基于SolidWorks的重型载货汽车悬架设计

-片数L1L2L3L4L5L6L7总长度（mm）1500150015001384126811521036片数L8L9L10L11L12L13L14总长度（mm）9208046885734573412255.2自由状态下弧高及曲率半径计算5.2.1总成自由弧高及曲率半径计算汽车钢板弹簧总成自由状态下弧高示意图，如图4.2所示，可知钢板弹簧自由弧高H0为：（5.8）式中：—静挠度，=86.5mm；—满载弧高，=20mm；—钢板弹簧弧高变化量，计算公式见式（5.9）（5.9）式中：—静挠度，=86.5mm；由式（5.9）及相应参数计算出弧高变化量：≈26.89mm由式（5.8）及相应参数计算出自由弧高：=20mm+86.5mm+26.89mm=133.39mm钢板弹簧总成在自由状态下曲率半径见计算公式（5.10）：（5.10）计算出钢板弹簧总成曲率半径：=2108.38mm5.2.2各片自由状态下曲率半径钢板弹簧各片预应力所产生的弯矩代数和均为0，计算公式如下：（5.11）应力计算公式如下：（5.12）此次设计重型货车后悬架钢板弹簧各片断面尺寸均为10mm×95mm，各片预紧应力代数和等于零。的具体设置，重型货车后悬架钢板弹簧自由状态下各片曲率半径Ri为：（5.13）式中：Ri—第片后悬架钢板弹簧在自由状态下的曲率半径，mm；hi—第片后悬架钢板弹簧的厚度，mm。后悬架钢板弹簧第片自由曲率计算结果，如表5.2所示：表5.2各片自由曲率半径计算结果123456787.988.077.465.355.646.737.989101112131430.123.617.512.38.35.12.65.3钢板弹簧总成弧高校核对后悬架钢板弹簧总成弧高进行修正，计算公式见式（5.14）：（5.14）式中：Li—第片后悬架钢板弹簧板长度，mm。第i片后悬架钢板弹簧弧高Hi为：（5.15）计算出后悬架钢板弹簧各片弧高为134mm，与公式（5.10）计算出的弧高133.39mm相差不大，故此钢板弹簧总成弧高选择合理。5.4钢板弹簧刚度校核钢板弹簧刚度校核主要利用刚度计算公式及经验校正系数进行核算，一般情形下，修正后误差范围。刚度C为：（5.16）式中：—第片及以上各片截面惯性距之和的倒数—第片钢板弹簧的极惯性距；—，l1表示主片长度的一半；—第片板簧半长，mm；—经验修正系数，=0.90~0.94，此次选择=0.94。钢板弹簧刚度校核系数表，见表5.2所示。由式（5.8）及钢板弹簧刚度校核系数表计算钢板弹簧刚度：=≈812.3N/mm误差分析如下：≈0.41%<5%经误差分析可知，钢板弹簧刚度满足要求，作图法所选择钢板弹簧参数满足要求。5.5钢板弹簧强度计算5.5.1极限工况强度校核由式（4.17）计算出后悬架钢板弹簧极限工况下的强度为：=854.2Mpa<[]=1000Mpa经对比，重型货车后悬架钢板弹簧极限工况下强度符合设计材料的要求。5.5.2钢板弹簧卷耳强度校核由式（4.18）计算出后悬架钢板弹簧卷耳极限工况下的强度为：=257.9Mpa<[]=350Mpa经对比，重型货车后悬架钢板弹簧卷耳在极限工况下强度符合要求。5.5.3钢板弹簧销强度校核由计算公式（4.19）计算出：=8820Nb—主片叶片的宽度；d—钢板弹簧直径。由计算公式（4.20）计算出：≈7.7MPa<[]经对比，前悬架钢板弹簧销极限工况下强度符合设计材料的要求。5.6后减振器设计同理计算出汽车减振器伸张行程卸荷力：=27023.63×0.34≈9232.14N减振器工作缸直径D：=49.16mm~62.30mm由汽车行业标准QC/T491-1999查出HH型减振器工作缸直径D推荐值为D=50mm。由式计算出贮液筒直径：Dc=1.35×50～1.80×50=67.5mm～90mm此次选择贮液筒直径Dc=80mm。由汽车行业标准QC/T491-1999查出防尘罩最大外径D2=90mm，初始基长l1=190mm，减振器活塞行程S=170mm。由式（4.29）计算出后悬架减震器压缩极限长度=190+170=360mm由式（4.30）计算出后悬架减震器伸张极限长度：=190+2×170=530mm6重型载货汽车悬架的三维建模6.1SolidWorks软件介绍SolidWorks软件由达索系统公司开发，其作为目前常见的建模软件之一，内部集成了多种强大的建模模块，并且满足不同的建模需求。凭借其丰富的功能组件，在各种机械领域中得到了广泛应用。在汽车制造方面，SolidWorks能够帮助设计师进行汽车的外观造型设计，创造出极具流线型和美感的车身。同时，对于汽车内部的发动机、变速器等关键零部件的设计以及整车的装配设计，它都能提供全面支持，助力汽车制造商提升产品质量与生产效率，适用于各种工程领域，具有优秀的曲面建模功能，特别适用于汽车、航空航天等领域的造型设计，能够轻松创建复杂的曲面结构。也具有协同设计和数据管理，支持多用户协同设计和数据管理，提高团队的工作效率和协同能力。在建模方面，SolidWorks软件已经较为成熟，可以多方面完成建模任务，并且目前关于使用SolidWorks软件的学习资料也较为丰富，便于用户进行学习实践，因此在此次设计中，选择使用软件进行悬架的建模和装配，对其尺寸以及各个零部件的装配关系进行分析。在悬架的设计过程中，装配仿真是一个非常重要的环节。SolidWorks提供了装配仿真模块，可以模拟悬架的装配过程，检查各零部件之间的干涉情况，确保装配的顺利进行。6.2前悬架三维模型的建立6.2.1前悬架主要零件的建立利用SolidWorks三维软件提供的绘图工具，包括直线、圆弧、圆等绘制零件的二维草图。草图应包含输入轴的主要几何特征和尺寸信息。再基于草图进行拉伸、旋转、扫掠等命令操作，孔、槽、倒角等细节特征的添加特征建模功能创建零件的三维模型。钢板弹簧三维模型建模过程如下：（1）打开SolidWorks，点击“新建”，选择“零件”，在前视基准绘制弹簧片的中心线，按照计算结果设计即主片参数L1：1280mm；用样条曲线或圆弧工具画出弹簧片的弯曲形状，拱高132mm，厚度10mm，用扫描特征沿中心线生成单片弹簧；（2）在弹簧的两端用拉伸切除挖出安装孔，孔径30mm，再用圆角或者弯曲工具修出圆弧卷耳；（3）将单片弹簧装入装配体，用线性阵列沿厚度方向复制7片，，逐级缩短副片的长度，形成渐变叠层。用同心配合对齐所有片的中心孔，插入螺栓零件固定，如图6.1所示图6.1钢板弹簧吊耳三维模型建模过程：（1）新建零件，选择前视基准面。绘制吊耳测试轮廓：先画中心线，长度等于卷耳展开长度，在中心线的端点绘制半圆形，连接半圆和钢板弹簧主片端部；（2）使用拉伸凸台：厚度等于钢板弹簧的宽度60mm，勾选“薄壁特征”，方向选择“两侧对称”；（3）在两端创建截面草图（半圆形＋矩形连接），沿路径曲线生成平滑卷耳。如图6.2所示。图6.2吊耳骑马螺栓采用扫描特征生成U型主体，如图6.3所示。图6.3骑马螺栓减振器模型建模过程：（1）新建零件，选择前视基准面：绘制圆形草图（直径30mm），拉伸高度120mm，顶部端面抽壳，壁厚9mm，底部封闭；（2）底部端面绘制环形凸体并拉伸，如图6.4所示图6.4减振器6.2.2前悬架装配装配据前悬架的结构和功能要求，首先设计各个零件的三维模型。包括钢板弹簧、吊耳、骑马螺栓、减振器模等关键部件。基于SolidWorks三维软件得到悬架各零件三维模型以后，用三维软件根据各零件之间的配合关系、定位关系、运动关系对悬架的各个零件进行装配，之后检查各零件之间的干涉情况，最终得出前悬架装配模型，如图6.5所示。图6.5前悬架装配6.3后悬架三维模型的建立6.3.1后悬架主要零件的建立后悬架钢板弹簧三维模型建模过程如下：（1）打开SolidWorks，点击“新建”，选择“零件”，在前视基准绘制弹簧片的中心线，按照计算结果设计即主片参数L1：1500mm；用样条曲线或圆弧工具画出弹簧片的弯曲形状，拱高134mm，厚度13mm，用扫描特征沿中心线生成单片弹簧；（2）在弹簧的两端用拉伸切除挖出安装孔，孔径30mm，再用圆角或者弯曲工具修出圆弧卷耳；（3）将单片弹簧装入装配体，用线性阵列沿厚度方向复制14片，，逐级缩短副片的长度，形成渐变叠层。用同心配合对齐所有片的中心孔，插入螺栓零件固定，如图6.6所示图6.6钢板弹簧吊耳三维模型建模过程：（1）新建零件，选择前视基准面。绘制吊耳测试轮廓：先画中心线，长度等于卷耳展开长度，在中心线的端点绘制半圆形，连接半圆和钢板弹簧主片端部；（2）使用拉伸凸台：厚度等于钢板弹簧的宽度95mm，勾选“薄壁特征”，方向选择“两侧对称”；（3）在两端创建截面草图（半圆形＋矩形连接），沿路径曲线生成平滑卷耳，如图6.7所示图6.7吊耳骑马螺栓采用扫描特征生成U型主体，如图6.8所示。图6.8骑马螺栓下垫板模型建模过程：（1）在上视基准面绘制矩形并拉伸凸台，厚度为15mm；（2）安装孔与定位特征：在基板四角绘制异形孔向导，选择柱形沉头孔，直径12mm，孔间距按照悬架安装点尺寸进行设置；（3）对基板通过“拉伸切除”出现槽面，最后使用“倒角”和“圆角”工具选择需要处理的边，如图6.9所示。图6.9下垫板6.3.2后悬架装配装配基于SolidWorks三维软件得到悬架各零件三维模型以后，用三维SolidWorks软件根据各零件之间的配合关系、定位关系、运动关系对悬架的各个零件进行装配，之后检查各零件之间的干涉情况，最终得出后悬架装配模型，如图6.10所示。图6.10后悬架装配结论本文以重型载货汽车悬架系统为研究对象，通过Solidworks三维建模，完成了悬架系统的结构设计要求，具体总结如下：（1）完成了悬架结构型式分析，通过对悬架系统类型分析，确定采用非独立式钢板弹簧悬架，钢板弹簧采用多片等截面对称纵置布置，减振器采用双作用筒式液压减振器。（2）完成了重型载货汽车悬架参数选择，包括悬架偏频选择、静挠度和动挠度计算选择，验算结果显示，前后悬架静挠度与动挠度选择满足总工作行程条件（3）完成了汽车前悬架设计计算，对钢板弹簧主要参数进行了计算，确定前悬架钢板弹簧总片数为7片，采用作图法分别得到各片弹簧长度，经误差分析可知，钢板弹簧刚度满足要求，作图法所选择钢板弹簧参数满足要求，同时对总成自由状态下的弧高及各片曲率半径进行了计算，并核算总成弧高，根据整车工作极限工况对钢板弹簧、卷耳及销轴强度进行了校核，最后对减振器主要参数进行计算选择。（4）完成了后悬架设计计算，对钢板弹簧主要参数进行了计算，确定后悬架钢板弹簧总片数为14片，采用作图法分别得到各片弹簧长度，经误差分析可知，钢板弹簧刚度满足要求，作图法所选择钢板弹簧参数满足要求，同时对总成自由状态下的弧高及各片曲率半径进行了计算，并核算总成弧高，根据整车工作极限工况对钢板弹簧、卷耳及销轴强度进行了校核，最后对减振器进行设计选型。此次设计中，针对重型汽车的悬架设计中主要以舒适性和整车的支撑和减震性能进行优化设计，但是此次设计尚有不足，例如重型载货汽车悬架设计校核仅仅是理论校核，未进行有限元分析以及实车路试环节等，希望后续可以有更多的学者进行此设计的深入研究。参考文献余志生.汽车理论（第6版）[M].北京.机械工业出版社.2022.01.闵海涛王建华.汽车设计(第6版)[M].北京.机械工业出版社.2024.05.章文忠,索郎拉吉.汽车钢板弹簧悬架装配工艺研究[J].时代汽车,2024(20):39-45.赵海,黄显婷,覃惠涓.基于ADAMS钢板弹簧悬架动力学模型的载荷提取方法研究[J].装备制造技术,2021(000-012):130-136.DunnoK.GeC.Characterizationoflow‐acceleration,long‐durationhorizontaleventsusingaspringsuspensionstraightdeliveryboxtruck[J].PackagingTechnologya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