载货汽车后悬架设计改过.doc

载货汽车后悬架设计实例一、设计的主要数据 载质量：4926kg 整备质量：3374kg 空车时：前轴负荷：2200kg 后轴负荷：1174kg 满载时：前轴负荷：2995kg 后轴负荷：5500kg 尺 寸： 总 长：6256mm 总 宽：2244mm 轴 距：3750mm 前 轮 距 ：1810mm 后 轮 距：1740mm 满载重心高度：950mm二、悬架主要参数的确定1 悬架的静挠度 悬架的静挠度是指汽车满载静止时悬架上的载荷f与此时悬架刚度c之比，即 货车的悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一。因汽车的质量分配系数近似等于1，因此货车车轴上方车身两点的振动不存在联系。货车的车身的固有频率n,可用下式来表示： n= 式中，c为悬架的刚度（N/m）,m为悬架的簧上质量（kg）又静挠度可表示为： g：重力加速度（10N/kg）,代入上式得到： 分析上式可知：悬架的静挠度直接影响车身的振动频率，因此欲保证汽车有良好的行驶平顺性，就必须正确选择悬架的静挠度。 又因为不同的汽车对平顺性的要求不相同，货车的后悬架要求在1.702.17hz之间，因为货车主要以载货为主，所以选取频率为：1.8Hz。将n=1.8Hz代入上式得：2 悬架的动挠度悬架的动挠度是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构容许的最大变形时，车轮中心相对车架的垂直位移。通常货车的动挠度的选择范围在69cm.。本设计选择：3 悬架的弹性特性 悬架的弹性特性有线性弹性特性和非线性弹性特性两种。由于货车在空载和满载时簧上质量变化大，为了减少振动频率和车身高度的变化，因此选用刚度可变的非线性悬架。4 悬架主，副簧刚度的分配 图1 货车主、副簧为钢板弹簧结构的弹性特性 如何确定副簧开始参加工作的载荷和主，副簧之间刚度的分配，受悬架的弹性特性和主，副簧上载荷分配的影响，原则上要求车身从空载到满载时的振动频率变化要小，以保证汽车有良好的平顺性，还要求副簧参加工作前后的悬架振动频率不大。这两项要求不能同时满足。由于货经常处于满载状态，采用如下方法来确定。 使副簧开始起作用时的悬架挠度等于汽车空载时悬架的挠度，而使副簧开始起作用前一瞬间的挠度等于满载时悬架的挠度。于是可求 = 式中分别为空载和满载时的悬架的载荷。副簧，主簧的刚度之比为： ， 式中，为副簧的刚度，为主簧的刚度。单个钢板弹簧满载载荷：= 满载时 ： （4-9）式中为副簧簧上质量，为主簧簧上质量。单个钢板弹簧空载载时簧上质量：n=1.8hz , m=2559kg,代入公式： n= 可得 C=3270N/cm又 =1.55 有上面的二式，可联立方程组： （1）=1.55 （2）由（1），（2）两式可得： =1988N/cm , =1282N/cm副簧起作用后，近似认为变形相同，从副簧开始起作用到满载的变形为。 =10067N又： ，得： = = 4.75 cm=25390N -9437N=16153N主簧 ： =12.6cm副簧 ： =4.75cm三、弹性元件的设计1 钢板弹簧的布置方案选择布置形式为对称纵置式钢板弹簧。 2 钢板弹簧主要参数的确定 已知满载静止时负荷=5500kg。簧下部分荷重，由此可计算出单个钢板弹簧的载荷：。由前面选定的参数知： 2.1满载弧高 ： 满载弧高是指钢板弹簧装到车轴上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端连线间的高度差。常取=1020mm.在此取： 2.2钢板弹簧长度L的确定：（1） 选择原则：钢板弹簧长度是弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。轿车L=(0.400.55)轴距；货车前悬架：L=(0.260.35)轴距，后悬架：L=(0.350.45)轴距。由前面可知轴距：3750mm，即L=1310-1690mm。（2） 钢板弹簧长度的初步选定：根据经验，并结合国内外货车资料，初步选定主簧主片的长度为1500mm , 副簧主片的长度为1100mm.2.3钢板弹簧断面尺寸的确定：（1） 钢板弹簧断面宽度b的确定：有关钢板弹簧的刚度，强度可按等截面的简支梁计算，引入挠度增大系数加以修正。因此，可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需的总惯性距。对于对称式钢板弹簧 式中： SU形螺栓中心距（mm） kU形螺栓夹紧(刚性夹紧，k取0.5)； c钢板弹簧垂直刚度（N/mm）,c=; 为挠度增大系数。挠度增大系数的确定：先确定与主片等长的重叠片数，再估计一个总片数，求得，然后=1.5/，初定。 对于主簧： L=1500mm k=0.5 S=200mm =2 =10 =1.5/=1.5/=1.31 E=2.1N/将上述数据代入以上公式得计算主簧总截面系数： 式中为许用弯曲应力。对于55siMnVB或60si2mnMn等材料表面经过喷丸处理后推荐在下列范围内选取：后主簧为450550N/，后副簧为220250 N/。=28225NL=1500mm k=0.5 S=200mm =500 N/.将上面数据代入公式，得：=11.3103再计算主簧平均厚度：=13mm有了以后，再选钢板弹簧的片宽b。推荐片宽和片厚的比值在610范围内选取。 b = 100mm 对于副簧： L=1100mm k=0.5 S=200mm E= 将上述数据代入公式，得 计算副簧总截面系数： =5437NL=1100mm k=0.5 S=200mm =245 N/.将上面数据代入，得：=9.6103再计算副簧平均厚度：=11.2 取为11mm b = 100mm（2）钢板弹簧片厚h的选取:本设计主簧和副簧均采用等厚片，片厚分别为13mm、11mm。通过查手册可得钢板截面尺寸b和h符合国产型材规格尺寸。（3）钢板断截面形状的选择：本设计选取矩形截面。（4） 钢板弹簧片数的选择： 片数n少些有利于制造和装配，并可以降低片与片之间的干摩擦，改善汽车的行驶平顺性。但片数少了将使钢板弹簧与等强度梁的差别增大，材料的利用率变坏。多片钢板弹簧一般片数在614片之间选取，重型货车可达20片。用变截面少片弹簧时，片数在14选取。 根据货车的载荷并结合国内外资料初步选取本货车主簧的片数为10片，副簧的片数为6片。2.4 钢板弹簧各片长度的确定 先将各片的厚度的立方值按同一比例尺沿纵坐标绘制在图上，再沿横坐标量出主片长度的一半L/2和U型螺栓中心距的一半s/2，得到A,B两点，连接A，B两点就得到三角形的钢板弹簧展开图。AB线与各片上侧边的交点即为各片的长度。如果存在与主片等长的重叠片，就从B点到最后一个重叠片的上侧边断点连一直线，此直线与各片上侧边的交点即为各片长度。各片实，际长度尺寸需经圆整后确定。由图2确定主簧各片长度： 图2 确定主簧各片长度图主簧各片钢板的长度如表1：表1 主簧各片钢板的长度 序号123456789长度（mm）15001500138012401120970820680530序号10长度（mm）380由图3确定副簧各片长度；图3 确定副簧各片长度图 表2 副簧各片钢板的长度序号123456长度（mm）1100970810640490355 3 钢板弹簧刚度的验算 在此之前，有关挠度增大系数，总惯性矩，片长和叶片端部的形状都不够准确，所以有必要验算刚度。用共同曲率法计算刚度，刚度的验算公式为：C= 其中， ； ；。式中，a为经验修正系数，取0.900.94，E为材料弹性模量； 为主片和第（k+1）片的一般长度。公式中主片的一半，如果用钢板弹簧的中心到卷耳中心间的距离代入，求的刚度值为钢板弹簧总成自由刚度；如果用有效长度，即代入上式，求得的刚度值为钢板弹簧总成的夹紧刚度。（1）主簧刚度的验算：K1234567=(cm)06131926.53442K89=(cm)48.556由公式(mm-4)，得：Y1=1.310-4 Y2=0.610-4 Y3=0.4510-4 Y4=0.3510-4Y5=0.2710-4 Y6=0.2210-4 Y7=0.1910-4 Y8=0.1710-4 Y9=0.1510-4 Y10=0.1310-4 将上述数据代入公式，得总成自由刚度： =1129N/cm将上述数据代入公式有效长度，即，代入到公式所求得的是钢板弹簧总成的夹紧刚度 =1668N/cm与设计值=1828N/cm相差不大，基本满足主簧刚度要求。（2）副簧刚度的验算：k1234565145230305373由公式(mm-4)，得：Y1=1.110-4 Y2=0.5610-4 Y3=0.3710-4 Y4=0.2810-4 Y5=0.2210-4 Y6 =0.1810-4 将上述数据代入公式，得总成自由刚度：=2024N/cm如果用有效长度，即，代入公式所求得的是钢板弹簧总成的夹紧刚度 =2045N/cm与设计值=1988N/cm 相差不大,基本满足副簧刚度要求。4 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算（1）钢板弹簧总成在自由状态下的弧高钢板弹簧总成在自由状态下的弧高，用下式计算： 式中，为静挠度；为满载弧高；为钢板弹簧总成用U型螺栓夹紧后引起的弧高变化，；S为U型螺栓的中心距。L为钢板弹簧主片长度。下面分别计算主簧和副簧总成在自由状态下的弧高：主簧： 由： = 则=126+15+26.9=167.9mm 副簧：= =47.5+15+16=78.5mm（2）钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径的确定：主簧总成在自由状态下的曲率半径：=副簧总成在自由状态下的曲率半径：=（3）钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定 矩形断面钢板弹簧装配前各片曲率半径由下式确定 式中，为第i片弹簧自由状态下的曲率半径（mm），在自由状态下的曲率半径（mm）（N/）；E为材料的弹性模量N/，取E为 N/；i片的弹簧厚度（mm）。在已知计算出各片钢板弹簧自由状态下的曲率半径Ri。对于片厚相同的钢板弹簧，各片弹簧的预应力值应不宜选取过大；推荐主片在根部的工作应力与预应力叠和后的合成应力应在300350N/内选取。14片长片叠加负的预应力，短片叠加正的预应力。预应力从长片由负值逐渐递增为正值。 在确定各片预应力时，理论上应满足各片弹簧在根部处的预应力所造成的弯矩： 或 下面分别计算主簧和副簧的各片在自由状态下曲率半径的确定：主簧：表3各片的预应力 i12345678910-4.5-3.5-2.5-1.500.81.62.43.24.0 E= N/ 然后用上述公式计算主簧各片在自由状态下曲率半径，结果见表4：表4 主簧各片在自由状态下曲率半径i123456789(mm)1684.31682.21680.2167516751673.41671.71670.11668.4i10(mm)1666.8副簧如表5：表5 副簧各片的预应力i123456-2-100.511.5 E=N/ 然后用上述公式计算副簧各片在自由状态下曲率半径，结果见表6： 表6 副簧各片在自由状态下曲率半径i1234561932.41929.219261924.41922.81921.2 （4）.主簧总成和副簧总成各片在自由状态下弧高的计算：如果第i片的片长为，则第i 片弹簧的弧高为： 主簧：将各片长度和曲率半径代入上式，得主簧总成各片在自由状态下弧高如表7： 表7 主簧总成各片在自由状态下弧高 i12345678910(mm)167167.2141.7114.793.670.350.334.62110.8重复上面的过程，得副簧总成各片在自由状态下弧高表8 副簧总成各片在自由状态下弧高i123456(mm)78.36142.626.615.68.25 钢板弹簧总成弧高的核算 根据最小势能原理，钢板弹簧总成的稳定平衡状态是各片势能总和最小状态，由此可求得等厚叶片弹簧的 1/= 式中，第i片长度。 钢板弹簧的总成弧高为 H上式计算的结果应与计算的设计结果相近。如果相差太多，可重新选择各片预应力再行核算。先对主簧的总成弧高核算将主簧各片的长度和曲率半径代入上述公式可得： 然后再代入H=。原设计值为H0=167.9mm，相差不大，符合要求。再对副簧的总成弧高核算将副簧各片的长度和曲率半径代入公式：1/=可得： =1931.4mm副簧总成弧高H=原设计值为H0=78.5mm，相差不大，符合要求。四、钢板弹簧强度验算当货车牵引驱动时，货车的后钢板弹簧承受的载荷最大，在它的前半段出现的最大应力用下式计算 =+ 式中，为作用在后轮上的垂直静载荷，为制动时后轴负荷转移系数；轿车：=1.251.30；货车：=1.11.2；为道路附着系数；b为钢板弹簧片宽；为钢板弹簧主片厚度。许用应力取为1000N/mm。其中=0.8 。对于具有副簧的悬架，验算强度时应按主、副簧所受的实际载荷计算，主、副簧的参数应取验算后的实际值，刚度应取夹紧刚度。满载静止时有： 由上式验算主簧强度：验算副簧强度：主副簧强度在许用应力范围内，符合强度要求。验算汽车在不平路面上钢板弹簧的强度。不平路面上时，应按钢板弹簧的极限变形即动挠度fd计算载荷。主簧的极限