汽车后悬架设计(本科毕业设计)[1]


小型商用车的后悬架设计

第一章



绪论 ...................................................................................................... 1

1.1 汽车悬架概述 ........................................................................................ 1 1.2 国内重卡钢板悬架发展现状 ................................................................. 2 1.3 论文研究的背景及意义 ......................................................................... 3 1.4 第二章 毕业论文研究内容 .............................................................................. 3 汽车悬架概述 ...................................................................................... 5 2.11 悬架概念 ....................................................................................... 5 2.12 悬架最主要的功能 ....................................................................... 5 2.13 悬架基本组成 [4]~ [6] ...................................................................... 5 2.14 悬架类型 [7] .................................................................................... 6 2.2 悬架系统研究与设计的领域 ................................................................. 6 2.3 悬架设计要求 ......................................................................................... 7 2.4 悬架的主要特性 ..................................................................................... 7 2.41 悬架的垂直弹性特性 .................................................................. 7 2.42 减振器的特性 .............................................................................. 8 2.5 本章小结 ................................................................................................ 9 第三章 悬架对汽车主要性能的影响 .............................................................. 10 3.1 悬架对汽车平顺性的影响 ................................................................... 10 3.11 悬架弹性特性对汽车行驶平顺性的影响 ................................. 11 3.12 悬架系统中的阻尼对汽车行驶平顺性的影响 ......................... 14 3.13 非簧载质量对汽车行驶平顺性的影响 ..................................... 15 3.14 改善平顺性的主要措施 ............................................................. 15 3.2 悬架与汽车操纵稳定性 ....................................................................... 16 3.21 汽车的侧倾 ................................................................................ 16 3.22 侧倾时垂直载荷在左、右侧车轮上的重新分配及其对稳态响

2.1 悬架基本概念 ......................................................................................... 5

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应的影响 ................................................................................................ 18 3.3 本章小结 ............................................................................................... 20 第四章 对长安星卡 SC1022D7 后悬架的设计 .............................................. 22 及其结构强度校核 ............................................................................................ 22 4.1 4.2 钢板弹簧的种类 ................................................................................ 22 钢板弹簧主要元件结构选取 ............................................................ 24 4.21 钢板弹簧断面形状 ..................................................................... 24 4.22 弹簧端部形状 ............................................................................. 25 4.23 弹簧卷耳 ..................................................................................... 26 4.24 弹簧包耳 ..................................................................................... 27 4.25 钢板弹簧中心螺栓 ..................................................................... 28 4.26 弹簧夹箍 ..................................................................................... 29 4.3 普通多片钢板弹簧设计与计算 ........................................................ 29 4.31 共同曲率法介绍 ......................................................................... 29 4.32 钢板弹簧设计的已知参数 ...................................................... 30 4.4 本章小结 ............................................................................................... 44 第五章 三维作图 .............................................................................................. 45 5.1 Pro/E 软件的简介 ................................................................................. 45 5.2 三维作图 .............................................................................................. 46 5.21 Pro/E 设计界面 ........................................................................... 46 5.22 钢板弹簧悬架设计绘制过程 .................................................... 48 5.3 设计优点 .............................................................................................. 52 5.4 钢板弹簧的工程图 .............................................................................. 53 5.5 本章小结 .............................................................................................. 54 结 论 .................................................................................................................. 55

- II -

第 1章
1.1 汽车悬架概述

绪论

悬架由弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器等组成 [1]。 导向装置由导向杆系组成,用来决定车轮相对对于车架 (或车身)的运动特性, 并传递除弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩。当用纵置钢板弹簧作 弹性元件时,它兼起导向装置作用。缓冲块用来减轻车轴对车架 ( 或车身 )的 直接冲撞,防止弹性元件产生过大的变形。装有横向稳定器的汽车,能减少 转弯行驶时车身的侧倾角和横向角振动。 根据导向机构的结构特点,汽车悬架可分为非独立悬架和独立悬架两大 类。非独立悬架的鲜明特色是左、右车轮之间由一刚性梁或非断开式车桥联 接,当单边车轮驶过凸起时,会直接影响另一侧车轮。独立悬架中没有这样 的刚性梁,左右车轮各自 “独立 ”地与车架或车身相连或构成断开式车桥,按 结构特点又可细分为横臂式、纵臂式、斜臂式等等, 它的主要功用如下 [2]: 1 缓和、抑制由于不平路面所引起的振动和冲击,以保证汽车的行驶平 顺性; 2 迅速衰减车身和车桥 (或车轮 )的振动; 3 传递作用在车轮和车架 ( 或车身 ) 之间的各种力 ( 驱动力、制动力、横 向力)和力矩 (制动力矩和反作用力矩 ); 4 保证汽车行驶稳定性。 为了完成 1 、 2 项功能,悬架使用了弹簧和减震器。汽车悬架常用的弹 性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、橡胶弹簧及空气弹簧等。减震器 有多种形式,现在最常用的是筒式减震器。 为了完成 3 、 4 项功能,悬架采用了适当的导向干系把车架 (车身 )与车轴 (车轮 ) 联接起来。导向杆系有多种新式,可单独用其中的一种,也可将几种 配合起来使用。钢板弹簧悬架中的钢板弹簧不仅用作弹性元件而且兼起导向 的作用。 为了减轻车轴对车架 ( 或车身 ) 的直接冲撞,采用了缓冲块。为了减小车 身的侧倾角,有的汽车还装有横向稳定杆。 钢板弹 簧简 介 [3]

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钢板弹 簧是 汽车 悬架 中应用 最广 泛的 一种 弹性元 件, 它是 由若 干片 等宽但 不等 长( 厚度 可以相 等, 也可 以不 相等) 的合 金弹 簧片 组合而 成 的一根 近似 等强 度的 弹性梁 。 当钢板 弹簧 安装 在汽 车悬架 中, 所承 受的 垂直载 荷为 正向 时, 各弹 簧片都 受力 变形 ,有 向上拱 弯的 趋势 。这 时, 车 桥和 车架 便相 互靠近 。 当车桥 与车 架互 相远 离时, 钢板 弹簧 所受 的正向 垂直 载荷 和变 形便逐 渐 减小, 有时 甚至 会反 向。 主片卷 耳受 力严 重, 是薄弱 处, 为改 善主 片卷耳 的受 力情 况, 常将 第二片 末端 也弯 成卷 耳,包 在主 片卷 耳的 外面, 称为 包耳 。为 了使得 在 弹性变 形时 各片 有相 对滑动 的可 能, 在主 片卷耳 与第 二片 包耳 之间留 有 较大的 空隙 。有 些悬 架中的 钢板 弹簧 两端 不做成 卷耳 ,而 采用 其他的 支 撑连接 方式 ,如 橡胶 支撑垫 。 扁平长 方形 的钢 板呈 弯曲形 ,以 数片 叠成 的底盘 用弹 簧, 一端 以梢 子安装 在吊 架上 ,另 一端使 用吊 耳连 接到 大梁上 ,使 弹簧 能伸 缩。目 前 适用于 中大 型 的 货卡 车上 。 1.2 国内重卡钢板悬架发展现状 钢板弹簧悬架 (简称板簧悬架 ) 又分为少片变截面钢板悬架与等截面多片 板簧悬架。目前国内 95%以上的重卡悬架系统是以钢板弹簧为弹性元件兼作 导向装置的非独立悬架,其主要优点是结构简单,制造容易,维修方便,工 艺成熟,工作可靠。缺点是汽车平顺性、舒适性较差;簧下质量大,无法适 应重卡轻量化的发展,并且不能同时兼顾重卡的舒适性与操纵稳定性。 国内汽车悬架弹簧生产企业 160 余家,遍布全国各地,具有规模的专业 生产企业 (生产规模在 0.8 万吨以上 )约 80 余家。产品质量水平已达到国外先 进国家 90 年代水平。大部分企业规模较小,生产集中度低,散乱差问题较严 重。其中真正形成大规模、大批量生产的企业为数不多,大多仍停留在简单 生产工艺的水平上,产品成本较高,难以参与国际市场竞争。国内能够生产 高档次汽车钢板悬架弹簧的企业只有 4 家:一汽集团辽阳汽车弹簧厂、东风 汽车悬架弹簧有限公司、重庆红岩汽车弹簧厂、山东汽车弹簧厂,他们都具 有生产多种叠片簧、渐变刚度弹簧、少片变截面钢板弹簧和双曲率半径及平 直段的汽车钢板弹簧的能力。国内能够同时生产客车、货车、轿车悬架弹簧 的厂家只有三个:一汽集团辽阳汽车弹簧厂、东风汽车悬架弹簧有限公司、 山东汽车弹簧厂。
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1.3 论文研究的背景及意义 国内汽车悬架弹簧生产企业 160 余家,遍布全国各地,具有规模的专业 生产企业 (生产规模在 0.8 万吨以上 )约 80 余家。产品质量水平刚达到国外先 进国家 90 年代水平。大部分企业规模较小,生产集中度低,散乱差问题较严 重。其中真正形成大规模、大批量生产的企业为数不多,大多仍停留在简单 生产工艺的水平上,产品成本较高,难以参与国际市场竞争。国内能够生产 高档次汽车钢板悬架弹簧的企业只有 4 家:一汽集团辽阳汽车弹簧厂、东风 汽车悬架弹簧有限公司、重庆红岩汽车弹簧厂、山东汽车弹簧厂,他们都具 有生产多种叠片簧、渐变刚度弹簧、少片变截面钢板弹簧和双曲率半径及平 直段的汽车钢板弹簧的能力。国内能够同时生产客车、货车、轿车悬架弹簧 的厂家只有三个:一汽集团辽阳汽车弹簧厂、东风汽车悬架弹簧有限公司、 山东汽车弹簧厂。 自主开发是中国汽车产业持续发展的保障。我国汽车产业在经过半个世 纪的发展,已经初具规模,但是面临着能源紧张、技术落后、自主品牌严重 缺乏以及国际竞争加剧带来的压力。我国的汽车产业要加速、持续和健康的 发展,并成为我国国民经济的支柱产业,必须坚持产业创新,选择面向自主 发展具有中国特色的产业创新模式, 推动汽车产业结构的升级、 技术的进步、 以及民族品牌的崛起。 所以为了适应汽车产业的自主开发道路,对悬架进行设计和强度计算并 进行推广交流显得尤为重要 1.4 毕业论文研究内容

本文主要对小型商用车——微卡的后悬架进行设计研究。 1 钢板弹簧的结构设计 介绍钢板弹簧的设计方法,确定钢板弹簧的主要参数的过程和结构的设 计过程。

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图 1-1 2 对钢板弹簧进行结构强度分析 介绍钢板弹簧悬架结构强度分析方法和过程。 3 最后以长安星卡 SC1022D7 车型为例设计后悬架——钢板弹簧悬架, 结构设计和强度设计,并对其结构强度分析。

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第 2章

汽车悬架概述

悬架是汽车的车架与车桥或者车轮之间的一切传力、连接装置的总称, 其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩,并且缓冲衰减由不平路面 传给车架或车身的冲击,以保证汽车能平顺行驶。 2.1 悬架基本概念 2.1.1 悬架概念 保证车轮或车桥与汽车承载系统 ( 车架或承载式车身 ) 之间具有弹性联系 并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关 装置的总称。 2.1.2 悬架最主要的功能 悬架最主要的功能是传递作用在车轮和车架 ( 或车身 ) 之间的一切力和力 矩,并缓和汽车驶过不平路面时所产生的冲击,衰减由此引起的承载系统的 振动,以保证汽车的行驶平顺性。为此必须在车轮与车架或车身之间提供弹 性联接,依靠弹性元件来传递车轮或车桥与车架或车身之间的载荷,并依靠 其变形来吸收能量,达到缓冲的目的。采用弹性联接后,汽车可以看作是由 悬挂质量、非悬挂质量 (即非簧载质量 )和弹簧 (弹性元件 )组成的振动系统, 承受来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。为了迅速衰减不必 要的振动,悬架中还必须包括阻尼元件,即减振器。此外,悬架中确保车轮 与车架或车身之间所有力和力矩可靠传递并决定车轮相对于车架或车身的位 移特性的连接装置统称为导向机构。导向机构决定了车轮跳动时的运动轨迹 和车轮定位参数的变化,以及汽车前后侧倾中心及纵倾中心的位置,从而在 很大程度上影响了整车的操纵稳定性和抗纵倾能力。 2.1.3 悬架基本组成 [4]~
[6]

悬架主要由弹性元件、导向机构和减振器组成,有些悬架中还有缓冲块 和横向稳定杆。 弹性元件受冲击后会产生持续的振动,使乘坐不适,因此,设有减振器 将振动迅速衰减,使振幅迅速减小。 导向机构用来确定车轮相对于车架或车身的运动,传递除垂直力以外的

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各种力和力矩。 为减少车轴对车架或车身的直接冲撞,一些汽车悬架上装有缓冲块,起 限制移动行程。横向稳定杆的作用是减少转弯时车身的侧倾,并提高轮胎对 地面的附着力。 2.1.4 悬架类型 [7] 1 根据导向机构的结构特点,汽车悬架可以分为非独立悬架和独立悬架 两大类。 (1) 非独立悬架是左、右车轮之间由一刚性梁或非断开式车桥联接,当 单边车轮驶过凸起时,会直接影响另一侧车轮。 (2) 独立悬架中没有这样的刚性梁,左右车轮各自 “ 独立 ” 地与车架或车 身相连或构成断开式车桥,按结构特点又可细分为横臂式、纵臂式、斜臂式 等等。 2 按照弹性元件的种类, 钢板弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹簧悬架、空气悬架以及油气悬架 等。 2.2 悬架系统研究与设计的领域 汽车悬架系统的研究与设计主要是为了提高汽车整车的操纵稳定性和行 驶平顺性。汽车悬架系统的研究与设计的领域也相应地分为两大部分:一是 对汽车平顺性产生主要影响的悬架特性;另一是对汽车操纵稳定产生主要影 响的悬架特性。 前一部分主要是对悬架的弹性元件和阻尼元件特性展开工作,主要是将 路面、轮胎、非簧载质量、悬架、簧载质量作为一个整体进行研究与设计, 由于它主要研究的是在路面的反作用力的激励下,影响汽车平顺性的弹性元 件以及阻尼元件的力学特性,因此可以称之为悬架系统动力学研究。 后一部分主要是对悬架的导向机构进行工作,主要是研究在车轮与车身 发生相对运动时,悬架导向机构如何引导和约束车轮的运动、车轮定位及影 响转向运动的一些悬架参数的运动学特性。这一部分的研究称为悬架的运动 学研究。考虑了弹性衬套等连接件对悬架性能的影响,则悬架运动学即为悬 架弹性运动学。悬架弹性运动学是阐述由于轮胎和路面之间的力和力矩引起 的车轮定位等主要悬架参数的变化特性。这样悬架系统的运动学研究就包括 了悬架运动学和弹性运动学两个方面的内容。

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2.3 悬架设计要求 如前所述,汽车悬架和簧载质量、非簧载质量构成了一个振动系统,该 振动系统的特性很大程度上决定了汽车的行驶平顺性,并进一步影响到汽车 的行驶车速、燃油经济性和运营经济性。该振动系统也决定了汽车承载系和 行驶系许多零部件的动载,并进而影响到这些零件的使用寿命。此外,悬架 对整车操纵稳定性、抗纵倾能力也起着决定性的作用。因而在设计悬架时必 须考虑以下几个方面的要求 [8]~ [9]: 1 通过合理设计悬架的弹性特性及阻尼特性确保汽车具有良好的行驶平 顺性,具有较低的振动频率、较小的振动加速度值和合适的减振性能,并能 避免在悬架的压缩伸张行程极限点发生硬冲击,同时还要保证轮胎具有足够 的接地能力; 2 合理设计导向机构, 以确保车轮与车架或车身之间力和力矩可靠传递。 3 导向机构的运动应与转向杆系的运动相协调,避免发生运动干涉,否 则可能引起转向轮摆振; 4 侧倾中心及纵倾中心位置恰当,汽车转向时具有抗侧倾能力,汽车制 动和加速时能保持车身的稳定, 避免发生汽车在制动和加速时的车身纵倾 (即 所谓“点头 ”和 “后仰 ”); 5 悬架构件的质量要小尤其是其非悬挂部分的质量要尽量小; 6 便于布置 7 所有零部件应具有足够的强度和使用寿命; 8 制造成本低; 9 便于维修、保养。 悬架设计可以大致分为结构型式及主要参数选择和详细设计两个阶段, 有时还要反复交叉进行。由于悬架的参数影响到许多整车特性,并且涉及其 他总成的布置,因而一般要与总布置共同协商确定。 2.4 悬架的主要特性 2.4.1 悬架的垂直弹性特性 汽车悬架的垂直弹性特性表示作用在悬架上的垂直载荷与在轮轴上方的 变形之间的关系。

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图 2-1 悬架弹性特性曲线

弹住特性上任意点的悬架刚度 c ,为 :

C?

dTK dSK

(2-1)

当簧下质量固定不动时,而又无减震器时,簧上质量的自由振动偏频 n0 仅与有效静挠度有关

n0 ?
2.4.2 减振器的特性

?0 1 Cg ? 2? 2? TCT

(2-2)

减振器阻力 P 与其活塞位移速度 y 之间的关系。 经常用的是双向作用的,具有非对称特性及卸荷阀的减振器。在现有的 减振器中,复原阻力系数比压缩阻力系数要大 2— 6 倍。 减震器的外特性主要指的是阻力-速度特性 [10],特性图如下图。

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图 2-2 减震器的外特性

2.5 本章小结 本章通过对悬架的一般基础知识的介绍,对悬架有了初步的认识,了解 其分类,功能,设计要求,熟悉悬架的弹性特。熟悉本章内容,对后文的分 析和设计起基础作用。 悬架是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩,并且缓冲由不平路面传 给车架或车身的冲击力,并衰减由此引起的振动,以保证汽车能平顺行驶。 依靠弹性元件来传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂向载荷,并依靠其变 形来吸收能量,达到缓冲的目的。采用弹性联接后,汽车可以看作是由悬挂 质量 ( 即簧载质量 ) 、非悬挂质量 ( 即非簧载质量 ) 和弹簧 ( 弹性元件 ) 组成的振 动系统,承受来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。 悬架设计可以大致分为结构型式及主要参数选择和详细设计两个阶段, 有时还要反复交叉进行。由于悬架的参数影响到许多整车特性,并且涉及其 他总成的布置,因而一般要与总布置共同协商确定。

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第3章 悬架对汽车主要性能的影响
悬架型式、导向杆系的布置以及悬架参数的选择等对汽车性能的影响, 并不是孤立的,而是存在着一定的内在联系。为此从不同角度去分析汽车各 种性能的影响。 3.1 悬架对汽车平顺性的影响 良好的汽车行驶平顺性不仅能保证乘员的舒适与所运货物的完整无损, 而且还可以提高汽车的运输生产率、降低燃油消耗、延长零件的使用寿命及 提高零件的工作可靠性等。 目前主要参照国际标准 ISO2631 来评价汽车平顺性,它把乘员承受的疲 劳-降低工效界限表示为振动加速度均方根值随频率变化的函数。 对垂直振动 而言,人体对 4—8Hz 的振动最敏感,所以这一频带的界限值最低。为使人 体承受的振动不超过规定的界限值,主要靠悬架来降低车身振动加速度均方 根值。在一定随机路面不平度的输入下,车身加速度的均方根值的大小,取 决于车身加速度 Z 对路面不平度 g 的幅频特性“| Z /g|”,与车身在悬架 上振动的固有频率 n、非周期性系数 ? 及非簧载质量 m 的大小有关。从下图 可以看出,当车身固有频率越低曲线越低,车身加速度均方根值越小。

图 3-1 幅频特性曲线

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3.1.1 悬架弹性特性对汽车行驶平顺性的影响 1 车身固有振动频率 [11] ~[13] 若不考虑轮胎和减震器的影响,则车身固有频率

n0 =

w0 1 = 2? 2?

C M

Hz

(3-1)

式中 w0 —固有角振动频率, rad/s C—悬架刚度, N/m M—簧载质量, kg 由于在静载荷作用下悬架的静挠度

fc =


Mg c

(3-2)

n0 =

1 2?

g fc

(3-3)

当以每秒振动次数表示时,

n0 =

300 fc

Hz

(3-4)

式中 f c —静挠度, cm。是指汽车满载静止时悬架上的载荷 F W 与此时的悬架 刚度 c 之比。 从上述公式中可见,车身振动的固有频率 n0 由簧载质量 M、悬架刚度 c 或由悬架静挠度 f c 决定。 由试验得知,为了保持汽车具有良好的平顺性,车身振动的固有频率应 接近人体所习惯的步行时的身体上、 下运动的频率 1~ 1.4Hz(60~ 85 次 /min), 振动的加速度的极限允许值为 0.3~ 0.4g。 从保持所运货物完整性的观点出发,车身振动加速度也不能过大,如果 车身加速度达到 1g ,则未经固定的货物可能离开车厢底板。因此为保证所运 货物完整无损,振动加速度的极限值不应超过 0.6~0.7g。

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悬架的动挠度 f d 是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最 大变形 (通常指缓冲块压缩到其自由高度的 1 / 2 或 2/ 3)时, 车轮中心相对车 架(或车身 )的垂直位移。 从图 3-1 可知,车身固有频率 n0 低于 3Hz 就可以保证人体最敏感的 4 ~ 8Hz 处于减震区。 n0 值越低,车身加速度的均方根值越小。但在悬架设计时,

n0 值不能选得太低,这主要是 n0 值降低,悬架的动挠度 f d 就增大,在布置上
若不能保证足够大小的限位行程,就会使限位块撞击的概率增加。另外, n0 值选得过低,悬架设计不选取一定措施,就会增大制动“点头“角和转弯侧 倾角,使空、满载是车身高度的变化过大。各种车型车身固有频率 n0 的实用 范围为:货车 1.5~ 2Hz;旅行客车 1.2~ 1.8Hz;高级轿车 1~1.3Hz。 2 弹性特性 在悬架设计中,通常把力和变形的关系的关系曲线,即车轮受到的垂直 外力与由此所引起的车轮中心相对于车身位移的关系曲线,称为悬架的弹性 特性曲线,曲线的斜率为悬架的刚度。 a、线性弹性特性 线性弹性特性, 即悬架变形与所受载荷成比例地变化。 其刚度 G 是常数。 一般钢板弹簧悬架即属此类。 具有线性弹性特性的汽车,在使用中其车身振动的固有频率将随装载的 多少而改变,尤其是后悬架载荷变化很大的货车和大客车,这种变化会使汽 车前后悬架的频率相差过大,结果导致汽车车身的猛烈颠簸 (纵向角振动 ) , 因而使汽车行驶平顺性变坏。

图 3-2 弹性特性曲线 a——线性弹性弹性
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b——非线性弹性特性

b、非线性弹性特性 非线性弹性特性的悬架,即悬架的刚度可随载荷的改变而变化,也称变 刚度悬架。由于刚度 c 随载荷而改变,可以使得在载荷变化时,保持车身振 动的固有频率不变,从而获得良好的汽车行驶平顺性。这时,在曲线上任意 点 M,必须满足 P/ C M =f= f c =常数 式中 P—特性曲线上任意点 M 的载荷; (3-5)

C M —任意点 M 的悬架刚度;
f—求刚度 C M 时的次切矩 (不是悬架从原点的变形 ),也有人称 f 为悬 架的折算静挠度;

f c —在静载荷 pc 时,为汽车获得较为良好平顺性所要求的悬架静挠
度。 因为 可将上式改写成 积分得 因为当 f= f c 时, P= pc 所以 因此

CM =

dp df

(3-6) (3-7)

dp df = p f

ln P=

f +A fc

(3-8)

e

f ?1 fc

A= ln Pc -1 P= Pc

(3-9)

这就是说.不管载荷如何变,为保持车身固有频率不变,当载荷 P 等于 大于 Pc 时,悬架的特性应该是按指数函数的规律变化。然而,这种较为理想 的弹性特性的悬架是难于实现的。 目前,在悬架设计中,只不过是力求减小固有频率随载荷而变化的幅度 (或范围),从而不同程度地改善汽车行驶平顺性。 非线性的悬架掸性特性可以采用适当的悬架结构 ( 导向机构 ) 或弹性元件 (如加辅助弹簧、调节弹簧、空气弹簧等 )来实现。
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3.1.2 悬架系统中的阻尼对汽车行驶平顺性的影响 减震器起衰减振动的作用 [14]~ [16],对汽车平顺性有影响,其主要参数为 阻尼系数,阻尼系数的选取要根据具体汽车的型号来选取。下图是减振器阻 尼对车身振动衰减的曲线示图

图 3-3 减震器阻尼对振动的衰减作用

a―振动完全没有衰减的曲线,车身按悬架的固有振动频率不断振动; b―有衰减的情况,车身振动的振幅逐渐减小。 c―减振器的衰减能力很强的情况, 车身没有振动, 车身的位移很快恢复 到原位。 为了衰减车身由路面反馈来的自由振动和抑制车身、车轮、车架等的共 振, 以减小车身的垂直振动所引起的加速度和车轮垂直方向振动的振幅 ( 减小 车轮对地面压力的变化, 防止车轮过于跳离地面 ), 悬架系统中应具有适当的 阻尼。 当 ? 增大时,动挠度的幅频特性| f d / q |在高、低两个共振区幅值均显 著下降,在两个共振区幅值之间变化很小。 随阻尼比 ? 增大,在低频共振区幅频特性| z 2 / q |峰值下降,车身加速 度均方根值,提高平顺性。 下图示出了车身加速度、 车轮相对动载荷和弹簧行程与阻尼比 (相对阻尼 系数)之间的关系。
,,
, ,

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图 3-5 Z a

,,



Fd 和 (Z a - Z b )与阻尼比的关系

图中曲线走向表示,只是弹簧行程 (Z a - Z b ) 曲线是随阻尼比单调变化, 阻尼比愈大,所要求的弹簧行程愈小,相反,对于车身加速度和车轮动载而 言,可找到一个最佳阻尼比值。然面对车身加速度和车轮动载的最佳阻尼比 值也是不同的,前者为 0.18,后者为 0 . 4 以上,故设计人员只能从中采取 拆衷方案。 3.1.3 非簧载质量对汽车行驶平顺性的影响 由悬架支承的部件、总成等称为簧载质量 ( 或悬挂质量 ) ,不是由悬架支 承的部分称为非簧载质量 ( 或非悬挂质量 ) 。减小非悬挂质量,使悬挂质量与 非悬挂质量的比值较大,可以减小高频共振区车身振动加速度和减少车轮离 开地面的机率。因此,在汽车设计中,为提高汽车行驶平顺性,采用非簧载 质量较小的独立是架更为有利。 3.1.4 改善平顺性的主要措施 (1) 增大悬架静挠度 (降低固有频率 )。 使其频率接近人体所习惯的步行时 的身体上、下运动的频率。

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(2) 尽量减少非簧载质量。由频率公式得到减少非簧载质量,进而增大 了簧载质量,同样有降低汽车固有频率的效果,从而也有使频率接近人体习 惯的运动频率。 (3)配合适当的阻尼和限位行程。通过减震器来吸收路面传到车上的振动 能量,使汽车振动得到衰减。 3.2 悬架与汽车操纵稳定性 所谓的汽车操纵稳定性,是指汽车能正确地按照驾驶员通过操纵转向系 所确定的方向行驶,且在外力干扰下,能保持稳定或经过干扰后在一定时间 内恢复稳态工况的性能。影响操纵稳定性的主要参数是车轮偏离角、前轮定 位角、导向杆系与转向杆系的运动协调性。 当汽车曲线行驶时,在离心力的作用下,由于轮胎的横向弹性和前、后 悬架导向机构特性,一般会使转弯半径发生变化。在离心力的作用下,使转 弯半径变大的特性称为不足转向,反之,称为过度转向。 3.2.1 汽车的侧倾 1 车身侧倾轴线 车身相对地面转动时的瞬时轴线称为车身侧倾轴线。该轴线通过车身在 前、后轴处横断面上的瞬时转动中心,这两个瞬时中心称为侧倾中心。 侧倾中心到地面的距离称为侧倾中心高度。侧倾中心位置高,它到车身 质心的距离缩短,可使侧向力臂及侧倾力矩小些,车身的侧倾角也会减小。 但侧倾中心过高会使车身倾斜时轮距变化大,加速轮胎的磨损。 2 悬架的侧倾角刚度 悬架的侧倾角刚度是指侧倾时 ( 车轮保持在地面上 ) ,单位车身转角时, 悬架系统给车身总的弹性恢复力偶矩。 若令 T 为悬架系统作用于车身的总弹性恢复力偶矩, ?r 为车身转角,则 dT 悬架的侧倾角刚度为 K ? = d? r 可以通过悬架的线刚度来计算侧倾角刚度。 (1) 悬架的线刚度 [17] ~[18] 悬架的线刚度指的是车轮保持在地面上 ,车身作垂直运动时, 单位车身位 移时,悬架系统给车身的总弹性恢复力。 a 非独立悬架

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具有非独立悬架的汽车车身作垂直位移时所受到的弹性恢复力,就是弹 簧直接作用于车身的弹性力。所以,悬架的线刚度就等于两个弹簧线刚度之 和。若一个弹簧的线刚度为 ks, 则悬架的线刚度为 : K=2ks (3-10)

图 3-6 非独立悬架

b 独立悬架 具有独立悬架的汽车车身作垂直位移时,在垂直方向上车身受到的随位 移而变的力包括两部分: 弹簧直接作用于车身的弹性力在垂直方向的分量和导向杆系约束反力在 垂直方向的分量。 若能求出车身作垂直位移 Δ St 时地面作用于轮胎的反作用力 Δ FZ , 就可 以求出悬架的线刚度。即: Δ FZ / Δ St (3-11)

(2) 悬架的侧倾角刚度 [19] 车身侧倾时受到悬架的弹性恢复力偶矩,可以用等效弹簧的概念来进行 分析。车身上一侧受到的弹性恢复力,相当于一个上端固定于车身,下端固 定于轮胎接地点且垂直于地面,具有悬架线刚度的螺旋弹簧施加于车身的弹 性力。这个相当的弹簧称为等效弹簧。

- 17 -

图 3-7 等效弹簧

参照上图 3-7 , 当车厢发生小侧倾角 d ?r 时, 等效弹簧的变形量为 ? 故车厢受到的弹性恢复力偶矩为 dT=d ?r 悬架侧倾角刚度为 K ? =
1 k1 B 2 2

B d ?r , 2

(3-12)

式中 k 1 一侧悬架的线刚度; B—为轮距。 若已知悬架的线刚度,即可算出该悬架的侧倾角刚度。例如,单横臂独 立 悬架的侧倾角刚度为

K? =

1 Bm 2 ) ks ( 2 n

(3-13)

应该指出,上面的计算只适用于小倾角,而且在分析中没有考虑导向杆 系中铰接点处弹性村套的影响。实际轿车的前侧倾角刚度为 300-1200Nm / (0),后侧倾角刚度为 180-700Nm/(0 ) 3.2.2 侧倾时垂直载荷对稳态响应的影响 在正常工作状态下,汽车左、有车轮的垂直载荷大体上是相等的。但曲 线行驶时,由于侧倾力矩的作用,作用在前、后轴左、右车轮上的垂直反力, 将是静止状态下的垂直反力及由侧倾引起的垂直反力变动量之和。这将使车 轮垂直载荷在左、右车轮上是不相等(外侧车轮是增加垂直反力的,而在内
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侧车轮则是减少垂直反力的),将影响轮胎的侧偏特性,导致汽车稳态响应 发生变化。有的汽车甚至会从不足转向变为过多转向。 垂直载荷的变化对轮胎侧偏特性有显著影响 [20]~ [22]。如下图 3-8 所示:

图 3-8 垂直载荷对轮胎侧偏特性的影响

垂直载荷增大后,侧偏刚度随垂直载荷的增加而加大;但垂直载荷过大 时, 轮胎与地面接触区的压力变得极不均匀, 使轮胎侧偏刚度反而有所减小。 无侧向力作用时,令 w0 为车轴左、右车轮的垂直载荷,k0 为每个车轮的 侧偏刚度 有侧向力作用时,设左、右车轮垂直载荷没有发生变化,则相应的侧偏 角 ?0 为

?0 =

FY 2k 0

(3-14)

实际上,在侧向力作用下,左、右车轮垂直载荷均发生变化。内侧车轮 减少 Δ W ,外侧车轮增加 Δ W ,两个车轮的侧偏刚度随之变为 k 1 、 k r 。由于 左、右车轮的侧偏角相等,故有 FY = k 1 α + k r α 或 若令 k 0 =
'

(3-15) (3-16)

α =
k1 ? k r , 2

FY k1 ? k r

- 19 -

' k 0 为垂直载荷重新分配后每个车轮的平均侧偏刚度,则两个车轮的侧

偏角为 α =

FY ' 2k 0

(3-17)

kr k0 ' k0 k1
侧 偏 刚 度 K

w0
'

垂直载荷 W

图 3-9 左右车轮垂直载荷再分配时侧偏刚度

由上图 3-9 可知,平均侧偏刚度 k 0 即为梯形 abcd 中线 ef 的高度。显然

k0 > k 0 ,即 α > ? 0 。进一步分析可知,左、右车轮垂直载荷差别越大,平均
'

侧偏刚度越小。 由此可知,在侧向力作用下,若汽车前轴左、右车轮垂直载荷变动量较 大,汽车趋向于增加不足转向量;若后铀左、右车轮垂直载荷变动量较大, 汽车趋于减少不足转向量一般应使汽车有适度的不足转向特性。 汽车前轴及后轴左、右车轮载荷变动量决定于:前、后悬架的侧倾角刚 度、悬挂质量、非悬挂质量、质心位置以及前、后悬架侧倾中心位置等一系 列参数的数值。 3.3 本章小结 本章主要介绍了影响汽车行驶平顺性和操纵稳定性的一些主要因素,如 影响汽车行驶稳定性的有钢板弹簧的弹性特性、减震器的阻尼系数、非簧载 质量等。 架型式、 导向杆系的布置以及悬架参数的选择等对汽车性能的影响, 并不是孤立的,而是存在着一定的内在联系。
- 20 -

通过对本章内容得学习和研究,知道影响汽车行驶平顺性和操纵稳定性 的几个因素,知道在设计钢板弹簧悬架时,应该着重考虑这些因素,通过对 这些因素的分析和研究,了解这些因素是如何影响汽车行驶平顺性和操纵稳 定性,从而在设计时综合各个方面的知识,设计出使汽车同时具有适当的行 驶平顺性和操纵稳定性的钢板弹簧悬架。

- 21 -

第4章 对长安星卡 SC1022D7 后悬架的设计
第 2章及其结构强度校核 本章将具体设计计算钢板弹簧悬架,主要分结构和强度两方面,设计过 程以长安星卡 SC1022D7 为例,设计其后钢板悬架。此车属于微卡系列,该 车的图片如下。

图 4-1 长安星卡 SC1022D7 实图

4.1

钢板弹簧的种类 目前汽车上使用的钢板弹簧常见的有以下几种 [23]:

(1) 普通多片钢板弹簧,如下图所示,这种弹簧主要用在载货汽车和大 客车上,弹簧弹性特性如图所示,呈线性特性

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图 4-2 普通多片钢板弹簧

(2) 少片变截面钢板弹簧,如下图所示,为减少弹簧质量,弹簧厚度沿 长度方向制成不等厚,其弹性特性如一般多片钢板弹簧一样呈线性特性。这 种弹簧主要用于轻型货车及大、中型载货汽车前悬架

图 4-3 变截面钢板弹簧

(3) 两级变刚度复式钢板弹簧,如下图所示,这种弹簧主要用于大中型 载货汽车后悬架。弹性特性如图所示,开始时仅主簧起作用,当载荷增加到 某一值时副簧与主簧共同起作用,弹性特性由两条直线组成。

图 4-4 两级变刚度复式钢板弹簧
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( 4)渐变刚度钢板弹簧,如下图所示,这种弹簧多用于轻型载货汽车与 厢式客车后悬架,副簧放置在主簧之下,副簧随汽车载荷变化逐渐起作用, 弹簧特性呈非线性特性。

图 4-5 渐变刚度钢板弹簧

后悬架载荷变化很大的货车和大客车,为防止汽车前后悬架的频率相差 过大而导致汽车车身的猛烈颠簸 ( 纵向角振动 ) , 常用此类非线性特性的悬架, 从而改善汽车行驶平顺性。 长安星卡 SC1022D7 车型是轻型货车,后悬架载荷变化不大。考虑经济 适用性,选用线性悬架的普通多片钢板弹簧。 4.2 钢板弹簧主要元件结构选取

4.2.1 钢板弹簧断面形状 汽车钢板弹簧弹簧断面形状主要有如下图所示的 4 种型式 [24]。

图 4-6 矩形断面簧片

图 4-6 的矩形断面簧片由于制造简单,目前应用的比较多。矩形断面的 中性轴位于断面中央,钢板上下表面的拉应力和压应力是相等的,由于材料 的抗拉性能比抗压性能差,因此矩形断面钢板弹簧在承受拉应力的一面易破 坏。一般轻型汽车多用此类型的簧片

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图 4-7 单面带槽断面

图 4-8 T 形断面

图 4-9 单面带双槽断面

图 4-7 、图 4-8 和图 4-9 的断面形状设计成不对称型式,使断面中性轴移 近受拉断面,改变了应力分布情况,从而减小弹簧拉用力。实验表明,采用 这种断面的钢板弹簧比矩形断面弹簧寿命提高 30﹪,节约材料 10﹪左右。 但考虑长安星卡 SC1022D7 车型是轻型货车,矩形断面许用应力足够, 而且加上制造方便,成本低,选用图 4-6 矩形断面。 4.2.2 弹簧端部形状 簧片端部形状常见有 3 种型式。

- 25 -

图 4-10 矩形端部

第一种是矩形图 4-10,这种弹簧制造简单,在载货汽车上使用较多。片 端呈矩形的簧片间摩擦阻力较大,增大了弹簧刚度。

图 4-11 梯形端部

为克服图 4-10 的缺点,将簧片端部切去两角而呈梯形,如图 4-11。

图 4-12 压延端部

或将端部沿长度方向逐渐压延减薄如图 c ,也能克服 a 的缺点。这两种 钢板弹簧不仅减小了弹簧片间摩擦, 而且降低弹簧刚度, 改善弹簧应力分布。 端部压延弹簧由于增加了端部轧制工艺,使弹簧制造工艺复杂了。 考虑矩形图的缺点,选用图 b 的梯形图端部形状。 4.2.3 弹簧卷耳 钢板弹簧卷耳一般有 3 种结构 [25] ~[26],即下卷耳、上卷耳和平卷耳,如 下图所示。上卷耳使用的较多,采用下卷耳主要是为了协调钢板弹簧与转向 系的运动,下卷耳在载荷作用下容易张开,强度不易保证;平卷耳可以减少 卷耳的应力,因为纵向力作用方向和弹簧主片断面的中心线重合,对于不能 增加主片厚度又但要保证主片卷耳强度的弹簧多采用平卷耳。但是平卷耳制 造比上述两种卷耳复杂,制造费用较高,一般轿车多采用平卷耳或下卷耳。

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图 4-13 下卷耳

图 4-14 上卷耳

图 4-15 平卷耳

对于轻型货车常用上卷耳, 故长安星卡 SC1022D7 可采用上卷耳图 4-14 , 可以避免下卷耳的强度不足和上卷耳的制作费用较高的缺点 . 4.24 弹簧包耳 汽车在使用条件恶劣的情况下,需要采用加强卷耳的措施。常见的是将 第二片弹簧作成包耳形式,以保护主片。包耳常见的有 1/ 4 包耳 (图 4-16) 和 3/4 包耳 (图 4-17)。轻型车或厢式客车多采用 1/ 4 包耳,而大型载货汽 车和大型客车多采用 3 /4 包耳。本车长安星卡 SC1022D7 属于微卡,故本车 采用 1/4 包耳。

- 27 -

图 4-16 1/ 4 包耳

图 4-17 3/ 4 包耳

4.2.5 钢板弹簧中心螺栓 中心螺栓的作用,除了夹紧各片弹簧外,又是安装钢板弹簧的定位销。 中心螺栓在 U 形螺栓松动时易剪断,因此应有一定的强度。由于中心螺栓直 径大小将影响弹簧断面强度,因此其直径不宜做的过大,一般与簧片厚度相 等。下表是推荐的中心螺栓直径尺寸。中心螺栓一般用 15MnVB 材料作成,机 械性能等级为 8.8 级。 对于重型载货汽车, 中心螺栓多用 40Cr 或 40MnB 制成。
表 4-1 中心螺栓直径尺寸 中心螺栓直径 簧片厚 中心孔直径 <7
?0.5 8.5 0

8

10 7~ 9
?0.5 10.5 0

12 9~ 11
?0.5 12.5 0

14 11~ 13
?0.5 14.5 0

16 13~ 16
?0.5 16.5 0

本车类型为轻卡,故簧片不用太厚,初步预定簧片厚度不大于 7 毫米。 因此由上表得出中心螺栓直径先初步确定为 8mm ,由此得中心孔直径为
?0.5 8.5 0 ,螺栓由 15MnVB 材料作成。

- 28 -

4.2.6 弹簧夹箍 弹簧夹箍除了防止弹簧各片横向错位之外,还能在弹簧回弹时,将力传 递给其他簧片,减少主片应力。弹簧夹箍结构如下图所示。目前使用最多的 是可拆式夹箍,如下图 a。为了防止弹簧横向扭曲时在簧片上产生过大的应 力,在夹箍和弹簧片表面之间会留有一定的间隙,一般不小于 1.5mm,夹箍 与弹簧片侧面间隙为 0.5 ~ 1mm 。对于不经常拆装换片的弹簧,大都采用了 不可拆式夹箍,如下图 b,这种夹箍结构简单,减少制造费用,而且弹簧装 配方便,多用于轿车和轻型载货汽车上。

图 4-18 可拆式夹箍

图 4-19 不可拆式夹箍

此车采用图 b 所示的不可拆式夹箍,结构简单,费用低。 4.3 普通多片钢板弹簧设计与计算

4.3.1 共同曲率法介绍 共同曲率法 [27]是假设钢板弹簧在任何载荷下,弹簧各片彼此沿整个长度 无间隙接触,在同一截面上各簧片具有共同的曲率半径。如果将多片弹簧各 片展开,将展成一个平面,组成一个新的单片弹簧。这个变宽度的单片弹簧 力学特性和用共同曲率法假定的多片钢板弹簧式一样的,这样就可以用单片

- 29 -

弹簧计算方法来计算多片钢板弹簧。新单片弹簧计算方法常有梯形单片弹簧 计算法和阶梯形单片弹簧计算法,本论文后面的设计内容根据梯形单片弹簧 计算法,设计计算公式皆以此为基础。

图 4-20 钢板悬架簧片

图 4-20 是钢板弹簧片组,受力分析后,根据近似的假设,可用下图的共 同曲率法计算。

图 4-21 共同曲率法

4.3.2

钢板弹簧设计的已知参数

1 弹簧载荷 通常在设计时,根据整车布置给定的空、满载轴载荷质量减去估算的非 簧载质量,得到在每副弹簧上的承载质量。一般将前、后轴,车轮,制动鼓 及转向节等总成视为非簧载质量,将传动轴、转向纵拉杆等总成一半也视为 非簧载质量。 如果钢板弹簧布置在车桥上方, 弹簧 3/4 的质量为非簧载质量; 下置弹簧,则 1/4 弹簧质量为非簧载质量。本车考虑到车内人员的舒适性, 悬架采用将钢板弹簧布置在车桥的下方,这样就可减少非簧载质量。收集资 料后得到长安星卡 SC1022D7 的数据如下。
- 30 -

表 4-2
非簧载质量 kg 空载 满载 340 前悬架簧载质量 kg 340 640 后悬架簧载质量 kg 200 800

2 汽车前后轴的轴距 查数据得此车的后车轴轴距为 2500mm 4.3.3 钢板弹簧具体计算 1 钢板弹簧多数情况下采用 55SiMnVB 钢或 60Si 2 Mn 钢制造。本车选用 60Si 2 Mn。钢材弹性模数 E=2.1×10 5 ,N/ mm 2 。 2 悬架的静挠度值 f c 和动挠度 f d 以及满载弧高 f a 的确定; 用途不同的汽车,对平顺性的要求是不一样的。轿车对平顺性的要求最 高,客车次之,载货车更次之。由前面第三章得各种车型车身固有频率 n0 的 实用范围为:货车 1.5~ 2.17Hz ;旅行客车 1.2~ 1.8Hz;高级轿车 1~1.3Hz 。 货车后悬架一般要求是在 1.7~2.17Hz ,本车为微卡,比一般的大货车舒适性 要求较高。故可选择为 n0 =1.8 。 由式

n0

16
=

fc

Hz

得 f c 值为 80mm。

悬架的动挠度是指悬架从满载静平衡位置开始压缩到结构允许的最大变 形 (通常指缓冲块压缩到其自由高度的 1/2 或 1/3) 时, 车轮中心相对车架 (或 车身)的垂直位移。要求悬架应有足够大的动挠度,以防止在坏路面上行驶时 经常碰撞缓冲块。一般: 轿 车:7 ~ 9 cm; 大客车: 5~ 8cm; 货 车: 6~ 9cm 。故选择动 挠度为 7cm 即 70mm。 满载弧高 f a 是指钢板弹簧装到车轴上,汽车满载时钢板弹簧主片上表面 与两端 ( 不包括卷耳孔半径 )连线间的最大高度差。 f a 用来保证汽车具有给定 的高度。为了在车架高度内已限定时能得到足够的动挠度值,常取 f a =10 ~ 20mm。考虑到轻卡空间和载荷,取 f a =10mm。
- 31 -

3 期望的弹簧断面尺寸和有效长度的确定 a 期望的弹簧刚度值 (夹紧刚度 )[28] Q 400 ? 9.8 (K)= = =49N/ mm 80 fc

(4-1)

b 初步确定钢板弹簧片数 片数 n 少些有利于制造和装配,并可以降低 片间的干摩擦,改善汽车行驶平顺性。但片数少了将使钢板弹簧与等强度梁 的差别增大, 材料利用率变坏。 多片钢板弹簧一般片数在 6 ~ 14 片之间选取。 因为此车是微卡类型,故载重不大,不需要太多片数。故选取各片中和主片 相等(包括主片 )的片数为 2,总片为 5。则弹簧挠度增大系数
1 .5 n 1.04 (1 ? 1 ) 2n

?=

(4-2)

式中

n 1 为和主片相等片数, n 为总片数。计算得 ? =1.2019。 c 钢板弹簧的长度,一般由总布置的考虑选取。钢板弹簧长度 L 是指弹

簧两卷耳中心之间的距离, 对于小轿车的后钢板弹簧, 初步可以选取 L=(0.4~ 0.55)L a ; 对于货车前钢板弹簧 L=(0.26~ 0.35)L a ; 货车后钢板弹簧 L=(0.35~ 0.45)L a 。可以初步确定 L=0.4 L a .得到 L=0.4 ×2500=1000mm 。 弹簧的无效长度 L S 一般取 L S =k*S, 弹簧的有效长度 l e =L- L S =L- k*S (mm) 式中 k—无效长度系数,一般取 k=0.4~ 0.6;选 k=0.5 S— U 形螺栓夹紧距, mm。取 S=90mm。 则l e =1000-0.5×90=955mm。 d 钢板弹簧所需要的总惯性矩 J 0 :理想刚度 ( K) = 则
48EJ 0 ?L3

(4-3)

J 0 =[(L-kS) 3 (K) ? ]/ 48E =[(955) 3 ×49×1.236] / (48×2.1×10 5 ) =5233mm 3 。

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梯形单片弹簧在根部应力 ? =

QL (N/ mm 2 ) 4W0
bh2 n 6

(4-4) (4-5)

式中 W 0 —梯形单片弹簧在根部的断面系数, mm 3 。 W 0 =

设计时要求 W 0 ≥ [Q ( L-kS ) ] / 4[ ? W ] , [ ? W ] 为许用弯曲应力。对于 60Si 2 Mn 材料,表面经喷丸处理后,推荐 [ ? W ]在下列范围内选取 :前弹簧和 平衡悬架弹簧为 350 ~ 450N/ mm 2 ;后弹簧悬架为 450~ 550 N/mm 2 。则选取 [ ? W ]为 500N/ mm 2 ,得出 W 0 ≥[400×9.8×955] /(4×500)=1871 而钢板弹簧的平均厚度 h P =2

J0 5233 =2× =5.6. 1871 W0

有了 h P 以后,再选钢板弹簧的片宽 b 。增大片宽,能加强卷耳强度,但 当车身受侧向力作用倾斜时,弹簧的扭曲应力增大。片宽选得太窄,又得增 加片数,从而增加片间的摩擦和弹簧的总厚。推荐片宽和平均片厚的比值 b /h P 在 6~ 10 间选取。结合考虑强度故选择 b=55mm。 此时的 b /h P =55/ 5.6=9.8,符合给定的比例范围。 反过来确定片厚 h ,根据式 J 0 =nbh 3 / 12 确定 h= 3 (4-6)

12J 0 =6.12,取 6.2。 nb

重新对刚度进行验算: J 0 = nbh 3 /12=5461.7
48EJ 0 48 ? 2.1 ? 105 ? 5461 .7 (K)= = =52.6,符合要求。 3 3 ?L 1.2019? 955 钢板弹簧各片长度的确定

e 片厚不变宽度连续变化的单片钢板弹簧是等强度梁, 形状为菱形 (两个三 角形)。将由两个三角形钢板组成的钢板弹簧分割成宽度相同的若干片,然后 按照长度大小不同依次排列、 叠放在一起, 就形成接近实用价值的钢板弹簧。 实际上的钢板弹簧不可能是三角形,因为为了将钢板弹簧中部固定到车轴上 和使两卷耳处能可靠地传递力,必须使它们有一定的宽度,因此应该用中部 为矩形的双梯形钢板弹簧替代三角形钢板弹簧才有真正的实用意义。这种钢 板弹簧各片具有相同的宽度,但长度不同。钢板弹簧各片长度就是基于实际

- 33 -

钢板各片展开图接近梯形梁的形状这一原则来作图的。首先假设各片厚度不 同,则具体进行步骤如下: 先将各片厚度 h i 的立方值 h 3 i 按同一比例尺沿纵坐标绘制在 ?
0i

图上(如

下图),再沿横坐标量出主片长度的一半 L / 2 和 U 形螺栓中心距的一半 S/ 2,得到 A 、B 两点,连接 A、B 即得到三角形的钢板弹簧展开图。AB 线与各叶 片上侧边的交点即为各片长度。如果存在与主片等长的重叠片,就从 B 点到 最后一个重叠片的上侧边端点连一直线,此直线与各片上侧边的交点即为各 片长度。各片实际长度尺寸需经圆整后确定。

图 4-22 钢板弹簧展开图

根据前面已经算得的数据进行画图,通过作图确定出钢板弹簧各片长度 如下图所示,现标注如下:

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图 4-23b 本文设计钢板弹簧展开图

由图中可得钢板弹簧片从下到上 5 片长度一半的长度,得到分别为 323.5mm、 549mm、 774.5mm、 1000mm、 1000mm。 f 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算 ( 1 )钢板弹簧总成在自由状态下的弧高 H 0 钢板弹簧各片装配后,在 预压缩和 U 型螺栓夹紧前,其主片上表面与两端(不包括卷耳半径)连线间 的最大高度差,称为钢板弹簧总成在自由状态下的弧高 H 0 ,用下式计算 H 0 = f c + f a + ?f (4-7)

式中, f c 为静挠度; f a 为满载弧高; ?f 为钢板弹簧总成用 U 形螺栓夹紧后 引起的弧高变化,
?f =

S (3L ? S )( f c ? f a ) 2 L2

(4-8)

S 为 U 形螺栓中心距;L 为钢板弹簧主片长度。 f c 、 f a 在前面已经得出。 现计算 ?f 得
?f =

90 ? (3000 ? 90)(80 ? 10) =11.8mm 2 ? 1000 2
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H 0 =80+10+11.8=101.8mm 钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径 R 0 =L 2 / 8 H 0 =1000 2 /( 8×101.8) =1227.9mm。 (2)钢板弹簧各片在自由状态下曲率半径的确定: 因钢板弹簧各片在自由

状态下和装配后的曲率半径不同,装配后各片产生预应力,其值确定了自由 状态下的曲率半径 R i (如下图)。各片自由状态下作成不同曲率半径的目的 是:使各片厚度相同的钢板弹簧装配后能很好地贴紧,减少主片工作应力, 使各片寿命接近。

图 4-24 状态下的曲率半径 R i

由材料力学得,作用在任一弹簧片上的弯矩与曲率半径变化值之间的关 系可用下式表示: M 1 1 1/mm (4-9) ? ? K RK R0 K EI K 式中 M K ——第 K 片弹簧各断面的弯矩, N.mm R K :第 K 片弹簧在自由状态下的曲率半径, mm R 0 K :第 K 片弹簧在装配后的曲率半径, mm I K :第 K 片弹簧断面惯性矩, mm M 弹簧预应力 ? 0K ? K WK 将以上两式联立得 ? 0 K ? (4-10) N / mm 2 (4-11)

EI K 1 1 ( ? ) WK RK R0 K

假设各片弹簧均为矩形断面,装配后的各片弹簧曲率半径等于弹簧总成
- 36 -

在自由状态下的曲率半径,各片弹簧上的预应力可以写成: Eh 1 1 N/mm 2 ? 0K ? k ( ? ) 2 RK R0 式中 h k ——第 K 片弹簧片厚, mm

(4-12)

R0 ——弹簧总成在自由状态下曲率半径, mm
如果知道弹簧总成自由状态下的曲率半径 R0 和预加在各片弹簧上的预 应力 ? 0 K ,那么可求出各片弹簧在自由状态下的曲率半径 R K 1 1 2? 0 K 1/mm ? ? RK R0 Ehk (4-13)

弹簧各片预应力的选择,原则上应考虑以下几个因素: Ⅰ弹簧各片未装配前,各片间隙不要相差太大,各片装配后,应使各片 能很好配合。 Ⅱ由于主片受力复杂,为保证主片及长片有较长使用寿命,希望适当降 低主片及长片应力。 基于上述原因,选择各片预应力时,片厚相等的钢板弹簧,各片预应力 值不宜过大。对片厚不等的弹簧,厚片预应力大一些。一般推荐主片在根部 的工作应力与预应力叠加后的合成应力约为 300~ 350N/ mm 2 。 预应力从长片 到短片由负值逐渐增至正值的。并且在确定各片预应力时,理论上应满足各 片弹簧在根部出的预应力所造成的弯矩 M i 之代数和等于零。即

? M i =0 或 ? ? 0iWi =0
i ?1

n

n

i ?1

因为此钢板弹簧设计的各片的断面尺寸相同,故应力之和要为零。 按常规选择 -100~ +100, 分配后六片从长到短的预应力依次为 -100,-40, 0,40,100.(N/ mm)。 由此,通过式 4-13 可分别计算出六片钢板弹簧在自由状态下的曲率半 径,计算得 :

R1 =1513.3mm; R2 =1328.1mm; R3 =1227.9mm;

R4 =1141.8mm; R5 =1033.1mm。
g 钢板弹簧总成弧高的核算 由于钢板弹簧叶片在自由状态下的曲率半径 Ri 是经选取预应力 ? 0i 后用

- 37 -

式 4-13 计算,受其影响,装配后钢板弹簧总成的弧高与用式 R 0 =L 2 / 8 H 0 计 算的结果会不同。因此需要核算钢板弹簧总成的弧高。 根据最小势能原理,钢板弹簧总成的稳定平衡状态是各片势能总和最小 状态,由此可求出等厚叶片弹簧的 R0 为

1 ? R0

?R ?L
i ?1 i ?1 n

n

Li
i

(4-14)

i

式中 Li 为钢板弹簧的第 i 片的长度。 计算得

?R
i ?1
n

n

Li
i

=1000 / 1513.3+1000 / 1328.1+774.5 / 1227.9+549 / 1141.8+323.5 / 1033.1=2.84

?L
i ?1

i

=1000+1000+774.5+549+323.5=3647mm

进而得 R0 =1279.6mm 。 钢板弹簧总成弧高为 H ≈ L2 / 8 R0 =1000 2 / (8×1279.6)=97.7。 与前面算 得的 H 0 =101.8 相差不大,并算得相对误差为 (101.8-97.7)/ 101.8=4.0 ﹪ 故符合标准。若相差较大,则应重新选择钢板弹簧各片的预应力,再进 行核算,直到满足标准。 h 钢板弹簧强度验算 汽车驱动时,后钢板弹簧承受的载荷最大,在它的前半段出现最大应力

? max 用下式计算 ? max =

Q2 m2 l1 (l 2 ? ?c) Q2 m2? ? (l1 ? l 2 )W0 bh1

(4-15)

Q 2 为作用在后轮上的垂直静载荷 , 查相关资料得 Q=430; m 2 为驱动时后轴负 荷转移系数,轿车 m 2 =1.25~ 1.30,货车 m 2 =1.1~1.2,故取 1.1 ; l1 、 l 2 为 钢板弹簧前、后段长度取 l1 = l 2 =955/ 2=477.5; ? 为道路附着系数,取 0.8; b 为钢板弹簧片宽; h 1 为钢板弹簧主片厚度; W0 为钢板弹簧总截面系数
- 38 -

W0 =

nbh2 =1762mm 3 ; 6

c 为弹簧固定点到路面的距离,取 c=320mm。许用应力 [σ]取为 1000N/ mm 2 。 将各个数据代入得 ? max =975N/ mm 2 ,符合要求。故应力分析设计合理。 i 钢板弹簧卷耳内径和弹簧销直径确定及其强度核算 钢板弹簧主片卷耳受力如下图所示。

图 4-25 钢板弹簧卷耳

卷耳处所受应力 ? 是由弯曲应力和拉压合成的应力。 3F ( D ? h ) F ?? x 2 1 ? x bh1 bh1 簧宽度; h 1 为主片厚度。许用应力 [ ? ]取为 350N/ mm 2 。 先初步确定 D=15mm; Fx =m 1 G1? =1.1×400×9.8×0.8=3449.6N

(4-16)

式中 Fx 为沿弹簧纵向作用在卷耳中心线上的力;D 为卷耳内径;b 为钢板弹

则算得 ? =113.9 N/ mm 2 < [ ? ]=350 N/ mm 2 ,故满足强度要求。 对钢板弹簧销要验算钢板弹簧受静载荷作用时钢板弹簧销受到的应力

?Z =

FZ bd

(4-17)

其中 FZ 为满载静止时钢板弹簧端部的载荷; b 为卷耳处叶片宽; d 为钢 板弹簧销的直径, 用 20 钢或 20Cr 钢经渗碳处理或用 45 钢经高频淬火后, 许 用应力为 [ ? Z ]≤ 7~ 9N/ mm 2 根据以上初步确定为 15mm; FZ =
400 ? 9.8 =1960N。 2

- 39 -

?Z =

1960 =2.38 N/mm 2 < [ ? Z ]。故符合要求。 55 ? 15

j 钢板弹簧应力校核 对于 55SiMnA 或 60Si2 MnA等材料,表面经应力喷丸处理后,推荐弹簧 应力值在下列范围内 [29]: 弹簧满载静应力 ? m 前弹簧 ? m =350~ 500 N/ mm 2 后主弹簧 ? m =450~650 N/ mm 2 后副弹簧 ? m =200~300 N/ mm 2 平衡悬架弹簧 ? m =350~ 500N/mm 2 弹簧比应力 ?
?

载货汽车前弹簧 ? =4.5~5.5(N/ mm 2 )/ mm 载货汽车后悬架弹簧 ? =7.5~ 8.5(N/ mm 2 )/mm 越野车平衡悬架弹簧 ? =6.5~ 8.0(N/ mm 2 )/ mm 弹簧极限应力 ? max 钢板弹簧在极限动行程时的应力值称之极限应力,极限应力许用值为: 一般弹簧 ? max =9~10 N/mm 2 ,平衡悬架弹簧 ? max ≤ 13.5 N/ mm 2 由前面得: 钢板弹簧总惯性矩 J
0
?
?

?

=5461.7 ; 弹 簧 总 断 面 系 数

W0 =1762 m m3 ,弹簧各片断面系数 Wk =352.4 m m3
表 4-3 钢板弹簧片的参数 片号 1 2 3 4 5 各片长度( mm) 1000 1000 774.5 549 323.5 各片有效长度 ( mm) 各片厚度 ( mm) 各片宽度( mm) 955 955 729.5 504 278.5 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2
?

55 55 55 55 55

弹簧在 U 形螺栓夹紧处应力 ? 与比应力 ? :

?=

400 ? 9.8 ? 955 QL (N/mm 2 )= =476.6N/ m m2 符合要求。 4 ? 1963.5 4W0

- 40 -

?=

?

?
f

?

12EJ 0 12 ? 2 ? 105 ? 5461 = =5.6(N/mm 2 )/mm 可以满足。 ?L2W0 1.326? 10002 ? 1762

校核各片应力需要用集中载荷法。 假设主片弹簧卷耳处载荷为 P ,其它各片在端点处产生的力为 X K 。 A2 P ? B2 X 2 ? C2 X 3 ? 0

A3 X 2 ? B3 X 3 ? C3 X 4 =0
????????? An X n?1 ? Bn X n ? 0 I l Ak ? 0.5 k (3 k ?1 ? 1) I k ?1 lk 式中
Bk ? ?(1 ? C k ? 0.5( Ik ? (l ? l ) 3 ) ? k k 3 k ?1 I k ?1 lk

(4-18)

(4-19)

l k ?1 3 l k ) (3 ? 1) lk l k ?1

?K =

1 1 1 [? ? ? 2 ln(1 ? ? )] ? 1 ? 2 ? ?

3

(4-20)

h1 h 式中 ? K —弹簧片端部压延变形增加系数。

? ? 1?

(4-21)

此时推导是假设片端厚度由 h 压延成 h 1 ,压延长度等于相邻两弹簧片的 长度,显然,没有压延的矩形片端, ? K =0。
表 4-4 各簧片参数 序号 1 2 3 4 5

l K (mm)
500 500 387.3 274.5 161.8

I K (mm ) I K / I K ?1
1092.3 1092.3 1092.3 1092.3 1092.3 —— 1 1 1 1

4

AK
—— 1 1.4365 1.6164 2.0448

BK
—— -2 -2 -2 -2

CK
—— 0.6676 0.5755 0.4188 0

- 41 -

P ? 2 X 2 ? 0.6676X 3 ? 0
列方程组得

1.4365X 2 ? 2 X 3 ? 0.5755X 4 ? 0 1.6164X 3 ? 2 X 4 ? 0.4188X 5 ? 0 2.0488X 4 ? 2 X 5 ? 0

将 P=400×9.8/ 2=1960 代入解方程组得

X 2 =1486.1
X 4 = 1560.1 弹簧各片根部应力计算公式为 Pl ? X 2 l 2 ?1 ? 1 W1

X 3 =1516.3 X 5 = 1598.2

?2 ?

X 2 l 2 ? X 3l3 W2

( N / mm 2 )

(4-22)

.......... .......... ......... X l ?n ? n n Wn

代入数据得 U 形螺栓夹紧处各片应力( l 用有效值)

? 1 =542 ? 2 =444.2

? 3 =453.8
? 4 =484.1

? 5 =531.5
符合要求。故该设计的钢板弹簧片强度够此车型的使用。 K 缓冲块的选择 [30] 缓冲块一般为两种,即橡胶制造的和多孔聚氨脂制造。橡胶制造的通过 硫化将橡胶与钢板连接为一体,再经焊接在钢板上的螺钉将缓冲块固定到车 架或其他部位上,起到限制悬架最大行程的作用。而多孔聚氨脂的缓冲块兼 有辅助弹性元件的作用。这种材料起泡时就形成了致密的耐磨外层,它保护 内部的发泡部分不受损伤。由于在该材料中有封闭的气泡,在载荷作用下弹 性元件被压缩,但其外廓尺寸增加不大,这点与橡胶不同。总和考虑本车选

- 42 -

用多孔聚氨脂的缓冲块,使其辅助钢板弹簧起弹性作用,较小程度上增加钢 板弹簧的刚度,同时增加钢板弹簧的寿命。本车型设计将缓冲块安装在钢板 弹簧正上方的车轴上。

图 4-26 多孔聚氨脂缓冲块

L 减震器的选择设计 为加速车架和车身振动的衰减,以改善汽车的行驶平顺性,在大多数汽 车的悬架系统内都装有减震器。汽车悬架系统中广泛采用液力减震器。液力 减震器的作用原理是当车架与车桥作往复相对运动时,减震器中的活塞在缸 筒内业作往复运动,则减震器壳体内的油液便反复从一个内腔通过一些窄小 的孔隙流入另一个内腔。此时,孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形 成对振动的阻尼力,使车身和车架的振动能量转化为热能,而被油液和减震 器壳体所吸收,然后散到大气中。 减震器的阻尼力越大,振动消除的越快,但却使并联的弹性元件的作用 不能充分地发挥,同时,过大的阻尼力还可能导致减震器连接零件及车架损 坏,未解决这一矛盾,对减震器提出如下要求: (1)在悬架压缩行程内, 减震器阻尼力应较小, 以便充分利用弹性元件的 弹性,以缓和冲击; (2)在悬架伸张行程内,减震器的阻尼力应较大,以求迅速减震; (3)当车桥与车架的相对速度过大时, 减震器应当能自动加大液流通道截 面积,使阻尼力始终保持在一定的限度内,以避免承受过大的冲击载荷。 减震器分双向作用式减震器和单向作用式减震器。目前汽车上广泛采用 双向作用筒式减震器。 本车型选用双向作用式减震器。 汽车悬架有阻尼以后,簧上质量的振动是周期衰减振动。它可用相对阻 尼系数的大小来评定振动衰减的快慢程度。

- 43 -

? 的表达式为 : ? ?

?
2 cm

(4-23)

式中 c 为悬架系统刚度; m 为簧上质量。 通常情况下,将压缩行程时的相对阻尼系数 ψ y 取得小些,伸张行程时 的相对阻尼系数 ψ s 取得大些。两者之间保持的关系如下: ψ y=(0.25— 0.5) ψ s (4-24) 设计时, 先选取 ψ y 与 ψ s 的平均值 ψ 。 对于无内摩擦的弹性元件悬架, 取 ψ = o.25 ~ o. 35;对有内摩擦的弹件元件悬架, ψ 值取小些。 钢板弹簧本身就有减震的作用, ψ 故选用较小值,选为 0.2。 阻尼系数 ? 的确定: 减震器阻尼系数 ? ? 2? cm =2×0.2× 0.0526? 400 =1.835。 4.4 本章小结 本章内容是以长安星卡 SC1022D7 车型为例设计一种适用的钢板弹簧悬 架。主要分结构设计选择,和应力分析计算等。本章主要是根据该车型的具 体数据,通过一系列的分析计算,设计出一组钢板弹簧悬架系统。

- 44 -

第5章 钢板弹簧悬架三维图
5.1 Pro/E 软件的简介 1985 年, PTC 公司成立于美国波士顿, 开始参数化建模软件的研究。 1988 年,V1.0 的 Pro/ENGINEER 诞生了。经过 10 余年的发展,Pro/ENGINEER 已经 成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了 Pro/ENGINEER2000i2。 PTC 的 系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能,还包括对大型装 配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER 还提供了 目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。下面就 Pro/ENGINEER 的特点及主要模块进行简单的介绍。 proe 的历届版 本 : proe 2001 ~ proe 2003 proe wildfire ~ proe wildfire 5.0 pore 是做模具 设计 最 好的软 件, 是三 维建 模的领 头羊 Pro/Engineer 是一套由设计至生产的机械自动化软件, 是新一代的产品 造型系统,是一个参数化、基于特征的实体造型系统,并且具有单一数据库 功能。 1 参数化设计和特征功能 Pro/Engineer 是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统,工程 设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,如腔、壳、倒角 及圆角,您可以随意勾画草图,轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者 提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 2 单一数据库 Pro/Engineer 是 建 立 在 统 一 基 层 上 的 数 据 库 上 , 不 象 一 些 传 统 的 CAD/CAM 系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库,就是工程中的资料全 部来自一个库,使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作,不管他是哪 一个部门的。换言之,在整个设计过程的任何一处发生改动,亦可以前后反 应在整个设计过程的相关环节上。例如,一旦工程详图有改变, NC(数控) 工具路径也会自动更新;组装工程图如有任何变动,也完全同样反应在整个 三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合,使得一件产品 的设计结合起来。这一优点,使得设计更优化,成品质量更高,产品能更好

- 45 -

地推向市场,价格也更便宜。 Pro/ Engineer 设计方法 Pro/Engineer 是软件包,并非模块,它是该系统的基本部分,其中功能 包括参数化功能定义、实体零件及组装造型,三维上色实体或线框造型棚完 整工程图产生及不同视图(三维造型还可移动,放大或缩小和旋)。 Pro/Engineer 是一个功能定义系统, 即造型是通过各种不同的设计专用功能 来实现, 其中包括: 筋 ( Ribs) 、 槽 ( Slots) 、 倒角 ( Chamfers) 和抽空 ( Shells) 等,采用这种手段来建立形体,对于工程师来说是更自然,更直观,无需采 用复杂的几何设计方式。 这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸, 不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体,这样工程师可任意建立形体 上的尺寸和功能之间的关系,任何一个参数改变,其也相关的特征也会自动 修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以 在屏幕上显示, 还可传送到绘图机上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印 机。Pro/Engineer 还可输出三维和二维图形给予其他应用软件,诸如有限元 分析及后置处理等,这都是通过标准数据交换格式来实现,用户更可配上 Pro/Engineer 软件的其它模块或自行利用 C 语言编程,以增强软件的功能。 它在单用户环境下 ( 没有任何附加模块 )具有大部分的设计能力, 组装能力 ( 人 工)和工程制图能力 (不包括 ANSI , ISO , DIN 或 JIS 标准 ) ,并且支持符合 工业标准的绘图仪 (HP, HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。 Pro/Engineer 功能如下: 1、特征驱动(例如:凸台、槽、倒角、腔、壳等); 2、参数化(参数 = 尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等); 3、通过零件的特征值之间,载荷 / 边界条件与特征参数之间(如表面积 等)的关系来进行设计。 4、支持大型、复杂组合件的设计 ( 规则排列的系列组件,交替排列,Pro /PROGRAM 的各种能用零件设计的程序化方法等 )。 5、 贯穿所有应用的完全相关性 (任何一个地方的变动都将引起与之有关 的每个地方变动 )。其它辅助模块将进一步提高扩展 Pro/ ENGINEER 的基本 功能。 5.2 悬架三维图 5.2.1 Pro/E 设计界面 本文运用 proe wildfire 5.0 。是目前 Pro/E 的最新版本,其操作性
- 46 -

上比以往有较大的改善。

图 5-1 新建的零件板块工作界面

图 5-2 草绘的工作界面

- 47 -

5.2.2 钢板弹簧悬架设计绘制过程

图 5-3 等长的第一片和第二片

图 5-4 前三片

- 48 -

图 5-5

钢板弹簧片组

图 5-6 弹簧片的固定

- 49 -

图 5-7 悬架与车轴连接

图 5-8 一侧悬架的组合图
- 50 -

图 5-9 完整的悬架组合

图 5-10 完整的悬架组合

- 51 -

5.3 设计优点 以下是长安星卡 SC1022D7 的钢板弹簧的原厂设计图图和本文设计的悬 架图

1

2 后悬架总成 1—钢板弹簧 2—缓冲块

图 5-11 长安星卡 SC1022D7 圆悬架

图 5-12 设计的悬架

通过比较,可得出本文设计的长安星卡 SC1022D7 钢板弹簧和原悬架比 较,有如下几个优点: 1 钢板弹簧的布置选择了放在车轴的下方,减少了非簧载质量,增加了

- 52 -

C 1 簧载质量,由公式 n0 = w0 = Hz 得频率 n0 变小,使汽车在保证其操 2? 2? M 纵稳定性和应力强度的条件下,使其的平顺性在原有的基础上有所提高。适 当提高了驾驶员的舒适性。 2 悬架上置时, 当钢板弹簧两端受力变化时, 钢板弹簧会沿轴轻微转动, 钢板底座和轴会出现挤压和摩擦现象,使轴受到破坏。且车轴与钢板弹簧底 座正压力面积会变小,轴所受的压强较大。改成下置后,轴所受力的接触面 为为缓冲块的底面,即使钢板受力变化时,连接条仍然会和缓冲块底板良好
接触,进而使缓冲块和轴也较好接触。 3 增加了减震器,使汽车能够在很短的时间内迅速减震,减小振动。改 善汽车行驶的平顺性和舒适性,和稳定性,更好地保护车身,延长车辆的使 用寿命 。 5.4 钢板弹簧的工程图 通过 Pro/E 用所设计的钢板弹簧三维图生成工程图。由于版面限制,工 程图中就让其尺寸等相关标注就不在显示在工程图中。

图 5-13 钢板弹簧工程图

- 53 -

5.5 本章小结 本章的内容主要是运用三维设计软件 Pro/E 绘制钢板弹簧系统,并把各 个步骤所绘制的三维图展示出来。并根据所设计的钢板弹簧和该车型的原有 悬架进行比较,指出所设计的优点。

- 54 -





首先通过对钢板弹簧的弹性特性进行分析, 熟悉钢板弹簧的组成和类别。 然后研究一些对汽车行驶平顺性和操纵稳定性有影响的因素,并通过对 这些因素的分析和研究,综合考虑各个因素,要清楚地知道所要设计的悬架 应符合的要求。 接着对长安星卡 SC1022D7 车型的已有数据进行分析计算, 通过一系列的 设计计算,设计出一套钢板弹簧系统。 最后,运用三维设计软件进行绘图,并对所设计的钢板弹簧悬架和该车 型原有的悬架进行比较,指出在原有的基础上,所设计的钢板弹簧悬架的设 计优点。 通过研究分析,本文基本上完成了预定的任务,设计出比较合理的钢板 弹簧悬架系统。所设计的钢板弹簧悬架与以前相比有比较突出的优点,使其 行驶平顺性有所提高,并使轴使用周期变长,能够迅速减震。 在论文设计过程中,有一些问题还需要进一步研究: (1) 悬架导向装置变形是如何影响车轮外倾角的变化, 从而影响到汽车的稳 态与瞬时响应。 (2)钢板弹簧悬架的应用未来前景如何。

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