轻型货车多片钢板弹簧前悬架设计.doc

《轻型货车多片钢板弹簧前悬架设计》课 程 设 计学生姓名： XXXXX 学 号： XXXXXX 专业班级： 车辆工程 指导教师： XXX 二○一二年一月十三日目录1、整车性能参数…………………………………………………… 11.1 整车基本参数…………………………………………………11.2 制动系统参数…………………………………………………12、悬架系统的结构与分析………………………………………… 12.1 悬架的设计要求………………………………………………12.2 悬架主要参数确定……………………………………………22.3 悬架弹性特性…………………………………………………3三 、前悬架系统的设计………………………………………………33.1 前悬架系统设计………………………………………………33.2 钢板弹簧的布置方案…………………………………………43.3 钢板弹簧主要参数的确定……………………………………43.4 钢板弹簧各片长度的确定……………………………………73.5 钢板弹簧的刚度验算…………………………………………73.6 钢板主弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算……83.7 钢板弹簧主簧总成弧高的核算………………………………83.8 钢板弹簧的强度验算…………………………………………93.9 钢板弹簧销强度计算…………………………………………10四、 减震器设计………………………………………………………10五、 结论………………………………………………………………11参考文献附录：matlab 程序一．整车性能参数1.1.CA1040 轻型载货汽车重量及外形尺寸 （表 1-1）种类 项目 基本参数载重量 1750汽车自重 1840重量/kg汽车满载总重 3720长度 4823宽度 1807外形尺寸/mm高度 20231.2 CA1040 系列轻型载货汽车的乘员及载荷分配参数（表 1-2）种类 项目 载荷分配参数空载(前轴) 1010空载(后轴) 830满载(前轴) 1380载荷/kg满载(后轴) 23401.3.CA1040 系列轻型载货汽车的轴轮距参数（表 1-3）种类 项目 轮轴距参数轴距 2500前轮距 1414轴轮距/mm后轮距 1370二．悬架系统的结构与分析2．1 悬架的设计要求在悬架的设计中应该满足这些性能的要求：（1）保证汽车有良好的行驶平顺性。

2）具有合适的衰减振动能力3）保证汽车具有良好的操纵稳定性4）汽车制动或加速时能保证车身稳定，减少车身纵倾，即点头或后仰；转弯时车身侧倾角要合适5）有良好的隔音能力6）结构紧凑、占用空间小7）可靠的传递车身与车轮之间的各种力和力矩在满足零部件质量小的同时，还要保证有足够的强度和寿命2．2 悬架主要参数确定根据悬架在整车中的作用和整车的性能要求，悬架首先应保证有良好的行驶平顺性，这是确定悬架主要性能参数的重要依据1）车身固有频率汽车的前、后悬架与簧载质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车行驶平顺性主要参数之一悬架固有频率选取的主要依据是“ISO2631《人体承受全身振动的评价指南》 ”，固有频率取值与人步行时身体上下运动的频率接近此外，前后悬架的固有频率接近可以避免产生较大的车身角振动，n1n2 的汽车本次设计选取的汽车前部分的车身固有频率 n1 为： Hzn8.1（2）悬架的静挠度 悬架的静挠度是指满载静止时悬架上的载荷 Fw 与此时悬架刚度 c 之比，即（2-1）cFfwc因现代汽车的质量分配系数 ε 近似等于 1，于是汽车前、后轴上方车身两点的振动不存在联系因此，汽车后部分车身的固有频率 n1 可用下式表示（2-2）)2/(11mcn式中， 前悬架的刚度（N/cm） ； 为前悬架的簧上质量（kg） 。

1c悬架的弹性特性为线性变化时，前悬架的静挠度可用下式表示（2-3）11/cgfc式中，g 为重力加速度, 将 代入得到2/98smgf（2-4）11/5cn所以 =77.16mm 215nfc取后悬架静挠度 fc7（3）悬架的动挠度 df悬架的动挠度 是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允的最大变形时，f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对于货车（2-5）cdff0.1取悬架的动挠度 mfd72.3 悬架弹性特性悬架受到的垂直外力 F 与由此所引起的车轮中心相对于车身位移 f（即悬架的变形）的关系曲线，称为悬架的弹性特性悬架的弹性特性有线性弹性特性和非线性弹性特性两种当悬架变形 f 与所受垂直外力 F 之间成固定的比例变化时，弹性特性为一直线，称为线性弹性特性，此时悬架刚度为常数钢板弹簧非独立悬架的弹性特性可视为线性的 0500010000150002000025000300003500040000450000 50 100 150 200 250fF图 2-1 悬架弹性特性曲线示意图三．前悬架系统的设计3.1 前悬架系统设计前悬架由前钢板弹簧和减振器组成。

钢板弹簧中部用两个 U 型螺栓固定在前桥上弹簧两端的卷耳孔中压入衬套前端卷耳用钢板弹簧销与前支架相连，形成固定的铰链支点，与车架连起来；后端卷耳则通过钢板弹簧吊耳销与用铰链挂在后支架上可以自由摆动的吊耳相连，与车架连起来从而保证了弹簧变形时两卷耳中心线间的距离有改变的可能钢板弹簧工作时，越靠近中间受到的弯曲力矩越大，为了充分利用材料并有足够的强度和弹性，钢片长度由上到下逐渐缩短并且各片的弯度是不等的，钢片越长弯度越小，这样装配后在工作时可以减小主片所受负荷，使各片负荷均匀接近减振器为液力双作用筒式减振器减振器在拉伸和压缩过程中，通过复原阀和压缩阀及其相应的节流系统产生阻尼力，从而使钢板弹簧的振动速度衰减以改善汽车的行驶平顺性减振器通过连接销、上支架、下支架以及其橡胶衬套分别与车架和前轴连接3.2 钢板弹簧的布置方案钢板弹簧在汽车上可以纵置或者横置后者因为要传递纵向力，必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂、质量加大，所以只在极少数汽车上应用纵置钢板弹簧能传递各种力和力矩，并且结构简单，故选用在 CA1040 轻型货车上纵置钢板弹簧又有对称与不对称式之分钢板弹簧中部在车轴（桥）上的固定中心至钢板弹簧两端卷耳中心之间的距离若相等，则为对称式钢板弹簧；若不相等，则称为不对称式钢板弹簧。

CA1040 货车采用对称式钢板弹簧3.3 钢板弹簧主要参数的确定（1）汽车轴距汽车轴距是通过车辆同一侧相邻两车轮的中点，并垂直于车辆纵向对称平面的二垂线之间的距离简单的说，就是汽车前轴中心到后轴中心的距离对于三轴以上的汽车，其轴距由从前到后的相邻两车轮之间的轴距分别表示，总轴距为各轴距之和2500mmSL（2）满载弧高 af满载弧高 是指钢板弹簧装到车轴（桥）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 用来保证汽车具有给定af的高度 m20af（2）. 钢板弹簧长度 L 的确定钢板弹簧长度 L 是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离L=0.35× =875mmSL（3）钢板断面尺寸及片数的确定1）钢板断面宽度 b 的确定 有关钢板弹簧的刚度、强度等，可按等截面简支梁的计算公式计算，但需引入挠度增大系数 δ 加以修正因此，可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯性矩 0J对于对称钢板弹簧： 3048LkscE（3-1）式中，s 为 U 形螺栓中心距（mm） ；k 为考虑 U 形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数（刚性夹紧，取 ks=0.5；挠性夹紧，取 ks=0） ；c 为钢板弹簧垂直刚度（N/mm） ， /wcFf；δ 为挠度增大系数（先确定与主片等长的重叠片数 1n，再估计一个总片数 0n,求得 10n，然后用 1.504.初定 δ）E为材料的弹性模量。

s=60mm;k=0;/wcFf=71.83N/mm;E=200000MPa，取 1n，则 ，将其代入求得)]65.01(4.[51 36.51408.73mJ（4）钢板弹簧总截面系数（3-2）])[/('0WLF=L-ks; =350MPa'L][Wm2.3460初取，WJhp850./0取b=10 p=38.530mm推荐片宽与片厚的比值 b/ ph在 6~10 范围内选取2).钢板弹簧片厚 h 的选择根据总惯性矩 1230nbhJ（3-3）；mh02.756812330片厚 h 选择的要求：1）.增加片厚 h，可以减少片数 n 2）.钢板弹簧各片厚度可能有相同和不同两种情况，希望尽可能采用前者但因为主片工作条件恶劣，为了加强主片及卷耳，也常将主片加厚，其余各片厚度稍薄此时，要求一副钢板弹簧的厚度不宜超过三组 3.）为使各片寿命接近又要求最厚片与最薄片厚度之比应小于 1.54.）钢板断面尺寸 b 和 h 应符合国产型材规格尺寸 查表确定 b 和 h 的值，使其符合国产型材规格尺寸，取 b=50mm , h=7mm取各片片厚等厚： = = = = = =7mm123456h(3)钢板断面形状图 3-1 矩形断面3.4 钢板弹簧各片长度的确定在选择各叶片长度时，应尽量使应力在片间和沿片长的分布合理，以达到各片寿命接近并节省材料、减小板簧质量的目的。

确定各叶片长度的方法有作图法和计算法用作图法确定各片长度的方法是基于实际钢板弹簧各叶片的展开图接近梯形梁形状这一原则来作图的,先将各叶片厚度的立方值 按同一比例尺沿纵坐标绘出，再沿横坐标绘出主片长度之半(即 L／2)和 u 形螺拴中心距之半(即 s／2)，得 A、B 两点连接这两点就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决定了各片长度当有与主片等长的重叠片时，可将 B 点与最下一个重叠片的上侧端点相连该图中实线所示的叶片长度是经过圆整后的尺寸其中， ，s=60, mm,带入得aili)2(61i asl68751la=805/6mm代入计算并经过圆整后分别是：（mm）8751l402l6103l45253.5 钢板弹簧的刚度验算由于有关挠度增大系数 δ、惯性矩 Jo、片长和叶片端部形状等的确定不够准确，所以要验算刚度用共同曲率法来计算刚度假定同一截面上各片曲率变化值相同，各片所承受的弯矩正比于其惯性矩，同时该截面上各片的弯矩和等于外力所引起的弯矩刚度验算公式为（3-4）nkkYaEc113)(6其中（3-5）)(211kkla（3-6）kiikJY1 （3-7）11kiikJY式中，α—经验修正系数，α=0.90E—材料的弹性模量，E=200000MPa结果km=88.7N/m与前面计算所得的 Km=71.83 N/mm 相差不大，因此无需修正。

3.6 钢板主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 0H钢板弹簧各片装配后，在预压缩和 U 形螺栓夹紧前，其主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差，称为钢板弹簧总成在自由状态下的弧高 Ho，用下式计算（3-8）20))(3LfsfffHacacac m9.106（2）钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径 0R(3-9)028HL=880.9725mm03.7 钢板弹簧主簧总成弧高的核算根据最小势能原理，钢板弹簧总成的稳定平衡状态是各片势能总和最小状态，由此可求得等厚叶片弹簧的 Ri（3-10）01。