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1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上汽車設計論文 題目名稱_輕型貨車后懸架的設計_學 院_ _汽車學院 _ _ 專 業(yè) _ 車輛工程 _ _ 班 級_ 2012級本科1班 _學 號9 姓 名徐光岐學 號0 姓 名黃理強學 號1 姓 名魏海洋學 號2 姓 名李守允指導教師_ 楊雪銀_ _ _2015年 07月04日輕型貨車后懸架的設計摘要：典型的懸架結構由彈性元件、導向機構以及等組成，個別結構則還有塊、橫向等。彈性元件又有鋼板、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，而現(xiàn)代轎車懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，個別高級轎車則使用空氣彈簧。懸架是汽車中的一個重要總成，它把車架與車輪彈性地聯(lián)系起來，關系到汽車的多種
2、使用性能。從外表上看，轎車懸架僅是由一些桿、筒以及彈簧組成，但千萬不要以為它很簡單，相反轎車懸架是一個較難達到完美要求的汽車總成，這是因為懸架既要滿足汽車 的舒適性要求，又要滿足其操縱穩(wěn)定性的要求，而這兩方面又是互相對立的。比如，為了取得良好的舒適性，需要大大緩沖汽車的震動，這樣彈簧就要設計得軟些，但彈簧軟了卻容易使汽車發(fā)生剎車“點頭”、加速“抬頭”以及左右側傾嚴重的不良傾向，不利于汽車的轉向，容易導致汽車操縱不穩(wěn)定等。汽車的懸掛系統(tǒng)分為非獨立懸掛和獨立懸掛兩種，非獨立懸掛的車輪裝在一根整體車軸的兩端，當一邊車輪跳動時，另一側車輪也相應跳動，使整個車身振動或傾斜；獨立懸掛的車軸分成兩段，每只車
3、輪由螺旋彈簧獨立安裝在車架下面，當一邊車輪發(fā)生跳動時，另一邊車輪不受影響，兩邊的車輪可以獨立運動，提高了汽車的平穩(wěn)性和舒適性。由于現(xiàn)代人對車子乘坐舒適性及操縱安定性的要求愈來愈高，所以非獨立懸掛系統(tǒng)已漸漸被淘汰。而獨立懸掛系統(tǒng)因其車輪觸地性良好、乘坐舒適性及操縱安定性大幅提升、左右兩輪可自由運動，輪胎與地面的自由度大，車輛操控性較好等優(yōu)點目前被汽車廠家普遍采用。常見的獨立懸掛系統(tǒng)有多連桿式懸掛系統(tǒng)、麥佛遜式懸掛系統(tǒng)、拖曳臂式懸掛系統(tǒng)等等。原件分類：鋼板彈簧：由多片不等長和不等曲率的鋼板疊合而成。安裝好后兩端自然向上彎曲。鋼板彈簧除具有緩沖作用外，還有一定的減振作用，縱向布置時還具有導向傳力的作
4、用。非獨立懸掛大多采用鋼板彈簧做彈性元件，可省去導向裝置和減振器，結構簡單。（2）螺旋彈簧：只具備緩沖作用，多用于轎車獨立懸掛裝置。由于沒有減振和傳力的功能，還必須設有專門的減振器和導向裝置。（3）油氣彈簧：以氣體作為彈性介質，液體作為傳力介質，它不但具有良好的緩沖能力，還具有減振作用，同時還可調節(jié)車架的高度，適用于重型車輛和大客車使用。（4）扭桿彈簧：將用彈簧桿做成的扭桿一端固定于車架，另一端通過擺臂與車輪相連，利用車輪跳動時扭桿的扭轉變形起到緩沖作用，適合于獨立懸掛使用。工作原理：懸掛系統(tǒng)存在的意義有二：隔離路面的不平使行駛更舒適；行經(jīng)不平路面時保持輪胎與路面接觸。而改良懸掛對“飛車黨”來
5、說只有一個目的就是改善操控性。懸掛系統(tǒng)的彈簧以圈狀彈簧最常用，原因是容易制作、性能效率高、價格低。彈簧在物理學上的定義就是儲存能量，當我們施一固定的力於彈簧，它會產(chǎn)生變形，當我們移開施力則彈簧會有恢復原狀的趨勢，但彈簧在回彈時振蕩的幅度往往會超過它原來的長度，直到有磨擦阻力的出現(xiàn)才會減緩彈簧回彈后造成的自由振蕩，這減緩彈簧自由振蕩的工作通常是避震器的任務。一般的彈簧是所謂的（線性彈簧），也就是彈簧受力時它的壓縮變形量是遵循物理學上的（虎克定律）：F=KX，其中F為施力，K為彈力系數(shù)，X則為變形量。舉例來說有一線性彈簧受力40Kg時會造成1cm的壓縮，之后每增加40Kg的施力1cm一定會增加的壓
6、縮量。事實上懸掛的彈簧還有其他的壓力存在，即使彈簧完全伸展時彈簧仍會受到壓力以便讓彈簧本身固定在車上。在傳統(tǒng)彈簧、吸震筒式的懸掛設計上，彈簧扮演支持車身以及吸收不平路面和其它施力對輪胎所造成的沖擊，而這里所謂的其它施力包含了加速、減速、剎車、轉彎等所對彈簧造成的施力。更重要的是在震動的消除過程中要保持輪胎與路面的持續(xù)接觸，維持車子的循跡性。而改善這輪胎與路面的接觸是我們改善操控性的首要考慮。 彈簧的最主要功能就是維持車子的舒適性和保持輪胎完全與地面接觸，用錯了彈簧會造成行車品質和操控性都有負面的影響。試想如果彈簧是完全僵硬的，那懸掛系統(tǒng)也就發(fā)揮不了作用。遇到不平的路面時車子跳起，輪胎也會完全離
7、開地面，若這種情況發(fā)生在加速、剎車或轉彎時，車子將會失去循跡性。如果彈簧很軟，則很容意出現(xiàn)（坐底）的情況，也就是將懸掛的行程用盡。假如在過彎時發(fā)生坐底情況則可視為彈簧的彈力系數(shù)變成無限大（已無壓縮的空間），車身會產(chǎn)生立即的重量轉移，造成循跡性的喪失。如果這部車有著很長的避震行程，那么或許可以避免（坐底）的情況發(fā)生，但相對的車身也會變得很高，而很高的車身意味著很高的車身重心，車身重心的高低對操控表現(xiàn)有決定性的影響，所以太軟的避震器會導致操控上的障礙。假如路面是絕對的平坦，那我們就不需要彈簧和懸掛系統(tǒng)了。如果路面的崎嶇度較大那就需要比較軟的彈簧才能確保輪胎與路面接觸，同時彈簧的行程也必須增加。彈簧
8、的硬度選擇是要由路面的崎嶇程度來決定，越崎嶇要越軟的彈簧，但要多軟則是個關鍵的問題，通常這需要經(jīng)驗的累積，也是各車廠及各車隊的重要課題。一般說來軟的彈簧可以提供較佳的舒適性以及行經(jīng)較崎嶇的路面時可保持比較好的循跡性。但是在行經(jīng)一般路面時卻會造成懸掛系統(tǒng)較大的上下擺動，影響操控。而在配備有良好組件的車，軟的彈簧在速度提高時會造成車高的變化，造成低速和高速時不同的操控特性組成：典型的懸架結構由彈性元件、導向機構以及減震器等組成，個別結構則還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，而現(xiàn)代轎車懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，個別高級轎車則使用空氣彈簧，貨車常采
9、用鋼板彈簧。關鍵詞：懸架設計；鋼板彈簧；平順性；貨車、1設計的主要要求1.1懸架主要性能懸架與汽車的多種使用性能有關，在懸架的設計中應該滿足以下性能要求：（1）保證汽車有良好的行駛平順性。（2）具有合適的衰減振動能力。（3）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。（4）汽車制動或加速時能保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾，即點頭或后仰；轉彎時車身側傾角要合適。（5）結構緊湊、占用空間小。（6）可靠的傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩。在滿足零部件質量小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。1.2懸架主要參數(shù)根據(jù)懸架在整車中的作用和整車的性能要求，懸架首先應保證有良好的行駛平順性，這是確定懸架主要性能參數(shù)的重要依據(jù)。
10、汽車的前、后懸架與簧載質量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性主要參數(shù)之一。懸架固有頻率選取的主要依據(jù)是“ISO2631人體承受全身振動的評價指南”，固有頻率取值與人步行時身體上下運動的頻率接近。此外，前后懸架的固有頻率接近可以避免產(chǎn)生較大的車身角振動，n1n2的汽車。故本次設計選取的汽車前后部分的車身固有頻率n1、n2分別為n1=1.8Hz,n2=2.0Hz已知設計參數(shù)：整車質量：滿載：4000kg（39240N），空載：2000kg(19620N)質心位置：a=1.35m b=1.25m hg=0.86m 非簧載質量: mf=80kg, mr=120kg輪距：B=1.45m 由已
11、知參數(shù)確定初始條件：空載靜止時汽車前、 后軸（橋）負荷G1=10000N、G2=9620N；滿載靜止時汽車前、 后軸（橋）負荷G3=15696N、G4=23544N；簧下部分荷重Gu1=784N、Gu2=1176N。滿載時單個鋼板彈簧的載荷：Fw1=( G3- Gu1)/2=(15696-784)/2=7456NFw2=( G4- Gu2)/2=(23544-1176)/2=11184N 滿載時單個鋼板彈簧的簧載質量：m1= Fw1/g=7456/9.81=760.04kgm2= Fw2/g=11184/9.81=1140.06kg2.懸架各部分的參數(shù)2.1懸架的靜撓度fc及剛度c懸架的靜撓度
12、fc 是指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。 因現(xiàn)代汽車的懸掛質量分配系數(shù)近似等于1，于是汽車前、后軸上方車身兩點的振動不存在聯(lián)系。因此，汽車前、后部分車身的固有頻率n1和n2可用下式表示n1=2；n2=2 （1）式中，、為前、后懸架的剛度（N/mm）；m1、m2為前、后懸架的簧上質量（kg）。懸架的彈性特性為線性變化時，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=9810mm/s2 。將fc1、fc2代入式（1）得到 n1=15.76/； n2=15.76/ （2）所以 fc1=(15.75/n1)2=
13、(15.75/2)2=62mm fc2=(15.75/n2)2=(15.75/2.0)2=63mm-懸架剛度=120.26N/mm；=177.52N/mm。2.2懸架的動撓度 fd 懸架的動撓度fd是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結構允的最大變形時，車輪中心相對車架（或車身）的垂直位移。要求懸架應有足夠大的動撓度，以防止在壞路面上行駛時經(jīng)常碰撞緩沖塊。所以，對于貨車，取fd/fc=1，所以fd1=fc1=62mm，fd2=fc2=63mm3鋼板彈簧主要參數(shù)的確定（1）滿載弧高fa 滿載弧高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（不包括卷耳孔半徑）連線間的最大高度
14、差。fa用來保證汽車具有給定的高度（2）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。L=0.35 3m=1.05m=1050mm（3）相關參數(shù)空載靜止時汽車后懸單個鋼板彈簧的簧載質量m=570.06kg（5592.29N）主簧單獨作用時（空載）的剛度C=89.93N/mm主副簧完全貼合后的共同剛度C2=178.75N/mm主副簧開始接觸的載荷，一般應高于空載，取7000N主副簧完全接觸對應的載荷，一般應小于設計載荷，取9000N板簧從設計載荷位置到限位塊壓死的行程，fd2=63mm板簧空載弧高70mm，滿載弧高20mm主簧5片，寬度選80mm，厚度選8mm。主簧驗算剛
15、度90.24 N/mm。滿足要求。副簧3片，寬度80mm，厚度10mm。主副簧共同作用總驗算剛度170.3 N/mm。滿足要求。（4）鋼板彈簧斷面寬度b及厚度h的確定鋼板彈簧的總慣性矩JoJo 式中，sU形螺栓中心距，取s=200mmkU形螺栓夾緊彈簧后的無效長度系數(shù)，取k=0.5c后鋼板彈簧垂直剛度，c=177.52N/mm撓度系數(shù), =1.5/1.04（1+0.5/4）=1.28E材料的彈性模量，E=2.06105MPaJo=（1050-0.5200）3177.521.28/(482.06105)=19702.42 mm鋼板彈簧總截面系數(shù)Wo鋼板彈簧總截面系數(shù)WoFw(L-ks)/(4w)
16、 式中，w許用彎曲應力，w=450550MPaWo7456(1050-0.5200)/(4500)=5059.43 mm3hp=2J0/W0=8.0mm取b=80mm各片長度如圖：3.1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HoHo=fc+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型螺栓加緊后引起的弧高變化， f=s為U型螺栓中心距；L為鋼板彈簧主片長度。f=19.5mmHo=10+63+19.5=92.5mm（2）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑Ro主簧曲率半徑Ro=L2/(8Ho)Ro=10502/(892.5)=1489.
17、8mm4鋼板彈簧的檢驗1.鋼板彈簧總成弧高的核算鋼板彈簧總成弧高為HHL2/(8Ro)HL2/(8Ro)=10502/(81489.8) 92.5mm鋼板彈簧總成弧高H與鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高Ho，其驗算結果接近，故滿足要求。2. 鋼板彈簧的強度驗算 （1）汽車驅動時，后鋼板彈簧承受的載荷最大，在其前半段出現(xiàn)的最大應力maxmax=G2l1(l2+c)/(l1+l2)Wo+G2/(bh1)式中，G2作用在后輪上的垂直靜載荷, G2=11184N驅動時后軸負荷轉移系數(shù)，=1.10道路附著系數(shù)，=0.8b鋼板彈簧片寬，b=80mmh1鋼板彈簧主片厚度, h1=8mm鋼板彈簧前、后段長度,=
18、525mmc彈簧固定點到路面的距離,c=450mmWo鋼板彈簧總截面系數(shù), Wo =6000mm3鋼板彈簧總截面系數(shù)WoWoFw(L-ks)/(4w) 式中，w許用彎曲應力，w=450550MPaWo11184(1050-0.5200)/(4500)=8812.97mm3max=111841.1525(525+0.8450) /10506000+ 111841.10.8/(808) =922MPa =1000MPa，合格（2）鋼板彈簧卷耳的強度核算卷耳處所受應力是由彎曲應力和壓（拉）應力合成的應力，即式中，F(xiàn)x沿彈簧縱向作用在卷耳中心線上的力, Fx=9841.92ND卷耳內徑,D=25mmb
19、鋼板彈簧寬度,b=80mmh1主片厚度,h1=8mm許用應力，=350MPa=205.68MPa=350MPa 合格（3） 鋼板彈簧銷強度計算為滿載靜止時彈簧端部的載荷,= Fw2/2=11184/2=5592N；b為卷耳處葉片寬80mm；d為鋼板彈簧銷直徑，取15mm4.66MPa=79MPa，合格。5.結束語：通過小組成員的不懈努力及老師的悉心指導，我們完成了對輕型貨車后懸架鋼板彈簧的設計。通過這次設計，基本掌握了鋼板彈簧的設計方法，并對課本上的知識加以運用，使我們更加了解了汽車設計這門學科。裝配圖及零件圖如下： 鋼板共有12片，其他略。彈簧夾如圖：任務分配：計算及校核：徐光岐，黃理強，李守允整理及總結：魏海洋制圖:李守允 專心-專注-專業(yè)
輕型貨車后懸架的設計(共13頁)
