改装牵引负荷车的设计（有cad原图）带CAD图
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改装牵引负荷车的设计（有cad原图）带CAD图,改装,牵引,负荷,设计,cad,原图
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车辆与动力工程学院毕业设计说明书第一章 前 言现代人民的生活水平越来越高，生活质量明显改善，生活方式有了新变化，享受生活已成为现代人们主流的消费观念，在生活中同时享受工作的成就和休闲的乐趣，才是最有创造性的生活方式，当然，这也理所当然地成为了现代汽车设计的主导思想。1.1拖拉机牵引性实验的原理.拖拉机牵引实验的目的是为了用实验的方法制取牵引特性和经济指标测定各档的实际速度、理论油耗、滑转率、挂钩牵引功率、小时油耗量和耗油率随挂钩牵引力的变化关系，借此评价主要作业档的动力性能和燃油经济性能。负荷车是拖拉机牵引性能试验必不可少的重要设备之一，包括车体、测功机、检测仪器仪表、计算机数据采集系统和供给电源五大部分。负荷车与牵引试验专用跑道构成一个测试系统，试验时拖拉机牵引着负荷车组成一个机组，与牵引跑道发生作用，形成一个平衡力系。试验时调节负荷车的行驶速度，使其小于拖拉机的行驶速度，速度差增大，负荷车对拖拉机的加载力增大。同时测量拖拉机的牵引力、滑转率、牵引功率、牵引比油耗、小时油耗、行驶速度及驾驶员操作位置处噪声。根据上述加载原理，可以直接用一台比被试拖拉机质量大、挡位多、功率大的拖拉机作为负荷车，采用变换负荷车挡位和调节油门大小的方法来调整负荷。该方法的优点是操作简单、方便、经济，不用添置专用负荷车。缺点是由于选用拖拉机作为负荷车挡位不够多，不易覆盖被试拖拉机测试挡的全部牵引功率。专用负荷车可以弥补上述缺点。因此本设计针对拖拉机牵引实验 ，进行了与以往不同的改装，它结构简单，操作方便，流线的车身又让她具有十足的动感。由于负荷车技术含量高，加上与之配套的专用跑道（没有专用跑道就不能充分发挥拖拉机的牵引性能）工程造价高，因此它体现了拖拉机检测机构检验能力和经济实力。1.2国内外部分负荷车的现状1、国家工程质检中心1982年，国家工程质检中心研制成功一台负荷车，一直使用至今，主要用于轮式或履带工程车辆的牵引试验。车体用双后桥军用拉炮车改装而成，采用风冷电涡流测功机，可产生15吨的最大牵引负荷。车前部是驾驶仓，中间是仪器仓，后部是测功设备及准备间。由于底盘坚固，尤其是传动系承受负荷能力强，机械部分可靠性良好，但车辆外观和内部装饰比较粗糙，窗户太小，既不便观察，而且采光也不好。另外，驾驶仓和仪器仓不通，致使测试人员与负荷车驾驶员沟通不方便。1997年，该中心又研制成功一台能产生4吨牵引负荷的负荷车，用东风卡车改装而成。仍使用电涡流测功机，车辆总体布置与前一辆负荷车相似，驾驶仓和仪器测试仓有一个窗口相通，使测试人员与负荷车驾驶员沟通比较容易。内装饰上也有较大改观，仪器测试仓比较明亮，仪器操作台使用方便。2、解放军装甲兵技术研究所1986年，解放军装甲兵技术研究所从英国引进一辆负荷车，该负荷车用重型汽车改装而成，自重30吨，配置前西德申克公司生产的风冷电涡流测功机，结构坚固。该车单独使用可以满足轻型装甲车辆的牵引性能的测试要求；测试中型和重型装甲车辆牵引性能时需要串接相应的装甲车辆施加大部分牵引力，而用负荷车调整牵引负荷。到目前为止，该负荷车是国内最昂贵的，在当时是最先进的。3、中国农业机械科学研究院中国农机院先后研制了三辆QY60型拖拉机牵引试验负荷车，一辆销售给了吉林工业大学汽车拖拉机学院；另一辆为山东农机研究所研制；还有一辆车体是为农业部农机试验鉴定总站研制的。前两个使用单位业务量少，故负荷车使用不多。4、农业部农业机械试验鉴定总站农业部农机鉴定总站的负荷车车体从中国农机院采购，数据采集处理系统自主开发。负荷车的整体组成如下：车体。车体是用东风EQ141高通过性汽车改装而成，将原发动机前置改成后置，改装传动系和操纵系，以实现电涡流测功机产生的制动扭矩施加到负荷车车轮上，并保持负荷车能够自走。车厢分为仪器仓和设备仓两部分，仪器仓配置汽车行走操纵台，牵引载荷调节控制台，检测仪器仪表，计算机数据采集系统，空调器，设备仓配置发电机，备用电源电池，电涡流测功机。电涡流测功机。电涡流测功机是由机架、定子组件和转子组件组成，其转子组件通过传动箱，以1：1的传动比与由地面传到传动箱的动力相连接或断开（由电磁阀控制）。在连接状态下，随着负荷车前进，转子高速旋转。改变定子组件中激磁电流大小，即可改变测功机制动力矩的大小，从而实现按要求对被试车的加载。检测仪器仪表。拖拉机牵引性能检测仪包括测量牵引力的应变仪及拉力传感器。测量行驶速度的五轮仪。测量燃油耗的燃油流量计及流量计数器。测量发动机转速的转速计及卡油管的转速传感器。在仪器仓的操纵台上有瞬时功率显示，这是单片机采集牵引力信号和五轮传感器的速度信号经实时运算处理的结果。操纵台上还有瞬时滑转率显示，这是采集五轮传感器信号和驱动轮传感器信号经实时运算处理的结果。试验条件测量仪包括测量大气条件的数字气压表、数字温度表、数字湿度表，测量机油温度、燃油温度、冷却水温度、排气温度的数字温度表。计算机数据采集系统。在仪器仓内装有采集处理试验数据的计算机、打印机、绘图仪。供给电源。检测用电源由发电机供给，所有测量仪器及计算机用电均经过UPS（不间断电源）送出。测功机稳流电源及车用空调器由发电机直接供给。负荷车在调试或进行数据处理不行走时、其用电也可以由市电供给。5、洛阳拖拉机研究所洛阳拖拉机研究所研制的F6型拖拉机牵引试验负荷车建成于1986年，设计上可为被试拖拉机提供6吨的牵引负荷。车体用集材804折腰转向拖拉机改装而成，将原拖拉机驾驶室加大成为驾驶、仪器仓，车体后部安装电力测功机，用电阻器吸收能量。测试系统使用龙口电子设备仪器厂生产的汽车拖拉机综合测试仪。该负荷车可靠性较好，至今仍可使用，随着国产大功率拖拉机问世和国外大功率拖拉机进军中国市场，对负荷车的加载力提出了更高的要求，该负荷车的加载力略显不足。6、农业部农业机械试验鉴定总站与洛阳西苑车辆与动力检验所有限公司农业部农业机械试验鉴定总站与洛阳西苑车辆与动力检验所有限公司联合设立了“FHC-80型拖拉机牵引试验负荷车研制”项目，目前项目已经完成。2006年10月10日，农机鉴定总站组织专家组成鉴定委员会，对项目进行了鉴定。 该负荷车采用结构坚固的大型折腰转向拖拉机(东方红-1854)改装而成，采用直流电机加载装置，是目前国内加载能力最大的拖拉机牵引试验负荷车。测试系统由高精度传感器、信号调理、数据采集和笔记本电脑组成，系统独立、便携，也可在其它负荷车上使用，利用率高。该负荷车将计算机测控技术引入拖拉机牵引试验中，满足了现行国际标准和国家标准的检测要求，实现了对被测拖拉机牵引力、速度、油耗和滑转率等主要参数的实时监测，检测数据满足项目设计任务书对测量精度的要求，具有采样区段自动化检测和控制、检测结果的自动存储及数据打印输出等功能。 该负荷车采用了智能前端和全隔离信号调理技术，研制了便携式信号采集箱，测试、标定便利，实现了拖拉机牵引性能的自动测试和拖拉机多点温度测定，提高了检测的精度和效率。第二章 负荷车的总体布置在概念设计中要明确负荷车的性能、主要尺寸及质量等参数目标值，还要确定构成车辆的主要结构、部件等。总布置设计的作用，就是为达到这些目标而对总成和部件进行空间布置并使其达到最佳组合。一、主要空间布置项目座椅布置、底板和仪表板等车身基本骨架形状、悬架和轮胎的工作范围等。在布置之初，先设定总布置的主要构成要素并进行布置，然后验证这种布置达到原设定的主要尺寸、性能等目标的程度。二、主要总成的布置1、轮胎的选择选择轮胎主要考虑车型、使用条件、轮胎静负荷、轮胎额定负荷及车速等因素。轮胎及车轮部件应满足下述基本要求：足够的负荷能力和速度能力；较小的滚动阻力和行驶噪声；良好的均匀性和质量平衡性；耐磨损、耐老化、抗刺扎和良好的气密性；质量小、价格低、拆装方便、互换性好。子午线轮胎的特点是滚动阻力小、温升低、胎体缓冲性能和胎面附着性能比斜交轮胎要好，装车后油耗低、耐磨损寿命长、高速性能好，因此，适应现代汽车对安全、高速、低能耗的发展要求。根据所需的轮胎是低压、宽体胎的要求，选择215/70R14LT型号的子午线轮胎，负荷下静半径为307mm。2、悬架的布置货车的前、后悬架和一些乘用车的前、后悬架多采用纵置半椭圆形钢板弹簧。为了满足转向轮偏转所需要的空间，常将前钢板弹簧布置在纵梁下。钢板弹簧前端通过弹簧销和支架与车架连接，而后端用吊耳和支架与车架相连接。这样布置有利于缓和来自路面的冲击。同时，为了满足主销后倾角的要求，车的钢板弹簧布置在车轮与车架之间，应注意钢板弹簧上的U形螺栓和固定弹簧的螺栓与车架之间应当有足够的间隙。3、车身以运送人为主的车身内部布置必须考虑有良好的乘坐舒适性和足够的安全性。进行车身内部布置，并使之适合人体特征要求，离不开人体尺寸这一基本参数。为了获得人体尺寸分布规律，要进行抽样测量。车身内部空间和操纵机构的布置，以及驾驶员与乘客座椅的尺寸和布置等，均以统计数据作为标准。（1）顶盖轮廓线的确定首先将座椅放置在高度方向和长度方向的平均位置处，然后确定H点，并引出一条与铅锤线成8度的斜线，再确定从H点沿8度斜线方向截取765mm的F点。F点相当于第50百分位驾驶员的头部最高点。从F点垂直向上截取100135mm为车顶内饰线。车顶包括钢板、隔离层、蒙面等，厚度为1525mm。因顶盖轮廓是上凸的曲面，并对称于汽车的纵轴线，故再加2040mm才是汽车顶盖横剖面上的最高点。用同样的方法来确定本次设计的顶盖纵向轮廓线。（2）车身横截面乘用车车身横截面由顶盖、车门和地板的外形来形成。将确定顶盖纵向轮廓线时求得的左右座椅的乘员的头顶上方顶盖上的点，画到横截面图上，再加上顶盖纵向轮廓线上的点，共三点即可画出顶盖横向轮廓线。因乘用车车身低、车门小，在确定车身侧壁倾斜度时，应考虑上下车的方便性。当车门上、下槛边缘之间间距为零时，乘员上身需要倾斜30度左右方能入座；当此间距为100150mm时（上窄下宽），乘员上身只需倾斜010度左右即可入座。但此间距过大会使汽车上下比例失调，影响外观，且玻璃升降占用车门内空间大，并影响肩部和玻璃之间的间隙、肘部和车门内表面之间的间隙。车门玻璃下降的轨迹、门锁和玻璃升降器的尺寸等，都车身外表面由影响。 驾驶区的布置一般以95%的人体模型为基准，本次负荷车虽无驾驶区，但设计亦采用相同标准。第三章 造型设计 汽车造型设计是对汽车的外部、内饰及其零部件的形状、颜色、质地、花纹等的设计，是工程技术和造型艺术在汽车产品上的有机结合。汽车造型必须满足实用的物质功能和审美的精神功能两个方面的基本要求。3.1 概述一、造型设计的分类根据汽车的部位及其作用，本次造型设计可分为以下几种： 1、外形设计主要设计外板的基本形状和挂接板等主要构件的形状。2、室内设计从人体工程学角度出发，进行室内乘员和设施的布置；进行内饰件和仪表板的设计。3、色彩设计车身外部、室内总体色彩的设计。4、与造型有关的零部件的设计车辆上的附属件、功能件及其他零件的造型设计。二、外部造型设计1、概述 外部造型设计的工作对象包括与车身外表面整体形状有关的设计和附着于外部的各种附件形状的设计。外部造型设计必须在确定内部设计的基本条件和诸技术要求、调整好各种零件结构的基础上才能开始进行，以上各方面相互关联性很强，因此，外部造型设计必须综合考虑内部设计和色彩设计等问题。2、前部设计 汽车的前部，如同人的脸面，人们把它视为汽车的表情，是能进行感情传递的部件，它是人们注目的焦点，成为评价汽车造型的重要因素。一般的汽车前部饰件有保险杠、灯具及散热面罩等部件，然而本次设计的负荷车并无发动机等组件，而且是挂车性质，因此这些前部饰件并不需要。在设计图中并无这些饰件，如有需要或个人喜好，可以加上灯具来装饰，采用整体式面罩。3、后部设计 汽车的后部也是能显示独特风格的重要因素，一般的汽车后部组件有组合灯具、装饰物类、车牌件和保险杠等件。 由于本次设计的负荷车是拖拉机牵引性实验所用，根据实验要求，负荷车是在良好路面行驶，且实验均在白天进行，故灯具等不是必须件。4、车轮罩的造型设计 由于汽车高性能、高速行驶的要求，装高容积车轮越来越多，主要表现是宽轮胎、大直径。于是要求采用铝材料轮毂、轮辋。外形设计还必须考虑人和车辆相接触时的安全性，本次设计的外饰件有圆滑的外形，避免伤人。三、室内造型设计 室内造型设计是整车布置、人机工程、汽车性能与艺术体现的综合表演，要实现的目标是方便、可靠地操纵和控制车辆，并使乘员安全、舒适地度过乘车时间。而要达到这一目标所进行的总体规划和形象制作是室内造型设计的主要任务。1、内饰零部件造型设计（1）仪表板设计驾驶员接触最频繁的部件是仪表板，可以说仪表板的造型是内饰造型的核心。仪表板的造型还直接影响乘员的安全感、轻松感和车辆的豪华程度，汽车的诸多性能如操作性、能认性、视野与反光等各种要求都体现在仪表板上。本次设计将仪器放置于车身两端，主要是为了节省空间，车身前部放置电脑显示器和主机，后部放置电荷放大器及数据采集器。（2）座椅设计 座椅占室内空间最大，对车辆风格、级别和豪华程度影响甚巨。座椅设计主要有两个重点，一是性能，二是造型。座椅直接与人体接触，且需长时间保持人体坐姿，对乘坐舒适性起决定性作用。 座椅形状应满足两方面的要求，一是乘坐时满足人体形状和人生理学方面的要求，比如适应于人脊柱的形状考虑确定靠背的形状，从适应于臀部和大腿部的形状考虑决定座垫的形状，并且要有适当的支撑而无悬空感，有适当的压力而不影响血液循环；二是在车辆行驶时限制人体不前后、左右移动。另外，在确定座椅形状时，还要仔细研究安全性、舒适性、操纵性、上下车方便性、后排乘员的伸腿空间，后排座椅的扶手支持，以及对室内空间的影响等方面。即适应腰曲弧线，靠背有正确的支承点，正确体压分布，保持人体躯干与大腿的舒适夹角。3.2 车身设计一、车身的构成汽车的车身是指汽车上起覆盖、载客、载货等作用的部分。覆盖部分指车前、车后板制件，载客部分指驾驶员和乘客乘坐的车室，载货部分是指货箱或货厢。二、车身应满足的性能要求1、乘坐舒适性舒适性包括的内容极其广泛，评价它必须用工程学、物理学、生理学及心理学等多方面学科知识，但最终评价还是靠人的感觉。影响舒适性的因素可以分为外部和内部两种，外部因素诸如振动、噪声、气味、视觉、周围环境及路面状况等；内部因素指人的身体条件、精神状况及经历等。一般将乘坐舒适性归纳为三个方面，即居住性、振动的舒适性及空气调节。（1）居住性：指人居住的乘室是否合人意，是舒适性的静态特征。尺寸方面的要求是最主要的，要遵照人体工程学的有关要求；室内应宽敞明亮，有足够的透光面积；室内装饰应采用柔和、手感好的材料制造，并压饰适当花纹，同时应避免表面的大起大落，以防止给人以杂乱无章的感觉，而且不会分散驾驶员的注意力。上部颜色以淡雅为主，注意搭配色调，切忌花哨，以免让人眼花缭乱、头晕目眩。故本次设计车内以米色为主色调，上部颜色淡雅，地板颜色教深，座椅颜色居中。（2）振动的舒适性对汽车而言，决定其舒适性的主要因素是振动，在410Hz的频率区域内，人对振动的反应最敏感。舒适性则主要是由悬架来决定的，悬架的具体设计请看第四章。（3）空气调节空气调节的方式有自然通风、强制通风、暖气、冷气、湿度调节等多种方式。通常是组合用或视气候状况选用，其目的在于保持室内空气新鲜，湿度、温度适宜，使乘员感到舒适、愉快。a、相对湿度一般在30%70%之间。b、按照头暖脚凉的原则，头部温度应比室内平均温度低23度，腿以下部分温度应比室内平均温度高25度。c、通风口设置在高处，防止灰尘及有害气体等进入车内。d、为提高车室的密封性，防止从缝隙进风、灰尘等，室内气压应比室外气压高1015kPa。三、密封性、隔热性、防振性及防噪声性1、车身的密封性密封的主要部位是汽车车身冲压件的组合焊接部位，如车顶渗水部、支柱、主柱及其他漏水漏气的部位。应用密封胶、密封件及密封膜片等对车身上的缝隙、孔洞等进行密封。2、车身的隔热性使用以多孔材料、面料、底版为主的二层、三层或更多层的复合材料，将其用粘合、卡扣或螺钉等固连在车身上，作为隔热、隔噪声层，对于日光直射的顶盖应选用效果明显的隔热层。3、防振性车身的防振有两个方面，一是防止来自悬架及轮胎等的振动传入车内，二是防止车身自身的振动。对于负荷车可采用阻尼减振，即在发生振动的金属薄板上涂贴阻尼材料，既能减振又能降噪。4、防噪声性根据汽车噪声对环境的影响可以分为车外噪声和车内噪声。车外噪声是指汽车各部分噪声辐射到车外空间的那部分噪声，本次设计的负荷车能直接向车外辐射的汽车噪声源主要是轮胎噪声等。车内噪声是指车厢外的汽车各部分噪声通过各种声学途径传入车内的那部分噪声，以及汽车各部分振动通过各种振动传递途径激发车身板件的结构振动向车厢内辐射的噪声。随着轮胎测试技术及仿真技术的进步，其噪声的产生机理逐渐得到掌握。通过改善胎面形状、橡胶材质等都可以降噪。也可以对路面状况进行改善，但这项工作比较困难。车箱采用单层隔板，车身及地板采用双层隔板，并采用吸声材料，也可采用吸声结构，在吸声板上钻穿许多小孔，然后与板后织物、空气层和刚性壁面构成穿空板式共振吸声结构。对于车身板件结构也可通过增加板件的刚度、增加板件的阻尼、增加板件的辐射效率来控制噪声及振动。四、车身结构及供电车身本体中的白车身多为金属薄板（多用钢板和铝板）压制成零件后点焊成总成。本次设计采用铝合金板，这样颜色比较亮丽。车身采用蓄电池供电，21片12V的蓄电池一个。将其置于负荷车车身前部，以提供整车照明及实验仪器的需电。3.3座椅设计一般座椅要满足的要求如下：1、良好的静态特性，座椅的尺寸和形状应保持人体具有合适的坐姿、良好的体压分布、触感良好，并能调节尺寸和位置；2、良好的减振等动态特性；3、足够的强度和耐久性，满足强制性标准要求；4、良好的造型。座椅由框架、弹性元件、衬垫、调整机构、调角器、蒙皮、头枕等组成。框架：座椅框架包括座垫框架和靠背框架两部分，用途各异。座椅框架所用的材料通常为外径mm，壁厚为1.22.2mm的电焊或无缝钢管，钣金结构的用13mm厚的钢板冲压或滚压成型。为了实现轻量化，也可采用铝合金、镁合金、塑料、木材及硬纸板等。 弹性元件：座椅的弹性元件主要是指弹簧，起缓冲作用，座椅弹簧通常用直径为2.64.0mm的琴钢丝或加工过的硬钢丝制作。 衬垫：在座椅弹簧和表皮之间或座椅垫和表皮之间，以及整体座椅上的柔软物体称为衬垫。通常使用一层或23层聚氨酯泡抹和棕榈等。座椅面料材质大多选用真皮、仿皮、机织布、针织布、人造革等材料或它们的相互组合材料。布料材质可选择毛、麻、棉或人造纤维等，一般涤纶空变丝或涤纶长丝，以及其和棉花的混纺物的机织布较平实、粗犷，可用色纱织出不同文样，强度较高；针织布的起绒能加强豪华感，但易积灰，价钱比机织布要贵；至于毛、麻等织物，因其价格高用于较高档的车辆；真皮用于高档车辆；人造革用于普及型车辆，因其透气性差、不吸汗，现已少用，但有易清洗的优点。无论选择哪种面料，都要注意有合适的摩擦系数。摩擦系数太大，会感到发滞，乘员不易改变坐资；摩擦系数太小，则不易保持坐姿，易串动。面料的颜色和花纹要与整个内饰想协调，可以千变万化，但忌太鲜艳，因其会造成乘员的烦躁感，综合起来应以使室内造成心理上的肃静感为主。为了避免呆板，花纹处理上可以有鲜艳颜色的“跳点”，以增加活跃气氛，不少车辆在座椅正面用三种不同颜色和花纹的面料拼合，座椅的周围用另一种材质或颜色花纹，以图增加活跃感。因此本次设计的座椅面料采用涤纶空变丝或涤纶长丝，这样可以用不同纹样来配合室内颜色，但应以米色为主。3.4挂接板的设计一、车身总重的估算根据初步设计的尺寸估算车重如下:铝合金在厚度为0.8mm时的密度为2.280kg/m2,钢化玻璃的密度为2.1103kg/m3, 铁的密度为7.8103kg/m3。车身总长约3.5m，宽约1.8m，高约1.8m。车顶:1.41.52.28=4.788kg; 前围：1.80.552.28=2.2572kg;车底：3.51.82.28=14.364kg; 后围：1.80.652.28=2.6676kg;两侧：3.50.72.282=11.172。玻璃：0.851.80.810-32.1103=2.5704kg; 2.11031.80.750.810-3=2.835kg; 2.11031.80.810-31.5=4.536kg; 2.11030.810-330.72=7.056kg。座椅：3.14(2010-3)2-(1610-3)21.6857.81038=56kg;仪器：电脑、电荷放大器、数据采集器及电池共计79.5kg总重：14.3644.7882.25722.667611.1722.57042.8354.5367.0565665879.5=707.7462kg。 由于车身还有密封、蒙皮、涂料等，故初步估算车重为800kg。二、挂接板强度校核本次设计的挂接板的长宽厚为80cm20cm4cm。在汽车运动时它的两端承受拉力，即为负荷车的重量。那么挂接板所承受的应力，查机械设计表15-1可得，对于40Gr， 故挂接板的强度满足要求。3.5最小转弯半径的确定 图3-1 转向运动简图如图所示，负荷车与被试车辆之间发生运动干涉的角度为123o,那么根据转向轮的运动规律得： （3-1）将 代入上式，得 第四章 悬架的设计舒适性是轿车最重要的使用性能之一。舒适性与车身的固有振动特性有关，而车身的固有振动特性又与悬架的特性相关。所以，汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部件。同时，汽车悬架做为车架(或车身)与车轴(或车轮)之间作连接的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。因此，汽车悬架往往列为重要部件编入轿车的技术规格表，作为衡量轿车质量的指标之一。悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架（或车身）与车轴（或车轮）弹性地连接起来，其主要任务是传递作用在车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩；缓和路面传给车架（或车身）的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证起车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。4.1 悬架结构形式分析悬架由弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器等组成。对悬架的设计要求：1、保证汽车有良好的行驶平顺性；2、具有合适的衰减振动的能力；3、保证汽车具有良好的操纵稳定性；4、汽车制动或加速时，要保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合适；5、有良好的隔声能力；6、结构紧凑、占用空间尺寸要小；7、可靠的传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。汽车车架（或车身）若直接安装于车桥（或车轮）上，由于道路不平，由于地面冲击使货物和人会感到十分不舒服，这是因为没有悬架装置的原因。汽车悬架是车架（或车身）与车轴（或车轮）之间的弹性联结装置的统称。它的作用是弹性地连接车桥和车架（或车身），缓和行驶中车辆受到的冲击力。保证货物完好和人员舒适；衰减由于弹性系统引进的振动，使汽车行驶中保持稳定的姿势，改善操纵稳定性；同时悬架系统承担着传递垂直反力，纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些力所造成的力矩作用到车架（或车身）上，以保证汽车行驶平顺；并且当车轮相对车架跳动时，特别在转向时，车轮运动轨迹要符合一定的要求，因此悬架还起使车轮按一定轨迹相对车身跳动的导向作用。悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。由此可见悬架系统在现代汽车上是重要的总成之一。现代汽车悬架的发展十分快，不断出现，崭新的悬架装置。按控制形式不同分为被动式悬架和主动式悬架。目前多数汽车上都采用被动悬架，汽车姿态（状态）只能被动地取决于路面及行驶状况和汽车的弹性元件，导向机构以及减振器这些机械零件。20世纪80年代以来主动悬架开始在一部分汽车上应用，并且目前还在进一步研究和开发中。主动悬架可以能动地控制垂直振动及其车身姿态，根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼。根据汽车导向机构不同悬架种类又可分为独立悬架，非独立悬架。如下图所示。图4-1 a. 独立悬架 b. 非独立悬架 非独立悬架如上图(a)所示。其特点是两侧车轮安装于一整体式车桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上，当车轮上下跳动时定位参数变化小。若采用钢板弹簧作弹性元件，它可兼起导向作用，使结构大为简化，降低成本。目前广泛应用于货车和大客车上，有些轿车后悬架也有采用的。非独立悬架由于非簧载质量比较大，高速行驶时悬架受到冲击载荷比较大，平顺性较差。 独立悬架是两侧车轮分别独立地与车架（或车身）弹性地连接，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮，独立悬架所采用的车桥是断开式的。这样使得发动机可放低安装，有利于降低汽车重心，并使结构紧凑。独立悬架允许前轮有大的跳动空间，有利于转向，便于选择软的弹簧元件使平顺性得到改善。同时独立悬架非簧载质量小，可提高汽车车轮的附着性。如上图(b)所示。本次设计采用以纵置弹簧为弹性元件的非独立悬架，其主要优点：结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。4.2 悬架主要参数的确定一、悬架静挠度悬架静挠度是指汽车满载静止时悬架上的载荷与此时悬架刚度之比,即 （4-1）汽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。因此汽车的固有频率 （4-2）当采用弹性特性为线性变化的悬架时，悬架的静挠度可以用下式表示 （4-3）将代入式（4-3）中得到 （4-4）对于后悬架偏频要求在1.171.58Hz,选择偏频为1.25Hz，故悬架的静挠度二、钢板弹簧钢板弹簧又叫叶片弹簧，它是由若干不等长的合金弹簧片叠加在一起组合成一根近似等强度的梁。钢板弹簧的第一片（最长的一片）称为主片，其两端弯成卷耳，内装青铜或塑料或橡胶。粉沫冶金、制成的衬套，用弹簧销与固定在车架上的支架、或吊耳作铰链连接。钢板弹簧的中间用U形螺栓与车桥固定。中心螺栓用来连接各弹簧片，并保证各片的装配时的相对位置。中心螺栓到两端卷耳中心的距离可以相等，也可以不相等。为了增加主片卷耳的强度，将第二片末端也弯成半卷耳，包在主片卷耳和外面，且留有较大的间隙，使得弹簧在变形时，各片间有相对滑动的可能。钢板弹簧在载荷作用下变形，各片之间因相对滑动而产生摩擦，可促使车架的振动衰减。各片间的干摩擦，车轮将所受冲击力传递给车架，且增大了各片的摩损。所以在装合时，各片间涂上较稠的润滑剂（石墨润滑脂），并应定期保养。钢板弹簧本身还兼起导向机构的作用，可不必单设导向装置，使结构简化，并且由于弹簧各片之间摩擦引起一定减振作用。有些高级轿车的后悬架采用钢板弹簧作弹性元件。目前一些国家汽车上采用变厚度的单片或二至三片的钢板弹簧，可以减少片与片间的干摩擦，减小动刚度，还提高使用应力，同时减轻重量。 和扭杆弹簧、螺旋弹簧相比，虽然钢板弹簧单位体积存储的弹性变形能小，但由于钢板弹簧结构简单，弹簧本身兼起导向装置的作用，长期以来钢板弹簧在汽车上得到广泛应用。钢板弹簧片间摩擦阻力对弹簧动刚度影响较大,特别是在小振幅的情况下。 钢板弹簧在汽车上可以纵置也可以横置。后者因为要传递纵向力，必须设置附加的导向装置，使结构复杂、质量加大，所以本次设计采用纵置。纵置钢板弹簧能传递各种力和力矩，并且结构简单，设计采用对称式的钢板弹簧。1、钢板弹簧长度L的确定 钢板弹簧长度L是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。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，改善汽车行驶平顺性；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。钢板弹簧的纵向角刚度是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。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；选用长些的钢板弹簧，会在汽车布置时产生困难。根据汽车设计第184页的标准，选用负荷车的钢板弹簧L=1.4m。2、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（不包括卷耳空半径）连线间的最大高度差。用来保证汽车具有给定的高度。当时，钢板弹簧在对称位置上工作。考虑到使用期间钢板弹簧塑性变形的影响和为了在车架高度已限定时能够得到足够的动挠度值，常取=1020 mm。故取。3、钢板弹簧断面尺寸及片数的确定（1）钢板断面宽度b的确定有关钢板弹簧的刚度、强度等，可按等截面简支梁的计算公式计算，但需要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要的总惯性矩。对于对称钢板弹簧 （4-5）将L=1.4m，k=0.5，s=100mm， ，代入式（4-5）可得 又因为钢板弹簧总截面系数 （4-6）将式（4-6）代入下式计算钢板弹簧的平均厚度 因为增大片宽，能增强卷耳的强度，但是当车身受侧向力倾斜时，弹簧的扭曲应力增大。故片宽与片厚的比值应在610范围内取。所以。（2）钢板弹簧片厚h的选择矩形断面等厚钢板弹簧的总惯性矩用下式计算 （4-7）所以由式（4-7）可知，改变片数n、片宽b、片厚h三者之一，都影响到总惯性矩的变化；再结合式（4-5）可知：总惯性矩的改变又会影响到钢板弹簧垂直刚度c的变化，也就是影响汽车平顺性变化。其中，片厚h的变化对钢板弹簧的总惯性矩的影响最大。增加片厚h,可以减少片数n。钢板弹簧各片厚度可能有相同和不同两种不同情况，希望尽可能采用前者。但因为主片工作条件恶劣，为了加强主片与卷耳，也常将主片加厚，其余各片厚度稍薄。此时，要求一副钢板弹簧的厚度不宜超过三组。为使各片寿命接近又要求最厚片与最薄片厚度之比应小于1.5。故钢板弹簧各片厚度依次为。(3)钢板弹簧各片长度的确定片厚不变宽度连续变化的单片钢板弹簧是等强度梁，形状为菱形。将由两个三角形钢板组成的钢板弹簧分割成宽度相等的若干片，然后按照长度不等的依次排列、叠放到一起，就形成接近实用价值的钢板弹簧。实际上的钢板弹簧不可能是三角形，因为为了将弹簧中部固定到车轴上和使两卷耳处可靠地传递力，必须使它们有一定的宽度。因此，应该用中部为矩形的双梯形钢板弹簧代替三角钢板弹簧才具有真正的实用意义。这种钢板弹簧各片具有相同的宽度，但长度不同。钢板弹簧各片长度就是基于实际钢板弹簧各片展开图接近梯形梁的形状这一原则来做图的。首先假设各片厚度不同，具体进行步骤如下图所示： 先将各片厚度的立方值hi3按照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减去U形螺栓中心距的一半的距离，得到A、B两点，连接A、B两点即得到三角形钢板弹簧展开图。AB线与各片的上侧边的交点即为各片长度。图4-2 确定钢板弹簧各片长度的作法图 图4-3 最终确定的钢板弹簧各片长度（4）车轴强度较核车轴的受力分析如图4-4。根据受力分析，可以看出该轴的受力为对称的，故列出如下公式：F1=F6; F2=F5; F3=F4;F264.5-F3201=0;F3=4009.8=3920N;F1=8296N; F2=12216N;故 F2=F5=12216N; F1=F6=8296N。由图可知，轴的最大危险截面在F2、F5处，因为轴是对称的，所以只需较核其中一处即可。；图4-4 车轴的受力分析图查机械设计表15-1得 ；故该轴的强度满足要求。第五章
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