【文章內(nèi)容簡介】 耳水平分力，可得到工作載荷有一個在大值的一條懸架特性曲線。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。因此多軸汽 車仍可采用結(jié)構(gòu)簡單的非平衡式鋼板彈簧懸架 [13]。 鋼板彈簧 一般載貨汽車均采用鋼板彈簧作為彈性元件的非獨立懸架，因鋼板彈簧既有緩沖、減振的功能，又起傳力和導(dǎo)向的作用，使得懸架結(jié)構(gòu)大為簡化。 鋼板彈簧的基本結(jié)構(gòu)和作用原理 在板簧式非獨立懸架中，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 U形螺栓，將鋼板彈簧的中部剛性地固定在車橋上部。鋼板彈簧兩端通過鋼板彈簧銷與車架支座活動鉸接，以起傳力和導(dǎo)向作用。 鋼板彈簧由若干長度不等、等寬等厚（厚度也可不等）的彈簧鋼片迭成，構(gòu)成整體上 近似于等強度的彈性梁，最長的第一片稱為主片，兩端有卷耳。鋼板彈簧的中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11 頁 共 38 頁 的卷耳受力嚴(yán)重，是薄弱處。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）。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。鋼片之間須涂上較稠的石墨潤滑脂，以減小各片彈簧之間的干摩擦和減小噪聲。 鋼板彈簧變形時，為保證車架兩端與鋼板彈簧連接的卷耳間的距離有伸縮的余地彈簧后端與車架的連接通常采用了以下幾種結(jié)構(gòu)型式： 1)吊耳支架式，解放 CAl091 型載貨汽車前懸架采用； 2)滑板支承式，東風(fēng) EQl090E 型載貨汽車前懸架采用； 3)橡膠塊支承式，一汽早期生產(chǎn)的 2． 5t越野汽車前懸架采用。 鋼板彈簧非獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點：鋼板彈簧一般安裝在非獨立懸架上，沿汽車縱向放置；鋼板彈簧中部用 U型螺栓通過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；后端卷耳通過銷子與車架上的擺動吊耳相連，形成活動鉸鏈支點，保證彈簧變形時兩端卷耳間的距離有改變的可能。 有的鋼板彈簧后端與車架之間采用滑板式連接滑板式連接結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，不須潤滑，廣泛應(yīng)用于貨車。 貨車后懸架所受載荷因汽車裝載量不 同在很大范圍內(nèi)變化，要求懸架剛度可變，一般采用加置加副彈簧的方式以達(dá)到設(shè)計要求。副鋼板彈簧總成一般裝在主鋼板彈簧總成上方，當(dāng)后懸架負(fù)荷較小時，僅由主鋼板彈簧起作用。在負(fù)荷增加到一定程度時，副鋼板彈簧總成與車架上的支架接觸，開始起作用。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。這種結(jié)構(gòu)形式的懸架，其主要缺點是剛度的增加很突然，對汽車行駛平順性不利。為提高汽車的平順性，有的輕型汽車上采用將副簧置于主簧下面的漸變剛度鋼板彈簧，然而微型貨車所承受的載荷量一 般不會很大，在后懸架鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)上一般沒有副簧結(jié)果，只由主簧結(jié)構(gòu)來承受載荷量。結(jié)合課題所給參數(shù)，我所設(shè)計的微型貨車后懸架鋼板彈簧故可以考慮不需設(shè)計副簧結(jié)構(gòu) [15]。 2 鋼板彈簧的布置方案及材料選擇 鋼板彈簧在汽車上的布置方式可以縱置或者橫置。后者因為要傳遞縱向力，必須設(shè)置附加的導(dǎo)向傳力裝置，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大，所以只在極少數(shù)汽車上應(yīng)用。中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 12 頁 共 38 頁 縱置鋼板彈簧能傳遞各種力和力矩，并且結(jié)構(gòu)簡單，故在汽車上得到廣泛應(yīng)用。 縱置鋼板彈簧又有對稱式與不對稱式之分。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。在多數(shù)情況下，汽車采用對稱式鋼板彈簧。由于整車布置上的原因，或者鋼板彈簧在汽車上的安裝位置不動，又要改變軸距或者通過變化軸距達(dá)到改善軸荷分配的目的時，采用不對稱式鋼板彈簧。 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。高溫回火后有良好的綜合力學(xué)性能。用 60Si2MnA制鋼板彈簧，熱處理： 870℃油浴淬火、 440℃中溫回火，再經(jīng)表面噴丸處理。 我們此次研究的 HFJ1010微型載貨汽車后懸架 鋼板彈簧擬采用縱置對稱式鋼板彈簧。 3 汽車后懸架系統(tǒng)鋼板彈簧的設(shè)計計算 設(shè)計給定參數(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。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(shù)有關(guān)；懸架的結(jié)構(gòu)布置和幾何參數(shù)也必須與整車總體布置相適應(yīng)。所以，確定懸架的主要性能參數(shù)也應(yīng)從整車出發(fā)來考慮。根據(jù)汽車的綜合性能要求，懸架應(yīng)首先考慮保證汽車有良好的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性，這就是我們選擇懸架主要參數(shù)的基本中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 13 頁 共 38 頁 依據(jù)。 前后懸架靜撓度和動撓度的選擇 表 汽車懸架的偏頻、靜撓度和動撓度 車 型 滿載時偏頻 n /Hz 滿載靜撓度 cf /㎝ 滿載動撓度 df /㎝ 前懸架 后懸架 前懸架 后懸架 前懸架 后懸架 轎 車 中、低級 ~ ~ 12~24 10~18 8~11 10~14 高 級 ~ ~ 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懸架上的載荷 WF 與此時的懸架剛度 c之比，即 /cWf F c? 。汽車前后懸架與其質(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?，F(xiàn)代汽車的質(zhì)量分配系數(shù) ~?? ，可以近似認(rèn)為1?? 。因此，可認(rèn)為前后軸上方車身兩點的振動不存在聯(lián)系，視為單獨運動。此時的振動頻率亦稱為偏頻。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。理論分析證明：若汽車以較高的車速駛過單個路障， 1/ 21 ?nn 時的車身縱向角振動要比 1/ 21 ?nn 時小，故推薦取 12 )~( cc ff ? ?？紤]到貨車前，后軸荷的差別和駕駛員的乘坐舒適性，取前懸架的靜撓度值大于后懸架的靜撓度值，推薦取值： 12 )~( cc ff ? 。 對于我所設(shè)計的 HFJ1010微型貨車的后懸架鋼板彈簧 ,。 后懸架系統(tǒng)的滿載偏頻為 n=~，由公式 Hzfn 5? ,得靜撓度范圍為 22 (5 / ) (8cfn??~） cm ，選取 2cf =。進(jìn)而由公式 Hzfn 5? 可得微型貨車后懸架系統(tǒng)的滿載偏頻中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 14 頁 共 38 頁 n= ,前懸架靜撓度 1cf = 2cf /=11cm。 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)允許的最大變形，車輪中心相對車架（或車身）的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動撓度，以防止在壞路面行駛時經(jīng)常碰 撞緩沖塊。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(shè)計的為微型貨車，所以滿載動撓度選取 cmfd ? 。 鋼板彈簧滿載弧高的選擇 滿載弧高 af 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 (不包括卷耳孔半徑 )連線間的最 大高度差（圖 ）?；「?af 用來保證汽車具有給定的高度。它直接影響車身高度。一般希望它等于零，可使彈簧滿載時在對稱位置工作，但考慮到彈簧在使用中會產(chǎn)生塑性變形，要由 af 給予補償。有時為了車架具有一定高度，而又不使動撓度值過小，也許給予一定的 af 值進(jìn)行補償。通常取mmfa 20~10? 。在此處我選取 mmfa 15? 。 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。它是鋼板彈簧的主要參數(shù)之一。要合理的確定彈簧長度，必須考慮多方面的因素。增加鋼板彈簧長度 L能顯著降低彈簧應(yīng)力，這不僅提高了彈簧的強度，而且隨 L的增長，彈簧變形時應(yīng)中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 15 頁 共 38 頁 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。鋼板彈簧的縱向角剛度，是指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向轉(zhuǎn)角時，作用到鋼板彈簧上的縱向力矩值 。增大鋼板彈簧的縱向角剛度的同時，能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形；選用長些的鋼板彈簧，會使汽車上布置時產(chǎn)生困難。因此，原則上在總布置許可的條件范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能將鋼板彈簧的長度取長些。一般推薦在下列范圍內(nèi)選用鋼板彈簧長度 : 對于乘用車鋼板彈簧長度為（ ~）倍的軸距； 對于貨車，前懸架，鋼板彈簧長度為（ ~）倍的軸距，后懸架， 一般取鋼板彈簧長度為（ ~）倍的軸距 [20]。 本設(shè)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(shè)計主鋼板彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)時，首先應(yīng)確定主鋼板彈簧的剛度。 懸架總體剛度為 c=Ｐ w/fc=3330/88=（式 ） 汽車后鋼板彈簧 在空載、滿載和主簧起作用時的載荷分別為： Np ? NPK ? 3330CPN? 鋼板彈簧所需的總慣性矩的計算 有關(guān)鋼板彈簧的剛度、強度等，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) ? 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 oJ 。對于鋼板彈簧 E CKsLJ 48 )( 30 ?? ? （式 3..3） 式中 ? — 撓度增大系數(shù)， / [ (1 / ) ]nn? ? ? ? ?； 1n — 與主片等長的重疊片數(shù)； n — 鋼板彈簧總片數(shù)； L — 鋼板彈簧長度， mm ； 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 16 頁 共 38 頁 sK. — 鋼板彈簧非工作部分長度， s 是 U型螺栓中心距， 132s mm? ， k 非工作長度系數(shù)，如剛性夾緊，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)強度要求計算鋼板彈簧總截面系數(shù) 截面系數(shù) 指 機械零件和構(gòu)件的一種截面幾何參量，舊稱截面模量。它用以計算零件、構(gòu)件的抗彎強度和抗扭 強度，或者用以計算在給定的彎矩或扭矩條件下截面上的最大應(yīng)力。 根據(jù)材料力學(xué)，在承受彎矩 Μ 的梁截面上和承受扭矩 T的桿截面上 ,最大的彎曲應(yīng)力 σ 和最大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 τ 出現(xiàn)于離彎曲中性軸線和扭轉(zhuǎn)中性點垂直距離最遠(yuǎn)的面或點上。 σ 和 τ 的數(shù)值為 Jxx和 J0分別圍繞中性軸線 XX和中性點 O的截面慣性矩 。Jxx/y和 J0/y分別為彎曲和扭轉(zhuǎn)的截面模量。一般截面系數(shù)的符號為 W，單位為mm3。截面的抗彎和抗扭強度與相應(yīng)的截面系數(shù)成正比 [13]。 計算公式： ][4)( 0 cwc WksLp ?? ???? （式 ） 即 0][4)( WksLp cw ??? ? （式 ） 對于 60Si2MnA彈簧鋼，表面經(jīng)噴丸處理后，推薦許用靜應(yīng)力 []c? 在下列范圍內(nèi)取值：前彈簧和平衡懸架彈簧為 2350 ~ 450 /N mm；后主簧為 2450 ~ 550 /N mm；后副簧為 2220 ~ 250 /N mm。 彈簧： 取 2[ ] 500 /c N mm? ? 30 )(3330 mmW ?? ???? 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 17 頁 共 38 頁 取 0W = mm 鋼板彈簧平均厚度的計算 計算公式： 2/p o oh J W? （式 ） 彈簧： ?0J mm 0W = mm mm