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

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文通過傳統(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，詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算了漸變剛度鋼板彈簧后懸架。</p><p>　　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；其次詳細(xì)概述了懸架系統(tǒng)對(duì)汽車平順性和操縱穩(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

2、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?。蛔詈筮€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)簡單，工作可靠，制造成本低等特點(diǎn)，長期以來在各種大中型車輛上得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：輕型載貨汽車；后懸架；鋼板彈簧；設(shè)計(jì)</p>&l

3、t;p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This article through the traditional design calculation method and computer technology, combining with IVECO Light Truck Tire as the prototype, the car design ca

4、lculation after gradient stiffness &leaf spring suspension.</p><p>　　This paper firstly introduces the suspension system research and design and development status quo and tendency; Secondly detailed ove

5、rview 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 structure

6、of the main parts selection and calculation, leaf-spring curvature, material strength, stiffness checking and checking, shock absorber selection </p><p>　　Keywords: light commercial vehicle；rear suspension；

7、leaf spring；design</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1研究

8、背景及意義1</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.3研究內(nèi)容和方法4</p><p><b>　　1.4本章小結(jié)6</b></p><p>　　2 懸架系統(tǒng)總體方案的確定7</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)要求7</b&g

9、t;</p><p>　　2.2懸架系統(tǒng)概述7</p><p>　　2.3懸架系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案確定9</p><p>　　2.4懸架系統(tǒng)各主要零部件選型11</p><p>　　2.5技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析15</p><p>　　3 懸架系統(tǒng)主要性能參數(shù)的確定18</p><p>　　3.1懸

10、架靜撓度和動(dòng)撓度的選擇18</p><p>　　3.2懸架彈性特性20</p><p>　　3.3后懸架主、副簧剛度的分配關(guān)系21</p><p>　　3.4懸架側(cè)傾剛度及其在前、后軸的分配22</p><p>　　4彈性元件的設(shè)計(jì)計(jì)算23</p><p>　　4.1初選參數(shù)23</p>&l

11、t;p>　　4.2 各片長度的確定26</p><p>　　4.3鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算28</p><p>　　4.4總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算29</p><p>　　4.5鋼板彈簧總成弧高的核算31</p><p>　　4.6各種工況下校核32</p><p><b>　　5減振器

12、設(shè)計(jì)35</b></p><p>　　5.1相對(duì)阻尼系數(shù)ψ的選擇35</p><p>　　5.2減振器阻力系數(shù)δ的確定36</p><p>　　5.3最大卸荷力的確定37</p><p>　　5.4筒式減振器工作缸直徑的確定38</p><p>　　5.5減振器工作行程檢驗(yàn)38</p>

13、;<p>　　6鋼板彈簧運(yùn)動(dòng)分析39</p><p>　　6.1鋼板彈簧壓平前的計(jì)算40</p><p>　　6.2鋼板彈簧反弓后的計(jì)算43</p><p><b>　　7總結(jié)與展望47</b></p><p><b>　　7.1 總結(jié)47</b></p>&l

14、t;p><b>　　7.2展望47</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)48</b></p><p><b>　　致謝50</b></p><p>　　附錄錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　1 緒論</b></p&

15、gt;<p>　　1.1研究背景及意義</p><p>　　鋼板彈簧懸架(簡稱板簧懸架)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)簡單，制造容易，維修方便，工藝成熟，工作可靠。缺點(diǎn)是汽車平順性、舒適性較差；簧下質(zhì)量大，無法適應(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。</p&g

16、t;<p>　　國內(nèi)汽車懸架彈簧生產(chǎn)企業(yè)160余家，遍布全國各地，具有規(guī)模的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)(生產(chǎn)規(guī)模在0.8萬噸以上)約80余家。產(chǎn)品質(zhì)量水平剛達(dá)到國外先進(jìn)國家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，大多仍停留在簡單生產(chǎn)工藝的水平上，產(chǎn)品成本較高，難以參與國際市場競爭。國內(nèi)能夠生產(chǎn)高檔次汽車鋼板懸架彈簧的企業(yè)只有4家：一汽集團(tuán)遼陽汽車彈簧廠、東風(fēng)汽車懸架

17、彈簧有限公司、重慶紅巖汽車彈簧廠、山東汽車彈簧廠，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鋼板彈簧的能力。國內(nèi)能夠同時(shí)生產(chǎn)客車、貨車、轎車懸架彈簧的廠家也只有三個(gè)：一汽集團(tuán)遼陽汽車彈簧廠、東風(fēng)汽車懸架彈簧有限公司、山東汽車彈簧廠[1]。</p><p>　　自主開發(fā)是中國汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的保障。我國汽車產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過半個(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

18、、自主品牌嚴(yán)重缺乏以及國際競爭加劇帶來的壓力。我國的汽車產(chǎn)業(yè)要加速、持續(xù)和健康的發(fā)展，并成為我國國民經(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)展具有中國特色的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新模式，推動(dòng)汽車產(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。</p><p>　　所以為了適應(yīng)汽車產(chǎn)業(yè)的自主開發(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。</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)

19、狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　1.2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　隨著道路交通的不斷發(fā)展，汽車車速有了很大的提高，被動(dòng)懸架的缺陷逐漸成為整車性能，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年美國通用汽車公司在懸架設(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，汽車懸架

20、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公司和生產(chǎn)廠家競相研制開發(fā)這種懸架。豐田、洛特斯、沃爾沃、奔馳等在汽車上進(jìn)行了較為成功的試驗(yàn)，裝置主動(dòng)懸架的汽車，即使在不良路面高速行駛時(shí)，車身非常平穩(wěn)，輪胎的噪音小，轉(zhuǎn)向和制動(dòng)時(shí)車身保持水平特點(diǎn)乘坐非常舒服，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高，成本昂貴，可靠性存在問題[2]。</p><p>　　由于種種原

21、因，我國的汽車絕大部分采用被動(dòng)懸架，在半主動(dòng)和主動(dòng)懸架的研究方面起步晚，與國外的差距大，在西方發(fā)達(dá)國家，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，未見國內(nèi)汽車產(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)懸架展開研究。</p&

22、gt;<p>　　1.2.2懸架的發(fā)展趨勢</p><p>　　由于汽車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懸架發(fā)展的趨勢。</p><p>　　被動(dòng)懸架是傳統(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

23、，在我國現(xiàn)階段，仍然有較高的研究價(jià)值。被動(dòng)懸架性能的研究主要集中在三個(gè)方面：①通過對(duì)汽車進(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)；②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)；③研究導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，使汽車懸架在滿足平順性的前提下，穩(wěn)定性有大的提高[3]。</p><p>　　半主動(dòng)懸架的研究集中在兩個(gè)方面：①執(zhí)行策略的研究；②執(zhí)行器的研究。阻尼可

24、調(diào)減振器主要有兩種，一種是通過改變節(jié)流孔的大小調(diào)節(jié)阻尼，一種是通過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電磁閥或步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行有級(jí)或無級(jí)的調(diào)節(jié)，這種方法成本較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜通過改變減振液的粘性來改變阻尼系數(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、無噪音和沖擊等特點(diǎn)，因此是目前發(fā)展的主要方向。在國外，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，

25、哈工大的陳卓如教授對(duì)車輛的自適應(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。</p><p>　　主動(dòng)懸架研究也集中在兩個(gè)方面：①可靠性；②執(zhí)行器由于主動(dòng)懸架采用了大量的傳感器、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

26、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。</p><p>　　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

27、的認(rèn)識(shí)邁向新的、更高的境界[4]。</p><p>　　在重型車輛領(lǐng)域，電子控制空氣懸架和橡膠懸架代表了目前汽車懸架系統(tǒng)的發(fā)展方向。在歐美汽車懸架的發(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，因此在牽引車上應(yīng)用廣泛。</p><p>　　橡膠懸架適應(yīng)能力

28、強(qiáng)，可用于超載環(huán)境，因此主要應(yīng)用在非公路用車或使用工況惡劣、對(duì)車輛載荷要求大的汽車上。目前ECAS系統(tǒng)在歐洲部分大客車上已經(jīng)開始應(yīng)用，預(yù)計(jì)，隨著車輛控制技術(shù)的發(fā)展，ECAS空氣懸架系統(tǒng)將成為汽車懸架的一個(gè)發(fā)展方向。</p><p>　　1.3研究內(nèi)容和方法</p><p><b>　　1.3.1研究內(nèi)容</b></p><p>　　汽車懸架系統(tǒng)

29、的研究與設(shè)計(jì)主要是為了提高汽車整車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。</p><p>　　汽車懸架系統(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)汽車平順性產(chǎn)生主要影響的懸架特性；另一是對(duì)汽車操縱穩(wěn)定產(chǎn)生主要影響的懸架特性。</p><p>　　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

30、的反作用力的激勵(lì)下，影響汽車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，主要是研究在車輪與車身發(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)和約束車輪的運(yùn)動(dòng)、車輪定位及影響轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的一些懸架參數(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。這一部分的研究稱為懸架的運(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輪定位等

31、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]。</p><p>　　本課題主要是輕型載貨汽車懸架的設(shè)計(jì)，主要研究內(nèi)容有：</p><p>　　(1)研究國內(nèi)外汽車懸架系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、市場等情況，研究各種類型汽車懸架的優(yōu)缺點(diǎn)、使用情況、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本原理等內(nèi)容；</p><p>　　(2)分析汽車懸架的設(shè)

32、計(jì)要求和國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)懸架設(shè)計(jì)的技術(shù)條件，確定汽車懸架的結(jié)構(gòu)；</p><p>　　(3)懸架系統(tǒng)主要性能參數(shù)的計(jì)算；</p><p>　　(4)懸架系統(tǒng)各主要零部件的選型及詳細(xì)設(shè)計(jì)；</p><p>　　(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；</p><p>　　(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

33、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；</p><p>　　(7)懸架系統(tǒng)裝配圖及其零部件工程圖紙的繪制。</p><p><b>　　1.3.2研究方法</b></p><p>　　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)割草車總體設(shè)計(jì)提出了以下研究方法：</p

34、><p>　　(1)通過實(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)收集汽車懸架的研究成果和相關(guān)的專業(yè)信息；</p><p>　　(2)在對(duì)國內(nèi)外懸架的技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢等情況進(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；</p><p>　　(3)在分析懸架設(shè)計(jì)要求和各種類型懸架的優(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)

35、研得到的資料，分析懸架的設(shè)計(jì)要求和國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)懸架設(shè)計(jì)的技術(shù)條件；</p><p>　　(4)在整車主要參數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)整車的設(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)；</p><p>　　(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)；</p><p>　　(6)對(duì)懸架主要參數(shù)進(jìn)行系

36、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； </p><p>　　(7)根據(jù)整車布置和結(jié)構(gòu)需要，最終繪出標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械工程圖紙。</p><p><b>　　1.4本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了汽車懸架系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。以及懸架領(lǐng)域主要的研究內(nèi)容。由于世界汽車工業(yè)的飛速發(fā)展必然帶來中國汽車工業(yè)的

37、技術(shù)升級(jí)以及生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)型，加上人們對(duì)汽車舒適性、操控性的要求越來越高，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)簡單，加工工藝也相對(duì)落后。再加上懸架加裝在底盤后的調(diào)校技術(shù)差距較大，所以導(dǎo)致整車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)整車性能的影響等這些方面做出更多的努力。</p><p>　　2 懸架系統(tǒng)總體

38、方案的確定</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　懸架與汽車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： </p><p>　　(1)保證汽車有良好的行使平順性。為此，汽車應(yīng)有較低的振動(dòng)頻率，乘員在車中承受的振動(dòng)加速度應(yīng)不超過國際標(biāo)準(zhǔn)2631—78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

39、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，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4～8Hz）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)。</p><p>　　(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，保證車身和車輪在共振區(qū)的振幅最小，振動(dòng)衰減快。</p><p>　　(3)保證汽車有

40、良好的操縱穩(wěn)定性。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在車輪跳動(dòng)時(shí)，應(yīng)不使主銷定位參數(shù)變化過大，車輪運(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)整車應(yīng)有一些不足轉(zhuǎn)向特性。</p><p>　　(4)汽車制動(dòng)和加速時(shí)能保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾（即所謂的“點(diǎn)頭”或“后仰”）的可能性。</p><p>　　(5)能可靠地傳遞車身與車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]。</p>&

41、lt;p><b>　　2.2懸架系統(tǒng)概述</b></p><p>　　2.2.1懸架系統(tǒng)的主要作用</p><p>　　懸架是車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間的一切傳力裝置的總稱。它把車架（或車身）與車軸（或車輪）彈性的連接起來，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：</p><p&

42、gt;　　(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；</p><p>　　(2)除傳遞汽車垂直力以外，還傳遞其他各方向的力和力矩，并保證車輪和車身（或車架）之間有確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使汽車具有良好的駕駛性能[7]。</p><p>　　2.2.2懸架結(jié)構(gòu)形式分析</p><p>　　懸架可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩類。非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特

43、點(diǎn)是左、右車輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過懸架與車架（或車身）連接。獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是左、右車輪通過各自的懸架與車架（或車身）連接。</p><p>　　圖2.1 懸架的結(jié)構(gòu)形式簡圖</p><p>　　a）非獨(dú)立懸架 b)獨(dú)立懸架</p><p><b>　　(1)非獨(dú)立懸架</b></p><p>　　以縱置鋼板

44、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)簡單，制造容易，維修方便，工作可靠。缺點(diǎn)是由于整車布置上的限制，鋼板彈簧不可能有足夠的長度（特別是前懸架），使之剛度較大，所以汽車平順性較差；簧下質(zhì)量大；在不平路面上行駛時(shí)，左、右車輪互相影響，并使車軸（橋）和車身傾斜；當(dāng)汽車直線行駛在凹凸不平的路面上時(shí)，由于左右兩側(cè)車輪反向跳動(dòng)或只有一側(cè)車輪跳動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性；汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，離心力也會(huì)產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性；車軸（橋）

45、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、大客車的前、后懸架以及某些轎車的后懸架上。</p><p><b>　　(2)獨(dú)立懸架</b></p><p>　　獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)是：簧下質(zhì)量??；懸架占用的空間小；彈性元件只承受垂直力，所以可以用剛度小的彈簧，使車身振動(dòng)頻率降低，改善了汽車行駛平順性；由于有可能降低發(fā)動(dòng)機(jī)的位置高度，使整車的質(zhì)心高度下降，又改善了

46、汽車的行駛穩(wěn)定性；左、右車輪各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)互不影響，可減少車身的傾斜和振動(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和部分輕型貨車、客車及越野車上[8]。</p><p>　　2.3懸架系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案確定</p><p>　　本文的設(shè)計(jì)目標(biāo)為輕型載貨汽車后懸架系統(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。</

47、p><p>　　汽車懸架的彈性元件一般有以下四種，見表2.1：</p><p>　　表2.1 彈性元件四種形式</p><p>　　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。</p><p>　　以下分別為其他三種懸架。</p><p><b>　　2.3.1板簧懸架</b><

48、/p><p>　　鋼板彈簧懸架(簡稱板簧懸架)又分為少片變截面鋼板懸架與等截面多片板簧懸架。目前國內(nèi)95%以上的載貨汽車懸架系統(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)簡單，制造容易，維修方便，工藝成熟，工作可靠。</p><p>　　缺點(diǎn)是汽車平順性、舒適性較差；簧下質(zhì)量大，無法適應(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

49、的特性，達(dá)到同時(shí)兼顧這兩個(gè)方面的目的。</p><p><b>　　2.3.2空氣懸架</b></p><p>　　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0.5~0.7Mpa)，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。</p><p>　　目前空氣懸架

50、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)靈敏度。</p><p><b>　　2.3.3橡膠懸架</b></p><p>　　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

51、板懸架更具優(yōu)勢，而且能夠適應(yīng)礦山作業(yè)等惡劣工況。</p><p><b>　　2.3.4總結(jié)</b></p><p>　　綜上所述，目前國內(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。</p><p>　　鋼板彈簧懸架(簡稱板簧懸架)又分為少片變

52、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，影響了汽車的行駛平順性）的缺點(diǎn)。這種板簧對(duì)實(shí)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。但其制造加工工藝復(fù)雜，成本高。所以本車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]。</p><p>　　原型車為依維柯輕型載貨汽車，其后

53、懸架系統(tǒng)如圖2.2：</p><p>　　圖2.2 依維柯S系列后懸架</p><p>　　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；</p><p>　　7-蓋板；8-U型螺栓</p><p>　　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。汽車空載時(shí)，只要主簧起

54、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平順性，但在布置上要求有足夠的變形空間。</p><p>　　2.4懸架系統(tǒng)各主要零部件選型</p><p>　　2.4.1葉片斷面 </p><p>　　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，改善葉片間潤滑的情況，通常其制成

55、兩頭帶圓弧或兩面有較大的凹陷弧度的矩形（如圖2.3 (a)）。</p><p>　　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，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10％

56、～14％的材料。</p><p>　　由于矩形斷面設(shè)計(jì)計(jì)算簡單，制造加工方便。所以本設(shè)計(jì)采用矩形斷面。</p><p>　　圖2.3 鋼板彈簧的截面形狀</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)型；(b) 單面單槽；(c) 拋物線側(cè)邊；(d)單面雙槽</p><p>　　2.4.2 葉片的端頭形狀 </p><p>　　葉片的端頭形

57、狀有直角形、梯形、橢圓形幾種。如圖2.4所示：</p><p><b>　　(a)直角片端</b></p><p><b>　　(b)梯形片端</b></p><p><b>　　(c)橢圓形片端</b></p><p>　　圖2.4 葉片端頭形狀</p>&l

58、t;p>　　直角形的制造容易，在載貨汽車上應(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，減少片間的摩擦，改善應(yīng)力沿葉片長度方向的分布，從而使彈簧的質(zhì)量減小，這種端頭形狀的葉片在國外已日趨廣泛采用

59、，在國內(nèi)因制造困難，故目前還比較少應(yīng)用。</p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)是輕型載貨汽車的后懸架，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。</p><p>　　2.4.3 鋼板彈簧與車架的連接形式的確定</p><p>　　鋼板彈簧與車架的連接形式目前常見的有鉸鏈連接、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

60、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。</p><p>　　2.4.4 吊耳及鋼板彈簧銷的結(jié)構(gòu)</p><p>　　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、叉形以及分體式等。彈簧銷的支承、潤滑則可用螺紋式，自潤滑式。滑動(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，

61、螺紋可起儲(chǔ)存潤滑劑和防塵的作用。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。自潤滑式多用于轎車及輕型載貨汽車，具有不必加潤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3.5~7Mpa，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。</p><p>　　本文采用一端采用固定卷耳，另一

62、端采用擺動(dòng)吊耳。擺動(dòng)吊耳結(jié)構(gòu)采用分體式自潤滑式。</p><p>　　2.4.5 鋼板彈簧卷耳和襯套 </p><p>　　鋼板彈簧主片端部制成以便安裝彈簧銷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。車身高度受限時(shí)，采用下卷耳。平卷耳可以減少卷耳的

63、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，它與彈簧主片分開為兩個(gè)零件，用螺栓連接起來，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。</p><p>　　在汽車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，只將第二片設(shè)計(jì)成包耳。</p><p>

64、;　　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。目前國內(nèi)外汽車上已經(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。</p><p>　　2.4.6 彈簧夾箍</p><p>　　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

65、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0.5～1mm。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，這種夾箍結(jié)構(gòu)簡單，減少制造費(fèi)用，而且彈簧裝配方便，多用于轎車和輕型載貨汽車上。此車采用不可拆式夾箍，結(jié)構(gòu)簡單，費(fèi)用低。</p><p>　　2.4.7鋼板彈簧中心螺栓</p><p>

66、;　　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。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，中心螺栓多用40Cr或40MnB制成。</p><p>　　表2.2 中心螺栓直徑尺寸</p&g

67、t;<p>　　本車類型為輕卡，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。</p><p><b>　　2.5技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析</b></p><p>　　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、緩沖塊、減振器等組成。

68、它有加工工藝簡單，可靠耐用，結(jié)構(gòu)簡單成本低等優(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。</p><p>　　圖2.5 變剛度板簧的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　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，制造容易，在載貨汽車上應(yīng)用比較廣泛，成本低。但是這種形狀

69、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。</p><p>　　懸架與車架采用鉸鏈連接。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)采用分體式自潤滑式，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。</p><p>　　鋼板彈簧前端采用上卷耳式。在汽車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)

70、卷耳的包耳。由于本設(shè)計(jì)是輕型貨車，只將第二片設(shè)計(jì)成包耳。</p><p>　　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。目前國內(nèi)外汽車上已經(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。本文選用橡膠材料，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。</p><p>　　采用不可拆式夾箍，結(jié)構(gòu)簡單，費(fèi)用低。中心螺栓選用一般常用的15MnVB

71、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。</p><p>　　橫向穩(wěn)定器選用普通彈簧鋼制造。汽車上加裝橫向穩(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，以保證汽車有不足轉(zhuǎn)向特性，提高整車的操縱穩(wěn)定性。</p><p>　　緩沖塊選用通常的硫化橡膠

72、制造，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。有些汽車選用多孔聚氨酯，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。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。</p><p>　　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)成為汽車減振器的主流。筒式減振器又

73、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。</p><p>　　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各工況下的使用性能，而且還能相對(duì)提高整車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。</p><p>　　3 懸架系統(tǒng)主要性能參數(shù)的確定</p><p>　　3.1懸架靜撓度和動(dòng)撓度的選擇</p>&l

74、t;p>　　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)懸架剛度之比，</p><p><b>　　式（3.1）</b></p><p>　　根據(jù)汽車?yán)碚摽芍浩嚽昂髴壹芘c其簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行使平順性的主要參數(shù)之一。因現(xiàn)代汽車的質(zhì)量分配系數(shù)近似等于1，于是汽車前后軸上方車身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系。因此，汽車前后部分的車身的固有頻率和

75、（亦稱偏頻）可用式(3.2)表示 </p><p><b>　　式（3.2）</b></p><p>　　式中 分別為前后懸架的靜撓度，單位為。</p><p>　　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，即車輪上下跳動(dòng)所需空間就愈大，這對(duì)

76、簧載質(zhì)量大的貨車，在結(jié)構(gòu)上是難以保證的，故實(shí)際上貨車的車身自然振動(dòng)頻率往往偏高，而大大超過理想的頻率范圍。(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。各型車的偏頻及撓度值如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 懸架的靜撓度、動(dòng)撓度和偏頻</p><p>　　在懸架設(shè)計(jì)中，先根據(jù)行使平順性要求確

77、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)的后懸架靜撓度為：</p><p>　　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。</p><p>　　為了防止在不平路面上行駛時(shí)

78、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)，車輪中心相對(duì)車架（或車身）的垂直位移。其值常按其相應(yīng)的靜撓度來選取，它與車型和經(jīng)常使用的路況也有密切的關(guān)系。另外，對(duì)于貨車，。查表3.1，本設(shè)計(jì)選用。</p><p><b>　　3.2懸架彈性特性</b></p><p>　　懸架

79、受到垂直外力F與由此引起的車輪中心相對(duì)于車身位移f（即懸架的變形）的關(guān)系曲線，稱為懸架的彈簧特性，如圖3.1。其切線的斜率是懸架的剛度。懸架的彈性特性有線性和非線性兩種。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

80、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]。</p><p>　　對(duì)空載與滿載時(shí)簧上質(zhì)量變化較大的客車和貨車，為了減少振動(dòng)頻率與車身高度的變化，應(yīng)選用剛度可變的非線性懸架。乘用車簧上質(zhì)量在使用中雖然變化不大，但為了減少車軸對(duì)車架的撞擊，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

81、非線性懸架。</p><p>　　圖3.1 懸架彈性特性曲線</p><p>　　3.3后懸架主、副簧剛度的分配關(guān)系</p><p>　　貨車后懸架多采用有主、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，開始與主簧共同工作[11]。</p><p>　　圖3.2 后懸架主、副簧彈性特性&l

82、t;/p><p>　　如何確定副簧開始參加工作的載荷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)頻率變化不大。這兩項(xiàng)要求不能同時(shí)滿足。具體確定有兩種方法：</p><p>　　第一種方法是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

83、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</p><p>　　， 式（3.3）</p><p>　　本文采用第二種方法，是使副簧開始起作用時(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（

84、3.4）</p><p>　　其中，，分別為空載與滿載時(shí)的懸架載荷。</p><p>　　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)的車輛，此法較為合適。</p><p>　　3.4懸架側(cè)傾剛度及其在前、后軸的分配</p><p>　　懸架側(cè)傾角剛度系指簧上質(zhì)量產(chǎn)生單位側(cè)傾角時(shí)懸架給車身的彈性

85、回復(fù)力矩。它對(duì)簧上質(zhì)量的側(cè)傾角有影響。側(cè)傾角過大或過小都不好。乘坐側(cè)傾角剛度過小而側(cè)傾角過大的汽車，乘員缺乏舒適感和安全感。側(cè)傾剛度過大而側(cè)傾角過小的汽車又缺乏汽車發(fā)生側(cè)翻的感覺，同時(shí)使輪胎側(cè)偏角增大，如果發(fā)生在后輪，會(huì)使汽車發(fā)生過多轉(zhuǎn)向的可能。要求在側(cè)向力等于0.4倍車重時(shí)，轎車車身側(cè)傾角在2.5~4度，貨車車身側(cè)傾角不超過6~7度[12]。</p><p>　　此外，還有汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，在0.4g的側(cè)向加速度

86、作用下，前后輪側(cè)偏角之差應(yīng)當(dāng)在1~3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。為滿足汽車稍有不足轉(zhuǎn)向特性的要求，應(yīng)使汽車前軸的輪胎側(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，比值一般在1.4~2.6。</p><p>　　4彈性元件的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><

87、p><b>　　4.1初選參數(shù)</b></p><p><b>　　4.1.1主片長度</b></p><p>　　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。</p><p>　　對(duì)于貨車后懸架的長度，。本設(shè)計(jì)選用0.4倍軸距。因此有：</p><p><b>　

88、　主片長度：</b></p><p>　　汽車非簧載質(zhì)量（非懸掛質(zhì)量）對(duì)汽車的平順性和操作穩(wěn)定性都有影響。它的選擇參照下表4.1。 </p><p>　　表4.1 懸架的非懸掛質(zhì)量與懸掛質(zhì)量的比例關(guān)系</p><p>　　本設(shè)計(jì)選非懸掛質(zhì)量/總質(zhì)量=26％。</p><p>　　非懸掛質(zhì)量/總質(zhì)量=</p><

89、;p><b>　　取后軸非懸掛質(zhì)量</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的基本參數(shù)匯總在表4.2。</p><p>　　4.1.2斷面尺寸及片數(shù)的確定</p><p>　　以上我們確定了汽車滿載時(shí)的靜撓度，鋼板彈簧的主片長度，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)。</p><p>

90、　　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：?？砂聪率接?jì)算：</p><p><b>

91、;　　式（4.1）</b></p><p>　　式中—與主片等長的重疊片數(shù)，本設(shè)計(jì)中為2；</p><p>　　—彈簧預(yù)計(jì)總片數(shù)，取=8。</p><p>　　多片簧的垂直剛度： </p><p><b>　　式（4.2）</b></p><p>　　式中 —作用在板簧中間

92、的支承載荷</p><p><b>　　—板簧撓度</b></p><p>　　支承載荷為一個(gè)板簧的簧載質(zhì)量，計(jì)算如下：</p><p>　　代入式4.2得： </p><p>　　表4.2 本設(shè)計(jì)的基本參數(shù)</p><p>　　鋼板彈簧的總截面慣性矩為：</p><p&

93、gt;<b>　　式（4.3）</b></p><p>　　式中 s—U形螺栓中心距（mm）；</p><p>　　K—考慮U形螺栓夾緊彈簧后的無效長度系數(shù)（剛性夾緊：取k=0.5，撓性夾緊：取k=0）本設(shè)計(jì)為剛性夾緊；</p><p>　　E—材料的楊氏彈性模量，取。</p><p>　　鋼板彈簧總截面系數(shù)用式（4.

94、4）計(jì)算</p><p><b>　　式（4.4）</b></p><p>　　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350～450；對(duì)后主簧取450～550；對(duì)后副簧取220～250。取=550 </p><p>　　本設(shè)計(jì)取鋼板彈簧厚度。</p><p>　　矩形斷面等厚鋼板彈簧總慣性矩用式（

95、4.5）計(jì)算</p><p><b>　　式（4.5）</b></p><p>　　又因?yàn)橐阎?，可由?4.5)計(jì)算并轉(zhuǎn)化得到，根據(jù)《汽車設(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：。</p><p>　　4.2 各片長度的確定</p><p>　　在選擇各葉片長度時(shí)，應(yīng)盡量使應(yīng)力在片間和沿片長的分布合

96、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。</p><p>　　用作圖法來確定各葉片長度，此法是基于實(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。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圖。AB線與各葉片上側(cè)邊的交點(diǎn)即決定了各邊的長度。當(dāng)有與主片等長的重疊片時(shí)，可將B點(diǎn)與最

97、下一個(gè)重疊片的上側(cè)端點(diǎn)相連，如圖4.1所示[13]。</p><p>　　圖4.1 確定鋼板彈簧各葉片長度的作圖法</p><p>　　經(jīng)過圓整確定板簧各葉片長度見表4.3：</p><p>　　表4.3 各葉片長度 錯(cuò)誤!未找到引用源。</p><p>　　4.3鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算</p><p>　　在各片的長

98、度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。</p><p>　　共同曲率法剛度計(jì)算公式為式(4.6)：</p>&

99、lt;p><b>　　式（4.6）</b></p><p>　　式中 —第片及以上各片截面慣性距之和的倒數(shù)，即</p><p>　　—第片鋼板彈簧的慣性距；</p><p><b>　　—；</b></p><p>　　—第片鋼板彈簧的半長；</p><p>　　—

100、經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，，轎車取上限，載貨車取下限，本設(shè)計(jì)取0.83。 </p><p>　　在計(jì)算鋼板彈簧剛度時(shí)，數(shù)據(jù)如表4.4：</p><p>　　表4.4 主簧單獨(dú)作用時(shí)剛度計(jì)算中的參數(shù)值</p><p>　　代入上式(4.6)得：</p><p>　　4.4總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算</p><p>　　4

101、.4.1.彈簧總成自由弧高的確定</p><p>　　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。 </p><p><b>　　式（4.7）</b></p><p><b>　　式中—靜撓度；</b></p><p>　　—滿載弧高，為了使板

102、簧滿載時(shí)在對(duì)稱位置工作，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)撓度過小，需用給予補(bǔ)償，的值在10～30之間，本處取20。</p><p>　　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)：</p><p><b>　　式（4.8）</b></p><p>　　以上數(shù)值代入式(4.7)得： </p><

103、p>　　4.4.2．各片副簧自由狀態(tài)下曲率半徑的確定</p><p>　　鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下曲率半徑：</p><p><b>　　式（4.9）</b></p><p>　　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

104、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。</p><p>　　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：</p><p>　　(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。</p><p>　　(2)由于主片受力復(fù)雜，為保證主片及長片有較長使用壽命，希望適當(dāng)降低主片及長片應(yīng)力。</p><

105、p>　　基于上述原因，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300～350N／mm。預(yù)應(yīng)力從長片到短片由負(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</p><p>　　或 式(4.10)<

106、/p><p>　　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。</p><p>　　所以分別取，見表4.5：</p><p>　　表4.5 鋼板彈簧各片預(yù)應(yīng)力</p><p>　　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</p><p><b>　　式（4.11）</b>&

107、lt;/p><p>　　式中 —第片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑</p><p><b>　　—第片板簧厚度</b></p><p>　　得第片自由曲率見表4.6：</p><p>　　表4.6 各片自由曲率</p><p>　　4.5鋼板彈簧總成弧高的核算</p><p>　

108、　由于鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下的曲率半徑是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力后用式(4.11)計(jì)算，受其影響，裝配后鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下的弧高與用計(jì)算結(jié)果會(huì)不同。因此，需要核算鋼板彈簧總成的弧高[14]。</p><p>　　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為</p><p><b>　　式（4.12）</b></p>

109、;<p>　　式中，為鋼板彈簧第片的長度</p><p>　　鋼板彈簧總成的弧高為</p><p><b>　　式（4.13）</b></p><p>　　用式(4.13)與用式(4.11)求得的鋼板彈簧總成弧高結(jié)果相近，所以選用的預(yù)應(yīng)力合理。</p><p>　　4.6各種工況下校核</p>

110、<p>　　汽車行駛時(shí)，鋼板彈簧除承受垂向載荷外，還承受其他方向的力和力矩以及沖擊載荷等的作用。因此，必須對(duì)這些載荷的極限狀態(tài)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，以保證鋼板彈簧能可靠地工作[15]。</p><p>　　4.6.1板簧強(qiáng)度的校核</p><p>　　驅(qū)動(dòng)時(shí)，作為后輪驅(qū)動(dòng)的汽車，驅(qū)動(dòng)時(shí)后鋼板彈簧承受的載荷最大，在其前半段出現(xiàn)的最大應(yīng)力用式（4.14）計(jì)算：</p><

111、;p><b>　　式（4.14）</b></p><p>　　式中 、—鋼板彈簧前后半段長度，此處為對(duì)稱式結(jié)構(gòu)；</p><p>　　—作用在后輪上的垂直靜負(fù)荷；</p><p>　　—驅(qū)動(dòng)時(shí)后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，貨車值在1.05～1.20之間，本設(shè)計(jì)取1.05；</p><p>　　—道路附著系數(shù)，取0.7；&l

112、t;/p><p>　　—彈簧固定點(diǎn)到路面x的距離，本設(shè)計(jì)取500；</p><p>　　—鋼板彈簧總截面系數(shù)，；</p><p>　　—為鋼板彈簧主片厚度。</p><p>　　代入以上各值計(jì)算得：</p><p><b>　　，滿足要求。</b></p><p>　　4.6.

113、2卷耳的強(qiáng)度校核</p><p>　　卷耳處所受應(yīng)力卷是由彎曲應(yīng)力和拉（壓）應(yīng)力合成的應(yīng)力，即：</p><p><b>　　式（4.15）</b></p><p>　　式中 —沿彈簧縱向作用在卷耳中心線上的力，</p><p><b>　??；</b></p><p>&l