【正文】 速躍升為道路的 主角，很快將馬車淘汰出局。 1769 年法國(guó)炮兵工程師尼古拉斯 .古諾（ Nikolas Cyg） 把蒸汽機(jī)裝在一輛木制的三輪車上，制成了最早的機(jī)動(dòng)車。 其 主要用途是運(yùn)輸，亦即載送人和貨物或牽引載送人和貨物的車輛。 人類使用車輛已有 4000 多年的歷史。這也是最早的機(jī)動(dòng)交通工具，成為古代交通運(yùn)輸與近代交通運(yùn)輸?shù)姆炙畮X。 在 1900 年前后，裝備汽車的動(dòng)力機(jī)械主要有三種：蒸汽機(jī)、電動(dòng)機(jī)和汽油內(nèi)燃機(jī)。這樣汽車才成為主導(dǎo)的交通工具。 在人類生產(chǎn)力水平不斷提高的長(zhǎng)河中，汽車發(fā)展的短短一百多年的歷史中，出現(xiàn)了三次革命。這種單一的生產(chǎn)模式使得汽車生產(chǎn)成本昂貴，所以汽車只是富豪們的享受品。福特汽車公司生產(chǎn)出價(jià)廉物美的T型車，這是汽車走向大眾的起點(diǎn)。到 70 年代，日本一下子自成為世界上第二汽車生產(chǎn)大國(guó)。汽車發(fā)展到今天，已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單的交通運(yùn)輸工具，而且成為一種時(shí)尚。汽車界正在萌發(fā)一場(chǎng)新的革命，這次革命的核心還比較模糊。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都是熱能動(dòng)力裝置，或簡(jiǎn)稱熱機(jī)。底盤(pán)由下列部分組成： 傳動(dòng) 系統(tǒng)：將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)車輪。其功用是保證汽車能按駕駛員的意志而進(jìn)行轉(zhuǎn)向行駛，保證轉(zhuǎn)向輪之間具有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。車身結(jié)構(gòu)和設(shè)備還應(yīng)保證行車安全和減輕事故后果。其主要任務(wù)是傳遞作用在車輪和車架（或車身）之間的一切力和力矩，比如支撐力、制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力等；緩和由不 平路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖擊載荷，衰減由沖擊載荷引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，保證汽車的行駛平順性；保證車輪在路面不平和載荷變化時(shí)有理想的運(yùn)動(dòng)特性，保證汽車操縱穩(wěn)定性，使汽車獲得高速行駛能力。 由實(shí)踐得知，懸架對(duì)汽車的行駛平順性、 穩(wěn)定性、通過(guò)性、燃油經(jīng)濟(jì)性等多種使用性能都有影響，因此在選擇懸架參數(shù)及布置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意滿足這些性能的要求。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在車輪跳動(dòng)時(shí)，應(yīng)不使主銷定位參數(shù)變化過(guò)大，車輪運(yùn)動(dòng)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)應(yīng)協(xié)調(diào)，不出現(xiàn)擺振現(xiàn)象。其 種類包括鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、油氣彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧。持續(xù)的振動(dòng)易使乘員感到不舒適和疲勞。汽車車身和車輪振動(dòng)時(shí)，減震器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時(shí)的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動(dòng)阻力，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍的空氣中去，達(dá)到迅速衰減震動(dòng)的目的。通過(guò)硫化將橡膠與鋼板連接為一體，再經(jīng)焊在鋼板上的螺釘將緩沖塊固定到車架（車身）或其他部位上，起到限制懸架最大行程的作用。橫向穩(wěn)中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 6 頁(yè) 共 38 頁(yè) 定器可以在不增大懸架垂直剛度 C的條件下，增大懸架的側(cè)傾角剛度 ?C 。在汽車前懸架上設(shè)置橫向穩(wěn)定器，能增大前懸架的側(cè)傾角剛度 [9]。 汽車懸架系統(tǒng)的分類 從汽車出現(xiàn)一直到 現(xiàn)代汽車 工業(yè)的飛速發(fā)展， 懸架 作為重要 的 組成部分 ， 新型的懸架 系統(tǒng) 裝置不斷出現(xiàn)。這樣 當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)定位參數(shù)變化小。 其常見(jiàn)的形式有： 縱置板簧式非獨(dú)立懸架（如解放基本型 CA1091 汽車的前懸架）； 螺旋彈簧非獨(dú)立懸架 (如紅旗 CA7200型系列轎車和奧迪 100型轎車的后懸架 )； 空氣彈簧非獨(dú)立懸架（如金龍大客 車前懸架）； 汽油彈簧非獨(dú)立懸架（如礦用自卸車前懸架）。 當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊，其運(yùn)動(dòng)不直接影響到另一側(cè)車輪，獨(dú)立懸架所采用的車橋是斷開(kāi)式的。 獨(dú)立懸架中多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧作為彈性元件，鋼板彈簧和其他形式的彈簧用得較少。具體地講，對(duì)于汽車懸架應(yīng)滿足兩個(gè)方面的要求，一方面為提高轉(zhuǎn)彎、制動(dòng)等操縱過(guò)程的穩(wěn)定性，要求懸架應(yīng)具有高阻尼系數(shù)；另一方面為隔開(kāi)隨機(jī)路面不平對(duì)汽車的擾動(dòng)，提高乘坐舒適性，要求懸架應(yīng)具有低阻尼系數(shù)。隨著高速公路網(wǎng)的發(fā)展和路面條件的改善，人們希望汽 車不僅有很高的行駛速度，而且還要有很好的行駛平順性、安全性和乘坐舒適性 12]。 懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)的選擇合理與否，直接對(duì)汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性 具 有很大的影響。本次設(shè)計(jì)課題即在對(duì)懸架知識(shí)的了解掌握的基礎(chǔ)上 ,對(duì)微型貨車后懸架鋼板彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)。保證轉(zhuǎn)向時(shí)車身具有較小的側(cè)傾角。在車輪跳動(dòng)時(shí)，避免車輪定位參數(shù)變化過(guò)大。（ 6）結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小。這是因?yàn)檗I車的車速比較高，對(duì)舒適性、操縱穩(wěn)定性要求高的緣故。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 10 頁(yè) 共 38 頁(yè) 在重型礦自卸用車上，為改善駕駛員的勞動(dòng)條件，減少顛簸，提高汽車的平均速度，越來(lái)越多的采用油氣懸架代替鋼板彈簧懸架。目前在國(guó)外已有不少 車型使用一種擺臂式后軸平衡懸架。如要得到可以保證車軸上載荷不變，且與路面結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的懸架系統(tǒng)，其最好的方法是在靜不定的車軸上裝空氣彈簧懸架。利用隨吊耳實(shí)際擺角迅速增加的吊耳水平分力，可得到工作載荷有一個(gè)在大值的一條懸架特性曲線。 鋼板彈簧的基本結(jié)構(gòu)和作用原理 在板簧式非獨(dú)立懸架中，鋼板彈簧一般是縱向安置，它與車橋的連接絕大多數(shù)是用兩個(gè) U形螺栓，將鋼板彈簧的中部剛性地固定在車橋上部。為改善主片卷耳的受力情況，常將第二片末端也彎曲成卷耳，包在主片卷耳的外面（亦稱包耳）。 鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：鋼板彈簧一般安裝在非獨(dú)立懸架上，沿汽車縱向放置；鋼板彈簧中部用 U型螺栓通過(guò)上下蓋板和下托板與車橋固定連接，前端卷耳用銷子與支架相連；后端卷耳通過(guò)銷子與車架上的擺動(dòng)吊耳相連，形成活動(dòng)鉸鏈支點(diǎn)，保證彈簧變形時(shí)兩端卷耳間的距離有改變的可能。在負(fù)荷增加到一定程度時(shí)，副鋼板彈簧總成與車架上的支架接觸，開(kāi)始起作用。結(jié)合課題所給參數(shù)，我所設(shè)計(jì)的微型貨車后懸架鋼板彈簧故可以考慮不需設(shè)計(jì)副簧結(jié)構(gòu) [15]。 縱置鋼板彈簧又有對(duì)稱式與不對(duì)稱式之分。 根據(jù)鋼板彈簧的工作情況和 GB/T12221984，選擇 60Si2MnA作為鋼板彈簧的材料。 3 汽車后懸架系統(tǒng)鋼板彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)給定參數(shù) 滿載 重： Ga=1310 0 N( 駕駛室內(nèi)兩人 ) 自重： Go= 695 0 N( 駕駛室內(nèi)兩人 ) 空車：前軸載荷 =4250 N， 后軸載荷 =2700 N 滿載：前軸載荷 =5750 N， 后軸載荷 =7350 N 非簧載質(zhì)量 = 690N （指后懸架） 1） 后懸架簧載荷Ｆ =7350690=6660N 2） 每副鋼板彈簧滿載載荷： cF = 333026660 ?? N 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 懸架的設(shè)計(jì)和主要參數(shù)的選擇首先取決于整車的一系列總布置參數(shù)，以及它們之間的關(guān)系。 前后懸架靜撓度和動(dòng)撓度的選擇 表 汽車懸架的偏頻、靜撓度和動(dòng)撓度 車 型 滿載時(shí)偏頻 n /Hz 滿載靜撓度 cf /㎝ 滿載動(dòng)撓度 df /㎝ 前懸架 后懸架 前懸架 后懸架 前懸架 后懸架 轎 車 中、低級(jí) ~ ~ 12~24 10~18 8~11 10~14 高 級(jí) ~ ~ 20~30 15~26 8~11 10~14 客車 ~ 7~15 5~8 載貨汽車 ~ ~ 6~11 5~9 6~9 6~8 越野汽車 ~ 6~13 7~13 懸架靜撓度 cf 是指汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷 WF 與此時(shí)的懸架剛度 c之比，即 /cWf F c? 。此時(shí)的振動(dòng)頻率亦稱為偏頻。 對(duì)于我所設(shè)計(jì)的 HFJ1010微型貨車的后懸架鋼板彈簧 ,。要求懸架應(yīng)有足夠大的動(dòng)撓度，以防止在壞路面行駛時(shí)經(jīng)常碰 撞緩沖塊。它直接影響車身高度。在此處我選取 mmfa 15? 。增加鋼板彈簧長(zhǎng)度 L能顯著降低彈簧應(yīng)力，這不僅提高了彈簧的強(qiáng)度，而且隨 L的增長(zhǎng)，彈簧變形時(shí)應(yīng)中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 15 頁(yè) 共 38 頁(yè) 力變化幅度減小，降低彈簧剛度，從而使彈簧使用壽命得以提高，改善汽車的行駛平順性；在垂直剛度 C給定的條件下，又能明顯增加鋼板彈簧的縱向角剛度。一般推薦在下列范圍內(nèi)選用鋼板彈簧長(zhǎng)度 : 對(duì)于乘用車鋼板彈簧長(zhǎng)度為（ ~）倍的軸距； 對(duì)于貨車，前懸架，鋼板彈簧長(zhǎng)度為（ ~）倍的軸距，后懸架， 一般取鋼板彈簧長(zhǎng)度為（ ~）倍的軸距 [20]。對(duì)于鋼板彈簧 E CKsLJ 48 )( 30 ?? ? （式 3..3） 式中 ? — 撓度增大系數(shù)， / [ (1 / ) ]nn? ? ? ? ?； 1n — 與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù)； n — 鋼板彈簧總片數(shù)； L — 鋼板彈簧長(zhǎng)度， mm ； 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 16 頁(yè) 共 38 頁(yè) sK. — 鋼板彈簧非工作部分長(zhǎng)度， s 是 U型螺栓中心距， 132s mm? ， k 非工作長(zhǎng)度系數(shù)，如剛性?shī)A緊，取 ? ；撓性加緊，取 0k? ； E — 彈簧材料彈性模量，取 MPaE ?? 彈簧： 取 1 0n? ， 5n? 則 1. 5 / [1. 04 (1 0. 5 0) ] 1. 44 23? ? ? ? ? ? 可得 4530 6 4 4)()4 4 2 ) 0 8 0[( mmJ ???????? 根據(jù)強(qiáng)度要求計(jì)算鋼板彈簧總截面系數(shù) 截面系數(shù) 指 機(jī)械零件和構(gòu)件的一種截面幾何參量，舊稱截面模量。Jxx/y和 J0/y分別為彎曲和扭轉(zhuǎn)的截面模量。 彈簧： 取 2[ ] 500 /c N mm? ? 30 )(3330 mmW ?? ???? 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 17 頁(yè) 共 38 頁(yè) 取 0W = mm 鋼板彈簧平均厚度的計(jì)算 計(jì)算公式： 2/p o oh J W? （式 ） 彈簧： ?0J mm 0W = mm mmh p 6 8 6 4 42 ??? 驗(yàn)算在最大動(dòng)行程時(shí)的最大應(yīng)力 計(jì)算公式： MP aksL ffE dc 1000~900)( )(6 2m a x ?? ?? ?? （式 ） 彈簧： MPaE ?? mm? mwc cpf ? 75df mm? ?? 代入公式計(jì)算得： ????? ????? MP ) 80(44 )7588( 25m a x? MPa1000][ ?? 故彈簧符合要求，能夠滿足鋼板彈簧對(duì)疲勞壽命的要求。 確定鋼板寬 b 由經(jīng)驗(yàn)公式可知： mmhb p ~)10~6( ?? 。 參考葉片寬度范圍和彈簧鋼片斷面扁鋼的尺寸規(guī)格（ GB/T 12221984），最終確定葉片厚度和寬度： 彈簧葉片斷面尺寸 (mm )： 取 960???hb ， 表 扁剛尺寸規(guī)格 厚度寬 度 5 6 () 7 8 9 () 10 11 12 (13) 14 16 18 20 25 30 45 50 55 60 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 19 頁(yè) 共 38 頁(yè) (63) 65 70 75 (76) 80 90 100 120 140 160 （ 3）葉片斷面形狀選擇 葉片斷面除普遍應(yīng)用的矩形斷面 (圖 )外，為了提高鋼板彈簧耐疲勞強(qiáng)度和減輕重量，采用了特殊形狀的斷面，常見(jiàn)的是單面帶拋物線邊緣的（圖 ）和單面帶槽的（圖 、 d）。因此矩形斷的葉片呈受拉應(yīng)力的一面易破壞。改成平扁鋼后，鋼板彈簧的疲勞壽命有大幅提高。 前面初選的鋼板簧總片數(shù)： 5n? 鋼板彈簧的設(shè)計(jì)及校核 鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的確定 為了盡量降低彈簧鋼材的消耗，減輕鋼板彈簧自重，在選擇各葉片長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)使沿彈簧長(zhǎng)度變化的應(yīng)力均勻分布，以保證各片有相同的疲勞強(qiáng)度（各片具有大致相同的使用壽命）。連接 A、B兩點(diǎn)就得到三角形的鋼板彈簧展開(kāi)圖。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 21 頁(yè) 共 38 頁(yè) 圖 確定鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的作圖法 鋼板彈簧各葉片長(zhǎng)度的確定 根據(jù)作圖法要求繪制出相關(guān)圖形，見(jiàn)圖 圖 彈簧長(zhǎng)度計(jì)算 作圖法