微型货车后钢板弹簧设计.docx

微型货车后悬架钢板弹簧设计一 前言钢板弹簧结构简单，使用维修方便，除了起弹性元件作用之外，还兼起导向作用，长期以来在汽车特别是载货汽车上得到广泛应用本方案中某微型货车后悬架采用渐变刚度钢板弹簧，即副簧放在主簧之下，副簧随载荷变化逐渐起作用：主簧和弹簧开始接触前，刚度为定值，特性呈线性；主簧和副簧从开始接触到完全接触，刚度逐渐增大，特性呈非线性，主簧和副簧完全接触后，成为一体，载荷继续增大时，刚度趋于定值，特性近似线性除第五片簧采用变截面簧片外，其余各片采用等厚簧片，方案如图1所示：图1 某微型货车后悬架钢板弹簧装配效果图二 钢板弹簧设计的已知参数 1)弹簧负荷整车参数如下表：表1 整车状态前轴荷(kg)后轴荷(kg)空载538446满载6581452最大载质量7171603非簧载质量71.1107根据整车布置给定的空载、满载，最大载质量及非簧载质量，可得到在每副弹簧承载最大载质量时，单个钢板弹簧的载荷为：Pm=(1603-107)/2*9.8=7330.4N2)弹簧伸直长度在新车设计时，一般由总布置给出弹簧伸直长度的控制尺寸，在布置可能的情况下，应尽量增加弹簧长度。

汽车设计推荐钢板弹簧长度如表2： 表2前悬架板簧后悬架板簧乘用车40%-～55%轴距40%～55%轴距货车26%～35%轴距35%～45%轴距该微型货车后悬架采用纵置非对称式钢板弹簧，轴距为2800mm,设计长度为2800*43%=1206mm,圆整为1200mm.前段为580mm.后段为620mm, 其中U型螺栓夹紧长度为108mm 3)悬架静挠度 悬架的静挠度即为满载静止时悬架上的载荷与此时悬架刚度之比，为了防止车身产生较大的纵向角振动，应使前后悬架的静挠度接近定义主簧刚度为40N/mm，复合刚度为110N/mm对变刚度弹簧，悬架的静挠度可由钢板弹簧的弧高变化得到 4)弹簧满载弧高由于车身高度、悬架动行程及钢板弹簧导向特性等都与汽车满载弧高有关，因此弹簧满载弧高值应根据整车和悬架性能要求给出适当值，在车架高度限度的情况下，为了获得良好的操纵稳定性，满载弧高取为-12mm5)弹簧弧高变化定义钢板弹簧的弧高变化如表3所示： 表3板簧行程自由-空载空载-开始接触开始接触-完全接触完全接触-最大载荷空载-满载车轮跳动（mm)41.52.5203752.8三 钢板弹簧主要参数的确定1）片厚的确定由于矩形断面成本低，易加工，本方案采用矩形断面。

钢板弹簧各片厚度可能相同，也可能不同两种，本方案采用后一种情况片厚的计算公式为：h=Lc2σpδ/(6Efc) （2）其中 Lc— 为有效长度, Lc =1200-108=1092mm; σp—许用弯曲应力，由表5 查取； δ为挠度增大系数， 由表6 查取； E为弹性模量，取206000MPa 表4板弹簧种类 许用弯曲应力σp(MPa) 机车、货车、电车等板簧 441～490 轻型汽车的前板簧 441～490 轻型汽车的后板簧 490～588 载重汽车的前板簧 343～441 载重汽车、拖车的后板簧 441～490 缓冲器板簧 294～392 表5弹簧的型式 挠度增大系数δ 等强度梁（理想的弹簧） 1.50 与等强度梁近似的叶片端部做成特殊形状的弹簧 1.45～1.40 叶片端部为直角形的弹簧，其第2片与第1片的长度相同，在第1片上面有一片反跳叶片 1.35 叶片端部为直角形的弹簧，但有2～3片与第1片的长度相同，在第1片上面有数片反跳叶片 1.30 有若干与第1片长度相同的特重型弹簧 1.25 本方案中，选取σp=550MPa,, δ=1.35,带入公式（2），得到 H=7.96mm,圆整为8mm各片的厚度设计如下表7 表6簧片厚度（mm）第一片8第二片8第三片7第四片8第五片142)片宽的确定 增大片宽，能增加卷耳强度，但当车身受侧向力作用倾斜时，弹簧的扭曲应力增大。

故推荐片宽与片后的比值在6～10范围内选取本方案中选取系数7.5，得b=87.5=60mm3)弧高的计算根据钢板弹簧已知的参数，可知钢板弹簧的空载弧高H1=-12+52.8=40.8mm自由状态弧高，用下式计算H0=fc+fa+△f (3)△f=s(3L-s)(fa+fc)/2L2 (4)fc为静挠度；fa为满载弧高；△f为钢板弹簧总成用U型螺栓夹紧后引起的弧高变化；s为U型螺栓夹紧距离；L为钢板弹簧主片长度fc可由表3 车轮跳动的跳动量近似得到，fc=41.5+52.8=94.3mm将所得参数带入公式（4），计算得到△f=11.8mm可得自由状态弧高H0=94.3-12+11.8=94.1mm一般取最大载荷的2.5倍做车轮的上跳极限，根据车架的位置，计算缓冲块压缩1/2时的车轮跳动，可测量出钢板弹簧从空载状态到上极限的弧高变化为108mm,得到钢板弹簧上跳极限的弧高为fs=40.9-108=-67.1mm由于车轮跳动过程中，后吊耳摆角会发生变化，因此，车轮的跳动量和钢板弹簧的弧高变化量并不相等。

本方案具体介绍车轮跳动过程中，钢板弹簧弧高变化及后吊耳摆角变化根据已知参数及车架的位置，可设计空载状态时主簧的参数，具体方案如图2： 图2 空载钢板弹簧主簧位置图用作图法作出钢板弹簧主片中心的运动轨迹，确定钢板弹簧前后吊耳的摆角，再根据平行四边形作图法求出车轴上相关各点的运动轨迹，确定传动轴长度的变化量和传动轴最大工作角度以及布置减振器工作位置，工作长度，行程等Q1P1CN’NM’MC’O1 图3 钢板弹簧旋转中心位置图1） 钢板弹簧主片中心的摆动中心为O1，其坐标位置为在纵向与卷耳中心相距Le/4(Le为卷耳中心到前U型螺栓的距离)，高度方向上，与卷耳中心相距e/2(e为卷耳半径),再根据O1点求出主片中点的运动轨迹CC’2） 根据表3车轮在上跳极限时的跳动量求出主片中心在CC’上的位置，因为U型螺栓夹紧段MM’为平动，可求出夹紧段的位置为NN’，作过N点，与前吊耳及NN’相切的圆，可求出钢板弹簧前段的弧线3） 过后吊耳板上安装孔中心P1点作半径为Re的圆（Re为后吊耳板中心距）,在该圆上取一点做半径为Rf 的圆（为后吊耳半径），作过N’点，与Rf圆及NN’相切的圆，可求出钢板弹簧后段的弧线，求得一个P1点，使该弧线的长度为620-108/2=566mm，、P1点即为后吊耳的中心。

同理可求出其他极限状态的主簧示意图，这样就求出前后吊耳在车轮跳动过程中的摆角上极限状态满载状态空载状态自由状态 图4 钢板弹簧主簧极限状态示意图 4） 用平行四边形法求出车轮中心H点运动轨迹的圆心点，弧为H点绕点的运动轨迹; 减震器下安装点I点运动轨迹的圆心点，弧为I点绕点的运动轨迹; 传动轴安装点J点运动轨迹的圆心点，弧为J点绕点的运动轨迹O3G’GHJHO2F’FIO1E’E根据减震器下安装点和传动轴安装点的运动轨迹，可以确定传动轴花键滑移量和传动轴最大工作角度，确定减震器的所需行程等四 结论经过上述计算， 确定了某微型卡车钢板弹簧的片数、片宽、片厚、片长、弧高等，并进行校核，验证，所选取的参数基本上满足了汽车在空、满载条件下对平顺性、舒适性以及安全方面的要求。