輕型貨車后懸架的設(shè)計(jì)(共13頁)

精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上汽車設(shè)計(jì)論文 題目名稱_輕型貨車后懸架的設(shè)計(jì)_學(xué) 院_ _汽車學(xué)院 _ _ 專 業(yè) _ 車輛工程 _ _ 班 級(jí)_ 2012級(jí)本科1班 _學(xué) 號(hào)9 姓 名徐光岐學(xué) 號(hào)0 姓 名黃理強(qiáng)學(xué) 號(hào)1 姓 名魏海洋學(xué) 號(hào)2 姓 名李守允指導(dǎo)教師_ 楊雪銀_ _ _2015年 07月04日輕型貨車后懸架的設(shè)計(jì)摘要：典型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及等組成，個(gè)別結(jié)構(gòu)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(gè)別高級(jí)轎車則使用空氣彈簧。懸架是汽車中的一個(gè)重要總成，它把車架與車輪彈性地聯(lián)系起來，關(guān)系到汽車的多種使用性能。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(gè)較難達(dá)到完美要求的汽車總成，這是因?yàn)閼壹芗纫獫M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(duì)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(dòng)，這樣彈簧就要設(shè)計(jì)得軟些，但彈簧軟了卻容易使汽車發(fā)生剎車“點(diǎn)頭”、加速“抬頭”以及左右側(cè)傾嚴(yán)重的不良傾向，不利于汽車的轉(zhuǎn)向，容易導(dǎo)致汽車操縱不穩(wěn)定等。汽車的懸掛系統(tǒng)分為非獨(dú)立懸掛和獨(dú)立懸掛兩種，非獨(dú)立懸掛的車輪裝在一根整體車軸的兩端，當(dāng)一邊車輪跳動(dòng)時(shí)，另一側(cè)車輪也相應(yīng)跳動(dòng)，使整個(gè)車身振動(dòng)或傾斜；獨(dú)立懸掛的車軸分成兩段，每只車輪由螺旋彈簧獨(dú)立安裝在車架下面，當(dāng)一邊車輪發(fā)生跳動(dòng)時(shí)，另一邊車輪不受影響，兩邊的車輪可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，提高了汽車的平穩(wěn)性和舒適性。由于現(xiàn)代人對(duì)車子乘坐舒適性及操縱安定性的要求愈來愈高，所以非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)已漸漸被淘汰。而獨(dú)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(yùn)動(dòng)，輪胎與地面的自由度大，車輛操控性較好等優(yōu)點(diǎn)目前被汽車廠家普遍采用。常見的獨(dú)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(shí)還具有導(dǎo)向傳力的作用。非獨(dú)立懸掛大多采用鋼板彈簧做彈性元件，可省去導(dǎo)向裝置和減振器，結(jié)構(gòu)簡單。（2）螺旋彈簧：只具備緩沖作用，多用于轎車獨(dú)立懸掛裝置。由于沒有減振和傳力的功能，還必須設(shè)有專門的減振器和導(dǎo)向裝置。（3）油氣彈簧：以氣體作為彈性介質(zhì)，液體作為傳力介質(zhì)，它不但具有良好的緩沖能力，還具有減振作用，同時(shí)還可調(diào)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(dòng)時(shí)扭桿的扭轉(zhuǎn)變形起到緩沖作用，適合于獨(dú)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(shí)保持輪胎與路面接觸。而改良懸掛對(duì)“飛車黨”來說只有一個(gè)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(jià)格低。彈簧在物理學(xué)上的定義就是儲(chǔ)存能量，當(dāng)我們施一固定的力於彈簧，它會(huì)產(chǎn)生變形，當(dāng)我們移開施力則彈簧會(huì)有恢復(fù)原狀的趨勢(shì)，但彈簧在回彈時(shí)振蕩的幅度往往會(huì)超過它原來的長度，直到有磨擦阻力的出現(xiàn)才會(huì)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(wù)。一般的彈簧是所謂的（線性彈簧），也就是彈簧受力時(shí)它的壓縮變形量是遵循物理學(xué)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(shí)會(huì)造成1cm的壓縮，之后每增加40Kg的施力1cm一定會(huì)增加的壓縮量。事實(shí)上懸掛的彈簧還有其他的壓力存在，即使彈簧完全伸展時(shí)彈簧仍會(huì)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(shè)計(jì)上，彈簧扮演支持車身以及吸收不平路面和其它施力對(duì)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(zhuǎn)彎等所對(duì)彈簧造成的施力。更重要的是在震動(dòng)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(cuò)了彈簧會(huì)造成行車品質(zhì)和操控性都有負(fù)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(shí)車子跳起，輪胎也會(huì)完全離開地面，若這種情況發(fā)生在加速、剎車或轉(zhuǎn)彎時(shí)，車子將會(huì)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(shí)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(huì)產(chǎn)生立即的重量轉(zhuǎn)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(duì)的車身也會(huì)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(duì)操控表現(xiàn)有決定性的影響，所以太軟的避震器會(huì)導(dǎo)致操控上的障礙。假如路面是絕對(duì)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(shí)彈簧的行程也必須增加。彈簧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(gè)關(guān)鍵的問題，通常這需要經(jīng)驗(yàn)的累積，也是各車廠及各車隊(duì)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(shí)可保持比較好的循跡性。但是在行經(jīng)一般路面時(shí)卻會(huì)造成懸掛系統(tǒng)較大的上下擺動(dòng)，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(shí)會(huì)造成車高的變化，造成低速和高速時(shí)不同的操控特性組成：典型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減震器等組成，個(gè)別結(jié)構(gòu)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(gè)別高級(jí)轎車則使用空氣彈簧，貨車常采用鋼板彈簧。關(guān)鍵詞：懸架設(shè)計(jì)；鋼板彈簧；平順性；貨車、1設(shè)計(jì)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(guān)，在懸架的設(shè)計(jì)中應(yīng)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(dòng)能力。（3）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。（4）汽車制動(dòng)或加速時(shí)能保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾，即點(diǎn)頭或后仰；轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾角要合適。（5）結(jié)構(gòu)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(zhì)量小的同時(shí)，還要保證有足夠的強(qiáng)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(yīng)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)。汽車的前、后懸架與簧載質(zhì)量組成的振動(dòng)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(dòng)的評(píng)價(jià)指南”，固有頻率取值與人步行時(shí)身體上下運(yùn)動(dòng)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(dòng)，n1<n2的汽車高速通過單個(gè)路障時(shí)引起的車身角振動(dòng)小于n1>n2的汽車。故本次設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)參數(shù)：整車質(zhì)量：滿載：4000kg（39240N），空載：2000kg(19620N)質(zhì)心位置：a=1.35m b=1.25m hg=0.86m 非簧載質(zhì)量: mf=80kg, mr=120kg輪距：B=1.45m 由已知參數(shù)確定初始條件：空載靜止時(shí)汽車前、 后軸（橋）負(fù)荷G1=10000N、G2=9620N；滿載靜止時(shí)汽車前、 后軸（橋）負(fù)荷G3=15696N、G4=23544N；簧下部分荷重Gu1=784N、Gu2=1176N。滿載時(shí)單個(gè)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(shí)單個(gè)鋼板彈簧的簧載質(zhì)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fc 是指滿載靜止時(shí)懸架上的載荷Fw與此時(shí)懸架剛度c之比，即fc= Fw /c。 因現(xiàn)代汽車的懸掛質(zhì)量分配系數(shù)近似等于1，于是汽車前、后軸上方車身兩點(diǎn)的振動(dòng)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(zhì)量（kg）。懸架的彈性特性為線性變化時(shí)，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=(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(dòng)撓度 fd 懸架的動(dòng)撓度fd是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允的最大變形時(shí)，車輪中心相對(duì)車架（或車身）的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動(dòng)撓度，以防止在壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰撞緩沖塊。所以，對(duì)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(shí)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。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(guān)參數(shù)空載靜止時(shí)汽車后懸單個(gè)鋼板彈簧的簧載質(zhì)量m=570.06kg（5592.29N）主簧單獨(dú)作用時(shí)（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(yīng)高于空載，取7000N主副簧完全接觸對(duì)應(yīng)的載荷，一般應(yīng)小于設(shè)計(jì)載荷，取9000N板簧從設(shè)計(jì)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(yàn)算剛度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(yàn)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=2.06×105MPaJo=（1050-0.5×200）3×177.52×1.28/(48×2.06×105)=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) 式中，w許用彎曲應(yīng)力，w=450550MPaWo7456×(1050-0.5×200)/(4×500)=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(jì)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/(8×92.5)=1489.8mm4鋼板彈簧的檢驗(yàn)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/(8×1489.8) 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(yàn)算結(jié)果接近，故滿足要求。2. 鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算 （1）汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)，后鋼板彈簧承受的載荷最大，在其前半段出現(xiàn)的最大應(yīng)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(qū)動(dòng)時(shí)后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)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,=525mmc彈簧固定點(diǎn)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(yīng)力，w=450550MPaWo11184×(1050-0.5×200)/(4×500)=8812.97mm3max=11184×1.1×525×(525+0.8×450) /1050×6000+ 11184×1.1×0.8/(80×8) =922MPa <=1000MPa，合格（2）鋼板彈簧卷耳的強(qiáng)度核算卷耳處所受應(yīng)力是由彎曲應(yīng)力和壓（拉）應(yīng)力合成的應(yīng)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(nèi)徑,D=25mmb鋼板彈簧寬度,b=80mmh1主片厚度,h1=8mm許用應(yīng)力，=350MPa=205.68MPa<=350MPa 合格（3） 鋼板彈簧銷強(qiáng)度計(jì)算為滿載靜止時(shí)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(jié)束語：通過小組成員的不懈努力及老師的悉心指導(dǎo)，我們完成了對(duì)輕型貨車后懸架鋼板彈簧的設(shè)計(jì)。通過這次設(shè)計(jì)，基本掌握了鋼板彈簧的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)課本上的知識(shí)加以運(yùn)用，使我們更加了解了汽車設(shè)計(jì)這門學(xué)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(wù)分配：計(jì)算及校核：徐光岐，黃理強(qiáng)，李守允整理及總結(jié)：魏海洋制圖:李守允 專心-專注-專業(yè)