【正文】 設計給定參數 .................................................. 12 鋼板彈簧主要參數的確定 ........................................ 12 前后懸架靜撓度和動撓度的選擇 ................................ 13 鋼板彈簧滿載弧高的選擇 ...................................... 14 鋼板彈簧長度 L的確定 ........................................ 14 后懸架鋼板彈簧的剛度計算 .................................... 15 鋼板彈簧所需的總慣性矩的計算 ................................ 15 根據強度要求計算鋼板彈簧總截面系數 .......................... 16 鋼板彈簧平均厚度的計算 ...................................... 17 驗算在最大動行程時的最大應力 ................................ 17 驗算比應力 .................................................. 17 鋼板彈簧葉片斷面形狀及尺寸的選擇 ............................ 18 鋼板彈簧的設計及校核 .......................................... 20 鋼板彈簧各片長度的確定 ...................................... 20 彈簧剛度計算 ................................................ 22 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 2 頁 共 2 頁 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高和曲率半徑計算 .................. 23 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 .............................. 23 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑 .......................... 25 鋼板彈簧葉片在自由狀態(tài)下曲率半徑的計算 ...................... 25 鋼板彈簧各葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑和弧高的計算 ............ 26 鋼板彈簧總成弧高核算 ........................................ 28 鋼板彈簧各片的應力驗算 ........................................ 29 葉片端部形狀的選擇 ............................................ 30 鋼板彈簧兩端與車架的連接 ...................................... 31 鋼板彈簧彈簧銷和卷耳的設計 .................................... 31 彈簧銷的設計 ................................................ 32 卷耳尺寸的確定 .............................................. 32 鋼板彈簧襯套的設計 .......................................... 33 彈簧夾的設計 .................................................. 34 中心螺栓的設計 ................................................ 34 4 結論 ............................................................. 35 參 考文獻 ........................................................... 36 致 謝 ............................................................. 38 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 1 頁 共 38 頁 1 引言 1． 1 汽車 及汽車工業(yè)的發(fā)展 汽車是借助于自身的動力裝置驅動，且具有 4個（或 4個以上）車輪的非軌道無架線車輛。 1885 年德國工程師卡爾 .奔馳（ Karl Bens） 設計制造了一個單缸四沖程的內燃機并將其安裝在三輪車上，并獲得了專利這樣就出現了“汽車”。 自從 1886 年世界上第一輛汽車誕生以來，社會對汽車不斷增長的要求， 120多年的發(fā)展來歷程，促使汽車工業(yè)日益的繁榮。即便在汽車制造完全機械化的今天，歐洲人還保留著這種生產模式，并生產出像“勞斯萊斯”這樣的超豪華車。 80年代，其產量還一度超過美國。無疑的誰走在這場浪潮的前沿，誰就將傲立于世界汽車之林 [1]。 行駛系統(tǒng)：使汽車各總成及部件安裝在合適的位置，對全車起支撐作用和對路面起附著作用，緩和道路沖擊和振動，保證車輛正常行駛 。 電氣設備包括電源組、 發(fā)動機啟動系統(tǒng)和點火系統(tǒng)、汽車照明和信號裝置、儀表、汽車導航系統(tǒng)、電動后視鏡、電視、音響等電子設備、微機處理、中央計算機及各種人工智能的操作裝置、汽車中央控制器電動門鎖、防盜裝置等 [4]。在懸架設計中應滿足這些性能的要求，其要點如下： 1）保證汽車有良好的行駛平順性。由于 汽車行駛的路面不可能絕對平坦，路面作用于車輪上的垂直反力往往是沖擊性的，特別是在壞路面上 高速 行駛時這種沖擊力將達到很大的數值。 導向機構用來傳遞車輪與車身間 除彈性元件傳遞的垂直力以外的各種 力和力矩，同時保持車輪按一定運動軌跡相對車身跳動， 以保持車輪相對于車架（或車身）的運動特性， 通常導向機構由 導向桿系 組成。如圖 所示 圖 汽車轉彎行駛產生的側傾力矩，使內、 外側車輪的負荷發(fā)生轉移，并影響車輪側偏剛度 K 和車輪側偏角 ? 變化。 其分類方法有很多種。 獨立懸架 ：隨著高速公路網的發(fā)展，促使汽車速度不斷提高，使得非獨立懸架已不能滿足汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性等方面提出的要求。獨立懸架的結構類型很多，主要可按車輪運動形式分為以下四類： 車輪在汽車橫向平面內擺動的懸架（橫臂式獨立懸架）； 車輪在汽車縱向平面內擺動的懸架（縱臂式 獨立懸架）； 車輪沿主銷移動的懸架，其中包括：燭式懸架和麥弗遜式懸架； 車輪在汽車的斜向平面內擺動擺動的懸架（單臂式獨立懸架）。 該項研究的目的與意義 本次畢業(yè)設計的題目為：微型貨車后懸架鋼板彈簧設計。 國內外研究現狀、發(fā)展動態(tài) 隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，人們對汽車的綜合性能提出了更高的要求， 特別是操縱性、舒適性、通過性、安全性等，故而對其懸架系統(tǒng)的性能也提出更高的要求 :（ 1）保證汽車有良好的行駛平順性。使轉向桿系與懸架導向機構的運動相協(xié)調，避免車輪擺振。然而大客車、貨車的懸架系統(tǒng)在很大程度也得到了發(fā)展，但大多數是在轎車的經驗與成果的基礎上推廣的。這種懸架的主要優(yōu)點是：相對于常用的推桿式平衡懸架來說，取消了從動軸的整體梁所以減小了非簧載質量，提高了行駛平順性；因為懸架和車架兩點支撐，對車架受力有利；和一般貨車的零、部件多數能實現通用；制動力矩容易平衡，并且汽車向前行駛時，由于載荷轉移而增加了驅動輪對地面的壓力，故能提高車輪與地面間的附著性能等。在這個最大值附近，懸架可以在近乎載荷不變的情況下工作。自由狀態(tài)下鋼片曲率半徑不同，下片小于上片，多片鋼板由中心螺栓和若干鋼板夾連在一起。此時，主、副鋼板彈簧一起工作，一起承受載荷而使懸架剛度增大，保證車身振動頻率不致因載荷增加而變化過大。鋼板彈簧中部在車軸（橋）上的固定中心至鋼板彈簧兩端卷耳中 心之間的距離若相等，則為對稱式鋼板彈簧；若不相等，則稱為不對稱式鋼板彈簧。例如每副鋼板彈簧上的載荷就和整車重量、軸距、重心位置等參數有關；懸架的結構布置和幾何參數也必須與整車總體布置相適應。另外，前后懸架的偏頻及靜撓度的匹配對汽車行駛平順性有很大影響，一般希望前、后懸架的靜撓度值以及振動頻率值都比較接近，這樣可以減少共振機會，同時希望后懸架的靜撓度 2cf 比前懸架的 1cf 小一些，以減少車身縱向角振動。對于乘用車， df 取 7~9cm；對于客車， df 取 5~8cm；對于貨車， df 取 6~9cm；因為我所設計的為微型貨車，所以滿載動撓度選取 cmfd ? 。 圖 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 鋼板彈簧長度 L的確定 鋼板彈簧長度 L是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離。 本設計研究的 HFJ1010 微型汽車 所允許的鋼板彈簧長度為 L=1000～ 1100mm，綜合考慮選 取 貨車的軸距取為 2700m，則 L = ?? mm （式 ） 后懸架鋼板彈簧的剛度計算 設計主鋼板彈簧結構參數時，首先應確定主鋼板彈簧的剛度。一般截面系數的符號為 W，單位為mm3。 鋼板彈簧取 60mm （ 2）葉片厚度 h 確定鋼板彈簧片厚 h的選擇 矩形斷面等厚 度鋼板彈簧的總慣性矩 J0用下式計算 12/30 nbhJ ? ，式中， n 為鋼板彈簧片數。 目前廣泛采用的矩形斷面大致有兩種，一種是兩邊帶圓弧的平扁鋼，另一種是具有一定的凹度的雙凹扁鋼。 確定鋼板彈簧葉片各片長度的方法，有計算法和作圖法兩種。這是因為撓度系數 ? 是在很大范圍 )~1( 內選取的；在各片長度尚未確定的情況下， ? 值不可能選得準確；另外選定各片厚度和片寬之后，計算出的實際慣性矩與理論要求的數值也有所差別；同時葉片端部形狀對剛度的影響也未予以考慮。 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 24 頁 共 38 頁 因鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下和裝配后的曲率半徑不同，裝配后各片產生預應力，其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑 kR 。在彈簧承受負荷后，主片應力值相對減小些，使主片壽命與其他各片大致相同。 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 26 頁 共 38 頁 在確定各片的預應力時，理論上應滿足各片彈簧在根部處預應力所造成的彎矩iM 之代數和等于零，即 01 01 ?? ?? ?? ini ini i WM ? （式 ） 式中 iW — 鋼板彈簧第 k 片的截面系數， 62ii bhW?； i0? — 鋼板彈簧第 i 片的預應力； 鋼板彈簧預應力確定： 各葉片預應力值確定如下表： 表 彈簧各片預應力 葉片序號 i 1 2 3 4 5 預應力 i0? MPa 90 90 60 60 60 06 960)6060609090( 21 01 ?????????? ?? ?? ini ini i WM ? 所選預應力符合要求。 根據最小勢能原理，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)，可得計算公式： ?????niiiiniiiLJRLJR110)(1 （式 ） 對于葉片厚度相等的彈簧，則 ?????ni ini ii LRLR 110 )(1 （式 ） 鋼板彈簧總成弧高為： )8( 02 RLH ? （式 ） 中北大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 29 頁 共 38 頁 按上式求出的弧高值應與按式 。 圖 鋼板彈簧 葉片端部形狀 葉片端部為矩形的鋼板彈簧（圖 ），由于制造簡單，廣泛地用在貨車上。 為了減小鋼板彈簧葉片端部的摩擦和接觸疲勞，以便延長彈簧的使用壽命和消除噪聲，有時在葉片端部裝有襯墊和鑲快（其材料是摩擦系數很小的青銅、塑料等）。這種連接形式改善了主片的受力情況，提高了主片的強度；由于橡膠塊具有較大撓性，可以減小主片的扭曲應力。 在汽車載荷較大或使用條件惡劣的情況下，鋼板彈簧主片卷耳需要得到加強，將第二、三葉片端部制成加強卷耳 (即包耳 )或采用鍛造的卷耳。因貨車載重相對較大，在彈簧銷與襯套間設置金屬套筒，同時將聚甲醛作為襯套的制作材料。 式中， bF 為制動時地面對后軸車輪的道路阻力； ?G 為作用在車輪上的載荷； ?為道路附著系數，計算時通常取 ?? ； 2m 為后軸對于后軸驅動的汽