轻型载货汽车后悬架的毕业设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘要 本文通过传统的设计计算方法和计算机技术相结合，以依维柯欧霸轻卡为原型车，详细设计计算了渐变刚度钢板弹簧后悬架。 文中首先介绍了悬架系统领域的研究与设计及其发展现状和趋势；其次详细概述了悬架系统对汽车平顺性和操纵稳定性的影响；再次着重 阐述了钢板弹簧悬架设计的 详细 步骤和设计要求，各主要零部件结构的选型及计算；板簧 弧高及曲率半径的计算 ，材料强度、刚度的验算、校核；减 振器的选取；最后还根据 弧法做了钢板弹簧的运动分析计算，分析了板簧系统关键点轨迹和关键角的变化，并用最小二乘法求出关键点轨迹的曲率中心和曲 率半径。钢板弹簧悬架有结构简单，工作可靠，制造成本低等特点，长期以来在各种大中型车辆上得到广泛的应用。 关键词： 轻型载货汽车；后悬架；钢板弹簧；设计 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 as of of of is AE of of of 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘要 . I . 绪论 . 1 究背景及意义 . 1 内外研究现状及发展趋势 . 2 究内容和方法 . 4 章小结 . 6 2 悬架系统总体方案的确定 . 7 计要求 . 7 架系统概述 . 7 架系统总体结构方案确定 . 9 架系统各主要零部件选型 . 11 术经济分析 . 15 3 悬架系统主要性能参数的确定 . 18 架静挠度和动挠度的选择 . 18 架弹性特性 . 20 悬架主、副簧刚度的分配关系 . 21 架侧倾刚度及其在前、后轴的分配 . 22 4 弹性元件的设计计算 . 23 选参数 . 23 片长度的确定 . 26 板弹簧的刚度验算 . 28 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 成在自由状态下的弧高及曲率半径计算 . 29 板弹簧总成弧高的核算 . 31 种工况下 校核 . 32 5 减振器设计 . 35 对阻尼系数 的选择 . 35 振器阻力系数 的确定 . 36 大卸荷力的确定 . 37 式减振器工作缸直径的确定 . 38 振器工作行程检验 . 38 6 钢板弹簧运动分析 . 39 板弹簧压平前的计算 . 40 板弹簧反弓后的计算 . 43 7 总结与展望 . 47 结 . 47 望 . 47 参考文献 . 48 致谢 . 50 附录 . 51 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 究背景及意义 钢板弹簧悬架 (简称板簧悬架 )又分为少片变截面钢板悬架与等截面多片板簧悬架。目前国内 95%以上的重卡悬架系统是以钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置的 非独立悬架，其主要优点是结构简单，制造容易，维修方便，工艺成熟，工作可靠。缺点是汽车平顺性、舒适性较差；簧下质量大，无法适应重卡轻量化的发展，并且不能同时兼顾重卡的舒适性与操纵稳定性。 国内汽车悬架弹簧生产企业 160 余家，遍布全国各地，具有规模的专业生产企业 (生产规模在 吨以上 )约 80 余家。产品质量水平 刚 达到国外先进国家 90 年代水平。大部分企业规模较小，生产集中度低，散乱差问题较严重。其中真正形成大规模、大批量生产的企业为数不多，大多仍停留在简单生产工艺的水平上，产品成本较高，难以参与国际市场竞争。国内能够生产高档次汽车钢板悬架弹簧的企业只有 4 家：一汽集团辽阳汽车弹簧厂、东风汽车悬架弹簧有限公司、重庆红岩汽车弹簧厂、山东汽车弹簧厂，他们都具有生产多种叠片簧、渐变刚度弹簧、少片变截面钢板弹簧和双曲率半径及平直段的汽车钢板弹簧的能力。国内能够同时生产客车、货车、轿车悬架弹簧的厂家 也 只有三个：一汽集团辽阳汽车弹簧厂、东风汽车悬架弹簧有限公司、山东汽车弹簧厂 1。 自主开发是中国汽车产业持续发展的保障。我国汽车产业在经过半个世纪的发展，已经初具规模，但是面临着能源紧张、技术落后、自主品牌严重缺乏以及国际竞争加 剧带来的压力。我国的汽车产业要加速、持续和健康的发展，并成为我国国民经济的支柱产业，必须坚持产业创新，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 面向自主发展具有中国特色的产业创新模式，推动汽车产业结构的升级、技术的进步、以及民族品牌的崛起。 所以为了适应汽车产业的自主开发道路，对 钢板弹簧 悬架进行 详细的设计 计算并进行推广交流显得尤为重要 。 内外研究现状及发展趋势 内外研究现状 随着道路交通的不断发展，汽车车速有了很大的提高，被动悬架的缺陷逐渐成为整车 性 能，特别是转向时不侧倾、制动时不点头要求的瓶颈，为此人们开发了能兼顾舒适和操 纵稳定的主动悬架。主动悬架的概念是1954 年美国通用汽车公司在悬架设计中率先提出的主动悬架的模型，它在被动悬架的基础上，增加可调节刚度和阻尼的控制装置，汽车悬架在任何路面上保持最佳的运行状态控制装置通常由测量系统、反馈控制系统、能源系统等组成。 20 世纪 80 年代，世界各大著名的汽车公司和生产厂家竞相研制开发这种悬架。丰田、洛特斯、沃尔沃、奔驰等在汽车上进行了较为成功的试验，装置主动悬架的汽车，即使在不良路面高速行驶时，车身非常平稳，轮胎的噪音小，转向和制动时车身保持水平特点乘坐非常舒服，但结构复杂、能耗高， 成本昂贵，可靠性存在问题 2。 由于种种原因，我国的汽车绝大部分采用被动悬架，在半主动和主动悬架的研究方面起步晚，与国外的差距大，在西方发达国家，半主动悬架在 20 世纪 80 年代后期趋于成熟，福特公司和日产公司首先在轿车上应用，取得了较好的效果，主动悬架虽然提出早，但由于控制复杂，并且牵涉到许多学科，一直很难有大的突破，进入 20 世纪 90 年代，仅应用于排气量大的豪华汽车，未见国内汽车产品采用此技术的报道，只有北京理工大学和同济大学等少数几个单位对主动悬架展开研究。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 架的发展趋势 由于汽车行驶的 平顺性和操纵稳定性的要求，具有安全、智能和清洁的绿色智能悬架将是今后汽车悬架发展的趋势。 被动悬架是传统的机械结构 ， 刚度和阻尼都是不可调的，依照随机振动理论，它只能保证在特定的路况下达到较好效果，但它的理论成熟、结构简单、性能可靠， 成本相对低廉且不需额外能量， 因而应用最为广泛，在我国现阶段，仍然有较高的研究价值。被动悬架性能的研究主要集中在三个方面： 通过对汽车进行受力分析后，建立数学模型，然后再用计算机仿真技术或有限元法寻找悬架的最优参数； 研究可变刚度弹簧和可变阻尼的减振器，使悬架在绝大部分路况上保 持良好的运行状态； 研究导向机构，使汽车悬架在满足平顺性的前提下，稳定性有大的提高 3。 半主动悬架的研究集中在两个方面： 执行策略的研究； 执行器的研究。阻尼可调减振器主要有两种，一种是通过改变节流孔的大小调节阻尼，一种是通过改变减振液的粘性调节，阻尼节流孔的大小一般通过电磁阀或步进电机进行有级或无级的调节，这种方法成本较高，结构复杂通过改变减振液的粘性来改变阻尼系数，具有结构简单、成本低、无噪音和冲击等特点，因此是目前发展的主要方向。在国外，改变减振液粘性的方法主要有电流变液体和磁流变液体两种，北京理 工大学的章一鸣教授进行了阻尼可调节半主动悬架的研究，林野进行了悬架自适应调节的控制决策研究，哈工大的陈卓如教授对车辆的自适应控制方面进行了研究，执行策略的研究是通过确定性能指标，然后进行控制器的设定。目前，模糊控制在这方面应用较多。 主动悬架研究也集中在两个方面： 可靠性； 执行器由于主动悬架采用了大量的传感器、单片机、输出输入电路和各种接口，元器件的增加降低了悬架的可靠性，所以加大元件的集成程度，是一个不可逾越的阶段。纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 执行器的研究主要是用电动器件代替液压器件，电气动力系统中的直线伺服电机和永磁直流直线伺服 电机具有较多的优点，今后将会取代液压执行机构运用电磁蓄能原理，结合参数估计自校正控制器，可望设计出高性能低功耗的电磁蓄能式自适应主动悬架，使主动悬架由理论转化为实际应用。 悬架技术的每次跨越，都和相关学科的发展密切相关计算机技术、自动控制技术、模糊控制、神经网络、先进制造技术、运动仿真等为悬架的进一步发展提供了有力的保障，悬架的发展也给相关学科提出更高的理论要求，使人类的认识迈向新的、更高的境界 4。 在重型车辆领域， 电子控制空气悬架和橡胶悬架代表了目前汽车悬架系统的发展方向。在欧美汽车悬架的发展经历了 “ 钢板弹簧 气囊复合式悬架 被动全空气悬架 主动全空气悬架 (即 统 )或橡胶悬架 ” 过程。在欧美，橡胶悬架和空气悬架的价格相差不大，但是使用环境不同，空气悬架不能超载，因此在牵引车上应用广泛。 橡胶悬架适应能力强，可用于超载环境，因此主要应用在非公路用车或使用工况恶劣、对车辆载荷要求大的汽车上。目前 统在欧洲部分大客车上已经开始应用，预计，随着车辆控制技术的发展， 气悬架系统将成为汽车悬架的一个发展方向。 究内容和方法 究内容 汽车悬架系统的研究与设计主要是为了提高汽车 整车的操纵稳定性和行驶平顺性。 汽车悬架系统的研究与设计的领域也相应地分为两大部分：一是对汽车平顺性产生主要影响的悬架特性；另一是对汽车操纵稳定产生主要影响的悬架特性。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 前一部分主要是对悬架的弹性元件和阻尼元件特性展开工作，主要是将路面、轮胎、非簧载质量、悬架、簧载质量作为一个整体进行研究与设计，由于它主要研究的是在路面的反作用力的激励下，影响汽车平顺性的弹性元件以及阻尼元件的力学特性，因此可以称之为悬架系统动力学研究。后一部分主要是对悬架的导向机构进行工作，主要是研究在车轮与车身发生相对运动时，悬架导向机 构如何引导和约束车轮的运动、车轮定位及影响转向运动的一些悬架参数的运动学特性。这一部分的研究称为悬架的运动学研究。考虑了弹性衬套等连接件对悬架性能的影响，则悬架运动学即为悬架弹性运动学。悬架弹性运动学是阐述由于轮胎和路面之间的力和力矩引起的车轮定位等主要悬架参数的变化特性。这样悬架系统的运动学研究就包括了悬架运动学和弹性运动学两个方面的内容 5。 本课题主要是轻型载货汽车悬架的设计，主要研究内容有 ： (1)研究国内外汽车悬架系统的技术现状、发展趋势、市场等情况，研究各种类型汽车悬架的优缺点、使用情况、结构 特点、基本原理等内容； (2)分析汽车悬架的设计要求和国家标准有关悬架设计的技术条件，确定汽车悬架的结构； (3)悬架系统主要性能参数的计算； (4)悬架系统各主要零部件的选型及详细设计； (5)悬架系统弹性元件曲率；各特殊工况下强度，刚度的验算校核； (6)根据 弧法对钢板弹簧 悬架 的运动分析计算，分析了板簧系统关键点轨迹和 关键角的变化，并用最小二乘法求出关键点轨迹的曲率中心和曲率半径； (7)悬架 系统装配图及其零部件 工程图纸的绘制 。 究方法 为了使设计研究结果建立在科学、严谨的基础上，使 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 情况，对割草车总体设计提出了以下研究方法： (1)通过实习、调查、上网以及文献检索等多种有效方法，系统收集汽车悬架的研究成果和相关的专业信息； (2)在对国内外悬架的技术现状、发展趋势等情况进行系统分析研究的基础上，确定设计策略，作为构思总体设计方案的指导思想； (3)在分析悬架设计要求和各种类型悬架的优缺点、使用情况、结构特点、基本原理的基础上，参考实习、调研得到的资料，分析悬架的设计要求和国家标准有关悬架设计的技术条件； (4)在整车主要参数的基础上，根据整车的设计要求、技术条件要求，对悬 架进行初步选型设计； (5)研究目前悬架的基本结构，结合实际应用，运用所学基础理论和机械设计方面的专业知识，确定其详细的结构方案和主要技术参数； (6)对悬架主要参数进行系统的优化，对其主要结构部件进行曲率、刚度、强度验算、校核及运动分析； (7)根据整车布置和结构需要，最终绘 出标准机械工程图纸 。 章小结 本章主要介绍了汽车悬架系统的研究现状和发展趋势。以及悬架领域主要的研究内容。由于世界汽车工业的飞速发展必然带来中国汽车工业的技术升级以及生产方式的转型，加上人们对汽车舒适性、操控性的要求越来越高 ，新型悬架系统的设计研发会发展的更快，而国内为节约成本， 悬架系统的制造 都采用普通材料，结构设计 相对简单，加工工艺也 相对落后。再加上悬架加装 在 底盘后的调校 技术 差距较大，所以导致整车的平顺性和操控性不足。因此需要我们不仅在弹性元件材料的选择，结构的设计以及悬架系统的调试对整车性能的影响等 这 些 方面做出更多的努力。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 2 悬架系统总体方案的确定 计要求 悬架与汽车的多种使用性能有关，在悬架的设计当中应满足以下几方面的要求： (1)保证汽车有良好的行使平顺性。为此，汽车应有较低的振动频率，乘员在车中承受的振动 加速度应不超过国际标准 263178 规定的人体承受振动界限值，振动加速度的界限值是振动频率和人承受振动作用的时间的函数。承受振动作用的时间越长，容许的加速度值越小。而频率的影响表现在某一频段（对于垂直振动，此频段为 4 8许振动加速度为最小，而在其余频段内，振动加速度与频段成线形关系。在设计中要考虑这一点。 (2)有合适的减振性能。它应与悬架的弹性特性很好的匹配，保证车身和车轮在共振区的振幅最小，振动衰减快。 (3)保证汽车有良好的操纵稳定性。导向机构在车轮跳动时，应不使主销定位参数变化过大，车轮运动 与导向机构运动应协调，不出现摆振现象。转向时整车应有一些不足转向特性。 (4)汽车制动和加速时能保证车身稳定，减少车身纵倾（即所谓的 “ 点头 ” 或 “ 后仰 ” ）的可能性。 (5)能可靠地传递车身与车轮间的一切力和力矩，零部件质量轻并有足够的强度和寿命 6。 架系统 概述 架系统的主要作用 悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力装置的总称。它把车架（或车身）与车轴（或车轮）弹性的连接起来，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 弹性元件、导向机构和减振器组成（在有些悬架中还有缓冲块和横向稳定杆）。其主要作用是： (1)缓和、抑制由不平路面引起的振动和冲击，保证乘员乘坐舒适和所运货物完好； (2)除传递汽车垂直力以外，还传递其他各方向的力和力矩，并保证车轮和车身（或车架）之间有确定的运动关系，使汽车具有良好的驾驶性能 7。 架结构形式分析 悬架可分为非独立悬架和独立悬架两类。非独立悬架的结构特点是左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接。独立悬架的结构的特点是左、右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接。 图 悬架的结构形式简图 a）非独立悬架 b)独立悬架 (1)非独立 悬架 以纵置钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置的非独立悬架，其主要优点是结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。缺点是由于整车布置上的限制，钢板弹簧不可能有足够的长度（特别是前悬架），使之刚度较大，所以汽车平顺性较差；簧下质量大；在不平路面上行驶时，左、右车轮互相影响，并使车轴（桥）和车身倾斜；当汽车直线行驶在凹凸不平的路面上时，由于左右两侧车轮反向跳动或只有一侧车轮跳动时，会产生不利的轴转向特性；汽车转弯行驶时，离心力也会产生不利的轴转向特性；车轴（桥）纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 上方要求有与弹簧行程相适应的空间。这种悬架主要用在货车、 大客车的前、后悬架以及某些轿车的后悬架上。 (2)独立悬架 独立悬架的优点是：簧下质量小；悬架占用的空间小；弹性元件只承受垂直力，所以可以用刚度小的弹簧，使车身振动频率降低，改善了汽车行驶平顺性；由于有可能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，又改善了汽车的行驶稳定性；左、右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力。独立悬架的缺点是结构复杂，成本较高，维修困难。这种悬架主要用于轿车和部分轻型货车、客车及越野车上 8。 架系统 总体 结构方案确定 本文的设计目标为轻型载货汽车后悬架系统， 考虑到经济性和技术性要求， 所以选用非独立悬架。 汽车悬架的弹性元件一般有以下 四种 ，见表 表 弹性元件四种形式 钢板弹簧 螺旋弹簧 扭杆弹簧 气体弹簧 橡胶弹簧 其中螺旋弹簧和扭杆弹簧一般应用于独立悬架中，本文不作考虑。 以下分别为 其他三种悬架 。 簧悬架 钢板弹簧悬架 (简称板簧悬架 )又分为少片变截面钢板悬架与等截面多片板簧悬架。目前国内 95%以上的 载货汽车 悬架系统是以钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置的非独立悬架，其主要优点是结构简单，制造容 易，维修方便，工艺成熟，工作可靠。 缺点是汽车平顺性、舒适性较差；簧下质量大，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 展，并且不能同时兼顾 舒适性与操纵稳定性。而空气悬架则充分利用了空气弹簧变刚性的特性，达到同时兼顾这两个方面的目的。 气 悬架 空气 悬架系统是以空气弹簧为弹性元件 ,以空气做弹性介质 ,在一个密封的容器内充入压缩空气 (气压为 利用气体的可压缩性，实现其弹性作用的。这种弹簧的刚度可变，具有较理想的弹性特性。 目前空气悬架控制模式主要有两种，一种是采用机械高度阀手动调节。另一种为电子控制 (使传统空气悬架系统的性能得到很大改善，提高了悬架操作舒适性和反应灵敏度。 胶悬架 橡胶悬架是以橡胶弹簧为弹性元件，由于橡胶弹簧具有变刚度的特点，因此，整个悬架有较强的承载能力。橡胶悬架在承载性、可靠性等方面都比传统使用的钢板悬架更具优势，而且能够适应矿山作业等恶劣工况。 结 综上所述，目前国内最主要的悬架仍然为钢板弹簧悬架，因为 其结构简单，制造容易，维修方便，工艺成熟，工作可靠。 考虑到成本控制及制造因素，本设计依旧采用钢板弹簧后悬架。 钢板弹簧悬架 (简称板簧悬架 )又分为少片 变截面钢板悬架与等截面多片板簧悬架。 少片变截面钢板弹簧克服了多片钢板弹簧质量大，性能差（由于片间摩擦的存在，影响了汽车的行驶平顺性）的缺点。这种板簧对实现车辆轻量化，节约能源和合金弹簧钢材大为有利，故应用日渐广泛。但其制造加工工艺复杂，成本高。所以本车选用等截面多片板簧，并设计成为渐变刚度，主副簧结构的多片钢板弹簧后悬架，以节约成本并有效提高其行驶平顺性 9。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 原型车为依维柯 轻型载货汽车 ，其后悬架系统如图 图 依维柯 S 系列后悬架 12345板弹簧后支架； 6 78螺栓 采用变刚度钢板弹簧的 目的是为了在空载（带驾驶员）和满载时都能获得良好的平顺性。汽车空载时，只要主簧起作用，载荷增加时随着主簧的变形与副簧逐渐贴合，至设计载荷附近主副簧完全贴合共同起作用。变刚度板簧有利于提高汽车平顺性，但在布置上要求有足够的变形空间。 架系统各主要零部件 选型 片断面 最常用的板簧材料为热轧弹簧扁钢。矩形断面，为了提高断面叶片的疲劳强度，改善叶片间润滑的情况，通常其制成两头带圆弧或两面有较大的凹陷弧度的矩形（如图 a)）。 单面带抛物线的断面（如图 b)）和单面带槽的断面（如图 c)、(d)）都采用改进后的特殊矩形断面。其共同特点是使断面的几何形状在垂直方向（厚度方向）不对称，变形时的中性轴上移，叶片的上表面拉力减少，下面的压力增加（一般材料的抗压强度高于抗拉强度），纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 簧的疲劳强度，使疲劳寿命约提高了 30，同时可节约 10 14的材料。 由于矩形断面设计计算简单，制造加工方便。 所以本设计采用矩形断面。 图 钢板弹簧的截面形状 (a) 标准型； (b) 单面单槽； (c) 抛物线侧 边； (d)单面双槽 片的端头形状 叶片的端头形状有直角形、梯形、椭圆形几种。如图 示： (a)直角片端 (b)梯形片端 (c)椭圆形片端 图 叶片端头形状 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 直角形的制造容易，在载货汽车上应用比较广泛，但是这种形状的叶片端部刚度大，易引起压应力集中，因而增加了叶片的磨损和摩擦，很难设计成与等强度梁近似的结构，此外，弹簧的质量也很大。梯形的能制成比较接近等强度的结构，克服了直角形的某些缺点。椭圆形的叶片末端压延成所需要的变截面形状，以得到等强度梁，并可增加叶片端部的弹性 ，减少片间的摩擦，改善应力沿叶片长度方向的分布，从而使弹簧的质量减小，这种端头形状的叶片在国外已日趋广泛采用，在国内因制造困难，故目前还比较少应用。 由于本次设计是轻型载货汽车的后悬架，考虑到制造工艺和经济性的要求，采用直角形端头形状。 板弹簧与车架的连接形式的确定 钢板弹簧与车架的连接形式目前常见的有铰链连接、滑动连接、橡胶块连接等。铰链连接可承受垂直载荷和水平载荷，滑动连接只能传递垂直载荷，橡胶块连接可有很好的减振作用，但橡胶块易老化。本设计选用铰链连接。 耳及钢板弹簧销的结 构 大多数板簧的支撑方式为一端采用固定卷耳，另一端采用摆动吊耳。摆动吊耳的结构可以用 C 形、叉形以及分体式等 。 弹簧销的支承、润滑则可用螺纹式，自润滑式。滑动轴承，橡胶支承，或者将板簧支承在橡胶座内。螺纹式的好处在于可同时承受垂向及侧向载荷，板簧侧面不必加工，螺纹可起储存润滑剂和防尘的作用。螺纹表面渗碳以达到一定的硬度，一般其挤压应力为 7润滑式多用于轿车及轻型载货汽车，具有不必加润滑脂及噪声小的特点。重卡上多使用滑动轴承式，一般采用铜合金或粉末冶金衬套，工作挤压应力约为 种结构中，板 簧卷耳两侧必须加工至规定宽度以便与支架或吊耳配合传递侧向力。纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 必须充分考虑其对悬架特性的影响。 本文采用一端采用固定卷耳，另一端采用摆动吊耳。摆动吊耳结构采用分体式自润滑式。 板弹簧卷耳和衬套 钢板弹簧主片端部制成以便安装弹簧销和用以与托架或吊耳连接。常用的卷耳型式有上卷耳、平卷耳、下卷耳、锻造卷耳等，上卷耳应用比较多。采用下卷耳主要是因为有时需要用来保证弹簧运动轨迹与转向机构协调，但是它在载荷作用下容易张开。车身高度受限时，采用下卷耳。平卷耳可以减少卷耳的应力，应纵向力作用方 向和弹簧主片断面的中心线重合，但制造复杂。锻造卷耳，强度较高，它与弹簧主片分开为两个零件，用螺栓连接起来，但由于制造成本比较高，目前应用较少。本设计钢板弹簧前端采用上卷耳式，后端采用吊耳式。 在汽车载荷较大或使用条件恶劣的情况下，钢板弹簧主处需要得到加强，将第二、三片端部制成加强卷耳的包耳。由于本设计是轻型货车，只将第二片设计成包耳。 钢板弹簧卷耳内的衬套，通常用金属、橡胶或塑料三种材料制造。目前国内外汽车上已经广泛采用塑料衬套。因它具有耐磨，耐腐蚀、减振、不需要润滑、重量轻的优点。常用的塑料衬套材料为尼龙 1010，聚甲醛等。 簧夹箍 弹簧夹箍除了防止弹簧各片横向错位之外，还能在弹簧回弹时，将力传递给其他簧片，减少主片应力。弹簧夹箍结构如下图所示。目前使用最多的是可拆式夹箍。为了防止弹簧横向扭曲时在簧片上产生过大的应力，在夹箍和弹簧片表面之间会留有一定的间隙，一般不小于 箍与弹簧片侧面间隙为 1于不经常拆装换片的弹簧，大都采用了不可拆式夹箍，这种夹箍结构简单，减少制造费用，而且弹簧装配方便，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 用于轿车和轻型载货汽车上。此车采用不可拆式夹箍，结构简单，费用低。 板弹簧中心螺栓 中心螺栓的作用，除了夹紧各片弹簧外，又是安装钢板弹簧的定位销。中心螺栓在 U 形螺栓松动时易剪断，因此应有一定的强度。由于中心螺栓直径大小将影响弹簧断面强度，因此其直径不宜做的过大，一般与簧片厚度相等。下表是推荐的中心螺栓直径尺寸。中心螺栓一般用 15料作成，机械性能等级为 。对于重型载货汽车，中心螺栓多用 4040成。 表 中心螺栓直径尺寸 中心螺栓直径 8 10 12 14 16 簧片厚 7 7 9 9 11 11 13 13 16 中心孔直径 本车类型为轻卡，但为渐变刚度板簧，所以，因此由表 出中心螺栓直径先初步确定为 12此得中心孔直径为 螺栓由材料15成 。 术经济分析 钢板弹簧悬架主要由钢板弹簧前后支 架、若干片板簧、板簧盖板、 心螺栓、吊耳、板簧销、缓冲块、减 振 器等组成。它有加工工艺简单，可靠耐用，结构简单成本低等优点。本设计为等截面渐变刚度钢板弹簧悬架，二级主副簧结构。结构示意图如图 示。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 图 变刚度板簧的结构示意图 弹性元件选用二级厚度钢板弹簧， 本设计采用矩形断面 ， 设计计算简单，制造加工方便。 选用 最常用的板簧材料热轧弹簧扁钢。 选用 直角形的端头， 制造容易，在载货汽车上应用比较广泛， 成本低。 但是这种形状的叶片端部刚度大，易引起压应力集中，因而增加了叶片的磨损和摩擦，很难设计成 与等强度梁近似的结构，此外，弹簧的质量也很大。 悬架与车架采用 铰链连接。一端采 用固定卷耳，另一端采用摆动吊耳。摆动吊耳结构采用分体式自润滑式 ，结构简单，成本较低。 钢板弹簧前端采用上卷耳式 。 在汽车载荷较大或使用条件恶劣的情况下，钢板弹簧主处需要得到加强，将第二、三片端部制成加强卷耳的包耳。由于本设计是轻型货车，只将第二片设计成包耳。 钢板弹簧卷耳内的衬套，通常用金属、橡胶或塑料三种材料制造。目前国内外汽车上已经广泛采用塑料衬套。因它具有耐磨，耐腐蚀、减振、不需要润滑、重量轻的优点。常用的塑料衬套材料为尼龙 1010，聚甲醛等。本文选用橡胶材料，经济实用。 采用不可拆式夹箍，结构简单，费用低。中心螺栓 选用 一般 常 用 的15料 做成 ，机械性能等级为 。 U 型螺栓 ，也采用普通钢材制造。 钢板弹簧前后支架、板簧 上下 盖板 等设计机构简单，易制造，而且都采用球墨铸铁等一般常用材料，经济实用。 横向稳定器 选用普通弹簧钢制造。 汽车上加装横向稳定器，就可以做到在不增大悬架垂直刚度 c 的条件下，增大悬架的侧倾刚度，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 有不足转向特性，提高整车的操纵稳定性。 缓冲块 选用通常的硫化橡胶制造，经济实用。有些汽车选用多孔聚氨酯，它 兼有辅助弹性元件的作用，是一种有很高强度和耐磨性的复合材料。这种材料起泡时就形成了致密的耐磨外层，保护内部的发泡部分不受损伤。在载荷作用下弹性元件被压缩，但其外廓尺寸增加却不大，这点与橡胶不同。 减 振 器 按其作用原理可分为单向作用和双向作用式两种。由于筒式减振器具有质量小，性能稳定，工作可靠，适宜大量生产等优点，所以已经成为汽车减振器的主流。筒式减振器又分为双筒式、单筒式和充气筒式等结构，以双筒式应用最多。 所以本文选用双向作用筒式减 振 器。 综上所述，本后悬架系统经济成本相对较低，不仅能满足轻型载货汽车各工况下 的使用性能，而且还能相对提高整车的行驶平顺性和操纵稳定性。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 3 悬架系统主要性能参数的确定 架静挠度和动挠度的选择 悬架静挠度 指汽车满载静止时悬架上的载荷 此时悬架刚度 式（ 根据汽车理论可知：汽车前后悬架与其簧上质量组 成的振动系统的固有频率，是影响汽车行使平顺性的主要参数之一。因现代汽车的质量分配系数近似等于 1，于是汽车前后轴上方车身两点的振动不存在联系。因此，汽车前后部分的车身的固有频率 前n 和后n（亦称偏频）可用式 (示 前前 6后后 6式 （ 式中 后前 cc 分别为前后悬架的静挠度 ，单位为 由上式可以看出： (1)悬架所受的垂直载荷一定时，悬架的刚度愈小，则汽车自然振动频率愈低。但是悬架的刚度愈小，在一定的载荷下悬架的垂直变形就愈大，即车轮上下跳动所需空间就愈大，这对簧载质量大的货车，在结构上是难以保证的，故实 际上货车的车身自然振动频率往往偏高，而大大超过理想的频率范围。 (2)当悬架刚度一定时，簧载质量愈大，则悬架的垂直变形就愈大，而自然频率就愈低。故空车行使时的振动频率比满载时的高。簧载质量也愈大。各型车的偏频及挠度值如表 示。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 表 悬架的静挠度、动挠度和偏频 车 型 车 0 110 60 90 骄 车 0 300 70 90 大客车 0 150 50 80 越野车 0 130 70 130 在悬架设计中，先根据行使平顺性要求确定前后悬架的 前n 和 后n 值，由以上计算公式可以求出前后悬架的静挠度。本设计的钢板弹簧悬架用于汽车后悬架，由表 取满载时的偏频 ，空载时偏频稍大些，空载时的偏频值 。由公式 形得满载时的后悬架静挠度为： c 79)16( 221 对于纵置板簧组成的非独立悬架，悬架的静挠度与弹性元件的静挠度是一样的，故本设计中等截面渐变刚度多片钢板弹簧后悬架的静挠度为 为了防止在不平路面上行驶时经常冲击缓冲块，悬架还必须具备足够的动挠度架的动挠度是指由满载位置开始，压缩到结构允许的最大变形（通常指缓冲块压到其自由高度的 21 或 32 ）时，车轮中心相对车架（或车身）的垂直位移。其值常按其相应的静挠度来选取，它与车型和经常使用的路况也有密切的关系。另外，对于货车， 1 。查表 设计选用 0。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 架弹性特性 悬架受到垂直外力 F 与由此引起的车轮中心相对于车身位移 f（即悬架的变形）的关系曲线，