微型货车后悬架钢板弹簧设计

微型货车后悬架钢板弹簧设计内容摘要：

耳水平分力，可得到工作载荷有一个在大值的一条悬架特性曲线。 在这个最大值附近，悬架可以在近乎载荷不变的情况下工作。 因此多轴汽 车仍可采用结构简单的非平衡式钢板弹簧悬架 [13]。 钢板弹簧 一般载货汽车均采用钢板弹簧作为弹性元件的非独立悬架，因钢板弹簧既有缓冲、减振的功能，又起传力和导向的作用，使得悬架结构大为简化。 钢板弹簧的基本结构和作用原理 在板簧式非独立悬架中，钢板弹簧一般是纵向安置，它与车桥的连接绝大多数是用两个 U形螺栓，将钢板弹簧的中部刚性地固定在车桥上部。 钢板弹簧两端通过钢板弹簧销与车架支座活动铰接，以起传力和导向作用。 钢板弹簧由若干长度不等、等宽等厚（厚度也可不等）的弹簧钢片迭成，构成整体上 近似于等强度的弹性梁，最长的第一片称为主片，两端有卷耳。 钢板弹簧的中北大学 2020 届毕业设计说明书 第 11 页 共 38 页 的卷耳受力严重，是薄弱处。 为改善主片卷耳的受力情况，常将第二片末端也弯曲成卷耳，包在主片卷耳的外面（亦称包耳）。 自由状态下钢片曲率半径不同，下片小于上片，多片钢板由中心螺栓和若干钢板夹连在一起。 钢片之间须涂上较稠的石墨润滑脂，以减小各片弹簧之间的干摩擦和减小噪声。 钢板弹簧变形时，为保证车架两端与钢板弹簧连接的卷耳间的距离有伸缩的余地弹簧后端与车架的连接通常采用了以下几种结构型式： 1)吊耳支架式，解放 CAl091 型载货汽车前悬架采用； 2)滑板支承式，东风 EQl090E 型载货汽车前悬架采用； 3)橡胶块支承式，一汽早期生产的 2． 5t越野汽车前悬架采用。 钢板弹簧非独立悬架的结构特点：钢板弹簧一般安装在非独立悬架上，沿汽车纵向放置；钢板弹簧中部用 U型螺栓通过上下盖板和下托板与车桥固定连接，前端卷耳用销子与支架相连；后端卷耳通过销子与车架上的摆动吊耳相连，形成活动铰链支点，保证弹簧变形时两端卷耳间的距离有改变的可能。 有的钢板弹簧后端与车架之间采用滑板式连接滑板式连接结构简单，拆装方便，不须润滑，广泛应用于货车。 货车后悬架所受载荷因汽车装载量不 同在很大范围内变化，要求悬架刚度可变，一般采用加置加副弹簧的方式以达到设计要求。 副钢板弹簧总成一般装在主钢板弹簧总成上方，当后悬架负荷较小时，仅由主钢板弹簧起作用。 在负荷增加到一定程度时，副钢板弹簧总成与车架上的支架接触，开始起作用。 此时，主、副钢板弹簧一起工作，一起承受载荷而使悬架刚度增大，保证车身振动频率不致因载荷增加而变化过大。 这种结构形式的悬架，其主要缺点是刚度的增加很突然，对汽车行驶平顺性不利。 为提高汽车的平顺性，有的轻型汽车上采用将副簧置于主簧下面的渐变刚度钢板弹簧，然而微型货车所承受的载荷量一 般不会很大，在后悬架钢板弹簧的结构上一般没有副簧结果，只由主簧结构来承受载荷量。 结合课题所给参数，我所设计的微型货车后悬架钢板弹簧故可以考虑不需设计副簧结构 [15]。 2 钢板弹簧的布置方案及材料选择 钢板弹簧在汽车上的布置方式可以纵置或者横置。 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。 中北大学 2020 届毕业设计说明书 第 12 页 共 38 页 纵置钢板弹簧能传递各种力和力矩，并且结构简单，故在汽车上得到广泛应用。 纵置钢板弹簧又有对称式与不对称式之分。 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。 在多数情况下，汽车采用对称式钢板弹簧。 由于整车布置上的原因，或者钢板弹簧在汽车上的安装位置不动，又要改变轴距或者通过变化轴距达到改善轴荷分配的目的时，采用不对称式钢板弹簧。 根据钢板弹簧的工作情况和 GB/T12221984，选择 60Si2MnA作为钢板弹簧的材料。 高温回火后有良好的综合力学性能。 用 60Si2MnA制钢板弹簧，热处理： 870℃油浴淬火、 440℃中温回火，再经表面喷丸处理。 我们此次研究的 HFJ1010微型载货汽车后悬架 钢板弹簧拟采用纵置对称式钢板弹簧。 3 汽车后悬架系统钢板弹簧的设计计算 设计给定参数 满载 重： Ga=1310 0 N( 驾驶室内两人 ) 自重： Go= 695 0 N( 驾驶室内两人 ) 空车：前轴载荷 =4250 N， 后轴载荷 =2700 N 满载：前轴载荷 =5750 N， 后轴载荷 =7350 N 非簧载质量 = 690N （指后悬架） 1） 后悬架簧载荷Ｆ =7350690=6660N 2） 每副钢板弹簧满载载荷： cF = 333026660  N 钢板弹簧主要参数的确定 悬架的设计和主要参数的选择首先取决于整车的一系列总布置参数，以及它们之间的关系。 例如每副钢板弹簧上的载荷就和整车重量、轴距、重心位置等参数有关；悬架的结构布置和几何参数也必须与整车总体布置相适应。 所以，确定悬架的主要性能参数也应从整车出发来考虑。 根据汽车的综合性能要求，悬架应首先考虑保证汽车有良好的行驶平顺性和操纵稳定性，这就是我们选择悬架主要参数的基本中北大学 2020 届毕业设计说明书 第 13 页 共 38 页 依据。 前后悬架静挠度和动挠度的选择 表 汽车悬架的偏频、静挠度和动挠度 车 型 满载时偏频 n /Hz 满载静挠度 cf /㎝ 满载动挠度 df /㎝ 前悬架 后悬架 前悬架 后悬架 前悬架 后悬架 轿 车 中、低级 ~ ~ 12~24 10~18 8~11 10~14 高 级 ~ ~ 20~30 15~26 8~11 10~14 客车 ~ 7~15 5~8 载货汽车 ~ ~ 6~11 5~9 6~9 6~8 越野汽车 ~ 6~13 7~13 悬架静挠度 cf 是指汽车满载静止时悬架上的载荷 WF 与此时的悬架刚度 c之比，即 /cWf F c。 汽车前后悬架与其质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一。 现代汽车的质量分配系数 ~ ，可以近似认为1。 因此，可认为前后轴上方车身两点的振动不存在联系，视为单独运动。 此时的振动频率亦称为偏频。 另外，前后悬架的偏频及静挠度的匹配对汽车行驶平顺性有很大影响，一般希望前、后悬架的静挠度值以及振动频率值都比较接近，这样可以减少共振机会，同时希望后悬架的静挠度 2cf 比前悬架的 1cf 小一些，以减少车身纵向角振动。 理论分析证明：若汽车以较高的车速驶过单个路障， 1/ 21 nn 时的车身纵向角振动要比 1/ 21 nn 时小，故推荐取 12 )~( cc ff 。 考虑到货车前，后轴荷的差别和驾驶员的乘坐舒适性，取前悬架的静挠度值大于后悬架的静挠度值，推荐取值： 12 )~( cc ff 。 对于我所设计的 HFJ1010微型货车的后悬架钢板弹簧 ,。 后悬架系统的满载偏频为 n=~，由公式 Hzfn 5 ,得静挠度范围为 22 (5 / ) (8cfn~） cm ，选取 2cf =。 进而由公式 Hzfn 5 可得微型货车后悬架系统的满载偏频中北大学 2020 届毕业设计说明书 第 14 页 共 38 页 n= ,前悬架静挠度 1cf = 2cf /=11cm。 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许的最大变形，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，以防止在坏路面行驶时经常碰 撞缓冲块。 对于乘用车， df 取 7~9cm；对于客车， df 取 5~8cm；对于货车， df 取 6~9cm；因为我所设计的为微型货车，所以满载动挠度选取 cmfd 。 钢板弹簧满载弧高的选择 满载弧高 af 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（图 ）。 弧高 af 用来保证汽车具有给定的高度。 它直接影响车身高度。 一般希望它等于零，可使弹簧满载时在对称位置工作，但考虑到弹簧在使用中会产生塑性变形，要由 af 给予补偿。 有时为了车架具有一定高度，而又不使动挠度值过小，也许给予一定的 af 值进行补偿。 通常取mmfa 20~10。 在此处我选取 mmfa 15。 图 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高 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。 它是钢板弹簧的主要参数之一。 要合理的确定弹簧长度，必须考虑多方面的因素。 增加钢板弹簧长度 L能显著降低弹簧应力，这不仅提高了弹簧的强度，而且随 L的增长，弹簧变形时应中北大学 2020 届毕业设计说明书 第 15 页 共 38 页 力变化幅度减小，降低弹簧刚度，从而使弹簧使用寿命得以提高，改善汽车的行驶平顺性；在垂直刚度 C给定的条件下，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，是指钢板弹簧产生单位纵向转角时，作用到钢板弹簧上的纵向力矩值。 增大钢板弹簧的纵向角刚度的同时，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，会使汽车上布置时产生困难。 因此，原则上在总布置许可的条件范围内，应尽可能将钢板弹簧的长度取长些。 一般推荐在下列范围内选用钢板弹簧长度 : 对于乘用车钢板弹簧长度为（ ~）倍的轴距； 对于货车，前悬架，钢板弹簧长度为（ ~）倍的轴距，后悬架， 一般取钢板弹簧长度为（ ~）倍的轴距 [20]。 本设计研究的 HFJ1010 微型汽车 所允许的钢板弹簧长度为 L=1000～ 1100mm，综合考虑选 取 货车的轴距取为 2700m，则 L =  mm （式 ） 后悬架钢板弹簧的刚度计算 设计主钢板弹簧结构参数时，首先应确定主钢板弹簧的刚度。 悬架总体刚度为 c=Ｐ w/fc=3330/88=（式 ） 汽车后钢板弹簧 在空载、满载和主簧起作用时的载荷分别为： Np  NPK  3330CPN 钢板弹簧所需的总惯性矩的计算 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  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 oJ。 对于钢板弹簧 E CKsLJ 48 )( 30   （式 3..3） 式中  — 挠度增大系数， / [ (1 / ) ]nn    ； 1n — 与主片等长的重叠片数； n — 钢板弹簧总片数； L — 钢板弹簧长度， mm ； 中北大学 2020 届毕业设计说明书 第 16 页 共 38 页 sK. — 钢板弹簧非工作部分长度， s 是 U型螺栓中心距， 132s mm ， k 非工作长度系数，如刚性夹紧，取  ；挠性加紧，取 0k ； E — 弹簧材料弹性模量，取 MPaE  弹簧： 取 1 0n ， 5n 则 1. 5 / [1. 04 (1 0. 5 0) ] 1. 44 23      可得 4530 6 4 4)()4 4 2 ) 0 8 0[( mmJ  根据强度要求计算钢板弹簧总截面系数 截面系数 指 机械零件和构件的一种截面几何参量，旧称截面模量。 它用以计算零件、构件的抗弯强度和抗扭 强度，或者用以计算在给定的弯矩或扭矩条件下截面上的最大应力。 根据材料力学，在承受弯矩 Μ 的梁截面上和承受扭矩 T的杆截面上 ,最大的弯曲应力 σ 和最大的扭转应力 τ 出现于离弯曲中性轴线和扭转中性点垂直距离最远的面或点上。 σ 和 τ 的数值为 Jxx和 J0分别围绕中性轴线 XX和中性点 O的截面惯性矩。 Jxx/y和 J0/y分别为弯曲和扭转的截面模量。 一般截面系数的符号为 W，单位为mm3。 截面的抗弯和抗扭强度与相应的截面系数成正比 [13]。 计算公式： ][4)( 0 cwc WksLp   （式 ） 即 0][4)( WksLp cw   （式 ） 对于 60Si2MnA弹簧钢，表面经喷丸处理后，推荐许用静应力 []c 在下列范围内取值：前弹簧和平衡悬架弹簧为 2350 ~ 450 /N mm；后主簧为 2450 ~ 550 /N mm；后副簧为 2220 ~ 250 /N mm。 弹簧： 取 2[ ] 500 /c N mm  30 )(3330 mmW   中北大学 2020 届毕业设计说明书 第 17 页 共 38 页 取 0W = mm 钢板弹簧平均厚度的计算 计算公式： 2/p o oh J W （式 ） 弹簧： 0J mm 0W = mm mm。