轻型货车后悬架的设计(共13页)

精选优质文档-倾情为你奉上汽车设计论文 题目名称_轻型货车后悬架的设计_学 院_ _汽车学院 _ _ 专 业 _ 车辆工程 _ _ 班 级_ 2012级本科1班 _学 号9 姓 名徐光岐学 号0 姓 名黄理强学 号1 姓 名魏海洋学 号2 姓 名李守允指导教师_ 杨雪银_ _ _2015年 07月04日轻型货车后悬架的设计摘要：典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及等组成，个别结构则还有块、横向等。弹性元件又有钢板、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。悬架是汽车中的一个重要总成，它把车架与车轮弹性地联系起来，关系到汽车的多种使用性能。从外表上看，轿车悬架仅是由一些杆、筒以及弹簧组成，但千万不要以为它很简单，相反轿车悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成，这是因为悬架既要满足汽车 的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两方面又是互相对立的。比如，为了取得良好的舒适性，需要大大缓冲汽车的震动，这样弹簧就要设计得软些，但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及左右侧倾严重的不良倾向，不利于汽车的转向，容易导致汽车操纵不稳定等。汽车的悬挂系统分为非独立悬挂和独立悬挂两种，非独立悬挂的车轮装在一根整体车轴的两端，当一边车轮跳动时，另一侧车轮也相应跳动，使整个车身振动或倾斜；独立悬挂的车轴分成两段，每只车轮由螺旋弹簧独立安装在车架下面，当一边车轮发生跳动时，另一边车轮不受影响，两边的车轮可以独立运动，提高了汽车的平稳性和舒适性。由于现代人对车子乘坐舒适性及操纵安定性的要求愈来愈高，所以非独立悬挂系统已渐渐被淘汰。而独立悬挂系统因其车轮触地性良好、乘坐舒适性及操纵安定性大幅提升、左右两轮可自由运动，轮胎与地面的自由度大，车辆操控性较好等优点目前被汽车厂家普遍采用。常见的独立悬挂系统有多连杆式悬挂系统、麦佛逊式悬挂系统、拖曳臂式悬挂系统等等。原件分类：钢板弹簧：由多片不等长和不等曲率的钢板叠合而成。安装好后两端自然向上弯曲。钢板弹簧除具有缓冲作用外，还有一定的减振作用，纵向布置时还具有导向传力的作用。非独立悬挂大多采用钢板弹簧做弹性元件，可省去导向装置和减振器，结构简单。（2）螺旋弹簧：只具备缓冲作用，多用于轿车独立悬挂装置。由于没有减振和传力的功能，还必须设有专门的减振器和导向装置。（3）油气弹簧：以气体作为弹性介质，液体作为传力介质，它不但具有良好的缓冲能力，还具有减振作用，同时还可调节车架的高度，适用于重型车辆和大客车使用。（4）扭杆弹簧：将用弹簧杆做成的扭杆一端固定于车架，另一端通过摆臂与车轮相连，利用车轮跳动时扭杆的扭转变形起到缓冲作用，适合于独立悬挂使用。工作原理：悬挂系统存在的意义有二：隔离路面的不平使行驶更舒适；行经不平路面时保持轮胎与路面接触。而改良悬挂对“飞车党”来说只有一个目的就是改善操控性。悬挂系统的弹簧以圈状弹簧最常用，原因是容易制作、性能效率高、价格低。弹簧在物理学上的定义就是储存能量，当我们施一固定的力於弹簧，它会产生变形，当我们移开施力则弹簧会有恢复原状的趋势，但弹簧在回弹时振荡的幅度往往会超过它原来的长度，直到有磨擦阻力的出现才会减缓弹簧回弹后造成的自由振荡，这减缓弹簧自由振荡的工作通常是避震器的任务。一般的弹簧是所谓的（线性弹簧），也就是弹簧受力时它的压缩变形量是遵循物理学上的（虎克定律）：F=KX，其中F为施力，K为弹力系数，X则为变形量。举例来说有一线性弹簧受力40Kg时会造成1cm的压缩，之后每增加40Kg的施力1cm一定会增加的压缩量。事实上悬挂的弹簧还有其他的压力存在，即使弹簧完全伸展时弹簧仍会受到压力以便让弹簧本身固定在车上。在传统弹簧、吸震筒式的悬挂设计上，弹簧扮演支持车身以及吸收不平路面和其它施力对轮胎所造成的冲击，而这里所谓的其它施力包含了加速、减速、刹车、转弯等所对弹簧造成的施力。更重要的是在震动的消除过程中要保持轮胎与路面的持续接触，维持车子的循迹性。而改善这轮胎与路面的接触是我们改善操控性的首要考虑。 弹簧的最主要功能就是维持车子的舒适性和保持轮胎完全与地面接触，用错了弹簧会造成行车品质和操控性都有负面的影响。试想如果弹簧是完全僵硬的，那悬挂系统也就发挥不了作用。遇到不平的路面时车子跳起，轮胎也会完全离开地面，若这种情况发生在加速、刹车或转弯时，车子将会失去循迹性。如果弹簧很软，则很容意出现（坐底）的情况，也就是将悬挂的行程用尽。假如在过弯时发生坐底情况则可视为弹簧的弹力系数变成无限大（已无压缩的空间），车身会产生立即的重量转移，造成循迹性的丧失。如果这部车有着很长的避震行程，那么或许可以避免（坐底）的情况发生，但相对的车身也会变得很高，而很高的车身意味着很高的车身重心，车身重心的高低对操控表现有决定性的影响，所以太软的避震器会导致操控上的障碍。假如路面是绝对的平坦，那我们就不需要弹簧和悬挂系统了。如果路面的崎岖度较大那就需要比较软的弹簧才能确保轮胎与路面接触，同时弹簧的行程也必须增加。弹簧的硬度选择是要由路面的崎岖程度来决定，越崎岖要越软的弹簧，但要多软则是个关键的问题，通常这需要经验的累积，也是各车厂及各车队的重要课题。一般说来软的弹簧可以提供较佳的舒适性以及行经较崎岖的路面时可保持比较好的循迹性。但是在行经一般路面时却会造成悬挂系统较大的上下摆动，影响操控。而在配备有良好组件的车，软的弹簧在速度提高时会造成车高的变化，造成低速和高速时不同的操控特性组成：典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧，货车常采用钢板弹簧。关键词：悬架设计；钢板弹簧；平顺性；货车、1设计的主要要求1.1悬架主要性能悬架与汽车的多种使用性能有关，在悬架的设计中应该满足以下性能要求：（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）结构紧凑、占用空间小。（6）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。1.2悬架主要参数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。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。故本次设计选取的汽车前后部分的车身固有频率n1、n2分别为n1=1.8Hz,n2=2.0Hz已知设计参数：整车质量：满载：4000kg（39240N），空载：2000kg(19620N)质心位置：a=1.35m b=1.25m hg=0.86m 非簧载质量: mf=80kg, mr=120kg轮距：B=1.45m 由已知参数确定初始条件：空载静止时汽车前、 后轴（桥）负荷G1=10000N、G2=9620N；满载静止时汽车前、 后轴（桥）负荷G3=15696N、G4=23544N；簧下部分荷重Gu1=784N、Gu2=1176N。满载时单个钢板弹簧的载荷：Fw1=( G3- Gu1)/2=(15696-784)/2=7456NFw2=( G4- Gu2)/2=(23544-1176)/2=11184N 满载时单个钢板弹簧的簧载质量：m1= Fw1/g=7456/9.81=760.04kgm2= Fw2/g=11184/9.81=1140.06kg2.悬架各部分的参数2.1悬架的静挠度fc及刚度c悬架的静挠度fc 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fc= Fw /c。 因现代汽车的悬挂质量分配系数近似等于1，于是汽车前、后轴上方车身两点的振动不存在联系。因此，汽车前、后部分车身的固有频率n1和n2可用下式表示n1=2；n2=2 （1）式中，、为前、后悬架的刚度（N/mm）；m1、m2为前、后悬架的簧上质量（kg）。悬架的弹性特性为线性变化时，前、后悬架的静挠度可用下式表示fc1=m1g/c1；fc2=m2g/c2式中，g为重力加速度,g=9810mm/s2 。将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-悬架刚度=120.26N/mm；=177.52N/mm。2.2悬架的动挠度 fd 悬架的动挠度fd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，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。所以，对于货车，取fd/fc=1，所以fd1=fc1=62mm，fd2=fc2=63mm3钢板弹簧主要参数的确定（1）满载弧高fa 满载弧高fa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。fa用来保证汽车具有给定的高度（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 3m=1.05m=1050mm（3）相关参数空载静止时汽车后悬单个钢板弹簧的簧载质量m=570.06kg（5592.29N）主簧单独作用时（空载）的刚度C=89.93N/mm主副簧完全贴合后的共同刚度C2=178.75N/mm主副簧开始接触的载荷，一般应高于空载，取7000N主副簧完全接触对应的载荷，一般应小于设计载荷，取9000N板簧从设计载荷位置到限位块压死的行程，fd2=63mm板簧空载弧高70mm，满载弧高20mm主簧5片，宽度选80mm，厚度选8mm。主簧验算刚度90.24 N/mm。满足要求。副簧3片，宽度80mm，厚度10mm。主副簧共同作用总验算刚度170.3 N/mm。满足要求。（4）钢板弹簧断面宽度b及厚度h的确定钢板弹簧的总惯性矩JoJo 式中，sU形螺栓中心距，取s=200mmkU形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数，取k=0.5c后钢板弹簧垂直刚度，c=177.52N/mm挠度系数, =1.5/1.04（1+0.5/4）=1.28E材料的弹性模量，E=2.06105MPaJo=（1050-0.5200）3177.521.28/(482.06105)=19702.42 mm钢板弹簧总截面系数Wo钢板弹簧总截面系数WoFw(L-ks)/(4w) 式中，w许用弯曲应力，w=450550MPaWo7456(1050-0.5200)/(4500)=5059.43 mm3hp=2J0/W0=8.0mm取b=80mm各片长度如图：3.1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HoHo=fc+fa+f式中，fc为静挠度；fa为满载弧高；f为钢板弹簧总成用U型螺栓加紧后引起的弧高变化， f=s为U型螺栓中心距；L为钢板弹簧主片长度。f=19.5mmHo=10+63+19.5=92.5mm（2）钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径Ro主簧曲率半径Ro=L2/(8Ho)Ro=10502/(892.5)=1489.8mm4钢板弹簧的检验1.钢板弹簧总成弧高的核算钢板弹簧总成弧高为HHL2/(8Ro)HL2/(8Ro)=10502/(81489.8) 92.5mm钢板弹簧总成弧高H与钢板弹簧总成在自由状态下的弧高Ho，其验算结果接近，故满足要求。2. 钢板弹簧的强度验算 （1）汽车驱动时，后钢板弹簧承受的载荷最大，在其前半段出现的最大应力maxmax=G2l1(l2+c)/(l1+l2)Wo+G2/(bh1)式中，G2作用在后轮上的垂直静载荷, G2=11184N驱动时后轴负荷转移系数，=1.10道路附着系数，=0.8b钢板弹簧片宽，b=80mmh1钢板弹簧主片厚度, h1=8mm钢板弹簧前、后段长度,=525mmc弹簧固定点到路面的距离,c=450mmWo钢板弹簧总截面系数, Wo =6000mm3钢板弹簧总截面系数WoWoFw(L-ks)/(4w) 式中，w许用弯曲应力，w=450550MPaWo11184(1050-0.5200)/(4500)=8812.97mm3max=111841.1525(525+0.8450) /10506000+ 111841.10.8/(808) =922MPa =1000MPa，合格（2）钢板弹簧卷耳的强度核算卷耳处所受应力是由弯曲应力和压（拉）应力合成的应力，即式中，Fx沿弹簧纵向作用在卷耳中心线上的力, Fx=9841.92ND卷耳内径,D=25mmb钢板弹簧宽度,b=80mmh1主片厚度,h1=8mm许用应力，=350MPa=205.68MPa=350MPa 合格（3） 钢板弹簧销强度计算为满载静止时弹簧端部的载荷,= Fw2/2=11184/2=5592N；b为卷耳处叶片宽80mm；d为钢板弹簧销直径，取15mm4.66MPa=79MPa，合格。5.结束语：通过小组成员的不懈努力及老师的悉心指导，我们完成了对轻型货车后悬架钢板弹簧的设计。通过这次设计，基本掌握了钢板弹簧的设计方法，并对课本上的知识加以运用，使我们更加了解了汽车设计这门学科。装配图及零件图如下： 钢板共有12片，其他略。弹簧夹如图：任务分配：计算及校核：徐光岐，黄理强，李守允整理及总结：魏海洋制图:李守允 专心-专注-专业