輕型載貨汽車(chē)后懸架的設(shè)計(jì)—畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘要本文通過(guò)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，以依維柯歐霸輕卡為原型車(chē)，詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算了漸變剛度鋼板彈簧后懸架。文中首先介紹了懸架系統(tǒng)領(lǐng)域的研究與設(shè)計(jì)及其發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)；其次詳細(xì)概述了懸架系統(tǒng)對(duì)汽車(chē)平順性和操縱穩(wěn)定性的影響；再次著重闡述了鋼板彈簧懸架設(shè)計(jì)的詳細(xì)步驟和設(shè)計(jì)要求，各主要零部件結(jié)構(gòu)的選型及計(jì)算；板簧弧高及曲率半徑的計(jì)算，材料強(qiáng)度、剛度的驗(yàn)算、校核；減振器的選取；最后還根據(jù)SAE圓弧法做了鋼板彈簧的運(yùn)動(dòng)分析計(jì)算，分析了板簧系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)軌跡和關(guān)鍵角的變化，并用最小二乘法求出關(guān)鍵點(diǎn)軌跡的曲率中心和曲率半徑。鋼板彈簧懸架有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，制造成本低等特點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)在各種大中型車(chē)輛上得到廣

2、泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：輕型載貨汽車(chē)；后懸架；鋼板彈簧；設(shè)計(jì)ABSTRACTThis article through the traditional design calculation method and computer technology, combining with IVECO Light Truck Tire as the prototype, the car design calculation after gradient stiffness &leaf spring suspension.This paper firstly introduces the suspension

3、system research and design and development status quo and tendency; Secondly detailed overview of the suspension system and manipulation stability comfort ability influences; Introduces emphatically the leaf spring again suspension design processes of the ship unlades and design requirements, the st

4、ructure of the main parts selection and calculation, leaf-spring curvature, material strength, stiffness checking and checking, shock absorber selection and installation Angle calculation; Finally is done according to SAE arc method of leaf spring, analyzes the motion analysis and calculation of the

5、 track and key point leaf-spring system changes, and the Angle least-square method of point out the curvature center and track curvature radius.Keywords: light commercial vehicle；rear suspension；leaf spring；design目 錄摘要IABSTRACTII1 緒論11.1研究背景及意義11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)21.3研究?jī)?nèi)容和方法41.4本章小結(jié)62 懸架系統(tǒng)總體方案的確定72.1設(shè)計(jì)要

6、求72.2懸架系統(tǒng)概述72.3懸架系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案確定92.4懸架系統(tǒng)各主要零部件選型112.5技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析153 懸架系統(tǒng)主要性能參數(shù)的確定183.1懸架靜撓度和動(dòng)撓度的選擇183.2懸架彈性特性203.3后懸架主、副簧剛度的分配關(guān)系213.4懸架側(cè)傾剛度及其在前、后軸的分配224彈性元件的設(shè)計(jì)計(jì)算234.1初選參數(shù)234.2 各片長(zhǎng)度的確定264.3鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算284.4總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算294.5鋼板彈簧總成弧高的核算314.6各種工況下校核325減振器設(shè)計(jì)355.1相對(duì)阻尼系數(shù)的選擇355.2減振器阻力系數(shù)的確定365.3最大卸荷力的確定375.4筒式減振器工作

7、缸直徑的確定385.5減振器工作行程檢驗(yàn)386鋼板彈簧運(yùn)動(dòng)分析396.1鋼板彈簧壓平前的計(jì)算406.2鋼板彈簧反弓后的計(jì)算437總結(jié)與展望477.1 總結(jié)477.2展望47參考文獻(xiàn)48致謝50附錄511 緒論1.1研究背景及意義鋼板彈簧懸架(簡(jiǎn)稱(chēng)板簧懸架)又分為少片變截面鋼板懸架與等截面多片板簧懸架。目前國(guó)內(nèi)95%以上的重卡懸架系統(tǒng)是以鋼板彈簧為彈性元件兼作導(dǎo)向裝置的非獨(dú)立懸架，其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，維修方便，工藝成熟，工作可靠。缺點(diǎn)是汽車(chē)平順性、舒適性較差；簧下質(zhì)量大，無(wú)法適應(yīng)重卡輕量化的發(fā)展，并且不能同時(shí)兼顧重卡的舒適性與操縱穩(wěn)定性。國(guó)內(nèi)汽車(chē)懸架彈簧生產(chǎn)企業(yè)160余家，遍布全國(guó)各

8、地，具有規(guī)模的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)(生產(chǎn)規(guī)模在0.8萬(wàn)噸以上)約80余家。產(chǎn)品質(zhì)量水平剛達(dá)到國(guó)外先進(jìn)國(guó)家90年代水平。大部分企業(yè)規(guī)模較小，生產(chǎn)集中度低，散亂差問(wèn)題較嚴(yán)重。其中真正形成大規(guī)模、大批量生產(chǎn)的企業(yè)為數(shù)不多，大多仍停留在簡(jiǎn)單生產(chǎn)工藝的水平上，產(chǎn)品成本較高，難以參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。國(guó)內(nèi)能夠生產(chǎn)高檔次汽車(chē)鋼板懸架彈簧的企業(yè)只有4家：一汽集團(tuán)遼陽(yáng)汽車(chē)彈簧廠、東風(fēng)汽車(chē)懸架彈簧有限公司、重慶紅巖汽車(chē)彈簧廠、山東汽車(chē)彈簧廠，他們都具有生產(chǎn)多種疊片簧、漸變剛度彈簧、少片變截面鋼板彈簧和雙曲率半徑及平直段的汽車(chē)鋼板彈簧的能力。國(guó)內(nèi)能夠同時(shí)生產(chǎn)客車(chē)、貨車(chē)、轎車(chē)懸架彈簧的廠家也只有三個(gè)：一汽集團(tuán)遼陽(yáng)汽車(chē)彈簧廠、東風(fēng)

9、汽車(chē)懸架彈簧有限公司、山東汽車(chē)彈簧廠1。自主開(kāi)發(fā)是中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的保障。我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)初具規(guī)模，但是面臨著能源緊張、技術(shù)落后、自主品牌嚴(yán)重缺乏以及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)加劇帶來(lái)的壓力。我國(guó)的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)要加速、持續(xù)和健康的發(fā)展，并成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，必須堅(jiān)持產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，選擇面向自主發(fā)展具有中國(guó)特色的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新模式，推動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)、技術(shù)的進(jìn)步、以及民族品牌的崛起。所以為了適應(yīng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的自主開(kāi)發(fā)道路，對(duì)鋼板彈簧懸架進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算并進(jìn)行推廣交流顯得尤為重要。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著道路交通的不斷發(fā)展，汽車(chē)車(chē)速有了很大的提高，被動(dòng)懸架的缺陷

10、逐漸成為整車(chē)性能，特別是轉(zhuǎn)向時(shí)不側(cè)傾、制動(dòng)時(shí)不點(diǎn)頭要求的瓶頸，為此人們開(kāi)發(fā)了能兼顧舒適和操縱穩(wěn)定的主動(dòng)懸架。主動(dòng)懸架的概念是1954年美國(guó)通用汽車(chē)公司在懸架設(shè)計(jì)中率先提出的主動(dòng)懸架的模型，它在被動(dòng)懸架的基礎(chǔ)上，增加可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的控制裝置，汽車(chē)懸架在任何路面上保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)控制裝置通常由測(cè)量系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等組成。20 世紀(jì)80年代，世界各大著名的汽車(chē)公司和生產(chǎn)廠家競(jìng)相研制開(kāi)發(fā)這種懸架。豐田、洛特斯、沃爾沃、奔馳等在汽車(chē)上進(jìn)行了較為成功的試驗(yàn)，裝置主動(dòng)懸架的汽車(chē)，即使在不良路面高速行駛時(shí)，車(chē)身非常平穩(wěn)，輪胎的噪音小，轉(zhuǎn)向和制動(dòng)時(shí)車(chē)身保持水平特點(diǎn)乘坐非常舒服，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高

11、，成本昂貴，可靠性存在問(wèn)題2。由于種種原因，我國(guó)的汽車(chē)絕大部分采用被動(dòng)懸架，在半主動(dòng)和主動(dòng)懸架的研究方面起步晚，與國(guó)外的差距大，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，半主動(dòng)懸架在20世紀(jì)80 年代后期趨于成熟，福特公司和日產(chǎn)公司首先在轎車(chē)上應(yīng)用，取得了較好的效果，主動(dòng)懸架雖然提出早，但由于控制復(fù)雜，并且牽涉到許多學(xué)科，一直很難有大的突破，進(jìn)入20 世紀(jì)90 年代，僅應(yīng)用于排氣量大的豪華汽車(chē)，未見(jiàn)國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)品采用此技術(shù)的報(bào)道，只有北京理工大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)等少數(shù)幾個(gè)單位對(duì)主動(dòng)懸架展開(kāi)研究。1.2.2懸架的發(fā)展趨勢(shì)由于汽車(chē)行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性的要求，具有安全、智能和清潔的綠色智能懸架將是今后汽車(chē)懸架發(fā)展的趨勢(shì)。被動(dòng)懸架

12、是傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，剛度和阻尼都是不可調(diào)的，依照隨機(jī)振動(dòng)理論，它只能保證在特定的路況下達(dá)到較好效果，但它的理論成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠， 成本相對(duì)低廉且不需額外能量， 因而應(yīng)用最為廣泛，在我國(guó)現(xiàn)階段，仍然有較高的研究?jī)r(jià)值。被動(dòng)懸架性能的研究主要集中在三個(gè)方面：通過(guò)對(duì)汽車(chē)進(jìn)行受力分析后，建立數(shù)學(xué)模型，然后再用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)或有限元法尋找懸架的最優(yōu)參數(shù)；研究可變剛度彈簧和可變阻尼的減振器，使懸架在絕大部分路況上保持良好的運(yùn)行狀態(tài)；研究導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，使汽車(chē)懸架在滿足平順性的前提下，穩(wěn)定性有大的提高3。半主動(dòng)懸架的研究集中在兩個(gè)方面：執(zhí)行策略的研究；執(zhí)行器的研究。阻尼可調(diào)減振器主要有兩種，一種是通過(guò)改變節(jié)流

13、孔的大小調(diào)節(jié)阻尼，一種是通過(guò)改變減振液的粘性調(diào)節(jié)，阻尼節(jié)流孔的大小一般通過(guò)電磁閥或步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行有級(jí)或無(wú)級(jí)的調(diào)節(jié)，這種方法成本較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜通過(guò)改變減振液的粘性來(lái)改變阻尼系數(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、無(wú)噪音和沖擊等特點(diǎn)，因此是目前發(fā)展的主要方向。在國(guó)外，改變減振液粘性的方法主要有電流變液體和磁流變液體兩種，北京理工大學(xué)的章一鳴教授進(jìn)行了阻尼可調(diào)節(jié)半主動(dòng)懸架的研究，林野進(jìn)行了懸架自適應(yīng)調(diào)節(jié)的控制決策研究，哈工大的陳卓如教授對(duì)車(chē)輛的自適應(yīng)控制方面進(jìn)行了研究，執(zhí)行策略的研究是通過(guò)確定性能指標(biāo)，然后進(jìn)行控制器的設(shè)定。目前，模糊控制在這方面應(yīng)用較多。主動(dòng)懸架研究也集中在兩個(gè)方面：可靠性；執(zhí)行器由于主動(dòng)懸架采

14、用了大量的傳感器、單片機(jī)、輸出輸入電路和各種接口，元器件的增加降低了懸架的可靠性，所以加大元件的集成程度，是一個(gè)不可逾越的階段。執(zhí)行器的研究主要是用電動(dòng)器件代替液壓器件，電氣動(dòng)力系統(tǒng)中的直線伺服電機(jī)和永磁直流直線伺服電機(jī)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，今后將會(huì)取代液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)用電磁蓄能原理，結(jié)合參數(shù)估計(jì)自校正控制器，可望設(shè)計(jì)出高性能低功耗的電磁蓄能式自適應(yīng)主動(dòng)懸架，使主動(dòng)懸架由理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。懸架技術(shù)的每次跨越，都和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展密切相關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、先進(jìn)制造技術(shù)、運(yùn)動(dòng)仿真等為懸架的進(jìn)一步發(fā)展提供了有力的保障，懸架的發(fā)展也給相關(guān)學(xué)科提出更高的理論要求，使人類(lèi)的認(rèn)識(shí)邁向新的

15、、更高的境界4。在重型車(chē)輛領(lǐng)域，電子控制空氣懸架和橡膠懸架代表了目前汽車(chē)懸架系統(tǒng)的發(fā)展方向。在歐美汽車(chē)懸架的發(fā)展經(jīng)歷了“鋼板彈簧氣囊復(fù)合式懸架被動(dòng)全空氣懸架主動(dòng)全空氣懸架(即ECAS系統(tǒng))或橡膠懸架”過(guò)程。在歐美，橡膠懸架和空氣懸架的價(jià)格相差不大，但是使用環(huán)境不同，空氣懸架不能超載，因此在牽引車(chē)上應(yīng)用廣泛。橡膠懸架適應(yīng)能力強(qiáng)，可用于超載環(huán)境，因此主要應(yīng)用在非公路用車(chē)或使用工況惡劣、對(duì)車(chē)輛載荷要求大的汽車(chē)上。目前ECAS系統(tǒng)在歐洲部分大客車(chē)上已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用，預(yù)計(jì)，隨著車(chē)輛控制技術(shù)的發(fā)展，ECAS空氣懸架系統(tǒng)將成為汽車(chē)懸架的一個(gè)發(fā)展方向。1.3研究?jī)?nèi)容和方法1.3.1研究?jī)?nèi)容汽車(chē)懸架系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

16、主要是為了提高汽車(chē)整車(chē)的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。汽車(chē)懸架系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)的領(lǐng)域也相應(yīng)地分為兩大部分：一是對(duì)汽車(chē)平順性產(chǎn)生主要影響的懸架特性；另一是對(duì)汽車(chē)操縱穩(wěn)定產(chǎn)生主要影響的懸架特性。前一部分主要是對(duì)懸架的彈性元件和阻尼元件特性展開(kāi)工作，主要是將路面、輪胎、非簧載質(zhì)量、懸架、簧載質(zhì)量作為一個(gè)整體進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，由于它主要研究的是在路面的反作用力的激勵(lì)下，影響汽車(chē)平順性的彈性元件以及阻尼元件的力學(xué)特性，因此可以稱(chēng)之為懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究。后一部分主要是對(duì)懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，主要是研究在車(chē)輪與車(chē)身發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如何引導(dǎo)和約束車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)、車(chē)輪定位及影響轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的一些懸架參數(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特

17、性。這一部分的研究稱(chēng)為懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究?？紤]了彈性襯套等連接件對(duì)懸架性能的影響，則懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)即為懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)。懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)是闡述由于輪胎和路面之間的力和力矩引起的車(chē)輪定位等主要懸架參數(shù)的變化特性。這樣懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究就包括了懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)和彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)兩個(gè)方面的內(nèi)容5。本課題主要是輕型載貨汽車(chē)懸架的設(shè)計(jì)，主要研究?jī)?nèi)容有：(1)研究國(guó)內(nèi)外汽車(chē)懸架系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、市場(chǎng)等情況，研究各種類(lèi)型汽車(chē)懸架的優(yōu)缺點(diǎn)、使用情況、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本原理等內(nèi)容；(2)分析汽車(chē)懸架的設(shè)計(jì)要求和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)懸架設(shè)計(jì)的技術(shù)條件，確定汽車(chē)懸架的結(jié)構(gòu)；(3)懸架系統(tǒng)主要性能參數(shù)的計(jì)算；(4)懸架系統(tǒng)各主要零部件的選型

18、及詳細(xì)設(shè)計(jì)；(5)懸架系統(tǒng)彈性元件曲率；各特殊工況下強(qiáng)度，剛度的驗(yàn)算校核；(6)根據(jù)SAE圓弧法對(duì)鋼板彈簧懸架的運(yùn)動(dòng)分析計(jì)算，分析了板簧系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)軌跡和關(guān)鍵角的變化，并用最小二乘法求出關(guān)鍵點(diǎn)軌跡的曲率中心和曲率半徑；(7)懸架系統(tǒng)裝配圖及其零部件工程圖紙的繪制。1.3.2研究方法為了使設(shè)計(jì)研究結(jié)果建立在科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕A(chǔ)上，使設(shè)計(jì)更符合實(shí)際情況，對(duì)割草車(chē)總體設(shè)計(jì)提出了以下研究方法：(1)通過(guò)實(shí)習(xí)、調(diào)查、上網(wǎng)以及文獻(xiàn)檢索等多種有效方法，系統(tǒng)收集汽車(chē)懸架的研究成果和相關(guān)的專(zhuān)業(yè)信息；(2)在對(duì)國(guó)內(nèi)外懸架的技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)等情況進(jìn)行系統(tǒng)分析研究的基礎(chǔ)上，確定設(shè)計(jì)策略，作為構(gòu)思總體設(shè)計(jì)方案的指導(dǎo)思想；(

19、3)在分析懸架設(shè)計(jì)要求和各種類(lèi)型懸架的優(yōu)缺點(diǎn)、使用情況、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本原理的基礎(chǔ)上，參考實(shí)習(xí)、調(diào)研得到的資料，分析懸架的設(shè)計(jì)要求和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)懸架設(shè)計(jì)的技術(shù)條件；(4)在整車(chē)主要參數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)整車(chē)的設(shè)計(jì)要求、技術(shù)條件要求，對(duì)懸架進(jìn)行初步選型設(shè)計(jì)；(5)研究目前懸架的基本結(jié)構(gòu)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論和機(jī)械設(shè)計(jì)方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，確定其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)方案和主要技術(shù)參數(shù)；(6)對(duì)懸架主要參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化，對(duì)其主要結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行曲率、剛度、強(qiáng)度驗(yàn)算、校核及運(yùn)動(dòng)分析； (7)根據(jù)整車(chē)布置和結(jié)構(gòu)需要，最終繪出標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械工程圖紙。1.4本章小結(jié)本章主要介紹了汽車(chē)懸架系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。以及懸架領(lǐng)域主

20、要的研究?jī)?nèi)容。由于世界汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展必然帶來(lái)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)的技術(shù)升級(jí)以及生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)型，加上人們對(duì)汽車(chē)舒適性、操控性的要求越來(lái)越高，新型懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)會(huì)發(fā)展的更快，而國(guó)內(nèi)為節(jié)約成本，懸架系統(tǒng)的制造都采用普通材料，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，加工工藝也相對(duì)落后。再加上懸架加裝在底盤(pán)后的調(diào)校技術(shù)差距較大，所以導(dǎo)致整車(chē)的平順性和操控性不足。因此需要我們不僅在彈性元件材料的選擇，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及懸架系統(tǒng)的調(diào)試對(duì)整車(chē)性能的影響等這些方面做出更多的努力。2 懸架系統(tǒng)總體方案的確定2.1設(shè)計(jì)要求懸架與汽車(chē)的多種使用性能有關(guān)，在懸架的設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)滿足以下幾方面的要求： (1)保證汽車(chē)有良好的行使平順性。為此，汽車(chē)應(yīng)有

21、較低的振動(dòng)頻率，乘員在車(chē)中承受的振動(dòng)加速度應(yīng)不超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)263178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)頻率和人承受振動(dòng)作用的時(shí)間的函數(shù)。承受振動(dòng)作用的時(shí)間越長(zhǎng)，容許的加速度值越小。而頻率的影響表現(xiàn)在某一頻段（對(duì)于垂直振動(dòng)，此頻段為48Hz）容許振動(dòng)加速度為最小，而在其余頻段內(nèi)，振動(dòng)加速度與頻段成線形關(guān)系。在設(shè)計(jì)中要考慮這一點(diǎn)。(2)有合適的減振性能。它應(yīng)與懸架的彈性特性很好的匹配，保證車(chē)身和車(chē)輪在共振區(qū)的振幅最小，振動(dòng)衰減快。(3)保證汽車(chē)有良好的操縱穩(wěn)定性。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)，應(yīng)不使主銷(xiāo)定位參數(shù)變化過(guò)大，車(chē)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(chē)應(yīng)有一些不足

22、轉(zhuǎn)向特性。(4)汽車(chē)制動(dòng)和加速時(shí)能保證車(chē)身穩(wěn)定，減少車(chē)身縱傾（即所謂的“點(diǎn)頭”或“后仰”）的可能性。(5)能可靠地傳遞車(chē)身與車(chē)輪間的一切力和力矩，零部件質(zhì)量輕并有足夠的強(qiáng)度和壽命6。2.2懸架系統(tǒng)概述2.2.1懸架系統(tǒng)的主要作用懸架是車(chē)架（或承載式車(chē)身）與車(chē)橋（或車(chē)輪）之間的一切傳力裝置的總稱(chēng)。它把車(chē)架（或車(chē)身）與車(chē)軸（或車(chē)輪）彈性的連接起來(lái)，主要由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和減振器組成（在有些懸架中還有緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿）。其主要作用是：(1)緩和、抑制由不平路面引起的振動(dòng)和沖擊，保證乘員乘坐舒適和所運(yùn)貨物完好；(2)除傳遞汽車(chē)垂直力以外，還傳遞其他各方向的力和力矩，并保證車(chē)輪和車(chē)身（或車(chē)架）之間有

23、確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使汽車(chē)具有良好的駕駛性能7。2.2.2懸架結(jié)構(gòu)形式分析懸架可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩類(lèi)。非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是左、右車(chē)輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過(guò)懸架與車(chē)架（或車(chē)身）連接。獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是左、右車(chē)輪通過(guò)各自的懸架與車(chē)架（或車(chē)身）連接。圖2.1 懸架的結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)圖a）非獨(dú)立懸架 b)獨(dú)立懸架(1)非獨(dú)立懸架以縱置鋼板彈簧為彈性元件兼作導(dǎo)向裝置的非獨(dú)立懸架，其主要優(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)是由于整車(chē)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(chē)平順性較差；簧下質(zhì)量大；在不平路面上行駛時(shí)，左、右車(chē)輪互相影響，并使車(chē)軸（橋

24、）和車(chē)身傾斜；當(dāng)汽車(chē)直線行駛在凹凸不平的路面上時(shí)，由于左右兩側(cè)車(chē)輪反向跳動(dòng)或只有一側(cè)車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性；汽車(chē)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(chē)軸（橋）上方要求有與彈簧行程相適應(yīng)的空間。這種懸架主要用在貨車(chē)、大客車(chē)的前、后懸架以及某些轎車(chē)的后懸架上。(2)獨(dú)立懸架獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)是：簧下質(zhì)量小；懸架占用的空間??；彈性元件只承受垂直力，所以可以用剛度小的彈簧，使車(chē)身振動(dòng)頻率降低，改善了汽車(chē)行駛平順性；由于有可能降低發(fā)動(dòng)機(jī)的位置高度，使整車(chē)的質(zhì)心高度下降，又改善了汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性；左、右車(chē)輪各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)互不影響，可減少車(chē)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

25、能力。獨(dú)立懸架的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維修困難。這種懸架主要用于轎車(chē)和部分輕型貨車(chē)、客車(chē)及越野車(chē)上8。2.3懸架系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案確定本文的設(shè)計(jì)目標(biāo)為輕型載貨汽車(chē)后懸架系統(tǒng)，考慮到經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性要求，所以選用非獨(dú)立懸架。汽車(chē)懸架的彈性元件一般有以下四種，見(jiàn)表2.1：表2.1 彈性元件四種形式鋼板彈簧螺旋彈簧扭桿彈簧氣體彈簧橡膠彈簧其中螺旋彈簧和扭桿彈簧一般應(yīng)用于獨(dú)立懸架中，本文不作考慮。以下分別為其他三種懸架。2.3.1板簧懸架鋼板彈簧懸架(簡(jiǎn)稱(chēng)板簧懸架)又分為少片變截面鋼板懸架與等截面多片板簧懸架。目前國(guó)內(nèi)95%以上的載貨汽車(chē)懸架系統(tǒng)是以鋼板彈簧為彈性元件兼作導(dǎo)向裝置的非獨(dú)立懸架，其主要優(yōu)

26、點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，維修方便，工藝成熟，工作可靠。缺點(diǎn)是汽車(chē)平順性、舒適性較差；簧下質(zhì)量大，無(wú)法適應(yīng)輕量化的發(fā)展，并且不能同時(shí)兼顧舒適性與操縱穩(wěn)定性。而空氣懸架則充分利用了空氣彈簧變剛性的特性，達(dá)到同時(shí)兼顧這兩個(gè)方面的目的。2.3.2空氣懸架空氣懸架系統(tǒng)是以空氣彈簧為彈性元件,以空氣做彈性介質(zhì),在一個(gè)密封的容器內(nèi)充入壓縮空氣(氣壓為0.50.7Mpa)，利用氣體的可壓縮性，實(shí)現(xiàn)其彈性作用的。這種彈簧的剛度可變，具有較理想的彈性特性。目前空氣懸架控制模式主要有兩種，一種是采用機(jī)械高度閥手動(dòng)調(diào)節(jié)。另一種為電子控制(ECAS)，使傳統(tǒng)空氣懸架系統(tǒng)的性能得到很大改善，提高了懸架操作舒適性和反應(yīng)靈敏

27、度。2.3.3橡膠懸架橡膠懸架是以橡膠彈簧為彈性元件，由于橡膠彈簧具有變剛度的特點(diǎn)，因此，整個(gè)懸架有較強(qiáng)的承載能力。橡膠懸架在承載性、可靠性等方面都比傳統(tǒng)使用的鋼板懸架更具優(yōu)勢(shì)，而且能夠適應(yīng)礦山作業(yè)等惡劣工況。2.3.4總結(jié)綜上所述，目前國(guó)內(nèi)最主要的懸架仍然為鋼板彈簧懸架，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，維修方便，工藝成熟，工作可靠?？紤]到成本控制及制造因素，本設(shè)計(jì)依舊采用鋼板彈簧后懸架。鋼板彈簧懸架(簡(jiǎn)稱(chēng)板簧懸架)又分為少片變截面鋼板懸架與等截面多片板簧懸架。少片變截面鋼板彈簧克服了多片鋼板彈簧質(zhì)量大，性能差（由于片間摩擦的存在，影響了汽車(chē)的行駛平順性）的缺點(diǎn)。這種板簧對(duì)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛輕量化，節(jié)約能源和

28、合金彈簧鋼材大為有利，故應(yīng)用日漸廣泛。但其制造加工工藝復(fù)雜，成本高。所以本車(chē)選用等截面多片板簧，并設(shè)計(jì)成為漸變剛度，主副簧結(jié)構(gòu)的多片鋼板彈簧后懸架，以節(jié)約成本并有效提高其行駛平順性9。原型車(chē)為依維柯輕型載貨汽車(chē)，其后懸架系統(tǒng)如圖2.2：圖2.2 依維柯S系列后懸架1-后鋼板彈簧；2-緩沖塊；3-減振器；4-吊耳；5-后鋼板彈簧后支架；6-前支架；7-蓋板；8-U型螺栓采用變剛度鋼板彈簧的目的是為了在空載（帶駕駛員）和滿載時(shí)都能獲得良好的平順性。汽車(chē)空載時(shí)，只要主簧起作用，載荷增加時(shí)隨著主簧的變形與副簧逐漸貼合，至設(shè)計(jì)載荷附近主副簧完全貼合共同起作用。變剛度板簧有利于提高汽車(chē)平順性，但在布置上要

29、求有足夠的變形空間。2.4懸架系統(tǒng)各主要零部件選型2.4.1葉片斷面 最常用的板簧材料為熱軋彈簧扁鋼。矩形斷面，為了提高斷面葉片的疲勞強(qiáng)度，改善葉片間潤(rùn)滑的情況，通常其制成兩頭帶圓弧或兩面有較大的凹陷弧度的矩形（如圖2.3 (a)）。單面帶拋物線的斷面（如圖2.3 (b)）和單面帶槽的斷面（如圖2.3 (c)、(d)）都采用改進(jìn)后的特殊矩形斷面。其共同特點(diǎn)是使斷面的幾何形狀在垂直方向（厚度方向）不對(duì)稱(chēng)，變形時(shí)的中性軸上移，葉片的上表面拉力減少，下面的壓力增加（一般材料的抗壓強(qiáng)度高于抗拉強(qiáng)度），提高了鋼板彈簧的疲勞強(qiáng)度，使疲勞壽命約提高了30，同時(shí)可節(jié)約1014的材料。由于矩形斷面設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)單，

30、制造加工方便。所以本設(shè)計(jì)采用矩形斷面。圖2.3 鋼板彈簧的截面形狀(a) 標(biāo)準(zhǔn)型；(b) 單面單槽；(c) 拋物線側(cè)邊；(d)單面雙槽2.4.2 葉片的端頭形狀 葉片的端頭形狀有直角形、梯形、橢圓形幾種。如圖2.4所示：(a)直角片端(b)梯形片端(c)橢圓形片端圖2.4 葉片端頭形狀直角形的制造容易，在載貨汽車(chē)上應(yīng)用比較廣泛，但是這種形狀的葉片端部剛度大，易引起壓應(yīng)力集中，因而增加了葉片的磨損和摩擦，很難設(shè)計(jì)成與等強(qiáng)度梁近似的結(jié)構(gòu)，此外，彈簧的質(zhì)量也很大。梯形的能制成比較接近等強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)，克服了直角形的某些缺點(diǎn)。橢圓形的葉片末端壓延成所需要的變截面形狀，以得到等強(qiáng)度梁，并可增加葉片端部的彈性

31、，減少片間的摩擦，改善應(yīng)力沿葉片長(zhǎng)度方向的分布，從而使彈簧的質(zhì)量減小，這種端頭形狀的葉片在國(guó)外已日趨廣泛采用，在國(guó)內(nèi)因制造困難，故目前還比較少應(yīng)用。由于本次設(shè)計(jì)是輕型載貨汽車(chē)的后懸架，考慮到制造工藝和經(jīng)濟(jì)性的要求，采用直角形端頭形狀。2.4.3 鋼板彈簧與車(chē)架的連接形式的確定鋼板彈簧與車(chē)架的連接形式目前常見(jiàn)的有鉸鏈連接、滑動(dòng)連接、橡膠塊連接等。鉸鏈連接可承受垂直載荷和水平載荷，滑動(dòng)連接只能傳遞垂直載荷，橡膠塊連接可有很好的減振作用，但橡膠塊易老化。本設(shè)計(jì)選用鉸鏈連接。2.4.4 吊耳及鋼板彈簧銷(xiāo)的結(jié)構(gòu)大多數(shù)板簧的支撐方式為一端采用固定卷耳，另一端采用擺動(dòng)吊耳。擺動(dòng)吊耳的結(jié)構(gòu)可以用C形、叉形以及

32、分體式等。彈簧銷(xiāo)的支承、潤(rùn)滑則可用螺紋式，自潤(rùn)滑式?；瑒?dòng)軸承，橡膠支承，或者將板簧支承在橡膠座內(nèi)。螺紋式的好處在于可同時(shí)承受垂向及側(cè)向載荷，板簧側(cè)面不必加工，螺紋可起儲(chǔ)存潤(rùn)滑劑和防塵的作用。螺紋表面滲碳以達(dá)到一定的硬度，一般其擠壓應(yīng)力為7Mpa。自潤(rùn)滑式多用于轎車(chē)及輕型載貨汽車(chē)，具有不必加潤(rùn)滑脂及噪聲小的特點(diǎn)。重卡上多使用滑動(dòng)軸承式，一般采用銅合金或粉末冶金襯套，工作擠壓應(yīng)力約為3.57Mpa，這種結(jié)構(gòu)中，板簧卷耳兩側(cè)必須加工至規(guī)定寬度以便與支架或吊耳配合傳遞側(cè)向力。在采用橡膠支承時(shí)必須充分考慮其對(duì)懸架特性的影響。本文采用一端采用固定卷耳，另一端采用擺動(dòng)吊耳。擺動(dòng)吊耳結(jié)構(gòu)采用分體式自潤(rùn)滑式。2

33、.4.5 鋼板彈簧卷耳和襯套 鋼板彈簧主片端部制成以便安裝彈簧銷(xiāo)和用以與托架或吊耳連接。常用的卷耳型式有上卷耳、平卷耳、下卷耳、鍛造卷耳等，上卷耳應(yīng)用比較多。采用下卷耳主要是因?yàn)橛袝r(shí)需要用來(lái)保證彈簧運(yùn)動(dòng)軌跡與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)，但是它在載荷作用下容易張開(kāi)。車(chē)身高度受限時(shí)，采用下卷耳。平卷耳可以減少卷耳的應(yīng)力，應(yīng)縱向力作用方向和彈簧主片斷面的中心線重合，但制造復(fù)雜。鍛造卷耳，強(qiáng)度較高，它與彈簧主片分開(kāi)為兩個(gè)零件，用螺栓連接起來(lái)，但由于制造成本比較高，目前應(yīng)用較少。本設(shè)計(jì)鋼板彈簧前端采用上卷耳式，后端采用吊耳式。在汽車(chē)載荷較大或使用條件惡劣的情況下，鋼板彈簧主處需要得到加強(qiáng)，將第二、三片端部制成加強(qiáng)卷耳

34、的包耳。由于本設(shè)計(jì)是輕型貨車(chē)，只將第二片設(shè)計(jì)成包耳。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(chē)上已經(jīng)廣泛采用塑料襯套。因它具有耐磨，耐腐蝕、減振、不需要潤(rùn)滑、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。常用的塑料襯套材料為尼龍1010，聚甲醛等。2.4.6 彈簧夾箍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。為了防止彈簧橫向扭曲時(shí)在簧片上產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力，在夾箍和彈簧片表面之間會(huì)留有一定的間隙，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

35、，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(chē)和輕型載貨汽車(chē)上。此車(chē)采用不可拆式夾箍，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，費(fèi)用低。2.4.7鋼板彈簧中心螺栓中心螺栓的作用，除了夾緊各片彈簧外，又是安裝鋼板彈簧的定位銷(xiāo)。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(guò)大，一般與簧片厚度相等。下表是推薦的中心螺栓直徑尺寸。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(chē)，中心螺栓多用40Cr或40MnB制成。表2.2 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

36、.512.514.516.5本車(chē)類(lèi)型為輕卡，但為漸變剛度板簧，所以，因此由表2.2得出中心螺栓直徑先初步確定為12mm，由此得中心孔直徑為12.5，螺栓由材料15MnVB做成。2.5技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析鋼板彈簧懸架主要由鋼板彈簧前后支架、若干片板簧、板簧蓋板、U型螺栓、中心螺栓、吊耳、板簧銷(xiāo)、緩沖塊、減振器等組成。它有加工工藝簡(jiǎn)單，可靠耐用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)為等截面漸變剛度鋼板彈簧懸架，二級(jí)主副簧結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.5所示。圖2.5 變剛度板簧的結(jié)構(gòu)示意圖彈性元件選用二級(jí)厚度鋼板彈簧，本設(shè)計(jì)采用矩形斷面，設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)單，制造加工方便。選用最常用的板簧材料熱軋彈簧扁鋼。選用直角形的端頭，制

37、造容易，在載貨汽車(chē)上應(yīng)用比較廣泛，成本低。但是這種形狀的葉片端部剛度大，易引起壓應(yīng)力集中，因而增加了葉片的磨損和摩擦，很難設(shè)計(jì)成與等強(qiáng)度梁近似的結(jié)構(gòu)，此外，彈簧的質(zhì)量也很大。懸架與車(chē)架采用鉸鏈連接。一端采用固定卷耳，另一端采用擺動(dòng)吊耳。擺動(dòng)吊耳結(jié)構(gòu)采用分體式自潤(rùn)滑式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。鋼板彈簧前端采用上卷耳式。在汽車(chē)載荷較大或使用條件惡劣的情況下，鋼板彈簧主處需要得到加強(qiáng)，將第二、三片端部制成加強(qiáng)卷耳的包耳。由于本設(shè)計(jì)是輕型貨車(chē)，只將第二片設(shè)計(jì)成包耳。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(chē)上已經(jīng)廣泛采用塑料襯套。因它具有耐磨，耐腐蝕、減振、不需要潤(rùn)滑、重量輕

38、的優(yōu)點(diǎn)。常用的塑料襯套材料為尼龍1010，聚甲醛等。本文選用橡膠材料，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。采用不可拆式夾箍，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，費(fèi)用低。中心螺栓選用一般常用的15MnVB材料做成，機(jī)械性能等級(jí)為8.8級(jí)。U型螺栓，也采用普通鋼材制造。鋼板彈簧前后支架、板簧上下蓋板等設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，易制造，而且都采用球墨鑄鐵等一般常用材料，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。橫向穩(wěn)定器選用普通彈簧鋼制造。汽車(chē)上加裝橫向穩(wěn)定器，就可以做到在不增大懸架垂直剛度c的條件下，增大懸架的側(cè)傾剛度，以保證汽車(chē)有不足轉(zhuǎn)向特性，提高整車(chē)的操縱穩(wěn)定性。緩沖塊選用通常的硫化橡膠制造，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。有些汽車(chē)選用多孔聚氨酯，它兼有輔助彈性元件的作用，是一種有很高強(qiáng)度和耐磨性的復(fù)合材料。

39、這種材料起泡時(shí)就形成了致密的耐磨外層，保護(hù)內(nèi)部的發(fā)泡部分不受損傷。在載荷作用下彈性元件被壓縮，但其外廓尺寸增加卻不大，這點(diǎn)與橡膠不同。減振器按其作用原理可分為單向作用和雙向作用式兩種。由于筒式減振器具有質(zhì)量小，性能穩(wěn)定，工作可靠，適宜大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，所以已經(jīng)成為汽車(chē)減振器的主流。筒式減振器又分為雙筒式、單筒式和充氣筒式等結(jié)構(gòu)，以雙筒式應(yīng)用最多。所以本文選用雙向作用筒式減振器。綜上所述，本后懸架系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)較低，不僅能滿足輕型載貨汽車(chē)各工況下的使用性能，而且還能相對(duì)提高整車(chē)的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。3 懸架系統(tǒng)主要性能參數(shù)的確定3.1懸架靜撓度和動(dòng)撓度的選擇懸架靜撓度是指汽車(chē)滿載靜止時(shí)懸架上

40、的載荷與此時(shí)懸架剛度之比， 式（3.1）根據(jù)汽車(chē)?yán)碚摽芍浩?chē)前后懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車(chē)行使平順性的主要參數(shù)之一。因現(xiàn)代汽車(chē)的質(zhì)量分配系數(shù)近似等于1，于是汽車(chē)前后軸上方車(chē)身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系。因此，汽車(chē)前后部分的車(chē)身的固有頻率和（亦稱(chēng)偏頻）可用式(3.2)表示 式（3.2）式中 分別為前后懸架的靜撓度，單位為。由上式可以看出：(1)懸架所受的垂直載荷一定時(shí)，懸架的剛度愈小，則汽車(chē)自然振動(dòng)頻率愈低。但是懸架的剛度愈小，在一定的載荷下懸架的垂直變形就愈大，即車(chē)輪上下跳動(dòng)所需空間就愈大，這對(duì)簧載質(zhì)量大的貨車(chē)，在結(jié)構(gòu)上是難以保證的，故實(shí)際上貨車(chē)的車(chē)身自然振動(dòng)頻率往往偏高

41、，而大大超過(guò)理想的頻率范圍。(2)當(dāng)懸架剛度一定時(shí)，簧載質(zhì)量愈大，則懸架的垂直變形就愈大，而自然頻率就愈低。故空車(chē)行使時(shí)的振動(dòng)頻率比滿載時(shí)的高?；奢d質(zhì)量也愈大。各型車(chē)的偏頻及撓度值如表3.1所示。表3.1 懸架的靜撓度、動(dòng)撓度和偏頻車(chē) 型貨 車(chē)1.52.2501106090驕 車(chē)0.91.6103007090大客車(chē)1.31.8701505080越野車(chē)1.42.06013070130在懸架設(shè)計(jì)中，先根據(jù)行使平順性要求確定前后懸架的和值，由以上計(jì)算公式可以求出前后懸架的靜撓度。本設(shè)計(jì)的鋼板彈簧懸架用于汽車(chē)后懸架，由表3.1選取滿載時(shí)的偏頻，空載時(shí)偏頻稍大些，空載時(shí)的偏頻值。由公式3.2變形得滿載時(shí)

42、的后懸架靜撓度為：對(duì)于縱置板簧組成的非獨(dú)立懸架，懸架的靜撓度與彈性元件的靜撓度是一樣的，故本設(shè)計(jì)中等截面漸變剛度多片鋼板彈簧后懸架的靜撓度為。為了防止在不平路面上行駛時(shí)經(jīng)常沖擊緩沖塊，懸架還必須具備足夠的動(dòng)撓度。懸架的動(dòng)撓度是指由滿載位置開(kāi)始，壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形（通常指緩沖塊壓到其自由高度的或）時(shí)，車(chē)輪中心相對(duì)車(chē)架（或車(chē)身）的垂直位移。其值常按其相應(yīng)的靜撓度來(lái)選取，它與車(chē)型和經(jīng)常使用的路況也有密切的關(guān)系。另外，對(duì)于貨車(chē)，。查表3.1，本設(shè)計(jì)選用。3.2懸架彈性特性懸架受到垂直外力F與由此引起的車(chē)輪中心相對(duì)于車(chē)身位移f（即懸架的變形）的關(guān)系曲線，稱(chēng)為懸架的彈簧特性，如圖3.1。其切線的斜率

43、是懸架的剛度。懸架的彈性特性有線性和非線性?xún)煞N。當(dāng)懸架變形與所受垂直外力成固定的比例變化時(shí)，彈性特性為一直線，稱(chēng)為線性彈性特性。此時(shí)懸架剛度為常數(shù)。非線性的懸架彈性特性，懸架剛度為變化的，其特點(diǎn)是在滿載位置附近，剛度小且曲線變化平緩，平順性良好；距滿載較遠(yuǎn)的兩端，曲線變陡，剛度增大。這樣，可在有限的動(dòng)撓度范圍內(nèi)，得到比線性懸架更多的動(dòng)容量。懸架的動(dòng)容量系指懸架從靜載荷的位置起，變形到結(jié)構(gòu)允許的最大變形為止消耗的功。懸架的動(dòng)容量越大，對(duì)緩沖塊擊穿的可能性越小10。對(duì)空載與滿載時(shí)簧上質(zhì)量變化較大的客車(chē)和貨車(chē)，為了減少振動(dòng)頻率與車(chē)身高度的變化，應(yīng)選用剛度可變的非線性懸架。乘用車(chē)簧上質(zhì)量在使用中雖然變

44、化不大，但為了減少車(chē)軸對(duì)車(chē)架的撞擊，減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的側(cè)傾與制動(dòng)時(shí)的前俯角和加速時(shí)的后仰角，也應(yīng)采用剛度可變的非線性懸架。圖3.1 懸架彈性特性曲線3.3后懸架主、副簧剛度的分配關(guān)系貨車(chē)后懸架多采用有主、副簧結(jié)構(gòu)的鋼板彈簧。其懸架特性如圖3.2。載荷小時(shí)副簧不工作，載荷達(dá)到一定值時(shí)副簧與托架接觸，開(kāi)始與主簧共同工作11。圖3.2 后懸架主、副簧彈性特性如何確定副簧開(kāi)始參加工作的載荷FK和主副簧之間的剛度分配，受懸架的彈性特性和主副簧載荷分配的影響。原則上，要求車(chē)身從空載到滿載時(shí)的振動(dòng)頻率變化要小，以保證汽車(chē)有良好的平順性；還要求副簧參加工作前后的懸架振動(dòng)頻率變化不大。這兩項(xiàng)要求不能同時(shí)滿足。具體

45、確定有兩種方法：第一種方法是使副簧開(kāi)始起作用時(shí)的懸架撓度等于汽車(chē)空載時(shí)懸架的撓度，而使副簧開(kāi)始起作用前一瞬間的撓度等于滿載時(shí)的懸架撓度。于是，可求得。式中，和分別為空載與滿載時(shí)的懸架載荷。副簧、主簧的剛度比為 ， 式（3.3）本文采用第二種方法，是使副簧開(kāi)始起作用時(shí)的載荷等于空載和滿載時(shí)懸架載荷的平均值，并使和間的平均載荷對(duì)應(yīng)的頻率與和間平均載荷對(duì)應(yīng)的頻率相等，此時(shí)副簧與主簧的剛度比為 式（3.4）其中，分別為空載與滿載時(shí)的懸架載荷。此法確定的主副簧剛度的比值，能保證副簧起作用前后，懸架振動(dòng)頻率變化不大。對(duì)于經(jīng)常半載運(yùn)輸狀態(tài)的車(chē)輛，此法較為合適。3.4懸架側(cè)傾剛度及其在前、后軸的分配懸架側(cè)傾角

46、剛度系指簧上質(zhì)量產(chǎn)生單位側(cè)傾角時(shí)懸架給車(chē)身的彈性回復(fù)力矩。它對(duì)簧上質(zhì)量的側(cè)傾角有影響。側(cè)傾角過(guò)大或過(guò)小都不好。乘坐側(cè)傾角剛度過(guò)小而側(cè)傾角過(guò)大的汽車(chē)，乘員缺乏舒適感和安全感。側(cè)傾剛度過(guò)大而側(cè)傾角過(guò)小的汽車(chē)又缺乏汽車(chē)發(fā)生側(cè)翻的感覺(jué)，同時(shí)使輪胎側(cè)偏角增大，如果發(fā)生在后輪，會(huì)使汽車(chē)發(fā)生過(guò)多轉(zhuǎn)向的可能。要求在側(cè)向力等于0.4倍車(chē)重時(shí)，轎車(chē)車(chē)身側(cè)傾角在2.54度，貨車(chē)車(chē)身側(cè)傾角不超過(guò)67度12。此外，還有汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，在0.4g的側(cè)向加速度作用下，前后輪側(cè)偏角之差應(yīng)當(dāng)在13度范圍內(nèi)。而前后懸架側(cè)傾剛度的分配會(huì)影響到前后輪的側(cè)偏角大小，從而影響轉(zhuǎn)向特性，所以設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮懸架側(cè)傾剛度在前后軸上的分配。為

47、滿足汽車(chē)稍有不足轉(zhuǎn)向特性的要求，應(yīng)使汽車(chē)前軸的輪胎側(cè)偏角略大于后軸的輪胎側(cè)偏角。為此，應(yīng)使前懸架具有的側(cè)傾角剛度要略大于后懸架的側(cè)傾角剛度。對(duì)轎車(chē)，比值一般在1.42.6。4彈性元件的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1初選參數(shù)4.1.1主片長(zhǎng)度在鋼板彈簧總成的基本結(jié)構(gòu)形式確定以后，就要對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算了。對(duì)于貨車(chē)后懸架的長(zhǎng)度，。本設(shè)計(jì)選用0.4倍軸距。因此有：主片長(zhǎng)度：汽車(chē)非簧載質(zhì)量（非懸掛質(zhì)量）對(duì)汽車(chē)的平順性和操作穩(wěn)定性都有影響。它的選擇參照下表4.1。 表4.1 懸架的非懸掛質(zhì)量與懸掛質(zhì)量的比例關(guān)系懸架類(lèi)型非懸掛質(zhì)量/總質(zhì)量非懸掛質(zhì)量/懸掛質(zhì)量整體剛性橋，鋼板彈簧2635.1本設(shè)計(jì)選非懸掛質(zhì)量/總質(zhì)量=26。

48、非懸掛質(zhì)量/總質(zhì)量= 取后軸非懸掛質(zhì)量本設(shè)計(jì)的基本參數(shù)匯總在表4.2。4.1.2斷面尺寸及片數(shù)的確定 以上我們確定了汽車(chē)滿載時(shí)的靜撓度，鋼板彈簧的主片長(zhǎng)度，以及后懸架的非簧載質(zhì)量，下面我們將利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算并確定彈簧的尺寸幾片數(shù)。板簧可近似地看作是由等厚葉片所組成的等應(yīng)力梁，這種近似在做大致估算時(shí)具有足夠的精度，可用于初選板簧的葉片厚度，葉片寬度。但在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，由于鋼板彈簧主片兩端不能制成三角形，所以它的展開(kāi)面的一半不是三角形，而是梯形。它介于等應(yīng)力梁和等截面梁之間，因此可按等截面簡(jiǎn)支梁的計(jì)算公式并引進(jìn)一個(gè)修正系數(shù)加以修正，既撓性增大系數(shù)，它主要與彈簧兩端的結(jié)構(gòu)有關(guān)。對(duì)實(shí)際鋼板彈簧：。可按下

49、式計(jì)算： 式（4.1）式中與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù)，本設(shè)計(jì)中為2； 彈簧預(yù)計(jì)總片數(shù)，取=8。多片簧的垂直剛度： 式（4.2）式中 作用在板簧中間的支承載荷板簧撓度支承載荷為一個(gè)板簧的簧載質(zhì)量，計(jì)算如下：代入式4.2得： 表4.2 本設(shè)計(jì)的基本參數(shù)參 數(shù)數(shù) 值滿載質(zhì)量5000kg空載質(zhì)量2045kg軸 距3600mm滿載偏頻1.8Hz空載偏頻2.0HzU型螺栓中心距100mm鋼板彈簧數(shù)8鋼板彈簧材料60Si2Mn鋼板彈簧應(yīng)力極限值550MPa主片長(zhǎng)度L1440mm后懸架非簧載質(zhì)量350kg軸荷分配空載前軸1395kg后軸650kg滿載前軸1800kg后軸3700kg鋼板彈簧的總截面慣性矩為： 式（4

50、.3）式中 sU形螺栓中心距（mm）；K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：取k=0.5，撓性?shī)A緊：取k=0）本設(shè)計(jì)為剛性?shī)A緊；E材料的楊氏彈性模量，取。鋼板彈簧總截面系數(shù)用式（4.4）計(jì)算 式（4.4）式中許用彎曲應(yīng)力對(duì)于彈簧鋼，經(jīng)表面噴丸處理后，推薦對(duì)前板簧取350450；對(duì)后主簧取450550；對(duì)后副簧取220250。取=550 本設(shè)計(jì)取鋼板彈簧厚度。矩形斷面等厚鋼板彈簧總慣性矩用式（4.5）計(jì)算 式（4.5）又因?yàn)橐阎?，可由?4.5)計(jì)算并轉(zhuǎn)化得到，根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)推薦的，可取n=8，b=56，所以本設(shè)計(jì)選定板簧尺寸為：。4.2 各片長(zhǎng)度的確定在選擇各葉片長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡量使應(yīng)力

51、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。用作圖法來(lái)確定各葉片長(zhǎng)度，此法是基于實(shí)際鋼板彈簧各葉片的展開(kāi)圖接近梯形梁形狀這一原則來(lái)做圖的。先將各葉片厚度的立方值按同一比例尺沿坐標(biāo)軸繪出，再沿橫坐標(biāo)繪出主片長(zhǎng)度之半（即）和U形螺栓中心距之半（即），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線與各葉片上側(cè)邊的交點(diǎn)即決定了各邊的長(zhǎng)度。當(dāng)有與主片等長(zhǎng)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，如圖4.1所示13。 圖4.1 確定鋼板彈簧各葉片長(zhǎng)度的作圖法經(jīng)過(guò)圓整確定板簧各葉片長(zhǎng)度見(jiàn)表4.3：表4.3 各葉片長(zhǎng)度4.3鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算在各片的長(zhǎng)度

52、和斷面尺寸確定后就可以用精確的剛度計(jì)算公式對(duì)剛度進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算。一般可以用共同曲率法或集中載荷法進(jìn)行計(jì)算，本設(shè)計(jì)采用共同曲率法。共同曲率法由前蘇聯(lián)的帕爾斯基提出，該方法的基本假設(shè)前提是板簧受載后各葉片在任一截面上都具有相同的曲率。主要優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算方便，其缺點(diǎn)是由此式計(jì)算出的剛度略有偏大，可以使用經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)修正，其誤差不超過(guò)。共同曲率法剛度計(jì)算公式為式(4.6)： 式（4.6）式中 第片及以上各片截面慣性距之和的倒數(shù)，即 第片鋼板彈簧的慣性距； 第片鋼板彈簧的半長(zhǎng)； 經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，轎車(chē)取上限，載貨車(chē)取下限，本設(shè)計(jì)取0.83。 在計(jì)算鋼板彈簧剛度時(shí)，數(shù)據(jù)如表4.4：表4.4 主簧單獨(dú)作用時(shí)剛度計(jì)

53、算中的參數(shù)值123456780128256323471552630724代入上式(4.6)得：4.4總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算4.4.1.彈簧總成自由弧高的確定彈簧總成在自由狀態(tài)下弧高是由滿載弧高、滿載靜變形及彈簧總成在U形螺栓夾緊后引起弧高變化三部分組成的。 式（4.7）式中靜撓度；滿載弧高，為了使板簧滿載時(shí)在對(duì)稱(chēng)位置工作，一般希望它等于零。但考慮到使用中的塑性變形，也為了不使動(dòng)撓度過(guò)小，需用給予補(bǔ)償，的值在1030之間，本處取20。鋼板彈簧在預(yù)壓縮時(shí)產(chǎn)生的塑性變形計(jì)算如式(4.8)： 式（4.8）以上數(shù)值代入式(4.7)得： 4.4.2各片副簧自由狀態(tài)下曲率半徑的確定鋼板彈簧總成

54、在自由狀態(tài)下曲率半徑： 式（4.9）因各片鋼板在自由狀態(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更好的貼緊，減少主片工作應(yīng)力，使各片壽命更接近。彈簧各片預(yù)應(yīng)力的選擇，原則上應(yīng)考慮以下兩個(gè)因素：(1)彈簧各片未裝配前，各片間隙不要相差太大，各片裝配后，應(yīng)使各片能很好配合。(2)由于主片受力復(fù)雜，為保證主片及長(zhǎng)片有較長(zhǎng)使用壽命，希望適當(dāng)降低主片及長(zhǎng)片應(yīng)力?；谏鲜鲈?，選擇各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，片厚相等的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不宜過(guò)大。對(duì)片厚不等的彈簧，厚片預(yù)應(yīng)力大一些。一般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)力約為300350Nmm。預(yù)應(yīng)力從長(zhǎng)片到短片由負(fù)值逐漸增至正值的。并且在確定各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，理論上應(yīng)滿足各片彈簧在根部出的預(yù)應(yīng)力所造成的彎矩之代數(shù)和等于零。即 或 式(4.10)因?yàn)榇虽摪鍙椈稍O(shè)計(jì)的各片的斷面尺寸相同，故應(yīng)力之和要為零。所以分別取，見(jiàn)表4.5：表4.5 鋼板彈簧各片預(yù)應(yīng)力矩形斷面鋼板彈簧自由狀態(tài)下曲率半徑可由式4.11確定 式（4.11）式中