng)力的位置，然后計(jì)算其最大應(yīng)力。2x當(dāng)x3 (x4 l 3)( 2 1 1)時(shí)

40、，得約束方程 :x2g8(x) 21.5P(x2 x1)(x4 l 3) x32bnx1(x4 l 3) x2x3x2 x10(3.13)當(dāng) x3 （x4 l 3）（ 1 1）時(shí)，彈簧最大應(yīng)力點(diǎn)出現(xiàn)在彈簧中部截面，由此得約束方3 4 3 x2程：g9(x) 26P(x4 l 3)bnx223.14)由上述分析結(jié)果可知少片簧以質(zhì)量最小為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題， 是一個(gè)四 維 8 個(gè)不等式約束的非線性規(guī)劃問(wèn)題。而對(duì)于本次優(yōu)化是基于以上約束得到的結(jié)果。 對(duì)于對(duì)稱的鋼板彈簧來(lái)說(shuō)只需先 優(yōu)化半段，另一半與之相同。在 MATALB 中可以將 X 的上下限均等于 60 就可以。 而在 MATLAB 中可以將

41、約束條件寫成 M 文件并存儲(chǔ)，而且程序十分簡(jiǎn)單。這是 MATLAB 的優(yōu)點(diǎn)。在編寫約束條件時(shí)，其中 K 值是有變化的，即兩端剛度不同，需 要將剛度除以 2，并且要帶入各自的設(shè)計(jì)剛度。23沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）在設(shè)計(jì)編程的過(guò)程中，將 n 值在 1-4 之間反復(fù)試驗(yàn)，最終得出。 n=2時(shí)有優(yōu)化結(jié) 果。所以，可以將 n值直接代入 2即可。不必將其作為變量來(lái)對(duì)待。 同時(shí)端部載荷 P1、P2 已在前面計(jì)算過(guò)， ka 為 0.02 為定值，在編程時(shí)可以直接將其帶入指定編寫就可以， 這樣可以簡(jiǎn)化程序，也起到了優(yōu)化的作用。4. 確定數(shù)值彈簧長(zhǎng)度 l 1 =600mm l 2 =600mm

42、端部載荷 P1=5802N P2 =5802N彈簧寬度 b=88 mm端部等厚部分最小允許厚度 H1 =8 mm取彈簧材料為 55SiMnVB ，則彈簧最大允許滲碳厚度 H2=15 mm允許剛度誤差 Ka=0.02U 型螺栓距離 s=113 mm去中間等厚部分長(zhǎng)度 l 3=65 mm設(shè)計(jì)剛度 k1 =829 N/cm許用應(yīng)力 1 =300MPa 1=450MPa5. 優(yōu)化程序設(shè)計(jì)具體程序見(jiàn)程序設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 同時(shí)，我們將結(jié)果圓整，并轉(zhuǎn)化為“ mm”單位 L=600mm h1=8mm h2 =11mm L1 =200mm24沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.3 變截面鋼板彈簧校核3.3

43、.1校核剛度圖 3.2 單片變截面彈簧的一半 彈簧在載荷作用點(diǎn)處的變形為：0 Mp M1EJx3.15)彈簧在任意截面處的慣性矩 Jx 分如下幾種情況討論：0 x l 1時(shí)， JX J 1 bh3n1 / 12l 1 x l 2時(shí),J X b(AX B)3n/12(3.16)l2 x l 時(shí)，Jx=J2 bh3n/12 按分段積分法進(jìn)行積分，經(jīng)整理的3PElJ321 (ll2)3k233.17)式中k-變形系數(shù)3 1 3212In 4 1 1 1 211213.18)l1 l2 200550 0.36, h1 h2 8/11 0.73, / 0.36 / 0.73 0.49變形系數(shù) k 也可根

44、據(jù)已知幾何參數(shù) ， 在相應(yīng)的曲線中查出，當(dāng) l1=0 時(shí)，求得k 1.5*2ln +(1- () 3- )(1)33.19)25沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）當(dāng)彈簧（對(duì)稱彈簧）長(zhǎng)度為 2l 時(shí)，梯形葉片彈簧的剛度為c6EJ26 2.06 105 13820 0.92c 3l2 3 3 550 3l3 1 2 k 6003 1 65.37l 6001417N / cm（3.20）3.3.2 彈簧的最大應(yīng)力點(diǎn)及最大應(yīng)力hx h2 1 h21.圖 3.2中梯形彈簧的 BC 直線方程為： x l2 2 l2 , 如果彈簧端部厚度 hx h1，則便可求出梯形葉片等厚部分的理論長(zhǎng)度值l l2

45、 2 13.21)當(dāng)l1 l 時(shí)，彈簧最大應(yīng)力點(diǎn)發(fā)生在 x B/A處，此處 hx Ax B 2B ，其應(yīng)力值max 3Fs /2bA B3.22)當(dāng)l1 l 時(shí)，最大應(yīng)力點(diǎn)發(fā)生在 B 點(diǎn)，其值2max 3Fsl2 /2bh23.23)當(dāng) l1 l彈簧的最大應(yīng)力點(diǎn)不是出現(xiàn)在 B 點(diǎn)，應(yīng)出現(xiàn)在 x l2 的區(qū)段內(nèi)，max1.5 pxbn2 l2 l1 h2 h1根據(jù)上述分析，下面來(lái)確定本次設(shè)計(jì)彈簧最大應(yīng)力點(diǎn)位置。由于本次設(shè)計(jì)的三 片彈簧尺寸相同， 所以校核一片即可， 而且為對(duì)稱彈簧， 故只需要校核左半段或右半 段即可。對(duì)于左半段： L=600mm h1 =8mm h2 =11mm26沈陽(yáng)航空航天大

46、學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）l1 l2（21）=（600-65）*（2*8/11-1）=243 mm而l 1 =200.故最大應(yīng)力點(diǎn)在 B 點(diǎn)由式校核最大應(yīng)力為彈簧最大應(yīng)力為：max 1.5Fs2l2 437.3MPa 450MPa bh2滿足要求3.4 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑圖 3.3鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 H0鋼板彈簧各片裝配后，在預(yù)壓縮和 U 形螺栓夾緊前，其主片上表面與兩端（不 包括卷耳孔半徑） 連線間的最大高度差 （如圖 4.3），稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下 的弧高 H0用下式計(jì)算：H0 fc fa f（ 3.24）式中， fc為靜撓度； f a為滿載弧

47、高； f 為鋼板彈簧總成用 U 形螺栓夾緊后引起的弧高變化s 3L S fa fc2L2,s為 U 形螺栓中心距L 為鋼板彈簧主片長(zhǎng)度。鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑R08LH027沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）s 3L S fa fc113 3 1200 113 15 702 2 11.6mm 2L22 12002H0fc faf 70 15 11.6 96.6mmR0L28H0120028 96.61863mm3.5 鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 因鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下和裝配后的曲率半徑不同，裝配后各片產(chǎn)生預(yù)應(yīng) 力，其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑 Ri 。各片

48、自由狀態(tài)下做成不同曲率半徑的目的 是：使各片厚度相同的鋼板彈簧裝配后能很好地貼緊， 減少主片工作應(yīng)力， 使各片壽 命接近。矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定RiR01 2 0iR0 / Ehi3.24)式中， Ri為第 i 片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑（ mm）； R0為鋼板彈簧總成在自 由狀態(tài)下的曲率半徑（ mm）； 0i 為各片彈簧的預(yù)應(yīng)力（ N / mm2 ）；E 為材料彈性模 量（ N / mm2），取R1 R2 600mm；hi為第i片的彈簧厚度（ mm）。RiR01 2 0iR0 / Ehi186351 2 1000 1957 / 2.06 105 111661mm在已知鋼

49、板彈簧總成自由狀態(tài)下曲率半徑 R0 和各片彈簧預(yù)加應(yīng)力 0i的條件下， 計(jì)算出各片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑 Ri 。選取各片彈簧預(yù)應(yīng)力時(shí)， 要求做到：裝配 前各片彈簧片間間隙相差不大， 且裝配后各片能很好貼和； 為保證主片及其相鄰的長(zhǎng) 片有足夠的使用壽命， 應(yīng)適當(dāng)降低主片及與其相鄰的長(zhǎng)片的應(yīng)力。 這此，選取各片預(yù)28沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)應(yīng)力時(shí)， 可分為下列兩種情況： 對(duì)于片厚相同的鋼板彈簧， 各片預(yù)應(yīng)力值不宜選取過(guò) 大；對(duì)于片厚不相同的鋼板彈簧， 厚片預(yù)應(yīng)力可取大些。 推薦主片在根部的工作應(yīng)力 與預(yù)應(yīng)力疊加后的合成應(yīng)力在 80-150N/mm2 內(nèi)選取。1-4片長(zhǎng)片疊加

50、負(fù)的預(yù)應(yīng)力， 短 片疊加正的預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力從長(zhǎng)片到短片由負(fù)值逐漸遞增至正值。3.6 鋼板彈簧總成弧高的核算由于鋼板彈簧葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑 Ri 是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力 0i 后用式 (3.24)計(jì)算，受其影響，裝配后鋼板彈簧總成的弧高與用式 R0 L2 /8H 0計(jì)算的結(jié)果會(huì)不同因此，需要核算鋼板彈簧總成的弧高。根據(jù)最小勢(shì)能原理， 鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)是各片勢(shì)能總和最小狀態(tài)， 由此可求得等厚葉片彈簧的 R0 為1R0n Lii 1 RinLii13.25)式中， Li 為鋼板彈簧第 i 片長(zhǎng)度鋼板彈簧總成弧高為2H L2 /8R03.26)如果計(jì)算的結(jié)果應(yīng)相近。如相差較多，可經(jīng)重新選用各

51、片預(yù)應(yīng)力再行核算3.7 鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算3.7.1驅(qū)動(dòng)時(shí)計(jì)算應(yīng)力1.緊急制動(dòng)時(shí)， 前鋼板彈簧承受的載荷最大， 在它的后半段出現(xiàn)的最大應(yīng)力 max用下式計(jì)算G1ml1 (2l 1 c)(l1 l 2)W011603x 1.5 x 600x(6000.8 x 950)1200x2x 88x112334MPa29沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）式中， G1為作用在前輪上的垂直靜負(fù)荷； m1 為制動(dòng)時(shí)前軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)， 轎車：m1 1.21.4，貨車： m1 1.41.6，這里取 1.5； l1 、 l 2為鋼板彈簧前、后段長(zhǎng)度；為道路附著系數(shù)，取 0.8；W0 為鋼板彈簧總截面系數(shù)，這里

52、取nbh26c 為彈簧固定點(diǎn)到路面的距離 （圖 48），這里取 950得 max=334MPa3.7.2.汽車通過(guò)不平路面時(shí)鋼板彈簧的強(qiáng)度當(dāng)彈簧通過(guò)不平路面時(shí)，垂直力達(dá)到最大值，測(cè)試彈簧中部的應(yīng)力為kGill1 2（l 1 l 2）W0（3.27）式中： k-動(dòng)載荷系數(shù)，且 k f c fd =1.86fc =（1.86*11603*600*600*6）/（1200*2*88*121 ）=817.3MPa3.8 鋼板彈簧卷耳和彈簧銷的強(qiáng)度核算3.8.1卷耳應(yīng)力的驗(yàn)算鋼板彈簧主片卷耳受力如圖 3.4 所示。卷耳處所受應(yīng)力 是由彎曲應(yīng)力和拉 （壓）應(yīng)力合成的應(yīng)力30沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)

53、設(shè)計(jì)（論文）圖 3.4 汽車制動(dòng)時(shí)鋼板彈簧的受力圖圖 3.5 鋼板彈簧主片卷耳受力圖鋼板彈簧主片卷耳受力如上圖所示。卷耳處所受應(yīng)力 是由彎曲應(yīng)力和 （壓 ）應(yīng)力 合成的應(yīng)力3Fx D h1 /bh12 Fx /bh1式中， Fx為沿彈簧縱向作用在卷耳中心線上的力； D 為卷耳內(nèi)徑； b為鋼板彈簧寬度； h1為主片厚度。許用應(yīng)力 取為 350N mm2。3Fmax D h1 Fmax 3 5802 30 8 5802max max 2 1 max 130MP 350MP 滿 maxbh12bh188 64 60 8足要求3.8.2鋼板彈簧銷的驗(yàn)算對(duì)鋼板彈簧銷要驗(yàn)算鋼板彈簧受靜載荷時(shí)鋼板彈簧銷受到的擠壓應(yīng)力31沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）z Fs bd 。其中， Fs 為滿載靜止時(shí)鋼板彈簧端部的載荷； b 為卷耳處葉片寬； d 為鋼板彈簧銷直徑580288 164.12MP z滿足要求用 20 鋼或 20Cr 鋼經(jīng)滲碳處理或用 45 鋼經(jīng)高頻淬火后，其許用應(yīng)力 z 79N