DA180低速汽車非獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)-鋼板彈簧【含9張cad圖紙+文檔全套資料】
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密級(jí)
分類號(hào)
編號(hào)
成績
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
外文翻譯
原文標(biāo)題
Suspension Basics
譯文標(biāo)題
懸架系統(tǒng)的基本原理
作者所在系別
作者所在專業(yè)
作者所在班級(jí)
作者姓名
作者學(xué)號(hào)
指導(dǎo)教師姓名
指導(dǎo)教師職稱
完成時(shí)間
教務(wù)處制
譯文標(biāo)題
懸架系統(tǒng)的基本原理
原文標(biāo)題
Suspension Basics
作者
Scott
譯名
斯科特
國籍
美國
原文出處
http://www.docin.com/p-1175103800.html?qq-pf-to=pcqq.c2c
譯文：懸架系統(tǒng)的基本原理
懸架系統(tǒng)雖不是汽車運(yùn)行不可或缺的部件，但有了它人們可以獲得更佳的駕
史感受。簡單的說，它是車身與路面之見的橋梁“
懸架的行程涉及到懸浮于車輪之上的車架，傳動(dòng)系的相對(duì)位置“就像橫跨于
日金山海灣之上的金門大橋，它連接了海灣兩傭。去掉汽車上的懸架就像是你做
一次冷水潛泳通過海灣一樣，你可以平安的渡過整個(gè)秋天，但會(huì)疼痛會(huì)持續(xù)幾周
想想滑板吧！它直接接觸路而你可以感受到每一塊磚，裂隙及其撞擊。這簡
氣就是一種令人全身都為之震顫的體驗(yàn)“當(dāng)輪子滑過路面時(shí)，就會(huì)在此產(chǎn)生震動(dòng)，
中擊，這種震動(dòng)的旅程時(shí)對(duì)你的身體和勇氣的檢驗(yàn)。如果你沒感到隨時(shí)都有被掀
之勢，那么你或許會(huì)樂在其中吧！
這就是你會(huì)在沒有懸架的汽車上將會(huì)體驗(yàn)到的“
汽車的懸架分為兩種基本類型：整體和獨(dú)立懸架。
整體懸架（也叫剛性梁，剛性軸）是聯(lián)接車輛上下兩部分的一種主要形式“
一如其才，它是用一根金屬材料一一一軸，來連接兩側(cè)車輪的。鋼板彈簧在車架之
；在兩半軸中間裝有差速器，允許兩儷的輪子以不同的角速度旋轉(zhuǎn)。
整體式懸架的車輛在行進(jìn)中，由于兩側(cè)的車輪共用一根周因此，當(dāng)某
一側(cè)車輪跳動(dòng)時(shí)另一側(cè)也會(huì)隨之運(yùn)動(dòng)“它們的反饋結(jié)果就像是一個(gè)整體“可以想
的到，這不可能有舒適的駕駛體驗(yàn)的。
雖然可以借助于彈簧來衰減猛烈的震動(dòng)，但仍然存在較強(qiáng)的震動(dòng)“那么，既
尜如此為什么還要用這種懸架呢？第一，它很堅(jiān)周，由于采用了一體化的結(jié)構(gòu)，
定軸式懸架系統(tǒng)具有著其他方式懸架不可替代的承載能力”它們經(jīng)常應(yīng)用于行
史于較差路況的車輛。你可以在卡車和重載車輛上見到它。
一種由固定軸式懸架變形系統(tǒng)叫做TIB懸架系統(tǒng)（或叫半固定軸式〕在這
種結(jié)構(gòu)中，有兩根剛性軸而非一根“這種設(shè)計(jì)可兼得較大的剛性和較好的韌性，
通常用于輕卡的前懸。
另外一種基本結(jié)構(gòu)是叫做獨(dú)立懸架的系統(tǒng)。想它的名字一樣，匕是由兩個(gè)獨(dú)
立存在的“橋“分別連接兩側(cè)的車輪。到目前為止，這種結(jié)構(gòu)可以提供最舒適的
乘坐環(huán)境，多見于乘用車，小型貨車和其他的小型車輛。這是目前較為流行的一
種懸架系統(tǒng)。如果你喜歡較軟的懸架，那么獨(dú)立懸架無疑是最佳選擇。
除了軸，車輪，輪胎，今天的懸架系統(tǒng)使用的兩個(gè)重要部件是彈簧和減震器，
以增強(qiáng)車輛的安全和舒適性“
彈簧：
在一輛車上彈簧是懸架系統(tǒng)的主要部件“有集中不同的彈簧，比如扭桿彈簧，
但幾乎所有的車輛都采用螺旋彈簧來構(gòu)成四輪獨(dú)立懸架系統(tǒng)“許多卡車也用螺旋
彈簧，而重載卡車則使用彈簧安裝于其后懸。
彈簧可以減緩和儲(chǔ)存來自路面的振動(dòng)，沖擊等能量“它通過壓縮和伸展來衰
減振動(dòng)。當(dāng)一輛車子的某一個(gè)輪子遇到一個(gè)凸起而向上跳動(dòng)時(shí)，彈簧就會(huì)衰減額
外的能量。以此來保證能量傳遞的連貫性，在此過程中確保車輪始終與路而保持
接觸。
彈簧壓縮或伸展量的大小是由“彈簧剛度”決定的。彈簧剛度以每英寸的變
形量是由多少載荷所引起來表示的。比如，1inch/pound,所以200磅的負(fù)荷可以
產(chǎn)生2inch的變形量。彈簧變形量是由很多的因素決定的。對(duì)于蟈旋彈簧而言
包括有效圈數(shù)，彈簧中徑，彈簧鋼直徑。有效圈數(shù)越少，剛度越小。
彈簧的設(shè)計(jì)影響到車輛的舒適性與操縱穩(wěn)定性。由于彈簧衰減了大部分的能
量，因而可以提供較好的駕駛環(huán)境。畢竟它可以衰減由于路面產(chǎn)生的能量。但總
會(huì)有工程交換的。這種彈簧會(huì)使車輛的重心較高，從而在輪子跳動(dòng)時(shí)導(dǎo)致不穩(wěn)定
工況這種工況的產(chǎn)生是由于彈簧的壓縮和伸展的量不同而引起的。車身的“翻
滾”大都發(fā)生在懸架之上。這種“翻滾”叫做載荷轉(zhuǎn)移，是由于某一車輪跳動(dòng)是
汽車的重心偏移的離心力所引起的“載荷轉(zhuǎn)移可能導(dǎo)致某一車輪承受較大的附加
載荷，這將會(huì)產(chǎn)生有害的拖拽力，不利于操縱穩(wěn)定性。
減振器：
懸架的另外一個(gè)重要部件是減震器減震器在懸架系統(tǒng)中扮演著衰減振動(dòng)最
后防線的角色，而這本是彈簧的職責(zé)。減振器可以衰減由于路而致使彈簧上下跳
動(dòng)而產(chǎn)生的振動(dòng)的影響“
人們不喜歡限程減振器；他們更喜歡阻尼器“如果不加處理一一一就是被你，
我叫做振動(dòng)衰減器東西“
減振器丁作中有兩個(gè)行程一一壓縮和伸張。壓縮行程發(fā)生在活塞向下運(yùn)動(dòng)，
在活塞套筒密閉的內(nèi)室向下擠壓液壓油“伸張行程發(fā)生在活塞向上方的套筒頂部
運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)被壓縮的液體將向上充滿套筒“
如果沒有減振器，彈簧衰減的能量將會(huì)以不可控制的速率釋放。彈簧的慣性
將導(dǎo)致它猛烈的彈回和擴(kuò)張。這時(shí)彈簧還可以再次被壓縮，但是又會(huì)被壓縮過量。
此后，彈簧仍舊會(huì)以其自然頻率被彈回直至它的能量被摩擦力損耗完。這種作用
十分不利于車輛穩(wěn)定性“
迷惑了吧？1下面是個(gè)模型（來闡釋這個(gè)概念）。如果你有一個(gè)劃帶
且近日又沒用它，你可以用它做個(gè)試驗(yàn)。用手拿著它在空中使他壓縮。現(xiàn)在，
拿著一端放丿T-另一端，繃帶就會(huì)衰減由于地心引力而產(chǎn)生的潛在能量。（就像車
上的彈簧衰減路面的振動(dòng)那樣），它會(huì)上上下下的持續(xù)很長時(shí)間“如果一輛車沒
有減振器的協(xié)作它就會(huì)像這樣“
你可能聽過“支撐桿”這個(gè)單詞，或者更平常點(diǎn)的麥弗遜一支撐桿。這個(gè)桿
通常是作為減震器的主要結(jié)構(gòu)部件。對(duì)于支撐桿，減振器是安裝在螺旋彈簧內(nèi)圈
的“如此也可減少空間，成本也不高。許多車都用麥弗遜式的結(jié)構(gòu)“
振動(dòng)和支撐桿可以幫助控制懸架在允許的范圍內(nèi)快速運(yùn)動(dòng)。這對(duì)于保持輪胎
與地面接觸是很重要的“大多數(shù)的減振器在設(shè)計(jì)時(shí)更多的考慮增加彈簧伸展循環(huán)
的阻力”這是因?yàn)閿U(kuò)張行程決定著汽車彈簧的重量（通常為懸架重量的50％_
100％月另一方面，壓縮行程決定著車輛的非懸架質(zhì)量（車輪，輪胎，剎車，一
半的懸架質(zhì)量。
附錄：
原文 Suspension Basics
The suspension system, while not absolutely essential to the operation of a moto r vehicle
makes a big difference in the amount of pleasure experienced while driving- Essent ally, it acts as a ?bndge? between the occupants of the vehicle and the road they ride on. The term suspension refers the ability of this bridge to "suspend" a vehicle's frame, and powertrain above the wheels- Like the Golden Gate Bridge hovering over San Francisco. Bay, it separates the two and keeps them apart Tore move this suspension would be like
taking a c0 dive from the Golden Gate: you might survive the fall, but the impact would leave you sore for weeks. Think of a skateboard- It has direct contact With the road You feel every bnck crack, crevce and bump. It's almost a Msceral experience As the *wheels grow across the pavement, picking up a bump here a crack there the M bratlon travels up your legs and settles in your gut- You could almost admit you were haMng fun, if you didn’t feel like you were gonna toss your tacos at any second. This is ` at your car would like without a suspension system. Before we get into the individual components that make up a vehicles ride support, let's take at a basic pnnciple of design: solid axle independent suspension solid axle suspension, because both 1 Is share the same axle, the up movement of one wheel causes a like movement in the other wheel. They respond as 0 unit
As you can imagine, this doesnt make the most comfortable nde. Eben though solid axle
designs utilize spnngs to soften their inherently harsh ride charactenstics (more on different
spnng setups bow ） ， they still bump along like a bnck outhouse. So why use them at all? Well, strength, for one. Because of the unitized construction solid axle suspension systems incredible load bearing capacity- They also handle uneven roads superbly. You'll find them in trucks and off road vehicles .A modified fonm of the solid axle design is called Twin -I-beam suspension, his setup, 一 one for each wheel 一 take the place of a Single axle This design offers many of the strengths of the solid axle design, With a slightly softer ride- Yo find it used pnmarily in the front end of light trucks The other main design 's c independent suspens on- As the name suggests independent suspension assemblies offer a separate "bridge for each wheel- They deliver the best characteristics by and are found most frequently in passenger cars, minivans, and other street 'vehicles Th's is the most popular kind of suspension system in use today you like the "smoothness" we can almost guarantee has independent .
Suspension
In addition to axles, wheels and tires todays suspension systems utilize bmother compSpnngs absorb and store road shock caused by bumps, dips, cracks, and so (remember the skateboard a They absorb this shock by either compressing
extending. When a car's wheel goes over a bump and gets pushed upward, the spring absorbs that additional， keeps the road shock from reaching the chassis, and makes sure the tire maintains contact with the pavement .
How much a spnng compresses “ extends is determined by spring rate · Spnng rate is
measured in pounds per inch of deflection, for example, 100 pounds per Inch- So, say aload of
200 pounds is applied, the spring Will deflect 2 inches. Spring rate comes on various facto
For a coil spring, this includes the number of acti*,e coils, the diameter of the coils, and the
diameter of the spring WI re The fewer coils a spnng has, the higher the spring rate it will have. The design Of a spnng affects how well the vehicle WII ride and handle- A spring that absorbs lots of energy Will generally offer a comfortable nde. Aner all, can absorb most of the road shock (energy) that is being generated by the road surface But there are always engineering trade 0 ． Shocks and struts help control how fast the suspension is allowed to m ove which 's important for keeping the tires in contact with the road Most shock absorber designs have more resistance dunng the extension (rebound) cycle than the compression cycle is because the extension cycle controls the motion of the vehicle's sprung weight of the suspension and everything else above the suspension). The compression cycle, on the other hand, controls the motion of unsprung weight (wheels, tires, brakes and half of the suspension)
4
指導(dǎo)教師評(píng)語
外文翻譯成績：
指導(dǎo)教師簽字：
年月日
注：1.指導(dǎo)教師對(duì)譯文進(jìn)行評(píng)閱時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：①翻譯的外文文獻(xiàn)與畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主題是否高度相關(guān)，并作為外文參考文獻(xiàn)列入畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的參考文獻(xiàn)；②翻譯的外文文獻(xiàn)字?jǐn)?shù)是否達(dá)到規(guī)定數(shù)量（3000字以上）；③譯文語言是否準(zhǔn)確、通順、具有參考價(jià)值。
2.外文原文應(yīng)以附件的方式置于譯文之后。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
DA180低速汽車非獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)
學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)：
班 級(jí)：
學(xué) 號(hào)：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)老師：
2010 年6月1日
DA180低速汽車非獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)
摘 要
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（或輪胎）彈性地連接起來。它的主要作用是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，比如支撐力、制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力等，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動(dòng)、保證乘員的舒適性、減小貨物和車輛本身的動(dòng)載荷。
本文針對(duì)某公司生產(chǎn)的低速載貨汽車的選懸架在實(shí)際使用中存在的問題進(jìn)行分析。結(jié)合該汽車使用的地區(qū)的道路條件，對(duì)汽車的前后懸架進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。通過比較各種各種鋼板彈簧的優(yōu)缺點(diǎn)和生產(chǎn)成本，確定了鋼板彈簧的斷面形狀。借鑒國內(nèi)外對(duì)鋼板彈簧的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，片數(shù)、 片寬、片厚、片長、弧高、曲率半徑、檢驗(yàn)剛度、裝配剛度等技術(shù)參數(shù)。并對(duì)鋼板彈簧進(jìn)行受力分析、剛度校核和強(qiáng)度校核，驗(yàn)證所選取的參數(shù)基本上滿足了汽車在空、滿載務(wù)件下對(duì)平順性、 舒適性以及安全方面的要求。還對(duì)鋼板彈簧銷進(jìn)行強(qiáng)度校核。此外還通過計(jì)算確定雙筒式減振器的主要參數(shù)，選定符合國標(biāo)的減振器型號(hào)。
關(guān)鍵詞：非獨(dú)立懸架 鋼板彈簧 減震器 設(shè)計(jì)
DA180 low-speed vehicles of non-independent suspension design
ABSTRACT
Suspension is an important element of one of the modern automobile, it to the chassis (or body) and axle (or tires) flexibly link. Its main role is the role of transmission in the body between the wheels and all the power and moment, such as support of, system dynamics and driving force, and easing the road to the whole body impact load, decay resulting vibration, ensure the comfort of the crew, cargo and vehicles reduce their moving load.
This point is interpret about which company produced a low-speed truck suspension have been arisen problems in real life .I have a new design for the front and back suspension based on the car were used in areas of the road conditions before. Firstly I defined the section shape of leaf spring according to compare the various of advantages and disadvantages .Secondly I draw on domestic successful experience in the design of leaf springs and technical parameters for sheet number, sheet width, sheet thickness, sheet length , arc height, curvature radius, test for stiffness, assembly stiffness .mechanical analysis of leaf spring, stiffness and strength check of Verification, Validation basically meet the selected parameters of the car in the air, full service parts under the ride comfort, comfort, and safety requirements.Also check the strength of leaf spring pin.Also determined by calculating the main parameters of binocular-type shock absorber, shock absorber type selected meet the national standard
Key words: Suspension ;multi-leaf spring ;vibration damper ;Design
目 錄
第一章 前 言 1
1.1論文的研究目的和意義 1
1.2懸架設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求 1
1.3國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2
1.3.1 懸架彈性元件發(fā)展趨勢 2
1.3.2 國內(nèi)外懸架的研究方向 3
1.3.3 電子控制懸架今后須要解決的技術(shù)問題 4
1.4設(shè)計(jì)的主要參數(shù) 5
第二章 前鋼板彈簧的設(shè)計(jì) 6
2.1鋼板彈簧基本參數(shù)的確定 6
2.1.1 單個(gè)鋼板彈簧的載荷 6
2.1.2 鋼板彈簧的靜撓度 6
2.1.3 鋼板彈簧的動(dòng)撓度 7
2.1.4 鋼板彈簧滿載靜弧高 7
2.1.5 鋼板彈簧斷面形狀的確定 7
2.1.6鋼板彈簧主長度的確定 8
2.2鋼板彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 8
2.2.1鋼板彈簧片厚的計(jì)算 8
2.2.2鋼板彈簧片寬的計(jì)算 9
2.2.4鋼板彈簧各片長度的計(jì)算 9
2.2.5鋼板彈簧剛度的驗(yàn)算 10
2.2.6鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算 11
2.2.7鋼板彈簧總成弧高的核算 13
2.3鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算 13
2.4鋼板彈簧主片的強(qiáng)度的核算 14
2.5鋼板彈簧銷的強(qiáng)度核算 14
2.3小結(jié) 15
第三章減振器的設(shè)計(jì) 16
3.1 減振器的分類及選型 16
3.2相對(duì)阻尼系數(shù)的選擇 16
3.3減振器阻尼系數(shù)的確定 18
3.4最大卸荷力的確定 18
3.5簡式減振器工作缸直徑的確定 18
3.6小結(jié) 19
第四章后鋼板彈簧的設(shè)計(jì) 20
4.1后鋼板彈簧基本參數(shù)確定 20
4.1.1后懸架的載荷 20
4.1.2后懸架振動(dòng)頻率的選擇 20
4.1.3動(dòng)撓度的選擇 20
4.1.4懸架的彈性特性 20
4.1.5懸架主、副簧剛度的分配 21
4.2彈性元件的設(shè)計(jì) 22
4.2.1鋼板彈簧的布置方案 22
4.2.2鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 22
4.3鋼板彈簧剛度的驗(yàn)算 25
4.4鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算 26
4.4.1鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 26
4.4.2鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑的確定 27
4.4.3鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 27
4.5鋼板彈簧總成弧高的核算 28
4.6鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算 29
4.7鋼板彈簧彈簧銷的強(qiáng)度的核算 31
4.8小結(jié) 31
第三章總結(jié)與展望 32
致 謝 33
參考文獻(xiàn) 34
III
廣西大學(xué)本科學(xué)位論文 DA180低速汽車非獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)
第一章 前 言
1.1論文的研究目的和意義
懸架是現(xiàn)代汽車上重要的總成之一，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)是傳遞作用在車輪和車架之間的一切力和力矩， 并且緩和由不平路面?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)，以保證汽車平順地行駛。由于結(jié)構(gòu)簡單、便于維護(hù)以及可以使用多種類型的彈性元件等優(yōu)點(diǎn)，非獨(dú)立懸架廣泛應(yīng)用于載貨汽車以及大客車的前后懸架。一些全輪驅(qū)動(dòng)的多用途車也采用非獨(dú)立懸架作為前后懸架。隨著彈性元件、減震器及其他結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，非獨(dú)立懸架的性能也日益得到改善，在一些大批量生產(chǎn)的高級(jí)橋車和運(yùn)動(dòng)型橋車中，仍然采用非獨(dú)立懸架用于其后懸架。對(duì)于前置前驅(qū)動(dòng)汽車尤其是輕型載貨汽車而言，由于后橋沒有笨重的主減速器和差速器，其非獨(dú)立懸架與獨(dú)立懸架的非懸掛質(zhì)量相差不大，因而非獨(dú)立后懸架具有很好的應(yīng)用前景。汽車在不平路面上行駛時(shí)，由于懸架的彈性作用，使汽車產(chǎn)生垂直振動(dòng)。為了迅速衰減這種振動(dòng)和抑制車身、車輪的共振，減小車輪的振幅，懸架應(yīng)裝有減振器，并使之具有合理的阻尼。利用減振器的阻尼作用，使汽車振動(dòng)的振幅連續(xù)減小，直至振動(dòng)停止。
本次課題針對(duì)都安建興機(jī)械有限公司生產(chǎn)的都興DA180低速載貨汽車的懸架進(jìn)行研究分析。根據(jù)它使用的道路環(huán)境和實(shí)際載重對(duì)懸架進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。改進(jìn)了汽車在惡劣的山區(qū)道路上行駛的平順性和操控穩(wěn)定性。根據(jù)汽車實(shí)際的裝載質(zhì)量對(duì)懸架的彈性元件進(jìn)行受力分析和強(qiáng)度校核。以提高懸架的壽命。
1.2懸架設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求[2]
汽車懸架和懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量構(gòu)成一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，該振動(dòng)系統(tǒng)的特性很大程度上決定了汽車的行駛平順性，并進(jìn)一步影響到汽車的行駛車速，燃油經(jīng)濟(jì)型和運(yùn)營經(jīng)濟(jì)型。該振動(dòng)系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多零部件的動(dòng)載，并進(jìn)而影響到這些零件的使用壽命。此外，懸架對(duì)整車的操縱穩(wěn)定性、抗縱傾能力也起著決定性的作用。因而在設(shè)計(jì)懸架時(shí)必須考慮一下幾個(gè)方面的要求：
1. 通過合理設(shè)計(jì)懸架的彈性特征及阻尼特性確保汽車具有良好的行駛平順性，即具有較低的振動(dòng)頻率、較小的振動(dòng)加速度值和合適的振動(dòng)性能，并能避免在懸架的壓縮或伸張行程極限點(diǎn)發(fā)生硬沖擊，同時(shí)還要保證輪胎具有足夠的接地能力。
2. 合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩的可靠傳遞，保證車輪跳動(dòng)時(shí)車輪定位參數(shù)的變化不會(huì)過大，并且能滿足汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性的要求；
3. 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)與轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)，避免發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，否則可能引發(fā)轉(zhuǎn)向輪擺振；
4. 側(cè)傾中心及縱傾中心位置恰當(dāng)，汽車轉(zhuǎn)向時(shí)具有抗側(cè)傾能力，汽車制動(dòng)和加速時(shí)能保持車身的穩(wěn)定，避免發(fā)生汽車在制動(dòng)和加速時(shí)的車身縱傾（即所謂的“點(diǎn)頭”和“后仰”）；
5. 懸掛構(gòu)件的質(zhì)量要小尤其是非懸掛部分的質(zhì)量要盡量??；
6. 便于布置；
7. 所有零部件應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和使用壽命；
8. 制造成本低；
9. 便于維修、保養(yǎng)。
1.3國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.3.1 懸架彈性元件發(fā)展趨勢
非獨(dú)立懸架是汽車上最早使用的一種懸架。至今仍然被廣泛應(yīng)用于載貨汽車和載客客車的前后懸架以及橋車的后懸架。非獨(dú)立懸架使用的彈性元件也由最初的鋼板彈簧和扭桿彈簧發(fā)展到空氣懸架和油氣懸架。
空氣懸架彈簧是一種運(yùn)用在高檔客車和重型載貨車上的懸架系統(tǒng)，是世界鋼板彈簧發(fā)展趨勢。國外客車100％、拖車100％、重型載重車85％采用空氣懸掛簧，可減少噪聲，提高穩(wěn)定性與舒適性。20世紀(jì)50年代，空氣懸架彈簧開始應(yīng)用在載重車、小轎車、大客車及鐵道車輛上。60年代，德國、美國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的大部分公共汽車中裝有了空氣彈簧懸架。目前，國外生產(chǎn)的旅游車、長途客車及高速客車幾乎全部使用空氣彈簧懸架，部分轎車也使用了空氣彈簧懸架，如德國的奔馳300SE ~13奔馳600等，另外在重型載貨汽車上近年來也得到了廣泛應(yīng)用[12]。國內(nèi)早在20世紀(jì)60年代就設(shè)計(jì)生產(chǎn)了空氣彈簧懸架，但由于工業(yè)技術(shù)條件有限，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的產(chǎn)品使用效果不甚理想，以后在很長一段時(shí)期，產(chǎn)品沒有進(jìn)一步發(fā)展。因此，國外生產(chǎn)空氣懸架彈簧的廠家憑借著資金與技術(shù)優(yōu)勢進(jìn)入了國內(nèi)市場，為國內(nèi)生產(chǎn)豪華客車的廠家配套成熟的空氣彈簧懸架產(chǎn)品。隨著道路條件的改善，國內(nèi)消費(fèi)水平的提高，客車產(chǎn)品的檔次逐步升級(jí)，空氣懸掛簧逐步被市場接受。目前，在國內(nèi)有多家客車廠生產(chǎn)的豪華大客車裝有空氣懸架，如安凱、金龍客車、桂林大字、合肥現(xiàn)代、杭州客車等，現(xiàn)全國用空氣懸掛簧的客車已超過1 萬輛。隨著國內(nèi)汽車產(chǎn)量的增長，采用空氣懸掛簧的數(shù)量將逐步上升，鋼板彈簧的使用數(shù)量處于下降趨勢[16]。
1.3.2 國內(nèi)外懸架的研究方向
目前國內(nèi)外對(duì)懸架的研究主要集中在電子控制的懸架系統(tǒng)。對(duì)主動(dòng)懸架的研究目前主要集中兩個(gè)方面:一個(gè)是控制策略;另一個(gè)是執(zhí)行器。最早的主動(dòng)懸架控制策略是天棚原理，假設(shè)車身上方有一固定的慣性參考，在車身和慣性參考之間有一阻尼器，執(zhí)行器模擬此阻尼器的作用力來衰減車身的振動(dòng)。這種控制算法簡單，在國外某些車型上已經(jīng)得到了應(yīng)用。隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，提出了主動(dòng)懸架的最優(yōu)控制方法，它比天棚原理考慮了更多的變量，控制效果更好，目前最優(yōu)控制規(guī)律有三種:線性最優(yōu)控制、HQ最優(yōu)控制和最優(yōu)預(yù)見控制。 由于實(shí)際懸架系統(tǒng)中有許多非線性的、時(shí)變的、高階動(dòng)力系統(tǒng)，使最優(yōu)控制方法變得不穩(wěn)定，為此又發(fā)展了自適應(yīng)控制方法。自適應(yīng)控制方法具有參數(shù)識(shí)別功能，能適應(yīng)懸架載荷和元件特性的變化，自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，保持性能最優(yōu)。自適應(yīng)控制方法也有增益調(diào)度控制、模型參考自適應(yīng)控制和自校正控制三類。目前發(fā)展最迅速的控制策略是智能控制(模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制)。模糊控制方法具有自動(dòng)調(diào)節(jié)輸入變量的組合、隸屬函數(shù)的參數(shù)和模糊規(guī)則數(shù)目等學(xué)習(xí)功能，計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明該方法更有效。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)由大量處理單元組成的高度并行的非線性動(dòng)力系統(tǒng)，它能進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、學(xué)習(xí)適應(yīng)性和并行處理，研究表明它比傳統(tǒng)控制有更好的性能。執(zhí)行器是實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，因此作對(duì)動(dòng)器的研究也是主動(dòng)懸架研究的重要內(nèi)容。為保證主動(dòng)懸架的良好性能，執(zhí)行器必須具有靈敏、隱定、可靠、能耗 低、成本和總量低等特點(diǎn)。目前主動(dòng)懸架上應(yīng)用的執(zhí)行器主要是液力式結(jié)構(gòu)。日產(chǎn)公司則開發(fā)了蓄能式減振器，它將壓力控制閥同小型蓄能器及液壓缸結(jié)合起來，使路面不平整引起的振動(dòng)被蓄能器吸收，車身隔振由主動(dòng)阻尼和被動(dòng)阻尼共同完成，因而能耗有所降低。不過液壓動(dòng)力系統(tǒng)尚有許多不足之處，比如對(duì)工作環(huán)境有一定要求;元件制造精度要求高、成本難以下降;處理小信號(hào)的數(shù)字運(yùn)算，誤差的檢測與放大、測試與補(bǔ)償、自動(dòng)化與實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離等功能不如電氣系統(tǒng)靈活準(zhǔn)確等。因此現(xiàn)在執(zhí)行器的研究主要集中在直線伺服電機(jī)、電磁蓄能器的方向。電氣動(dòng)力系統(tǒng)中的直線伺服電機(jī)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，永磁直流直線伺服電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)性能優(yōu)于液壓系統(tǒng)，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。
1.3.3 電子控制懸架今后須要解決的技術(shù)問題
電子控制懸架今后須要解決的技術(shù)有：油氣懸架技術(shù)：由油氣部件和彈簧系統(tǒng)共同支撐車體，根據(jù)汽車變化的承載量，由油氣部件調(diào)節(jié)懸架的水平位置，使彈簧保持 正常的使用位置；阻尼可調(diào)節(jié)減振器：由傳感器感知汽車行駛時(shí)的狀況，包括載荷的大小、路面的不平、是否轉(zhuǎn)向、是否加速或制動(dòng)等，經(jīng)電控單元分析判斷，通過電磁閥液壓系統(tǒng)，調(diào)節(jié)減振器的阻尼。此項(xiàng)技術(shù)又成為半主動(dòng)懸架技術(shù)；全主動(dòng)懸架技術(shù)：通過電液系統(tǒng)不僅調(diào)節(jié)阻尼而且調(diào)節(jié)彈力、水平位置等。針對(duì)懸架系統(tǒng)的非線性特點(diǎn)，研究適宜的懸架系統(tǒng)電控技術(shù)是汽車懸架系統(tǒng)振動(dòng)性能改進(jìn)的方向。懸架位于車身與輪胎之間，對(duì)車輛的運(yùn)動(dòng)性能、乘坐舒適性有 重大的影響。按照路面行駛工況最優(yōu)控制，懸架性能以確保車輛行駛性能與乘坐舒適性，電子控制懸架將進(jìn)一步向高性能方向發(fā)展。作為實(shí)現(xiàn)這種對(duì)懸架的優(yōu)化控制的方式之一，是利用“預(yù)知傳感器”進(jìn)行預(yù)知控制的“預(yù)知控制懸架”。目前已提出了多種的方案，并期待著這種新式傳感器的出現(xiàn)。另一方面，從地球環(huán)境來考 慮，為進(jìn)一步節(jié)約能源，懸架控制向高壓力化、高電壓化、小型輕量化發(fā)展。在控制理論方面正在致力于模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等應(yīng)用于懸架方面的研究。
1.4設(shè)計(jì)的主要參數(shù)
裝載質(zhì)量：6000kg
整備質(zhì)量：3840kg
空載時(shí)：前軸負(fù)荷：1690kg 后軸負(fù)荷：2150kg
滿載時(shí)：前軸負(fù)荷：3444kg 后軸負(fù)荷：6396kg
軸距：3300mm
第二章 前鋼板彈簧的設(shè)計(jì)
2.1鋼板彈簧基本參數(shù)的確定
2.1.1 單個(gè)鋼板彈簧的載荷
已知汽車滿載靜止時(shí)汽車前軸荷， 非簧載質(zhì)量 ， 則據(jù)此可計(jì)算出單個(gè)鋼板彈簧的載荷：
( 2-1 )
進(jìn)而得到:
( 2-2 )
2.1.2 鋼板彈簧的靜撓度
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 之比，即：
前后彈簧的靜撓度都直接影響到汽車的行駛性能。為了防止汽車在行駛過程中產(chǎn)生劇烈的顛簸 ( 縱向角振動(dòng)) ，應(yīng)力求使前后彈簧的靜撓度比值接近于1。此外， 適當(dāng)?shù)卦龃箪o撓度也可減低汽車的振動(dòng)頻率，以提高汽車的舒適性。但靜撓度不能無限地增加(一般不超過240mm)，因?yàn)閾隙冗^大，即頻率過低，也同樣會(huì)使人感到不舒適，產(chǎn)生暈車的感覺。此外，在前輪為非獨(dú)立懸掛的情況下，撓度過大還會(huì)使汽車的操縱性變壞。
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= （2-3）
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： （2-4）
由（2-3）、（2-4）式得： （2-5）
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：1.8hz則
2.1.3 鋼板彈簧的動(dòng)撓度
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：
2.1.4 鋼板彈簧滿載靜弧高
滿載弧高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與兩端 不包括卷耳孔半徑 連線間的最大高度差。當(dāng)=0 時(shí) 鋼板彈簧在對(duì)稱位置上工作。慮到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(shí)能得到足夠的動(dòng)撓度值，常取=10~20mm 。本方案中初步定為 15mm。
2.1.5 鋼板彈簧斷面形狀的確定
板彈簧斷面通常采用矩形斷面，宜于加工，成本低。但矩形斷面也存在一些不足，矩形斷面鋼板彈簧的中性軸，在鋼板斷面的對(duì)稱位置上。工作時(shí) 一面受拉應(yīng)力，一面受壓應(yīng)力作用，而且上、下表面的名義拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的絕對(duì)值相等。因材料的抗拉性能低于抗壓性能，所以在受拉應(yīng)力作用的一面首先產(chǎn)生疲勞斷裂。除矩形斷面以外的其它斷面形狀的葉片，其中性軸均上移，使受拉應(yīng)力的一面的拉應(yīng)力絕對(duì)值減小，而受壓應(yīng)力作用的一面的壓應(yīng)力絕對(duì)值增大，從而改善了應(yīng)力在斷面上的分布情況，提高了鋼板彈簧的疲勞強(qiáng)度并節(jié)約了近10%的材料。本方案中選用矩形斷面。
2.1.6鋼板彈簧主長度的確定
鋼板彈簧長度L是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離。加鋼板彈簧長度L能顯著降低彈簧剛度,改善汽車行駛平順性;在垂直剛度C給定的條件下 又能明顯增加鋼板彈簧的縱向角剛度。鋼板彈簧的縱向角剛度，系指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向角時(shí)，作用到鋼板彈簧上的縱向力矩值。增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時(shí)，能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形。選用長些的鋼板彈簧，會(huì)在汽車布置時(shí)產(chǎn)生困難。原則上，在總布置可能的條件下，應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長些。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，彈簧伸直長度取值規(guī)律如下所示：貨車前懸架：L=(0.26～0.35)軸距，后懸架：L=(0.35～0.45)軸距。
本設(shè)計(jì)初步選定前鋼板彈簧的長度L=1330mm。
2.2鋼板彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.2.1鋼板彈簧片厚的計(jì)算
矩形斷面等厚度的鋼板彈簧的總慣性矩 用下式計(jì)算:
（2-6）
式中，n為鋼板彈簧總片數(shù)；b為板簧的寬度；h為板簧厚度。
由上式可知，改變片數(shù)、片厚、片寬三者之一，都影響到總慣性矩的變化。又可表示為：
（2-7）
式中，k為無效長度系數(shù)，取k=0.5；S為U型螺栓中心距,本設(shè)計(jì)取140mm；E為材料彈性模量，E=N/mm2；為撓度增大系數(shù)。
結(jié)合式可知：總慣性矩的變化又會(huì)影響到鋼板彈簧垂直剛度的變化，也就是影響汽車的平順性。其中，片厚h的變化對(duì)鋼板彈簧總慣性矩的影響最大,增大片厚h，可減少片數(shù)n。鋼板彈簧各片厚度可能有相同和不同兩種情況。一般都采用前者。本設(shè)計(jì)方案中選片厚相等。
片厚的計(jì)算公式為：
（2-8）
式中，為許用彎應(yīng)力，的取值范圍：前鋼板彈簧350~450Mpa,后鋼板彈簧450~550Mpa,后副簧220~250Mpa；取=400Mpa。
撓度增大系數(shù)；為與主片等長的鋼板片數(shù)，本次設(shè)計(jì)取2；n為總的鋼板片數(shù)，取11。
將=1.32，代入式（2-8）等：h=8.69mm,圓整為h=9mm。
2.2.2鋼板彈簧片寬的計(jì)算
有了h以后，再選取鋼板彈簧的片寬b。增大片寬能增大卷耳強(qiáng)度，但當(dāng)車身受側(cè)向力作用傾斜時(shí)，彈簧的扭曲應(yīng)力增大。前懸架用寬的彈簧片，會(huì)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。
本次設(shè)計(jì)取b=80mm。
2.2.4鋼板彈簧各片長度的計(jì)算
先將各片的厚度h的立方值h 3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)即為各片長度如圖2-1。各片實(shí)，際長度尺寸需經(jīng)圓整后確定。各片長度如表2-1所示。表2-1鋼板彈簧各片長度
板號(hào)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
長度
1330
1330
1211
1092
973
854
735
616
497
378
259
圖2-1 各片鋼板彈簧的長度
2.2.5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：
（2-9）
其中， ； ；；；為剛度修正系數(shù)，=0.9~0.94，這里取0.91；、為主片和第（k+1）片的長度的一半。鋼板彈簧剛度計(jì)算結(jié)果如表2-2所示。
表2-2鋼板彈簧剛度驗(yàn)算
鋼板彈簧的自由剛度
用鋼板彈簧的有效長度代替鋼板彈簧的長度L代入上面的計(jì)算中算得的剛度就是加緊剛度。
（2-10）
算得的鋼板彈簧的夾緊剛度為：，剛度與設(shè)計(jì)剛度相差不大，所以鋼板彈簧滿足剛度要求。
2.2.6鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算
（1）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高
鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高，用下式計(jì)算：
（2-11）
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。
=mm
=76.5+15+13.9=105.4mm
（2）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑的確定：
簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑：==2097.8mm
（3）鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定
鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下的和裝配后曲率半徑不同，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)下做成不同的曲率半徑的目的是為了使各片厚度相同的鋼板彈簧裝配后能很好地貼在一起，減少主片的工作應(yīng)力，使各片的壽命接近。
矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定:
（2-12）
式中，為第i片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm），在自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）（N/）；E為材料的彈性模量N/，取E為 N/；i片的彈簧厚度（mm）在已知和各片彈簧的預(yù)應(yīng)力的條件，可以用（2-12）式計(jì)算出各片鋼板彈簧自由狀態(tài)的曲率半徑。
對(duì)于片厚相同的鋼板彈簧，各片彈簧的預(yù)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(yù)應(yīng)力疊和后的合成應(yīng)力應(yīng)在300～350N/內(nèi)選取。1～4片長片疊加負(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
各片鋼板彈簧的預(yù)應(yīng)力、自由狀態(tài)的曲率半徑和弧高如表2-3。
表2-3鋼板彈簧預(yù)應(yīng)力、自由狀態(tài)的曲率半徑和弧高
版號(hào)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
-80
-50
-15
0
5
10
20
30
40
20
20
2251
2360
2170
2098
2075
2052
2009
1967
1927
2009
2009
86.7
93.7
84.5
71.1
57
44.4
33.6
24.1
16
8.9
4.2
2.2.7鋼板彈簧總成弧高的核算
葉片在自由狀態(tài)的曲率半徑是根據(jù)預(yù)應(yīng)力確定的。 由于選擇預(yù)應(yīng)力的關(guān)系， 裝配后鋼板彈簧總成弧高不一定和 3 ． 1的計(jì)算結(jié)果一致， 因此， 還需要再計(jì)算一次裝配后的總成弧高。 如兩者接近便認(rèn)為合適。
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
=2157mm （2-13）
鋼板彈簧的總成弧高為: （2-14）
計(jì)算結(jié)果與計(jì)算的結(jié)果105.4mm相差不大，符合設(shè)計(jì)要求。
2.3鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算
當(dāng)汽車緊急制動(dòng)的時(shí)候前鋼板彈簧承受載荷最大。鋼板彈簧后半段最大應(yīng)力課表示為:
（2-15）
式中，為作用在前輪上的垂直靜載荷；為制動(dòng)時(shí)前軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)（貨車取1.4~1.6；乘用車取1.2~1.4）。、分別為鋼板彈簧前、后段長度；為道路附著系數(shù)，取0.8；c為彈簧固裝點(diǎn)到路面的距離；為鋼板彈簧總截面系數(shù)。
=Mpa
<,所以鋼板彈簧強(qiáng)度合格。
2.4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：
（2-16）
其中 為沿彈簧縱向作用力在主片中心線上的力； 卷耳厚度；D為卷耳內(nèi)徑；b為鋼板彈簧寬度。許用應(yīng)力[σ]取為350MPa。代入上式得：
=97N/mm2<
鋼板彈簧主片符合強(qiáng)度要求。
2.5鋼板彈簧銷的強(qiáng)度核算
對(duì)鋼板彈簧銷要驗(yàn)算鋼板彈簧受靜載荷時(shí)鋼板彈簧銷受到的擠壓應(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 N/mm
（2-17）
（2-18）
彈簧銷滿足強(qiáng)度要求
2.3小結(jié)
本章根據(jù)國內(nèi)外汽車鋼板彈簧設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合汽車使用的實(shí)際道路情況，確定了鋼板彈簧的長度，寬度、厚度、片數(shù)和剛度等基本數(shù)據(jù)。采用共同曲率法對(duì)鋼板彈簧的剛度進(jìn)行了校核。對(duì)前鋼板彈簧在各種情況下的受力進(jìn)行了分析，驗(yàn)算了鋼板彈簧的最大的應(yīng)力。并對(duì)卷耳和彈簧銷進(jìn)行了強(qiáng)度的校核。完成了前鋼板彈簧的設(shè)計(jì)。
第三章減振器的設(shè)計(jì)
3.1 減振器的分類及選型
減振器大體上分為兩大類，即摩擦式減振器和液力減振器。摩擦式減振器利用兩個(gè)緊壓在一起的盤片之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力提供阻尼。但是由于庫侖摩擦力隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的提高而減小，并且很容易受到油、水等的影響，無法正常工作，無法滿足平順性的要求，因此雖然具有質(zhì)量小、造價(jià)低、容易調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)在汽車上已經(jīng)不再采用這類減振器。液力減振器最早出現(xiàn)于1901 年，有兩種主要的結(jié)構(gòu)形式分別是搖臂式和筒式。筒式減振器質(zhì)量較小、性能穩(wěn)定、工作可靠，適宜大量生產(chǎn)，已經(jīng)成為汽車減振器的主流。筒式減振器有可以分為雙筒式、單筒式和充氣筒式等結(jié)構(gòu)，以雙筒式應(yīng)用最多。
經(jīng)過對(duì)比分析本次設(shè)計(jì)選用雙筒式減振器。
3.2相對(duì)阻尼系數(shù)的選擇
減振器在卸荷閥打開前，減振器中的阻力F與減振器振動(dòng)速度之間有如下關(guān)系
(3-1)
式中，為減振器阻尼系數(shù)。
圖3-1出示減振器的阻力－速度特性。該圖具有如下特點(diǎn)：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)，所以減振器有四個(gè)阻尼系數(shù)。在沒有特別指明時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)是指卸荷閥開啟前的阻尼系數(shù)而言。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。
圖3—1 減振器的特性
a) 阻力一位移特性 b)阻力一速度特性
汽車懸架有阻尼以后，簧上質(zhì)量的振動(dòng)是周期衰減振動(dòng)，用相對(duì)阻尼系數(shù)的大小來評(píng)定振動(dòng)衰減的快慢程度。的表達(dá)式為:
(3-2)
式中，c為懸架系統(tǒng)垂直剛度；為簧上質(zhì)量。
式(3－2)表明，相對(duì)阻尼系數(shù)的物理意義是：減振器的阻尼作用在與不同剛度c和不同簧上質(zhì)量的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。值大，振動(dòng)能迅速衰減，同時(shí)又能將較大的路面沖擊力傳到車身；值小則反之。通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得小些，伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得大些。兩者之間保持的關(guān)系。
設(shè)計(jì)時(shí)，先選取與的平均值。對(duì)于無內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，?。?.25～0.35；對(duì)于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，值取小些。對(duì)于行駛路面條件較差的汽車，值應(yīng)取大些，一般?。?.3；為避免懸架碰撞車架，?。?.5。
取，則有：
計(jì)算得：
3.3減振器阻尼系數(shù)的確定
減振器阻尼系數(shù)。因懸架系統(tǒng)固有振動(dòng)頻率，所以 。 （3-3）
3.4最大卸荷力的確定
為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減振器打開卸荷。減振器不在提供阻尼力，以限制減振器所提供的最大阻尼力。此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度。一般的取值范圍為0.15~0.3m/s。這里取=0.2m/s。
（3-4）
3.5簡式減振器工作缸直徑的確定[7]
根據(jù)伸張行程的最大卸荷力計(jì)算工作缸直徑D
（3-5）
式中，為工作缸最大允許壓力，取3～4Mpa；為連桿直徑與缸筒直徑之比，雙筒式減振器?。?.40～0.50，單筒式減振器?。?.30～0.35。
取=4Mpa，=0.4，代入（3-5）式得：
=32.7mm
查閱汽車筒式減振器的有關(guān)國標(biāo)（JB1459—1985），減振器的工作缸直徑D有20mm、30mm、40mm、（45mm）、50mm、65mm 等幾種。如表3-1。
表3-1減振器基本尺寸
工作缸直徑D
基長L
貯油缸最大外直徑
吊環(huán)直徑
吊環(huán)寬度B
活塞行程S
20
90
34
90~200
30
120
48
29
24
110~250
40
160
65
39
32
130~280
50
190
80
47
40
170~280
60
210
90
62
50
170~280
貯油缸的工作直徑，按照標(biāo)準(zhǔn)選用,這里取=45mm。壁厚通常取2mm，活塞形程 S=240mm，基長 L=110mm。
（壓縮到底的長度）
350+2110=570mm（拉足的長度）
3.6小結(jié)
本章通過分析常見的減振器的類型和優(yōu)缺點(diǎn)，選擇了雙筒式液壓減振器。根據(jù)前懸架鋼板彈簧的剛度和車身的振動(dòng)頻率，設(shè)計(jì)計(jì)算出減振器的基本參數(shù)。
第四章后鋼板彈簧的設(shè)計(jì)
4.1后鋼板彈簧基本參數(shù)確定
4.1.1后懸架的載荷
后懸架的空載軸重是2150kg，滿載的軸重是6396kg。非簧載質(zhì)量是442kg。則：
空載單個(gè)鋼板彈簧的載荷
滿載單個(gè)鋼板彈簧的載荷
4.1.2后懸架振動(dòng)頻率的選擇
通常使前后懸架的偏頻接近。當(dāng)汽車以較高車速行駛過單個(gè)路障時(shí)[9]，<1時(shí)的車身角振動(dòng)要比>1時(shí)的小。前懸架的車身振動(dòng)頻率=1.8，所以選擇后懸架的振動(dòng)頻率為=1.9。
4.1.3動(dòng)撓度的選擇
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)后懸架動(dòng)撓度選擇：
4.1.4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(shí)簧上質(zhì)量變化大，為了減少振動(dòng)頻率和車身高度的變化，因此選用剛度可變的非線性懸架。后懸架采用主副鋼板的復(fù)合式懸架。
4.1.5懸架主、副簧剛度的分配
圖4-1 貨車主、副簧為鋼板彈簧結(jié)構(gòu)的彈性特性[1]
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
= （4-1）
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：
，其中
式中，為副簧的剛度，為主簧的剛度。
因?yàn)?，所以
=0.87 （4-2）
將n=1.9hz,m=2977kg代入公式： ，得c=423.8N/mm
由上面的式子，可聯(lián)立方程組：
（1）
（2）
由（1）（2）式解得：
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
=1526N
又：
，得：
=
=29175-6310=22865N
主簧 ： ===100.9mm
副簧 ： ==mm=32mm
4.2彈性元件的設(shè)計(jì)
4.2.1鋼板彈簧的布置方案
布置形式為對(duì)稱縱置式鋼板彈簧。
4.2.2鋼板彈簧主要參數(shù)的確定
4.2.2.1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與兩端連線間的高度差。常取=10～20mm.在此?。?
4.2.2.2鋼板彈簧長度L的確定
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. 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)L = 0.45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1616mm , 副簧主片的長度為1155mm.
4.2.2.3鋼板彈簧斷面尺寸的確定
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
式中： S——U形螺栓中心距（mm），S=140mm
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=;
——為撓度增大系數(shù)。
撓度增大系數(shù)的確定：
主鋼板彈簧：= =1.31
副鋼板彈簧：= =1.31
式中，n為鋼板彈簧總片數(shù)，主簧取10，副簧取5；為與主片等長的片數(shù)，主簧取2，副簧取1。
計(jì)算主簧總截面系數(shù)：
式中為許用彎曲應(yīng)力。的選?。汉笾骰蔀?50～550N/，后副簧為220～250 N/。主簧取500N/mm2,付簧取245N/mm2。
鋼板彈簧平均厚度的確定：
主簧：12.3mm
付簧：9.4mm
圓整后取主簧的厚度為12mm，付簧的厚度取10mm。
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)選取。
b=80mm
通過查詢彈簧手冊(cè)可得鋼板彈簧截面尺寸b和h符合國產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。
鋼板彈簧截面形狀的選擇：
本設(shè)計(jì)選取等截面矩形鋼板彈簧。
4.2.2.4鋼板彈簧各片長度的確定
通過作圖法確定鋼板彈簧的尺寸。
主簧各片長度如表4-1。
表4-1主鋼板彈簧各片長度
片號(hào)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
長度
1616
1616
1452
1288
1124
960
796
632
468
304
付簧各片長度如表4-2。
表4-2副鋼板彈簧各片長度
片號(hào)
1
2
3
4
5
長度
1155
952
749
546
343
4.3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， ； ；；a為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，取0.90～0.94[15]，E為材料彈性模量； 為主片和第（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。主簧剛度的驗(yàn)算如表4-3。
表4-3主鋼板彈簧驗(yàn)算
主鋼板彈簧自由剛度：
=
主鋼板彈簧加緊剛度：
與設(shè)計(jì)值=226.6N/mm相差不多，主簧的剛度滿足要求。副鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算如表4-4。
表4-4副鋼板彈簧的驗(yàn)算
副鋼板彈簧自由剛都：
=
副鋼板彈簧的加緊剛度：
與設(shè)計(jì)值=197.2N/mm相差不多，副簧的剛度滿足要求。
4.4鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算
4.4.1鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高
鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高，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為鋼板彈簧主片長度。
下面分別計(jì)算主簧和副簧總成在自由狀態(tài)下的弧高：
主簧：==14.6mm
=100.9+15+14.6=130.5mm
副簧：==8.2mm
=32+15+8.2=55.2mm
4.4.2鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑的確定
主簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑：==2501mm
副簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑：=
4.4.3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），在自由狀態(tài)下的曲率半徑(mm);（N/）；E為材料的彈性模量，取E為 N/;i片的彈簧厚度(mm)。在已知計(jì)算出各片鋼板彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri。
對(duì)于片厚相同的鋼板彈簧，各片彈簧的預(yù)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(yù)應(yīng)力疊和后的合成應(yīng)力應(yīng)在300～350N/內(nèi)選取。1～4片長片疊加負(fù)的預(yù)應(yīng)力，短片疊加正的預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力從長片由負(fù)值逐漸遞增為正值。[5]
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：[13]
主簧各片預(yù)應(yīng)力以及自由狀態(tài)下曲率半徑計(jì)算結(jié)果如表4-5。
表4-5主鋼板彈簧預(yù)應(yīng)力、自由狀態(tài)曲率半徑及弧高
片號(hào)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
σ0i
-100
-80
0
10
20
30
40
50
20
20
Ri
3200
2973
2501
2452
2406
2360
2317
2275
2406
2406
Hi
102
110
105
85
66
49
34
22
11
5
副簧各片預(yù)應(yīng)力以及自由狀態(tài)下曲率半徑計(jì)算結(jié)果如表4-6。
表4-6副鋼板彈簧預(yù)應(yīng)力、自由狀態(tài)曲率半徑及弧高
片號(hào)
1
2
3
4
5
σ0i
-80
0
10
30
30
Ri
3924
3021
2937
2781
2781
Hi
42
38
24
13
5
4.5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，第i片長度。
先對(duì)主簧的總成弧高核算，將主簧各片的長度和曲率半徑代入上述公式可得：
與原設(shè)計(jì)值為H0=130.5mm相差不大，符合要求。
對(duì)副簧總成弧高的核算，將副簧各片的長度和曲率半徑代入上述公式可得：=3121mm
=53.4mm
與原設(shè)計(jì)值=55.2mm相差不大，符合要求。
4.6鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算
當(dāng)貨車牽引驅(qū)動(dòng)時(shí)，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(jì)算[11]
=+
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：=1.25~1.30；貨車：=1.1~1.2；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1000N/mm。
對(duì)于具有副簧的懸架，驗(yàn)算強(qiáng)度時(shí)應(yīng)按主、副簧所受的實(shí)際載荷計(jì)算，主、副簧的參數(shù)應(yīng)取驗(yàn)算后的實(shí)際值，剛度應(yīng)取夾緊剛度。
滿載靜止時(shí)有：
由上式驗(yàn)算主簧強(qiáng)度：
其中牽引驅(qū)動(dòng)時(shí)，主簧載荷為 G= =1.15 =0.8
驗(yàn)算副簧強(qiáng)度：
主副簧強(qiáng)度在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，符合強(qiáng)度要求。
驗(yàn)算汽車在不平路面上鋼板彈簧的強(qiáng)度。
不平路面上時(shí)，應(yīng)按鋼板彈簧的極限變形即動(dòng)撓度fd計(jì)算載荷。[18]
主簧的極限載荷按下式計(jì)算：
副簧的極限載荷按下式計(jì)算：
不平路面上主副簧都符合強(qiáng)度要求。
4.7鋼板彈簧彈簧銷的強(qiáng)度的核算
對(duì)鋼板彈簧銷要驗(yàn)算鋼板彈簧受靜載荷時(shí)鋼板彈簧銷受到的擠壓應(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 N/mm。
=
彈簧銷滿足強(qiáng)度要求。
4.8小結(jié)
本章根據(jù)國內(nèi)外汽車鋼板彈簧設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合汽車使用的實(shí)際道路情況，確定了鋼板彈簧的長度，寬度、厚度、片數(shù)和剛度等基本數(shù)據(jù)。采用共同曲率法[14]對(duì)鋼板彈簧的剛度進(jìn)行了校核。對(duì)前鋼板彈簧在各種情況下的受力進(jìn)行了分析，驗(yàn)算了鋼板彈簧的最大的應(yīng)力。并對(duì)卷耳和彈簧銷進(jìn)行了強(qiáng)度的校核。完成了后鋼板彈簧的設(shè)計(jì)。
第三章總結(jié)與展望
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深刻的認(rèn)識(shí)到懸架對(duì)汽車的重要性。也認(rèn)識(shí)到在懸架設(shè)計(jì)過程中要注意的一些問題。鋼板彈簧是最早作為汽車懸架彈性元件的一種彈簧。在汽車懸架不斷更新?lián)Q代的今天，鋼板彈簧仍然被廣泛應(yīng)用與貨車和橋車后懸上，足以證明它的優(yōu)勢。雖然現(xiàn)在的電子控制空氣懸架技術(shù)很先進(jìn)，但是鋼板彈簧仍然有它的研究價(jià)值。經(jīng)過這么多年人們對(duì)鋼板彈簧的研究設(shè)計(jì)。鋼板彈簧的設(shè)計(jì)方法得到不斷改進(jìn)。在這次設(shè)計(jì)中我感覺最難的就是鋼板彈簧的斷面尺寸的確定。在很多設(shè)計(jì)方法中對(duì)鋼板彈簧的截面尺寸都沒有確定的公式計(jì)算，設(shè)計(jì)師往往是憑經(jīng)驗(yàn)先覺得其中的一兩個(gè)參數(shù)然后在用公式確定其他的參數(shù)。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)少的新手來說這個(gè)就有點(diǎn)困難了。要想同時(shí)滿足剛度和強(qiáng)度的要求，還要對(duì)照國家的標(biāo)準(zhǔn)，選符合國產(chǎn)型材的尺寸。這往往要通過很多次重復(fù)計(jì)算才能確定。所以有人專門開發(fā)了一個(gè)彈簧的設(shè)計(jì)的軟件，主要就是減少設(shè)計(jì)人員的計(jì)算工作量。經(jīng)驗(yàn)不足的人可以在軟件上不斷更改設(shè)計(jì)參數(shù)。從得出最符合設(shè)計(jì)要求的參數(shù)。還有一個(gè)比較難的是確定各片鋼板彈簧的預(yù)應(yīng)力。查閱了好多關(guān)于這方面的資料。有好多種不同的方法。有些方法計(jì)算很復(fù)雜，要建立相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。有些方法就是憑經(jīng)驗(yàn)，靠多次反復(fù)計(jì)算。還沒發(fā)現(xiàn)有那種方法計(jì)算比較精確。
本次設(shè)計(jì)中用到的共同曲率法做的假設(shè)與實(shí)際中鋼板彈簧還是有差別的。導(dǎo)致計(jì)算不能精確。還有就是用這種方法不能算出每片鋼板彈簧所受的應(yīng)力，只能計(jì)算出鋼板彈簧的平均受力。不能真是反映每片彈簧的受力?，F(xiàn)在人們開始用有限元分析法來計(jì)算各片鋼板彈簧的受力。借助各種計(jì)算機(jī)軟件可以對(duì)鋼板彈簧進(jìn)行仿真。鋼板彈簧的設(shè)計(jì)也會(huì)越來越簡單。
致 謝
。
參考文獻(xiàn)
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