轻型货车底盘后悬架设计

1、 CSU1042轻型货车底盘后悬架设计摘 要本文设计的是 CSU1042轻型载货汽车底盘后悬架 , 在本文中将会涉及轻型货车后悬 架及其主要零件的设计、计算和制图的全过程。首先 , 对后悬架进行方案的选择 , 本设计后悬架采用纵置钢板弹簧。 然后对悬架的主 要参数进行选择, 包括悬架的静挠度、动挠度、 弹性特性以及钢板弹簧主要参数的确定 等等。 在选择完基本参数后, 对悬架的弹性元件进行设计计算, 包括刚度和强度等的校 核,使设计的钢板弹簧能满足要求。关键词 :轻型货车;后悬架;钢板弹簧 THE DESIGN OF REAR SUSPENSION FOR CSU1042LIGHT DUTY V

2、EHICLE CHASSISABSTRACTThis thesis is about the design of rear suspension for CSU1042light duty vehicle chassis. In this article ,it will show the whole processes of designing and drawing of autor rear suspension and its main parts.First,we choose the scheme of the rear suspension, and in this design

3、, we use steel spings for rear suspension. and then, we choose the suspensions major paremeters,including rear suspensions static deflection, dynamic deflection, elastic properties and the main paremeters of leaf spring. After these basic parameters were chosen, we comes on to calculate the spring o

4、f the suspension, and the calculation including checking both the springs stiffness and strength, as to make the spring designed to meet the demand.Key words:light duty vehicle; rear suspension; armor plate spring 目 录第一章 绪论 . 1 1.1课题背景及目的 .1 1.2悬架系统的研究现状 .2 1.3课题研究方法与论文内容 . 3 1.4设计内容及要求 .4第二章 悬架的结构选

5、型与分析 . 5 2.1悬架的设计要求 .5 2.2悬架的结构形式分析 .6 2.2.1悬架结构形式的分类 . 6 2.2.2悬架的组成及各部件作用 .7 2.3前后悬架方案的选择 .8第三章 方案选择与论证 . 9 3.1方案选择 . 9 3.2方案论证 . 9第四章 带副簧纵置钢板弹簧非独立悬架的整体设计 . 10 4.1设计原则 . 10 4.2设计原始参数 .10 4.3悬架主要参数的确定 .11 4.3.1悬架的静挠度 .11 4.3.2悬架的动挠度 .11 4.3.3悬架的弹性特性 . 12 4.3.4悬架主、副簧刚度的分配 .12 4.3.5悬架侧倾角刚度 . 14 4.4弹性元

6、件的设计 .15 4.4.1钢板弹簧设计的一般宗旨 .15 4.4.2钢板弹簧得布置方案的选择 .15 4.4.3钢板弹簧主要参数的确定 .15 4.4.4钢板弹簧各片长度的确定 .19 4.4.5钢板弹簧刚度的验算 . 21 4.4.6钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算 .22 4.4.7钢板弹簧总成弧高的核算 .26 4.4.8钢板弹簧强度验算 . 27 4.4.9钢板弹簧主片的强度的核算 .28 4.4.10钢板弹簧弹簧销的强度的核算 . 29 4.4.11钢板弹簧的材料与技术条件 .29第五章 悬架的结构元件 . 30 5.1接头 .30 5.2钢板弹簧叶片端部形状与卷耳 .

7、31 5.2.1叶片端部形状 .31 5.2.2卷耳 . 31 第六章 悬架辅助元件 . 32 6.1横向稳定器 . 32 6.2缓冲块 . 33第七章 结果分析 . 34 7.1现阶段钢板弹簧生产状况 . 34 7.2汽车钢板弹簧钢材的供应现状 .34 7.3解决办法 . 34第八章 结论 . 35参考文献 . 36致 谢 . 37附件一:开题报告附件二:译文及原文影印件 第 1页 共 37页 第一章 绪论1.1课题背景及目的本设计课题为 CSU1042型轻型货车底盘后悬架系统设计 ,CSU1042型轻吨位载货 汽车在我国具有非常广泛的应用, 随着我国公路条件的改善和汽车平均行驶速度的提 高

8、, 对轻型载货汽车的整体性能要求也随之提高,故而对其悬架系统的性能也提出更 高的要求。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。 面对国内轻型载货汽车的快速发展及目前产品开发水 平相对较低的状况 , 在车辆开发过程中对如何考虑悬架机构 , 弹簧刚度和阻尼速度特性 , 使平顺性能得到有效控制 , 最终提高整车性能水平提出了强烈的需求 . 整车平顺性控制 涉及范围较大 , 同时也与操纵稳定性息息相关 , 这一点在轻型货车设计中尤为关键 12。本课题设计的轻型货车底盘后悬架系统, 采用纵置钢板弹簧非独立悬架,因为板 簧本身能传递各种力和力矩,造价成

9、本低,在货车的悬架中普遍使用。同时,由于汽 车载重量较大,拟采用主、副簧的形式。本课题的设计目的包括:(1悬架静挠度、 动挠度的确定, 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,又为了防止在坏路面 上行驶时经常碰撞缓冲块,则要求悬架有足够大的动挠度;(2后悬架主、副簧刚度分配,为了满足汽车具有良好的平顺性;(3正确的选择悬架方案和参数, 在车轮上下跳动的时候, 使主倾定位角变化不大、 车轮运动与导向机构运动要协调,避免前轮摆动,汽车转向时,应使之稍有不足转向 特性。1.2悬架系统的研究现状目前悬架系统主要有空气悬架、 橡胶悬架和板簧

10、悬架三种类型, 本课题设计采用 的是主、副簧形式的板簧悬架,因而会侧重于介绍板簧悬架基本构造及研究现状。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 0.51.0MPa,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。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 34。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

11、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,无法适应车辆轻量化的发展,并且不能同时兼 顾车辆的舒适性与操纵稳定性。钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件,它是由若干片等宽但不等长 (厚度可以相等,也可以不相等的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁 , 多数情况下由多片弹簧组成。钢板弹簧的第一片也是最长的一片为主片,其两端弯成 卷耳,内装衬套,以便于用弹簧销与固定在车架上的支架或吊耳作铰链连接。中心螺 栓用以连接各弹簧片,并且保证装配时各片的相对

12、位置。除中心螺栓以外,还有若干 个弹簧夹 (亦称回弹夹 将各片弹簧连接在一起, 以保证当钢板弹簧发生反向变形 (反 跳时,各片不致于互相分开,以免主片单独承载,此外,还可防止各片横向错动 7。 中心螺栓距两端卷耳中心的距离相等时,称为对称式钢板弹簧,不相等时 , 称为非 对称式钢板弹簧。多片钢板弹簧是最古老的人们熟知的弹性元件形式,他的优点是不仅能承受作用 在不同方向的力 (垂直、 侧向、 和纵向 , 而且还能承受原地起步和制动时的扭矩。 此外, 这种弹簧还能使作用力合理的分布在车架和车身上,并能保证悬架弹性的渐进性。钢 板弹簧横向布置能提高车身在转弯时的稳定性。是其也有许多缺点:弧高和片间摩

13、擦 力随时间变化;由于磨损以及由此出现的应力集中使其寿命降低。多片式钢板弹簧可 以同时起到缓冲、减振、导向和传力的作用,用于货车后悬架时可以不装减振器。 近年来在许多国家的货车上采用了一种由单片或 2-3片变厚度的断面的弹簧片构成 的少片变截面钢板弹簧,其弹簧片的断面尺寸是沿长度方向变化的,片宽保持不变, 这种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, 影响了汽车行驶的平顺性的缺点,据统计,在两种弹簧寿命相等的情况下,少片变 截面钢板弹簧可减少质量 40%-50%。因此,这种弹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,目前我国生产的中、轻

14、型载货汽车的钢板 弹簧悬架基本上都采用了这种少片变截面钢板弹簧。1.3课题研究方法与论文内容首先要对汽车后悬架系统要有充分的认识,通过观察和阅读相关资料了解其工作 原理、组成结构和外形特点。本设计为轻型载货汽车底盘后悬架设计,其为载货汽车, 因此选定悬架形式为纵置钢板弹簧,并且采用主副簧的设计形式。根据给定的设计参 数计算所设计的钢板弹簧各个参数,并通过参考其他设计工程手册初步选定钢板弹簧 的结构参数,然后对这个初定值进行验算,最后得出实际值。深入了解钢板弹簧的工 作特性以及其在各种条件下的受力情况,其中在对钢板弹簧、弹簧主片和弹簧销等进 行强度验算时要对不同工作条件下主副簧的不同受力情况进行

15、分析。最后 , 根据所得的 参数用 AutoCAD 绘图,绘制出装配图纸、钢板弹簧总成图和零部件图 2。论文内容包括悬架结构形式的选择、设计方案的分析论证、钢板弹簧整体设计验 算、悬架结构元件选取、辅助元件选取和技术经济分析等 3。其中 , 钢板弹簧整体设计 和验算是本设计的重点。首先应确定悬架的主要参数,它包括所设计悬架的静挠度、 动挠度、悬架主副簧的刚度分配;接着设计弹性元件的参数,主要是计算主副弹簧各 片的长度、主副钢板弹簧总成在自由状态下的弧高以及曲率半径,并计算各片弹簧在 自由状态下的弧高及其曲率半径;再对弹簧的刚度、强度和钢板弹簧销的强度进行验 算; 最后根据设计数据利用制图软件绘

16、制出装配图 (A0、 主副簧总成图 (A1及各组成部 件零件图。1.4设计内容及要求本课题的设计内容是 CSU1042载重汽车的后悬架系统,由于后悬架载重量大, 拟采用主、副簧的形式。整个设计主要包括:(1悬架静挠度、动挠度的确定;(2后悬架主、副簧刚度分配;(3钢板弹簧的参数设计;(4钢板弹簧支撑形式、连接机构设计;(5钢板弹簧及关键部件的强度校核;汽车悬架与悬挂质量、 非悬挂质量构成了一个振动系统, 该振动系统的特性很大 程度上决定了汽车的行驶平顺性, 并进一步影响到汽车的行驶车速、 燃油经济性和运 营经济性。悬架对整车的操纵稳定性、抗纵倾能力也起着决定性的作用。因而在悬架 设计时必须考虑

17、以下几个方面的要求 1:(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保证汽车有良好的操纵稳定性;(4在汽车制动或加速时,保证车身稳定、减少纵倾;(5机构紧凑、占用空间尺寸小;(6可靠地传递车身与车轮之间的各种力合力矩,有足够的强度和寿命。 第二章 悬架的结构选型与分析2.1悬架的设计要求悬架的主要功能是传递作用在车轮和车架(或车身之间的一切力和力矩,并缓 和汽车行驶过不平路面时所产生的冲击,衰减由此引起的承载系统的振动,以保证汽 车的行驶平顺性。在设计悬架时必须考虑以下几个方面的要求:(1通过合理设计悬架的弹性特性及阻尼特性确保汽车具有良好的行驶平顺性,即 具有较低的振动

18、频率、较小的振动加速度值和合适的减振性能,并能避免在悬架的压 缩或伸张行程极限点发生硬冲击,同时还要保证轮胎具有足够的接地能力;(2合理设计导向机构,以确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩的可靠传递, 保证车轮跳动时车轮定位参数的变化不会过大,并且能满足汽车具有良好的操纵稳定 性的要求;(3导向机构的运动应与转向杆系的运动相协调,避免发生运动干涉,否则可能引 发转向轮摆振;(4侧倾中心及纵倾中心位置恰当,汽车转向时具有抗侧倾能力,汽车制动和加速 时能保持车身的稳定,避免发生汽车在制动和加速时车身纵倾;(5悬架构件的质量要小尤其是非悬挂部分的质量要尽量小;(6所有零部件应具有足够的强度和使用寿命

19、;(7制造成本低;(8便于维修、保养。2.2悬架的结构形式分析2.2.1悬架结构形式的分类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;独立悬架的结构特点是,左、 右车轮通过各自的悬架与车架(或车身连接 7。(如图 2.1 a 非独立悬架 b 独立悬架图 2.1悬架的结构形式简图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

20、时,左、右车轮相互影响,并使车轴(桥和车身倾斜;当两 侧车轮不同步跳动时,车轮会左、右摇摆使前轮容易产生败阵;前轮跳动时,悬架易 于转向传动机构产生运动干涉;当汽车直线行驶在凹凸不平的路段上时,由于左右两 侧车轮反向跳动或只有一侧车轮跳动时,不仅车轮外倾角有变化,还会产生不利的轴 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(桥上方要 求有与弹簧行程相适应的空间。这种悬架主要用在总质量大些的商用车前、后悬架以 及某些乘用车的后悬架上 7。非独立悬架主要用于货车、大客车的前、后悬架以及某些轿车的后悬架。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

21、可以用刚度小的弹簧,使车身振动频率降低,改善了汽车的行驶平顺性;由于采 用断开式车轴,所以能降低发动机的位置高度,使整车的质心高度下降,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,可减小车身的倾斜和振动,同时 在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力;独立悬架主要用于轿车和部分轻型货车、客车及越野车 。2.2.2悬架的组成及各部件作用悬架作为一个完整的系统主要包括四大部分 1:(1弹性元件作用是:避免道路冲击力直接传到车架、车身并缓和冲击力。用于悬架的弹性元件主要有: a. 钢板弹簧,大多用于非独立悬架;b. 螺旋弹簧,广泛用于独立悬架,特别是前轮独立悬架,有些后轮非独立悬架, 必

22、须加减振器和导向机构;c. 扭杆弹簧,扭杆本身扭转刚度是常数,但采用扭杆弹簧的悬架是变刚度的;d. 气体弹簧,变刚度弹簧,一般要导向机构;e. 橡胶弹簧,多作悬架副簧和缓冲块。(2减振器作用是:加速车架与车身振动的衰减,改善汽车行驶的平顺性。用于悬架的减振器有以下几种:a. 油液式双向作用筒式减振器,在压缩和伸张两行程内部起减振作用;b. 油液式单向作用筒式减振器,仅在伸张行程起减振作用;c. 油气充气式减振器d. 阻尼可调式减振器,当悬架系统某一参数变化时,减振器阻力也随之变化。 (3导向机构作用是:作传力机构的同时,使车轮按照一定的轨迹相对于车架和车身跳动,起 导向作用。(4横向稳定器作用

23、是:安装于多数轿车和客车上,目的是为了防止汽车转向时,发生过大的横 向倾斜。2.3前后悬架方案的选择目前汽车的前、 后悬架采用的方案有 5:前轮和后轮均采用非独立悬架; 前轮采用 独立悬架,后轮采用非独立悬架;前轮和后轮均采用独立悬架等几种。前、后悬架均采用纵置钢板弹簧悬架的汽车转向行驶时,内侧悬架处于减载,而 外侧悬架处于加载状态,于是内侧悬架受拉伸,外侧悬架受压缩,结果与车身固定连 接的车轴的轴线相对汽车纵向中心线偏转一个角度8。对前轴这种偏转使 汽车的不 足转向趋势增加。对后桥,则增加了汽车的过多转向趋势。轿车将后悬 架纵置钢板弹 簧的前部吊耳位置布置的比后边吊耳低,于是悬架的瞬时运动中

24、心 位置降低。结果后 桥的轴线的偏离不再使汽车有过多转向的趋势。另外,前悬架的采用纵置钢板弹簧非独立悬架时,因前轮容易发生摆振现象, 不 能保证汽车有良好的操纵稳定性,所以轿车的前悬架多采用独立式悬架。发动机前置前轮驱动的中高级及其以下级别的轿车,常采用麦弗逊式前悬架和扭 转梁随动式后悬架。轿车后悬架采用纵置式钢板弹簧非独立悬架,而前悬架采用双横臂式独立悬架时 能够通过将上横臂支承销轴线在纵向垂直平面上的投影设计成前后低伏,使悬架的纵 向运动瞬心位于有利于减少制动前俯角处,使制动时车身纵倾减少,保持车身有良好 的稳定性能。由于载重汽车对车辆的舒适性要求不是很高,根据以上对独立悬架和非独立悬架

25、的特点比较,并结合国内外资料选择货车悬架系统为带副簧的纵置钢板弹簧非独立悬 架。 第三章 方案选择与论证3.1方案选择本设计为 4吨级轻型载重汽车底盘后悬架设计, 整车整备质量不大于 2100Kg , 额定装载质量 2000Kg ,满载前轴负荷 1450KG ,满载后轴负荷 2730KG 。由于是载 货汽车,对车辆的乘坐舒适性要求不是很高,根据前文对独立悬架和非独立悬架 的介绍,并结合国内外资料参考其负荷,选择本设计的悬架系统为带副簧的纵置 钢板弹簧非独立悬架。3.2方案论证(1工作原理:此种设计是通过主、副簧先后起作用,以得到变刚度特性来提 高汽车平顺性。有副簧在上和副簧在下两种结构,本设计

26、采用的是副簧在上的结 构形式,主钢板弹簧和副钢板弹簧叠和而成。从受力情况来看,主、 副簧是并 联的。当汽车空载或实际装载质量不大时,副簧不承受载荷而由主簧单独单独工 作。在重载或满载情况下,车架相对车桥下移,使车架上的副簧滑板式支座与副 簧接触,即主、副簧共同参加工作,一起承受载荷而使悬架的刚度增大,以保证 车身振动频率不致因载荷增大而变化过大 1。(2优点:采用钢板弹簧作为弹性元件, 由于弹簧有足够的刚性使车桥适当定 位,所以不需用导向装置;钢板之间的摩擦可以控制弹簧自身的振荡;适用于重 载,寿命长;工作可靠,制造简单,保养维修容易。(3缺点:钢板弹簧由于各片之间的摩擦,很难吸收来自路面的微

27、小振颤; 虽 然,这种结构形式的悬架刚度是可变化的,但变化的很突然,对汽车的行驶平顺 性不利。 第四章 带副簧纵置钢板弹簧非独立悬架的整体设计4.1设计原则设计的悬架能够传递作用在车轮和车架之间的力和力矩;缓和路面传给车架的冲击载荷,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,保证汽车的操纵稳定性,并且结 构紧凑,占用的空间尺寸小,有足够的强度和寿命。由于该货车的设计最高车速 不低于 95Km/h, 所以设计的悬架也必须能够保证高速行驶的能力。 最重要的是符 合生产上的要求,并且经济性合理。4.2设计原始参数载质量:2000kg整备量:

28、2050kg空载时:前轴负荷:1050kg后轴负荷:1130kg 满载时:前轴负荷:1450kg后轴负荷:2730kg外型尺寸:5700×1900×2180轴距:3200mm前轮距:1500mm后轮距 :1400mm满载重心高度 :1050mm 4.3悬架主要参数的确定4.3.1悬架的静挠度悬架的静扰度是指汽车满载静止时悬架上的载荷 w F 与此时悬架刚度 c 之比,即c F f w c /=(4 1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,因此前后桥上方车身部分的集中质 量的垂向振动是相互独立的

29、。货车的车身的固有频率 n, 可用下式 1来表示:n=2/m c (4 2 式中, c 为悬架的刚度(N/cm ,m 为悬架的簧上质量(kg 又静挠度可表示为:c mg f c /=(4 3g :重力加速度(10N/kg , 代入上式得到:n=5/c f (4 4式中 n 为车身固有频率(hz , c f 为静挠度 cm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:1.9hz 。将其代入式 (4-4

30、可算出静挠度cmf c 9. 6=4.3.2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 。所以选择:cmf d 0. 8=4.3.3悬架的弹性特性悬架受到的垂直外力 F 与由此所引起的车轮的中心相对于车身的位移 f (即悬 架的变形的关系曲线,称为悬架的弹性特性。其切线的斜率就是悬架刚度 1。 1-缓冲块复原点 2-复原行程缓冲块脱离支架 3-主弹簧特性曲线 4-复原行程 5-压缩行程 6-缓冲块 压缩期悬架特性曲线 7-缓冲块压缩时开始接触弹性支架 8-额定载荷图 4-1悬架弹性特性曲

31、线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 5。4.3.4悬架主、副簧刚度的分配 图 4-2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 k F 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。具体有两种方法来确定。方法一:使副簧开始起作用时的悬架挠度 a f 等于汽车空载时悬架的挠

32、度 0f ,而 使副簧开始起作用前一瞬间的挠度 k f 等于满载时悬架的挠度 c f 5。于是可求k F =WF F 0(4-5式中 W F F 和 0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:1/=m a c c , 0/F F w =(4-6式中, a c 为副簧的刚度, m c 为主簧的刚度。方法二:使副簧开始起作用时的载荷等于空载与满载悬架载荷的平均值 5,即(5. 00W k F F F +=(4-7并使 W F F 和 0间的平均载荷对应的频率与 w F 和 k F 间的平均载荷对应的频率相等, 此时 副簧和主簧的刚度比为:m a c c /=(2-2 /(3+(4-

33、8用方法一确定的主,副簧比值,能保证在空,满载使用的范围内悬架振动的频率 变化不大,但副簧接触拖架前后的振动频率变较大。而用方法二确定的主,副簧比值 能保证副簧起作用前, 后悬架振动频率变化不大, 对于经常处于半载运输状态的车辆, 用此法比较合适。比较两种方法知,由于货经常处于满载状态,所以用第一方法比较适合。 下面将进行具体计算 5。单个钢板弹簧满载时簧上载荷:WF =g22轮重簧重 后桥重 G =10245.#215;×=12600N满载时 :Wm a F F F =+(4-9式中 a F 为副簧簧上质量, m F 为主簧簧上质量。 单个钢板弹簧空载载时

34、簧上载荷:NG F 420010245. 220=××=轮重 簧重 后桥重 由公式(4 2计算整个弹簧副的刚度 , 其中 n=1.9hz, m=1260,代入公式可得:C=1793.9N/cm又 =420012600F F W3.0m a c c /=1=0.73有上面的二式,可联立方程组:cm/9. 1793c c c m a N =+(4-100.73/=m a c c (4-11由(1 , (2两式可得:a c =757N/cm,m c =1036.9N/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 ca f 。W k

35、F F F 0=7274.6N又:a ca m ca k W C f C f F F +=,得:ac f =/( (m a k W C C F F +=9. 17936. 727412600=3.0cm =×=cm /757cm 0. 3f a ca a N C F 2271N W m F F =a a c C f =12600N-2271N=10329N主簧 :cm f =m m C F =9. 103610329=9.96cm副簧 :ca f =a a C F =7572271=3.0cm4.3.5悬架侧倾角刚度悬架侧倾角刚度指簧上质量产生单位侧倾角时悬架给车身的弹性恢复力矩。它

36、对 簧上质量的侧倾角有影响。 侧倾角过大或过小都不好。 乘坐侧倾角刚度过小而侧倾角 过大的汽车, 乘员缺乏舒适感和安全感。 侧倾角过大而侧倾角过小的汽车又缺乏汽车 发生侧翻的感觉, 同时使轮胎的侧偏角增大。 要求在侧向惯性力矩等于 0.4倍车重时, 货车的侧倾角不超过 007614.4弹性元件的设计4.4.1钢板弹簧设计的一般宗旨设计钢板弹簧的时,下述计算钢板弹簧的简化方法,能保证有较高的准确性, 并缩短计算时间。钢板弹簧的计算过程,可合理的分为两个阶段,第一阶段为设计计算,用于确定 必要的几何尺寸;第二阶段为验算,为使最重要的参数更为精确。根据前面所述, 选择货车悬架系统为带副簧的纵置钢板弹

37、簧非独立悬架。所以弹 性元件的设计主要是对钢板弹簧的设计。设计钢板弹簧时应保证它制造简单, 有最小的质量,装配方便以及它的所有元件 应有必要的寿命。 在某些情况下, 可由钢板弹簧的结构来保证悬架有抗 “点头” 及 “后 坐”的性能,以及提高汽车的行驶稳定性。除此之外,钢板弹簧的设计应满足国产型材规格尺寸。 4.4.2钢板弹簧得布置方案的选择钢板弹簧在汽车的布置有纵置或横置。 后者主要传递纵向力, 要加导向传力装置, 结构复杂,质量加大,所以主要在少数轻。微型车上用。纵置钢板弹簧能传递各种力 和力矩,并且结构简单,在车上应用较广泛。纵置钢板弹簧又分为对称式和不对称式。 钢板弹簧中部在车轴上的固定

38、中心至钢 板弹簧两端卷耳中心的距离相等, 则为对称式钢板弹簧。 不相等为不对称式钢板弹簧。 综上所述,并结合国内外的资料可选定 CSU1042轻型货车钢板弹簧的布置形式为对 称纵置式钢板弹簧 1。4.4.3钢板弹簧主要参数的确定已知满载静止时负荷 2G =2730kg。簧下部分荷重 kg 2102=Z G ,由此可计算出单 个钢板弹簧的载荷:N G G F Z 12600g 22102730g 222w =由前面选定的参数知:cmf d 0. 8=1. 满载弧高 :满载弧高 a f 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 a f =1020mm. 在此

39、取:mmf a 15=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。 增加钢板弹簧的能显著降低 弹簧的应力,提高使用寿命,降低弹簧刚度,改善汽车的平顺性;在垂直刚度给定的 条件下, 又能明显增加钢板弹簧的纵向力角刚度。钢板弹簧的纵向角是指钢板弹簧产 生单位纵向力矩值。 增大钢板弹簧的纵向力角的同时, 能减少车轮扭转力矩所引起的 弹簧的变形。因此选择时应该在总布置可能的条件下尽量将钢板弹簧取长些。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。 (2钢板弹簧长度的初步选定:根据经

40、验公式 L =0.35×轴距,并结合国内外货车资料,初步选定主簧主片的长 度为 m L =1200mm , 副簧主片的长度为 =a L 840mm. 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 0J 5。对于对 称式钢板弹簧Ec kS L J 48/ (30=(4-12式中:S U 形螺栓中心距(mm k U 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=c W f F /;为挠度增大系数。挠

41、度增大系数 的确定:先确定与主片等长的重叠片数 1n ,再估计一个总片数 0n ,求得 01/n n =,然后=1.5/ 5. 01(04. 1+,初定 5。对于主簧:L=1200mmk=0.5S=100mm1n =20n =631=1.5/ 5. 01(04. 1+=1.24E=2.1510×N/4mm (材料的弹性模量 将上述数据代入公式(4-10 ,得0J =19×3104mm 计算主簧总截面系数 0W 5:0W W W kS L F 4/ (4-13式中 w 为许用弯曲应力。 w 的选取:后主簧为 450550N/2mm , 后副簧为 220250N/2mm , 取

42、 w =500N/2mm 。w F =m F =10329NL=1200mmk=0.5S=100mmw =500N/2mm .将上面数据代入公式(4-11 ,得:0W =5.9×3103mm 再计算主簧平均厚度:cmw p Ef kS L W J h 6 (/2200=6.4mm取 8mm有了 p h 以后,再选钢板弹簧的片宽 b 。增大片宽能增加卷耳的强度,但当车身受侧向 力作用倾斜时,弹簧的扭曲应力增大。前悬架用宽的弹簧片,会影响转向轮的最大转 角。片宽选取过窄,又得增加片数,从而增加了片间的摩擦和弹簧的厚度。推荐片宽 和片厚的比值在 610范围内选取。取 b =60mm 对于副

43、簧:L=840mmk=0.5S=100mm11=n 04n =14=11.5/1.04(10.51.284=×+×=E=25/101. 2mm N ×将上述数据代入公式(4-10 ,得0J =4.7×3104mm 计算副簧总截面系数 0W :0W W W kS L F 4/ (NF F 2271a w =L=840mmk=0.5S=100mmw =245N/2mm .将上面数据代入(4-11 ,得:0W =1830.73mm 再计算副簧平均厚度:caw p Ef kS L W J h 6 (/2200=5.13mm取 6mmb =60mm(2钢板弹簧片厚

44、 h 的选取 :矩形断面等厚的钢板弹簧的总惯性矩 0J 5用下式计算。12/30nbh J =(4-14式中 n 为钢板弹簧的片数。由 12/30nbh J =,可知,改变片数 n, 片宽 b 和片厚 h, 都会影响到钢板弹簧垂直刚度 c 的变化,也就是会影响汽车平顺性的变化。其中片厚 h 的变化对钢 板弹簧总惯性矩 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 情况,希望尽可能采用前者。但因为主片工作条件恶劣,为了加强主片及卷耳,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。 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 6。 (3钢板断截面形状的选择: a矩形截面 bT 形截面 c单面有抛物线边