目 錄1 緒論…………………………………………………………………………32 懸架結(jié)構(gòu)形式的分析………………………………………………………52.1 獨立懸架和非獨立懸架………………………………………………………52.2 獨立懸架結(jié)構(gòu)形式的分析………………………………………………… 52.3 前、后懸架……………………………………………………………………53 方案的選擇與論證………………………………………………………… 83.1 方案的選擇……………………………………………………………………83.2 方案的論證……………………………………………………………………84 縱置鋼板彈簧非獨立懸架的整體設(shè)計……………………………………124.1 設(shè)計原始數(shù)據(jù)………………………………………………………………124.2 懸架主要參數(shù)的確定………………………………………………………124.3 彈性元件的設(shè)計……………………………………………………………165 懸架的結(jié)構(gòu)元件……………………………………………………………305.1 接頭…………………………………………………………………………305.2 鋼板彈簧葉片端部形狀與卷耳……………………………………………306 懸架輔助元件………………………………………………………………326.1 橫向穩(wěn)定器…………………………………………………………………326.2 緩沖塊………………………………………………………………………337 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析………………………………………………………………347.1 現(xiàn)階段鋼板彈簧生產(chǎn)狀況…………………………………………………347.2 汽車鋼板彈簧鋼材的供應(yīng)現(xiàn)狀……………………………………………347.3 解決辦法……………………………………………………………………34參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………35致謝…………………………………………………………………………………36附錄…………………………………………………………………………………372摘要本文涉及汽車后懸架及其主要零件的設(shè)計-、計算和制圖的全過程。還對懸架、鋼板彈簧等零件的設(shè)計作了詳細(xì)的介紹。主要包括懸架的結(jié)構(gòu)分析，方案的選擇，鋼板彈簧的設(shè)計，經(jīng)濟(jì)性分析等內(nèi)容。其中鋼板彈簧是懸架系統(tǒng)的主要元件，對車輛的平順性起重要作用。本文同時考慮主、副簧變形的情況下，對主、副簧曲率半徑進(jìn)行了理論計算和試驗分析。本文所提供的計算方法與試驗結(jié)果基本吻合。使其理論更完善，設(shè)計應(yīng)用更方便。關(guān)鍵詞：后懸架 鋼板彈簧 設(shè)計 3ABSTRACTThis paper involves the whole process of design and drawing of autor rear suspension and its main parts.And also makes the introductions of the suspension , armor plate spring ,etc.in details. It includes struction analysis, play selection ,leaf spring design and coast analysis. Leaf spring is very important for suspension ,it plays an important role in improving ride comfort .Taking main and auxiliary leaf spring in account simultaneously the theoretical calculation and experimental study of currature radii for leaf spring are carried out the results calculated by authors’ method and basically agreed with the experimented ones .The achievement enables the conesponding theory to be more perfect and its applications in designing more convenient.Keywords: rear suspension , armor plate spring , design 41 緒 論懸架是現(xiàn)代汽車的重要總成，它把車架（或車身）與車軸（或車輪）彈性的連接起來，不僅承受和傳遞路面作用于汽車的力和力矩并產(chǎn)生位移，而且衰減路面對汽車的振動和沖擊等，從而保證汽車平穩(wěn)的行駛，貨車底盤掛車橋懸架系統(tǒng)的設(shè)計力求滿足貨車的行駛平順性，行駛安全性及操縱穩(wěn)定性等方面的要求。二 懸架系統(tǒng)設(shè)計的基本原則及要求由于汽車懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及布置形式對汽車的各項使用性能有著舉足輕重的影響，因此，對每一位從事汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)人員而言，掌握和了解懸架系統(tǒng)的基本功能和要求是十分重要的（1）. 盡可能降低懸架固有振動頻率 只有降低車身固有振動頻率才能緩和路面不平度對汽車的振動和沖擊，使汽車能以盡可能高的平均速度行駛，從而滿足汽車在各種道路狀 和載荷下都有良好的行駛平順性。 (2）．提高橫向穩(wěn)定性提高橫向穩(wěn)定性，即盡可能保證車身處于水平位置。這就要求懸架系統(tǒng)有適當(dāng)?shù)膫?cè)向角鋼度，使汽車轉(zhuǎn)彎時車身側(cè)傾角不致太大，同時也要求懸架系統(tǒng)有適當(dāng)?shù)目v向角 度，使汽車制動和加速時車身的俯仰角不致過大。(3)．提高操縱穩(wěn)定性提高操縱穩(wěn)定性就是要保證汽車具有良好的控制行駛方向的能力。即汽車在急轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)向特性不出現(xiàn)激轉(zhuǎn)（從不足轉(zhuǎn)向變?yōu)檫^多轉(zhuǎn)向），在直線行駛時不發(fā)生擺頭和跑 (4).足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠?由于懸架系統(tǒng)承受和傳遞著路面作用于汽車的一切力和力矩，所以足夠的懸架強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠仁潜仨毜谋ＷC的。懸架系統(tǒng)的這些設(shè)計原則和要求中，有的是相互矛盾的在設(shè)計時必須相互兼顧，充分考慮，并根據(jù)汽車的要求有所側(cè)重。(5).有良好的隔聲能力。(6)．結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間尺寸要小為了滿足汽車具有良好的行駛平順性，要求由簧上質(zhì)量與彈性元件組成的振動系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)在合適的頻段，并盡可能的低。前后懸架固有頻率的匹配應(yīng)合理。汽車在不平的路面上行駛，由于懸架的彈性作用，使汽車產(chǎn)生垂直振動，為了迅速衰減這種振動很抑制車身，車輪的共振，減小車輪的振幅，懸架應(yīng)裝有減振器，并使之有合適的阻尼，利用減振器的阻尼，使汽車的振動振幅連續(xù)減小，直至振動停止。6第2章 懸架結(jié)構(gòu)形式的分析2.1 獨立懸架和非獨立懸架懸架可分為非獨立懸架和獨立懸架。非獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點是左，右車輪用一根剛體軸連接，在經(jīng)過懸架與（或車身）連接。獨立懸架的特點是左，右車輪通過各自的懸架與車架（或車身）連接。獨立懸架和非獨立懸架特點的比較：2.1.1.非獨立懸架：以縱置鋼板彈簧為彈性元件兼作導(dǎo)向裝置的非獨立懸架，其主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，維修方便，工作可靠。缺點是由于整車布置上的限制，鋼板彈簧不可能有足夠的長度，使之剛度較大所以汽車平順性較差，簧下質(zhì)量大；在不平路面上行駛時，左右車輪相互影響，并使車軸和車身傾斜當(dāng)汽車直線行駛在凹凸不平的路面上時，由于左右兩側(cè)車輪反向跳動或只有一側(cè)車輪跳動時，會產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性。汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，離心力也會產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性。車軸上方要求有與彈簧行程相適應(yīng)的空間。2.1.2．獨立懸架：獨立懸架的優(yōu)點是：簧下質(zhì)量??；懸架占用的空間?。粡椥栽怀惺艽怪绷Γ钥梢杂脛偠刃〉膹椈?，使車身的震動頻率降低，改善了汽車的行駛平順性。由于有可能降低發(fā)動機(jī)的位置高度，使整車的質(zhì)心高度下降，又改善了汽車的行駛穩(wěn)定性；左右車輪各自獨立運(yùn)動互不影響，可減少車身的傾斜和振動，同時能在起伏的路面上能得到良好的地面附著能力。獨立懸架的結(jié)構(gòu)缺7點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維修困難。這種懸架主要用于轎車和部分輕型貨車，客車及越野車上。 [6]2.2 獨立懸架結(jié)構(gòu)形式的分析獨立懸架又分為雙橫臂式，單橫臂式，單縱臂式，單斜臂式，麥弗遜式和轉(zhuǎn)梁隨動臂式.等幾種。對于不同結(jié)構(gòu)形式的獨立懸架，不僅結(jié)構(gòu)特點不同，而且許多基本特性也有較大的區(qū)別。評價時從以下幾個方面進(jìn)行。2.2.1 側(cè)傾中心高度 汽車在側(cè)向力作用下，車身在通過左，右車輪中心的橫向垂直平面內(nèi)發(fā)生側(cè)傾時，相對于地面的瞬時轉(zhuǎn)動中心稱之為側(cè)傾中心。側(cè)傾中心到地面的距離稱為側(cè)傾中心高度。側(cè)傾中心位置高，它到車身質(zhì)心的距離縮短，可使側(cè)傾力臂及側(cè)傾力矩小些，車身的側(cè)傾角也會減小。但側(cè)傾中心過高，會使車身傾斜時輪距變大，加速了輪胎的磨損。2.2.2 車輪定位參數(shù)的變化 車輪相對車身上下跳動時，主銷內(nèi)傾角，主銷后傾角，車輪外傾角及車輪前束等定位參數(shù)會發(fā)生變化。若主銷后傾角變大，容易使轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生擺振。若車輪外傾角變化大，會影響汽車直線行駛穩(wěn)定性，同時也會影響輪距的變化輪胎的磨損速度。2.2.3 懸架側(cè)傾角剛度 當(dāng)汽車作穩(wěn)態(tài)圓周行使時，在側(cè)向力的作用下，車廂繞側(cè)傾軸線轉(zhuǎn)動，并將此轉(zhuǎn)動的角度稱之為車廂側(cè)傾角。車廂側(cè)傾角與側(cè)傾力矩和懸架總的側(cè)傾角剛度大小有關(guān)并影響汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性。2.2.4 橫向剛度 懸架的橫向剛度影響操縱穩(wěn)定性。若用于轉(zhuǎn)向軸上的懸架橫向剛度小，則容易造成轉(zhuǎn)向輪發(fā)生擺振現(xiàn)象。不同形式的懸架占用的空間尺寸不同，占用橫向尺寸大的懸架影響發(fā)動機(jī)的布置和從車上拆裝發(fā)動機(jī)的困難程度；占用高度空間小的懸架，則允許行李箱寬敞，而且底部平整，布置油箱容易。因此，懸架占用的空間尺寸也用來作為評價指標(biāo)之一。2.3 前、后懸架方案的選擇目前汽車的前、后懸架采用的方案有：前輪和后輪均采用非獨立懸架；前輪采用獨立懸架，后輪采用非獨立懸架；前輪和后輪均采用獨立懸架等幾種。前，后懸架均采用縱置鋼板彈簧懸架的汽車轉(zhuǎn)向行駛時，內(nèi)側(cè)懸架處于減載，而外側(cè)懸架處于加載狀態(tài)，于是內(nèi)側(cè)懸架受拉伸，外側(cè)懸架受壓縮，結(jié)果8與車身固定連接的車軸的軸線相對汽車縱向中心線偏轉(zhuǎn)一個角度 ?。對前軸這種偏轉(zhuǎn)使汽車的不足轉(zhuǎn)向趨勢增加。對后橋，則增加了汽車的過多轉(zhuǎn)向趨勢。轎車將后懸架縱置鋼板彈簧的前部吊耳位置布置的比后邊吊耳低，于是懸架的瞬時運(yùn)動中心位置降低。結(jié)果后橋的軸線的偏離不再使汽車有過多轉(zhuǎn)向的趨勢。另外，前懸架的采用縱置鋼板彈簧非獨立懸架時，因前輪容易發(fā)生擺振現(xiàn)象，不能保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性，所以轎車的前懸架多采用獨立式懸架。發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的中高級及其以下級別的轎車，常采用麥弗遜式前懸架和扭轉(zhuǎn)梁隨動式后懸架。轎車后懸架采用縱置式鋼板彈簧非獨立懸架，而前懸架采用雙橫臂式獨立懸架時能夠通過將上橫臂支承銷軸線在縱向垂直平面上的投影設(shè)計成前后低伏，使懸架的縱向運(yùn)動瞬心位于有利于減少制動前俯角處，使制動時車身縱傾減少，保持車身有良好的穩(wěn)定性能。 93 方案的選擇與論證3.1 方案的選擇由于中型載重汽車對車輛的舒適性要求不是很高， 根據(jù)以上對獨立懸架和非獨立懸架的特點比較，并結(jié)合國內(nèi)外資料選擇貨車懸架系統(tǒng)為帶副簧的縱置鋼板彈簧非獨立懸架。3.2 方案的論證3.2.1.工作原理：主鋼板彈簧和副鋼板彈簧疊和而成，從受力情況而言，主、副簧是并聯(lián)的。當(dāng)汽車空載或?qū)嶋H裝載質(zhì)量不大時，副簧不承受載荷而由主簧單獨單獨工作。在重載或滿載情況下，車架相對車橋下移，使車架上的副簧滑板式支座與副簧接觸，即主、副簧共同參加工作，一起承受載荷而使懸架的剛度增大，以保證車身振動頻率不致因載荷增大而變化過大。3.2.2.優(yōu)點：采用鋼板彈簧作為彈性元件，由于彈簧有足夠的剛性使車橋適當(dāng)定位，所以不需用導(dǎo)向裝置；鋼板之間的摩擦可以控制彈簧自身的振蕩；適用于重載，壽命長；工作可靠，制造簡單，保養(yǎng)維修容易3.2.3 缺點：鋼板彈簧由于各片之間的摩擦，很難吸收來自路面的微小振顫；雖然，這種結(jié)構(gòu)形式的懸架剛度是可變化的，但變化的很突然，對汽車的行駛平穩(wěn)性不利。3.3．方案制定 一）后懸架的靜撓度、動撓度的選擇3.3.1 靜撓度汽車滿載靜止時懸架上的載荷 Fw 與此時懸架剛度 c 之比，即 fc=Fw/c。 3.3.2 動撓度10指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形（通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的 1/2 或 2/3）時，車輪中心相對車回（或車身）的垂直位移 3.3.3 懸架系統(tǒng)的固有頻率1n= ?2/1mc （3-1） 2n= 2/mc/ ? （3-2）當(dāng)采用彈性特性為線性變化的懸架時，前、后懸架的靜撓度可用下式表示fc1=m1g/c1 fc2=m2g/c2 式中，g 為重力加速度（g=981cm/s2）。 11/5cfn?22/5cfn? （3-3）3.4 貨車后懸的主、副簧的剛度匹配使副簧開始起作用時的懸架撓度 fa 等于汽車空載時懸架的撓度 f0，而使副簧開始起作用前一瞬間的撓度 fK 等于滿載時懸架的撓度 fc 。副簧、主簧的剛度比為 1/??maCWF0?? （3-4） 使副簧開始起作用時的載荷等于空載與滿載時懸架載荷的平均值，即FK=0.5（F0+FW ），并使 F0 和 FK 間平均載荷對應(yīng)的頻率與 FK 和 FW 間平均載荷對應(yīng)的頻率相等，此時副簧與主簧的剛度比為 ca/cm=（2 λ -2）（ λ +3） 3.5 彈性元件的計算 3.5.1 、鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 (1) 滿載弧高 滿載弧同 fa 是指鋼板彈簧裝到車軸（橋）上，汽車滿載時鋼板彈簧主片上表面與兩端（不包括卷耳半徑）連線間的最大高度差 fa 用來保證汽車具有給定的高度 當(dāng) fa=0 時，鋼板彈簧在對稱位置上工作 ，為了在車架高度已限定時能得到足夠的支撓度值，常 fa=10~20mm(2) 鋼板彈簧長度 L 的確定貨車:后懸架：L=（0.35~0.45 ）軸距。11(3) 鋼板斷面尺寸及片數(shù)的確定有關(guān)鋼板彈簧 的剛度、強(qiáng)度等，可按等截面簡支梁的計算公式計算，但需引入撓度增大系數(shù) δ 加以修正。因此，可根據(jù)修正后的簡支梁公式計算鋼板彈簧所需要的總慣性矩 J0。對于對稱鋼板彈簧 J0=[（K -ks）3c δ ]/48E鋼板彈簧總截面系數(shù) W0 用下式計算W0≥[FW（L-ks ）]/4[ σ W] （3-5）式中，[ σ W]為許用彎曲應(yīng)力。對于 55SiMnVB 或 60Si2Mn 等材料，表面經(jīng)噴丸處理后，推薦[ σ W]在下列范圍內(nèi)選取；前彈簧和平衡懸架彈簧為 350-450N/mm2；后副簧為 220-250N/mm2。鋼板彈簧平均厚度 hpph= 0J/W= cWEfKsL6][)(2???（3-6）矩形斷面等厚鋼板彈簧的總慣性矩 J0 用下式計算J0=nbh3/12 式中，n 為鋼板彈簧片數(shù)。3.5.2 、鋼板彈簧各片長度的確定 將各片厚度 hi 的立方值 hi3 按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪制在圖上沿橫坐標(biāo)量出主片長度的一半 L/2 和 U 形螺栓中心距的一半 s/2，得到A、B 兩點，連接 A、B 即得到三角形的鋼板彈簧展開圖。AB 線與各葉片上側(cè)邊的交點即為各片長度，如果存在與主片等長的重疊片，就從 B 點到最后一個重疊片的上側(cè)邊端點一直線，此直線與各片上側(cè)邊的交點即為各片長度。各片實際長度尺寸需經(jīng)圓整后確定。3、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算鋼板彈簧各片裝配后，在預(yù)壓縮和 U 形螺栓夾緊前，其主片上表面與兩端（不包括卷耳孔半徑）連線間的最大高度差（如上圖），稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 H0，用下式計算12H0=（f c+fa+△ f） 式中，fc 為靜撓度；fa 為滿載弧高；△ f 為鋼板彈簧總成用 U 形螺栓夾緊后引起的弧高變化2))(3Lfsfca????（3-7） 矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定Ri=R0/[1+(2σ 0iR0)/Ehi] 式中，Ri 為第 i 片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm ）；R 0 為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）； σ 0i 為各片彈簧的預(yù)應(yīng)力（N/mm2）；E為材料彈性模量（N/mm2），取 E=2.1×105N/mm2；hi 為第 i 片的彈簧厚度（mm）。13第 4 章 縱置鋼板彈簧非獨立懸架的整體設(shè)計4.1 設(shè)計原始數(shù)據(jù)4.1.1 設(shè)計原則 要具有生產(chǎn)上的可能性，技術(shù)上的先進(jìn)性，經(jīng)濟(jì)上的合理性，懸架系統(tǒng)要性能良好，能保證汽車有良好的行駛平順性，具有合適的衰減振動能力，保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性，并且結(jié)構(gòu)緊湊，占用的空間尺寸小，有足夠的強(qiáng)度和壽命。4.1.2 設(shè)計的主要數(shù)據(jù)載質(zhì)量：6000kg整備量：5000kg空車時：前軸負(fù)荷：2500kg 后軸負(fù)荷：2500kg滿載時：前軸負(fù)荷：3350kg 后軸負(fù)荷：7650kg尺 寸：總 長：6740 總 寬：2470軸 距：3900 前 輪 距 ：1900后 輪 距：1800 4.2 懸架主要參數(shù)的確定4.2.1 懸架的靜撓度 cf懸架的靜擾度 是指汽車滿載靜止時懸架上的載荷 fc與此時懸架剛度 c 之比，即cFfwc/? （4—1）貨車的懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性的主要參數(shù)之一。因汽車的質(zhì)量分配系數(shù)近似等于 1，因此貨車車軸上方車身兩點的振動不存在聯(lián)系。貨車的車身的固有頻率 n,可用下式來表示：14n= ?2/mc （4—2）式中，c 為懸架的剛度（N/m）,m 為懸架的簧上質(zhì)量（kg）又靜撓度可表示為： cgfc/?（4—3）g：重力加速度（9.8N/kg）,代入上式得到：n=5/ cf （4—4）n: hzcf: cm分析上式可知：懸架的靜撓度直接影響車身的振動頻率，因此欲保證汽車有良好的行駛平順性，就必須正確選擇懸架的靜撓度。又因為不同的汽車對平順性的要求不相同，貨車的后懸架要求在1.70~2.17hz 之間，因為貨車主要依載貨為主，所以選取頻率為：1.9hz.。將其代入（3—4）式，得： cf=6.9cm4.2.2 懸架的動撓度df懸架的動撓度是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)容許的最大變形時，車論中心相對車架的垂直位移。通常貨車的動撓度的選擇范圍在 6~9cm.。所以選擇： cmfd0.8?4.2.3 懸架的彈性特性架受到的垂直外力 F 與由此所引起的車輪中心相對于車身的位移 f 的關(guān)系曲線稱為懸架的彈性特性。15懸架的彈性特性有線性彈性特性和非線性彈性特性兩種。由于貨車在空載和滿載時簧上質(zhì)量變化大，為了減少振動頻率和車身高度的變化，因此選用剛度可變的非線性懸架。 [6]4.2.4 懸架主，副簧剛度的分配如何確定副簧開始參加工作的載荷 KF和主，副簧之間剛度的分配，受懸架的彈性特性和主，副簧上載荷分配的影響，原則上要求車身從空載到滿載時的振動頻率變化要小，以保證汽車有良好的平順性，還要求副簧參加工作前后的懸架振動頻率不大。這兩項要求不能同時滿足。具體有兩種方法來確定。方法一：使副簧開始起作用時的懸架撓度 af等于汽車空載時懸架的撓度 0f，而使副簧開始起作用前一瞬間的撓度 kf等于滿載時懸架的撓度 cf。于是可求KF= W0式中 WF和0分別為空載和滿載時的懸架的載荷。副簧，主簧的剛度之比為：1/???mac 0/Fw?式中， ac為副簧的剛度， 為主簧的剛度。16方法二：使副簧開始起作用時的載荷等于空載與滿載懸架載荷的平均值，即)(5.0WKF??并使 WF和0間的平均載荷對應(yīng)的頻率與 w和 K間的平均載荷對應(yīng)的頻率相等，此時副簧和主簧的剛度比為：mac/=（2 ?-2）/（ )3?用方法一確定的主，副簧比值，能保證在空，滿載使用的范圍內(nèi)懸架振動的頻率變化不大，但副簧接觸拖架前后的振動頻率變較大。而用方法二確定的主，副簧比值能保證副簧起作用前，后懸架振動頻率變化不大，對于經(jīng)常處于半載運(yùn)輸狀態(tài)的車輛，用此法比較合適。比較兩種方法知，由于貨經(jīng)常處于滿載狀態(tài)，所以用第一方法比較適合。下面將進(jìn)行具體計算。滿載時單個鋼板彈簧簧上質(zhì)量'WF=7650/2-100-80=3645kg滿載時 ： 'wFa?? 式中 Fa 為副簧簧上質(zhì)量，F(xiàn)w 為主簧簧上質(zhì)量。由公式 3—2 計算主簧的剛度,其中 n=1.8hz , m=3645kg,代入公式可得：C=519474.8N/m又 86.3)5012/50(64/'' ???Fow?mac= ?=0.97有上面的二式，可聯(lián)立方程組： Na /0.4657??（1）mc/=0.97 （2）由（1），（2）兩式可得：ac=255182N/m , mc=264405.7N/m副簧起作用后，近似認(rèn)為變形相同，從副簧開始起作用到滿載的變形為 f.。''FwoR?=2002.4kg又：amRWfC?'，得：f = )/()(' m?17= mNkg/0.465789)23(??= 0.031mCfFaa /6.293.??=7929.2'Wmc??=3645kg kg8? N8.2791??主簧 ： cf= = 4.23679=0.1051m副簧 ： caf= CF= mN/.8=0.031m4.2.5 懸架側(cè)傾角剛度懸架側(cè)傾角剛度指簧上質(zhì)量產(chǎn)生單位側(cè)傾角時懸架給車身的彈性恢復(fù)力矩。它對簧上質(zhì)量的側(cè)傾角有影響。側(cè)傾角過大或過小都不好。乘坐側(cè)傾角剛度過小而側(cè)傾角過大的汽車，乘員缺乏舒適感和安全感。側(cè)傾角過大而側(cè)傾角過小的汽車又缺乏汽車發(fā)生側(cè)翻的感覺，同時使輪胎的側(cè)偏角增大。要求在側(cè)向慣性力矩等于 0.4 倍車重時，貨車的側(cè)傾角不超過 07~6。 [1]4.3 彈性元件的設(shè)計4.3.1 鋼板彈簧設(shè)計的一般宗旨設(shè)計鋼板彈簧的時，下述計算鋼板彈簧的簡化方法，能保證有較高的準(zhǔn)確性，并縮短計算時間。鋼板彈簧的計算過程，可合理的分為兩個階段，第一階段為設(shè)計計算，用于確定必要的幾何尺寸；第二階段為驗算，為使最重要的參數(shù)更為精確。 根據(jù)前面所述，選擇貨車懸架系統(tǒng)為帶副簧的縱置鋼板彈簧非獨立懸架。所以彈性元件的設(shè)計主要是對鋼板彈簧的設(shè)計。設(shè)計鋼板彈簧時應(yīng)保證它制造簡單，有最小的質(zhì)量，裝配方便以及它的所有元件應(yīng)有必要的壽命。在某些情況下，可由鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)來保證懸架有抗“點頭”及“后坐”的性能，以及提高汽車的行駛穩(wěn)定性。除此之外，鋼板彈簧的設(shè)計應(yīng)滿足國產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。4.3.2 鋼板彈簧得布置方案的的選擇鋼板彈簧在汽車的布置有縱置或橫置。后者主要傳遞縱向力，要加導(dǎo)向傳力裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量加大，所以主要在少數(shù)輕。微型車上用。縱置鋼板彈簧能傳遞各種力和力矩，并且結(jié)構(gòu)簡單，在車上應(yīng)用較廣泛。18縱置鋼板彈簧又分為對稱式和不對稱式。鋼板彈簧中部在車軸上的固定中心至鋼板彈簧兩端卷耳中心的距離相等，則為對稱式鋼板彈簧。不相等為不對稱式鋼板彈簧。綜上所述，并結(jié)合國內(nèi)外的資料可選定半掛車鋼板彈簧的布置形式為對稱縱置式鋼板彈簧。 [7]4.3.3 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定已知滿載靜止時半掛車負(fù)荷 1G=7650kg。簧下部分荷重 kgGu5.17?，由此可計算出單個鋼板彈簧的載荷： Fuw 3642/)5.760(2/)(11 ????。由前面選定的參數(shù)知： cf=6.9 cmfd.8 1.滿載弧高 ： mfa15?2.鋼板彈簧長度 L 的確定：（1）.選擇原則：鋼板彈簧長度是彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離。增加鋼板彈簧的能顯著降低彈簧的應(yīng)力，提高使用壽命，降低彈簧剛度，改善汽車的平順性；在垂直剛度給定的條件下，又能明顯增加鋼板彈簧的縱向力角剛度。鋼板彈簧的縱向角是指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向力矩值。增大鋼板彈簧的縱向力角的同時，能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧的變形。因此選擇時應(yīng)該在總布置可能的條件下盡量將鋼板彈簧取長些。轎車 L=(0.40~0.55)軸距；貨車前懸架：L=(0.26~0.35)軸距，后懸架：L=(0.35~0.45)軸距。（2）.鋼板彈簧長度的初步選定：根據(jù)經(jīng)驗公式 L = 0.35?軸距，并結(jié)合國內(nèi)外半掛車資料，初步選定主簧主片的長度為 m?1365mm , 副簧主片的長度為 ?aL1120mm.3.鋼板彈簧斷面尺寸的確定：（1）.鋼板彈簧斷面寬度 b 的確定：有關(guān)鋼板彈簧的剛度，強(qiáng)度可按等截面的簡支梁計算，引入撓度增大系數(shù)?加以修正。因此，可根據(jù)修正后的簡支梁公式計算鋼板彈簧所需的總慣性距0J。對于對稱式鋼板彈簧19??EcksLJ48/)(30???式中： S——U 形螺栓中心距（mm）k——U 形螺栓夾緊(剛性夾緊，k 取 0.5)；c——鋼板彈簧垂直剛度（N/mm）,c= cWfF/;?——為撓度增大系數(shù)。撓度增大系數(shù) 的確定：先確定與主片等長的重疊片數(shù) 1n，再估計一個總片數(shù) 0n，求得 01/n??，然后 ?=1.5/??)5.01(4.??，初定 ?。對于主簧：L=1365mm K=0.5 S=140mm 1n=2 0=1112???=1.5/??)5.0(4.??=1.5/ ????????)125.0(4.1=1.32E=2.06 1?N/ 4m將上述數(shù)據(jù)代入公式： EcksLJ8/)(30???，得=67887.6 4m計算主簧總截面系數(shù) 0W：???WWKSLF?/)(??式中 ??w?為許用彎曲應(yīng)力。 ?w?的選?。汉笾骰蔀?450～550N/ 2m，后副簧為220～250 N/ 2m。wF=27791.8NL=1365mm k=0.5 20S=140mm ??w?=500 N/ 2m.將上面數(shù)據(jù)代入 0W???WKSLF?4/)(??，得：0=17994 3m再計算主簧平均厚度： ??cwpEfksLJh6)(/220????=7.55mm有了 ph以后，再選鋼板彈簧的片寬 b。增大片寬能增加卷耳的強(qiáng)度，但當(dāng)車身受側(cè)向力作用傾斜時，彈簧的扭曲應(yīng)力增大。前懸架用寬的彈簧片，會影響轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角。片寬選取過窄，又得增加片數(shù)，從而增加了片間的摩擦和彈簧的厚度。推薦片寬和片厚的比值在 6~10 范圍內(nèi)選取。b = 90mm對于副簧：L=1120mmk=0.5S=140mm1?n80?357.1)8.01(4./5???????????E= 2/06.2mN?將上述數(shù)據(jù)代入公式： ??EcksLJ48/)(30??，得0J=37500 4計算副簧總截面系數(shù) 0W：???WWKSLF?4/)(??wF=7929.2NL=1120mm 21k=0.5 S=140 ??w?=220 N/ 2m.將上面數(shù)據(jù)代入 0W???WKSLF?4/)(??，得：0=9460 3m再計算副簧平均厚度： ??cwpEfksLJh6)(/220????=3.96mmb = 89.741?=90mm（2）鋼板彈簧片厚 h 的選取:矩形斷面等厚的鋼板彈簧的總慣性矩 0J用下式計算。 12/3nbh?式中 n 為鋼板彈簧的片數(shù)。由 12/30bhJ?，可知，改變片數(shù) n,片寬 b 和片厚 h,都會影響到鋼板彈簧垂直剛度 c 的變化，也就是會影響汽車平順性的變化。其中片厚 h 的變化對鋼 板彈簧總慣性矩的影響最大。增加片厚 h,可以減少片數(shù) n.。鋼板彈簧各片厚度可能有相同和不同兩種情況，希望盡可能采用前者。但因為主片工作條件惡劣，為了加強(qiáng)主片及卷耳，也常將主片加厚，其余各片厚度稍薄。此時要求一副鋼板彈簧的厚度不宜超過三組。為使各片壽命接近又要求最厚片與最薄片厚度之比應(yīng)小于 1.5。 最后，鋼板截面尺寸 b 和 h 應(yīng)符合國產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。 [6]（3）鋼板斷截面形狀的選擇：圖 4-322矩形斷面鋼板彈簧的中性軸，在鋼板彈簧的對稱位置。工作時一面受拉應(yīng)力，另一面受壓應(yīng)力作用。而且上下表面的名義拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的絕對值相等。因材料的抗拉能力低于抗壓能力，所以在受拉應(yīng)力作用的一面首先產(chǎn)生疲勞斷裂。除矩形斷面以外的其他斷面形狀的葉片，其中性軸均上移，使受拉應(yīng)力作用的一面的拉應(yīng)力的一面的拉應(yīng)力絕對值減少，而受壓應(yīng)力作用的一面的壓應(yīng)力絕對值增大，從而改善了應(yīng)力的斷面上的分布狀況，提高了鋼板彈簧的疲勞強(qiáng)度和節(jié)約近 10%的材料。由于矩形截面鑄造簡單，強(qiáng)度好。選擇矩形截面。（4）.鋼板彈簧片數(shù)的選擇：片數(shù) n 少些有利于制造和裝配，并可以降低片與片之間的干摩擦，改善汽車的行駛平順性。但片數(shù)少了將使鋼板彈簧與等強(qiáng)度梁的差別增大，材料的利用率變壞。多數(shù)鋼板彈簧一般片數(shù)在 6~14 片之間選取，重型貨車可達(dá) 20 片。用變截面少片彈簧時，片數(shù)在 1~4 選取。根據(jù)貨車的載荷并結(jié)合國內(nèi)外資料初步選取拌掛車主簧的片數(shù)為 11 片，副簧的片數(shù)為 8 片。 [1]4.3.4 鋼板彈簧各片長度的確定片厚不變而寬度連續(xù)變化的單片鋼板彈簧是等強(qiáng)度梁，形狀為菱形。將由兩個三角形鋼板組成的鋼板彈簧分割成寬度相等的若干片。然后按長度大小不同依次排列，疊放到一起，就形成接近使用價值的鋼板彈簧。實際上鋼板彈簧不可能為三角形。因為為了將鋼板彈簧中部固定在車軸或車橋上和使兩卷耳處能可靠的傳遞力，必須使他們有一定的寬度，但長度不同。鋼板彈簧各片長度就是基于實際鋼板各片展開圖接近梯形梁的形狀這原則來作圖的。首先假設(shè)各片厚度不同，則具體進(jìn)行步驟如下：23先將各片的厚度 ih的立方值3i按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪制在圖上，再沿橫坐標(biāo)量出主片長度的一半 L/2 和 U 型螺栓中心距的一半 s/2，得到 A,B 兩點，連接 A，B 兩點就得到三角形的鋼板彈簧展開圖。AB 線與各片上側(cè)邊的交點即為各片的長度。如果存在與主片等長的重疊片，就從 B 點到最后一個重疊片的上側(cè)邊斷點連一直線，此直線與各片上側(cè)邊的交點即為各片長度。各片實，際長度尺寸需經(jīng)圓整后確定。主簧各片鋼板的長度如表 4-1：表 4-1 主簧各片鋼板的長度 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11長度（mm）1365 1365 1232 1108 992 860 744 612 496 364 248表 4-2 副簧各片鋼板的長度序號 1 2 3 4 5 6 7 8長度（mm）1120 995 871 746 622 497 373 2484.3.5 鋼板彈簧剛度的驗算在此之前，有關(guān)撓度增大系數(shù) ?，總慣性矩 0J，片長和葉片端部的形狀都不夠準(zhǔn)確，所以有必要驗算剛度。用共同曲率法計算剛度的前提是，假定同一截面上的各片曲率半徑變化值相等，各片所承受的彎矩正比于其慣性矩，同時該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩正比于其慣性矩，同時該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩。剛度的驗算的公式為：C=???????????ni KkYaE113)(/6?。其中， )(11????kkla ； ?kiKJY1/； ??1/kiKJ。式中，為經(jīng)驗休整系數(shù)，0.90~0.94，E 為材料彈性模量； ,1l 1?k為主片和第（k+1）片的一般長度。24公式 C=???????????ni KkYaE113)(/6?中主片的一半 1l，如果用中心螺栓到卷耳中心間的距離代入，求的剛度值是鋼板彈簧總成自由剛度 jc；如果用有效長度，即)5.0(1' ksl?代入上式，求得的剛度值是鋼板彈簧總成的夾緊剛度 zc。（1）主簧剛度的驗算：K 1 2 3 4 5 6 7 8 91?ka=?l77.5 152.5 222.5 302.5 372.5 452.5 522.5 602.5 672.5由公式??kiKJY1/，得：410.?? 5210.???Y 53104.???Y542 50.?6 73.??Y81 59.?510?69.???Y將上述數(shù)據(jù)代入公式 C=??????????ni KkYaE113)(/?，得總成自由剛度 jC：jC =654.968N/mm如果用有效長度，即 ksl5.01'??，代入到公式=??????????ni KkYaE113)(/6?所求得的是鋼板彈簧總成的夾緊剛度 zzC=683.4N/mm（2）副簧剛度的驗算：k 1 2 3 4 5 6 71?a= ??kl75 150 225 300 375 450 525由公式??iiKJY1''/，得：255'1034.???Y5'31026.???Y5'41067.???Y5'5034.???Y5'610.?'79'8??Y將上述數(shù)據(jù)代入公式 C=??????????ni KkaE113)(/?，得總成自由剛度'jC：'jC=1520.88N/mm如果用有效長度，即 ksl5.01'??，代入到公式=??????????ni KkYaE113)(/6?所求得的是鋼板彈簧總成的夾緊剛度'z'zC=1530.4N/mm4.3.6 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算（1）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 0H鋼板彈簧各片裝配后，在預(yù)壓緊和 U 型螺栓夾緊前，其主片上表面與兩端（不包括卷耳空半徑）連線間的最大高度差。稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 0H，用下式計算：)(0ffHac???式中， cf為靜撓度； af為滿載弧高； 為鋼板彈簧總成用 U 型螺栓 夾緊后引起的弧高變化， 2))(3LfSsca??；S 為 U 型螺栓的中心距。 L 為鋼板彈簧主片長度。下面分別計算主簧和副簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 0H：主簧：由公式 11/5cfn?，得：cmfc7.8.152???????mfa.2))(3LfSsca???=140(3×1365-140)(77+15)/2×1365×1365=13.7mm則 10ffHac??=77+15+13.7=105.7mm26副簧： 2))(3LfSsfca????=140(3×1120-140)(77+15)/2×1120×1120=16.5mm0fHac?=77+10+13.07=103.5mm（2）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑的確定：主簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑： 0208/HLR?=2203mm.副簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑：'''=1514mm.（3）鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定因鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下的和裝配后曲率半徑不同。裝配后各片產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑 iR。各片自由狀態(tài)下做成不同的曲率半徑的目的是為了使各片厚度相同的鋼板彈簧裝配后能很好地貼在一起。減少主片的工作應(yīng)力。使各片的壽命接近。矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定??iii EhRR/)2(1/00???式中， iR為第 I 片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm），為 鋼 板 彈 簧 總 成0在自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）為 各 片 鋼 板 彈 簧 預(yù) 應(yīng) 力i?（N/ 2m）；E 為材料的彈性模量 N/ 2m，取 E 為51.2?N/ 2； 為 第ihi 片的彈簧厚度（mm）。在已知鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下的曲率半徑 的 條 件 下 ， 可 以 用 式和 各 片 彈 簧 的 預(yù) 應(yīng) 力 iR00?27??iii EhRR/)2(1/00???計算出各片鋼板彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑的 時 ， 要。 選 取 各 片 彈 簧 預(yù) 應(yīng) 力求做到：裝配前各彈簧片間間隙相差不大，且裝配后各片能很好的貼在一起；為保證主片及與其相鄰的長片有足夠的使用壽命，應(yīng)適當(dāng)降低主片及與其相鄰的長片的應(yīng)力。為此，選取各片應(yīng)力時，可分下列兩種情況：對于片厚相同的鋼板彈簧，各片彈簧的預(yù)應(yīng)力值應(yīng)不宜選取過大；對于片厚不同的鋼板彈簧，厚片彈簧的預(yù)應(yīng)力可選取大些。推薦主片在根部的工作應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力疊和后的合成應(yīng)力應(yīng)在300~350N/ 2m內(nèi)選取。1~4片長片疊加負(fù)的預(yù)應(yīng)力，短片疊加正的預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力從長片由負(fù)值逐漸遞增為正值。在確定各片預(yù)應(yīng)力時，理論上應(yīng)滿足各片彈簧在根部處的預(yù)應(yīng)力所造成的彎矩 之 代 數(shù) 和 等 于 零 ， 即iM：01??niiM或 10?iniW?下面分別計算主簧和副簧的各片在自由狀態(tài)下曲率半徑的確定：主簧：表 4-3 各片的預(yù)應(yīng)力 i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11i0?-80 -80 -60 -40 -10 10 30 45 55 65 65mR3.2710?E= 510.2? N/ 2m ih=11mm然后用公式 ??iii EhR/)(/00??計算主簧各片在自由狀態(tài)下曲率半徑，結(jié)果見表 3.4：表 4-4 主簧各片在自由狀態(tài)下曲率半徑i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11iR(mm)4229 4229 3941 3689 3366 3181 3015 2901 2830 2762 2762副簧如表 3.5：28表 4-5 副簧各片的預(yù)應(yīng)力i 1 2 3 4 5 6 7 8i0?-80 -50 -20 10 20 30 40 50mR278'0?E= 510.2? N/ 2m 'ih=11mm然后用公式 ??iii EhR/)(1/00??計算副簧各片在自由狀態(tài)下曲率半徑，結(jié)果見表 3.6：表 4-6 副簧各片在自由狀態(tài)下曲率半徑i 1 2 3 4 5 6 7 8'iR(mm)2945 2654 2415 2215 2156 2100 2046 1995（4）.主簧總成和副簧總成各片在自由狀態(tài)下弧高的計算：如果第 i 片的片長為 iL，則第 i 片彈簧的弧高為：iiiRH8/2?主簧：將前面各片長度和曲率半徑代入上式，得主簧總成各片在自由狀態(tài)下弧高如表3.7：表 4-7 主簧總成各片在自由狀態(tài)下弧高 i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11iH(mm)79.98 79.98 70.4 60.8 53.5 42.5 33.6 23.6 15.9 8.8 4.0重復(fù)上面的過程，得副簧總成各片在自由狀態(tài)下弧高表 4-8 副簧總成各片在自由狀態(tài)下弧高i 1 2 3 4 5 6 7 8'iH(mm)77.4 67.8 57.0 45.7 32.6 21.4 12.3 5.6294.3.7 鋼板彈簧總成弧高的核算由于鋼板彈簧葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑 iR是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力 i0?后用式??iii EhRR/)2(1/00???計算，受其影響，裝配后鋼板彈簧總成的弧高與用式計 算 的 結(jié) 果 會 不 同 。8HL因此，需要核算鋼板彈簧的總成弧高。根據(jù)最小勢能原理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)是各片勢能總和最小狀態(tài)，由此可求得等厚葉片彈簧的 為 ：01/ 0R=???niniiL11/)(式中， 為 鋼 板 彈 簧iL第 i 片長度。鋼板彈簧的總成弧高為H 028/RL?上式計算的結(jié)果應(yīng)與 )(ffac???計算的結(jié)果相近。如果相差太多，可重新選擇各片預(yù)應(yīng)力再行核算。先對主簧的總成弧高核算將主簧各片的長度和曲率半徑代入公式：1/ 0R=???niniiL11/)(可得：m3270?然后再代入 H 028/RL?=71mm與原來估算的值比較發(fā)現(xiàn)相差不多。再對副簧的總成弧高核算將副簧各片的長度和曲率半徑代入公式：1/'0R=???niniiL1'''1/)(可得：'0=2278mm副簧總成弧高 H'02'8/RL?=68mm與原來估算的值比較發(fā)現(xiàn)相差亦不多。4.3.8 鋼板彈簧強(qiáng)度驗算當(dāng)貨車牽引車驅(qū)動時，貨車的鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的后半段出現(xiàn)的最大應(yīng)力 max?用下式計算 =????02112' )(/)(wlclG??+ 1'2/bhmG?30式中， 1G為作用在前輪上的垂直靜載荷，'2m為制動時后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)；轎車：'2m=1.25~1.30；貨車：'2=1.1~1.2； ?為道路附著系數(shù)；b 為鋼板彈簧片寬； 1h為鋼板彈簧主片厚度。此外，還應(yīng)當(dāng)驗算汽車通過不平路面時鋼板的強(qiáng)度。許用應(yīng)力 ???取為1000N/mm2。4.3.9 鋼板彈簧彈簧銷的強(qiáng)度的核算對鋼板彈簧銷要驗算鋼板彈簧受靜載荷時鋼板彈簧銷受到的擠壓應(yīng)力 bdFSz/??。其中 S為滿載靜止時鋼板彈簧端部的載荷，b 為卷耳處葉片寬；d 為鋼板彈簧直徑。 用 30 鋼或 40 鋼經(jīng)液體碳氮共滲處理時，彈簧銷許用擠壓應(yīng)力[ z]取為 3—4 N/mm2；用 20 鋼或 20Cr 鋼經(jīng)滲碳處理或用 45 鋼經(jīng)高頻淬火后，其[ ]≤7—9 N/mm 。 NkgNmGFS 3921./8.93645'2 ???bdz/?= ??2/.760mm4.3.10 鋼板彈簧的材料與技術(shù)條件鋼板彈簧多數(shù)情況下采用 55SiMnVB 鋼或 60Si2Mn 鋼制造。常采用表面噴丸處理工藝合減少表面脫碳層深度的措施來提高鋼板彈簧的壽命，表面噴丸處理有一般噴丸合應(yīng)力噴丸兩種，后者可使鋼板彈簧表面的殘余應(yīng)力比前者大很多。[6]