輕型貨車(雙排座)后懸架的設(shè)計

1、汽車設(shè)計課程設(shè)計說明書輕型貨車（雙排座）后懸架的設(shè)計學 院 ：機械與車輛工程學院專業(yè)（班級）：車輛工程專業(yè)作者（學號）：XXX(XXX)指導教師：XXX（XXX）完成日期： 201X年XX月XX日蚌埠學院教務(wù)處制目 錄1 引言12 設(shè)計的主要要求32.1 懸架的主要性能32.2 已知懸架參數(shù)33 懸架各部分的參數(shù)53.1 懸架的靜撓度fc53.2 懸架的動撓度fd53.3 懸架的彈性特性64 彈性元件的設(shè)計74.1 鋼板彈簧的布置方案選擇74.2 鋼板彈簧的主要參數(shù)的確定74.2.1 滿載弧高fa74.2.2 鋼板彈簧長度L的確定74.2.3 鋼板彈簧斷面尺寸的確定74.2.4 鋼板彈簧各片尺

2、寸的確定94.3 彈簧剛度的驗算104.4 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算114.5 鋼板彈簧總成弧高的核算135 鋼板彈簧強度驗算146 鋼板彈簧主片的強度的核算157 鋼板彈簧彈簧銷的強度的核算168 致謝17參考文獻18輕型貨車（雙排座）后懸架的設(shè)計1 引 言目前懸架系統(tǒng)主要有空氣懸架、橡膠懸架和鋼板彈簧懸架三種類型，本課程設(shè)計采用是主、副簧形式的板簧懸架，因而會側(cè)重于介紹板簧懸架基本構(gòu)造及研究現(xiàn)狀。鋼板彈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向裝置的非獨立懸架，其主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，維修方

3、便，工藝成熟，工作可靠。缺點是汽車平順性、舒適性較差；簧下質(zhì)量大，無法適應(yīng)車輛輕量化的發(fā)展，并且不能同時兼顧車輛的舒適性與操縱穩(wěn)定性。鋼板彈簧是汽車懸架中應(yīng)用最廣泛的一種彈性元件，它是由若干片等寬但不等長（厚度可以相等，也可以不相等）的合金彈簧片組合而成的一根近似等強度的彈性梁,多數(shù)情況下由多片彈簧組成。鋼板彈簧的第一片也是最長的一片為主片，其兩端彎成卷耳，內(nèi)裝襯套，以便于用彈簧銷與固定在車架上的支架或吊耳作鉸鏈連接。中心螺栓用以連接各彈簧片，并且保證裝配時各片的相對位置。除中心螺栓以外，還有若干個彈簧夾將各片彈簧連接在一起，以保證當鋼板彈簧發(fā)生反向變形時，各片不致于互相分開，以免主片單獨承載

4、，此外，還可防止各片橫向錯動。中心螺栓距兩端卷耳中心的距離相等時，稱為對稱式鋼板彈簧，不相等時,稱為非對稱式鋼板彈簧。多片鋼板彈簧是最古老的人們熟知的彈性元件形式，他的優(yōu)點是不僅能承受作用在不同方向的力，而且還能承受原地起步和制動時的扭矩。此外這種彈簧還能使作用力合理的分布在車架和車身上，并能保證懸架彈性的漸進性。鋼板彈簧橫向布置能提高車身在轉(zhuǎn)彎時的穩(wěn)定性。是其也有許多缺點：弧高和片間摩擦力隨時間變化；由于磨損以及由此出現(xiàn)的應(yīng)力集中使其壽命降低。多片式鋼板彈簧可以同時起到緩沖、減振、導向和傳力的作用，用于貨車后懸架時可以不裝減振器。近年來在許多國家的貨車上采用了一種由單片或2-3片變厚度的斷面

5、的彈簧片構(gòu)成的少片變截面鋼板彈簧，其彈簧片的斷面尺寸是沿長度方向變化的，片寬保持不變，這種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，影響了汽車行駛的平順性）的缺點，據(jù)統(tǒng)計，在兩種彈簧壽命相等的情況下，少片變截面鋼板彈簧可減少質(zhì)量40%-50%。因此，這種彈簧對實現(xiàn)車輛輕量化，節(jié)約能源和合金彈簧鋼材大為有利，故應(yīng)用日漸廣泛，目前我國生產(chǎn)的中、輕型載貨汽車的鋼板彈簧懸架基本上都采用了這種少片變截面鋼板彈簧。2 設(shè)計的主要要求2.1 懸架主要性能懸架與汽車的多種使用性能有關(guān)，在懸架的設(shè)計中應(yīng)該滿足以下性能要求：（1）保證汽車有良好的行駛平順性。（2）具有合適的衰減振動能力

6、。（3）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。（4）汽車制動或加速時能保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾，即點頭或后仰；轉(zhuǎn)彎時車身側(cè)傾角要合適。（5）結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小。（6）可靠的傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩。在滿足零部件質(zhì)量小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。2.2 已知懸架參數(shù)根據(jù)懸架在整車中的作用和整車的性能要求，懸架首先應(yīng)保證有良好的行駛平順性，這是確定懸架主要性能參數(shù)的重要依據(jù)。已知設(shè)計參數(shù)：車型：輕型貨車驅(qū)動形式：FR4 最高車速：90km/h最大爬坡度：imax30% 汽車總質(zhì)量：4110kg整備質(zhì)量：1790：kg 額定載質(zhì)量：1995：kg前/后軸允許載荷：1560kg/2550k

7、g 貨廂長寬高：30201610360mm前后懸：1100/1280mm 軸距：L=3050mm前/后輪距：B1=13850mm/B2=1340mm 接近角/離去角：180/200離合器：單片干式摩擦離合器 變速器：手動五擋主減速比：4.875 發(fā)動機：全柴4A1-68C40最大功率：50kw 最大扭矩：170nm/1800rpm外形尺寸：總長La總寬Ba總高Ha=579017302150mm3 懸架各部分的參數(shù)3.1 懸架的靜撓度fc懸架的靜擾度是指汽車滿載靜止時懸架上的載荷Fw與此時懸架剛度c 之比，即：貨車的懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動系統(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

8、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的振動不存在聯(lián)系。貨車的車身的固有頻率n,可用下式來表示：n=上式中，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：g：重力加速度（9.8N/kg）,代入上式得到:n=15.76/式中n的單位為Hz；的單位為mm分析上式可知：懸架的靜撓度直接影響車身的振動頻率，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。又因為不同的汽車對平順性的要求不相同，貨車的后懸架要求在1.52.0Hz之間，因為貨車主要以載貨為主，所以選取頻率為：1.9Hz.由n=15.76/得:=68.8mm,取=69mm 3.2 懸架的動

9、撓度fd 懸架的動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，車輪中心相對車架的垂直位移。通常貨車的動撓度的選擇范圍在69cm。本設(shè)計選擇： =80mm3.3 懸架的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簧上質(zhì)量變化大，為了減少振動頻率和車身高度的變化，因此選用剛度可變的非線性懸架。將n=1.9hz,m=3041kg，代入公式（滿載時的簧上質(zhì)量m=總質(zhì)量*76%）： n=可得：C=433.4N/mm4 彈性元件的設(shè)計4.1 鋼板彈簧的布置方案選擇布置形式為對稱縱置式鋼板彈簧4.2 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 已知滿載靜止時負荷=2550kg

10、。簧下部分荷重，由此可計算出單個鋼板彈簧的載荷：由前面選定的參數(shù)知：； 4.2.1 滿載弧高 滿載弧高是指鋼板彈簧裝到車軸上，汽車滿載時鋼板彈簧主片上表面與兩端連線間的高度差。常取=1020mm.在此?。?4.2.2鋼板彈簧長度L的確定（1） 選擇原則鋼板彈簧長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。（2） 鋼板彈簧長度的初步選定根據(jù)經(jīng)驗L = 0.35軸距，并結(jié)合國內(nèi)外貨車資料，初步選定彈簧主片的長度為 4.2.3鋼板彈簧斷面尺寸的確定：（1） 鋼板彈簧斷面寬度b的確定有關(guān)鋼板彈簧的

11、剛度，強度可按等截面的簡支梁計算，引入撓度增大系數(shù)加以修正。因此，可根據(jù)修正后的簡支梁公式計算鋼板彈簧所需的總慣性距。對于對稱式鋼板彈簧：式中：SU形螺栓中心距（mm）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)；E材料的彈性模量（MPa）。撓度增大系數(shù)的確定：先確定與主片等長的重疊片數(shù)，再估計一個總片數(shù)，求得，然后=1.5/，初定。對于彈簧：Lm=1070mmk=0.5s=200mm=2=14=1.5/=1.5/=1.35E=2.1N/計算彈簧總截面系數(shù)：式中為許用彎曲應(yīng)力。的選?。汉髲椈蔀?50550N/。已知：=9246.3NLm=1070

12、mm k=0.5 S=200mm =500 N/.再計算彈簧平均厚度： =17.5mm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?。篵=110mm（3） 鋼板彈簧片厚h的選擇矩形斷面等厚鋼板彈簧的總慣性矩用下式計算：式中,n為鋼板彈簧片數(shù)。鋼板彈簧各片的厚度采用相同的情況,將、b、n代入上式中求得:(取)通過查手冊可得鋼板截面尺寸b和h符合國產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。（4） 鋼板斷截面形狀的選擇本設(shè)計選取矩形截面。（5） 鋼板彈簧片數(shù)的選擇：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度梁的差別增大，材料的利用率變

13、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20片。用變截面少片彈簧時，片數(shù)在14選取。根據(jù)貨車的載荷并結(jié)合國內(nèi)外資料初步選取本貨車彈簧的片數(shù)為6片 4.2.4 鋼板彈簧各片長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繪制在圖上，再沿橫坐標量出主片長度的一半L/2和U型螺栓中心距的一半s/2，得到A,B兩點，連接A，B兩點就得到三角形的鋼板彈簧展開圖。AB線與各片上側(cè)邊的交點即為各片的長度。如果存在與主片等長的重疊片，就從B點到最后一個重疊片的上側(cè)邊斷點連一直線，此直線與各片上側(cè)邊的交點即為各片長度。各片實，際長度尺寸需經(jīng)圓整后確定。由圖4-1確定彈簧各片長度圖4-1 確定

14、鋼板彈簧各片長度作圖法表4-1 鋼板各片長度序號123456長度（mm）10709267806364903464.3 彈簧剛度的驗算在此之前，有關(guān)撓度增大系數(shù)，總慣性矩，片長和葉片端部的形狀都不夠準確，所以有必要驗算剛度。用共同曲率法計算剛度，剛度的驗算公式為：C=其中， ； ；式中，a為經(jīng)驗修正系數(shù)，取0.900.94；E為材料彈性模量；、為主片和第（k+1）片的一半長度。公式中主片的一半，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自由剛度；如果用有效長度，即代入上式，求得的剛度值為鋼板彈簧總成的夾緊剛度，則=1070/2-0.5*0.5*200=485mm（1）彈簧剛

15、度驗算表4-2 K12345721452172903622295167240312表4-3 序號1234561.0910-45.4510-53.6310-52.7210-52.1810-51.8210-5表4-4 K123455.4510-51.8210-59.110-66.010-63.610-6、列表如下：表4-5 、K1234520.3455.4892.99146.33170.780.5815.6042.3882.94109.34將上述數(shù)據(jù)代入公式，得總成自由剛度：將上述數(shù)據(jù)代入公式有效長度，即，代入到公式所求得的是鋼板彈簧總成的夾緊剛度：與設(shè)計值相差不大，基本滿足主簧剛度要求。4.4

16、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算（1） 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高，用下式計算：式中，為靜撓度；為滿載弧高；為鋼板彈簧總成用U型螺栓夾緊后引起的弧高變化，；S為U型螺栓的中心距。L為鋼板彈簧主片長度。下面分別計算彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高： =22.08mm則 =69+15+15.58=106.98mm （2） 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑的確定：鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑：=1337.75mm.（3）鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定：矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定：式中，為第i片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm），為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率

17、半徑（mm）為各片彈簧的預應(yīng)力（N/）；E為材料的彈性模量N/，取E為 N/；i片的彈簧厚度（mm）。在已知和的條件下可以用式計算出各片鋼板彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri。對于片厚相同的鋼板彈簧，各片彈簧的預應(yīng)力值應(yīng)不宜選取過大；推薦主片在根部的工作應(yīng)力與預應(yīng)力疊和后的合成應(yīng)力應(yīng)在300350N/內(nèi)選取。14片長片疊加負的預應(yīng)力，短片疊加正的預應(yīng)力。預應(yīng)力從長片由負值逐漸遞增為正值。在確定各片預應(yīng)力時，理論上應(yīng)滿足各片彈簧在根部處的預應(yīng)力所造成的彎矩：或下面分別計算彈簧的各片在自由狀態(tài)下曲率半徑的確定：表4-6 彈簧各片的預應(yīng)力i123456-2.6-1.600.511.5 E= N/ =10m

18、m表4-7 彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑i1234561342.201340.481337.751336.901336.051335.20（4） 鋼板彈簧總成各片在自由狀態(tài)下弧高的計算：如果第i片的片長為，則第i 片彈簧的弧高為：彈簧：將各片長度和曲率半徑代入上式，得彈簧總成各片在自由狀態(tài)下的弧高。表4-8 彈簧總成各片在自由狀態(tài)下的弧高i12345610680573822114.5 鋼板彈簧總成弧高的核算根據(jù)最小勢能原理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)是各片勢能總和最小狀態(tài)，由此可求得等厚葉片彈簧的： 1/=式中，為鋼板彈簧第i片長度。鋼板彈簧的總成弧高為：H上式計算的結(jié)果應(yīng)與計算的設(shè)計結(jié)果相近。

19、如果相差太多，可重新選擇各片預應(yīng)力再行核算。先對彈簧的總成弧高核算，將彈簧各片的長度和曲率半徑代入上述公式可得：然后再代入H =106.62mm，原設(shè)計值為H0=96.98mm，相差不大，符合要求。5 鋼板彈簧強度驗算當貨車牽引驅(qū)動時，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)力用下式計算：=+式中，為作用在后輪上的垂直靜載荷，為制動時后軸負荷轉(zhuǎn)移系數(shù)；轎車：=1.251.30；、為板簧前后段長度；貨車：=1.101.20；為道路附著系數(shù)；b為鋼板彈簧片寬；為鋼板彈簧主片厚度。許用應(yīng)力取為1000MPa。由上式驗算彈簧強度：其中牽引驅(qū)動時，彈簧載荷為:=18490N；=1.15；=0.8 代入上式解得： =彈簧強度在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，符合強度要求。6 鋼板彈簧主片的強度的核算鋼板彈簧主片應(yīng)力是由彎曲應(yīng)力和拉（壓）應(yīng)力合成，即：其中為沿彈簧縱向作用力在主片中心線上的力,算得=17011N； 卷耳厚度；D為卷耳內(nèi)徑，取D=25mm；b為鋼板彈簧