輕型貨車(chē)(雙排座)后懸架的設(shè)計(jì)說(shuō)明

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1、 . 輕型貨車(chē)（雙排座）后懸架的設(shè)計(jì) 目 錄 1 引言1 2 設(shè)計(jì)的主要要求3 2.1 懸架的主要性能 3 2.2 已知懸架參數(shù)3 3 懸架各部分的參數(shù) 5 3.1 懸架的靜撓度f(wàn)c5 3.2 懸架的動(dòng)撓度f(wàn)d5 3.3 懸架的彈性特性 6 4 彈性元件的設(shè)計(jì)7 4.1 鋼板彈簧的布置方案選擇7 4.2 鋼板彈簧的主要參數(shù)的確定7 4.2.1 滿載弧高fa7 4.2.2 鋼板彈簧長(zhǎng)度L的確定7 4.2.3 鋼板彈簧斷面尺寸的確定7 4.2.4 鋼板彈簧各片尺寸的確定9 4.3 彈簧剛度的驗(yàn)

2、算10 4.4 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高與曲率半徑計(jì)算11 4.5 鋼板彈簧總成弧高的核算13 5 鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算14 6 鋼板彈簧主片的強(qiáng)度的核算15 7 鋼板彈簧彈簧銷(xiāo)的強(qiáng)度的核算16 8 致17 參考文獻(xiàn)18 - 17 - / 19 輕型貨車(chē)（雙排座）后懸架的設(shè)計(jì) 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(lèi)型，本課程設(shè)計(jì)采用是主、副簧形式的板簧懸架，因而會(huì)側(cè)重于介紹板簧懸架基本構(gòu)造與研究現(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(guó)95%以上的重卡懸架系統(tǒng)是

3、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)車(chē)輛輕量化的發(fā)展，并且不能同時(shí)兼顧車(chē)輛的舒適性與操縱穩(wěn)定性。 鋼板彈簧是汽車(chē)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(zhǎng)（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(qiáng)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(zhǎng)的一片為主片，其兩端彎成卷耳，裝襯套，以便于用彈簧銷(xiāo)與固定在車(chē)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(shí)各片的相對(duì)位置。除中心螺栓以外，還有若干個(gè)彈簧夾將各

4、片彈簧連接在一起，以保證當(dāng)鋼板彈簧發(fā)生反向變形時(shí)，各片不致于互相分開(kāi)，以免主片單獨(dú)承載，此外，還可防止各片橫向錯(cuò)動(dòng)。 中心螺栓距兩端卷耳中心的距離相等時(shí)，稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)式鋼板彈簧，不相等時(shí),稱(chēng)為非對(duì)稱(chēng)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(diǎn)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(dòng)時(shí)的扭矩。此外這種彈簧還能使作用力合理的分布在車(chē)架和車(chē)身上，并能保證懸架彈性的漸進(jìn)性。鋼板彈簧橫向布置能提高車(chē)身在轉(zhuǎn)彎時(shí)的穩(wěn)定性。是其也有許多缺點(diǎn)：弧高和片間摩擦力隨時(shí)間變化；由于磨損以與由此出現(xiàn)的應(yīng)力集中使其壽命降低。多片式鋼板彈簧可以同時(shí)起到緩沖、減振、導(dǎo)向和傳力的作用，

5、用于貨車(chē)后懸架時(shí)可以不裝減振器。 近年來(lái)在許多國(guó)家的貨車(chē)上采用了一種由單片或2-3片變厚度的斷面的彈簧片構(gòu)成的少片變截面鋼板彈簧，其彈簧片的斷面尺寸是沿長(zhǎng)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(chē)行駛的平順性）的缺點(diǎn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(duì)實(shí)現(xiàn)車(chē)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(guó)生產(chǎn)的中、輕型載貨汽車(chē)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。

6、 2 設(shè)計(jì)的主要要求 2.1 懸架主要性能 懸架與汽車(chē)的多種使用性能有關(guān)，在懸架的設(shè)計(jì)中應(yīng)該滿足以下性能要求： （1）保證汽車(chē)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(chē)具有良好的操縱穩(wěn)定性。 （4）汽車(chē)制動(dòng)或加速時(shí)能保證車(chē)身穩(wěn)定，減少車(chē)身縱傾，即點(diǎn)頭或后仰；轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)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(chē)身與車(chē)輪之間的各種力和力矩。在滿足零部件質(zhì)量小的同時(shí)，還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。 2.2 已知懸架參數(shù) 根據(jù)懸架在整車(chē)中的作用和整車(chē)的性能要求，懸架首先應(yīng)保證有良好的行

7、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(jì)參數(shù)：車(chē)型：輕型貨車(chē) 驅(qū)動(dòng)形式：FR4 最高車(chē)速：90km/h 最大爬坡度：imax≥30% 汽車(chē)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/2550kg 貨廂長(zhǎng)寬高：3020×1610×360mm 前后懸：1100/1280mm 軸距：L=3050

8、mm 前/后輪距：B1=13850mm/B2=1340mm 接近角/離去角：180/200 離合器：?jiǎn)纹墒侥Σ岭x合器 變速器：手動(dòng)五擋 主減速比：4.875 發(fā)動(dòng)機(jī)：全柴4A1-68C40 最大功率：50kw 最大扭矩：170nm/1800rpm 外形尺寸：總長(zhǎng)La×總寬Ba×總高Ha=5790×1730×2150mm 3 懸架各部分的參數(shù)

9、 3.1 懸架的靜撓度f(wàn)c 懸架的靜擾度是指汽車(chē)滿載靜止時(shí)懸架上的載荷Fw與此時(shí)懸架剛度c 之比，即： 貨車(chē)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(chē)行駛平順性的主要參數(shù)之一。因汽車(chē)的質(zhì)量分配系數(shù)近似等于1，因此貨車(chē)車(chē)軸上方車(chē)身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系。貨車(chē)的車(chē)身的固有頻率n,可用下式來(lái)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(chē)身的振動(dòng)頻率，因此欲保證汽車(chē)有良好的行駛平

10、順性，就必須正確選擇懸架的靜撓度。 又因?yàn)椴煌钠?chē)對(duì)平順性的要求不一樣，貨車(chē)的后懸架要求在1.5～2.0Hz之間，因?yàn)樨涇?chē)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(dòng)撓度f(wàn)d 懸架的動(dòng)撓度是指從滿載靜平衡位置開(kāi)始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)容許的最大變形時(shí)，車(chē)輪中心相對(duì)車(chē)架的垂直位移。通常貨車(chē)的動(dòng)撓度的選擇圍在6～9cm。本設(shè)計(jì)選擇： =80mm 3.3 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?xún)煞N。由于貨車(chē)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(chē)身高度的變化，因此選用剛

11、度可變的非線性懸架。 將n=1.9hz,m=3041kg，代入公式（滿載時(shí)的簧上質(zhì)量m=總質(zhì)量*76%）： n= 可得：C=433.4N/mm 4 彈性元件的設(shè)計(jì) 4.1 鋼板彈簧的布置方案選擇 布置形式為對(duì)稱(chēng)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(shí)負(fù)荷=2550kg?；上虏糠趾芍?，由此可計(jì)算出單個(gè)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(chē)軸上，汽車(chē)滿載時(shí)鋼板彈簧主片上表面與兩端連線

12、間的高度差。常取=10～20mm.在此?。? 4.2.2鋼板彈簧長(zhǎng)度L的確定 （1） 選擇原則 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(chē)L=(0.40～0.55)軸距；貨車(chē)前懸架：L=(0.26～0.35)軸距，后懸架：L=(0.35～0.45)軸距。 （2） 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)外貨車(chē)資料，初步選定彈簧主片的長(zhǎng)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(chēng)式鋼

13、板彈簧： 式中：S——U形螺栓中心距（mm） k——U形螺栓夾緊(剛性?shī)A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(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。 對(duì)于彈簧：Lm=1070mm k=0.5 s=200mm =2 =14 =1.5/=1.5/=1.35 E=2.1N/ 計(jì)算彈簧總截面系數(shù)： 式中為許用彎曲應(yīng)力。的選取：后彈簧為450～550N/。 已知：==9246.3N Lm=1070mm k=0.

14、5 S=200mm =500 N/. 再計(jì)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6～10圍選?。? b=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(jì)算： 式中,n為鋼板彈簧片數(shù)。 鋼板彈簧各片的厚度采用一樣的情況,將、b、n代入上式中求得: (取) 通過(guò)查手冊(cè)可得鋼板截面尺寸b和h符合國(guó)產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。 （4） 鋼板斷截面形狀的選擇 本設(shè)計(jì)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(chē)的行駛平

15、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6～14片之間選取，重型貨車(chē)可達(dá)20片。用變截面少片彈簧時(shí)，片數(shù)在1～4選取。 根據(jù)貨車(chē)的載荷并結(jié)合國(guó)外資料初步選取本貨車(chē)彈簧的片數(shù)為6片 4.2.4 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/2和U型螺栓中心距的一半s/2，得到A,B兩點(diǎn)，連接A，B兩點(diǎn)就得到三角形的鋼板彈簧展開(kāi)圖。AB線與各片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片的長(zhǎng)度。如果存在與主片等長(zhǎng)的重疊片，就從B點(diǎn)到最后一個(gè)重疊片的上側(cè)邊斷點(diǎn)連一直線，此直線與各片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長(zhǎng)度

16、。各片實(shí)，際長(zhǎng)度尺寸需經(jīng)圓整后確定。由圖4-1確定彈簧各片長(zhǎng)度 圖4-1 確定鋼板彈簧各片長(zhǎng)度作圖法 表4-1 鋼板各片長(zhǎng)度 序號(hào) 1 2 3 4 5 6 長(zhǎng)度（mm） 1070 926 780 636 490 346 4.3 彈簧剛度的驗(yàn)算 在此之前，有關(guān)撓度增大系數(shù)，總慣性矩，片長(zhǎng)和葉片端部的形狀都不夠準(zhǔn)確，所以有必要驗(yàn)算剛度。用共同曲率法計(jì)算剛度，剛度的驗(yàn)算公式為： C= 其中， ； ；； 式中，a為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，取0.90～0.94；E為材料彈性模量；、為主片和第（k+1）片的一半長(zhǎng)度。 公式中主片的一半，如果用中心螺栓到卷耳

17、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(zhǎng)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）彈簧剛度驗(yàn)算 表4-2 K 1 2 3 4 5 72 145 217 290 362 22 95 167 240 312 表4-3 序號(hào) 1 2 3 4 5 6 1.09×10-4 5.45×10-5 3.63×10-5 2.72×10-5 2.18×10-5 1.82×10-5 表4-4 K 1 2 3 4 5

18、 5.45×10-5 1.82×10-5 9.1×10-6 6.0×10-6 3.6×10-6 、列表如下： 表4-5 、 K 1 2 3 4 5 20.34 55.48 92.99 146.33 170.78 0.58 15.60 42.38 82.94 109.34 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(zhǎng)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(jì)值相差不大，基本滿足主簧剛度要求。 4.4 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高與曲率半徑計(jì)算 （1） 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的

19、弧高，用下式計(jì)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(zhǎng)度。 下面分別計(jì)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

20、自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）為各片彈簧的預(yù)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(jì)算出各片鋼板彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri。 對(duì)于片厚一樣的鋼板彈簧，各片彈簧的預(yù)應(yīng)力值應(yīng)不宜選取過(guò)大；推薦主片在根部的工作應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力疊和后的合成應(yīng)力應(yīng)在300～350N/選取。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)片由負(fù)值逐漸遞增為正值。 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的預(yù)應(yīng)力所造成的彎矩： 或 下面分別計(jì)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(yù)應(yīng)力 i 1 2 3

21、4 5 6 -2.6 -1.6 0 0.5 1 1.5 E= N/=10mm 表4-7 彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑 i 1 2 3 4 5 6 1342.20 1340.48 1337.75 1336.90 1336.05 1335.20 （4） 鋼板彈簧總成各片在自由狀態(tài)下弧高的計(jì)算： 如果第i片的片長(zhǎng)為，則第i 片彈簧的弧高為： 彈簧：將各片長(zhǎng)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 i 1 2 3 4 5 6 10

22、6 80 57 38 22 11 4.5鋼板彈簧總成弧高的核算 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： 1/= 式中，為鋼板彈簧第i片長(zhǎng)度。 鋼板彈簧的總成弧高為： H 上式計(jì)算的結(jié)果應(yīng)與計(jì)算的設(shè)計(jì)結(jié)果相近。如果相差太多，可重新選擇各片預(yù)應(yīng)力再行核算。先對(duì)彈簧的總成弧高核算，將彈簧各片的長(zhǎng)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(jì)值為H0=96.98mm，相差不大，符合要求。 5 鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算 當(dāng)貨車(chē)牽引驅(qū)動(dòng)時(shí)，貨車(chē)的后鋼板彈簧承受的載荷最

23、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(chē)：=1.25~1.30；、為板簧前后段長(zhǎng)度；貨車(chē)：=1.10~1.20；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(yàn)算彈簧強(qiáng)度：其中牽引驅(qū)動(dòng)時(shí)，彈簧載荷為:=18490N；=1.15；=0.8 代入上式解得： = 彈簧強(qiáng)度在許用應(yīng)力圍，符合強(qiáng)度要求。 6 鋼板彈簧主片的強(qiáng)度的核算 鋼板彈簧主片應(yīng)力σ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

24、片中心線上的力,算得=17011N； 卷耳厚度；D為卷耳徑，取D=25mm；b為鋼板彈簧寬度,b=110mm。許用應(yīng)力[σ]取為350MPa。代入上式得： 主片符合強(qiáng)度要求。 7 鋼板彈簧彈簧銷(xiāo)的強(qiáng)度的核算 對(duì)鋼板彈簧銷(xiāo)要驗(yàn)算鋼板彈簧受靜載荷時(shí)鋼板彈簧銷(xiāo)受到的擠壓應(yīng)力。其中，為滿載靜止時(shí)鋼板彈簧端部的載荷，b為主片葉片寬；d為鋼板彈簧銷(xiāo)直徑。用20鋼或20Cr鋼經(jīng)滲碳處理或用45鋼經(jīng)高頻淬火后，其[]≤7～9 MPa。；。因?yàn)椤躘]，故彈簧銷(xiāo)滿足強(qiáng)度要求。 8 致 在這

25、次課程設(shè)計(jì)的撰寫(xiě)過(guò)程中，我得到了許多人的幫助。 首先我要感我的老師在課程設(shè)計(jì)上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報(bào)告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題，讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)，而且也開(kāi)闊了視野，提高了自己的設(shè)計(jì)能力。 其次，我要感幫助過(guò)我的同學(xué)，他們也為我解決了不少我不太明白的設(shè)計(jì)商的難題。同時(shí)也感學(xué)院為我提供良好的做課程設(shè)計(jì)的環(huán)境。 最后再一次感所有在設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友和同學(xué) 參 考 文 獻(xiàn) [1] 王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì)[M].4版.:機(jī)械工業(yè),2004. [2] 余志生.汽車(chē)?yán)碚揫M].5版.:機(jī)械工業(yè),2009. [3] 王國(guó)權(quán),蔡國(guó)慶.汽車(chē)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)[M].：機(jī)械工業(yè)，2009. [4] 聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].5版.:機(jī)械工業(yè),2009. [5]王志宏.后鋼板彈簧懸架變形對(duì)傳動(dòng)軸最大滑出量的影響[J].汽車(chē)工程,2001,3. [6]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì),機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].:機(jī)械工業(yè),2004,180-185.