2897 基于solidworks的汽車懸架設(shè)計(jì)及有限元分析

2897 基于solidworks的汽車懸架設(shè)計(jì)及有限元分析,基于,solidworks,汽車,懸架,設(shè)計(jì),有限元分析 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- I -基于 Pro/E 小型商用車的后懸架設(shè)計(jì)目 錄摘要 ............................................................................................................................IAbstract.....................................................................................................................II第一章 緒論 ...........................................................................................................11.1 汽車懸架概述 .............................................................................................11.2 國內(nèi)重卡鋼板懸架發(fā)展現(xiàn)狀 ......................................................................21.3 論文研究的背景及意義 ..............................................................................31.4 畢業(yè)論文研究內(nèi)容 ...................................................................................4第二章 汽車懸架概述 ...........................................................................................52.1 懸架基本概念 ..............................................................................................52.11 懸架概念 ............................................................................................52.12 懸架最主要的功能 ............................................................................52.13 懸架基本組成 [4]~ [6]............................................................................62.14 懸架類型 [7].........................................................................................62.2 懸架系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)的領(lǐng)域 ......................................................................72.3 懸架設(shè)計(jì)要求 ..............................................................................................72.4 懸架的主要特性 ..........................................................................................82.41 懸架的垂直彈性特性 .......................................................................82.42 減振器的特性 ...................................................................................92.5 本章小結(jié) ...................................................................................................10第三章 懸架對汽車主要性能的影響 ...................................................................113.1 懸架對汽車平順性的影響 ........................................................................113.11 懸架彈性特性對汽車行駛平順性的影響 ......................................123.12 懸架系統(tǒng)中的阻尼對汽車行駛平順性的影響 ..............................153.13 非簧載質(zhì)量對汽車行駛平順性的影響 ..........................................173.14 改善平順性的主要措施 ..................................................................17哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- II -3.2 懸架與汽車操縱穩(wěn)定性 ............................................................................183.21 汽車的側(cè)傾 .....................................................................................183.22 側(cè)傾時(shí)垂直載荷在左、右側(cè)車輪上的重新分配及其對穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響 .........................................................................................................213.3 本章小結(jié) ....................................................................................................23第四章 對長安星卡 SC1022D7 后懸架的設(shè)計(jì) ...................................................25及其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核 .................................................................................................254.1 鋼板彈簧的種類 .....................................................................................254.2 鋼板彈簧主要元件結(jié)構(gòu)選取 .................................................................274.21 鋼板彈簧斷面形狀 ..........................................................................274.22 彈簧端部形狀 ..................................................................................294.23 彈簧卷耳 ..........................................................................................304.24 彈簧包耳 ..........................................................................................314.25 鋼板彈簧中心螺栓 ..........................................................................324.26 彈簧夾箍 ..........................................................................................334.3 普通多片鋼板彈簧設(shè)計(jì)與計(jì)算 .............................................................344.31 共同曲率法介紹 ..............................................................................344.32 鋼板彈簧設(shè)計(jì)的已知參數(shù) ...........................................................354.4 本章小結(jié) ....................................................................................................50第五章 三維作圖 ...................................................................................................515.1 Pro/E 軟件的簡介 ......................................................................................515.2 三維作圖 ...................................................................................................545.21 Pro/E 設(shè)計(jì)界面 ................................................................................545.22 鋼板彈簧懸架設(shè)計(jì)繪制過程 .........................................................565.3 設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn) ...................................................................................................665.4 鋼板彈簧的工程圖 ...................................................................................675.5 本章小結(jié) ...................................................................................................68結(jié) 論 .......................................................................................................................69致 謝 .......................................................................................................................71哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- III -參考文獻(xiàn) .................................................................................................................72哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 1 -第 1 章 緒論1.1 汽車懸架概述懸架由彈性元件、導(dǎo)向裝置、減振器、緩沖塊和橫向穩(wěn)定器等組成[1]。導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向桿系組成，用來決定車輪相對對于車架(或車身)的運(yùn)動(dòng)特性，并傳遞除彈性元件傳遞的垂直力以外的各種力和力矩。當(dāng)用縱置鋼板彈簧作彈性元件時(shí)，它兼起導(dǎo)向裝置作用。緩沖塊用來減輕車軸對車架(或車身)的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過大的變形。裝有橫向穩(wěn)定器的汽車，能減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)車身的側(cè)傾角和橫向角振動(dòng)。根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，汽車懸架可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩大類。非獨(dú)立懸架的鮮明特色是左、右車輪之間由一剛性梁或非斷開式車橋聯(lián)接，當(dāng)單邊車輪駛過凸起時(shí)，會(huì)直接影響另一側(cè)車輪。獨(dú)立懸架中沒有這樣的剛性梁，左右車輪各自“ 獨(dú)立” 地與車架或車身相連或構(gòu)成斷開式車橋，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可細(xì)分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等等，它的主要功用如下[2]：1 緩和、抑制由于不平路面所引起的振動(dòng)和沖擊，以保證汽車的行駛平順性；2 迅速衰減車身和車橋(或車輪)的振動(dòng)；3 傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的各種力(驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力、橫向力)和力矩( 制動(dòng)力矩和反作用力矩)；4 保證汽車行駛穩(wěn)定性。為了完成 1、2 項(xiàng)功能，懸架使用了彈簧和減震器。汽車懸架常用的彈性元件有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、橡膠彈簧及空氣彈簧等。減震器有多種形式，現(xiàn)在最常用的是筒式減震器。為了完成 3、4 項(xiàng)功能，懸架采用了適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向干系把車架(車身)與車軸(車輪)聯(lián)接起來。導(dǎo)向桿系有多種新式，可單獨(dú)用其中的一種，也可將幾種配合起來使用。鋼板彈簧懸架中的鋼板彈簧不僅用作彈性元件而且兼起導(dǎo)向的作用。為了減輕車軸對車架(或車身)的直接沖撞，采用了緩沖塊。為了減小車身的側(cè)傾角，有的汽車還裝有橫向穩(wěn)定桿。哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 2 -鋼 板 彈 簧 簡 介 [3]鋼 板 彈 簧 是 汽 車 懸 架 中 應(yīng) 用 最 廣 泛 的 一 種 彈 性 元 件 ， 它 是 由 若 干 片 等寬 但 不 等 長 （ 厚 度 可 以 相 等 ， 也 可 以 不 相 等 ） 的 合 金 彈 簧 片 組 合 而 成 的 一 根近 似 等 強(qiáng) 度 的 彈 性 梁 。當(dāng) 鋼 板 彈 簧 安 裝 在 汽 車 懸 架 中 ， 所 承 受 的 垂 直 載 荷 為 正 向 時(shí) ， 各 彈 簧 片都 受 力 變 形 ， 有 向 上 拱 彎 的 趨 勢 。 這 時(shí) ， 車 橋 和 車 架 便 相 互 靠 近 。 當(dāng) 車 橋與 車 架 互 相 遠(yuǎn) 離 時(shí) ， 鋼 板 彈 簧 所 受 的 正 向 垂 直 載 荷 和 變 形 便 逐 漸 減 小 ， 有 時(shí)甚 至 會(huì) 反 向 。主 片 卷 耳 受 力 嚴(yán) 重 ， 是 薄 弱 處 ， 為 改 善 主 片 卷 耳 的 受 力 情 況 ， 常 將 第 二片 末 端 也 彎 成 卷 耳 ， 包 在 主 片 卷 耳 的 外 面 ， 稱 為 包 耳 。 為 了 使 得 在 彈 性 變 形時(shí) 各 片 有 相 對 滑 動(dòng) 的 可 能 ， 在 主 片 卷 耳 與 第 二 片 包 耳 之 間 留 有 較 大 的 空 隙 。有 些 懸 架 中 的 鋼 板 彈 簧 兩 端 不 做 成 卷 耳 ， 而 采 用 其 他 的 支 撐 連 接 方 式 ， 如 橡膠 支 撐 墊 。扁 平 長 方 形 的 鋼 板 呈 彎 曲 形 ， 以 數(shù) 片 疊 成 的 底 盤 用 彈 簧 ， 一 端 以 梢 子 安裝 在 吊 架 上 ， 另 一 端 使 用 吊 耳 連 接 到 大 梁 上 ， 使 彈 簧 能 伸 縮 。 目 前 適 用 于 中大 型 的 貨 卡 車 上 。1.2 國內(nèi)重卡鋼板懸架發(fā)展現(xiàn)狀鋼板彈簧懸架(簡稱板簧懸架)又分為少片變截面鋼板懸架與等截面多片板簧懸架。目前國內(nèi) 95%以上的重卡懸架系統(tǒng)是以鋼板彈簧為彈性元件兼作導(dǎo)向裝置的非獨(dú)立懸架，其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，維修方便，工藝成熟，工作可靠。缺點(diǎn)是汽車平順性、舒適性較差；簧下質(zhì)量大，無法適應(yīng)重卡輕量化的發(fā)展，并且不能同時(shí)兼顧重卡的舒適性與操縱穩(wěn)定性。國內(nèi)汽車懸架彈簧生產(chǎn)企業(yè) 160 余家，遍布全國各地，具有規(guī)模的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)( 生產(chǎn)規(guī)模在 0.8 萬噸以上)約 80 余家。產(chǎn)品質(zhì)量水平已達(dá)到國外先進(jìn)國家 90 年代水平。大部分企業(yè)規(guī)模較小，生產(chǎn)集中度低，散亂差問題較嚴(yán)重。其中真正形成大規(guī)模、大批量生產(chǎn)的企業(yè)為數(shù)不多，大多仍停留在簡單生產(chǎn)工藝的水平上，產(chǎn)品成本較高，難以參與國際市場競爭。國內(nèi)能夠生產(chǎn)高檔次汽車鋼板懸架彈簧的企業(yè)只有 4 家：一汽集團(tuán)遼陽汽車彈簧廠、東風(fēng)汽車懸架彈簧有限公司、重慶紅巖汽車彈簧廠、山東汽車彈簧廠，他們都具有生產(chǎn)多種疊片簧、漸變剛度彈簧、少片變截面鋼板彈簧和雙曲率半徑及平直段的汽車鋼板彈簧的能力。國內(nèi)能夠同時(shí)生產(chǎn)客車、貨車、轎車懸架彈簧的廠家只有三個(gè)：哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 3 -一汽集團(tuán)遼陽汽車彈簧廠、東風(fēng)汽車懸架彈簧有限公司、山東汽車彈簧廠。1.3 論文研究的背景及意義國內(nèi)汽車懸架彈簧生產(chǎn)企業(yè) 160 余家，遍布全國各地，具有規(guī)模的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)( 生產(chǎn)規(guī)模在 0.8 萬噸以上)約 80 余家。產(chǎn)品質(zhì)量水平剛達(dá)到國外先進(jìn)國家 90 年代水平。大部分企業(yè)規(guī)模較小，生產(chǎn)集中度低，散亂差問題較嚴(yán)重。其中真正形成大規(guī)模、大批量生產(chǎn)的企業(yè)為數(shù)不多，大多仍停留在簡單生產(chǎn)工藝的水平上，產(chǎn)品成本較高，難以參與國際市場競爭。國內(nèi)能夠生產(chǎn)高檔次汽車鋼板懸架彈簧的企業(yè)只有 4 家：一汽集團(tuán)遼陽汽車彈簧廠、東風(fēng)汽車懸架彈簧有限公司、重慶紅巖汽車彈簧廠、山東汽車彈簧廠，他們都具有生產(chǎn)多種疊片簧、漸變剛度彈簧、少片變截面鋼板彈簧和雙曲率半徑及平直段的汽車鋼板彈簧的能力。國內(nèi)能夠同時(shí)生產(chǎn)客車、貨車、轎車懸架彈簧的廠家只有三個(gè)：一汽集團(tuán)遼陽汽車彈簧廠、東風(fēng)汽車懸架彈簧有限公司、山東汽車彈簧廠。自主開發(fā)是中國汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的保障。我國汽車產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)初具規(guī)模，但是面臨著能源緊張、技術(shù)落后、自主品牌嚴(yán)重缺乏以及國際競爭加劇帶來的壓力。我國的汽車產(chǎn)業(yè)要加速、持續(xù)和健康的發(fā)展，并成為我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，必須堅(jiān)持產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，選擇面向自主發(fā)展具有中國特色的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新模式，推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)、技術(shù)的進(jìn)步、以及民族品牌的崛起。所以為了適應(yīng)汽車產(chǎn)業(yè)的自主開發(fā)道路，對懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算并進(jìn)行推廣交流顯得尤為重要1.4 畢業(yè)論文研究內(nèi)容本文主要對小型商用車——微卡的后懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。1 鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹鋼板彈簧的設(shè)計(jì)方法，確定鋼板彈簧的主要參數(shù)的過程和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程。哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 4 -圖 1-1 2 對鋼板彈簧進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析介紹鋼板彈簧懸架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析方法和過程。3 最后以長安星卡 SC1022D7 車型為例設(shè)計(jì)后懸架——鋼板彈簧懸架，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)，并對其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析。哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 5 -第 2 章 汽車懸架概述懸架是汽車的車架與車橋或者車輪之間的一切傳力、連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力矩，并且緩沖衰減由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊，以保證汽車能平順行駛。2.1 懸架基本概念2.1.1 懸架概念 保證車輪或車橋與汽車承載系統(tǒng)(車架或承載式車身)之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動(dòng)以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱。 2.1.2 懸架最主要的功能懸架最主要的功能是傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的一切力和力矩，并緩和汽車駛過不平路面時(shí)所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證汽車的行駛平順性。為此必須在車輪與車架或車身之間提供彈性聯(lián)接，依靠彈性元件來傳遞車輪或車橋與車架或車身之間的載荷，并依靠其變形來吸收能量，達(dá)到緩沖的目的。采用彈性聯(lián)接后，汽車可以看作是由懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量( 即非簧載質(zhì)量) 和彈簧 (彈性元件)組成的振動(dòng)系統(tǒng)，承受來自不平路面、空氣動(dòng)力及傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)。為了迅速衰減不必要的振動(dòng)，懸架中還必須包括阻尼元件，即減振器。此外，懸架中確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩可靠傳遞并決定車輪相對于車架或車身的位移特性的連接裝置統(tǒng)稱為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定了車輪跳動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡和車輪定位參數(shù)的變化，以及汽車前后側(cè)傾中心及縱傾中心的位置，從而在很大程度上影響了整車的操縱穩(wěn)定性和抗縱傾能力。2.1.3 懸架基本組成 [4]~ [6]懸架主要由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和減振器組成，有些懸架中還有緩沖塊和哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 6 -橫向穩(wěn)定桿。彈性元件受沖擊后會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的振動(dòng)，使乘坐不適，因此，設(shè)有減振器將振動(dòng)迅速衰減，使振幅迅速減小。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來確定車輪相對于車架或車身的運(yùn)動(dòng)，傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。為減少車軸對車架或車身的直接沖撞，一些汽車懸架上裝有緩沖塊，起限制移動(dòng)行程。橫向穩(wěn)定桿的作用是減少轉(zhuǎn)彎時(shí)車身的側(cè)傾，并提高輪胎對地面的附著力。2.1.4 懸架類型 [7]1 根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，汽車懸架可以分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩大類。(1) 非獨(dú)立懸架是左、右車輪之間由一剛性梁或非斷開式車橋聯(lián)接，當(dāng)單邊車輪駛過凸起時(shí)，會(huì)直接影響另一側(cè)車輪。(2) 獨(dú)立懸架中沒有這樣的剛性梁，左右車輪各自“ 獨(dú)立”地與車架或車身相連或構(gòu)成斷開式車橋，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可細(xì)分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等等。2 按照彈性元件的種類，鋼板彈簧懸架、螺旋彈簧懸架、扭桿彈簧懸架、空氣懸架以及油氣懸架等。2.2 懸架系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)的領(lǐng)域汽車懸架系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)主要是為了提高汽車整車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。汽車懸架系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)的領(lǐng)域也相應(yīng)地分為兩大部分：一是對汽車平順性產(chǎn)生主要影響的懸架特性；另一是對汽車操縱穩(wěn)定產(chǎn)生主要影響的懸架特性。前一部分主要是對懸架的彈性元件和阻尼元件特性展開工作，主要是將路面、輪胎、非簧載質(zhì)量、懸架、簧載質(zhì)量作為一個(gè)整體進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，由于它主要研究的是在路面的反作用力的激勵(lì)下，影響汽車平順性的彈性元件以及阻尼元件的力學(xué)特性，因此可以稱之為懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究。后一部分主要是對懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，主要是研究在車輪與車身發(fā)哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 7 -生相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如何引導(dǎo)和約束車輪的運(yùn)動(dòng)、車輪定位及影響轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的一些懸架參數(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。這一部分的研究稱為懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究。考慮了彈性襯套等連接件對懸架性能的影響，則懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)即為懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)。懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)是闡述由于輪胎和路面之間的力和力矩引起的車輪定位等主要懸架參數(shù)的變化特性。這樣懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究就包括了懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)和彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)兩個(gè)方面的內(nèi)容。2.3 懸架設(shè)計(jì)要求如前所述，汽車懸架和簧載質(zhì)量、非簧載質(zhì)量構(gòu)成了一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，該振動(dòng)系統(tǒng)的特性很大程度上決定了汽車的行駛平順性，并進(jìn)一步影響到汽車的行駛車速、燃油經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性。該振動(dòng)系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多零部件的動(dòng)載，并進(jìn)而影響到這些零件的使用壽命。此外，懸架對整車操縱穩(wěn)定性、抗縱傾能力也起著決定性的作用。因而在設(shè)計(jì)懸架時(shí)必須考慮以下幾個(gè)方面的要求 [8]~ [9]： 1 通過合理設(shè)計(jì)懸架的彈性特性及阻尼特性確保汽車具有良好的行駛平順性，具有較低的振動(dòng)頻率、較小的振動(dòng)加速度值和合適的減振性能，并能避免在懸架的壓縮伸張行程極限點(diǎn)發(fā)生硬沖擊，同時(shí)還要保證輪胎具有足夠的接地能力； 2 合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以確保車輪與車架或車身之間力和力矩可靠傳遞。 3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)與轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)，避免發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，否則可能引起轉(zhuǎn)向輪擺振；4 側(cè)傾中心及縱傾中心位置恰當(dāng)，汽車轉(zhuǎn)向時(shí)具有抗側(cè)傾能力，汽車制動(dòng)和加速時(shí)能保持車身的穩(wěn)定，避免發(fā)生汽車在制動(dòng)和加速時(shí)的車身縱傾(即所謂“點(diǎn)頭”和“后仰 ”)；5 懸架構(gòu)件的質(zhì)量要小尤其是其非懸掛部分的質(zhì)量要盡量小； 6 便于布置7 所有零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和使用壽命； 8 制造成本低； 9 便于維修、保養(yǎng)。懸架設(shè)計(jì)可以大致分為結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)選擇和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，有時(shí)還要反復(fù)交叉進(jìn)行。由于懸架的參數(shù)影響到許多整車特性，并且涉及其他總成的布置，因而一般要與總布置共同協(xié)商確定。哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 8 -2.4 懸架的主要特性2.4.1 懸架的垂直彈性特性汽車懸架的垂直彈性特性表示作用在懸架上的垂直載荷與在輪軸上方的變形之間的關(guān)系。圖 2-1 懸架彈性特性曲線彈住特性上任意點(diǎn)的懸架剛度 c，為：(2-1)KdSTC?當(dāng)簧下質(zhì)量固定不動(dòng)時(shí)，而又無減震器時(shí)，簧上質(zhì)量的自由振動(dòng)偏頻 僅0n與有效靜撓度有關(guān)(2-2)CTgn??210?2.4.2 減振器的特性減振器阻力 P 與其活塞位移速度 y 之間的關(guān)系。哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 9 -經(jīng)常用的是雙向作用的，具有非對稱特性及卸荷閥的減振器。在現(xiàn)有的減振器中，復(fù)原阻力系數(shù)比壓縮阻力系數(shù)要大 2—6 倍。減震器的外特性主要指的是阻力-速度特性 [10]，特性圖如下圖。圖 2-2 減震器的外特性2.5 本章小結(jié)本章通過對懸架的一般基礎(chǔ)知識(shí)的介紹，對懸架有了初步的認(rèn)識(shí)，了解其分類，功能，設(shè)計(jì)要求，熟悉懸架的彈性特。熟悉本章內(nèi)容，對后文的分析和設(shè)計(jì)起基礎(chǔ)作用。懸架是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力矩，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的振動(dòng)，以保證汽車能平順行駛。依靠彈性元件來傳遞車輪或車橋與車架或車身之間的垂向載荷，并依靠其變形來吸收能量，達(dá)到緩沖的目的。采用彈性聯(lián)接后，汽車可以看作是由懸掛質(zhì)量(即簧載質(zhì)量) 、非懸掛質(zhì)量( 即非簧載質(zhì)量)和彈簧 (彈性元件)組成的振動(dòng)系統(tǒng)，承受來自不平路面、空氣動(dòng)力及傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)。懸架設(shè)計(jì)可以大致分為結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)選擇和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，有時(shí)還要反復(fù)交叉進(jìn)行。由于懸架的參數(shù)影響到許多整車特性，并且涉及其他總成的布置，因而一般要與總布置共同協(xié)商確定。哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 10 -第 3 章 懸架對汽車主要性能的影響懸架型式、導(dǎo)向桿系的布置以及懸架參數(shù)的選擇等對汽車性能的影響，并不是孤立的，而是存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系。為此從不同角度去分析汽車各種性能的影響。3.1 懸架對汽車平順性的影響良好的汽車行駛平順性不僅能保證乘員的舒適與所運(yùn)貨物的完整無損，而且還可以提高汽車的運(yùn)輸生產(chǎn)率、降低燃油消耗、延長零件的使用壽命及提高零件的工作可靠性等。目前主要參照國際標(biāo)準(zhǔn) ISO2631 來評價(jià)汽車平順性，它把乘員承受的疲勞-降低工效界限表示為振動(dòng)加速度均方根值隨頻率變化的函數(shù)。對垂直振動(dòng)而言，人體對 4—8Hz 的振動(dòng)最敏感，所以這一頻帶的界限值最低。為使人體承受的振動(dòng)不超過規(guī)定的界限值，主要靠懸架來降低車身振動(dòng)加速度均方根值。在一定隨機(jī)路面不平度的輸入下，車身加速度的均方根值的大小，取決于車身加速度 對路面不平度 g 的幅頻特性“｜ /g｜” ，與車身在懸架上振動(dòng)的固ZZ有頻率 n、非周期性系數(shù) 及非簧載質(zhì)量 m 的大小有關(guān)。從下圖可以看出，當(dāng)?車身固有頻率越低曲線越低，車身加速度均方根值越小。圖 3-1 幅頻特性曲線哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 11 -3.1.1 懸架彈性特性對汽車行駛平順性的影響1 車身固有振動(dòng)頻率 [11] ~[13]若不考慮輪胎和減震器的影響，則車身固有頻率= = Hz (3-1)0n?2w1MC式中 —固有角振動(dòng)頻率，rad/s0wC—懸架剛度，N/mM—簧載質(zhì)量，kg由于在靜載荷作用下懸架的靜撓度= (3-2)cfMg則 =(3-3)0n?21cf當(dāng)以每秒振動(dòng)次數(shù)表示時(shí)，= Hz (3-4)0ncf3式中 —靜撓度，cm。是指汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷 F 與此時(shí)的懸架剛cf W度 c 之比。從上述公式中可見，車身振動(dòng)的固有頻率 由簧載質(zhì)量 M、懸架剛度 c 或0由懸架靜撓度 決定。cf由試驗(yàn)得知，為了保持汽車具有良好的平順性，車身振動(dòng)的固有頻率應(yīng)接近人體所習(xí)慣的步行時(shí)的身體上、下運(yùn)動(dòng)的頻率 1～1.4Hz(60～85 次/min)，振動(dòng)的加速度的極限允許值為 0.3～0.4g。從保持所運(yùn)貨物完整性的觀點(diǎn)出發(fā)，車身振動(dòng)加速度也不能過大，如果車身加速度達(dá)到 1g，則未經(jīng)固定的貨物可能離開車廂底板。因此為保證所運(yùn)貨物完整無損，振動(dòng)加速度的極限值不應(yīng)超過 0.6～0.7g。哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 12 -懸架的動(dòng)撓度 是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變df形(通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的 1／2 或 2／3)時(shí)，車輪中心相對車架(或車身) 的垂直位移。從圖 3-1 可知，車身固有頻率 低于 3Hz 就可以保證人體最敏感的 4～8Hz0n處于減震區(qū)。 值越低，車身加速度的均方根值越小。但在懸架設(shè)計(jì)時(shí)，0n值不能選得太低，這主要是 值降低，懸架的動(dòng)撓度 就增大，在布置上0n0 df若不能保證足夠大小的限位行程，就會(huì)使限位塊撞擊的概率增加。另外， 值0n選得過低，懸架設(shè)計(jì)不選取一定措施，就會(huì)增大制動(dòng)“點(diǎn)頭“角和轉(zhuǎn)彎側(cè)傾角，使空、滿載是車身高度的變化過大。各種車型車身固有頻率 的實(shí)用范圍為：0n貨車 1.5～2Hz；旅行客車 1.2～1.8Hz；高級(jí)轎車 1～1.3Hz。2 彈性特性在懸架設(shè)計(jì)中，通常把力和變形的關(guān)系的關(guān)系曲線，即車輪受到的垂直外力與由此所引起的車輪中心相對于車身位移的關(guān)系曲線，稱為懸架的彈性特性曲線，曲線的斜率為懸架的剛度。a、線性彈性特性線性彈性特性，即懸架變形與所受載荷成比例地變化。其剛度 G 是常數(shù)。一般鋼板彈簧懸架即屬此類。具有線性彈性特性的汽車，在使用中其車身振動(dòng)的固有頻率將隨裝載的多少而改變，尤其是后懸架載荷變化很大的貨車和大客車，這種變化會(huì)使汽車前后懸架的頻率相差過大，結(jié)果導(dǎo)致汽車車身的猛烈顛簸(縱向角振動(dòng))，因而使汽車行駛平順性變壞。圖 3-2 彈性特性曲線a——線性彈性彈性 b——非線性彈性特性哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 13 -b、非線性彈性特性非線性彈性特性的懸架，即懸架的剛度可隨載荷的改變而變化，也稱變剛度懸架。由于剛度 c 隨載荷而改變，可以使得在載荷變化時(shí)，保持車身振動(dòng)的固有頻率不變，從而獲得良好的汽車行駛平順性。這時(shí)，在曲線上任意點(diǎn) M，必須滿足P／ =f= =常數(shù) (3-5)MCcf式中 P—特性曲線上任意點(diǎn) M 的載荷；—任意點(diǎn) M 的懸架剛度；Cf—求剛度 時(shí)的次切矩(不是懸架從原點(diǎn)的變形)，也有人稱 f 為懸架的折算靜撓度；—在靜載荷 時(shí)，為汽車獲得較為良好平順性所要求的懸架靜撓度。cfcp因?yàn)? = (3-6)MCdfp可將上式改寫成 = (3-7)f積分得 ln P= +A (3-8)cf因?yàn)楫?dāng) f= 時(shí)，P=cfcpef1?所以 A= ln -1 (3-9)cP因此 P= c這就是說．不管載荷如何變，為保持車身固有頻率不變，當(dāng)載荷 P 等于大于 時(shí)，懸架的特性應(yīng)該是按指數(shù)函數(shù)的規(guī)律變化。然而，這種較為理想的彈cP性特性的懸架是難于實(shí)現(xiàn)的。目前，在懸架設(shè)計(jì)中，只不過是力求減小固有頻率隨載荷而變化的幅度(或范圍 )，從而不同程度地改善汽車行駛平順性。非線性的懸架撣性特性可以采用適當(dāng)?shù)膽壹芙Y(jié)構(gòu)(導(dǎo)向機(jī)構(gòu))或彈性元件(如加輔助彈簧、調(diào)節(jié)彈簧、空氣彈簧等)來實(shí)現(xiàn)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 14 -3.1.2 懸架系統(tǒng)中的阻尼對汽車行駛平順性的影響減震器起衰減振動(dòng)的作用 [14]~ [16]，對汽車平順性有影響，其主要參數(shù)為阻尼系數(shù)，阻尼系數(shù)的選取要根據(jù)具體汽車的型號(hào)來選取。下圖是減振器阻尼對車身振動(dòng)衰減的曲線示圖圖 3-3 減震器阻尼對振動(dòng)的衰減作用a―振動(dòng)完全沒有衰減的曲線，車身按懸架的固有振動(dòng)頻率不斷振動(dòng)；b―有衰減的情況，車身振動(dòng)的振幅逐漸減小。c―減振器的衰減能力很強(qiáng)的情況，車身沒有振動(dòng)，車身的位移很快恢復(fù)到原位。為了衰減車身由路面反饋來的自由振動(dòng)和抑制車身、車輪、車架等的共振，以減小車身的垂直振動(dòng)所引起的加速度和車輪垂直方向振動(dòng)的振幅(減小車輪對地面壓力的變化，防止車輪過于跳離地面)，懸架系統(tǒng)中應(yīng)具有適當(dāng)?shù)淖枘帷．?dāng) 增大時(shí)，動(dòng)撓度的幅頻特性｜ / ｜在高、低兩個(gè)共振區(qū)幅值均顯?df,q著下降，在兩個(gè)共振區(qū)幅值之間變化很小。隨阻尼比 增大，在低頻共振區(qū)幅頻特性｜ / ｜峰值下降，車身加速,2z度均方根值，提高平順性。下圖示出了車身加速度、車輪相對動(dòng)載荷和彈簧行程與阻尼比(相對阻尼系數(shù)) 之間的關(guān)系。哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 15 -圖 3-5 、 和(Z - )與阻尼比的關(guān)系,adFab圖中曲線走向表示，只是彈簧行程(Z - )曲線是隨阻尼比單調(diào)變化，阻尼比愈大，所要求的彈簧行程愈小，相反，對于車身加速度和車輪動(dòng)載而言，可找到一個(gè)最佳阻尼比值。然面對車身加速度和車輪動(dòng)載的最佳阻尼比值也是不同的，前者為 0.18，后者為 0．4 以上，故設(shè)計(jì)人員只能從中采取拆衷方案。3.1.3 非簧載質(zhì)量對汽車行駛平順性的影響由懸架支承的部件、總成等稱為簧載質(zhì)量(或懸掛質(zhì)量)，不是由懸架支承的部分稱為非簧載質(zhì)量(或非懸掛質(zhì)量)。減小非懸掛質(zhì)量，使懸掛質(zhì)量與非懸掛質(zhì)量的比值較大，可以減小高頻共振區(qū)車身振動(dòng)加速度和減少車輪離開地面的機(jī)率。因此，在汽車設(shè)計(jì)中，為提高汽車行駛平順性，采用非簧載質(zhì)量較小的獨(dú)立是架更為有利。哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 16 -3.1.4 改善平順性的主要措施(1) 增大懸架靜撓度 (降低固有頻率)。使其頻率接近人體所習(xí)慣的步行時(shí)的身體上、下運(yùn)動(dòng)的頻率。(2) 盡量減少非簧載質(zhì)量。由頻率公式得到減少非簧載質(zhì)量，進(jìn)而增大了簧載質(zhì)量，同樣有降低汽車固有頻率的效果，從而也有使頻率接近人體習(xí)慣的運(yùn)動(dòng)頻率。(3)配合適當(dāng)?shù)淖枘岷拖尬恍谐獭Ｍㄟ^減震器來吸收路面?zhèn)鞯杰嚿系恼駝?dòng)能量，使汽車振動(dòng)得到衰減。3.2 懸架與汽車操縱穩(wěn)定性所謂的汽車操縱穩(wěn)定性，是指汽車能正確地按照駕駛員通過操縱轉(zhuǎn)向系所確定的方向行駛，且在外力干擾下，能保持穩(wěn)定或經(jīng)過干擾后在一定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)工況的性能。影響操縱穩(wěn)定性的主要參數(shù)是車輪偏離角、前輪定位角、導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性。當(dāng)汽車曲線行駛時(shí)，在離心力的作用下，由于輪胎的橫向彈性和前、后懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)特性，一般會(huì)使轉(zhuǎn)彎半徑發(fā)生變化。在離心力的作用下，使轉(zhuǎn)彎半徑變大的特性稱為不足轉(zhuǎn)向，反之，稱為過度轉(zhuǎn)向。3.2.1 汽車的側(cè)傾1 車身側(cè)傾軸線車身相對地面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)軸線稱為車身側(cè)傾軸線。該軸線通過車身在前、后軸處橫斷面上的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心，這兩個(gè)瞬時(shí)中心稱為側(cè)傾中心。側(cè)傾中心到地面的距離稱為側(cè)傾中心高度。側(cè)傾中心位置高，它到車身質(zhì)心的距離縮短，可使側(cè)向力臂及側(cè)傾力矩小些，車身的側(cè)傾角也會(huì)減小。但側(cè)傾中心過高會(huì)使車身傾斜時(shí)輪距變化大，加速輪胎的磨損。2 懸架的側(cè)傾角剛度懸架的側(cè)傾角剛度是指側(cè)傾時(shí)(車輪保持在地面上)，單位車身轉(zhuǎn)角時(shí)，懸架系統(tǒng)給車身總的彈性恢復(fù)力偶矩。若令T為懸架系統(tǒng)作用于車身的總彈性恢復(fù)力偶矩， 為車身轉(zhuǎn)角，則懸r?哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 17 -架的側(cè)傾角剛度為 =?KrdT可以通過懸架的線剛度來計(jì)算側(cè)傾角剛度。(1) 懸架的線剛度 [17] ~[18]懸架的線剛度指的是車輪保持在地面上,車身作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，單位車身位移時(shí)，懸架系統(tǒng)給車身的總彈性恢復(fù)力。a 非獨(dú)立懸架 具有非獨(dú)立懸架的汽車車身作垂直位移時(shí)所受到的彈性恢復(fù)力，就是彈簧直接作用于車身的彈性力。所以，懸架的線剛度就等于兩個(gè)彈簧線剛度之和。若一個(gè)彈簧的線剛度為 ks,則懸架的線剛度為 ：K=2ks (3-10)圖 3-6 非獨(dú)立懸架b 獨(dú)立懸架具有獨(dú)立懸架的汽車車身作垂直位移時(shí)，在垂直方向上車身受到的隨位移而變的力包括兩部分：彈簧直接作用于車身的彈性力在垂直方向的分量和導(dǎo)向桿系約束反力在垂直方向的分量。若能求出車身作垂直位移Δ 時(shí)地面作用于輪胎的反作用力Δ ，就可tSZF以求出懸架的線剛度。即：Δ ／Δ (3-11)ZFt(2) 懸架的側(cè)傾角剛度 [19]車身側(cè)傾時(shí)受到懸架的彈性恢復(fù)力偶矩，可以用等效彈簧的概念來進(jìn)行分析。車身上一側(cè)受到的彈性恢復(fù)力，相當(dāng)于一個(gè)上端固定于車身，下端固定于哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 18 -輪胎接地點(diǎn)且垂直于地面，具有懸架線剛度的螺旋彈簧施加于車身的彈性力。這個(gè)相當(dāng)?shù)膹椈煞Q為等效彈簧。圖 3-7 等效彈簧參照上圖 3-7，當(dāng)車廂發(fā)生小側(cè)傾角 d 時(shí)，等效彈簧的變形量為 d ,故r??2Br?車廂受到的彈性恢復(fù)力偶矩為 dT=d r懸架側(cè)傾角剛度為 = (3-12)?K21kB式中 一側(cè)懸架的線剛度；B—為輪距。1k若已知懸架的線剛度，即可算出該懸架的側(cè)傾角剛度。例如，單橫臂獨(dú)立 懸架的側(cè)傾角剛度為= (3-13)?K21sk2)(nBm應(yīng)該指出，上面的計(jì)算只適用于小傾角，而且在分析中沒有考慮導(dǎo)向桿系中鉸接點(diǎn)處彈性村套的影響。實(shí)際轎車的前側(cè)傾角剛度為 300-1200Nm／（0），后側(cè)傾角剛度為 180-700Nm／（0）哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 19 -3.2.2 側(cè)傾時(shí)垂直載荷對穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響在正常工作狀態(tài)下，汽車左、有車輪的垂直載荷大體上是相等的。但曲線行駛時(shí)，由于側(cè)傾力矩的作用，作用在前、后軸左、右車輪上的垂直反力，將是靜止?fàn)顟B(tài)下的垂直反力及由側(cè)傾引起的垂直反力變動(dòng)量之和。這將使車輪垂直載荷在左、右車輪上是不相等（外側(cè)車輪是增加垂直反力的，而在內(nèi)側(cè)車輪則是減少垂直反力的），將影響輪胎的側(cè)偏特性，導(dǎo)致汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)發(fā)生變化。有的汽車甚至?xí)牟蛔戕D(zhuǎn)向變?yōu)檫^多轉(zhuǎn)向。垂直載荷的變化對輪胎側(cè)偏特性有顯著影響 [20]~ [22]。如下圖 3-8 所示：圖 3-8 垂直載荷對輪胎側(cè)偏特性的影響垂直載荷增大后，側(cè)偏剛度隨垂直載荷的增加而加大；但垂直載荷過大時(shí)，輪胎與地面接觸區(qū)的壓力變得極不均勻，使輪胎側(cè)偏剛度反而有所減小。無側(cè)向力作用時(shí)，令 為車軸左、右車輪的垂直載荷， 為每個(gè)車輪的0w0k側(cè)偏剛度有側(cè)向力作用時(shí)，設(shè)左、右車輪垂直載荷沒有發(fā)生變化，則相應(yīng)的側(cè)偏角為0?= (3-14)0?2kFY實(shí)際上，在側(cè)向力作用下，左、右車輪垂直載荷均發(fā)生變化。內(nèi)側(cè)車輪減少 ΔW，外側(cè)車輪增加 ΔW，兩個(gè)車輪的側(cè)偏剛度隨之變?yōu)?、 。由于左、1kr右車輪的側(cè)偏角相等，故有哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 20 -= α+ α (3-15)YF1kr或 α= (3-16)r?1若令 = ，'0k21r?為垂直載荷重新分配后每個(gè)車輪的平均側(cè)偏剛度，則兩個(gè)車輪的側(cè)偏'角為α= (3-17)'02kFY圖 3-9 左右車輪垂直載荷再分配時(shí)側(cè)偏剛度由上圖 3-9 可知，平均側(cè)偏剛度 即為梯形 abcd 中線 ef 的高度。顯然'0k> ，即 α> 。進(jìn)一步分析可知，左、右車輪垂直載荷差別越大，平均側(cè)0k' 0?偏剛度越小。由此可知，在側(cè)向力作用下，若汽車前軸左、右車輪垂直載荷變動(dòng)量較大，汽車趨向于增加不足轉(zhuǎn)向量；若后鈾左、右車輪垂直載荷變動(dòng)量較大，汽車趨于減少不足轉(zhuǎn)向量一般應(yīng)使汽車有適度的不足轉(zhuǎn)向特性。汽車前軸及后軸左、右車輪載荷變動(dòng)量決定于：前、后懸架的側(cè)傾角剛度、懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量、質(zhì)心位置以及前、后懸架側(cè)傾中心位置等一系列參數(shù)垂直載荷 W側(cè)偏剛度Krk0'1w 0哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 21 -的數(shù)值。3.3 本章小結(jié)本章主要介紹了影響汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性的一些主要因素，如影響汽車行駛穩(wěn)定性的有鋼板彈簧的彈性特性、減震器的阻尼系數(shù)、非簧載質(zhì)量等。架型式、導(dǎo)向桿系的布置以及懸架參數(shù)的選擇等對汽車性能的影響，并不是孤立的，而是存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系。通過對本章內(nèi)容得學(xué)習(xí)和研究，知道影響汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性的幾個(gè)因素，知道在設(shè)計(jì)鋼板彈簧懸架時(shí)，應(yīng)該著重考慮這些因素，通過對這些因素的分析和研究，了解這些因素是如何影響汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性，從而在設(shè)計(jì)時(shí)綜合各個(gè)方面的知識(shí)，設(shè)計(jì)出使汽車同時(shí)具有適當(dāng)?shù)男旭偲巾樞院筒倏v穩(wěn)定性的鋼板彈簧懸架。哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 22 -第 4 章 對長安星卡 SC1022D7 后懸架的設(shè)計(jì)第 2 章及其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核 本章將具體設(shè)計(jì)計(jì)算鋼板彈簧懸架，主要分結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度兩方面，設(shè)計(jì)過程以長安星卡 SC1022D7 為例，設(shè)計(jì)其后鋼板懸架。此車屬于微卡系列，該車的圖片如下。圖 4-1 長安星卡 SC1022D7 實(shí)圖4.1 鋼板彈簧的種類目前汽車上使用的鋼板彈簧常見的有以下幾種 [23]:(1) 普通多片鋼板彈簧，如下圖所示，這種彈簧主要用在載貨汽車和大客車上，彈簧彈性特性如圖所示，呈線性特性哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 23 -圖 4-2 普通多片鋼板彈簧(2) 少片變截面鋼板彈簧，如下圖所示，為減少彈簧質(zhì)量，彈簧厚度沿長度方向制成不等厚，其彈性特性如一般多片鋼板彈簧一樣呈線性特性。這種彈簧主要用于輕型貨車及大、中型載貨汽車前懸架圖 4-3 變截面鋼板彈簧(3) 兩級(jí)變剛度復(fù)式鋼板彈簧，如下圖所示，這種彈簧主要用于大中型載貨汽車后懸架。彈性特性如圖所示，開始時(shí)僅主簧起作用，當(dāng)載荷增加到某一值時(shí)副簧與主簧共同起作用，彈性特性由兩條直線組成。圖 4-4 兩級(jí)變剛度復(fù)式鋼板彈簧哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 24 -（4）漸變剛度鋼板彈簧，如下圖所示，這種彈簧多用于輕型載貨汽車與廂式客車后懸架，副簧放置在主簧之下，副簧隨汽車載荷變化逐漸起作用，彈簧特性呈非線性特性。圖 4-5 漸變剛度鋼板彈簧后懸架載荷變化很大的貨車和大客車，為防止汽車前后懸架的頻率相差過大而導(dǎo)致汽車車身的猛烈顛簸(縱向角振動(dòng))，常用此類非線性特性的懸架，從而改善汽車行駛平順性。長安星卡 SC1022D7 車型是輕型貨車，后懸架載荷變化不大?？紤]經(jīng)濟(jì)適用性，選用線性懸架的普通多片鋼板彈簧。4.2 鋼板彈簧主要元件結(jié)構(gòu)選取4.2.1 鋼板彈簧斷面形狀汽車鋼板彈簧彈簧斷面形狀主要有如下圖所示的 4 種型式 [24]。圖 4-6 矩形斷面簧片圖 4-6 的矩形斷面簧片由于制造簡單，目前應(yīng)用的比較多。矩形斷面的中性軸位于斷面中央，鋼板上下表面的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力是相等的，由于材料的抗哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 25 -拉性能比抗壓性能差，因此矩形斷面鋼板彈簧在承受拉應(yīng)力的一面易破壞。一般輕型汽車多用此類型的簧片圖 4-7 單面帶槽斷面圖 4-8 T 形斷面圖 4-9 單面帶雙槽斷面圖 4-7、圖 4-8 和圖 4-9 的斷面形狀設(shè)計(jì)成不對稱型式，使斷面中性軸移近受拉斷面，改變了應(yīng)力分布情況，從而減小彈簧拉用力。實(shí)驗(yàn)表明，采用這種斷面的鋼板彈簧比矩形斷面彈簧壽命提高 30﹪，節(jié)約材料 10﹪左右。但考慮長安星卡 SC1022D7 車型是輕型貨車，矩形斷面許用應(yīng)力足夠，而且加上制造方便，成本低，選用圖 4-6 矩形斷面。4.2.2 彈簧端部形狀簧片端部形狀常見有 3 種型式。哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 26 -圖 4-10 矩形端部第一種是矩形圖 4-10，這種彈簧制造簡單，在載貨汽車上使用較多。片端呈矩形的簧片間摩擦阻力較大，增大了彈簧剛度。圖 4-11 梯形端部為克服圖 4-10 的缺點(diǎn)，將簧片端部切去兩角而呈梯形，如圖 4-11。圖 4-12 壓延端部或?qū)⒍瞬垦亻L度方向逐漸壓延減薄如圖 c，也能克服 a 的缺點(diǎn)。這兩種鋼板彈簧不僅減小了彈簧片間摩擦，而且降低彈簧剛度，改善彈簧應(yīng)力分布。端部壓延彈簧由于增加了端部軋制工藝，使彈簧制造工藝復(fù)雜了?？紤]矩形圖的缺點(diǎn)，選用圖 b 的梯形圖端部形狀。4.2.3 彈簧卷耳鋼板彈簧卷耳一般有 3 種結(jié)構(gòu) [25] ~[26]，即下卷耳、上卷耳和平卷耳，如下圖所示。上卷耳使用的較多，采用下卷耳主要是為了協(xié)調(diào)鋼板彈簧與轉(zhuǎn)向系的哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 27 -運(yùn)動(dòng)，下卷耳在載荷作用下容易張開，強(qiáng)度不易保證；平卷耳可以減少卷耳的應(yīng)力，因?yàn)榭v向力作用方向和彈簧主片斷面的中心線重合，對于不能增加主片厚度又但要保證主片卷耳強(qiáng)度的彈簧多采用平卷耳。但是平卷耳制造比上述兩種卷耳復(fù)雜，制造費(fèi)用較高，一般轎車多采用平卷耳或下卷耳。圖 4-13 下卷耳圖 4-14 上卷耳圖 4-15 平卷耳對于輕型貨車常用上卷耳，故長安星卡 SC1022D7 可采用上卷耳圖 4-14，可以避免下卷耳的強(qiáng)度不足和上卷耳的制作費(fèi)用較高的缺點(diǎn).4.24 彈簧包耳汽車在使用條件惡劣的情況下，需要采用加強(qiáng)卷耳的措施。常見的是將第哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- 28 -二片彈簧作成包耳形式，以保護(hù)主片。包耳常見的有 1／4 包耳(圖 4-16)和3／4 包耳(圖 4-17)。輕型車或廂式客車多采用 1／4 包耳，而大型載貨汽車和大型客車多采用 3／4 包耳。本車長安星卡 SC1022D7 屬于微卡，故本車采用1／4 包耳。圖 4-16 1／4 包耳圖 4-17 3／4 包耳4.2.5 鋼板彈簧中心螺栓中心螺栓的作用，除了夾緊各片彈簧外，又是安裝鋼板彈簧的定位銷。中心螺栓在 U 形螺栓松動(dòng)時(shí)易剪斷，因此應(yīng)有一定的強(qiáng)度。由于中心螺栓直徑大小將影響彈簧斷面強(qiáng)度，因此其直徑不宜做的過大，一般與簧片厚度相等。下表是推薦的中心螺栓直徑尺寸。中心螺栓一般用 15MnVB 材料作成，機(jī)械性能等級(jí)為 8.8 級(jí)。對于重型載貨汽車，中心螺栓多用 40Cr 或 40MnB 制成。表 4-1 中心螺栓直徑尺寸中心螺栓直徑 8 10 12 14 16簧片厚 ＜7 7～9 9～11 11～13