翔龍級(jí)商用車縱置鋼板彈簧懸架設(shè)計(jì)計(jì)劃書

翔龍級(jí) 商用車 縱置鋼板彈簧懸架設(shè)計(jì) 計(jì)劃書 一、課程設(shè)計(jì)的目的、題目和任務(wù) 1、設(shè)計(jì)的目的： （ 1）進(jìn)一步熟悉汽車設(shè)計(jì)理論教學(xué)內(nèi)容； （ 2）培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力； （ 3）訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力以及分析問題、解決問題的能力。 2、設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求： （ 1）由已知參數(shù)確定汽車懸架的其他主要參數(shù)； （ 2）計(jì)算懸架總成中主要零件的參數(shù)； （ 3）繪制懸架總成裝配圖。 3、已知基本設(shè)計(jì)參數(shù) 序號(hào) 額定裝載質(zhì)量 (最大總質(zhì)量 (最大車速 (km/h) 比功率 (kw/t) 比轉(zhuǎn)速 (N.m/t) 1 2000 4500 80 16 30 二、汽車整體設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 1、軸數(shù) 汽車可以有兩軸、三軸四軸甚至更多的軸數(shù)，影響選取軸數(shù)的因素主要有汽車的總質(zhì)量道路法規(guī)對(duì)軸載質(zhì)量的限制和輪胎的負(fù)荷能力以及汽車的結(jié)構(gòu)等。對(duì)于包括乘用車以及汽車總質(zhì)量小于 19t 的公路運(yùn)輸車輛均采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低廉的兩軸方案。 所以本設(shè)計(jì)采用兩軸形式。 2、驅(qū)動(dòng)形式 汽車的用途、總質(zhì)量和對(duì)車輛通過性能的要求等是影響選取驅(qū)動(dòng)形式的主要因素，增加驅(qū)動(dòng)輪數(shù)能提高汽車的通過能力，驅(qū)動(dòng)輪數(shù)越多，汽車的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，整備質(zhì)量和制造成本也隨之增加，同時(shí)也使汽車的總體布置工作變得困難，乘用車和總質(zhì)量小些的商用車，多采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低的 4 2 驅(qū)動(dòng)形式。 所以本設(shè)計(jì)采用 4 2 驅(qū)動(dòng)形式。 3、布置形式 商用車（貨車）按照駕駛室與發(fā)動(dòng)機(jī)的相對(duì)位置的不同，分為平頭式、短頭式、長(zhǎng)頭式和偏置式四種，又可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)位置不同，分為發(fā)動(dòng)機(jī)前置、中置和后置三種布置形式。 本設(shè)計(jì)采用短頭式，優(yōu)點(diǎn)：短頭式貨 車與長(zhǎng)頭式相比：汽車的總長(zhǎng)和軸距得到縮短，最小轉(zhuǎn)彎直徑小，機(jī)動(dòng)性能好（但不如平頭式貨車），與平頭式相比，汽車正面與其他物體碰撞時(shí)，駕駛員和前排乘員受到的傷害程度要小很多； 采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置后橋驅(qū)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇范圍廣，可選直列、 V 型或臥式發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的接近性良好，維修方便，離合器、變速器等操縱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易布置。 圖 1 4、汽車主要尺寸的確定 汽車的主要尺寸參數(shù)有外廓尺寸、軸距、輪距等尺寸。 廓尺寸 汽車的長(zhǎng)、寬、高稱為汽車外廓尺寸，在公路和市內(nèi)行駛的汽車最大外廓尺寸受有關(guān)法規(guī)限制不能隨意確定，根據(jù)法規(guī)限制、經(jīng)驗(yàn)以及參考車型，該設(shè)計(jì)外廓尺寸長(zhǎng)、寬、高 5670 1780 2700（單位 距 L 軸距 L 對(duì)整備質(zhì)量、汽車總長(zhǎng)、汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑、傳動(dòng)軸長(zhǎng)度等有影響，當(dāng)軸距短時(shí)，上述指標(biāo)減小，此外軸距還對(duì)軸荷分配、傳動(dòng)軸夾角有影響，原則上對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排量大的乘用車、滿載質(zhì)量或載客量多的貨車，軸距取得長(zhǎng)。對(duì)機(jī)動(dòng)性要求高的汽車，軸距宜取短些，具體參照下表 1 所以本設(shè)計(jì)軸距 L 取 3360 圖 2 輪距和后輪距 改變汽車輪距 B 會(huì)影響車廂或駕駛室內(nèi)寬、汽車總款、總質(zhì)量、最小轉(zhuǎn)彎直徑等因素發(fā)生變化，受汽車總轉(zhuǎn)不得超過 制，輪距不宜過大，但在選定的前輪距 圍內(nèi)，應(yīng)該能布置下發(fā)動(dòng)機(jī)、車架、前懸架和前輪，并保證有足夠的轉(zhuǎn)向孔徑，同時(shí)轉(zhuǎn)向桿系與車架、車輪直徑有足夠的運(yùn)動(dòng)間隙。確定后輪距 ，應(yīng)考慮車架兩縱梁之間的寬度、懸架寬度和輪胎寬度以及他們之間應(yīng)留有必要的間隙。通過表 2，并根據(jù)整體布置， 前輪距 1385輪距 1300 5、汽車質(zhì)量參數(shù)的確定 汽車質(zhì)量參數(shù)主要由整車整備質(zhì)量、裝載質(zhì)量、汽車總質(zhì)量、軸荷分配等。 定裝載質(zhì)量 汽車的裝載質(zhì)量是指在硬質(zhì)良好路面上行駛時(shí)所允許的額定載荷質(zhì)量，由已知參數(shù)得知： 本設(shè)計(jì)的額定裝載質(zhì)量 =2000大總質(zhì)量 商用貨車的總質(zhì)量由整備質(zhì)量、額定裝載質(zhì)量和駕駛員以及隨行人員質(zhì)量三部分組成，即 =+65500中，為包括駕駛員及隨行人員在內(nèi)的人數(shù) ,本設(shè)計(jì)為單排兩人。 本設(shè)計(jì) 最大總質(zhì)量 =4500車裝備質(zhì)量 整車裝備質(zhì)量是指車上帶有全部裝備（包括隨車工具、備胎等），加滿燃料、水，但沒有裝貨和載人時(shí)的整車質(zhì)量，亦即我們常叫的“空載質(zhì)量”。 =50065=2370以整車裝備質(zhì)量 =2370荷分配 汽車的軸荷分配是指汽車在空載和滿載靜止?fàn)顟B(tài)下，各掣肘對(duì)支撐平面的垂直負(fù)荷。 軸荷分配對(duì)輪胎壽命和汽車的許多使用性能有影響，從各輪胎磨損均勻和壽命相近考慮，各個(gè)車輪的負(fù)荷應(yīng)相差不大，為了保證汽車有良好的動(dòng)力性能和通過性，驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)有足夠的負(fù)荷，而從動(dòng)軸上的負(fù)荷可以適當(dāng)減小，以利減小從動(dòng)輪滾動(dòng)阻力和提高在環(huán)路面上的通過性，為了保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性，有要求轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷不應(yīng)過小，因此，可以得出作為很重要的軸荷分配參數(shù)，各使用性能對(duì)其要求是相互矛盾的。 汽車的驅(qū)動(dòng)形式與發(fā)動(dòng)機(jī)位置、汽車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、車頭形式和使用條件等均對(duì)軸荷分配有顯著影響，各類汽車的軸荷分配見圖 3， 由于該汽車為 4 2 后輪 雙胎，短頭式， 所以滿載時(shí)，前軸軸荷 25%，后軸軸荷 75%； 空載時(shí)，前軸軸荷 45%，后軸軸荷 55%。 滿載時(shí)，前軸負(fù)荷： 4500 25%=1125 后軸負(fù)荷： 4500 75%=3375空載時(shí)，前軸負(fù)荷： 2370 45%= 后軸負(fù)荷： 2370 55%= 圖 3 6、汽車性能參數(shù)的確定 比功率 轉(zhuǎn)矩 m 之比； 已知汽車最大總質(zhì)量為 4500 所以發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率 16=72動(dòng)機(jī)的最大扭矩 30= 根據(jù)上述參數(shù)要求，選擇發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)如下： 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)： 福田 缸數(shù)： 4 燃料種類： 汽油 排量： 放標(biāo)準(zhǔn)： 國(guó)四 /歐四 最大輸出功率： 90矩： 186Nm 馬力： 122馬力 最大扭矩轉(zhuǎn)速： 3200定轉(zhuǎn)速： 5000發(fā)動(dòng)機(jī)為北汽福田與英國(guó)蓮花公司、德國(guó)博世公司合作全新開發(fā)的省油高效發(fā)動(dòng)機(jī)，產(chǎn)品滿足歐 放法規(guī)要求，采用頂置雙凸輪軸、 16 氣門，采用先進(jìn)的 術(shù)，提高駕駛性能，降低整車油耗和排放。 三、懸架主要參數(shù)的確定 已知基本設(shè)計(jì)參數(shù) 額定裝載質(zhì)量： 2000 整車整備質(zhì)量： 2370大總質(zhì)量： 4500 駕乘人員質(zhì)量： 130載時(shí)，前軸負(fù)荷： 1125軸負(fù)荷： 3375空載時(shí)，前軸負(fù)荷： 軸負(fù)荷： 設(shè)計(jì)外廓尺寸長(zhǎng)、寬、高 5670 1780 2700（ 軸距 3360 前輪距： 1385 后輪距： 1300、前后懸架結(jié)構(gòu)型式選擇 根據(jù)本設(shè)計(jì)汽車的使用環(huán)境、舒適性、載貨情況以及參考市場(chǎng)同類型乘用車的懸架型式，本設(shè)計(jì)懸架方式如下： 前懸架采用少片彈簧，主要因?yàn)榕c多片彈簧相比，少片彈簧重量降低 40%左右；相應(yīng)地也就減少了對(duì)車架和車身的沖擊力。另外少片變截面彈簧在片間裝置有偏磨墊片，從而提高了彈簧的疲勞壽命。 后懸架采用主、 副簧多片彈簧，副簧布置在主簧之上，中間用墊塊隔開，兩簧在承載過程中不接觸， 開始時(shí)僅主簧起作用，當(dāng)載荷增加到某值時(shí)副簧與主簧共同起作用，彈性特性由兩條直線組成 。 前懸架采用少片彈簧，后懸架采用主、副簧多片彈簧。 2、懸架靜撓度 懸架靜撓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 ： =/c 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（亦稱偏頻） ,可用下式來表示： 式中 :c 為懸架的剛度 (N/ m 為懸架的簧上質(zhì)量（ 當(dāng)采用彈性特性為線性變化的懸架時(shí)，靜撓度可用下式表達(dá)： =mg/c 其中 g 為重力加速度， g=10N/ 得到： n： 析上式可知 ： 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。 在選取前、后懸架的靜撓度和時(shí)，應(yīng)當(dāng)使之接近，并希望后懸架的靜撓度比前懸架的靜撓度小些，這有利于防止車身產(chǎn)生較大的縱向角振動(dòng)，考慮到乘用車前、后軸荷的差別和駕駛員的乘坐舒適性，取前懸架的靜撓度值大于后懸架的靜撓度值，推薦 =（ 、后懸架靜撓度確定 對(duì)于我們要研究的汽車的前懸架系統(tǒng)，選取靜撓度為 。后懸架系統(tǒng)，選取靜撓度 2 ，由公式 ,得滿載偏頻為 。 架主、副鋼板彈簧的剛度分配 圖 4 貨車主副簧為鋼板彈簧的彈性特性 如何確定副簧開始參加工作的載荷和主 、 副簧之間剛度的分配 ，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。 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： = 式中和分別為空載和滿載時(shí)的懸架負(fù)荷。副簧、主簧的剛度比為： 式中，為副簧剛度，為主簧剛度。 單個(gè)鋼板彈簧滿載載荷： =1550155010=15500N 滿載時(shí)， 式中為副簧簧上質(zhì)量，為主簧簧上質(zhì)量。 單個(gè)鋼板彈簧空載載荷： = =15500/ =架總體剛度 c = =15500/7=2214 N/=8928N 得到： =, =， 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 = +（） 所以 =（ 15500 = - =、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)允許的最大變形（通常指緩沖塊壓縮到自由高度的 1/2 或 2/3）車輪中心相對(duì)車架的垂直位移。對(duì)貨車，取 6 9設(shè)計(jì)： =8、懸架彈性特性 懸架的彈性特性有線性彈性特性和非線性彈性特性兩種。由于貨車在空載和滿載時(shí)簧上質(zhì)量變化大 ， 為了減少振動(dòng)頻率和車身高度的變化 ， 因此選用剛度可變的非線性懸架。 四、后懸架彈簧彈性元件的計(jì)算 1、鋼板彈簧的布置方案及材料選擇 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，所以只在少數(shù)輕、微型車上應(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)稱式與不對(duì)稱式之分。鋼板彈簧中部在車橋上的固定中心至鋼板彈簧兩端卷耳中心之間的距離若相等，則為對(duì)稱式鋼板彈簧；若不相等，則稱為不對(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。 根據(jù)鋼板彈簧的工作情況和 1222擇 60溫回火后有良好的綜合力學(xué)性能。用 60處理： 870油浴淬火、 440中溫回火，再經(jīng)表面噴丸處理。 我們此次研究的程勇汽車后懸掛系統(tǒng)鋼板彈簧擬采用縱置對(duì)稱式鋼板彈簧。 2、鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 滿載弧高 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 (不包括卷耳孔半徑 )連線間的最大高度 差?；「?來保證汽車具有給定的高度。它直接影響車身高度。一般希望它等于零，可使彈簧滿載時(shí)在對(duì)稱位置工作，但考慮到彈簧在使用中會(huì)產(chǎn)生塑性變形，要由 予補(bǔ)償。有時(shí)為了車架具有一定高度，而又不使動(dòng)撓度值過小，也許給予一定的 進(jìn)行補(bǔ)償。通常取 a 2010 。在此我們選取 5 。 的確定 鋼板彈簧長(zhǎng)度 是鋼板彈簧的主要參數(shù)之一。要合理的確定彈簧長(zhǎng)度，必須考慮多方面的因素。增加鋼板彈簧長(zhǎng)度 不僅提高了彈簧的強(qiáng)度，而且隨 簧變形時(shí)應(yīng)力變化幅度減小，從而使彈簧使用壽命得以提高。因此，原則上在總布置許可的范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些。原則上貨車，前懸架 L=（ 距，后懸架 L=（ 距。 本設(shè)計(jì)選擇： 前懸架鋼板彈簧長(zhǎng)度 =3360=1000 后懸架主簧鋼板彈簧長(zhǎng)度： 3360=1350 副簧鋼板彈簧長(zhǎng)度： 1100 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)支梁公式計(jì)算鋼板彈簧所需要的總慣性矩于鋼板彈簧 E 8 )(30 （式 式中 撓度增大系數(shù)，11 . 5 / 1 . 0 4 ( 1 0 . 5 / ) ； 1n 與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù)； n 鋼板彈簧總片數(shù)； L 鋼板彈簧長(zhǎng)度， 鋼板彈簧非工作部分長(zhǎng)度， s 是 s=120k 非工作長(zhǎng)度系數(shù)，如剛性?shī)A緊，取 ；撓性加緊，取 0k ； E 彈簧材料彈性模量，取 ,材料為 60 1）主簧： 取 =2， n=10 則 =得 = 2）副簧： 取 =1， n=5 則 =得 =18697 據(jù)強(qiáng)度要求計(jì)算鋼板彈簧總截面系數(shù) 截面系數(shù) 指 機(jī)械零件和構(gòu)件的一種截面幾何參量，舊稱截面模量。它用以計(jì)算零件、構(gòu)件的抗彎強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度，或者用以計(jì)算在給定的彎矩或扭矩條件下截面上的最大應(yīng)力。 鋼板彈簧總截面系數(shù)用下面的計(jì)算公式： 對(duì)于 60面經(jīng)噴丸處理后，推薦許用靜應(yīng)力在下列范圍內(nèi)取值：前彈簧和平衡懸架彈簧為 23 5 0 4 5 0 /N m m；后主簧為24 5 0 5 5 0 /N m m；后副簧為 22 2 0 2 5 0 /N m m （ 1）主簧： 取 550 =以 （ 2）副簧： 取 240 =以 ： 2/p o W （ 1）主簧： 鋼板平均厚度 = 2）副簧： 鋼板平均厚度 =218697/板彈簧葉片斷面形狀及尺寸的選擇 b 推薦片寬與片厚的比值在 6 10范圍內(nèi)選取。 h 當(dāng)鋼板彈簧長(zhǎng)度受限不能加長(zhǎng)時(shí)，為了加強(qiáng)主片，常將主片的厚度加厚，這是在主片中可能引起較大的應(yīng)力，為了減小主片應(yīng)力，鋼板彈簧其余葉片通常選取較小的厚度，且給較大的曲率，以使它們承受較大的負(fù)荷來減輕主片的負(fù)荷。整幅彈簧的各片雖可用不等厚度，但不能超過三組，為使葉片壽命相差不多，最厚片與最薄片厚度之比應(yīng)小于 參考葉片寬度范圍和彈簧鋼片斷面扁鋼的尺寸規(guī)格（ 1222最終確 定葉片厚度和寬度： 主簧葉片斷面尺寸 (： 59； 副簧葉片斷面尺寸 (： 09；。 圖 厚度寬 度 5 6 (7 8 9 (10 11 12 (13) 14 16 18 20 25 30 45 50 55 60 (63) 65 70 75 (76) 80 90 100 120 140 160 葉片斷面除普遍應(yīng)用的矩形斷面 (圖 6a)外，為了提高鋼板彈簧耐疲勞強(qiáng)度和減輕重量，采用了特殊形狀的斷面，常見的是單面帶拋物線邊緣的（圖 36c）和單面帶槽的（圖 6b、 d）。 圖 圖 6 鋼板彈簧葉片的斷面形狀 a)矩形斷面 b) 單面有單槽的斷面 c)單面有拋物線邊緣的斷面 d)單面有雙槽的斷面 矩形斷面的中性線位于斷面中央，葉片的上下表面的拉、壓應(yīng)力的絕對(duì)值相等。使用經(jīng)驗(yàn)表明，鋼板彈簧葉片的疲勞裂紋往往是從受拉的一面開始，特別是在斷面棱角處有較大的應(yīng)力集中。因此矩形斷的葉片呈受拉應(yīng)力的一面易破壞。 目前廣泛采用的矩形斷面大致有兩種，一種是兩邊帶圓弧的平扁鋼，另一種是具有一定的凹度的雙凹扁鋼。實(shí)踐證明，雙凹扁鋼的葉片在彎曲變形時(shí)，整個(gè)斷面的兩邊都略向上翹曲，下表面趨于平面，上表面則使原有的凹度大大增加，則各片間只有兩棱邊接觸 。棱邊產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力和應(yīng)力集中 ,成為早期疲勞破壞的起點(diǎn)。改成平扁鋼后，鋼板彈簧的疲勞壽命有大幅提高?？梢姼倪M(jìn)葉片斷面形狀是提高彈簧疲勞壽命的一條重要途徑，因此近年來出現(xiàn)了一些特殊斷面的葉片 14。 矩形斷面是最常見的最簡(jiǎn)單的斷面形式。在此我們選取矩形斷面鋼板彈簧為此次設(shè)計(jì)的彈簧類型。 片數(shù) n 少些有利于制造和裝配 ， 并可以降低片與片之間的干摩擦 ，改善汽車的行駛平順性。但片數(shù)少了將使鋼板彈簧與等強(qiáng)度梁的差別增大 ， 材料的利用率變壞。多片鋼板彈簧一般片數(shù)在 614 片之間選取 ，重型貨車可達(dá) 20 片。用變截面少片 彈簧時(shí) ， 片數(shù)在 14 選取。 根據(jù)貨車的載荷并結(jié)合國(guó)內(nèi)外資料初步選取， 初選的主、副簧總片數(shù)： 主簧： =2， n=10 副簧： =1， n=5 主簧葉片斷面尺寸 (： 59； 副簧葉片斷面尺寸 (： 09；。 3、 鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的確定 為了盡量降低彈簧鋼材的消耗，減輕鋼板彈簧自重，在選擇各葉片長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)使沿彈簧長(zhǎng)度變化的應(yīng)力均勻分布，以保證各片有相同的疲勞強(qiáng)度（各片具有大致相同的使用壽命）。 確定鋼板彈簧葉片各片長(zhǎng)度的方法，有計(jì)算法和作圖法兩種。目前大多數(shù)采用簡(jiǎn)單而實(shí)用的作圖法。該法是基于實(shí)際鋼板彈簧各葉片的展開圖接近梯形梁形狀這一原則來做圖的，其具體做法如下： 如圖 7所示，先將各葉片厚度 立方值 3同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪出，再沿橫坐標(biāo)繪出主片長(zhǎng)度的一半 L/2和 ，得 A、 接 A、 如果如為 了加強(qiáng)主片而將第二片、第三片做的與主片等長(zhǎng)時(shí)，存在與主片等長(zhǎng)的重疊片，就從 直線與各片上側(cè)邊的交點(diǎn)即決定了各片長(zhǎng)度。各片實(shí)際長(zhǎng)度尺寸需經(jīng)圓整后確定 15。 圖 7 確定鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的作圖法 根據(jù)作圖法要求繪制出相關(guān)圖形，見圖 8。 圖 8 作圖法確定的主簧各片長(zhǎng)度 第 h /3h / 3長(zhǎng)度 /1 9 729 1350 2 9 729 1350 3 9 729 1220 4 9 729 1080 5 9 729 940 6 9 729 800 7 9 729 670 8 9 729 530 9 9 729 390 10 9 729 260 根據(jù)作圖法要求繪制出相關(guān)圖形，見圖 9。 圖 9 作圖法確定的副簧各片長(zhǎng)度 第 h /3h / 3長(zhǎng)度 /1 9 729 1100 2 9 729 910 3 9 729 710 4 9 729 520 5 9 729 320 4、 鋼板彈簧剛度的驗(yàn)算 由于前面求得的慣性矩所確定的片厚、片寬等很難保證所要求的的靜撓度和彈簧剛度。這是因?yàn)閾隙认禂?shù) 是在很大范圍 )( 內(nèi)選取的；在各片長(zhǎng)度尚未確定的情況下， 值不可能選得準(zhǔn)確；另外選定各片厚度和片寬之后，計(jì)算出的實(shí)際慣性矩與理論要求的數(shù)值也有所差別；同時(shí)葉片端部形狀對(duì)剛度的影響也未予以考慮。為此，需要更精確的公式對(duì)剛度進(jìn)行計(jì)算。如不能滿足要求，可適當(dāng)?shù)恼{(diào)整各片長(zhǎng)度或改變斷面尺寸時(shí)期剛度接近所要求的理論值 16。 一般用共同曲率法進(jìn)行計(jì)算，用共同曲率法計(jì)算剛度的前提是，假定同一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。 驗(yàn)算鋼板彈簧實(shí)際剛度公式為： )(61131 中 1 1 1l l ， ki Y 11 ， 111 1 ki Y ,ki 第一片到第 k 片處所有葉片的慣性矩之和。 式中 為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)， ) ； 1l 、1主片和第 1k 片的一半長(zhǎng)度。 主簧剛度計(jì)算： 為計(jì)算方便，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用列表法計(jì)算。 剛度公式中 3 111 ()i k k kk a Y Y 部分計(jì)算見下圖： 圖 9 主簧相關(guān)計(jì)算 葉片序號(hào) k 1 1 1l l ki 4510 4 1() 5104 31510 33 11()k k Y 1 1 675 0 3948 0 2 675 65 7896 610 135 11844 540 205 15792 470 275 19740 400 340 23688 335 410 27636 265 480 31584 195 545 35532 0 130 675 39480 9 選擇修正系數(shù) ，將數(shù)據(jù)代入剛度公式，得后主簧實(shí)際總成自由剛度 )(1131 9531 )(61131 =132 N/設(shè)計(jì)值 =差不大 ， 基本滿足主簧剛度要求。 副簧剛度計(jì)算： 圖 10 副簧相關(guān)計(jì)算 葉片序號(hào) k 1 1 1l l ki 4510 4 1() 5104 31510 33 11()k k Y 1 1 550 95 4860 455 195 9720 355 290 14580 260 390 19440 160 550 24300 擇修正系數(shù) ，將數(shù)據(jù)代入剛度公式，得后主簧實(shí)際總成自由剛度 )(11 3 1 (61131 =138 N/設(shè)計(jì)值 =差不大 ， 基本滿足副簧剛度要求。 5、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高和曲率半徑計(jì)算 鋼板彈簧各片裝配后，在預(yù)壓縮和 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，稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 圖 11 ）。 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 各片自由狀態(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 17。 圖 11 鋼板彈簧總 成在自由狀態(tài)下的弧高 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 用下式計(jì)算： o （式 式中 靜撓度； 滿載弧高；它的大小直接影響車輛的高度，一般希望它等于零，可是彈簧滿載時(shí)處于對(duì)稱位置工作，但考慮到彈簧在使用中會(huì)產(chǎn)生塑性變形，必須給予補(bǔ)償。通常取 a )2010( ； f 由于 22 )(3( L 取 15af 1）后主簧在自由狀態(tài)下的總成弧高 7015)(12013503(120 2 o 2）后副簧在自由狀態(tài)下的總成弧高 7015)(12011003(120 2 o 根據(jù)上邊算得的彈簧總成弧高 就可按幾何關(guān)系近似計(jì)算出鋼板彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑 0R (等于裝配后的主片曲率半徑 )。其計(jì)算公式為： 020 8 后主簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑 7 3 5 0 20 后副簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑 3 1 0 0 20 前已提及，為了加強(qiáng)主片及卷耳的強(qiáng)度，將主片盡量選的厚些。同時(shí)為了使各片應(yīng)力趨近于接近，葉片應(yīng)采用不同的曲率半徑。當(dāng)用片曲率半徑減小是指具有負(fù)的預(yù)應(yīng)力。在彈簧承受負(fù)荷后，主片應(yīng)力值相 對(duì)減小些，使主片壽命與其他各片大致相同。 對(duì)于這種葉片厚度不同的鋼板彈簧 ,各片在自由狀態(tài)下的曲率半徑 ,是根據(jù)由這些曲率半徑所引起的預(yù)應(yīng)力應(yīng)保證各片應(yīng)有相同的疲勞強(qiáng)度來確定的。 鋼板彈簧各片預(yù)應(yīng)力的確定： 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的間隙相差不大，且裝配后各片能很好的貼和；為保證主片及與其相鄰的長(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。 選取各片預(yù)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 3 0 0 3 5 0M 1 4片長(zhǎng)片疊加負(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。設(shè)計(jì)時(shí)可取第一、二片的預(yù)應(yīng)力為 8 0 1 5 0 M P a ，最后幾片的預(yù)應(yīng)力取20 60 在確定各片的預(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 01 01 式中 鋼板彈簧第 k 片的截面系數(shù)，62 ； 鋼板彈簧第 i 片的預(yù)應(yīng)力； 主簧預(yù)應(yīng)力確定： 各葉片預(yù)應(yīng)力值確定如下表： 主簧各片預(yù)應(yīng)力 葉片 序號(hào) i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 預(yù)應(yīng)力80 20 20 30 40 40 50 60 因?yàn)橹骰筛魅~片厚度相同，所以 所選預(yù)應(yīng)力符合要求。 副簧預(yù)應(yīng)力確定： 各片預(yù)應(yīng)力值確定如下表： 副簧各片預(yù)應(yīng)力 葉片序號(hào) k 1 2 3 4 5 預(yù)應(yīng)力 0i60 0 60 簧各葉片等厚， 012060 0 2 01 01 所選預(yù)應(yīng)力符合要求。 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 (圖 12)，裝配后各片產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑片自由狀態(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。 圖 12 鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下的曲率半徑 06050404030+20 0 01 01 鋼板彈簧各片的預(yù)應(yīng)力定之后，可用下式計(jì)算各葉片彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑 )()2(1 00 0 式中，i 片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑（ ；o E 為材料彈性模量 )(取 ； 第 i 片的彈簧厚度（ ； ， 。 各片弧高 2 式中 第 i 片彈簧長(zhǎng)度。 列表計(jì)算彈簧各葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑和弧高： 1） 主簧 計(jì)算見下表： 主簧各葉片自由狀態(tài)下的片 序 號(hào) 曲率計(jì)算 弧高計(jì)算 002 10 1 11 9 350 9 350 9 220 9 080 9 20 40 9 30 00 9 40 70 9 40 30 9 50 90 0 9 60 60 ） 副簧 計(jì)算見下表： 副簧各片自由狀態(tài)下的 片 序 號(hào) 曲率計(jì)算 弧高計(jì)算 0i 2 00 510 1510 12 001 9 1100 2 9 910 3 9 0 710 4 9 520 5 9 320 高的計(jì)算 由于鋼板彈簧葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑用式)()2(1 00 0 計(jì)算的，受其影響，裝配后鋼板彈簧總成的弧高與用式 )8(020 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)，可得計(jì)算公式： 1 對(duì)于葉片厚度相等的彈簧，則 ni 1 鋼板彈簧總成弧高為： )8( 02 1）主簧總成弧高核算： 計(jì)算見下表： 主簧總成弧高核算 葉 片 序 號(hào) 401R 410 1 0H 1 1350 1350 1220 1080 940 800 670 530 390 0 260 8590 ）副簧總成弧高核算： 計(jì)算見下表： 副簧總成弧高計(jì)算 葉 片 序 號(hào) L 10 1 0R H 1 1100 910 710 520 320 3560 - 以上所計(jì)算出的實(shí)際弧高與 得的弧高比較接近，所以彈簧各片所選的預(yù)應(yīng)力值合適。 6、鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算 當(dāng)貨車牽引驅(qū)動(dòng)時(shí) ， 貨車的后鋼板彈簧承受的載荷最大 ， 在它的前半段出現(xiàn)的最大應(yīng)力用下式計(jì)算： 式中 為作用在后輪上的垂直靜載荷 ； 為制動(dòng)時(shí)后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù) ，轎車貨車 =為道路附著系數(shù)，為鋼板彈簧片寬 ， 為鋼板彈簧主片厚度。許用應(yīng)力取為 1000 對(duì)于具有副簧的懸架 ， 驗(yàn)算強(qiáng)度時(shí)應(yīng)按主、副簧所受的實(shí)際載荷計(jì)算 ，主、副簧的參數(shù)應(yīng)取驗(yàn)算后的實(shí)際值 ， 剛度應(yīng)取夾緊剛度。 滿載靜止時(shí)有 ： = +（） 所以 =（ 15500 = - =簧強(qiáng)度驗(yàn)算 ： = = 其中 G= ， = 副簧強(qiáng)度驗(yàn)算 ： = 主副簧強(qiáng)度在許用應(yīng)力范圍內(nèi) ,符合強(qiáng)度要求。 7、葉片端部形狀的選擇 常見的葉片端部形狀有三種：矩形、梯形、橢圓形（圖 13）。 圖 13 鋼板彈簧 葉片端部形狀 葉片端部為矩形的鋼板彈簧（圖 13a），由于制造簡(jiǎn)單，廣泛地用在貨車上。但是這種端部形狀會(huì)引起壓應(yīng)力的集中，因而增加了片間的摩擦和磨損，且端部剛性大，很難使彈簧接近等應(yīng)力梁。所以它的實(shí)際重量比理論上所需的大。 葉片端部切去兩角呈梯形狀（圖 13b）的鋼板彈簧比較接近等應(yīng)力梁，在某種程度上克服了端部為矩形的缺點(diǎn)。 圖 13且將葉片端部壓延成沿長(zhǎng)度方向逐漸減薄的變斷面，改善了應(yīng)力延彈簧長(zhǎng)度的分布，使其更接近等應(yīng)力梁。增加了端部的彈性，減小了片間的摩擦，同時(shí)也減輕了重量。實(shí) 踐證明，葉片端部壓延的鋼板彈簧叫端部未壓延的可減輕重量約 30%。這種端部形狀的彈簧在國(guó)外已廣泛采用。 為了減小鋼板彈簧葉片端部的摩擦和接觸疲勞，以便延長(zhǎng)彈簧的使用壽命和消除噪聲，有時(shí)在葉片端部裝有襯墊和鑲快（其材料是摩擦系數(shù)很小的青銅、塑料等）。有的采用鋼板彈簧套將鋼板彈簧裝在護(hù)套內(nèi)，以保護(hù)葉片之間的潤(rùn)滑劑。還有將葉片端部帶尖角的一邊向下或?qū)⒍瞬肯蛳戮韽?，以減少片間的局部壓力和減輕片間的磨損 18。 綜合考慮 ,在此選取矩形作為鋼板彈簧端部形狀。 8、 鋼板彈簧兩端與車架的連接 目前用鋼板彈簧與車架連接的結(jié)構(gòu)形式主要有三種：吊耳支撐式、滑板支撐式及橡膠塊支撐式。吊耳支撐式即用鉸鏈和吊耳將鋼板彈簧兩端固定在車架上的結(jié)構(gòu)形式，這種連接方式廣泛的應(yīng)用在汽車上。目前有些汽車采用滑板結(jié)構(gòu)來代替吊耳的連接方法，其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、制造工藝簡(jiǎn)單、拆卸方便，減少了潤(rùn)滑點(diǎn)及減小了主片附加應(yīng)力，延長(zhǎng)了彈簧壽命。橡膠塊支撐彈簧兩端裝在橡膠座內(nèi)，通過橡膠座將力傳給傳給車架。這種連接形式改善了主片的受力情況，提高了主片的強(qiáng)度；由于橡膠塊具有較大撓性，可以減小主片的扭曲應(yīng)力。同時(shí)減少了潤(rùn)滑 點(diǎn)和噪聲。它的缺點(diǎn)是消耗優(yōu)質(zhì)橡膠多，相較易老化，壽命較吊耳及滑板結(jié)構(gòu)短 19。 選取吊耳支撐式為本次設(shè)計(jì)的鋼板彈簧支撐方式。 9、 鋼板彈簧彈簧銷和卷耳的設(shè)計(jì) 鋼板彈簧主片端部制成卷耳以便安裝彈簧銷和用以與托架或吊耳連接。常見的卷耳根據(jù)卷耳軸線相對(duì)于主簧的位置分為：平卷耳、上卷耳。平卷耳其優(yōu)點(diǎn)是可以減小卷耳內(nèi)的應(yīng)力，但制造工藝性較差。上卷耳是目前廣泛采用的結(jié)構(gòu)形式，制造工藝性好，但卷耳內(nèi)的應(yīng)力較平卷耳大。 在汽車載荷較大或使用條件惡劣的情況下，鋼板彈簧主片卷耳需要得到加強(qiáng)，將第二、三葉片端部制成加強(qiáng)卷耳 (即 包耳 )或采用鍛造的卷耳。為使葉片變形時(shí)不發(fā)生干涉，卷耳與包耳之間要有一定的間隙或帶包耳的葉片做成中間斷開的。鍛造的卷耳可用螺栓固定或焊接在主片上。這種卷耳強(qiáng)度高、耐用，但制造成本高，采用的較少。 鋼板彈簧卷耳內(nèi)的襯套，通常用金屬、橡膠或塑料三種材料制造。目前國(guó)內(nèi)外汽車上廣泛地采用塑料襯套 ,因?yàn)樗哂心湍?、耐蝕、減摩、不需潤(rùn)滑、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。常用的塑料襯套材料為尼龍 1010，聚甲醛等。 綜合考慮，選取上卷耳為卷耳形式，并且將主簧第二片制作成包耳，以加強(qiáng)卷耳強(qiáng)度。因貨車載重相對(duì)較大，在彈簧銷與襯套間設(shè)置金屬套