輕型貨車(chē)汽車(chē)非獨(dú)立懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)【鋼板彈簧】【含CAD圖紙】,鋼板彈簧,含CAD圖紙,輕型,貨車(chē),汽車(chē),獨(dú)立,懸架,系統(tǒng),設(shè)計(jì),鋼板,彈簧,cad,圖紙 前 言 懸架是現(xiàn)代各種汽車(chē)上的重要總成之一 它把車(chē)架 或車(chē)身 與半軸 或車(chē)輪 彈性地連接起來(lái) 其主要任務(wù)是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架之間的力和力矩 緩沖路面?zhèn)?給車(chē)架或車(chē)身的沖擊載荷 衰減由此引起的振動(dòng) 保證汽車(chē)能平順地行駛 典型的懸 架結(jié)構(gòu)由彈性元件 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減震器等組成 個(gè)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 汽車(chē)懸架 性能直接影響汽車(chē)行駛平順性 操縱穩(wěn)定性和行駛速度 因此 研究汽車(chē)振動(dòng) 設(shè)計(jì) 高性能懸架系統(tǒng) 將振動(dòng)控制到最低水平是提高現(xiàn)代汽車(chē)質(zhì)量的重要措施 懸架與汽車(chē)的多種使用性能有關(guān) 在本次 1 75T 輕型貨車(chē)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足 這些性能的要求 其要點(diǎn)如下 1 保證汽車(chē)有良好的行駛平順性 2 具有合適的衰減振動(dòng)的能力 3 保證汽車(chē)有良好的操縱穩(wěn)定性 4 汽車(chē)制動(dòng)或加速時(shí) 要保證車(chē)身穩(wěn)定 減少車(chē)身縱傾 即所謂 點(diǎn)頭 或 后仰 的可能性 轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)身側(cè)傾角要合適 5 有良好的隔振能力 6 機(jī)構(gòu)緊湊 占用空間尺寸要小 7 可靠的傳遞車(chē)身與車(chē)輪之間的各種力和力矩 在滿足零部件質(zhì)量要小的同時(shí) 還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命 衡量懸架性能好壞的主要指標(biāo)是汽車(chē)行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性 但這兩個(gè)方面 是相互排斥的性能要求 往往不能同時(shí)滿足 怎樣在二者之間取得合理的平衡以達(dá)到 最好的效果 一直是研究懸架系統(tǒng)的熱門(mén)課題 平順性一般通過(guò)車(chē)體或車(chē)身某個(gè)部位 如車(chē)底板 駕駛員座椅處 的加速度響應(yīng)來(lái) 評(píng)價(jià) 操縱穩(wěn)定性則可以通過(guò)車(chē)輪的動(dòng)載來(lái)度量 例如 若降低彈簧的剛度 則車(chē)體 加速度減少使平順性變好 但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致車(chē)體位移的增加 由此產(chǎn)生車(chē)體重心的變動(dòng) 將引起輪胎負(fù)荷變化的增加 對(duì)操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響 另一方面 增加彈簧剛度 會(huì)提高操縱穩(wěn)定性 但硬的彈簧將導(dǎo)致汽車(chē)對(duì)路面不平度很敏感 使平順性降低 所 以 理想的懸架應(yīng)該在不同的使用條件下具有不同的彈簧剛度和減振器阻尼 既能滿 足平順性要求又能滿足操縱穩(wěn)定性要求 2 目 錄 前 言 摘 要 I ABSTRACT II 第 1 章 緒論 1 1 1 懸架的功用 1 1 2 懸架的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型 1 1 2 1 結(jié)構(gòu)組成 1 1 2 2 類(lèi)型 2 1 3 任務(wù)來(lái)源及設(shè)計(jì)依據(jù) 3 1 3 1 任務(wù)來(lái)源 3 1 3 2 設(shè)計(jì)依據(jù) 3 1 4 使用要求 3 1 5 設(shè)計(jì)要求 3 1 6 主要參數(shù) 4 1 6 1 質(zhì)量參數(shù) 4 1 6 2 尺寸參數(shù) 4 1 7 小結(jié) 4 第 2 章 懸架性能參數(shù)的選定 5 2 1 自振頻率 5 2 2 懸架的撓度確定 5 2 2 1 懸架的靜撓度 5 2 2 2 懸架的動(dòng)撓度 6 2 3 懸架的簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)量的比例關(guān)系 6 2 4 懸架彈性特性 6 2 5 操縱穩(wěn)定性參數(shù)的確定 7 2 6 懸架各種特性值的確定 8 2 7 小結(jié) 8 第 3 章 鋼板彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 3 1 鋼板彈簧的布置方案 9 3 2 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 9 3 2 1 滿載弧高 10 3 2 2 鋼板彈簧長(zhǎng)度 L 的確定 10 3 3 鋼板斷面尺寸及片數(shù)的確定 11 3 3 1 鋼板彈簧寬度 b 的確定 11 3 3 2 鋼板彈簧片厚 h 的選擇 12 3 3 3 鋼板斷面形狀 13 3 3 4 葉片的端部結(jié)構(gòu) 13 3 3 5 鋼板彈簧片數(shù) n 14 3 3 6 鋼板彈簧端部的支承型式 14 3 3 7 吊耳及鋼板彈簧銷(xiāo)的結(jié)構(gòu) 14 3 4 鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的確定 14 3 5 鋼板彈簧剛度驗(yàn)算 16 3 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 17 3 6 1 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 17 3 6 2 鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 18 3 6 3 鋼板彈簧總成弧高的核算 20 3 7 鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算 20 3 8 鋼板彈簧卷耳和彈簧銷(xiāo)的強(qiáng)度核算 22 第 4 章 鋼板彈簧附件的選擇 24 4 1 鋼板彈簧中心螺栓的選定 24 4 2 鋼板彈簧襯套的分析和選型 24 4 3 彈簧夾箍的選擇 24 4 4 U 形螺栓的選擇 25 第 5 章 減振器的設(shè)計(jì)計(jì)算 26 5 1 減振器的分類(lèi) 26 5 2 相對(duì)阻尼系數(shù) 26 5 3 減振器阻尼系數(shù)的確定 27 5 4 最大卸荷力的確定 28 5 5 筒式減振器工作缸直徑 D 的確定 28 第 6 章 設(shè)計(jì)總結(jié) 29 致 謝 30 參考文獻(xiàn) 31 4 6 I 摘 要 懸架是車(chē)架與車(chē)橋或車(chē)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(chē)輪和車(chē)架之間的力和力矩 并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車(chē)架或車(chē)身的沖擊力 并衰減 由此引起的震動(dòng) 以保證汽車(chē)能平順地行駛 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是 1 75 噸輕型貨車(chē)前 懸架的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)過(guò)程中 首先根據(jù)懸架設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù) 確定懸架的結(jié)構(gòu)形式 設(shè)計(jì)鋼板彈簧的主要尺寸 其次對(duì)極限工況下的鋼板彈簧進(jìn)行強(qiáng)度校核 以及對(duì)鋼板 彈簧卷耳和彈簧銷(xiāo)進(jìn)行強(qiáng)度核算 最后對(duì)減振器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 此次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對(duì)鋼板彈簧和減振器進(jìn)行設(shè)計(jì) 并調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)滿足所需的 應(yīng)力 強(qiáng)度要求 關(guān)鍵詞 輕型貨車(chē) 懸架系統(tǒng) 鋼板彈簧 II ABSTRACT Automotive vehicle suspension is the summarization of all transmissing and connecting devices between the frame and axle or the wheel and its role is to transfer the force and moment between the wheel and frame and buffer the impact of the frame or body from the rough pavement and absorb the shock to ensure the vehicle can travel smoothly The content of this design is the front suspension of 1 75 tons of Light goods vehicles During the design process Firstly determine the suspension structure form and design the main sizes of the leaf springs and the shock absorbers based on the main technical parameters of suspension design Secondly make a strength check on leaf spring under the limited conditions the same with leaf spring shackles and spring pins Finally design and calculate the main dimensions of shock absorber The key pionts of this design are the improvements of the design of leaf springs and shock absorbers and to adjust the structure size to match the stress and strength which are needed KEY WORDS Light goods vehicles Suspension system Leaf Springs 0 第 1 章 緒論 1 1 懸架的功用 汽車(chē)懸架是將車(chē)架 或車(chē)身 與車(chē)橋 或直接與車(chē)輪 之間的一切傳力連接裝置 的總稱 其主要功用如下 1 緩和 抑制由于不平路面所引起的振動(dòng)或沖擊以保證汽車(chē)具有良好的平順性 2 迅速衰減車(chē)身和車(chē)橋 或車(chē)輪 的振動(dòng) 3 傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架 車(chē)身 之間的各種力 垂直力 縱向力 橫向力 和力矩 制動(dòng)力矩和反作用力矩 4 保證汽車(chē)行駛所必要的穩(wěn)定性 1 2 懸架的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型 1 2 1 結(jié)構(gòu)組成 1 彈性元件 具有傳遞垂直力和緩和沖擊的作用 常見(jiàn)的彈性元件有 鋼板彈簧 螺旋彈簧 扭桿彈簧 空氣彈簧 油氣彈簧 橡膠彈簧 2 阻尼元件 具有衰減振動(dòng)的作用 常見(jiàn)的阻尼元件有 筒式液力減振器 搖臂式液力減振器 充氣式減振器 阻力可調(diào)式減振器 3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 其作用是傳遞除垂直力外的其它力和全部力矩 保證車(chē)輪按照最佳的軌跡相對(duì)于 車(chē)身運(yùn)動(dòng) 常見(jiàn)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)有 斜置單臂式 單橫臂式 雙橫臂式 雙縱臂式 麥弗 遜式等 1 1 2 2 類(lèi)型 汽車(chē)的懸架系統(tǒng)分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩種 非獨(dú)立懸架的車(chē)輪裝在一根整 體車(chē)軸的兩端 當(dāng)一邊車(chē)輪跳動(dòng)時(shí) 另一側(cè)車(chē)輪也相應(yīng)跳動(dòng) 使整個(gè)車(chē)身振動(dòng)或傾斜 獨(dú)立懸架的車(chē)軸分成兩段 每只車(chē)輪由螺旋彈簧獨(dú)立安裝在車(chē)架下面 當(dāng)一邊車(chē)輪發(fā) 生跳動(dòng)時(shí) 另一邊車(chē)輪不受影響 兩邊的車(chē)輪可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng) 提高了汽車(chē)的平穩(wěn)性和 舒適性 如圖 1 圖 1 懸架的結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)圖 非獨(dú)立懸架以縱置式鋼板彈簧為彈性元件兼起導(dǎo)向裝置 其主要特點(diǎn)是 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單 制造容易 維修方便 工作可靠 缺點(diǎn)是 由于整車(chē)布置上的限制 鋼板彈簧不 可能有足夠的長(zhǎng)度 特別是前懸架 使之剛度較大 所以汽車(chē)平順性較差 簧下質(zhì) 量大 在不平路面上行駛時(shí) 左 右車(chē)輪相互影響 并使車(chē)軸和車(chē)身傾斜 當(dāng)兩側(cè)車(chē) 輪不同步跳動(dòng)時(shí) 車(chē)輪會(huì)左 右搖擺 使前輪容易產(chǎn)生擺振 當(dāng)輪跳動(dòng)時(shí) 懸架易于 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉 當(dāng)汽車(chē)直線行駛在凹凸不平的路段上時(shí) 由于左右兩側(cè) 車(chē)輪反向跳動(dòng)或只有一側(cè)車(chē)輪跳動(dòng)時(shí) 不僅車(chē)輪外傾角有變化 還會(huì)產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn) 向特性 汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí) 離心力也會(huì)產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向性 所以汽車(chē)高速行駛時(shí)操 作穩(wěn)定性差 非獨(dú)立懸架常用在貨車(chē) 大客車(chē)的前 后懸架以及某些轎車(chē)的后懸架 獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)的車(chē)輪各自獨(dú)立地與車(chē)架或車(chē)身彈性連接 與非獨(dú)立 懸架相反 獨(dú)立懸架很少用鋼板彈簧作為彈性元件 而多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧作 為彈性元件 因而具有導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 與非獨(dú)立懸架相比 獨(dú)立懸架具有更多優(yōu)點(diǎn) 懸架 彈性元件的變形在一定的范圍內(nèi) 兩側(cè)車(chē)輪可以單獨(dú)運(yùn)動(dòng)而互不影響 這樣可減少車(chē) 架和車(chē)身在不平道路上行駛時(shí)的振動(dòng) 而且有助于消除轉(zhuǎn)向輪不斷偏擺的現(xiàn)象 減輕 了汽車(chē)上非簧載質(zhì)量 從而減小了懸架所受到的沖擊載荷 可以提高汽車(chē)的平均行駛 速度 由于采用斷開(kāi)式車(chē)橋 發(fā)動(dòng)機(jī)位置可降低和前移并使汽車(chē)重心下降 有利于提 高汽車(chē)行駛的穩(wěn)定性 同時(shí)能給予車(chē)輪較大的上下運(yùn)動(dòng)空間 懸架剛度可設(shè)計(jì)得較小 使車(chē)身振動(dòng)頻率降低 以改善行駛平順性 可保證汽車(chē)在不平道路上行駛時(shí) 車(chē)輪與 路面有良好的接觸 增大了驅(qū)動(dòng)力 具有特殊要求的某些越野汽車(chē)采用獨(dú)立懸架后 2 可增大汽車(chē)的離地間隙 提高了汽車(chē)的通過(guò)性能 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 這種懸架主要用于乘用車(chē)和部分輕型貨車(chē) 客車(chē)以及越野車(chē) 獨(dú)立 懸架按其結(jié)構(gòu)形式的不同又分為橫臂式 縱臂式 多連桿式 單斜臂式 麥弗遜式和 扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式等 1 3 任務(wù)來(lái)源及設(shè)計(jì)依據(jù) 1 3 1 任務(wù)來(lái)源 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù) 進(jìn)行 1 75T 輕型貨車(chē)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 3 2 設(shè)計(jì)依據(jù) 根據(jù)國(guó)家有關(guān)汽車(chē)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)給定參數(shù)設(shè)計(jì) 1 4 使用要求 產(chǎn)品應(yīng)具有良好的使用經(jīng)濟(jì)性 產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 在滿足實(shí)用性能 的前提下各總成及零部件應(yīng)盡可能采用國(guó)內(nèi)技術(shù)相接近或成熟產(chǎn)品 保證產(chǎn)品的通用 化和系列化 1 5 設(shè)計(jì)要求 1 保證汽車(chē)有良好的行駛平順性 2 具有合適的衰減振動(dòng)的能力 2 保證汽車(chē)具有良好的操縱穩(wěn)定性 4 汽車(chē)制動(dòng)或加速時(shí) 要保證車(chē)身穩(wěn)定 減少車(chē)身縱傾 轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)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(chē)身與車(chē)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 3 1 6 主要參數(shù) 1 6 1 質(zhì)量參數(shù) 簧上質(zhì)量 1390 Kg 簧下質(zhì)量 150 1 6 2 尺寸參數(shù) 軸距 3200 鋼板彈簧長(zhǎng)度 1000mm 1 7 小結(jié) 由于本次設(shè)計(jì)對(duì)象是 1 75T 輕型貨車(chē)懸架系統(tǒng) 懸架的類(lèi)型選取為鋼板彈簧為彈 性元件的非獨(dú)立懸架 而且縱置的鋼板彈簧兼有導(dǎo)向作用 因此懸架系統(tǒng)中可省去導(dǎo) 向機(jī)構(gòu) 也簡(jiǎn)化了懸架結(jié)構(gòu) 降低了生產(chǎn)成本 4 第 2 章 懸架性能參數(shù)的選定 2 1 自振頻率 汽車(chē)前 后懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率 是影響汽車(chē)行駛平順 性的主要參數(shù)之一 因現(xiàn)代汽車(chē)的質(zhì)量分配系數(shù) 近似等于 1 于是汽車(chē)前 后軸 上方車(chē)身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系 因此 汽車(chē)車(chē)身的固有頻率 可用下式表示n Hz 2 mcn 2 1 式中 為前懸架的剛度 N 為前懸架的簧上質(zhì)量 ccmKg 以運(yùn)送人為主的轎車(chē)對(duì)平順性的要求最高 大客車(chē)次之 載貨車(chē)更次之 對(duì)普通 級(jí)以下轎車(chē)滿載的情況 前懸架偏頻要求 1 00 1 45Hz 后懸架則要求在 1 17 1 58Hz 原則上轎車(chē)的級(jí)別越高 懸架的偏頻越小 對(duì)高級(jí)轎車(chē)滿載的情況 前懸架偏頻要求在 0 80 1 15Hz 后懸架則要求在 0 98Hz 1 30Hz 貨車(chē)滿載時(shí) 前懸架偏頻要求在 1 50 2 10Hz 而后懸架則要求在 1 70 2 17Hz 懸架固有頻率的選取主要依據(jù) ISO 2631 1 1997 E 人體承受全身振動(dòng)評(píng)價(jià) 第 一部分 一般要求 目前固有頻率與人體步行時(shí)身體上下運(yùn)動(dòng)的頻率相同 初選 1 85Hz n 即帶入數(shù)據(jù)得 187619 N cm 2 2 懸架的撓度確定 2 2 1 懸架的靜撓度 靜撓度 汽車(chē)滿載靜止時(shí)懸架上的載荷 與此時(shí)懸架剛度 之比wFc cfc 那么代入數(shù)據(jù) 73 gmFfwc 1 87619 30 m 2 2 5 即 73 符合輕型貨車(chē)的靜撓度取值范圍 70 150 cfmcfm 2 2 2 懸架的動(dòng)撓度 動(dòng)撓度 從滿載靜平衡位置開(kāi)始 懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形 通常指緩沖 塊壓縮到其自由高度的 1 2 或 2 3 時(shí) 車(chē)輪中心相對(duì)車(chē)架 或車(chē)身 的垂直位移 要求懸架應(yīng)有足夠大的動(dòng)撓度 以防止在壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰撞緩沖塊 對(duì)乘用車(chē) 取 7 9 對(duì)客車(chē) 取 5 8 對(duì)貨車(chē) 取 6 9dfcmdfcmdfcm 本設(shè)計(jì)這里取 8 df 2 3 懸架的簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)量的比例關(guān)系 21 m 2 3 帶入數(shù)據(jù) 1390 150 得 9 271mKg2g 2 4 懸架彈性特性 懸架受到的垂直外力 F 與由此所引起的車(chē)輪中心相對(duì)于車(chē)身位移 f 即懸架的變形 的 關(guān)系曲線稱為懸架的彈性特性 其切線的斜率是懸架的剛度 懸架的彈性特性有線性 彈性特性和非線性彈性特性兩種 當(dāng)懸架變形 f 與所受垂直外力 F 之間呈固定比例變 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) 當(dāng)懸架變形 f 與所受垂直外力 F 之間不呈固定比例變化時(shí) 彈性特性如圖所示 此時(shí) 懸架剛度是 變化的 其特點(diǎn)是在滿載位置 圖 2 1 中點(diǎn) 8 附近 剛度小且曲線變化平緩 因而平 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 df范圍 內(nèi) 得到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 空載與滿載時(shí)簧上質(zhì)量變化大的貨車(chē)和客車(chē) 為了減少振動(dòng)頻率和車(chē)身高度的變 化 應(yīng)當(dāng)選用剛度可變的非線性懸架 乘用車(chē)簧上質(zhì)量在使用中雖然變化不大 但為 了減少車(chē)軸對(duì)車(chē)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)當(dāng)采用剛度可變的非線性懸架 鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的彈性特性可視為線性的 而帶有副簧的鋼板彈簧 空氣彈 6 簧 油氣彈簧等 均為剛度可變的非線性彈性特性懸架 圖 2 1 懸架彈性特性曲線 2 5 操縱穩(wěn)定性參數(shù)的確定 操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)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 加通過(guò)影響轉(zhuǎn)向時(shí)的車(chē)輪載荷轉(zhuǎn)移 車(chē)輪跳動(dòng)或車(chē)身側(cè)傾時(shí)的車(chē)輪定位角的變化以及 懸架與轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動(dòng)干涉和整體車(chē)橋的軸轉(zhuǎn)向等方面影響汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性 懸架側(cè)傾角剛度是指?jìng)?cè)傾時(shí) 車(chē)輪保持在地面上 單位車(chē)廂轉(zhuǎn)角下 懸架系統(tǒng) 給車(chē)廂的彈性恢復(fù)力偶矩 車(chē)身側(cè)傾時(shí)所受到的彈性恢復(fù)力 可以用等效彈簧的概念 來(lái)分析 縱置鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架的側(cè)傾剛度 KdM 2 4 式中 為懸架抗側(cè)傾的彈性恢復(fù)力矩 M 它對(duì)簧上質(zhì)量的側(cè)傾角有影響 側(cè)傾角過(guò)大或過(guò)小都不好 乘坐側(cè)傾角剛度過(guò)小 而側(cè)傾角過(guò)大的汽車(chē) 乘員缺乏舒適感和安全感 側(cè)傾角剛度過(guò)大而側(cè)傾角過(guò)小的汽 車(chē)又缺乏汽車(chē)發(fā)生側(cè)翻的感覺(jué) 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(chē) 增加了過(guò)多轉(zhuǎn)向的可能 要求在側(cè)向慣性力等于 0 4 倍車(chē)重時(shí) 乘用車(chē)車(chē)身側(cè)傾角在 貨車(chē)車(chē)身側(cè)傾角不超過(guò) 5 2 4 67 此外 還要求汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí) 在 0 4g 的側(cè)向加速度作用下 前 后側(cè)偏角之 差 應(yīng)當(dāng)在 范圍內(nèi) 而前 后懸架側(cè)傾角剛度的分配會(huì)影響前 后輪的側(cè)21 13 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)傾角剛度在前 后軸上的 7 分配 為滿足汽車(chē)稍有不足轉(zhuǎn)向特性的要求 應(yīng)使汽車(chē)前軸的輪胎側(cè)偏角略大于后軸 的輪胎側(cè)偏角剛度 對(duì)乘用車(chē) 前 后懸架側(cè)傾角度的比值一般為 1 4 2 6 在此 貨車(chē)車(chē)身側(cè)傾角選取為 5 我們可以通過(guò)懸架的線剛度來(lái)計(jì)算側(cè)傾角剛度 懸架的線性剛度指的是車(chē)輪保持在地面上而車(chē)廂做垂直運(yùn)動(dòng)時(shí) 單位車(chē)廂位移下 懸架系統(tǒng)給車(chē)廂的總彈性恢復(fù)力 由于本車(chē)采用的非獨(dú)立懸架 汽車(chē)車(chē)廂作垂直位移 所受到的彈性恢復(fù)力 就是彈簧直接作用于車(chē)廂的彈性力 因此 懸架的線性剛度等 于兩個(gè)彈簧線性剛度之和 2 5 SlK2 式中 為前懸架的線剛度 為彈簧的線剛度 lKs 帶入數(shù)據(jù)得 93 81N sm 2 6 懸架各種特性值的確定 表 2 1 懸架各特征值的選定結(jié)果 懸架系統(tǒng)特征 特征值 懸架系統(tǒng)特征 特征值 自振頻率 Hz n1 85 前束變化 外 50 0 5 m 靜撓度 cfm73 外傾變化 502 動(dòng)撓度 d8 轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)傾角 取小 7 13 懸架剛度 N m lK 187619 側(cè)傾剛度 換算為側(cè)傾率 5 相對(duì)阻尼比 0 25 主銷(xiāo)后傾角 03 2 7 小結(jié) 懸架的主要參數(shù)是影響懸架及整車(chē)性能的重要指標(biāo) 對(duì)懸架靜撓度 動(dòng)撓度 阻 尼特性以及側(cè)傾角等參數(shù)進(jìn)行分析 為汽車(chē)的懸架系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)和初始化提供了依 據(jù) 進(jìn)而得以合理地匹配確定其主要性能指標(biāo) 8 第 3 章 鋼板彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 3 1 鋼板彈簧的布置方案 本次設(shè)計(jì)采用非獨(dú)立懸架 其優(yōu)點(diǎn)在于 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 價(jià)格便宜 性能可靠 車(chē)輪 上下跳動(dòng)時(shí)車(chē)輪相對(duì)地面垂直變化小 故可降低輪胎磨損 簧下質(zhì)量小 另外 鋼板 彈簧兼起導(dǎo)向作用 可省去導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 其缺點(diǎn)在于 乘坐舒適度差 左右同時(shí)運(yùn)動(dòng) 容易產(chǎn)生橫向運(yùn)動(dòng) 鋼板彈簧的布置方案 目前鋼板彈簧在汽車(chē)上可以縱置或者橫置 后者因?yàn)橐獋鬟f縱向力 必須設(shè)置附 加的導(dǎo)向傳力裝置 使結(jié)構(gòu)復(fù)雜 質(zhì)量加大 所以只在少數(shù)輕 微型車(chē)上應(yīng)用 縱置 鋼板彈簧能傳遞各種力和力矩 并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 故在汽車(chē)上得到廣泛應(yīng)用 縱置鋼板彈簧又有對(duì)稱式與不對(duì)稱式之分 鋼板彈簧中部在車(chē)軸 橋 上的固定中 心至鋼板彈簧兩端卷耳中心之間的距離若相等 則為對(duì)稱式鋼板彈簧 若不相等 則 稱為不對(duì)稱式鋼板彈簧 多數(shù)情況下汽車(chē)采用對(duì)稱式鋼板彈簧 由于整車(chē)布置上的原 因 或者鋼板彈簧在汽車(chē)上的安裝位置不動(dòng) 又要改變軸距或者通過(guò)變化軸距達(dá)到改 善軸荷分配的目的時(shí) 采用不對(duì)稱式鋼板彈簧 為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) 本車(chē)采用對(duì)稱式鋼板彈 簧 3 2 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 在進(jìn)行鋼板彈簧計(jì)算之前 應(yīng)當(dāng)知道下列初始條件 滿載靜止時(shí)汽車(chē)前 后軸 橋 負(fù) 荷 和簧下部分荷重 并據(jù)此計(jì)算出單個(gè)鋼板彈簧的載荷 1G21uG2 和 懸架的靜撓度 和動(dòng)撓度 汽車(chē)的軸距 1uwF 2wF cfdf 等 對(duì)于前懸架單個(gè)鋼板彈簧的載荷 3 1 2 11uw 式中 簧上質(zhì)量 簧下質(zhì)量 1G1u 代入數(shù)據(jù) 得 6082N1wF 92503 另外 已知貨車(chē)的軸距為3200 懸架的靜撓度 73 懸架的動(dòng)撓度mcfm 9 8dfcm 3 2 1 滿載弧高 af 滿載弧高是指鋼板彈簧裝到車(chē)軸 橋 上 汽車(chē)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 圖3 1 用來(lái)保證汽車(chē)具有給定的高度 af 當(dāng) 0時(shí) 鋼板彈簧在對(duì)稱位置上工作 為了在車(chē)架高度已限定時(shí)能得到足夠的動(dòng)af 撓度值 常取 10 20 為了降低車(chē)身高度 相對(duì)提高駕駛室人員的乘坐舒適afm 度 本次設(shè)計(jì)取 10 圖 3 1 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 3 2 2 鋼板彈簧長(zhǎng)度 L 的確定 鋼板彈簧長(zhǎng)度 L 是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離 在總布置可能的條件下 應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些 在下列范圍內(nèi)選用鋼板彈簧的長(zhǎng)度 轎車(chē) L 0 40 0 55 軸距 貨車(chē) 前懸架 L 0 26 0 35 軸距 后懸架 L 0 35 0 45 軸距 應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些 原因如下 1 增加鋼板彈簧長(zhǎng)度 L 能顯著降低彈簧應(yīng)力 提高使用壽命降低彈簧剛度 改 善汽車(chē)平順性 2 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 3 剛板彈簧的縱向角剛度系指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向轉(zhuǎn)角時(shí) 作用到鋼板彈簧 10 上的縱向力矩值 4 增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時(shí) 能減少車(chē)輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形 本設(shè)計(jì)中已給出鋼板彈簧長(zhǎng)度數(shù)據(jù)為 1000 滿足前懸架 L 0 26 0 35 m 軸距 832 1120 m 3 3 鋼板斷面尺寸及片數(shù)的確定 3 3 1 鋼板彈簧寬度 b 的確定 有關(guān)鋼板彈簧的剛度 強(qiáng)度等 可按等截面簡(jiǎn)支梁的計(jì)算公式計(jì)算 但需引入撓 度增大系數(shù) 加以修正 因此 可根據(jù)修正后的簡(jiǎn)支梁公式計(jì)算鋼板彈簧所需要的 總慣性矩 對(duì)于對(duì)稱鋼板彈簧 0J 3 2 3048JLkscE 式中 為 U 形螺栓中心距 為考慮 U 形螺栓夾緊彈簧后的無(wú)效長(zhǎng)度系數(shù)sm 如剛性?shī)A緊 取 0 5 撓性?shī)A緊 取 0 為鋼板彈簧垂直剛度 N k m 為撓度增大系數(shù) 先確定與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù) 再估計(jì)一個(gè)總片 wcFf 1n 數(shù) 求得 然后用 初定 E 為材料的彈性模量 0n 10n 1 504 本輕型貨車(chē)的鋼板彈簧剛性?shī)A緊 k 0 5 初選與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù)為 0 片 估計(jì)總片 6 片 得 0 1 442 U 形螺栓的中心距初選 80 鋼板彈簧的材料m 根據(jù)材料的性質(zhì)和成本可選 55SiMnTi 采用表面噴丸處理減少表面脫層深度來(lái)提高材 料的強(qiáng)度 其彈性模量 E 代入數(shù)據(jù) 得 516 2 MPa 186 79N 3 3 cWfF 738 90 總慣性矩 24101 3 4 5 331 106 24842 79 01 48 EcksLJ 4m 鋼板彈簧總截面系數(shù) 用下式計(jì)算0 3 5 04wFLksW 11 式中 為許用彎曲應(yīng)力 對(duì)于 55SiMnVB 或 60Si2Mn 等材料 表面經(jīng)噴丸處理后 w 推薦 在下列范圍內(nèi)選取 前彈簧和平衡懸架彈簧為 350 450 后副簧為2 Nm 220 250 對(duì)于 55SiMnTi 材料 前彈簧平衡懸架取 350 550 這里2 Nm 取 450 w 所以 7272 48450 8 1 8 9130 W3 將式 3 5 計(jì)算結(jié)果代入下式計(jì)算鋼板彈簧的平均厚度 ph 6 63 3 6 cwpEfksLJh6 2 20 8 72m 有了 以后 再選鋼板彈簧的片寬 b 片寬 b 對(duì)汽車(chē)性能的影響 增大片寬 能增加卷耳強(qiáng)度 但當(dāng)車(chē)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(guò)窄 又得增加 片數(shù) 從而增加片間的摩擦彈簧的總厚 推薦片寬與片厚的比值 b 在 6 10 范圍內(nèi)選 本設(shè)計(jì)中取 8 得片寬ph b 8 6 63 53 02 取整 b 60 m 3 3 2 鋼板彈簧片厚 h 的選擇 矩形斷面等厚鋼板彈簧的總慣性矩 用下式計(jì)算 0J 3 7 3 12nbh 式中 n 為鋼板彈簧片數(shù) 取 n 6 所以可得到 9 333064012 nbJhm 片厚 h 選擇的要求 增加片厚 h 可以減少片數(shù) n 鋼板彈簧各片厚度可能有相同和不同兩種情況 希望盡可能采用前者但因?yàn)橹?片工作條件惡劣 為了加強(qiáng)主片及卷耳 也常將主片加厚 其余各片厚度稍薄 此時(shí) 要求一副鋼板彈簧的厚度不宜超過(guò)三組 為使各片壽命接近又要求最厚片與最薄片厚度之比應(yīng)小于 1 5 12 鋼板斷面尺寸 b 和 h 應(yīng)符合國(guó)產(chǎn)型材規(guī)格尺寸 本設(shè)計(jì)中取主片和第二片的厚度為 12 第三到第六片為 10 mm 3 3 3 鋼板斷面形狀 圖3 2 葉片斷面形狀 a 矩形斷面 b T 形斷面 c 單面有拋物線邊緣斷面 d 單面有雙槽的斷面 鋼板斷面形狀中矩形斷面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造容易 變截面少片鋼板彈簧多采用矩形 斷面結(jié)構(gòu) 矩形斷面鋼板彈簧的中性軸 在鋼板斷面的對(duì)稱位置上 圖 3 2a 工作時(shí) 一面受拉應(yīng)力 另一面受壓應(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 犁 除矩形斷面以外的其它斷面形狀的葉片 圖 3 2b c d 其中性軸均上移 使受 拉應(yīng)力作用的一面的拉應(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)力在斷面上的分布狀況 提高了鋼板彈簧的疲勞強(qiáng)度和節(jié)約近 10 的材 料 為了兼顧成本和使用效能 本次設(shè)計(jì)中采用葉片斷面為矩形的鋼板彈簧 如圖 3 2a 所示 3 3 4 葉片的端部結(jié)構(gòu) 13 葉片的端部可以按其形狀和加工方式分為矩形 片端切角 橢圓形 片端壓延 和梯形三種 其中矩形為制造成本最低的一種 端部剛性大 使之與等應(yīng)力梁相差多 些 本設(shè)計(jì)中就采用矩形端部結(jié)構(gòu) 3 3 5 鋼板彈簧片數(shù) n 片數(shù) n 少些有利于制造和裝配 并可以降低片間的干摩擦 改善汽車(chē)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 材料利用率變壞 多片鋼板彈簧一 般片數(shù)在 6 14 片之間選取 重型貨車(chē)可達(dá) 20 片 用變截面少片簧時(shí) 片數(shù)在 1 4 片之間選取 考慮本次設(shè)計(jì)對(duì)象為 1 75T 輕型貨車(chē) 載荷不大 故初選片數(shù)為 n 6 3 3 6 鋼板彈簧端部的支承型式 以板簧端部的支承型式而言 可以大致分為卷耳和滑板兩大類(lèi) 滑板型式多見(jiàn)于 兩極式主副簧懸架中副簧的支承和平衡懸架中板簧的支承 卷耳根據(jù)其相對(duì)板簧上平 面的位置可以分為上卷耳 平卷耳和下卷耳三類(lèi) 本設(shè)計(jì)中采用上卷耳 3 3 7 吊耳及鋼板彈簧銷(xiāo)的結(jié)構(gòu) 大多數(shù)板簧的支承方式為一端采用固定的卷耳 另一端采用擺動(dòng)的吊耳 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(xiāo)的支承 潤(rùn)滑可用螺紋式 自潤(rùn)滑 式 滑動(dòng)軸承 橡膠支承或者將板簧支承在橡膠座內(nèi) 自潤(rùn)滑式多用于轎車(chē)及輕型載 貨汽車(chē) 具有不必加潤(rùn)滑脂及噪聲小的優(yōu)點(diǎn) 本設(shè)計(jì)中采用自潤(rùn)滑式彈簧銷(xiāo)結(jié)構(gòu) 3 4 鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的確定 片厚不變寬度連續(xù)變化的單片鋼板彈簧是等強(qiáng)度梁 形狀為菱形 兩個(gè)三角形 將由兩個(gè)三角形鋼板組成的鋼板彈簧分割成寬度相同的若干片 然后按照長(zhǎng)度大小不 同依次排列 疊放到一起 就形成接近實(shí)用價(jià)值的鋼板彈簧 實(shí)際上的鋼板彈簧不可 能是三角形 因?yàn)闉榱藢摪鍙椈芍胁抗潭ǖ杰?chē)軸 橋 上和使兩卷耳處能可靠地傳遞 力 必須使它們有一定的寬度 因此應(yīng)該用中部為矩形的雙梯形鋼板彈簧 圖3 3 替 代三角形鋼板彈簧才有真正的實(shí)用意義 這種鋼板彈簧各片具有相同的寬度 但長(zhǎng)度 14 不同 鋼板彈簧各片長(zhǎng)度就是基于實(shí)際鋼板各片展開(kāi)圖接近梯形梁的形狀這一原則來(lái) 作圖的 首先假設(shè)各片厚度不同 則具體進(jìn)行步驟如下 先將各片厚度 的立方值 按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪制在圖上 圖3 4 再沿橫ih 3i 坐標(biāo)量出主片長(zhǎng)度的一半L 2和U形螺栓中心距的一半s 2 得到A B兩點(diǎn) 連接A B 即得到三角形的鋼板彈簧展開(kāi)圖 AB線與各葉片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長(zhǎng)度 如果存 在與主片等長(zhǎng)的重疊片 就從B點(diǎn)到最后一個(gè)重疊片的上側(cè)邊端點(diǎn)連一直線 此直線 與各片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長(zhǎng)度 各片實(shí)際長(zhǎng)度尺寸需經(jīng)圓整后確定 圖 3 3 雙梯形鋼板彈簧 圖 3 4 確定鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的作圖法 由上圖 各片鋼板彈簧的實(shí)際長(zhǎng)度經(jīng)過(guò)整理后匯總見(jiàn)表 3 1 15 表 3 1 前懸架鋼板彈簧各片長(zhǎng)度 序號(hào) 斷面 厚度 寬度 m鋼板長(zhǎng)度 L m 1 主片 12 60 1000 2 12 60 787 3 10 60 574 4 10 60 451 5 10 60 327 6 10 60 204 3 5 鋼板彈簧剛度驗(yàn)算 在此之前 有關(guān)撓度增大系數(shù) 總慣性矩 片長(zhǎng)和葉片端部形狀等的確定都 0J 不夠準(zhǔn)確 所以有必要驗(yàn)算剛度 用共同曲率法計(jì)算剛度的前提是 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(shí)該截面上各片的彎矩 和等于外力所引起的彎矩 剛度驗(yàn)算公式為 3 8 6113 k kiYaEc 其中 11 kkla i kJ1 1 kikJ 式中 為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù) 0 90 0 94 取 0 92 E為材料彈性模量 取 2 06 為主片和第k 1片的一半長(zhǎng)度 50 MP1l k 計(jì)算得 106 5 2a 2 m 213 313l 274 5 336 5 398 45a6am 0 000116 3311260 bhJY 0 000058 212 0 000045 3213JY 0 000036 0 000031 0 000027 45Y6Y 16 將數(shù)據(jù)代入 得鋼板彈簧的檢驗(yàn)剛 C 374 7N 符合要求 m 3 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 3 6 1 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 0H 鋼板彈簧各片裝配后 在預(yù)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 如圖 3 5 稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的 弧高 用下式計(jì)算 0H 0caHff 3 9 式中 為靜撓度 根據(jù)式 2 3 73 cf cfm 為滿載弧高 根據(jù) 3 2 1 節(jié) 10 a a 為鋼板彈簧總成用 U 形螺栓夾緊后引起的弧高變化 f 23acsLSff 3 10 式中 s 為 U 形螺栓中心距 L 為鋼板彈簧主片長(zhǎng)度 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 9 69f 210 73 83 8 m 所以 9 69 10 73 92 690Hm 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑 1348 58 0 28HLR 69 12 3 11 17 圖 3 5 鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下的曲率半徑 3 6 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(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 iR 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(yīng)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下式確定 012 iiiREh 3 12 式中 為第 i 片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑 為鋼板彈簧總成在自由狀iRm0 態(tài)下的曲率半徑 為各片彈簧的預(yù)應(yīng)力 E 為材料彈性模量 m0i 2 N 為第 i 片的彈簧厚度 2 Nih 在已知鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下曲率半徑 和各片彈簧預(yù)加應(yīng)力 的條件下 0R0i 計(jì)算出各片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑 選取各片彈簧預(yù)應(yīng)力時(shí) 要求做到 裝配i 前各片彈簧片間的間隙相差不大 且裝配后各片能很好貼和 為保證主片及其相鄰的 長(zhǎng)片有足夠的使用壽命 應(yīng)適當(dāng)降低主片及與其相鄰的長(zhǎng)片的應(yīng)力 為此 選取各片 預(yù)應(yīng)力時(shí) 可分為下列兩種情況 對(duì)于片厚相同的鋼板彈簧 各片預(yù)應(yīng)力值不宜選取 過(guò)大 對(duì)于片厚不相同的鋼板彈簧 厚片預(yù)應(yīng)力可取大些 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)力在 300 350N 內(nèi)選取 1 4 片長(zhǎng)片疊加負(fù)的預(yù)應(yīng)力 m2 短片疊加正的預(yù)應(yīng)力 預(yù)應(yīng)力從長(zhǎng)片到短片由負(fù)值逐漸遞增至正值 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 從第一片到第六片 彈簧的預(yù)應(yīng)力分別取為 70 65 40 45MPaMPa 50 55 這樣用改變各片曲率半徑的方法 調(diào)整各片的預(yù)應(yīng)力值并MPaPa 18 使主片的預(yù)應(yīng)力為負(fù)值 則不僅可使各片在組裝后相互貼緊 使各片在彈簧工作過(guò)程 中都參加工作 而且可使主片表面的正應(yīng)力降下來(lái) 達(dá)到各片的工作應(yīng)力相近及壽命 大致相同的目的 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)力所造成的彎矩之代 數(shù)和等于零 即 3 13 niiM1 或 3 14 i niW 10 式中 為鋼板彈簧第 i片的截面系數(shù) iWi6 2bh 為各片彈簧的預(yù)應(yīng)力 oi 1440612021 W2m 1000 26543 2 初選彈簧預(yù)應(yīng)力如表3 2 表3 2 彈簧初選預(yù)應(yīng)力 彈簧序號(hào) 1 2 3 4 5 6 MPaoi 70 65 40 45 50 55 驗(yàn)算如下 70 1440 65 1440 40 1000 45 1000 50 1000 55 1000 100800 niiM1 93600 40000 45000 50000 55000 0 經(jīng)驗(yàn)算內(nèi)力矩和約等于零 滿足設(shè)計(jì)要求 所以鋼板彈簧各片的曲率半徑計(jì)算如下 1460 1206 58 134 70 2 1 2 1 501 EhR m 1452 6 52022 19 1281 106 2 58 13402 2 1 53033 EhR m 1274 54044 1266 106 2 58 13402 2 1 55055 EhR m 1257 56066 如果第i片的片長(zhǎng)為 則第i片彈簧的弧高為L(zhǎng) 3 15 iiiRLH8 2 代入數(shù)據(jù)計(jì)算如下 85 6 53 3 14608 221 RLHm1452872 m 32 2 20 0 2573 2 4RLH 10 6 4 1 1685 2 RLHm12578062 m 3 6 3 鋼板彈簧總成弧高的核算 由于鋼板彈簧葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑 是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力 后用式 3 12 iRoi 計(jì)算 受其影響 裝配后鋼板彈簧總成的弧高與用式 計(jì)算的結(jié)果會(huì)不同 0208 HL 因此 需要核算鋼板彈簧總成的弧高 根據(jù)最小勢(shì)能原理 鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)是各片勢(shì)能總和最小狀態(tài) 由 此可求得等厚葉片彈簧的 為0R 3 16 610iiiL 式中 為鋼板彈簧第i片長(zhǎng)度 L 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 0 0007501R 20 鋼板彈簧總成弧高為 93 75 3 17 028 RLH 075 1 2 m 用式 3 17 與用式 3 9 計(jì)算的結(jié)果相差不大 符合設(shè)計(jì)要求 如相差較多 可 經(jīng)重新選用各片預(yù)應(yīng)力再行核算 3 7 鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算 1 緊急制動(dòng)時(shí) 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(yīng)力 用下式計(jì)算 max 3 18 max 02112 WlclG 式中 為作用在前輪上的垂直靜負(fù)荷 為制動(dòng)時(shí)前軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù) 轎車(chē) 1G 1 2 1 4 貨車(chē) 1 4 1 6 此設(shè)計(jì)為輕型貨車(chē)取 1 4 為鋼板 1 1m1l2 彈簧前 后段長(zhǎng)度 為道路附著系數(shù) 取0 8 為鋼板彈簧總截面系數(shù)得7272 5 0 c為彈簧固定點(diǎn)到路面的距離 取c 450 圖3 6 3m 圖3 6 汽車(chē)制動(dòng)時(shí)鋼板彈簧的受力圖 代入數(shù)據(jù)得 1000max Mpa37 5645 7210 08 4 89213 滿足設(shè)計(jì)要求 2 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)時(shí) 后鋼板彈簧承受的載荷最大 在它的前半段出現(xiàn)最大應(yīng)力 max 用下式計(jì)算 21 3 19 max 1 202121 bhmGWlclG 式中 為作用在后輪上的垂直靜負(fù)荷 為驅(qū)動(dòng)時(shí)后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù) 轎車(chē) 2 1 25 1 30 貨車(chē) 1 1 1 2 這里取 1 1 為道路附著系數(shù) b為 2 2 鋼板彈簧片寬 為鋼板彈簧主片厚度 1h 帶入數(shù)據(jù)得 max 12608 95 875 710 40 95687 451 8 1000Mp 滿足設(shè)計(jì)要求 鋼板彈簧的各片基本數(shù)據(jù)如下表3 3 表3 3 鋼板彈簧各片基本數(shù)據(jù) 彈簧片號(hào) 曲率半徑 m弧高 m 1 1460 85 6 2 1452 53 3 3 1281 32 2 4 1274 20 0 5 1266 10 6 6 1257 4 1 3 8 鋼板彈簧卷耳和彈簧銷(xiāo)的強(qiáng)度核算 鋼板彈簧主片卷耳受力如 圖3 7 所示 卷耳處所受應(yīng)力 是由彎曲應(yīng)力和拉 壓 應(yīng)力合成的應(yīng)力 即 圖3 7 鋼板彈簧主片卷耳受力圖 31 21bhFhDFxx 3 20 式中 xF為沿彈簧縱向作用在卷耳中心線上的力 減速度取 5 0 得2 sm 22 xF 5 0 695 3475N D 為卷耳內(nèi)徑 取 D 40 m b 為鋼板彈簧寬度 1h為主片厚度 許用應(yīng)力 取為 350 MPa 代入數(shù)據(jù) 得 67 572603475260 3475 Mpap350 滿足要求 對(duì)鋼板彈簧銷(xiāo)要驗(yàn)算鋼板彈簧受靜載荷時(shí)鋼板彈簧銷(xiāo)受到的擠壓應(yīng)力 bdFsz 3 21 其中 sF為滿載靜止時(shí)鋼板彈簧端部的載荷 6718 95N s21G b 為卷耳處葉片寬 d 為鋼板彈簧銷(xiāo)直徑 用 30 鋼或 40 鋼經(jīng)液體碳氮共滲處理時(shí) 彈簧銷(xiāo)許用擠壓應(yīng)力 z 取為 3 4 用 20 鋼或 20Cr 鋼經(jīng)滲碳處理或用 45 鋼經(jīng)高頻淬火后 其許用應(yīng)力 z Mpa 7 9 帶入數(shù)據(jù)得 MpapabdFsz 9 7 68 5209 17 滿足設(shè)計(jì)要求 對(duì)于鋼板彈簧常采用表面噴丸處理工藝和減少表面脫碳層深度的措施來(lái)提高鋼板 彈簧的壽命 表面噴丸處理有一般噴丸和應(yīng)力噴丸兩種 后者可使鋼板彈簧表面的殘 余應(yīng)力比前者大很多 綜上 卷耳的基本參數(shù)如表 3 4 表 3 4 卷耳基本參數(shù) 名稱 材料 直徑 m 卷耳 55SiMnVB 噴丸處理 40 彈簧銷(xiāo) 20 鋼 經(jīng)滲碳處理 20 23 第 4 章 鋼板彈簧附件的選擇 4 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片外 又是安裝鋼板彈簧的定位銷(xiāo) 中心螺栓 直徑一般接近簧片厚度 由推薦的中心距螺栓尺寸差得中心螺栓直徑 12 中心孔m 的直徑為 m5 012 4 2 鋼板彈簧襯套的分析和選型 襯套一般以金屬 橡膠和塑料三種材料制造 金屬襯套可以承受較大的擠壓應(yīng)力 彈簧銷(xiāo)和卷耳孔徑尺寸小 結(jié)構(gòu)緊湊 可降低卷耳根部應(yīng)力 但金屬襯套需要良好的 潤(rùn)滑 這種襯套大多用在重載貨汽車(chē)上 塑料襯套一般采用尼龍或聚甲醛材料制造 由于塑料襯套本身有自潤(rùn)滑性質(zhì) 因 此對(duì)潤(rùn)滑要求較低 塑料的熱膨脹系數(shù)比金屬大 而其吸水后膨脹 因此襯套壁厚不 宜過(guò)厚 確定襯套和卷耳孔徑時(shí) 最好根據(jù)不同材料的性能 經(jīng)試驗(yàn)后給出合理的過(guò) 盈量 冰選擇合適的彈簧銷(xiāo)配合間隙 橡膠襯套主要靠橡膠變形使卷耳相對(duì)彈簧銷(xiāo)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng) 由于橡膠和金屬表面沒(méi)有 相對(duì)移動(dòng) 因此襯套不存在磨損問(wèn)題 為減少襯套在扭轉(zhuǎn)變形時(shí)產(chǎn)生過(guò)大剪應(yīng)力 襯 24 套一般做得比較大 所以襯套設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮卷耳的強(qiáng)度 橡膠襯套的主要優(yōu)點(diǎn)是它靠 橡膠的扭轉(zhuǎn)變形來(lái)形成卷耳對(duì)彈簧銷(xiāo)的轉(zhuǎn)動(dòng) 而橡膠和金屬的接觸面沒(méi)有相對(duì)移動(dòng) 因此工作中無(wú)磨損 無(wú)需潤(rùn)滑維護(hù) 簡(jiǎn)化了保養(yǎng)工作 而且無(wú)噪聲 并能吸收汽車(chē)的 高頻振動(dòng) 因此橡膠襯套在轎車(chē)以及輕型貨車(chē)上得到廣泛的應(yīng)用 橡膠襯套結(jié)構(gòu)可以 分為硫化壓結(jié)構(gòu)和壓裝式兩種 后者有有軸向壓裝和徑向壓制兩種 綜合考慮車(chē)型和懸架效能 本設(shè)計(jì)選取橡膠襯套 4 3 彈簧夾箍的選擇 目前使用較多的是可拆卸式夾箍 但對(duì)于不經(jīng)常拆卸換裝葉片的彈簧 可以使用 不可拆卸的夾箍 不可拆卸的夾箍主要用于轎車(chē)和輕型客貨車(chē)上 故本次設(shè)計(jì)選用不 可拆卸的夾箍 4 4 U 形螺栓的選擇 參照同類(lèi)車(chē)型 U 形螺栓的規(guī)格 選定其直徑為 16 中心距為 80 擰緊螺mm 母的擰緊力矩為 15 20 mKg U 型螺栓的技術(shù)要求 引自 QC T517 1999 產(chǎn)品應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)的要求 并安照 規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣和技術(shù)文件制造 1 性能要求 螺栓等于或高于 8 8 級(jí) 按照 GB T 3098 2 1982 緊固件機(jī)械性 能螺栓 螺釘和螺柱 規(guī)定 螺母等于或高于 8 級(jí) 按照 GB T 3098 2 1982 緊固件機(jī)械性能螺母 規(guī)定 2 材料 螺栓推薦用 45 45Cr 40MnB 45Mn2 鋼按 GB669 65 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 鋼號(hào)和一般技術(shù)條件 及 GB T 3077 1982 合金結(jié)構(gòu)技術(shù)條件 規(guī)定 螺母 推薦用 35 45 鋼 GB699 65 規(guī)定 3 硬度 螺栓硬度按 GB T 3098 1 1982 規(guī)定 螺母硬度按 GB T 3098 2 1982 規(guī)定 4 螺紋精度 螺栓螺紋鍍鉻后 中等旋和長(zhǎng)度為 6h 級(jí) 長(zhǎng)旋和長(zhǎng)度為 6f 級(jí) 按 GB197 1981 普通螺紋公差與配合 規(guī)定 螺母螺紋鍍鉻后為 6h 級(jí) 按 GB T197 1981 規(guī)定 螺栓螺紋牙底形狀按 GB T197 1981 規(guī)定 螺栓螺紋螺 母不允許有毛刺 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有機(jī)械加工的缺陷 25 5 表面處理 螺栓 螺母表面處理必須經(jīng)防銹處理 螺栓表面處理按照主機(jī)廠 要求 電鍍層或化學(xué)處理按 QC T264 1999 汽車(chē)電鍍層和化學(xué)處理層 規(guī)定 涂漆處理按照 QC T484 1999 汽車(chē)油漆涂層 規(guī)定 螺母表面處理按照主機(jī) 廠要求 電鍍層或化學(xué)處理層按照 QC T264 1999 規(guī)定 螺栓表面采用鍍鋅 處理 鍍鋅后必須做去氫處理 第 5 章 減振器的設(shè)計(jì)計(jì)算 5 1 減振器的分類(lèi) 減振器是車(chē)輛懸架系統(tǒng)中的重要部件 其性能的好壞對(duì)車(chē)輛的舒適性以及車(chē)輛及 懸架系統(tǒng)的使用壽命等有較大影響 汽車(chē)在受到來(lái)自不平路面的沖擊時(shí) 其懸架彈簧 可以緩和這種沖擊 但同時(shí)也激發(fā)出較長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng) 使乘坐不適 與彈性元件并聯(lián) 安裝的減振器可很快衰減這種振動(dòng) 改善汽車(chē)的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性 懸架中用得最多的減振器是內(nèi)部充有液體的液力式減振器 汽車(chē)車(chē)身和車(chē)輪振動(dòng) 時(shí) 減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時(shí)的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動(dòng)阻力 將振 動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?并散發(fā)到周?chē)諝庵腥?達(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的 如果能量的 耗散僅僅是在壓縮行程或者是在伸張行程進(jìn)行 則把這種減振器稱之為單向作用式減 振器 反之稱之為雙向作用式減振器 后者因減振作用比前者好而得到廣泛應(yīng)用 根據(jù)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夠在比 較大的工作壓力 10 20 條件下工作 但由于它的工作特性受活塞磨損和工作MPa 溫度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 5 但是因?yàn)镸Pa 工作性能穩(wěn)定而在現(xiàn)代汽車(chē)上得到廣泛應(yīng)用 筒式減振器又分為單筒式 雙筒式和充 氣筒式三種 雙筒充氣液力減振器具有工作性能穩(wěn)定 干摩擦阻力小 噪聲低 總長(zhǎng) 度短等優(yōu)點(diǎn) 在轎車(chē)上得到越來(lái)越多的應(yīng)用 26 綜合考慮 本設(shè)計(jì)中選用雙向作用筒式減振器 工作壓力為 2 5 5 MPa 5 2 相對(duì)阻尼系數(shù) 減振器在卸荷閥打開(kāi)前 減振器中的阻力 F 與減振器振動(dòng)速度 v 之間有如下關(guān)系 V 5 1 式中 為減振器阻尼系數(shù) 圖 5 1 所示為減振器的阻力 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) F u 所以減振器有四個(gè)阻尼系數(shù) 在沒(méi)有 特別指明時(shí) 減振器的阻尼系數(shù)是指卸荷閥開(kāi)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 yFu ssFu 圖5 1 減振器的特性 阻力一位移特性 b 阻力一速度特性 汽車(chē)懸架有阻尼以后 簧上質(zhì)量的振動(dòng) 式周期衰減振動(dòng) 用相對(duì)阻尼系數(shù) 的大小 來(lái)評(píng)定振動(dòng)衰減的快慢速度 的表達(dá)式為 2scm 5 2 式中 c 為懸架系統(tǒng)的垂直剛度 為簧上質(zhì)量 sm 上式表明 相對(duì)阻尼系數(shù) 的物理意義是 減振器的阻尼作用在于不同剛度 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sm 27 速衰減 同時(shí)又能將較大的路面沖擊力傳到車(chē)身 值小則相反 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Y S 者之間保持有 0 25 0 50 的關(guān)系 YS 設(shè)計(jì)時(shí) 現(xiàn)選取 與 的平均值 對(duì)于無(wú)內(nèi)摩擦的彈性元件懸架 取 0 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(chē) 值應(yīng)取大些 一般取 為避免懸架碰撞車(chē)架 取 0 5 0 3S YS 本設(shè)計(jì)中 取 0 25 0 35 0 3 0 35 0 105 SY 5 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 所以理論上2scm smc 實(shí)際上應(yīng)根據(jù)減振器的布置特點(diǎn)確定減振器的阻尼系數(shù) 本設(shè)計(jì)采用 sm2 圖 5 2 所示結(jié)構(gòu) 其阻尼系數(shù) 2cos 5 3 取安裝角度為 0 16 43 695 187 1 smc 5709 5 43 25 0 7993 2 s 2398 169 y 圖 5 2 減振器的安裝示意圖 5 4 最大卸荷力 的確定 0F 為了減少傳給車(chē)身的沖擊力 當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)一定值時(shí) 減振器應(yīng)打開(kāi) 卸荷閥 此時(shí)活塞速度稱為卸荷速度 一般為0 15 0 30m s 之間 取 0 2m s xv xv 在伸張行程的最大卸荷力 7993 2 0 2 1598 6N xsvF 0 5 4 28 5 5 筒式減振器工作缸直徑 D 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(lái)近似求得 0F 0241p 5 5 式中 p 為工作缸最大允許壓力 一般為 3 4 取 3 5 為連桿直徑MPaa 與缸筒直徑比 雙筒式減振器 0 40 0 50 單筒式減振器 0 30 0 35 取 0 3 代入數(shù)據(jù) 得 25 74 35 01 69842 D 根據(jù) QC T491 1999 汽車(chē)筒式減振器尺寸系列及技術(shù)條件 的規(guī)定 取減振器的工作 直徑 D 30m 貯油筒直徑 1 4 30 42 壁厚取為 2 材料可選 20 鋼 cmm 第 6 章 設(shè)計(jì)總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)生完成學(xué)業(yè)的標(biāo)志性作業(yè) 是對(duì)我們學(xué)習(xí)成果的綜合性總結(jié) 和檢閱 是我們大學(xué)生走向社會(huì)從事科學(xué)研究的一種最初親身嘗試 本次設(shè)計(jì)的對(duì)象 是1 75T輕型貨車(chē)前懸架 考慮到成本問(wèn)題及總體結(jié)構(gòu)與布置 采用了傳統(tǒng)的鋼板彈 簧 設(shè)計(jì)中 主要依據(jù)懸架的載荷確定各片鋼板彈簧的尺寸和懸架的各種性能參數(shù) 再對(duì)鋼板彈簧和吊耳的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算 最后根據(jù)懸架載荷確定減振器的型號(hào) 本次設(shè)計(jì)基本滿足了以下要求 1 保證汽車(chē)有良好的行駛平順性 2 具有合適的衰減振動(dòng)能力 3 保證汽車(chē)具有良好的操縱穩(wěn)定性 4 汽車(chē)制動(dòng)或加速時(shí)要保證車(chē)身穩(wěn)定 減少車(chē)身縱傾 轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)身側(cè)傾角要合適 29 5 結(jié)構(gòu)緊湊 占用空間尺寸要小 6 可靠地傳遞車(chē)身與車(chē)輪之間的各種力和力矩 在滿足零部件質(zhì)量要小的同時(shí) 還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 讓我溫習(xí)了汽車(chē)相關(guān)知識(shí) 重新認(rèn)識(shí)了汽車(chē)的結(jié)構(gòu) 特別是 對(duì)鋼板彈簧的懸架系統(tǒng)有了一次更為詳細(xì)的認(rèn)識(shí)與了解 在繪圖過(guò)程中 對(duì)AUTOCAD 軟件的應(yīng)用技巧有了更進(jìn)一步了解 在文字編輯過(guò)程中 對(duì)WORD的運(yùn)用也有了進(jìn)一步 的熟悉 整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的進(jìn)行強(qiáng)化了綜合運(yùn)用專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)分析解決設(shè)計(jì)過(guò)程中的實(shí) 際問(wèn)題 提高了思維能力 動(dòng)手能力 通過(guò)撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及畢業(yè)論文提高了語(yǔ)言表 達(dá)能力和思維能力 為今后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 致 謝 合上漫溢墨香的設(shè)計(jì)論文 已是夜涼如水 遙望夜空 星光燦爛 歷時(shí)半載的畢 業(yè)設(shè)計(jì)撰寫(xiě)工作 終于告了一個(gè)段落 掩卷而思 心中卻惶恐不安 唯恐這份代表我 四年本科學(xué)習(xí)成果的畢業(yè)論文有負(fù)師長(zhǎng)與親友的厚望 我深知前進(jìn)的每一步 都凝聚 著眾多的關(guān)懷與愛(ài)護(hù) 在此 我只能借本文一隅表達(dá)自己內(nèi)心的感激之情 感謝我的導(dǎo)師 他將我收入門(mén)下 不棄粗礪 悉心教誨 從他那里我不僅學(xué)到了 許多知識(shí) 而且也被他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度 廣博的學(xué)識(shí) 敏捷的洞察力與謙和的人格魅 力深深的感染 指導(dǎo)老師對(duì)我的論文傾注了大量的心