輕型貨車懸架設計設計說明書

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1、前　　言 本人畢業(yè)設計的課題是輕型貨車懸架設計，因而其定位為實用經(jīng)濟型。必須滿足以下幾個要求：可靠，堅固，耐用，使用成本較低，油耗處于國內(nèi)中等水平，為當前主流技術(shù)水平。所以，懸架的設計家選用成熟技術(shù)，零部件徹底貫徹“三化”原則，較為合理的成本控制。 懸架是現(xiàn)代汽車的重要組成部分之一。雖然并非汽車在行進中必不可少的裝備，但如果沒有懸架，將極大的影響汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性。懸架對整車性能有著重要的影響。在汽車市場競爭日益加劇的今天，人們對汽車的和性對有著的認識更多的靠更為直接的感觀感受，而非他們不太懂得的專業(yè)術(shù)語。 因此，對汽車操縱穩(wěn)定性、平順性的提升成為了各大汽車廠商的共識。與此關(guān)系

2、密切的。懸架系統(tǒng)的優(yōu)劣，駕駛員在車上立刻就可以感受到。 “木桶理論”，很多人都知道，整車就好比是個“大木桶”，懸架是它的一片木板。雖然，沒有懸架的汽車還是可以跑動的，但是坐在上面是很不舒服的。坐過農(nóng)用車的人，對此應該是頗有些體會的，即便是較好的路況，在上面也是顛來顛去的。因為它的懸架很簡單，對平順性和操縱穩(wěn)定性考慮的很少。只有當懸架這塊木板得到足夠重視，才能使整車性能得以提升。 正因為懸架在現(xiàn)代汽車上的重要作用，所以應該重視汽車懸架的設計。只有認真、嚴謹?shù)脑O計才能確保其與整車的完美匹配。而要做到這一點，就必須查閱大量相關(guān)書箱、圖冊，行業(yè)和國家標準。 這些是對我們這些將來要從事汽車設計、制

3、造工作的工科出身的大學畢業(yè)生的必須經(jīng)歷的一個訓練。沒有經(jīng)過嚴格的訓練，是不可能具備這種專業(yè)精神和素質(zhì)的。 目 錄 中文摘要................................................................Ⅰ 英文摘要................................................................Ⅱ 第1章 緒論...............................................................1

4、 1.1任務來源及設計依據(jù)....................................................2 1.2使用要求..............................................................2 1.3設計要求..............................................................2 1.4主要參數(shù)..............................................................2 第2章 懸架性能參數(shù)的初選...

5、..............................................3 2.1固有頻率..............................................................3 2.2懸架的撓度............................................................3 2.2.1懸架的靜撓度....................................................3 2.2.2懸架的動撓度...............................

6、.....................3 2.3懸架的剛度............................................................3 2.4懸架懸掛質(zhì)量與非懸掛質(zhì)量的比例關(guān)系....................................4 2.5小結(jié)..................................................................4 第3章懸架性能參數(shù)的改進..................................................5 3.1平順性參

7、數(shù)的改進......................................................5 3.2操縱穩(wěn)定性參數(shù)的改進..................................................5 3.3懸架各種特性值的選取..................................................6 3.4小結(jié)..................................................................6 第4章 鋼板彈簧的設計......................

8、...............................7 4.1鋼板彈簧結(jié)構(gòu)設計......................................................7 4.2鋼板彈簧主要參數(shù)的確定................................................7 4.2.1單個鋼板彈簧承受的載荷..........................................7 4.2.2滿載弧高........................................................7 4.2.

9、3鋼板彈簧長度的確定..............................................8 4.2.4鋼板斷面寬度b的確定............................................8 4.2.5鋼板彈簧片厚h的選擇............................................9 4.2.6鋼板斷面尺寸形狀的確定..........................................9 4.2.7鋼板彈簧各片長度的確定........................................

10、..9 4.3鋼板彈簧的剛度驗算...................................................10 4.4鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算.........................11 4.4.1鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H0...............................11 4.4.2鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定...........................12 4.4.3彈簧的弧高...................................................

11、..13 4.4.4鋼板彈簧總成弧高的驗算.........................................13 4.5鋼板彈簧的強度驗算...................................................13 第5章卷耳的設計.........................................................15 5.1卷耳形式的選擇.......................................................15 5.2卷耳和彈簧銷的強度驗算..............

12、.................................15 5.2.1卷耳的強度驗算.................................................15 5.2.2鋼板彈簧銷的強度驗算...........................................16 5.3葉片的端部結(jié)構(gòu).......................................................16 5.4小結(jié)..............................................................

13、...16 第6章鋼板彈簧其余附件的選擇.............................................17 6.1鋼板彈簧中心螺栓的選定...............................................17 6.2鋼板彈簧襯套的分析和選型.............................................17 6.3彈簧夾箍的選擇.......................................................17 6.3.1騎馬螺栓的選擇................

14、.................................18 第7章減振器的設計.......................................................20 7.1減振器的分析和選型...................................................20 7.2阻尼器基本參數(shù)的確定.................................................21 7.2.1相對阻尼系數(shù).................................................21

15、 7.2.2伸張行程的阻尼系數(shù)...........................................22 7.3最大卸荷力F的確定...................................................22 7.4筒式減振器主要尺寸參數(shù)的確定.........................................23 第8章結(jié)論與展望.........................................................23 致謝.....................................

16、...............................24 參考文獻................................................................25 附錄....................................................................26 　　　　　　　　　　　摘　　要 汽車懸架是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的震動，以保證汽車能平順地行駛。典

17、型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、導向機構(gòu)以及減振器等組成，個別結(jié)構(gòu)則還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，而現(xiàn)代轎車懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，個別高級轎車則使用空氣彈簧。汽車懸架性能是影響汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和行駛速度的重要因素。因此，研究汽車振動，設計新型懸架系統(tǒng)，將振動控制到最低水平是提高現(xiàn)代汽車質(zhì)量的重要措施。 關(guān)鍵詞：1.5T貨車；前懸架設計 花了兩個小時時間，終于做好了設計說明書模板，今年的規(guī)范和去年的有很大差別，設計要求也和去年有所不同，我個人覺得這個規(guī)范真的是不好，章條目字號也不按照順序依次遞減，等等。同學們在寫完設計

18、說明書后，文檔統(tǒng)一命名為“姓名-設計說明書”的形式，華夏學院的規(guī)范不全，很多格式、排版規(guī)范并沒有指出，由于本人疏忽，若在本模板中格式或排版在畢業(yè)設計工作手冊上有規(guī)定但忘記注明的地方，請嚴格參照規(guī)范，謝謝！這些文字不會被打印，可以不用刪除。通過本次畢業(yè)設計、論文，希望同學們收獲多多！ 張宏 機械與汽車工程系2008-12-12 ABSTRACT The automotive vehicle suspension axle or wheel frame with all the force transmission b

19、etween the general term for connected devices, whose role is to transfer the role of the wheel and the frame twisted between the force and power, and the buffer passed by the uneven road vehicles frame or body of the impact and the resulting vibration attenuation to ensure that vehicles can travel s

20、moothly. A typical suspension structure by the elastic components, shock absorbers etc. oriented institutions and individual structure is also a buffer block, horizontal stabilizer bar and so on. Another leaf spring elastic elements, air springs, coil spring and torsion bar springs, etc., but use mo

21、re modern car suspension coil spring and torsion bar springs, individual air springs used limousine. Suspensions affect the vehicle ride comfort, handling and stability and speed of the important factors. Therefore, the study vehicle vibration, design a new suspension system, vibration control to th

22、e lowest level is to improve the quality of the important measures of modern cars. Key words：1.5T truck；Front suspension design 第1章 緒 論 舒適性是貨車最重要的使用性能之一。舒適性與車身的固有振動特性有關(guān)，而車身的固有振動特性又與懸架的特性相關(guān)。所以，汽車懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。同時，汽車懸架做為車架（或車身）與車軸（或車輪）之間作連接的傳力機構(gòu)，又是保證

23、汽車行駛安全的重要部件。因此，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術(shù)規(guī)格表，作為衡量轎車質(zhì)量的指標之一。 汽車車架（或車身）若直接安裝于車橋（或車輪）上，由于道路不平，由于地面沖擊使貨物和人會感到十分不舒服，這是因為沒有懸架裝置的原因。汽車懸架是車架（或車身）與車軸（或車輪）之間的彈性聯(lián)結(jié)裝置的統(tǒng)稱。它的作用是彈性地連接車轎和車架（或車身），緩和行駛中車輛受到的沖擊力。保證貨物完好和人員舒適；衰減由于彈性系統(tǒng)引進的振動，使汽車行駛中保持穩(wěn)定的姿勢，改善操縱穩(wěn)定性；同時懸架系統(tǒng)承擔著傳遞垂直反力，縱向反力（牽引力和制動力）和側(cè)向抬反力以及這些力所造成的力矩作用到車架（或車身）上，以保證汽車行駛

24、平順；并且當車輪相對車架跳動時，特別在轉(zhuǎn)向時，車輪運動軌跡要符合一定的要求，因此懸架還起使車輪按一定軌跡相對車身跳動的導向作用。 懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)的選擇合理與否，對汽車行駛平順性、操作穩(wěn)定性和舒適性有很大影響。由此可見懸架系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車上是重要的總成之一。 一般懸架由彈性元件、導向機構(gòu)、減振器和橫向穩(wěn)定桿組成。彈性元件用來承受并傳遞垂直載荷，緩和由于路面不平引起的對車身的沖擊。彈性元件種類包括鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、油氣彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧。減振器用來衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動，減振器的類型有筒式減振器，阻力可調(diào)式新式減振器，充氣式減振器。導向機構(gòu)用來傳遞車輪與車身間的力和

25、力矩，同時保持車輪按一定運動軌跡相對車身跳動，通常導向機構(gòu)由控制擺臂式桿件組成。種類有單桿式或多連桿式的。鋼板彈簧作為彈性元件時，可不另設導向機構(gòu)，它本身兼起導向作用。有些轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在懸架系統(tǒng)中加設橫向穩(wěn)定桿，目的是提高橫向剛度，使汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。 1.1 任務來源及設計依據(jù) 1.1.1 任務來源 根據(jù)設計任務，進行1.5Ｔ輕型貨車前懸架設計。 1.1.2 設計依據(jù) 按照國家有關(guān)汽車的法規(guī)和標準，根據(jù)給定參數(shù)設計。 1.2 使用要求 產(chǎn)品應具有良好的使用經(jīng)濟性。產(chǎn)品設計應符合國家有關(guān)標

26、準，在滿足實用性能的前提條件下各總成及零部件應盡可能采用國內(nèi)技術(shù)先進和成熟的產(chǎn)品，保證產(chǎn)品的通用性和系列化。 1.3 設計要求 選擇合理的懸架參數(shù)和結(jié)構(gòu)，保證汽車具有良好的行駛平順性；保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性；汽車制動或加速時，要保證有足夠的強度和壽命。 1.4 主要參數(shù) 1.4.1 質(zhì)量參數(shù) 簧上質(zhì)量：　　　　　　1300kg 簧下質(zhì)量　　　　　　　140kg 1.4.2 尺寸參數(shù) 軸　　　　距：　　　　3.2m 鋼板彈簧長度：　　　　1　m 第2章　懸架性能參數(shù)的初選 2.1 固有頻率 懸架固有頻率的選取主要依據(jù)ISO2631《人體承受全身振動的評價指南

27、》，目前固有頻率的取值與人體步行時身體上下運動的頻率相近。貨車前懸架固有頻率n1在1.5～2.2HZ中選取，初取。 2.2 懸架的撓度 2.2.1 懸架的靜撓度 懸架靜撓度是指汽車滿載靜止時懸架上的載荷與此時懸架剛度c之比，即。 當采用彈性特性為線性變化的懸架時，前懸架的靜撓度可用下式表示 （2-1） 式中，g為重力加速度，。 汽車前部分車身的固有頻率可用下式表示 （2-2） 式中，為前懸架的簧上質(zhì)量（kg）。 將代入式（2-1）中得到；

28、 （2-3） 把＝1.8HZ代入式（2-2）中得。符合貨車靜撓度的變化范圍。 2.2.2 懸架的動撓度 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)允許的最大變形時，車輪中心相對車架（或車身）的垂直位移。對貨車，取6～9cm。這里取。 2.3 懸架的剛度 由得懸架的剛度，簧上質(zhì)量＝1300kg,代入得懸架剛度。 2.4 懸架懸掛質(zhì)量與非懸掛質(zhì)量的比例關(guān)系 ，帶入數(shù)據(jù)， ，。 2.5 小結(jié) 懸架設計的主要目的有以下兩個方面：一是確保汽車有良好的行駛平順性；一是保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性。而對平順性影響最為顯著的三個特征參數(shù)為：

29、懸架的彈性特征、阻尼特性和非懸掛質(zhì)量。對操縱穩(wěn)定性影響的因素很多，包括穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)轉(zhuǎn)向特性及保持直線行駛的能力。 第3章 懸架性能參數(shù)的改進 3.1 平順性參數(shù)的改進 經(jīng)過與市面上的同等車型的對比，重新調(diào)整的懸架性能參數(shù) 固有頻率 自振頻率 靜撓度 動撓度 懸架剛度 相對阻尼比 10 1.80 77.2 61.7 0.25 3.2 操縱穩(wěn)定性參數(shù)的改進 操縱穩(wěn)定性的評價指標包括穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)轉(zhuǎn)向特性及保持直線行駛的能力。懸架 參數(shù)通過影響轉(zhuǎn)向時的車輪載荷轉(zhuǎn)移

30、、車輪跳動或車身側(cè)傾時車輪定位角的變化以及懸架與轉(zhuǎn)向桿系的運動干涉和整體橋的軸轉(zhuǎn)向等方面影響汽車的操縱穩(wěn)定性。 懸架的線性剛度是車輪保持在地面上而車廂做垂直運動時，單位車廂位移下懸架系統(tǒng)給車廂的總彈性恢復力。本車采用非獨立懸架的汽車車廂做垂直位移所受到的彈性恢復力，就是彈簧直接作用于車廂的彈性力。因此，懸架的線性剛度等于兩個彈簧線剛度之和。 　　　　　 式中，--懸架的線剛度 --彈簧的線剛度 車廂位移時受到的彈性恢復力，就是具有懸架線性剛度的等效彈簧所產(chǎn)生的彈性力。 因此，車身側(cè)傾時受到的懸架的彈性恢復力偶矩，也可以用等效彈簧的概念來分析。縱置板簧式非獨立側(cè)傾角剛度，

31、計算公式為： （3-1） 式中，M—懸架抵抗側(cè)傾的彈性恢復力矩 　　　--鋼板彈簧垂直剛度 　　　q—彈簧中心矩之半 車廂的側(cè)傾角是車廂在側(cè)向力的作用下繞側(cè)傾軸線的轉(zhuǎn)角。為保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時車身側(cè)傾角不致過大，通常在0.4g橫向加速度下車身側(cè)傾角應小于。在此，車身側(cè)傾角取。 3.3 懸架各種特性值的選取 　　　　　　　 懸架各種特性值的選取結(jié)果見如下表 懸架系統(tǒng)特性 特性值 備注 前束變化 上跳 最近取0 外傾變化 轉(zhuǎn)向主銷傾角 取小些的數(shù)值 側(cè)傾剛度 換算為側(cè)傾率為 主銷

32、后傾角 3.4小結(jié) 對比初選結(jié)果，初選是根據(jù)經(jīng)驗選取的，懸架的性能結(jié)構(gòu)達不到理想的狀態(tài)，因此選擇改進后的參數(shù)進行懸架的結(jié)構(gòu)設計和強度計算。 第4章　鋼板彈簧的設計 4.1鋼板彈簧結(jié)構(gòu)設計 懸架是車架與車橋之間一切傳力連接裝置的總稱。一般由彈性元件，減振器， 導向機構(gòu)三部分組成。本設計選擇非獨門懸架。其特點是：結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，性能可靠；車輪上下跳動時車輪相對地面垂直變化小，故可以降低輪胎的磨損；簧下質(zhì)量大，乘坐舒適性不好；左右同時運動，容易產(chǎn)生橫向振動。本設計使用鋼板彈簧，其兼做導向機構(gòu)。 本設計懸架布置方

33、案和形式選擇如下： 鋼板彈簧在汽車上可以縱置或橫置。后者因為要傳遞縱向力，必須設置附加的導向傳力裝置，使結(jié)構(gòu)復雜，質(zhì)量加大，所以只有極少數(shù)汽車上應用?？v置鋼板彈簧能傳遞各種力和力矩，并且結(jié)構(gòu)簡單，故在汽車上得到廣泛的應用?？v置鋼板彈簧有對稱和不對稱之分。一般選用對稱式鋼板彈簧，本車采用縱置對稱式鋼板彈簧。 鋼板彈簧形式的選擇：本車為1.5Ｔ輕型貨車，選擇多片彈簧，算數(shù)定位10片。 鋼板彈簧材料的選擇根據(jù)材料的性質(zhì)和成本，可選用55SiMnTi，采用表面噴丸處理或減少表面脫碳層深度來提高材料的強度。其許用彎曲應力[]＝350～450Mpa。 4.2 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 4.2.1

34、單個鋼板彈簧承受的載荷 （4-1） 式中，--簧上質(zhì)量 　　　--簧下質(zhì)量 　　　導入數(shù)據(jù)，得。 4.2.2 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（不包括卷耳孔徑）連線間的最大高度差。它用來保證汽車給定的高度。當時，鋼板彈簧在對稱位置上工作。考慮使用期間鋼板彈簧塑性變形的影響和為了在車架高度已限定時能得到足夠的動撓度值，常取，本設計取。 4.2.3 鋼板彈簧長度的確定 鋼板彈簧長度L是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離。增加鋼板彈簧的長度，能顯

35、著降低彈簧應力，提高使用壽命；降低彈簧剛度，改善汽車行駛平順性；在垂直剛度給定的條件下，又能明顯的增加鋼板彈簧的縱向角剛度。但選用較長的鋼板彈簧，會在汽車布置上產(chǎn)生困難。對其長度的選取在原則上，在總布置可能的條件下，應盡可能將鋼板彈簧取長一些。對貨車前懸架L=（0.260.35）軸距。 本設計中，鋼板彈簧長度暫定L＝0.96m＝960mm。 4.2.4 鋼板斷面寬度b的確定 有關(guān)鋼板彈簧的剛度、強度等，可按照截面簡支梁的計算公式計算，但需引入撓度增加系數(shù)加以修正。對對稱鋼板彈簧，總慣性矩為： （4-2） 式中，s為Ｕ該螺栓中心距（mm

36、）；k為考慮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）；c為鋼板彈簧垂直剛度（）；為撓度增大系數(shù)（先確定與主片等長的重疊算數(shù)，再估計一個總片數(shù)，，然后用 初定）；Ｅ為材料的彈性模量（MPa）。 本車的鋼板彈簧選擇撓性夾緊，k=0；初選與主片等長的重疊片數(shù)為0片，總數(shù)為10片，，＝1.442；U形螺栓中心距初取s=80mm;E=2.06x105Mpa。 鋼板彈簧總截面系數(shù)用下式計算 　　　　　　 　 （4-3） 式中，對于55SiMnVB或60Si2Mn等材料，表面經(jīng)噴丸處理后，推薦[σw]在下列

37、范圍內(nèi)選?。呵皬椈珊推胶鈶壹軓椈蔀?50～450N／mm2；后主簧為450～550N／mm2；后副簧為220～250N／mm2。本設計初取[σw]＝400Mpa。 鋼板彈簧平均厚度hp： 　　　　　 ＝ （4-4） 代入計算后得＝5.12mm,與一般要求在6～12mm的范圍不符，因此，重新調(diào)整鋼板彈簧的長度L，由于鋼板彈簧的長度L在（0.26～0.35）軸距之間，重新選擇鋼板彈簧的長度L＝0.35軸距，則L=1120mm。 重新驗算，平均厚度，有了以后，再選鋼板彈簧的片寬b。增大片寬，能增加卷耳強度，但當車身受側(cè)向力作用傾斜時，彈簧的扭曲應力增大

38、。前懸架用寬的彈簧片，會影響轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角。片寬選取過窄，又得增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦和彈簧的總厚。推薦片寬與片厚的比值在6～10范圍內(nèi)選取，取8,即b=56.4mm，取鋼板寬度為60mm。 4.2.5 鋼板彈簧片厚h的選擇 選擇彈簧片數(shù)n=10。一般地，鋼板彈簧各片厚h應在（1+0.1）的范圍內(nèi)選取。并盡量選擇同一厚度。在一副彈簧中雖然可以選擇不同厚度，但不宜超過三組，為使葉片壽命接近，最厚片與最薄片之比應小于1.5。葉片斷面尺寸b和h最后選取要符合我國型材規(guī)格。 根據(jù)數(shù)據(jù)，取。主片應取厚些，取為12mm,第二片取為12mm,第三片到第十片取為10mm。 4.2.6 鋼板斷面尺

39、寸形狀的確定 本車鋼板斷面形狀選擇矩形斷面形狀。矩形斷面鋼板彈簧的中性軸，在鋼板斷面的對稱位置上。工作時，一面受拉應力，一面受壓應力，而且上下表面的名義拉應力和壓應力的絕對值相等，因材料的抗拉性能低于抗壓性能，所以在受拉作用的一面首先產(chǎn)生疲勞斷裂。但矩形截面制造簡單，成本低廉，因此，選擇此種截面形式。 4.2.7 鋼板彈簧各片長度的確定 　　鋼板彈簧各片長度就是基于實際鋼板各片展開圖接近梯形梁的形狀這一原則來作圖的。首先假設各片厚度不同，則具體進行步驟如下： 先將各片厚度hi的立方值hi3按同一比例尺沿縱坐標繪制在圖上（圖4-1），再沿橫坐標量出主片長度的一半L／2和U形螺栓中心距的一

40、半s／2，得到A、B兩點，連接A、B即得到三角形的鋼板彈簧展開圖。AB線與各葉片上側(cè)邊的交點即為各片長度。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)邊端點連一直線，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。 圖4-1 確定鋼板彈簧各片長度的作圖法 用做圖法繪制的鋼板彈簧長度如下： 序號 斷面（mm） L（mm） 1 1260 1120 2 1260 920 3 1060 800 4 720 5 620 6 520 7 420 8 360 9 280 10 18

41、0 4.3 鋼板彈簧的剛度驗算 采用共同曲率法驗算剛度。前提是，假定同一截面上各片曲率變化值相同，各片所承受的彎矩正比于其慣性矩，同時該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩。 剛度驗算公式為： （4-5） 式中，　；； 其中，為經(jīng)驗修正系數(shù)，＝0.90～0.94；Ｅ為材料彈性模量；、為主片和第k+1片的一半長度。 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的自由剛度；如果用有效長度，即代入式中，則求得的剛度值是鋼板彈簧總成的夾緊剛度。 　　　 　　　 代

42、入數(shù)據(jù)，得出剛度為:。 4.4 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算 4.4.1 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 鋼板彈簧各片裝配后，在預壓縮和Ｕ形螺栓夾緊前，其主片上表面與兩端(不包括卷耳孔半徑)連線間的最大高度差，稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H0，用下式計算 （4-6） 式中，fc為靜撓度；fa為滿載弧高；Δf為鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后引起的弧高變化， ；S為Ｕ形螺栓中心距；L為鋼板彈簧主片長度。 代入數(shù)據(jù), 　　　 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑： 　　

43、 （4-7） 帶入數(shù)據(jù)，得。 4.4.2 鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 　　因鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下和裝配后的曲率半徑不同，裝配后各片產(chǎn)生預應力，其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri。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很好地貼緊，減少主片工作應力，使各片壽命接近。 矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由正式確定 　　 　　　　　 （4-8） 式中，Ri為第i片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑(mm)；R。為鋼板彈簧總成

44、在自由狀態(tài)下的曲率半徑(mm)；為各片彈簧的預應力(Ｍpa)；E為材料彈性模量(Ｍpa)，取E＝；hi為第i片的彈簧厚度(mm)。 設計各片的預應力，可取第一，二片的預應力為-80～-150Mpa，最后幾片的預應力取20～60Mpa。根據(jù)要求，彈簧預應力取為-85,-80,20,20,30,40,40,50,55,60Mpa。所確定的預應力還應該滿足這樣的條件，即在未受外界載荷的作用時，鋼板彈簧任何斷面預應力的內(nèi)力矩（彎矩）之代數(shù)和等于零，即 式中，為鋼板彈簧第i片的截面系數(shù)，； 為鋼板彈簧第i片的預應力。 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式，驗算合格，預應力取值同上。 矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲

45、率半徑由式（4-8）計算如下： ；；；； ；；； 4.4.3 彈簧的弧高 如果第i片的片長是，則第i片彈簧的弧高為： 　　　　　　 （4-9） 代入數(shù)據(jù)，得： 4.4.4 鋼板彈簧總成弧高的核算 由于鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下的曲率半徑是經(jīng)選取預應力后用式（4-8）計算，受其影響裝配后鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下的弧高與用式R。=L2／8Ho計算的結(jié)果會不同。因此，需要核算鋼板彈簧總成的弧高。 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

46、的為： 　　　　 　 （4-10） 式中，為鋼板彈簧第i片長度。 代入數(shù)據(jù)驗算，＝1631.8mm,與預先設定的相差不多。 鋼板彈簧總成的弧高為，代入數(shù)據(jù)得，兩次計算的弧高幾乎相等，因此，選擇的各片預應力數(shù)值合理。 4.5 鋼板彈簧的強度驗算 1）緊急制動時，前鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的后半段出現(xiàn)的最大應：　　　 （4-11） 式中，式中，為作用在前輪上的垂直靜負荷；為制動時前軸負荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，貨車：=1.4～1.6；為鋼板彈簧前、后段長度；為道

47、路附著系數(shù)，取0.8；Wo為鋼板彈簧總截面系數(shù)；c為彈簧固定點到路面的距離。 代入數(shù)據(jù)后得,<許用應力。 2）汽車驅(qū)動時，后鋼板彈簧承受的載荷最大，其前半段出現(xiàn)的最大應力： （4-12） 式中，G2為作用在后輪上的垂直靜負荷；m2為驅(qū)動時后軸負荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，貨車：=1．1～1．2；為道路附著系數(shù)，取；b為鋼板彈簧片寬；h1為鋼板彈簧主片厚度。 代入數(shù)據(jù)后得，<許用應力。 彈簧片號 曲率半徑（mm） 弧高（mm） １ 1835 85 ２ 1822 58 ３ 1579 51 ４ 1579 41 ５ 1556 31

48、 ６ 1532.9 22 ７ 1532.9 14 ８ 1510.5 11 ９ 1499 6.5 10 1488.7 2.7 第5章　卷耳的設計 5.1 卷耳形式的選擇 鋼板彈簧端部做成卷耳狀，再通過鋼板彈簧銷固定在車架的托架或吊耳的孔中。卷耳有多種形式，卷耳主要對制造工藝性，葉片的應力情況，主片的工作條件等產(chǎn)生影響。一般選擇卷耳上卷式結(jié)構(gòu)，其特點是制造工藝性良好，但因卷二中心線與主片斷面中心線之間存在一定距離，所以工作時葉片內(nèi)應力較大。因此應使彈簧第二片端部也要向上卷起，包在第一片卷耳上，使主片工作

49、條件改善，工作可靠性提高。 由于所懸架的使用范圍是輕型貨車，一般采用1/4包耳形式，卷耳銷采用不可拆式，卷耳形式如下： 5.2 卷耳和彈簧銷的強度驗算 5.2.1 卷耳的強度驗算 卷耳處所受應力是由彎曲應力和拉（壓）應力合成的應力，即： 　　 （5-1） 式中，為沿彈簧縱向力作用在卷耳中心線上的力；Ｄ為卷耳內(nèi)徑；b為鋼板彈簧寬度；為鋼板彈簧主片厚度。 根據(jù)歐美日等國的有關(guān)標準或法規(guī)對制動時的減速度j，對載貨汽車應為。選取5.5為本設計的最大減速度，則。 代入數(shù)據(jù)后得，<許用應力 5.2.

50、2 鋼板彈簧銷的強度驗算 鋼板彈簧銷選擇30號鋼進行制造，對鋼板彈簧銷，要驗算鋼板彈簧受靜載荷時它受到的擠壓應力。其中，為滿載靜止鋼板彈簧端部的載荷， ；b為卷耳處葉片寬；d為鋼板彈簧銷直徑。用30號鋼經(jīng)過液體碳氮共滲處理時，彈簧銷許用擠壓應力取為34Mpa。鋼板彈簧銷直徑定為55mm,帶入數(shù)據(jù)，得。彈簧銷強度符合要求。 5.3 葉片的端部結(jié)構(gòu) 葉片的端部結(jié)構(gòu)可以按其形狀和加工方式分為矩形，梯形（片端切角），橢圓形（片端壓延）和片端壓延切斷四種。矩形制造成本最低，但效果最差。與壓延后的片端相比，在片端的接觸區(qū)域，傳遞的壓力更大也更集中，導致片間摩擦和磨損加劇。同時，也增加了板簧的質(zhì)量，但

51、由于其制造簡單，因此選用此種形式。 5.4 小結(jié) 設計卷耳的基本參數(shù)見下表 名稱 材料 直徑（mm） 卷耳 55SiMnVB，表面噴丸 40 鋼板彈簧銷 30鋼，碳氮共滲 60 第6章　鋼板彈簧其余附件的選擇 6.1 鋼板彈簧中心螺栓的選定 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 直徑一般接近簧片厚度。由推薦的中心螺栓尺寸查得中心螺栓直徑尺寸為16mm,中心孔直徑尺寸為。 6.2 鋼板彈簧襯套的分析和選型 襯套一般以金屬，橡膠或塑料三種材料制造。金屬褲套可以承受較大的擠壓應 力（平均可達到

52、），彈簧銷和卷耳也徑尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，可降低卷耳根部應力。但金屬襯套需要有良好的潤滑，這種襯套大多用于載貨汽車上。 塑料襯套一般采用尼龍或聚甲醛材料制成。由于塑料襯套本身有潤滑性質(zhì)，因此對潤滑要求較低。塑料的熱膨脹系數(shù)比金屬大，而且吸水后膨脹，因此襯套壁厚不家過厚。確定襯套與卷耳孔徑時，最好根據(jù)不同塑料的性能，經(jīng)試驗后給出合理的過盈量，并選擇合適的彈簧銷配合間隙。 橡膠襯套主要是靠橡膠扭轉(zhuǎn)變形使卷耳相對彈簧銷產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，由于橡膠和金屬表面沒有相對移動，因此襯套不存在磨損問題。為減少襯套在扭轉(zhuǎn)變形時產(chǎn)生過大剪應力，襯套一般做的比較大，所以襯套設計應考慮卷耳強度。橡膠襯套的主要優(yōu)點是無需潤滑維護

53、，并能吸收汽車高頻振動，因此橡膠襯套在轎車以及輕型貨車上得到廣泛應用。橡膠襯套結(jié)構(gòu)可分為硫化壓結(jié)式和壓裝式兩種，后者又有軸向壓裝和徑向壓裝兩種。 根據(jù)車型和潤滑的難易程度，選擇尼龍襯套。 6.3彈簧夾箍的選擇 目前使用較多的是可拆裝式夾箍，但對于不經(jīng)常拆裝換片的彈簧，使用不可拆 裝式夾箍。不可拆裝式夾箍用于轎車或輕型客貨車上。為維修方便，選擇可拆裝式夾箍。形式如下： 6.3.1 騎馬螺栓的選擇 參照同類車型騎馬螺栓的規(guī)格，其直徑定為16mm,中心矩為80mm。在擰緊螺母時，擰緊力矩為。 騎馬螺栓的技術(shù)要求（引自QC/T 517-1999

54、）： 產(chǎn)品應符合本標準的要求，并按照規(guī)定程序批準的圖樣和技術(shù)文件制造。 （1）性能等級：螺栓等于或高于8.8級，按GB/T 3089.1-1982《緊固件機械性能螺栓，螺釘和螺柱》規(guī)定。螺母等于或高于8級，按GB/T 3089.2-1982《緊固件機械性能螺母》規(guī)定。 （2）材料：螺栓推薦用45,40Cr，40MnB，45Mn2鋼按GB 699-65《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼號和一般技術(shù)條件》及GB/T 3077-1982《合金結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件》規(guī)定。螺母推薦用35,45鋼按GB 699-65規(guī)定。 （3）硬度：螺栓硬度按GB/T 3089.1-1982規(guī)定。螺母硬度按GB/T 3098.2-1

55、982規(guī)定。 （4）螺紋精度：螺栓螺紋鍍鉻后，中等旋合長度的為6h級，長旋合長度的為6f級，按GB 197-1981《普通螺紋公關(guān)與配合》規(guī)定。螺母螺紋鍍鉻后為6H級按GB/T 197-1981規(guī)定。螺栓螺紋牙底開關(guān)按GB/T 197-1981規(guī)定。螺栓螺母螺紋不允許有毛刺，裂紋，亂扣，刀傷，碰傷等缺陷，但在不影響螺紋量規(guī)自由旋入的情況下，螺紋端部不多于兩牙允許有機械加工的缺陷。 （5）表面處理：螺栓，螺母表面須經(jīng)防蝕處理。螺栓表面處理按主機廠要求，電鍍層或化學處理按QC/T264-1999《汽車電鍍層和化學處理層》規(guī)定：涂漆處理按QC/T 484-1999《汽車油漆涂層》規(guī)定。螺母表面處

56、理按主機廠要求，電鍍層或化學處理按QC/T 264-1999規(guī)定。螺栓表面采用鍍鋅處理的，鍍鋅后必須去氫。 第7章 減振器的設計 7.1 減振器的分析和選型 減振器是產(chǎn)生阻尼力的主要元件，其作用是迅速衰減汽車振動，改善汽車行駛平順性，增強車輪與路面的附著性能，減少汽車因慣性力引起的車身傾角變化，提高汽車操縱性和穩(wěn)定性。另外，減振器能夠降低車身部分的動載荷，延長汽車使用壽命。懸架中用得最多的減振器是內(nèi)部充有液體的液體式減振器。汽車車身和車輪振動時，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時的摩擦

57、和液體的粘性摩擦形成了振動阻力，將振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到空氣中去，達到迅速誤差振動的目的。 減振器分為搖臂式和筒式兩種。雖然搖臂式減振器能夠在比較大的工作壓力（10～20）Mpa）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。筒式減振器工作壓力雖然僅為2.5～5Mpa，但因為工作性能穩(wěn)定而在現(xiàn)代汽車上得到廣泛應用。目前汽車使用的減振器主要是筒式減振器，其結(jié)構(gòu)形式可分為雙筒式，單筒充氣式和又筒充氣式三種。 （1）雙筒式減振器：減振器在拉伸（或壓縮）時，工作缸內(nèi)油液流經(jīng)復原閥（或壓縮閥）產(chǎn)生復原阻力（或壓縮阻力）。其優(yōu)點是阻力容易調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。缺點

58、是調(diào)整運動阻力不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生液流噪聲。 （2）單筒充氣式減振器：在缸筒下部裝有一個浮動活塞，它與缸筒下端形成密封氣室，充入高壓氮氣，浮動活塞將減振器和高壓氣體分開。減振器在拉伸或壓縮時，油液流經(jīng)活塞上壓縮閥（或復原閥）產(chǎn)生阻力。由于減振器充入高壓氣體可以得到穩(wěn)定的阻力特性，不容易產(chǎn)生噪聲。缺點是軸向安裝尺寸大，對油封和零部件加工要求高。 （3）雙筒式充氣減振器：在貯油缸內(nèi)充入低壓氮氣，和單筒充氣式減振器一樣，在拉伸或壓縮時油液流經(jīng)復原閥或壓縮閥產(chǎn)生阻力，另外在壓縮時有部分油液從工作缸下端通孔進入貯油缸產(chǎn)生阻力。雙筒充所式減振器克服了上述兩種減振器的缺點，可以在很大的工作范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的阻

59、力特性，而且軸向尺寸和噪聲小，價格便宜，雙筒充氣式減振器在轎車上廣泛應用。設計減振器時應當滿足的基本要求是，在使用期間保證汽車行駛平順性的性能穩(wěn)定。 本車選用筒式減振器，選用單筒形式。工作壓力為2.55Mpa。 7.2 阻尼器基本參數(shù)的確定 7.2.1 相對阻尼系數(shù)ψ 　 在減振器卸荷閥打開前，其中的阻力F與減振器振動速度v之間的關(guān)系為： ,式中，σ為減振器阻尼系數(shù)。 圖所示為減振器的阻力——速度特性。該圖具有如下特點：阻力——速度特性由四段近似直線線段組成，其中壓縮行程和伸張行程的阻力——速度特性各占兩段；各段特性線的斜率是減振器的阻尼系數(shù)σ=

60、F/u，所以減振器有四個阻尼系數(shù)。在沒有特別指明時，減振器的阻尼系數(shù)是指卸荷閥開啟前的阻尼系數(shù)。通常壓縮行程的阻尼系數(shù)與伸張行程的阻尼系數(shù)不等。 汽車懸架有阻尼以后，簧上質(zhì)量的振動是周期衰減振動，用相對阻尼系數(shù)ψ的大小來評定振動衰減的快慢速度。ψ的表達式為： （7-1） 式中，c為懸架系統(tǒng)的垂直剛度；為簧上質(zhì)量,上式表明，相對阻尼系數(shù)ψ的物理意義是：減振器的阻尼作用在于不同剛度c和不同簧上質(zhì)量的懸架系統(tǒng)匹配時，會產(chǎn)生不同的阻尼效果。ψ值大，振動能迅速衰減，同時又能將較大的路面沖擊力傳到車身；ψ值小則相反；通常情況下，將壓

61、縮行程時的相對阻尼系數(shù)取得小些，伸張行程時的相對阻尼系數(shù)取得大些。兩者之間保持有的關(guān)系。設計時，現(xiàn)選取與的平均值ψ。對于無內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，取ψ=0.25～0.35；對于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，ψ值取小些。對于行駛路面條件較差的汽車，ψ值應取大些，一般??；為避免懸架碰撞車架，取。 本設計中，ψ取0.25， =0.33， =0.17 。 7.2.2 伸張行程的阻尼系數(shù) 根據(jù)公式： 　　　　　　　　　 （7-2） 式中，c為懸架系統(tǒng)的垂直剛度； 　為簧上質(zhì)量； 　為減振器阻尼系數(shù)。 有伸張行程阻尼系數(shù)。 7.3 最

62、大卸荷力的確定 為減少傳到車身上的沖擊力，當減振器活塞振動速度達到一定值時，減振器打開卸荷閥。此時的活塞速度稱為卸荷速度。一般地，在0.15。 已知伸張行程的阻尼系數(shù)，在伸張行程的最大卸荷力為： 　　　　　　　　　　 （7-3） 其中，取0.3m/s，則 。 7.4　筒式減振器主要尺寸參數(shù)的確定 筒式減振器工作缸直徑D可由最大卸荷力和缸內(nèi)允許壓力[p]來近似求得： （7-4） 式中，[p]——缸內(nèi)最大允許壓力，取; 為缸筒直徑與連桿直徑比，雙筒式減振器

63、；單筒式減振器；計算出D后，根據(jù)標準將缸徑圓整為20、30、40、50、65 mm。 帶入數(shù)據(jù)，得D＝21.1mm，按標準取D=40mm。 貯油筒直徑，取，壁厚取為2mm，選擇20鋼進行制造。 第8章　結(jié)論與展望 本次設計采用常規(guī)方法對1.5噸輕型貨車進行前懸架設計，并參考市上已有車型對前懸架的基本參數(shù)進行優(yōu)化選擇，避免了大量的繁瑣和重復的計算，這種參考設計方法，能大大提高設計效率，節(jié)省了很多計算時間，通過對比，能使所設計的產(chǎn)品具有最佳的使用性能和最低的材料消耗與制造成本。 本次設計達到了預期的目標，所設計鋼板彈簧的強度、剛度都達到了預期的目標，外形較為美觀。但由于設計的鋼板片數(shù)

64、較多，在重量和成本控制方面都有一定的不足。 在今后的設計中，在結(jié)構(gòu)設計的同時，必須將成本控制觀念貫徹到整個設計理念中，不斷完善自身的設計。 致　　謝 　　通過這一階段的努力，我的畢業(yè)設計終于完成了，這意味著大學生活即將結(jié)束。在大學階段，我在學習上和思想上都受益非淺。 在本論文的寫作過程中，我的導師李偉老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。同時我還要感謝在我學習期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學和朋友。

65、 畢業(yè)設計是一次再系統(tǒng)學習的過程，畢業(yè)設計的完成，同樣也意味著新的學習生活的開始。我將銘記我曾是一名重慶交通大學學子，在今后的工作中把交大的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚光大。 參考文獻 [1]　梁新成，黃志剛，朱婷，穆以東.汽車懸架的發(fā)展現(xiàn)狀和展望[J].北京工商大學學報（自然科學版），2006,第24卷第2期 [2]　丁謂平.懸架彈性元件最佳剛度分布的工程設計方法[J].汽車工程2005,第27卷第5期 [3]　BOSCH汽車工程手冊[P].北京理工大學出版社，2009 [4]　汽車標準匯編[S].中國標準出版社，2

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