汽车设计课设说明书.doc

燕山大学专业综合训练说明书（1）后悬架的布置形式：后桥布置在钢板弹簧之上，弹簧布置在车架之外（2）钢板弹簧的材料：目前国内使用最多的弹簧钢板材料是钢，如和该钢种相当于美国，日本的材料。弹簧钢含碳量在左右，由于材料中含有硅、锰元素，经调质处理后明显提高了钢的弹性极限、屈强化及疲劳强度。由于该种材料价格便宜，因此弹簧钢在国内外得到广泛应用。钢存在的主要问题是由于钢中硅的含量较高，增加了材料表面脱碳倾向，并容易形成较多硅酸盐夹杂物，影响弹簧使用寿命。、弹簧钢适用于和生产厚度在以下的钢板弹簧。（3）钢板弹簧定义及优势概述：钢板弹簧：由多片不等长和不等曲率的钢板叠合而成。安装好后两端自然向上弯曲。当路面对轮子的冲击力传来时，钢板产生变形，起到缓冲、减振的作用，纵向布置时还具有导向传力的作用。非独立悬挂大多采用钢板弹簧做弹性元件，可省去导向装置和减振器，结构简单。（4）钢板弹簧的热处理方式热处理热处理工艺一般是淬火加工中温回火。淬火是把弹簧片坯料加热到以上,如、钢淬火温度控制在；在该温度下保温足够时间，使簧片整个断面材料形成奥氏体组织；然后放入油中快速冷却，使奥氏体组织全部转换为马氏体组织，淬火后材料硬度大于或等于。由于马氏体组织硬度高，而且很脆，以及淬火过程中由奥氏体转变为马氏体时发生体积膨胀而产生较大应力，因此弹簧淬火后应进行回火处理，以得到回火屈氏体组织并消除内应力。为了提高弹簧钢的弹性极限，回火温度控制在。如果想得到高的疲劳极限，回火温度应为，淬火回火后弹簧硬度为。（5）钢板弹簧表面强化弹簧表面质量对弹簧使用寿命影响较大，因此除了在弹簧生产中严桥控制表面质量外，还采取了喷丸和塑性压缩处理等表面强化技术处理。弹簧喷丸强化喷丸能提高弹簧使用寿命，是因为喷丸过程使弹簧在受拉表面产生一个残压应力层，弹簧工作时，使弹簧受拉表面拉应力相应减少。一般说材料屈服极限越高，喷丸后得到的残余压应力也越大。弹簧喷丸处理分自由喷丸和应力喷丸两种方式。前者是弹簧片处于自由状态下进行喷丸，后者是弹簧片受拉表面在拉力状态进行喷丸。自由喷丸在金属表面产生的残余压应力约为，应力喷丸可达。试验表明，弹簧经应力喷丸后疲劳寿命可提高倍。另外，喷丸处理使弹簧片面产生大约的硬化层，因而能消除或改善弹簧片的表面缺陷，从而提高弹簧疲劳寿命。3.钢板断面形状 钢板断面形状 矩形断面结构简单，制造容易，变截面少片钢板弹簧多采用矩 形断面结构 4.叶片的端部结构叶片的端部可以按其形状和加工方式分为矩形（片端切角）、椭圆形（片端压延）和片端压延切断四种。其中矩形为制造成本最低的一种（由于对片端部作任何加工）。本设计中采用矩形端部结构。一、悬架静载荷的计算悬架静载荷指的是车辆水平静置时单个悬架承受的垂直载荷，又叫悬挂质量或簧上质量。悬架静载荷要分别计算空载和满载两种工况，下面是计算方法：悬架静载荷（轴载荷车轴的重量车轮的重量板簧重量）其中：车轮重量0.20KN； 后轴重量1.0KN； 后板簧重量0.30KN；空载时的静载荷：；满载时的静载荷：；二、参数选择及计算方法1.悬架主要参数的选择满载偏频偏频为评判整车平顺性能的一个重要参数，在设计悬架初期就要先定义偏频的范围。偏频的范围，考虑到乘员乘坐舒适性的要求，一般客车后悬架的偏频低于前悬架的偏频，且客车的偏频要小一些。所以针对自己所设计的小型客车，满载偏频取为满载静挠度 悬架的静挠度会直接影响到车身振动的满载偏频，因此，要想保证汽车有良好的行驶平顺性，必须正确选取悬架的静挠度。而且后悬架的静挠度要比前悬架的静挠度小些，这有利于防止车身产生较大的纵向角振动。在选定偏频后可以依据下面的公式计算后悬架的静挠度代入数据板簧线刚度悬架的线刚度指的是车轮保持在地面上而车厢做垂直运动时，单位车厢位移下，悬架系统给车厢的总弹簧恢复力。钢板弹簧作为悬架中的弹性元件，它自身的线刚度会影响到悬架的线刚度，从而影响车厢的位移量，这里用如下的公式计算板簧的线刚度。代入数据空载时的偏频及挠度计算出满载时的偏频和静挠度后，还需要通过空载情况下的静载荷求出此时的偏频及挠度。计算公式如下带入数据 ， 2.钢板弹簧结构尺寸确定板簧总长板簧的长度为弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。一般由设计人员确定，确定板簧的总长时要从以下几方面考虑。a）增加钢板弹簧的长度能明显降低弹簧应力，提高使用寿命；b）板簧长度增加能降低弹簧刚度，改善汽车行驶的平顺性；c）在垂直刚度给定的条件下，板簧长度增加又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度。因此，原则上，在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长些。对于客车的后悬架推荐在如下的范围内选择：。应尽可能将钢板弹簧取长些,原因如下：1,增加钢板弹簧长度L能显著降低弹簧应力，提高使用寿命降低弹簧刚度，改善汽车平顺性。2,在垂直刚度c给定的条件下，又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度。3,刚板弹簧的纵向角刚度系指钢板弹簧产生单位纵向转角时，作用到钢板弹簧上的纵向力矩值。4,增大钢板弹簧纵向角刚度的同时，能减少车轮扭转力矩所引起的弹簧变形。代入数据得，最后选择的钢板弹簧的长度为1200mm。满载静止弧高满载静止弧高是装配到汽车上之后的板簧弧高，一般后悬架为，考虑到钢板弹簧安装好后有足够的上跳动挠度，将满载静止弧高取为30mm。上、下跳动挠度悬架弹簧的动挠度与其限位行程有关，二者应适当配合，否则会增加行驶中撞击限位的概率，使平顺性变坏。上跳动挠度一般取为，过大则板簧的最大应力增大，过小则容易碰撞限位块。带入相关数据得出这里设计的后悬架的上跳动挠度范围(6.849.77)cm，考虑到悬架弹簧的动挠度与其限位行程很好的配合，将上跳动挠度定为8cm。下跳动挠度略小于，定为6cm。3.板簧片数及断面参数选择板簧片数初选总片数和主片数，建议后簧取，。片数少些有利于制造和装配，并可以降低片之间的干摩擦，改善汽车行驶平顺性。但片数少了将使钢板弹簧与等强度梁的差别增大，材料利用率变坏。综合考虑此客车的行驶平顺性与静载荷，将板簧总片数定为10，主片定为2。断面宽度与高度在研究钢板弹簧时，常将其抽象成简支梁。因此可利用简支梁的挠度公式计算板簧的总惯性矩J mm4 (4)：挠度系数， S：骑马螺栓距离；K：非工作长度系数，表征骑马螺栓的夹紧程度；K= 0.5为刚性夹紧，K = 0 为挠性夹紧；查国标GB122284选取簧片的断面参数，即宽度b，厚度h，将截面形状定为矩形，则惯性矩为： mm4 (5) 用（5）或（5）计算出的J与（4）计算的比较，应大致相等，否则调整片数或断面参数，直至满意为止（相对误差小于5%）。其中各参数的取值如下；=；S =100mm；K= 0.5；b=65mm；h=7mm；将这些参数值代入公式 mm4 mm4二者的相对误差为1.10%，符合要求。4.板簧的应力校核平均应力抽象成简支梁的板簧在承受载荷Q、变形为fc时，根部应力为：c= c （6）c为许用静应力，经应力喷丸处理的弹簧钢：后簧：c=450550 MPa代入相应数据得c= MPa c 比应力比应力，即单位板簧变形对应的应力。它与载荷及变形无关，是衡量强度利用程度及使用寿命的一个很好的参数：= （MPa/mm）（7）在4.55.0 MPa/mm较好。代入相应数据，符合要求。最大应力最大应力即板簧产生最大变形时的应力：9001000 Mpa (8)代入相关数据 Mpa，符合要求。上述三种应力有任一个不能满足要求时，应调整参数，再行计算直至满意为止。5.各片长度的确定簧片长度是指其各片的伸直长度。有两种设计方法，一是等差级数法，二是作图法。这里采用作图法确定钢板弹簧各片的长度，做出的图如下图所示，然后将各片长度进行圆整即可。最终确定各片长度为：mm；mm；mm；mm；mm；mm；mm；mm；mm；mm。三、附件的选择1.减震器设计减震器时应当满足的基本要求是，在使用期间保证汽车的行驶平顺性的性能稳定；有足够的使用寿命。从以下几个方面对减震器进行设计。a）相对阻尼系数相对阻尼系数可以评价悬架振动衰减的快慢程度。值大，振动能迅速衰减，同时又能将较大的路面冲击力传到车身；值小则反之。通常情况下，将压缩行程时的相对阻尼系数取得小些，伸张行程时的相对阻尼系数取得大些。两者之间保持有=（0.250.50）的关系。钢板弹簧属于有内摩擦的弹性元件悬架，取0.25，由=（+）得=0.33，=0.17。b）阻尼系数根据减震器的布置特点确定减震器的阻尼系数。下图为减震器的安装简图，从中求出减震器运动的力臂，再根据公式求出阻尼系数其中mm，mm，Kg，所以c）最大卸荷为减小传到车身上的冲击力，当减震器活塞振动速度达到一定值时，减震器打开卸荷阀，此时的卸荷速度用如下公式计算。其中：mm代入数据求得 （m/s）伸张行程的最大卸荷力 （N）d）减震器工作直径D计算出以上的参数后，可以根据下面的公式估算减震器工作直径DD=式中，为工作缸最大允许压力，取34 Mpa；为连杆直径与钢筒直径之比，双筒式减震器取。代入这些相关数据得D=35.80mm，查QC/T4911999汽车筒式减震器 尺寸系列及技术条件，减震器的工作缸直径D为40mm。贮油筒直径 mm，取为56mm。壁厚取为2mm，材料可选20钢。最后减震器确定为直径 HH型、活塞行程。然后再根据标准确定相关的尺寸进行绘图。2.U形螺栓根据U形螺栓螺母技术条件QCT517-1999进行选择，可以确定下面的几个参数。（1）性能等级8.8级；（2）材料为低碳合金钢，淬火并回火，硬度为242HB；（3）螺纹的精度等级为6f级；（4）考虑到安装和强度要求，螺栓的公称直径d选为M203.U型螺栓上的螺母通过查U形螺栓螺母技术条件QCT517-1999螺母的精度等级、公称直径D与螺栓的相同，公称高度定为30mm。4.中心螺栓中心螺栓将自由状态下的板簧连在一起，可以使钢板弹簧形成预应力，减小板簧受到的最大应力，改善悬架的受力情况。综合弹簧的受力情况和强度要求将中心螺栓选为M10。5.弹簧卡处的铆钉和螺栓钢板弹簧由多片弹簧组成，弹簧卡可以将各簧片进行横向定位，防止簧片横向错动。由于此处不是承受悬架所受载荷的主要部位，则此处的铆钉和螺栓分别选为M4、M6。铆钉将最后一片簧片与簧卡连在一起。为保证拧紧螺栓时弹簧卡不变形，在螺栓外侧套一个与簧卡等宽的套筒。6.卷耳处的销及油杯钢板弹簧主片卷耳处主要受静载荷产生的剪切应力和挤压应力合成的应力，根据下面的公式进行简单的计算。剪切面和挤压面受到的力；剪切面和挤压面的面积；通过计算和查机械设计手册选择M16的圆柱销即可，长度L=95mm。由标准可知M16的圆柱销可以有M10的螺纹孔，这决定了选择M10的油杯对圆柱销进行润滑。7.滑动轴承卷耳处的销不能直接与钢板弹簧的主片，二者之间需一个滑动轴承，并且滑动轴承上加工有油道，与销径向的油道相适应，以便对销进行润滑。查机械设计手册选内径为M16的整体无衬套的滑动轴承，材料选黄铜，壁厚为2mm。四、其他一些部件的设计1.后悬部分的车架形状汽车车架整体的形状大致与钢板弹簧一致，及两侧薄中间后这符合等应力梁的要求，提高车架的使用寿命。同时考虑到限位块的布置，将后悬架部分的车架设计成前端厚后端薄的形状。2.弹簧支座