中型貨車懸架總成設(shè)計(jì)說明書改

1、 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 某中型貨車懸架總成設(shè)計(jì)學(xué) 生：xxx學(xué) 號(hào)：xxxxx專 業(yè)：xxxx班 級(jí)：xxx指導(dǎo)教師：xxxx 四川理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院二O一四年六月摘要 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它把車架與車軸彈性的連接起來。其主要任務(wù)是傳遞作用在車輪和車架之間的一切力和力矩；緩和路面?zhèn)鹘o車架的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，保證汽車行駛的平順性；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，以使汽車獲得高速行駛能力。 本說明書根據(jù)汽車懸架的的基本理論，對(duì)汽車懸架總成結(jié)構(gòu)的進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要對(duì)中型貨車板簧懸架的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，包括中型貨車前橋鋼板彈簧、

2、后橋主副式鋼板彈簧、汽車減振器參數(shù)的選擇計(jì)算。同時(shí)運(yùn)用solid works建立了彈簧的三維模型，進(jìn)行了應(yīng)力分析，結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。最后設(shè)計(jì)出較為合理的前后懸架結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)板簧懸架提供了較有價(jià)值的資料。關(guān)鍵詞：中型貨車；多片鋼板彈簧；非獨(dú)立懸架；solid works；應(yīng)力分析；減振器IAbstractIs one of the suspension assembly of a modern car, which connect together the frame and the flexible axle. Its main task is to pass the role of t

3、he frame between the wheels and all the forces and moments; mitigate the impact of the road to pass the frame load bearing vibration attenuation resulting system, ensure the car ride comfort; ensure that the wheels on the road ideal when the load changes and uneven motion characteristics, to ensure

4、the car's handling and stability, so that cars get high speed capability. According to the basic theory of the specification of the vehicle suspension , designed for automotive suspension assembly structure , mainly on the main parameters of a medium goods vehicle leaf spring suspension design c

5、alculations, including medium-sized truck leaf spring front axle , rear axle , Vice -style leaf springs , automobile shock absorber select parameters calculations. While the use of solid works to establish a spring three-dimensional model for the stress analysis results meet design requirements. Fin

6、ally, a more rational design of front and rear suspension structure to provide a more valuable data for further design of a leaf spring suspension .Keywords : Medium truck ; multi-piece leaf spring ; non- independent suspension ; solid works; stress analysis ; Absorber 目 錄摘要Abstract第1章 緒論1第2章 總體設(shè)計(jì)2

7、2.1軸數(shù)、驅(qū)動(dòng)形式、布置形式2 2.2汽車主要參數(shù)設(shè)計(jì)2 2.2.1主要尺寸2 2.2.2進(jìn)行汽車軸荷分配2 2.2.3最小轉(zhuǎn)彎直徑2 2.2.4通過性幾何參數(shù)3 2.2.5制動(dòng)性參數(shù)4 2.2.6發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)5第3章 懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與分析6 3.1 非獨(dú)立懸架6 3.1.1非獨(dú)立式懸架簡(jiǎn)介6 3.1.2非獨(dú)立式懸架特點(diǎn)6 3.1.3 鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架6 3.2 獨(dú)立懸架6第4章 懸架主要參數(shù)的確定8 4.1懸架的靜撓度84.2懸架的動(dòng)撓度8 4.3后懸架主，副簧剛度的分配8第5章 前懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)11 5.1鋼板彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算11 5.1.1 初選參數(shù)11 5.1.2鋼板彈簧各片尺寸的確定

8、12 5.1.3鋼板彈簧剛度的驗(yàn)算13 5.1.4鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算14 5.1.5鋼板彈簧總成弧高的核算16 5.1.6鋼板彈簧強(qiáng)度核算16 5.1.7彈簧中心螺栓及彈簧夾17 5.2減震器的設(shè)計(jì)計(jì)算18 5.2.1減振器的選擇與分類18 5.2.2減振器相對(duì)阻尼系數(shù)19 5.2.3減振器阻尼系數(shù)的確定20 5.2.4最大卸荷力的確定21 5.2.5筒式減振器工作缸直徑D的確定21 5.2.6查表確定減振器參數(shù)22第6章 后懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)23 6.1鋼板彈簧的布置方案選擇23 6.2鋼板彈簧主要參數(shù)的確定23 6.2.1滿載弧高23 6.2.2鋼板彈簧長(zhǎng)度L的確定23

9、 6.2.3鋼板彈簧斷面尺寸的確定23 6.2.4彈簧中心螺栓及彈簧夾25 6.3鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的確定26 6.4鋼板彈簧剛度的驗(yàn)算26 6.5鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算27 6.5.1鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高27 6.5.2鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑的確定28 6.5.3鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下弧高和曲率半徑的確定28 6.5.4鋼板彈簧總成弧高的核算30 6.6鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算31 6.7鋼板彈簧卷耳和彈簧銷的強(qiáng)度核算31第7章 鋼板彈簧應(yīng)力分析33 7.1 solid works簡(jiǎn)介33 7.2 彈簧三維造型34 7.3 前懸架應(yīng)力分析35 7.4 后懸架

10、應(yīng)力分析40參考文獻(xiàn)43致謝44附錄A：相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及車型45四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它把車架（或車身）與車軸（或車輪）彈性地連接起來。其主要任務(wù)是專遞作用在車輪和車架（或車身）之間的一切力和力矩；緩和路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，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。懸架由彈性元件、導(dǎo)向元件、減振器、緩沖塊和橫向穩(wěn)定器等組成。導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向桿系組成，用來決定車輪相對(duì)于車架（或車身）的運(yùn)動(dòng)特性，并傳遞除彈性元件專遞的垂直力以外飛各種力和力矩。當(dāng)縱置鋼

11、板彈簧作彈性元件時(shí)，它兼起導(dǎo)向裝置作用。緩沖塊用來減輕車抽對(duì)車架（或車身）的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過大的變形。裝有橫向穩(wěn)定器的汽車，能減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)車身的側(cè)傾角和橫向角振動(dòng)。對(duì)懸架提出的設(shè)計(jì)要求有：1）保證汽車有良好的行駛平順性。2）具有合適的衰減振動(dòng)能力。3）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。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；轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾角要合適。5）有良好的隔聲能力。6）結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小。7）可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件質(zhì)量要小的同時(shí)，還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。第2章 總體設(shè)計(jì)2.1 軸數(shù)、驅(qū)動(dòng)形式、布置形式 根據(jù)國(guó)家道路交通法規(guī)、設(shè)計(jì)

12、規(guī)范及汽車的用途選定軸數(shù)、驅(qū)動(dòng)形式、布置形式，需對(duì)貨車的幾種典型的布置形式進(jìn)行分析比較。本設(shè)計(jì)參考一般中型貨車采用的發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)，軸數(shù)為雙軸，驅(qū)動(dòng)形式為4x2。2.2  汽車主要參數(shù)設(shè)計(jì)2.2.1主要尺寸 外廓尺寸的確定需考慮法規(guī)、汽車的用途、裝載質(zhì)量及涵洞和橋梁等道路尺寸條件。GB 1589-1989規(guī)定了汽車外廓尺寸限界，可參考同類車型選取。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)輕中型貨車的主要廠家有：解放、東風(fēng)、長(zhǎng)安、北汽福田、江鈴、南汽、江淮汽車等，參考相關(guān)產(chǎn)品的參數(shù)。 軸距、輪距、前懸、后懸等參數(shù)參照汽車設(shè)計(jì)教材推薦的范圍并參考同類車型選取。 設(shè)計(jì)外廓尺寸為： 總 長(zhǎng)：7050 總 寬：2400

13、軸 距：3800 前 輪 距 ：1800 后 輪 距：1700 滿載重心高度：11002.2.2進(jìn)行汽車軸荷分配 汽車的軸荷分配根據(jù)汽車的驅(qū)動(dòng)形式、發(fā)動(dòng)機(jī)位置、汽車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、車頭形式及總質(zhì)量等參照汽車設(shè)計(jì)教材推薦的范圍并參考同類車型選取。結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書已知條件確定軸荷分配為： 空車時(shí)：前軸負(fù)荷：2087.5kg 后軸負(fù)荷：2087.5kg滿載時(shí)：前軸負(fù)荷：2678.4kg 后軸負(fù)荷：5691.6kg2.2.3最小轉(zhuǎn)彎直徑轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)至極限位置時(shí)，汽車前外轉(zhuǎn)向輪輪轍中心在支承平面上的軌跡圓的直徑稱為最小轉(zhuǎn)彎直徑。用來描述汽車轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)性，是汽車轉(zhuǎn)向能力和轉(zhuǎn)向安全性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角、汽車

14、軸距、輪距等對(duì)汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑均有影響。對(duì)機(jī)動(dòng)性要求高的汽車，應(yīng)取小些。GB72581997機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件中規(guī)定：機(jī)動(dòng)車的最小轉(zhuǎn)彎直徑不得大于24m。當(dāng)轉(zhuǎn)彎直徑為24m時(shí)，前轉(zhuǎn)向軸和末軸的內(nèi)輪差(以兩內(nèi)輪軌跡中心計(jì))不得大于3.5m。各類汽車的最小轉(zhuǎn)彎直徑見表2-1 。表2-1 各類汽車的最小轉(zhuǎn)彎直徑 車型級(jí)別m車型 級(jí)別m轎車微型普通級(jí)中級(jí)高級(jí) 貨車 微型 輕型 中型 重型 客車微型中型大型101314201722礦用自卸車裝載質(zhì)量t <45 >45 中型貨車最小轉(zhuǎn)彎直徑，本次設(shè)計(jì)取15m。2.2.4通過性幾何參數(shù)總體設(shè)計(jì)要確定的通過性幾何參數(shù)有：最小離地間隙，接近角，離

15、去角，縱向通過半徑等。各類汽車的通過性參數(shù)視車型和用途而異，其范圍見表2-2。表2-2 汽車通過性的幾何參數(shù) 車型mm(。)(。)m 4×2轎車150220203015223.08.3 4 ×4轎車 2104550 35401.73.6 4×2貨車 2503004060 25452.36.0 4 ×4、6×6貨車 2603504560 35451.93.6 4×2客車、6×4 2203701040 6204.09.0對(duì)于4x2貨車，其通過性幾何參數(shù)為：最小離地間隙，取?？v向通過半徑，取。 接近角與離去角一般在以上，至少不應(yīng)該

16、小于，故本設(shè)計(jì)選?。航咏牵?離去角： 2.2.5制動(dòng)性參數(shù) 汽車制動(dòng)性是指汽車在制動(dòng)時(shí)，能在盡可能短的距離內(nèi)停車且保持方向穩(wěn)定，下長(zhǎng)坡時(shí)能維持較低的安全車速并有在一定坡道上長(zhǎng)期駐車的能力。目前常用制動(dòng)距離s t和平均制動(dòng)減速度j來評(píng)價(jià)制動(dòng)效能。表2-3 路試檢驗(yàn)行車制動(dòng)和應(yīng)急制動(dòng)性能要求 行車制動(dòng)應(yīng)急制動(dòng)車輛類型制動(dòng)初車速(km·h)制動(dòng)距離/mFMDD(m·s)試車道寬度/m踏板力/N制動(dòng)初車速(km·h)制動(dòng)距離/mFMDD(m·s)操縱力/N()座位數(shù)9的客車滿載50 20>f5.9 2.550050382.9手400空載196.2400腳

17、500其它總質(zhì)量4.5t滿載50225.42.570030182.6手600的汽車空載21>5.8450腳700其它汽車、汽車滿載3010 5.03.O70030202.2手600列車空載95.4450腳700 對(duì)3.5t<總質(zhì)量4.5t的汽車為3.Om。有關(guān)(GB72581997)機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全條件中規(guī)定的路試檢驗(yàn)行車制動(dòng)和應(yīng)急制動(dòng)性能要求，列于表2-3中。2.2.6發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)參考國(guó)內(nèi)同類車型，選取汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為EQH140-40，具體參數(shù)如下最大功率： 怠速： 最大輸出扭矩： 45四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第3章 懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與分析3.1 非獨(dú)立懸架3.1.1非獨(dú)立式懸架簡(jiǎn)介 非獨(dú)立

18、懸架是相對(duì)與獨(dú)立懸架的車輪結(jié)構(gòu)。非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)車輪由一根整體式車架相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架懸掛在車架或車身的下面。非獨(dú)立懸架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、強(qiáng)度高、保養(yǎng)容易、行車中前輪定位變化小的優(yōu)點(diǎn)，但由于其舒適性及操縱穩(wěn)定性都較差，在現(xiàn)代轎車中基本上已不再使用，多用在貨車和大客車上。3.1.2非獨(dú)立式懸架特點(diǎn)非獨(dú)立式懸架的兩側(cè)車輪安裝于一根整體式車橋上，車橋通過懸掛與車架相連。這種懸掛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳力可靠，但兩輪受沖擊震動(dòng)時(shí)互相影響。而且由于非懸掛質(zhì)量較重，懸掛的緩沖性能較差，行駛時(shí)汽車振動(dòng)，沖擊較大。該懸掛一般多用于載重汽車、普通客車和一些其他車輛上。3.1.3 鋼板彈簧式非獨(dú)

19、立懸架鋼板彈簧被用做非獨(dú)立懸架的彈性元件，由于它兼起導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，使得懸架系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。這種懸架廣泛用于貨車的前、后懸架中。它中部用U型螺栓將鋼板彈簧固定在車橋上。懸架前端為固定鉸鏈，也叫死吊耳。它由鋼板彈簧銷釘將鋼板彈簧前端卷耳部與鋼板彈簧前支架連接在一起，前端卷耳孔中為減少摩損裝有襯套。后端卷耳通過鋼板彈簧吊耳銷與后端吊耳與吊耳架相連，后端可以自由擺動(dòng)，形成活動(dòng)吊耳。當(dāng)車架受到?jīng)_擊彈簧變形時(shí)兩卷耳之間的距離有變化的可能。3.2 獨(dú)立懸架獨(dú)立懸架的車軸分成兩段，每只車輪用螺旋彈簧獨(dú)立地安裝在車架(或車身)下面，當(dāng)一邊車輪發(fā)生跳動(dòng)時(shí)，另一邊車輪不受波及，汽車的平穩(wěn)性和舒適性好。但這種懸架構(gòu)造

20、較復(fù)雜，承載力小?，F(xiàn)代轎車前后懸架大都采用了獨(dú)立懸架，并已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)可分有燭式、麥弗遜式、連桿式等多種，其中燭式和麥克弗遜式形狀相似，兩者都是將螺旋彈簧與減振器組合在一起，但因結(jié)構(gòu)不同又有重大區(qū)別。燭式采用車輪沿主銷軸方向移動(dòng)的懸架形式，形狀似燭形而得名。特點(diǎn)是主銷位置和前輪定位角不隨車輪的上下跳動(dòng)而變化，有利于汽車的操縱性和穩(wěn)定性。麥克弗遜式是絞結(jié)式滑柱與下橫臂組成的懸架形式，減振器可兼做轉(zhuǎn)向主銷，轉(zhuǎn)向節(jié)可以繞著它轉(zhuǎn)動(dòng)。特點(diǎn)是主銷位置和前輪定位角隨車輪的上下跳動(dòng)而變化，這點(diǎn)與獨(dú)立懸架正好相反。這種懸架構(gòu)造簡(jiǎn)單，布置緊湊，前輪定位變化小，具有良好的行駛穩(wěn)定性。所以，目前轎

21、車使用最多的獨(dú)立懸架是麥弗遜式懸架。 a)非獨(dú)立懸架b)獨(dú)立懸架圖3-1 懸架簡(jiǎn)圖第4章 懸架主要參數(shù)的確定4.1懸架的靜撓度 懸架的靜擾度 是指汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷f與此時(shí)懸架剛度c 之比，即 (4-1) 貨車的懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性的主要參數(shù)之一。因汽車的質(zhì)量分配系數(shù)近似等于1，因此貨車車軸上方車身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系。貨車的車身的固有頻率n,可用下式來表示： n= (4-2) 式中，c為懸架的剛度（N/m）,m為懸架的簧上質(zhì)量（kg）又靜撓度可表示為： (4-3)g：重力加速度（10N/kg）,代入(4-2),式（4-3）得到：n=5/ 分析

22、上式可知：懸架的靜撓度直接影響車身的振動(dòng)頻率，因此欲保證汽車有良好的行駛平順性，就必須正確選擇懸架的靜撓度。又因?yàn)椴煌钠噷?duì)平順性的要求不相同，貨車的前懸架頻率要求n1在1.5hz-2.1hz之間，后懸架n2要求在1.70hz2.17hz之間，因?yàn)樨涇囍饕暂d貨為主，所以選取頻率為: n1=1.9hz n2=2hz所以 2 = 69mm 2 = 62mm4.2懸架的動(dòng)撓度懸架的動(dòng)撓度是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)容許的最大變形時(shí)，車輪中心相對(duì)車架的垂直位移。通常貨車的動(dòng)撓度的選擇范圍在69cm.。本設(shè)計(jì)選擇：4.3后懸架主，副簧剛度的分配 如何確定副簧開始參加工作的載荷和主，副簧之間

23、剛度的分配，受懸架的彈性特性和主，副簧上載荷分配的影響，原則上要求車身從空載到滿載時(shí)的振動(dòng)頻率變化要小，以保證汽車有良好的平順性，還要求副簧參加工作前后的懸架振動(dòng)頻率不大。這兩項(xiàng)要求不能同時(shí)滿足。由于貨經(jīng)常處于滿載狀態(tài)，采用如下方法來確定。 圖4-1 貨車主、副簧為鋼板彈簧結(jié)構(gòu)的彈性特性 使副簧開始起作用時(shí)的懸架撓度等于汽車空載時(shí)懸架的撓度，而使副簧開始起作用前一瞬間的撓度等于滿載時(shí)懸架的撓度。于是可求 = （4-4）式中分別為空載和滿載時(shí)的懸架的載荷。副簧，主簧的剛度之比為： ， （4-5）式中，為副簧的剛度，為主簧的剛度。計(jì)算剛度之前，需計(jì)算單個(gè)鋼板彈簧的簧上質(zhì)量，對(duì)貨車滿載時(shí)有： 前懸架

24、：G1 = 2678.4 × 9.8 = 26248.32N 后懸架：G2 = 5691.6 × 9.8 = 55777.68N 參考同類車型，選取簧下質(zhì)量：前懸架為5250N， 后懸架為78000N， 故簧上質(zhì)量分別為： 前懸架 = 10499.2N后懸架 = 23988.8N已知后懸架n2=2hz ，由公式 可得：。則，副簧、主簧剛度比為：=0.94有上面的二式，可聯(lián)立方程組： （4-6） =0.94 （4-7） 由（4-6），（4-7）兩式可得： =1872.8N/cm , =1992.3N/cm副簧起作用后，近似認(rèn)為變形相同，從副簧開始起作用到滿載的變形為。 =12

25、321.6N又 ，得： = = = 主簧 ： =副簧 ： 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第5章 前懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì) 前懸架由鋼板彈簧和減振器組成。鋼板彈簧在汽車上采用縱置對(duì)稱布置形式，中部用兩個(gè)U型螺栓固定在前橋上。減振器為液力雙作用筒式減振器，減振器在拉伸和壓縮過程中，通過復(fù)原閥和壓縮閥及其相應(yīng)的節(jié)流系統(tǒng)產(chǎn)生阻尼力，從而使鋼板彈簧的振動(dòng)速度衰減以改善汽車的行駛平順性。減振器通過連接銷、上支架、下支架以及橡膠襯套分別與車架和前軸連接。5.1鋼板彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1.1 初選參數(shù) 選擇鋼板彈簧長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)考慮到在整車上布置的方便性，因此要與總布置共同協(xié)商確定。一般情況下，轎車后簧長(zhǎng)度為軸矩的4055，載貨汽車前后

26、簧長(zhǎng)度分別為軸距的2635和3545。故前鋼板彈簧長(zhǎng)度范圍：L=988-1330 mm取L=1200mm目前國(guó)內(nèi)貨車所用的鋼板彈簧材料多為鋼，如60Si2Mn 、60SiMnA 、55SiMnVB這些材料有較高的彈性極限、屈強(qiáng)比及疲勞強(qiáng)度，而且價(jià)格便宜。60Si2Mn 、60SiMnA 彈簧鋼適用于厚度在12 mm 以下的鋼板彈簧，對(duì)于較厚的鋼板彈簧可采用淬透性較好的55SiMnVB 彈簧鋼。本車型選用的板簧單片厚度小于12 mm，材料為60Si2Mn，并且對(duì)稱布置。為了提高鋼板彈簧疲勞壽命，對(duì)單片進(jìn)行噴丸處理，對(duì)總成進(jìn)行塑性預(yù)壓縮處理。鋼板彈簧經(jīng)強(qiáng)化處理后，受拉表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力層，彈簧受載

27、時(shí)，降低了受拉表面的拉應(yīng)力。經(jīng)塑性預(yù)壓縮處理后的彈簧，使用中不易再產(chǎn)生塑性變形.。用的鋼板彈簧材料60Si2Mn表面經(jīng)應(yīng)力噴丸處理后，彈簧滿載靜應(yīng)力m：前彈簧350450，取415Mpa。滿載弧高是指鋼板彈簧裝到車橋上，汽車滿載時(shí)鋼板彈簧主片上表面與兩端連線間的最大高度差。用來保證汽車具有給定的高度。當(dāng)=0時(shí)，鋼板彈簧在對(duì)稱位置上工作?？紤]到使用期間鋼板彈簧塑性變形的影響和為了在車架高度已限定時(shí)能夠得到足夠的動(dòng)撓度值，常取=10-20mm。本次設(shè)計(jì)取=15mm。5.1.2鋼板彈簧各片尺寸的確定 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，可以

28、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慣性矩。對(duì)于對(duì)稱鋼板彈簧： (L-）3 （5-1）式中，s為U形螺栓中心距（mm）；初選s=120mm；k為考慮U形螺栓夾緊后的無效長(zhǎng)度系數(shù)，取k=0.5；c為鋼板彈簧垂直剛度（N/mm),c=152N/mm;為撓度增大系數(shù)（，為與主片重疊片數(shù)數(shù)，為總片數(shù)，取），；為材料的彈性模量，。故：鋼板彈簧總截面系數(shù)用下式計(jì)算 ，取9500則鋼板彈簧的平均厚度，取。對(duì)U型螺栓中心距驗(yàn)算： ，式中，為彈簧靜應(yīng)力，必要時(shí)可用彎曲應(yīng)力代替計(jì)算，則： 故選擇符合要求。有了以后，再選取鋼板彈簧的片寬b。增大片寬，能增加卷耳強(qiáng)度，但當(dāng)車身受側(cè)向力作用傾斜時(shí)，彈簧的扭曲應(yīng)力

29、增大。前懸架選用寬的彈簧片，會(huì)影響轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角；片寬選取過窄，又會(huì)增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦和彈簧的總厚。推介片寬比值b/hp在6-10之間選取。則，選擇。同時(shí)，鋼板彈簧則選著各片等截面的矩形鋼板彈簧，片厚。有了以后，采用作圖法確定彈簧各片的長(zhǎng)度，如圖5-1所示,先將各片厚度的立方值按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪制在圖上，再沿橫坐標(biāo)量出主片長(zhǎng)度的一半和U形螺栓中心距的一半，得到A、B兩點(diǎn)，連接A、B兩點(diǎn)即得到三角形鋼板彈簧的展開圖,AB線與各片的上側(cè)邊交點(diǎn)即為各片長(zhǎng)度。如果存在與主片長(zhǎng)度等長(zhǎng)的重疊片就從B點(diǎn)到，最后一個(gè)重疊片的上側(cè)邊端點(diǎn)連一直線，此直線與各片的上側(cè)邊交點(diǎn)即為各片長(zhǎng)度。各片實(shí)際長(zhǎng)度

30、尺寸需經(jīng)圓整后確定。圖5-1 確定鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的作圖法經(jīng)圓整后各片長(zhǎng)度如下表所示：表5-1 前懸架鋼板彈簧各片長(zhǎng)度片數(shù)12345678長(zhǎng)度1200mm1065mm930mm 795mm660mm525mm390mm255mm5.1.3鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算在此之前，有關(guān)撓度增大系數(shù)、慣性矩、片長(zhǎng)和葉片端部形狀等的確定都不夠準(zhǔn)確，所以有必要驗(yàn)算剛度。用共同曲率法計(jì)算剛度的前提是，假定同意截面上各片曲率變化值相同，各片所承受的彎矩正比于其慣性矩，同時(shí)該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩。剛度驗(yàn)算公式為 （5-2）其中 式中，為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，；為材料彈性模量；、為主片和第k+1片的一半長(zhǎng)度。 式

31、中的主片長(zhǎng)度的一半，如果用中心螺栓到卷耳中心間的距離代入，求得的剛度值為鋼板彈簧總成的自由剛度；如果用有效長(zhǎng)度，即代入 ，則求得的剛度值是鋼板彈簧總成的夾緊剛度。經(jīng)計(jì)算值與值分別為： 由（4-2）計(jì)算結(jié)果鋼板彈簧的自由剛度與計(jì)算剛度相差不大，符合要求。夾緊剛度，與計(jì)算剛度相差不大，符合要求。5.1.4鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高；用下式表示： （5-3）式中，靜撓度；滿載弧高；鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后引起的弧高變化； （5-4) sU型螺栓中心距；L為鋼板彈簧主片長(zhǎng)度。鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑靜撓度；滿載弧高；把數(shù)據(jù)帶入公式（5-4

32、）（5-3）有：；。在確定各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，理論上應(yīng)滿足各片彈簧在根部處預(yù)應(yīng)力所造成的彎矩Mi之代數(shù)和為零，即 或 設(shè)計(jì)時(shí)可取主片以及前幾片預(yù)應(yīng)力為-80 -150，最后幾片的預(yù)應(yīng)力為2060MPa。其絕對(duì)值遞增到最末1、2片之前，末二片再減小一些，以保證末二片的合成平均應(yīng)力不致太高。對(duì)于片厚相同的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不宜選舉過大。預(yù)應(yīng)力從長(zhǎng)片到短片由負(fù)值逐漸遞增至正值。初取各片鋼板彈簧的的預(yù)應(yīng)力值分別為：（單位:）表5-2 鋼板彈簧各片預(yù)應(yīng)力片數(shù)12345678預(yù)應(yīng)力-60-40-20020403030 由公式：預(yù)應(yīng)力可得： （5-5）式中 第片鋼板彈簧厚度； 第片鋼板彈簧的預(yù)應(yīng)力； 葉片裝配

33、后的曲率半徑，可近視地看成與總成自由狀態(tài)下的曲率徑； 鋼板彈簧第片在自由狀態(tài)下的曲率半徑； E材料的楊氏彈性模量，?。挥墒剑?-5）計(jì)算可得出鋼板彈簧第片在自由狀態(tài)下的曲率半徑為：?jiǎn)挝唬╩m）表5-3 鋼板彈簧自由狀態(tài)曲率半徑序號(hào)12345678曲率半徑2208.422083.231971.481871.11780.451698.181738.341738.34 如果第片的片長(zhǎng)為，則第片彈簧的弧高為： （5-6）計(jì)算可求出第片鋼板彈簧的弧高為：（單位：mm）表5-4 鋼板彈簧自由狀態(tài)弧高序號(hào)12345678弧高81.568.0654.842.230.620.3114.75.1.5鋼板彈簧總成弧

34、高的核算根據(jù)最小勢(shì)能原理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)態(tài)平衡狀態(tài)是各片勢(shì)能綜合最小狀態(tài)，由此可求得等厚葉片彈簧的為： （5-7）式中為第片鋼板彈簧的長(zhǎng)度。鋼板彈簧總成的弧高為由計(jì)算可求得： 因?yàn)橄嗖畈淮螅运x彈簧參數(shù)合理。5.1.6鋼板彈簧強(qiáng)度核算 緊急制動(dòng)時(shí)，前鋼板彈簧承受的載荷最大，在它后半段出現(xiàn)的最大應(yīng)力為： （5-8）式中 作用在前輪上的垂直靜負(fù)荷； 制動(dòng)時(shí)前軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，貨車：=1.401.60； 、鋼板彈簧前后段長(zhǎng)度； 道路附著系數(shù)，取0.8； 鋼板彈簧總截面系數(shù)； C為彈簧固定點(diǎn)到路面的距離；解得；所設(shè)計(jì)的鋼板彈簧合理。再驗(yàn)算鋼板彈簧卷耳和彈簧銷的強(qiáng)度，鋼板彈簧受力如下圖： 圖5-2

35、汽車制動(dòng)時(shí)鋼板彈簧受力圖 圖5-3 鋼板彈簧主片卷耳受力圖由圖可知，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，即 （5-9）式中，為彈簧縱向作用在卷耳中心線上的力； D為卷耳內(nèi)徑；初選 b為鋼板彈簧寬度； 為主片厚度；代入式（4-9）計(jì)算可得：符合要求，與之配套的銷選用直徑D=10mm，受擠壓應(yīng)力，可選用20鋼經(jīng)高頻淬火后滿足設(shè)計(jì)要求。5.1.7彈簧中心螺栓及彈簧夾中心螺栓的作用，除了夾緊各片彈簧外，又是安裝鋼板彈簧的定位銷。中心螺栓在U形螺栓松動(dòng)時(shí)易剪斷，因此應(yīng)有一定的強(qiáng)度。由于中心螺栓直徑大小將影響彈簧斷面強(qiáng)度，因此其直徑不宜做的過大，一般與簧片厚度相等。下表是推薦的中心螺栓直徑

36、尺寸。中心螺栓一般用15MnVB材料作成，機(jī)械性能等級(jí)為8.8級(jí)。對(duì)于重型載貨汽車，中心螺栓多用40Cr或40MnB制成。表5-5 中心螺栓直徑尺寸中心螺栓直徑810121416簧片厚77991111131316中心孔直徑8.510.512.514.516.5簧片厚度為7mm。因此由上表得出中心螺栓直徑先初步確定為10mm，由此得中心孔直徑為，螺栓由40Cr材料做成。彈簧夾箍除了防止彈簧各片橫向錯(cuò)位之外，還能在彈簧回彈時(shí)，將力傳遞給其他簧片，減少主片應(yīng)力。彈簧夾箍結(jié)構(gòu)如下圖所示。目前使用最多的是可拆式夾箍，如圖4-4，為了防止彈簧橫向扭曲時(shí)在簧片上產(chǎn)生過大的應(yīng)力，在夾箍和彈簧片表面之間會(huì)留有一

37、定的間隙，一般不小于1.5mm，夾箍與彈簧片側(cè)面間隙為0.51mm。對(duì)于不經(jīng)常拆裝換片的彈簧，大都采用了不可拆式夾箍，如圖4-5，這種夾箍結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少制造費(fèi)用，而且彈簧裝配方便，多用于轎車和輕型載貨汽車上。圖5-4可拆式夾箍圖5-5 不可拆式夾箍此車采用圖5-4所示的可拆式夾箍，便于更換及維修。5.2減震器的設(shè)計(jì)計(jì)算 為加速車架和車身振動(dòng)的衰減，以改善汽車的行駛平順性，在大多數(shù)汽車的懸架系統(tǒng)內(nèi)都裝有減振器。減振器和彈性元件是并聯(lián)安裝的。5.2.1減振器的選擇與分類懸架中用得最多的減振器是內(nèi)部充有液體的液力式減振器。汽車車身和車輪振動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時(shí)的摩擦和液體的粘性摩擦形成了

38、振動(dòng)阻力，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍空氣中去，達(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的。如果能量的耗散僅僅是在壓縮行程或者是在伸張行程進(jìn)行，則把這種減振器稱之為單向作用式減振器，反之稱之為雙向作用式減振器。后者因減振作用比前者好而得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，減振器分為搖臂式和筒式兩種。雖然搖臂式減振器能夠在比較大的工作壓力(1020MPa)條件下工作，但由于它的工作特性受活塞磨損和工作溫度變化的影響大而遭淘汰。筒式減振器工作壓力雖然僅為2.55MPa，但是因?yàn)楣ぷ餍阅芊€(wěn)定而在現(xiàn)代汽車上得到廣泛應(yīng)用。筒式減振器又分為單筒式、雙筒式和充氣筒式三種。雙筒充氣液力減振器具有工作性能穩(wěn)定、干摩擦阻力小、噪聲低

39、、總長(zhǎng)度短等優(yōu)點(diǎn)，在轎車上得到越來越多的應(yīng)用。設(shè)計(jì)減振器時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求是，在使用期間保證汽車行駛平順性的性能穩(wěn)定。本次設(shè)計(jì)采用雙向作用式筒式減振器。5.2.2減振器相對(duì)阻尼系數(shù) 在減振器卸荷閥打開前，其中的阻力F與減振器振動(dòng)速度v之間的關(guān)系為 F=×v （5-10）式中 為減振器阻尼系數(shù)。 5-4 a） 阻力-位移特性 5-4 b） 阻力-速度特性圖5-4b示出減振器的阻力速度特性圖。該圖具有如下特點(diǎn)：阻力速度特性由四段近似直線線段組成，其中壓縮行程和伸張行程的阻力速度特性各占兩段；各段特性線的斜率是減振器的阻尼系數(shù)=Fv，所以減振器有四個(gè)阻尼系數(shù)。在沒有特別指明時(shí)，減振器的阻

40、尼系數(shù)是指卸荷閥開啟前的阻尼系數(shù)而言。通常壓縮行程的阻尼系數(shù)與伸張行程的阻尼系數(shù)不等。汽車懸架有阻尼以后，簧上質(zhì)量的振動(dòng)是周期衰減震動(dòng)，用相對(duì)阻尼系數(shù)的大小來評(píng)定振動(dòng)衰減的快慢程度。的表達(dá)式為： =/ (2 （5-11）式中，c為懸架系統(tǒng)的垂直剛度；為簧上質(zhì)量。將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得小些，將伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼取得大些。兩者之間保持有=（0.250.50）的關(guān)系。設(shè)計(jì)時(shí)先選取與的平均值。對(duì)于無內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，取=0.250.35；對(duì)于行駛路面較差的汽車，值應(yīng)取大些，一般取0.3；為了避免懸架碰撞車架，取。本次設(shè)計(jì)取=0.3=；得=0.45.2.3減振器阻尼系數(shù)的確定 減振器阻尼系

41、數(shù)。因懸架系統(tǒng)固有振動(dòng)頻率，所以理論上 （5-12）懸架系統(tǒng)固有頻率；因?yàn)?，故?；缮腺|(zhì)量；。-相對(duì)阻尼系數(shù)；。代入（4-12）可得：伸張行程的阻尼系數(shù)為5.2.4最大卸荷力的確定為了減小轉(zhuǎn)到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減震器打開卸荷閥此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度。 （5-13）式中 卸荷速度，一般為0.150.30m/s；取； A車身振副，取40mm； 懸架振動(dòng)固有頻率已知伸張行程的阻尼系數(shù)，則伸張行程的最大卸荷力5.2.5筒式減振器工作缸直徑D的確定 根據(jù)伸張行程的最大卸荷力計(jì)算工作缸直徑D為 （5-14）式中P工作缸最大許用壓力，取34MPa； 為連桿直徑與缸筒直徑之比

42、，雙筒式減振器取=0.400.50減震器的工作鋼直徑D有20mm、30mm、40mm、（45mm）、50mm、65mm等幾種。選擇時(shí)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選用，詳見QC/T4911999汽車筒式減振器-尺寸系列及技術(shù)條件。儲(chǔ)油筒直徑，壁厚取為2mm,材料可選20鋼。取P=3.5MPa；=0.45，代入式（5-14）可得工作缸直徑5.2.6查表確定減振器參數(shù) 查QC/T4911999汽車筒式減振器-尺寸系列及技術(shù)條件。表有：工作缸直徑D=30mm；貯油筒最大外徑=46；防塵罩最大外徑=56；行程90mm；四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第6章 后懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1 鋼板彈簧的布置方案選擇 后懸架僅適用鋼板彈簧，選擇布置形

43、式跟前懸架相同的對(duì)稱縱置式的主、副鋼板彈簧結(jié)構(gòu)。6.2鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 已知后懸架單個(gè)鋼板彈簧滿載載荷 = 23988.8N動(dòng)撓度；靜撓度。6.2.1滿載弧高 滿載弧高是指鋼板彈簧裝到車軸上，汽車滿載時(shí)鋼板彈簧主片上表面與兩端連線間的高度差。常取=1020mm.在此取： 6.2.2鋼板彈簧長(zhǎng)度L的確定鋼板彈簧長(zhǎng)度是彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離。轎車L=(0.400.55)軸距；貨車前懸架：L=(0.260.35)軸距，后懸架：L=(0.350.45)軸距。鋼板彈簧長(zhǎng)度的初步選定：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)L = 0.35軸距，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外貨車資料，初步選定主簧主片的長(zhǎng)度為1600mm, 副簧主片的長(zhǎng)度為

44、1100mm6.2.3鋼板彈簧斷面尺寸的確定 6.2.3.1鋼板彈簧斷面寬尺寸及片數(shù)的確定 有關(guān)鋼板彈簧的剛度，強(qiáng)度可按等截面的簡(jiǎn)支梁計(jì)算，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)支梁公式計(jì)算鋼板彈簧所需的總慣性距。對(duì)于對(duì)稱式鋼板彈簧 （6-1） 式中： SU形螺栓中心距（mm）；初選S=180mm kU形螺栓夾緊(剛性夾緊，k取0.5)； c鋼板彈簧垂直剛度（N/mm）,c=）; 為撓度增大系數(shù)。（先確定與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù)，再估計(jì)一個(gè)總片數(shù)，求得，然后=1.5/，初定。) 鋼板彈簧的總截面系數(shù)用下式計(jì)算 （6-2） 為鋼板彈簧需用彎曲應(yīng)力，采用50SiMnVB，后主簧為，取，后副簧

45、為，取。 對(duì)于主簧：L=1600mm；k=0.5； S=180mm； =2；=10； 則 將上述數(shù)據(jù)代入公式（6-1）得主簧鋼板彈簧承受載荷為 代入公式（6-2）可得 取 。 所以主簧平均厚度為有了以后，再選鋼板彈簧的片寬b。推薦片寬和片厚的比值在610范圍內(nèi)選取，則主簧片寬為。對(duì)于副簧：；則，將上述數(shù)據(jù)代入公式（6-1），得副簧承受額載荷為代入公式（6-2）可得取所以副簧平均厚度：有了以后，再選鋼板彈簧的片寬b。推薦片寬和片厚的比值在610范圍內(nèi)選取，則副簧片寬為。 6.2.3.2鋼板彈簧片其余參數(shù)的選擇本設(shè)計(jì)主簧和副簧均采用等厚片，片厚分別為14mm、12mm。斷面形狀均采用等截面矩形斷面鋼板彈簧。鋼板彈簧一般片數(shù)在6-14之間選取，主簧10片，副簧7片。 6.2.3.2 U形螺栓中心距離的驗(yàn)算 驗(yàn)算公式 對(duì)于主簧：；代入上式可得：符合要求，故該中心距合適。對(duì)于副簧：；代入公式可得：符合要求，該中心距合適。6.2.4彈簧中心螺栓及彈簧夾 參考表5-5以及圖5-4、圖5-5。選擇中心螺栓直徑，彈簧夾采用可拆卸式彈簧夾。6.3 鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的確定 先將各片的厚度的立方值按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪制在圖上，再沿橫坐標(biāo)量出主片長(zhǎng)度的一半L/