畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)--某中型貨車懸架總成設(shè)計(jì)

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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： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)：車輛 2008.3指導(dǎo)教師： 四川理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院二 O 一二年六月摘要懸架是保證車輪或車橋與汽車承載系統(tǒng)之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動(dòng)以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱。懸架最主要的功能是傳遞作用在車輪和車架之間的一切力和力矩，并緩和汽車行駛過不平路面時(shí)所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證汽車行駛的平順性。盡管一百多年以來汽車懸架從結(jié)構(gòu)形式到作用原理一直在不斷地演進(jìn)，但從結(jié)構(gòu)功能而言它都是由彈性元件、減振裝置和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。在有些情況下，某一零件部件兼起兩種或三種作用，比如鋼板彈簧兼起彈性元件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用。本文討論了汽車懸架的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)懸架的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行簡單介紹，對(duì)影響懸架運(yùn)動(dòng)的各種因素進(jìn)行分析，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、后橋復(fù)合式鋼板彈簧、汽車減振器參數(shù)的選擇計(jì)算和橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)計(jì)算。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：懸架；鋼板彈簧；減振器IAbstractSuspension involves some related components, which exist to guarantee elastic contact between wheels or axle and the carrying system. It also has a great contribution in transferring the load, cushioning the impact, attenuating vibration, and regulating the position of the body of the running car. Apart from the transformation of force and moment between wheels and frame, it help cushion the impact when uneven road surface is encountered, undermine the following vibration of carrying system, and as a result, provide a great possibility of smoothly running.Despite one hundred year of constant evolution from structure to function, suspension is always made up by elastic component、vibration-absorbing appliance and guide mechanism. There will always be some occasion when one component plays two or more important roles at the same time. For example, plate spring can do some job which should be the duty of elastic component or guide mechanism. This paper discusses the current development of vehicle suspension, gives a brief introduction of the structural form of suspension, analyze factors which have influence on suspension movement. The major part of this paper are calculation and design of leaf spring on front axle of medium truck、combined leaf spring on rear axle, stabilizer bar, as well as choosing the parameters of shock absorber. All of these are preconditions to further design of suspension with leaf spring.Keywords: Suspension; leaf spring; shock absorberII目 錄摘要 .IAbstract II第 1 章 緒論 1第 2 章 總體設(shè)計(jì) 22.1 軸數(shù)、驅(qū)動(dòng)形式、布置形式 .22.2 汽車主要參數(shù)設(shè)計(jì) .22.2.1 主要尺寸 .22.2.2 進(jìn)行汽車軸荷分配 .2第 3 章 懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與分析 33.1 非獨(dú)立懸架 .33.1.1 非獨(dú)立式懸架簡介 .33.1.2 非獨(dú)立式懸架特點(diǎn) .33.1.3 鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架 33.2 獨(dú)立懸架 .33.3 懸架主要參數(shù)的確定 .43.3.1 懸架的靜撓度 .43.3.2 懸架的動(dòng)撓度 .53.3.3 懸架主，副簧剛度的分配 .5第 4 章 前懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì) 84.1 鋼板彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 84.1.1 初選參數(shù) 84.1.2 鋼板彈簧各片長度的確定 .104.1.3 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算 .114.1.4 鋼板彈簧總成弧高的核算 .134.1.5 鋼板彈簧強(qiáng)度核算 .144.2 減震器的設(shè)計(jì)計(jì)算 154.2.1 減振器的選擇與分類 .154.2.2 減振器相對(duì)阻尼系數(shù) .154.2.3 減振器阻尼系數(shù) δ 的確定 .16III4.2.4 最大卸荷力的確定 .174.2.5 筒式減振器工作缸直徑 D 的確定 174.2.6 查表確定減振器參數(shù) .18第 5 章 后懸架 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 195.1 鋼板彈簧的布置方案選擇 .195.2 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 195.2.1 滿載弧高 .195.2.2 鋼板彈簧長度 L 的確定 195.2.3 鋼板彈簧斷面尺寸的確定 .195.3 鋼板彈簧各片長度的確定 .225.4 鋼板彈簧剛度的驗(yàn)算 245.5 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算 265.5.1 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 .265.5.2 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑的確定 .265.5.3 鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 .275.5.4 主簧總成和副簧總成各片在自由狀態(tài)下弧高的計(jì)算 .285.5.5 鋼板彈簧總成弧高的核算 .295.6 鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算 305.7 鋼板彈簧主片的強(qiáng)度的核算 315.8 鋼板彈簧彈簧銷的強(qiáng)度的核算 32第 6 章 結(jié)論 33參考文 獻(xiàn) 34致謝 35第 2 章 總體設(shè)計(jì)0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。四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1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)國家道路交通法規(guī)、設(shè)計(jì)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。國內(nèi)生產(chǎn)輕中型貨車的主要廠家有：解放、東風(fēng)、長安、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：8470 總 寬：2470軸 距：4700 前 輪 距 ：1900后 輪 距：1800 滿載重心高度：11802.2.2 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：2500kg 后軸負(fù)荷：2500kg滿載時(shí)：前軸負(fù)荷：3350kg 后軸負(fù)荷：7650kg第 3 章 懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與分析2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 介非獨(dú)立懸架是相對(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) 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，有利于汽車的操縱四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)3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，目前轎車使用最多的獨(dú)立懸架是麥弗遜式懸架。3.3 懸架主要參數(shù)的確定3.3.1 懸架的靜撓度 cf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c比，即cFfwc/?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= ?2/mc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：cgfc/?g：重力加速度（10N/kg）,代入上式得到：非獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架圖 3.1 懸架簡圖第 3 章 懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與分析4n=5/ cf分析上式可知：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。又因?yàn)椴煌钠噷?duì)平順性的要求不相同，貨車的后懸架要求在1.70～2.17hz 之間，因?yàn)樨涇囍饕暂d貨為主，所以選取頻率為：1.9hz。所以 mnfc 69).1/5()/(22??3.3.2 懸架的動(dòng)撓度 d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6～9cm.。本設(shè)計(jì)選擇： cmfd0.8?3.3.3 懸架主，副簧剛度的分配圖 3.2 貨車主、副簧為鋼板彈簧結(jié)構(gòu)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kF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af 0f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k cf四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)5= kFW0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：WF和0， 1/???mac0/Fw?式中， 為副簧的剛度， 為主簧的剛度。ac單個(gè)鋼板彈簧滿載載荷：= WF NgG 36041248507622 ??????輪 重簧 重后 橋 重滿載時(shí) ： WmaF??式中 為副簧簧上質(zhì)量， 為主簧簧上質(zhì)量。m單個(gè)鋼板彈簧空載載時(shí)簧上質(zhì)量： NgGF 102924850220 ???????輪 重簧 重后 橋 重n=1.9hz , m=3604kg,代入公式：n= ?/mc可得 C=5137N/cm又 5.3102964/??FoW?= =0.87mac/1??有上面的二式，可聯(lián)立方程組：（1）cNma/537??=0.87 （2）c/由（1） ， （2）兩式可得：=2390N/cm , =2747N/cmacmc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 。caf=19257.5NWkF0?又：第 3 章 懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與分析6，得：acmcakWCffF??= )/()(mk?acf= 5137.92604= 3.27 cm NccCfFaca 7815/0.????Wm=36040N -7815N=28225N?主簧 ： = = =10.28cmcf27485副簧 ： = = =3.27cmcafCF23907815四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)7第 4 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。4.1 鋼板彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1.1 初選參數(shù)選擇鋼板彈簧長度時(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，轎車后簧長度為軸矩的 40％—55％，載貨汽車前后簧長度分別為軸距的 26％—35％和 35％—45％。故前鋼板彈簧長度范圍：L=1222-1650 mm 取 L=1410mm目前國內(nèi)貨車所用的鋼板彈簧材料多為 鋼，如 60Si2Mn MnSi?、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。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σm：前彈簧 350～450 ，后彈簧 450～550 ；彈簧比應(yīng)力 ： 2/mN2/mN?前、后彈簧比應(yīng)力 415～515 。3可按等截面簡支梁的計(jì)算公式并引進(jìn)一個(gè)修正系數(shù)加以修正，這時(shí)彈簧的撓度系數(shù) 為f= =f0348EIQL???3nbh第 4 章 前懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)8式中：δ——撓度系數(shù)。 δ=1.25～1.42 可按式：δ=1.5∕[1.04 (1+0.5n1∕n ) ]選取，其中 n1 為與主片等長的重疊片數(shù)；N——總片數(shù)；B——板簧寬度；Q——支承載荷；L——板簧長度；E——材料的楊氏彈性模量，取 ；MPa5106.2?I0——總截面慣性矩，I 0= 。3nbh設(shè)計(jì)時(shí)希望：6＜b／h＜14剛度 34LEnbhfQCS??鋼板彈簧總截面系數(shù) 620nbhW?比應(yīng)力: 232645.1LEhnbQf????=4.5～5.5N/mm 2試取前鋼板彈簧：長×寬×高—總片數(shù)(主片數(shù))=1410×70×12—9（2） ；由上面公式可得：四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)91 撓度系數(shù)： ；30.1??2 彎曲應(yīng)力： ∈[350 450]；MPa42?3 比應(yīng)力： ∈[4.5 5.5 ]；3/5.mN4 靜撓度： =77.44 mm∈[50 110]；f5 鋼板彈簧截面系數(shù): ；30.8W?6 剛度： ；mNCs/9.167 總截面慣性矩: 。4067.281I?4.1.2 鋼板彈簧各片長度的確定考慮到彈簧安裝的夾緊夾緊修正后的鋼板彈簧所需的慣性矩和應(yīng)滿足的強(qiáng)度要求分別為： ??ECksLIS483?????????0WQ式中： s——U 型螺栓中心距，mm；k——考慮 U 型螺栓夾緊板簧后的無效長度系數(shù)，剛性夾緊時(shí) k=0.5；撓性夾緊時(shí) k=0；W0——鋼板彈簧縱截面系數(shù)；[σ]——許用彎曲應(yīng)力，對(duì)前板簧取[σ]=350——450MPa；計(jì)算得：s∈[0 405] 取 s=200mm；由作圖法可求得前鋼板彈簧各片長度（圓整后）為：單位 mm。第 4 章 前懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)10第一片 1410 第二片 1410 第三片 1100 第四片 1015 第五片 0930 第六片 0845 第七片 0760 第八片 0675 第九片 0590 序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9長度（mm）1410 1410 1100 1015 930 845 760 675 5904.1.3 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：0HffHac???0式中， ——靜撓度； ——滿載弧高； ——鋼板彈簧總成用 U 形螺cfaff?栓夾緊后引起的弧高變化； 2))(3Lfsfca????s——U 型螺栓中心距；L 為鋼板彈簧主片長度。鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑 028HR?——靜撓度； mm；cf 4.71?CQfc——滿載弧高； ∈[10 20] mm 取 =15 mm；afaf af把數(shù)據(jù)帶入公式有：；????mLfSsfca 02.5103)1(7.46-10232????????；mffHac .54.70四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)11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 01??niiM或 ?niiW10?設(shè)計(jì)時(shí)可取第一片、第二片預(yù)應(yīng)力為-80 ～-150，最后幾片的預(yù)應(yīng)力為20～60MPa。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: ）MPa序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9預(yù)應(yīng)力 -80 -60 -40 -20 -10 0 5 10 20第一片 -80；第二片 -60；第三片 -40；第四片 -20；第五片 -10；第六片0；第七片 5；第八片 10；第九片 20由公式：預(yù)應(yīng)力 ；????????0012REhIii?可得 ；iii hR?02式中 ——第 片鋼板彈簧的高度；ii——第 片鋼板彈簧的預(yù)應(yīng)力；0i?i——葉片裝配后的曲率半徑，可近視地看成與總成自由狀態(tài)下的曲率半0R徑；——鋼板彈簧第 片在自由狀態(tài)下的曲率半徑；i iE——材料的楊氏彈性模量，取 ；MPa5106.2?第 4 章 前懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)12由計(jì)算可得出鋼板彈簧第 片在自由狀態(tài)下的曲率半徑為：（單位：mm）i序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9曲率半徑 2486.9 2482.3 2476.8 2471.9 2466 2459 2490 2487.5 2485同理可算得鋼板彈簧第 片在滿載狀態(tài)下的曲率半徑為：（單位：mm）i序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9曲率半徑 1157.4 1121.4 1087.6 1055.7 1040.5 1025.8 1018.5 1011.3 997.3如果第 片的片長為 ，則第 片彈簧的弧高為：iiLiiiRH82?計(jì)算可求出第 片鋼板彈簧的弧高為：（單位：mm）序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9長度（mm）136.8 137.1 119.4 103 87.7 73.7 59.8 48.2 38同理可算得鋼板彈簧第 片在滿載狀態(tài)下的弧高為：（單位：mm）i序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9長度（mm）28.6 26 24.4 22.8 19.6 17.9 15 12.7 10.34.1.4 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)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：0R?????niniiLR110/式中 為第 片鋼板彈簧的長度。i四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)13鋼板彈簧總成的弧高為 028RLH?由計(jì)算可求得： m34.10?H=145.24 mm因?yàn)?mffHac 46.1702.54.724.150 ????????所以所選彈簧參數(shù)合理。4.1.5 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：max???????02112ˊ1ax WlclG????式中 G1——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： =1.40～1.60；1m? 1m?、 ——鋼板彈簧前后段長度；1l2——道路附著系數(shù)，取 0.8；?——道路總截面系數(shù)；0WC——為彈簧固定點(diǎn)到路面的距離。解得 ；??MPaPa1067.31max?????所設(shè)計(jì)的鋼板彈簧合理。故前橋鋼板彈簧參數(shù)為：第 4 章 前懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)14長×寬×高—總片數(shù)(主片數(shù))=1410×70×12—9（2）4.2 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。4.2.1 減振器的選擇與分類現(xiàn)代液壓減振的的結(jié)構(gòu)形式多種多樣。目前，國內(nèi)外常用的結(jié)構(gòu)形式大致為三類，即彈性閥片型、彈性閥片和柱形彈簧結(jié)合型、閥門和柱形彈簧結(jié)合型。其共同的特點(diǎn)是：都采用帶有常通孔的液流控制閥門來實(shí)現(xiàn)減振器的內(nèi)特性，且節(jié)流形式大都屬于薄壁小孔節(jié)流。安結(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在較大的工作壓力條件下工作，但由于它的工作特性受活塞磨損和工作溫度的變化的影響大而遭淘汰。筒式減振器又可分為單向筒式、雙向筒式和充氣式三種。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；有足夠的使用壽命。本設(shè)計(jì)選用雙向作用筒式減振器。4.2.2 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=δ×v式中 δ——為減振器阻尼系數(shù)。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)ψ 的大小來評(píng)定振動(dòng)衰減的快慢程度。ψ 的表達(dá)式為：ψ=δ/ (2 )scm式中，c 為懸架系統(tǒng)的垂直剛度； 為簧上質(zhì)量。s四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)15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Y?取得大些。兩者之間保持有 =（0.25～0.50） 的關(guān)系。s? s設(shè)計(jì)時(shí)先選取 與 的平均值 ψ。對(duì)于無內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，取Ysψ=0.25～0.35；對(duì)于行駛路面較差的汽車，ψ 值應(yīng)取大些，一般取 ＞0.3；s?為了避免懸架碰撞車架，取 。sY?5,0?本設(shè)計(jì)取 ψ=0.3= ；得 =0.42SY???5.1Ss.04.?Y4.2.3 減振器阻尼系數(shù) δ 的確定減振器阻尼系數(shù) δ 的計(jì)算式為????2cosanm?ω——懸架系統(tǒng)固有頻率 ；smc/?n——雙橫臂懸架的下臂長；a——減振器在下橫臂上的連接點(diǎn)到下橫臂在車身上的鉸接點(diǎn)之間的距離；α——為減振器軸線與鉛垂線之間的夾角；——簧上質(zhì)量；smC——懸架系統(tǒng)的垂直剛度。彈性元件的剛度有時(shí)與懸架的剛度相等，如鋼板彈簧非獨(dú)立懸架。所以對(duì)前懸架：C=160.09N/mm第 4 章 前懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)16=3350÷2=1675 Kgsmω=11.25 14.2.4 最大卸荷力 的確定0F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 。xvnaAvx/cos???式中 ——卸荷速度，一般為 0.15～0.30m/s；xvA——車身振副，取 40mm；?ω——懸架振動(dòng)固有頻率如果已知伸張行程的阻尼系數(shù) ，在伸張行程的最大卸荷力s?XSF??0所以對(duì)前懸架有= =0.23 m/snaAvx/cos???53cos2.104.?= =31625 Kg/s??2csm30cos.6.22?NF75.3.01650??4.2.5 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0F????2014????P四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)17式中 [P]——工作缸最大許用壓力，取 3～4MPa；λ——為連桿直徑與缸筒直徑之比，雙筒式減振器取 λ=0.40～0.50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/T491—1999《汽車筒式減振器 尺寸系列及技術(shù)條件》。P=3.5MPa； λ=0.45=57.62mm??245.01.347???D4.2.6 查表確定減振器參數(shù)查 QC/T491—1999《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=65mm；基長： （HH 型）=210mm ；1l貯油筒最大外徑 =90mm；1D防塵罩最大外徑 =102mm；2壓縮到底長度最大拉伸長度： =210+190+4=404mmminL壓縮到底長度最大拉伸長度： =210+280-4=486mmax第 5 章 后懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)18第 5 章 后懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 鋼板彈簧的布置方案選擇后懸架僅適用鋼板彈簧，選擇布置形式為對(duì)稱縱置式的主、副鋼板彈簧。5.2 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定已知滿載靜止時(shí)負(fù)荷 =7650kg?；上虏糠趾芍?，由此可計(jì)算2GkgGZ42?出單個(gè)鋼板彈簧的載荷：。NgFZW36012476502????由前面選定的參數(shù)知：cmfd0.85.2.1 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af與兩端連線間的高度差。常取 =10～20mm.在此取：afmfa15?5.2.2 鋼板彈簧長度 L 的確定5.2.2.1 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=(0.40～0.55)軸距；貨車前懸架：L=(0.26～0.35)軸距，后懸架：L=(0.35～0.45)軸距。5.2.2.2 鋼板彈簧長度的初步選定：根據(jù)經(jīng)驗(yàn) L = 0.35 軸距，并結(jié)合國內(nèi)外貨車資料，初步選定主簧主片的?長度為 1650mm , 副簧主片的長度為 1180mm.m??aL5.2.3 鋼板彈簧斷面尺寸的確定5.2.3.1 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0J四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)19??EckSLJ48/)(30???式中： S——U 形螺栓中心距（mm）k——U 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= ）;cWfF/——為撓度增大系數(shù)。?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(jì)一個(gè)總片數(shù) ，求得 ，1n0n01/n??然后 =1.5/ ，初定 。???)5.01(4.???對(duì)于主簧：L=1650mm k=0.5 S=200mm =2 1n=140142??=1.5/ =1.5/ =1.35???)5.0(.??????????)1425.0(4.1E=2.1 N/5?4m將上述數(shù)據(jù)代入以上公式得=137×1030J4m計(jì)算主簧總截面系數(shù) ：0W???WWkSLF?4/)(??式中 為許用彎曲應(yīng)力。 的選?。汉笾骰蔀?450～550N/ ，后副簧為??w??w?2m220～250 N/ 。2m= =28225NwFL=1650mm 第 5 章 后懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)20k=0.5 S=200mm =500 N/ .??w?2m將上面數(shù)據(jù)代入公式，得：=21.9×1030Wm再計(jì)算主簧平均厚度：=12mm??cmwpEfkSLJh6)(/220????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 范圍內(nèi)ph選取。b = 75mm對(duì)于副簧：L=1180mmk=0.5S=200mm1?n50?31.)5.01(4./5???????????E= 2/.2mN?將上述數(shù)據(jù)代入公式，得401mJ??計(jì)算副簧總截面系數(shù) ：W0???WWkSLF?4/)(??= =7815NwFa四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)21L=1180mm k=0.5 S=200mm =245 N/ .??w?2m將上面數(shù)據(jù)代入，得：=8.6×1030Wm再計(jì)算副簧平均厚度：=10mm??cawpEfkSLJh6)(/220????b = 70mm5.2.3.2 鋼板彈簧片厚 h 的選取本設(shè)計(jì)主簧和副簧均采用等厚片，片厚分別為 12mm、10mm。通過查手冊(cè)可得鋼板截面尺寸 b 和 h 符合國產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。5.2.3.3 鋼板斷截面形狀的選擇本設(shè)計(jì)選取矩形截面。5.2.3.4 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(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)貨車的載荷并結(jié)合國內(nèi)外資料初步選取本貨車主簧的片數(shù)為 10 片，副簧的片數(shù)為 5 片。5.3 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(biāo)繪制在圖上，再沿橫ih3i坐標(biāo)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(diǎn)，連接 A，B 兩點(diǎn)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(diǎn)即為各片的長度。如果存在與主片等長的重疊片，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)即為各片長度。各片實(shí)，際長度尺寸需經(jīng)圓整后確定。由圖 5-1 確定主簧各片長度：第 5 章 后懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)22圖 5-1 確定主簧各片長度圖主簧各片鋼板的長度如表 5-1：表 5-1 主簧各片鋼板的長度 序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9長度（mm）1650 1650 1538.4 1427 1315.4 1204 1092.4 980.8 869.4序號(hào) 10長度（mm）757.8由圖 5-2 確定副簧各片長度；四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)23圖 5-2 確定副簧各片長度圖主簧各片鋼板的長度如表 5-2：表 5-2 副簧各片鋼板的長度序號(hào) 1 2 3 4 5長度（mm）1180 1022 967 885 8025.4 鋼板彈簧剛度的驗(yàn)算在此之前，有關(guān)撓度增大系數(shù) ，總慣性矩 ，片長和葉片端部的形狀都?0J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= ???????????ni KkYaE113)(/6?其中， ； ； 。)(11????kkla?iKJY1/??1/kiJ式中，?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,1l1?k和第（k+1）片的一般長度。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，求的剛度值1l為鋼板彈簧總成自由剛度 ；如果用有效長度，即 代入上式，jc )5.0(1' kSl??求得的剛度值為鋼板彈簧總成的夾緊剛度 。zc