【正文】 假設(shè)主片彈簧卷耳處載荷為 P，其它各片在端點處產(chǎn)生的力為 KX 。 故符合要求。許用應(yīng)力 [? ]取為 350N／ mm2 。故應(yīng)力分析設(shè)計合理。若相差較大，則應(yīng)重新選擇鋼板彈簧各片的預(yù)應(yīng)力，再進行核算， 直到 滿足標準。 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)，由此可求出等厚葉片彈簧的 0R 為 ?????niini iiLRLR1101 (414) 式中 iL 為鋼板彈簧的第 i 片的長度。 按常規(guī)選擇 100～ +100，分配后六片從長到短的預(yù)應(yīng)力依次為 100,40，0， 40,100.(N／ mm)。一般推薦主片在根部的工作應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力疊加后的合成應(yīng)力約為 300～ 350N／ mm2 。 圖 424 狀態(tài)下的曲率半徑 Ri 由材料力學(xué)得，作用在任一彈簧片上的彎矩與曲率半徑變化值之間的關(guān)系可用下式表示： KKKK EIMRR ??011 1／ mm (49) 式中 MK —— 第 K 片彈簧各斷面的彎矩， RK :第 K片彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑， mm RK0 :第 K片彈簧在裝配后的曲率半徑， mm IK :第 K片彈簧斷面慣性矩， mm 彈簧預(yù)應(yīng)力 KKK WM?0? (410) 將以上兩式聯(lián)立得 )11(00 KKKKK RRWEI ??? N／ mm2 (411) 假設(shè)各片彈簧均為矩形斷面，裝配后的各片彈簧曲率半徑等于彈簧總成 37 在自由狀態(tài)下的曲率半徑，各片彈簧上的預(yù)應(yīng)力可以寫成： )11(2 00 RREh KkK ??? N／ mm2 (412) 式中 hk —— 第 K片彈簧片厚， mm 0R —— 彈簧總成在自由狀態(tài)下曲率半徑， mm 如果知道彈簧總成自由狀態(tài)下的曲率半徑 0R 和預(yù)加在各片彈簧上的預(yù)應(yīng)力 K0? ，那么可求出各片彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑 RK kKK EhRR00211 ??? 1／ mm (413) 彈簧各片預(yù)應(yīng)力的選擇，原則上應(yīng)考慮以下幾個因素： Ⅰ彈簧各片未裝配前，各片間隙不要相差太大，各片裝配后，應(yīng)使各片能很好配合。 cf 、 af 在前面已經(jīng)得出。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)邊端點連一直線，此直線與各片上側(cè)邊的交點即為各片長度。這種鋼板彈簧各片具有相同的寬度，但長度不同。 重新對剛度進行驗算： J0 = nbh3 ／ 12= (K)=3048LEJ?=35 95 520 ? ??? =，符合要求。推薦片寬和平均片厚的比值 b／ hP 在 6～ 10 間選取。對于60Si2 Mn 材料，表面經(jīng)噴丸處理后，推薦 [ W? ]在下列范圍內(nèi)選取 :前彈簧和平衡懸架彈簧為 350～ 450N／ mm2 ；后彈簧懸架為 450～ 550 N／ mm2 。 則ｌ e = 90=955mm。鋼板彈簧長度 L 是指彈簧兩卷耳中心之間的距離，對于小轎車的后鋼板彈簧，初步可以選取 L=(～)La ；對于貨車前鋼板彈簧 L=(～ )La ；貨車后鋼板彈簧 L=(～)La 。故選取 各片中和主片相等 (包括主片 )的片數(shù)為 2，總片為 5。 32 3 期望的彈簧斷面尺寸和有效長度的確定 a 期望的彈簧剛度值 (夾緊 剛度 )[28] (K)=cfQ = 80 ? =49N／ mm (41) b 初步確定鋼板彈簧片數(shù) 片數(shù) n 少些有利于制造和裝配，并可以降低片間的干摩擦，改善汽車行駛平順性。 滿載 弧高 af 是指鋼板彈簧裝到車軸上，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。 懸架的動撓度是指懸架從滿載靜平衡位置開始壓縮到結(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 1/3) 時，車輪中心相對車架 (或車身 )的垂直位移。由前面第三章得 各種車型車身固有頻率 0n 的實用范圍為：貨車 ～ ；旅行客車 ～ ；高級轎車 1～ 。本車選用60Si2 Mn。如果鋼板彈簧布置在車橋上方，彈簧 3／ 4 的質(zhì)量為非簧載質(zhì)量；下置彈簧，則 1／ 4 彈簧質(zhì)量為非簧載質(zhì)量。新單片彈簧計算方法常有梯形單片彈簧計算法和階梯形單片彈簧計算法，本論文后面的設(shè)計內(nèi)容根據(jù)梯形單片彈簧計算法，設(shè)計計算公式皆以此為基礎(chǔ)。 圖 418 可拆式夾箍 圖 419 不可拆式夾箍 此車采用圖 b 所示的不可拆式夾箍 ，結(jié)構(gòu)簡單，費用低 。彈簧夾箍結(jié)構(gòu)如下圖所示。對于重型載貨汽車，中心螺栓多用 40Cr 或 40MnB 制成。中心螺栓在 U形螺栓松動時易剪斷，因此應(yīng)有一定的強度。包耳常見的有 1／ 4 包耳 (圖 416)和 3／ 4 包耳 (圖 417)。上卷耳使用的較多，采用下卷耳主要是為了協(xié)調(diào)鋼板彈簧與轉(zhuǎn)向系的運動，下卷耳在載荷作用下容易張開，強度不易保證；平卷耳可以減少卷耳的應(yīng)力，因為縱向力作用方向和彈簧主片斷面的中 心線重合，對于不能增加主片厚度又但要保證主片卷耳強度的彈簧多采用平卷耳。這兩種鋼板彈簧不僅減小了彈簧片間摩擦，而且降低彈簧剛度，改善彈簧應(yīng)力分布。 26 圖 410 矩形端部 第一種是矩形圖 410，這種彈簧制造簡單，在載貨汽車上使用較多。一般輕型汽車多用此類型的簧片 25 圖 47 單面帶槽斷面 圖 48 T 形斷面 圖 49 單面帶雙槽斷面 圖 4圖 48 和圖 49 的斷面形狀設(shè)計成不對稱型式，使斷面中性軸移近受拉斷面，改變了應(yīng)力分布情況，從而減小彈簧拉用力。考慮經(jīng)濟適用性，選用線性懸架的普通多片鋼板彈 簧。彈性特性如圖所示，開始時僅主簧起作用，當載荷增加到某一值時副簧與主簧共同起作用，彈性特性由兩條直線組成。 22 第 4章 對長安星卡 SC1022D7 后懸架的設(shè)計 第 2章 及其結(jié)構(gòu)強度校核 本章將具體設(shè)計計算鋼板彈簧懸架，主要分結(jié)構(gòu)和強度兩方面，設(shè)計過程以長安星卡 SC1022D7 為例，設(shè)計其后鋼板懸架。 本章小結(jié) 本章主要介紹了影響汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性的一些主要因素，如影響汽車行駛穩(wěn)定性的有鋼板彈簧的彈性特性、減震器的阻尼系數(shù)、非簧載質(zhì)量等。0k ，即α 0? 。0k 為垂直載荷重新分配后每個車輪的平均側(cè)偏剛度，則兩個車輪的側(cè)偏角為 α =39。 無側(cè)向力作用時， 令 0w 為 車軸左、右車輪的垂直載荷 ， 0k 為 每個車輪的側(cè)偏剛度 有側(cè)向力作用時，設(shè)左、右車輪垂直載荷沒有發(fā)生變化，則相應(yīng)的側(cè)偏角 0? 為 0? =02kFY (314) 實際上，在側(cè)向力作用下，左、右車輪垂直載荷均發(fā)生變化。這將使車輪垂直載荷在左、右車輪上是不相等（外側(cè)車輪是增加垂直反力的，而在內(nèi) 19 側(cè)車輪則是減少垂直反力的），將影響輪胎的側(cè)偏特性，導(dǎo)致汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)發(fā)生變化。 若已知懸架的線剛度 ，即可算出該懸架的側(cè)傾角剛度。即： Δ ZF ／ Δ tS (311) (2) 懸架的側(cè)傾角剛度 [19] 車身側(cè)傾時受到懸架的彈性恢復(fù)力偶矩，可以用等效彈簧的概念來進行分析。 a 非獨立懸架 17 具有非獨立懸架的汽車車身作垂直位移時所受到的彈性恢復(fù)力，就是彈簧直接作用于車身的彈性力。但側(cè)傾中心過高會使車身傾斜時輪距變化大，加速輪胎的磨損。 汽車的側(cè)傾 1 車身側(cè)傾軸線 車身相對地面轉(zhuǎn)動時的瞬時軸線稱為車身側(cè)傾軸線。 懸架與汽車操縱穩(wěn)定性 所謂的汽車操縱穩(wěn)定性，是指汽車能正確地按照駕駛員通過操縱轉(zhuǎn)向系所確定的方向行駛，且 在外力干擾下，能保持穩(wěn)定或經(jīng)過干擾后在一定時間內(nèi)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)工況的性能。 16 (2) 盡量減少非簧載質(zhì)量。減小非懸掛質(zhì)量，使懸掛質(zhì)量與非懸掛質(zhì)量的比值較大，可以減小高頻共振區(qū)車身振動加速度和減少車輪離開地面的機率。 下圖示出了車身加速度、車輪相對動載荷和彈簧行程與阻尼比 (相對阻尼系數(shù) )之間的關(guān)系。 c―減振器的衰減能力很強的情況，車身沒有振動，車身的位移很快恢復(fù)到原位。 目前，在懸架設(shè)計中，只不過是力求減小固有頻率隨載荷而變化的幅度(或范圍 )，從而不同程度地改善汽車行駛平順性。由于剛度 c隨載荷而改變，可以使得在載荷變化時，保持車身振動的固有頻率不變，從而獲得良好的汽車行駛平順性。其剛度 G是常數(shù)。另外， 0n值選得過低，懸架設(shè)計不選取一定措施，就會增大制動“點頭“角和轉(zhuǎn)彎側(cè)傾 角，使空、滿載是車身高度的變化過大。 12 懸架的動撓度 df 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 (通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的 1／ 2 或 2／ 3)時，車輪中心相對車架 (或車身 )的垂直位移。 從上述公式中可見，車身振動的固有頻率 n0由簧載質(zhì)量 M、懸架剛度 c或由懸架靜撓度 cf 決定。在一定隨機路面不平度的輸入下，車身加速度的均方根值的大小，取決于車身加速度 Z 對路面不平度 g 的幅頻 特性“｜ Z /g｜”，與車身在懸架上振動的固有頻率 n、非周期性系數(shù) ? 及非簧載質(zhì)量 m 的大小有關(guān)。 懸架對汽車平順性的影響 良好的汽車行駛平順性不僅能保證乘員的舒適與所運貨物的完整無損，而 且還可以提高汽車的運輸生產(chǎn)率、降低燃油消耗、延長零件的使用壽命及提高零件的工作可靠性等。 懸架設(shè)計可以大致分為結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)選擇和詳細設(shè)計兩個階段，有時還要反復(fù)交叉進行。熟悉本章內(nèi)容，對后文的分析和設(shè)計起基礎(chǔ)作用。 經(jīng)常用的是雙向作用的，具有非對稱特性及卸荷閥的減振器。 懸架設(shè)計可以大致分為結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)選擇和詳細設(shè)計兩個階段，有時還要反復(fù)交叉進行。該振動系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多零部件的動載，并進而影響到這些零件的使用壽命?？紤]了彈性襯套等連接件對懸架性能的影響，則懸架運動學(xué)即為懸架彈性運動學(xué)。汽車懸架系統(tǒng)的研究 與設(shè)計的領(lǐng)域 也相應(yīng)地分為兩大部分：一是對汽車平順性產(chǎn)生主要影響的懸架特性；另一是對汽車操縱穩(wěn)定產(chǎn)生主要影響的懸架特性 。 (1) 非獨立懸架是左、右車輪之間由一剛性梁或非斷開式車橋聯(lián)接，當單邊車輪駛過凸起時，會直接影響另一側(cè)車輪 。 導(dǎo)向機構(gòu)用來確定車輪相對于車架或車身的運動，傳遞除垂直力以外的 6 各種力和力矩。此外，懸架中確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩可靠傳遞并決定車輪相對于車架 或車身的位移特性的連接裝置統(tǒng)稱為導(dǎo)向機構(gòu)。 懸架最主要的功能 懸架最主要的功能是傳遞作用在車輪和車架 (或車身 )之間的一切力和力矩，并緩和汽 車駛過不平路面時所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，以保證汽車的行駛平順性。 4 圖 11 2 對鋼板彈簧進行結(jié)構(gòu)強度分析 介紹鋼板彈簧懸架結(jié)構(gòu)強度分析方法和過程。我國汽車產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，已經(jīng)初具規(guī)模，但是面臨著能源緊張、技術(shù)落后、自主品牌嚴重缺乏以及國際競爭加劇帶來的壓力。其中真正形成大規(guī)模、大批量生產(chǎn)的企業(yè)為數(shù)不多，大多仍停留在簡單生產(chǎn)工藝的水平上，產(chǎn)品成本較高，難以參與國際市場競爭。國內(nèi)能夠同時生產(chǎn)客車、貨車、轎車懸架彈簧的廠家只有三個：一汽集團遼陽汽車彈簧廠、東風(fēng)汽車懸 架彈簧有限公司、山東汽車彈簧廠 。產(chǎn)品質(zhì)量水平已達到國外先進 國家 90 年代水平。 國內(nèi)重卡 鋼板 懸架發(fā)展現(xiàn)狀 鋼板彈簧懸架 (簡稱板簧懸架 )又分為少片變截面鋼板懸架與等截面多片板簧懸架。為了使得在彈性變形時各片有相對滑動的可能，在主片卷耳與第二片包耳之間留有較大的空隙。 當鋼板彈簧安裝在汽車懸架中，所承受的垂直載荷為正向時，各彈簧片都受力變形，有向上拱彎的趨勢。鋼板彈簧懸架中的鋼板彈簧不僅用作彈性元件而且兼起導(dǎo)向的作用 。汽車懸架常用的彈性元件有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、橡膠彈簧及空氣彈簧等。 根據(jù)導(dǎo)向機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點，汽車懸架可分為非獨立懸架和獨立懸架兩大類。導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向桿系組成，用來決定車輪相對對于車架 (或車身 )的運動特性，并傳遞除彈性元件傳遞的垂直力以外 的各種力和力矩。當用 縱置鋼板彈簧作彈性元件時，它兼起導(dǎo)向裝置作用。非獨立懸架的鮮明特色是左、右車輪之間由一剛性梁或非斷開式車橋聯(lián)接，當單邊車輪駛過凸起時，會直接影響另一側(cè)車輪。減震器有多種形式，現(xiàn)在最常用的是筒式減震器。 為了減輕車軸對車架 (或車身 )的直接沖撞，采用了緩沖塊。這時， 車橋 和 車架 便相互靠近。有些懸架中的鋼板彈簧兩端不做成卷耳，而采用其他的支撐連接方式，如橡膠支撐墊。目前國內(nèi) 95%以上的重卡