流动警务室悬架部分设计_学士学位论文(编辑修改稿)

流动警务室悬架部分设计_学士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

质量； K（ K=Mg/f）为悬架刚度。 由此可见：悬架所受垂直载荷一定时，悬架刚度越小，汽车固有频率越小；刚度一定时，簧载质量越大，垂直变形越大，固有频率越低。 本章小结 本章详细介绍了 悬架参数的参数以及如何确定悬架参数的数值。 其中包括悬架静挠度fc、悬架、的动挠度 fd、悬架的弹性特性悬架的侧倾角刚度 KΦr及在前、后轴的分配以及悬架系统的固有频率等。 青岛大学学士学位 论文 9 图 板簧及其受力变形图 第三章 弹性元件的设计计算 钢板弹簧选用 汽车钢板弹簧除了起弹性元件作用之外，还兼起导向作用，而多片弹簧片间磨擦还起系统阻尼作用。 由于钢板弹簧结构简单，使用维修、保养方便，长期以来钢板弹簧在汽车上得到广泛应用。 钢板弹簧的种类 目前 汽车使用的钢板弹簧常见的有以下几种： （ 1）通多片钢板弹簧，如图 （ a）所示，这 种弹簧主要用在载货汽车和大型客车上，弹簧弹性特性如图所 示呈线性特性。 （ 2）少片变截面钢板弹簧，如图 （ b）所示，为减少弹簧质量，弹簧厚度沿长度方向制成等厚，其弹性特性如一般多片钢板弹簧一样呈线性特性图。 这种弹簧主要用于轻型货车及大、中型载货汽车前悬架。 （ 3）两级变刚度复式钢板弹簧，如图 （ c）所示，这种弹簧主要用于大、中型载货 车后悬架。 弹性特性为两级变刚度特性，开始时仅主簧起作用，当载荷增加到某值时副簧与主簧共同起作用，弹性特性由两条直线组成。 （ 4）渐变度钢板弹簧，如图 （ d）所示，这种 弹簧多于轻型载货汽车与厢式客车后青岛大学学士学位 论文 10 图 钢板弹簧示意图 悬架。 副放在主簧之下，副簧随汽载荷变化逐渐起作用。 多片钢板弹簧 钢板弹簧计算实质上是在已知弹簧负荷情况下，根据汽车对悬架性能（频率）要求，确定弹簧刚度，求出弹簧长度、片宽、片厚、片数。 并要求弹簧尺寸规格满足弹簧的强度要求。 钢板弹簧设计的已知参数 （ 1）弹簧负荷 通常根据整车布置给定的空、满载轴载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、传动轴、转向纵拉杆等总成视为非簧载质量。 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，1/4 弹簧质量为非簧载质量。 （ 2）弹簧伸直长度 根据不同车型要求，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，尽量增加弹簧长度，主要原因： 1）由于弹簧刚度与弹簧长度的三次方成反比，因此从改善汽车平顺性角度看，希望弹簧长度长些好。 2）在弹簧刚度相同情况下，长的弹簧在车轮上下跳动时，弹簧两卷耳孔距离变化相对较小，对前悬架来说，主销后倾角变化小，有利于汽车行驶稳定性。 3）增加弹簧长度可以降低弹簧工作应力和应力幅，从而提高弹簧使用 寿命。 4）增加弹簧长度可以选用簧片厚的弹簧，从而减少弹簧片数，并且簧片厚的弹簧对提高主片卷耳强度有利。 青岛大学学士学位 论文 11 （ 3）悬架静挠度 为防止汽车在不平路面行驶时经常撞击缓冲块，悬架设计时必须给出足够的动挠度值δd。 悬架动挠度值与汽车使用情况和静挠度值 δc 有关，一般推荐： cd   （ ） 城市公用车辆 α=2~，公路用车辆 α=~，越野车辆 α＞。 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，使得结构复杂、质量增加，因此，在汽车上应用很少。 纵置钢板弹簧则可以传递各种力和力矩，结构简单，因此应用广泛。 纵置钢板弹簧分为对称式和不对称式两种。 本设计中不需要改变轴距或者通过变化轴距而改善轴荷分配，因此可以采用对称式钢板弹簧。 钢板弹簧主要参数的确定 在进行钢弹簧的计算时，首先要计算前后、轴的负载，计算单个钢板弹簧的载荷： 已知流动警务车满载前轴与后轴的载质量均为 M1=M2=1600kg，因此各个簧载质量均为 m1=m2=800kg。 因此单个弹的载荷为： FW1=FW2=800 =7840N 满载弧高 fa 满载弧高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。 当 fa=0 时，钢板弹簧在对称位置上工作。 考虑到使用期间钢板弹簧塑性变形的影响和为了在车架高度已限定时能得到足够的动挠度值，常取fa=10～ 20mm。 本方案中初步定 fa=15mm。 钢板弹簧长度的确定 钢板弹簧长度 L 是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。 增加钢板弹簧长度 L 能显著降低弹簧应力，提高使用寿命；降低弹簧刚度，改善汽车行驶平顺性；在垂直刚度 c 给定的情况下，又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度。 钢板弹簧的纵向角刚度，系指钢板弹簧产生单位纵向角时，作用到钢板弹簧上的纵向力矩值。 增大钢板弹簧纵向角刚度的同时，青岛大学学士学位 论文 12 能减少车轮扭转力矩所引起的弹簧变形；选用长些的钢板弹簧，会在汽车布置时产生困难。 原则上，在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长些。 由于整体布置的需要，初选弹簧钢板的长度为 L=850mm。 钢板弹簧断面尺寸及片数的确定 （ 1）钢板断面宽 度 b 的确定 有关钢板弹簧刚度、强度等，可以按照等截面简支梁的计算公式计算，但是需要引入挠度增大系数 δ 加以修正。 因此，根据修正后的简支梁计算公式计算钢板弹簧所需要的总的惯性矩 J0。 对于对称钢板弹簧： )48/()( 30 EcgksLJ  式中： E 为钢板弹簧的弹性模量取 E=210000MPa； k为考虑 U型螺栓加紧弹簧后的无效长度因数 k=（刚性加紧取 ，挠性加紧取 0） ； s 为 U 型螺栓的中心距，取 s=92mm； c 为钢板弹簧垂直刚度（ N/mm）。 1） 初选钢板弹簧的固有频率（偏频） n= 由偏频公式 )2/(/ 111 m  ， )2/(/ 222 m 。 （ ） 因为采用的是弹性特性为线性变化的悬架，前后悬架的静挠度可用下式表示：fc1=m1g/c1， fc2=m2g/c2其中 g 为重力加速度 g=9810mm/s2。 所以 10//5 11 cfn  ， 10//5 22 cfn 。 得 mmnff cc )/5(10 221  悬架钢板弹簧的刚度为 mmkgmmNfmgfFc ccW /3 6 8  2）初选弹簧钢板片数为 n0=7，与主片等长的片数为 n1=1，则与主片 等长的重叠片数与钢板弹簧总片数的比值为 η=n1/n0=， 则挠度增大系数为： 34 )]([   带入数据得 J0= （ 2）钢板弹簧片厚 h 的选择 青岛大学学士学位 论文 13 图 叶片断面形状 矩形断面 b)T 形断面 c)单面有抛物线边缘断面 d)单面有双槽的断面 钢板弹簧的总截面系数 ])][4/()([0 wW ksLFW  （ ） 其中 [ζw]为许用弯曲应力，取 [ζw]=450MPa 带入钢板弹簧的平均厚度公 式： )6/(][)(/2 200 cwp EfksLWJh  （ ） 带入数据得 hp= 得到 hp 后，再选择片宽 b=70mm，推荐片宽与片厚的比值在6~10 范围内，且所要采用的钢板弹簧是各片等厚的，所以初选钢板弹簧片厚为 h=7mm。 （ 3）钢板弹簧断面形状的确定 板弹簧断面通常采用矩形断面，宜于加工，成本低。 但矩形断面也存在一些不足。 矩形断面钢板弹簧的中性轴，在钢板断面的对称位置上。 工作时，一面受拉应力，一面受压应力作用，而且 上、下表面的名义拉应力和压应力的绝对值相等。 因材料的抗拉性能低于抗压性能，所以在受拉应力作用的一面首先产生疲劳断裂。 除矩形断面以外的其它断面形状的叶片，其中性轴均上移，使受拉应力的一面的拉应力绝对值减小，而受压应力作用的一面的压应力绝对值增大，从而改善了应力在断面上的分布情况，提高了钢板弹簧的疲劳强度并节约了近 10%的材料。 本方案中选用矩形断面。 （ 4）钢板弹簧各片长度的确定 青岛大学学士学位 论文 14 图 确定钢板弹簧各片长度的作图法 图 梯形钢板弹簧 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、叠放到一起，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 (桥 )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 hi的立方值 hi3按同一比例尺沿纵坐标绘制在 ζ0i图 上，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，就从月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。 青岛大学学士学位 论文 15 则得到的钢板弹簧每一片的长度分别为 ： L1=850mm； L2=2mm==740mm； L3=2mm==630mm； L4=2mm==520mm； L5=2mm==410mm； L6=2mm==300mm； L7=2mm==190mm。 钢板弹簧主要参数的校核 实际根部惯性矩 在钢板弹簧的片数、宽度和片厚取定以后则可得出钢板弹簧的实际根部惯性矩 1230 nbhI 实 =77073/12= 右此可知，改变片数 n、片宽 b 和片厚 h 三者之一，都影响到总惯性矩 J0的变化；因总惯性矩 J0 的改变又会引起钢板弹簧垂直刚度的变化，也就是影响汽车的平顺性。 片厚 h对弹簧总惯性矩影响最大。 钢板弹簧满载压缩弧高 实夹cmfc  = 800/= （ ） 钢板弹簧总截面系数 6 20 nbhW  =77072/6= （ ） 钢板弹簧的根部应力 04)( WksLQ  = （ ） 钢板弹簧选用的材料为 60Si2Mn,美国 SAE 推荐为： ζ=（ ~） fc+(350~450)， fc单位为 mm =（ ~） fc+450=~ 青岛大学学士学位 论文 16 故此时钢板弹簧的根部应力符合要求。 钢板弹簧的比应力 cfσδ =() 钢板簧的许比应力：建议货车为 ~；平衡悬架为 ~ MPa/mm；后副簧为 ~ MPa/mm，移动警务室行驶速度较低，可以完全满足工作要求。 钢板弹簧刚度的校核 在此之前，有关挠度增大系数 δ、惯性矩 J0、片长和叶片端部的确定都不够准确，所以有必要验算刚度。 共同曲率方法： ])(/[6 1 131  nk kkk YYaEc  阶梯形展开法： E d xYpxE d xYpxE d xYpxdxEIpxnlllllllllxln/...///11322121122210202  整理得： )(3 11 31     kknk k YYaEP 式中： 111   kk lla l1：阶梯形单片弹簧主片长度一半 l1=L/2； lk+1：阶梯形单片弹簧第 k+1 片弹簧长度一半； Ix ：阶梯形单片弹簧距离点 x 处的惯性矩； Yk：第一片弹簧至第 i 片弹簧惯性矩之和的倒数 ； ki ik IY 11 其中 Ii为阶梯形单片弹簧的第 i 片弹簧惯性矩 123ii bhI  对于总片数为 n 的钢板弹簧： ln+1=0， an+1=l1， Yn+1=0 因此得钢板弹簧的刚度为： 青岛大学学士学位 论文 17 图 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高    nk kkk。