货车后桥板簧悬架设计毕业论文.doc

河北工业大学2014届本科毕业论文河 北 工 业 大 学毕业设计说明书作 者： 赵志磊 学 号： 100337 学 院： 机械工程学院 系(专业)： 车辆工程 题 目： 货车后桥板簧悬架设计 指导者： 刘茜 副教授 评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 2014年 5月 24日毕业设计（论文）中文摘要货车后桥板簧悬架设计摘要：悬架是使车轮（或车桥）与汽车车架（或承载式车身）之间具有弹性联系并且能够传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节车身位置等有关装置的总称。悬架最主要的功能是传递作用在车轮和车架之间的一切力和力矩，缓和不平路面对车身的冲击并衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车行驶的平顺性。在汽车轻量化和节约材料的发展趋势下，在货车上普遍采用的板簧悬架中，少片变截面和渐变刚度等新型钢板弹簧逐渐取代了普通多片簧，以其优良的性能而被广泛应用。本文讨论了汽车悬架的发展现状及趋势，对悬架结构形式进行简单介绍，主要对货车少片变截面板簧悬架的主要参数进行设计计算，包括结构选型、悬架性能参数、钢板弹簧参数和汽车减振器参数的选择计算。为货车板簧悬架的设计提供较有价值的资料。关键词： 悬架 钢板弹簧 减振器 少片簧河北工业大学2014届本科毕业论文毕业设计（论文）外文摘要Title Design of truck driving axle plate spring suspension AbstractSuspension is a flexible link between the car frame and the wheel, it can transfers load, mitigates the impact, attenuates vibration and adjusts body position and other relevant generic device .The main function of suspension is to pass all the forces and moments between the wheels and the frame role, to ease the impact of uneven road surfaces and to attenuate body vibration resulting bearing system, thus ensuring the car ride comfort.Trends in automotive lightweight and economical material commonly used in the truck leaf spring suspension, a new little piece of leaf spring stiffness and gradual tapered gradually replaced the ordinary multi-leaf spring and widely used for its excellent performance.This article discusses the current situation and development trend of automobile suspension, the suspension structure form a brief introduction, the main piece of the main parameters are trucks less tapered leaf spring suspension design calculations, including the structure of the selection, performance parameters of the suspension, steel select automobile shock absorber spring parameters and parameter calculations. Provide more valuable information for the design of truck leaf spring suspension.Keywords： Suspension Leaf spring Shock absorber Small leaf spring- 2 -目 录1 绪论111悬架系统综述112课题研究的背景及意义213钢板弹簧的发展及国内外研究现状52 悬架系统总体方案的确定52.1悬架设计要求52.2悬架总体布置方案52.3钢板弹簧的结构形式62.4悬架主要零部件的选型63 悬架主要性能参数的确定93.1悬架的静挠度和动挠度93.2悬架的弹性特性104 钢板弹簧设计计算114.1钢板弹簧上载荷124.2满载弧高124.3钢板弹簧结构尺寸124.4钢板弹簧材料134.5总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算144.6钢板弹簧计算及校核145 减振器设计计算175.1相对阻尼系数185.2阻尼系数195.3最大卸荷力195.4减振器工作缸直径205.5查表确定减振器参数.215.6缓冲块215.7减振器及缓冲块布置21结 论23参 考 文 献24附录一 悬架装配图25附录二 钢板弹簧零件图25附录三 减振器零件图25附录四 缓冲块零件图25致 谢251 绪论11 悬架系统综述悬架是现代汽车上的重要总成部件之一，是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间一切传力和连接装置的总称。悬架系统主要由弹性元件、减振器、导向装置、缓冲块等几部分构成。其主要功用是传递作用在车轮和车架（或车身）之间的各向反力和力矩；缓和路面传递给车架（或车身）的冲击载荷，并衰减其振动，保证汽车的行驶平顺性；确保车轮在路面不平和载荷改变时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶的能力1。悬架按导向装置形式分为独立悬架和非独立悬架两种结构形式，非独立悬架的主要特点是，左、右两侧车轮用一根整体轴刚性连接，再通过悬架与车架（或车身）连接，当一侧车轮受到冲击时，会直接影响到另一侧车轮，使整个车身产生倾斜或振动，汽车的行驶平顺性和乘坐舒适性较差，但由于结构简单、工作可靠、承载力大，目前大多数商用车和部分乘用车均采用这种形式；独立悬架的特点是，左、右车轮通过各自独立的悬架与车架（或车身）连接，当一侧车轮发生跳动时，另一侧车轮不受其影响，汽车的平顺性和舒适性好，同时由于独立悬架的簧载质量小，车轮的附着性能好，提高了汽车的行驶稳定性，缺点是结构复杂、成本较高、维修困难。现代乘用车前后悬架大都采用了独立悬架，高端商用车也开始采用独立悬架。12 课题研究的背景及意义以纵置钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置的非独立悬架是中、轻型载货汽车普遍采用的悬架形式，钢板弹簧也成为汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件，它是由多片或少片等宽但不等长（厚度可以相等，也可以不相等）的合金弹簧片组合而成的一根近似强度相等的弹性梁2，钢板弹簧在载荷作用下产生变形以缓和冲击，同时各片之间的相对滑动产生摩擦而使振动衰减，如前所述，钢板弹簧本身还能兼起导向机构的作用，从而无需附设导向传力装置。因此，在汽车悬架的发展过程中，板簧悬架以其结构简单、工作可靠、制造容易、维修方便等优点而倍受青睐和重视。钢板弹簧的结构形式、材料应用、加工制造手段都在不断进步和创新，开发设计方式也从最初的“假定初选参数试制试验修正设计”的设计模式逐步向经验设计与优化设计相结合转变，大大缩短了开发周期，减少了材料的浪费3。随着人们对现代汽车舒适性和操纵性要求的不断提高及汽车工程技术的进步，汽车悬架技术被广泛重视。低碳、节能、高效、轻量化是悬架结构的发展趋势，而悬架轻量化是整车轻量化的重要途径之一，故对汽车的行驶平顺性、操纵稳定性、整车通过性、燃油经济性等诸多使用性能都有重要的影响。由此可知，现代汽车的结构设计过程中悬架系统的开发及优化设计工作意义重大。13 钢板弹簧发展及国内外研究现状1.3.1 钢板弹簧结构形式钢板弹簧最初的应用可以追溯到汽车还未出现的马车时代。当时的装用方法是在现代汽车中广泛应用的纵置钢板弹簧基础上再倒置一个同样的纵置钢板弹簧，同时使得这两组钢板弹簧的主片均带有一定的曲率，上下两组钢板弹簧的两端分别相连接形成近似椭圆形的板簧组4。常见的汽车钢板弹簧有普通多片等截面式、主副簧复合式、少片变截面式、渐变刚度式几种，其中多片等截面式和少片变截面式属于等刚度簧，主副簧复合式和渐变刚度式属于变刚度簧5。常见钢板弹簧结构形式如图1-1。图1-1 常见的钢板弹簧结构形式传统的汽车钢板弹簧为普通多片等截面式，它是由多片等宽不等长的板簧片叠加在一起形成的板簧组，其各片的厚度可以相同，也可以不同，这种板簧的刚度在工作过程中稳定不变，弹性特性为线性。而对于钢板弹簧的主要应用领域载货汽车后悬架，由于空、满载时的载荷变化较大6，希望钢板弹簧的弹性特性为非线性，从而减小车身振动频率的变化，以获得良好的行驶平顺性，故通常采用主、副簧并联连接的两级刚度复合式钢板弹簧，这种钢板弹簧的弹性特性曲线为一折线，载荷较小时仅有主簧部分起作用，载荷增加到某一值时副簧与主簧协同起作用。渐变刚度钢板弹簧的副簧放在主簧下面，副簧会随着汽车载荷的变化而逐渐起作用，这种板簧具有结构设计合理、布置简单方便、非簧载质量小等优点。多片钢板弹簧悬架质量一般要占到汽车总质量的5%10%。为了减少金属材料和燃油的消耗，使整车轻量化，提高乘坐舒适性，钢板弹簧悬架的优化设计逐渐向少片变截面变刚度方向发展。国外汽车公司从20世纪60年代初期就开始了少片变截面钢板弹簧的研制开发工作。1955年美国洛克威尔公司首先成功开发出少片变截面钢板弹簧并在1960年装车展出，1961年，通用汽车公司在Chevy轿车上装用了两端宽度稍有扩大的变截面弹簧，1966年的奥兹莫比尔高档轿车上也采用了变截面弹簧，日本在1960年的少部分轿车车型上开始装用单片变截面钢板弹簧，1968年之后，载货车、牵引车上也逐步开始选用变截面弹簧7。我国截面板簧的研制工作开始于上个世纪80年代初期，各钢板弹簧专业生产厂于80年代中期开始大量引入全锥形变截面轧机。1982年，长春汽车研究所首先开始了CA-141车用少片变截面弹簧的研制，通过多次优化设计和刚度、应力试验，经完善后的CA-141车用少片变截面钢板弹簧于1984年第一季度试制成功并逐步在国内推广使用，二汽则在1980年首次进行了少片变截面弹簧的开发，之后跃进汽车集团公司在NJ134车型及东风汽车公司在8t平头柴油车上均采用了变截面板簧7,8,9。少片变截面板簧与性能相同的普通多片簧相比可节省材料30%-50%，大大降低了生产成本，少片钢板弹簧各片工作长度大抵相同，各片厚度沿片长方向按照一定的规律变化，使得各片应力趋于均匀分布，力学特性良好，同时由于簧片间加入了减摩垫片，使得各片间的实际接触长度减小，动摩擦和动刚度减少10，因此少片变截面板簧已成为钢板弹簧悬架的发展趋势，应用越来越广泛。1.3.2 钢板弹簧设计与分析方法虽然钢板弹簧的几何形状十分简单，但由于在工作过程中的变形和各片间接触状态总是呈非线性变化，使得针对于钢板弹簧的设计与分析方法始终不够完善。传统的分析方法是基于材料力学线性梁理论的解析法，包括共同曲率法和集中载荷法11。但是由于传统解析法对钢板弹簧状态进行了过多的简化，使得分析过程在很大程度上并不符合实际情况，结果也不能准确反映钢板弹簧的实际应力状态及特征。事实上，弹簧各片间的接触状态与钢板弹簧本身尺寸参数、工作载荷、装配应力等诸多因素有关，不可能满足简化过程中的事先假设，所以钢板弹簧常常会出现一些传统分析方法中不能解释的问题12。随着有限元技术、CAE技术的不断发展成熟以及在工程分析问题中的成功应用，国内外钢板弹簧的设计分析方法得到了很好的完善。新方法不再事先对状态进行假设，而是利用足够数量的单元分析使结果无限趋近理想状态，同时应用计算机辅助进行钢板弹簧的精确计算分析，从而使结果精度高且符合实际状态。现代设计方法包括了有限元法和CAE法11,12，有限元法即利用离散化将连续体问题变为有限个单元节点参数进行计算，能够适应复杂的几何形状和边界条件，合理选择单元形状和数量即可得到满意精度的近似解。CAE法是指应用有限元法、边界元法等数值模拟方法，利用计算机辅助进行工程过程的分析及计算，主要是利用分析软件做仿真，CAE法能够精确反映钢板弹簧在不同的单片自由曲率和形状条件下的预应力、接触应力及工作状态下的应力响应、接触状态等参数，是目前世界上最先进的方法。国内也已逐渐应用这种方法进行钢板弹簧的相关设计与分析。1.3.3 钢板弹簧用钢 世界各国汽车悬架中的钢板弹簧用钢一般为Si-Mn系、Cr-Mn系和Cr-V系合金钢。国外大多采用后两种，而我国由于Cr资源比较匮乏，故采用了Si-Mn系弹簧钢，包括60Si2Mn钢和55Si2Mn钢，后来又开发了55Si2MnB、55SiMnVB、 60Si2MnB以及低碳弹簧钢28MnSiB等13。针对应用越来越广泛的少片变截面弹簧，其用钢要求为：高淬透性、低脱碳敏感性、良好的松弛抗力、强韧性及高疲劳抗力等。美国用钢为CrMnB 系和CrMn系，英国为CrMn系和CrMnMo系，日本为CrMnV和CrMnB系8,13，上述钢种都为中高碳钢。我国在80年代初开展了对低碳弹簧钢28SiMnB的研究，但其松弛抗力无法满足要求，之后重庆汽车研究所主导研制出35SiMnB8，替代了60SiZMn和55SiMnVB钢，并经过优化提高后加入V元素形成35SiMnVB，标志着我国中低碳弹簧钢的成功应用。35SiMnVB较35SiMnB强度和淬透性提高，脱碳敏感性降低，成材率提高1%3%，可以节约大量钢材，同时具有生产工艺简单、强韧性好、疲劳寿命长等诸多优点，性能优良，经济效益和社会效益显著。2 悬架系统总体方案的确定2. 1 悬架设计要求悬架与汽车的多种使用性能有关，在悬架的设计过程当中应满足下面几点要求：1） 保证汽车有良好的行驶平顺性。为此，需要由簧上质量与弹性元件组成的振动系统的固有频率应处在适宜的频段范围内，并尽可能低，同时乘员在车中承受的振动加速度应尽量不超过国际标准中划定的振动界限值，确保乘坐的舒适性。2） 具有合适的衰减振动的能力。悬架的设计应与其本身的弹性特性合理匹配，确保车身和车轮在共振频率范围内的振幅很小，并且能够迅速衰减振动。3） 确保汽车具有良好的操纵稳定性。悬架的导向部分应保证车轮跳动时主销的定位参数变化不大，车轮不发生摆振现象，同时使汽车具有适当的不足转向特性。4） 汽车制动或加速时，要保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合适。5） 可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足总成部件质量轻的同时，还要保证有足够的强度和寿命。2. 2 悬架总体布置方案本设计为货车后桥板簧悬架系统设计，以钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置，钢板弹簧沿汽车纵向对称布置，且与减振器并联安装。减振器与铅垂位置倾斜一定角度，钢板弹簧与桥壳以骑马螺栓连接，两端以铰链与车架相连，总体布置如图2-1所示：2-1 悬架总体布置示意图2. 3 钢板弹簧的结构形式通过前期工作的了解，钢板弹簧悬架分为少片变截面板簧悬架和普通等截面多片板簧悬架。少片变截面钢板弹簧克服了多片钢板弹簧重量大、性能差的缺点，对实现整车的轻量化、节约能源和减少钢材消耗有重要意义，故应用日渐广泛。所以本课题根据设计和使用要求选用少片变截面钢板弹簧，同时考虑到力求使制造和装配容易实现，故选取主片等厚叶片，其他叶片厚度沿长度方向变化而宽度不变的梯形变厚断面结构形式。基本结构简图如下：图2-2 钢板弹簧结构示意图24 悬架主要零部件的选型2.4.1 叶片断面 常见的钢板弹簧断面形状如下图所示，最常用的形式为下图（a）中两头带圆弧的矩形断面，这种断面形式提高了板簧的疲劳强度并且改善了润滑条件。图中（b）（c）（d）为单面带抛物线的断面和单面带槽的断面，这两种断面形式是经改进后的特殊矩形断面，使弹簧的疲劳寿命大幅提高同时节约材料10%12%，但计算复杂，加工困难。本设计中选取设计计算简单，制造加工方便的矩形断面。（a）标准型；（b）单面单槽；（c）抛物线侧边；（d）单面双槽图2-3 叶片断面示意图2.4.2 叶片端部形状 钢板弹簧叶片端部的形状分为矩形、椭圆形、梯形三种形式。结构如图2-4 （a） （b）（c）（a）矩形端部；（b）梯形端部；（c）椭圆形端部图2-4 叶片端部形状 矩形叶片端部制造容易、成本低廉，但是缺点是比较容易引起各片之间的压力集中，从而使得叶片的摩擦和磨损现象严重；同时端部刚性较大，使其与到等应力梁有较大差距。梯形叶片端部能够节省材料的使用，减小单片叶片的质量，并且钢板弹簧更接近于等应力梁的状态。除此之外，板簧片端部还经常压制成沿长度方向逐渐变厚的椭圆形，这种形状有利于大幅减小簧片质量并且应力状态最接近等应力梁。 本设计中为加工制造过程简单，降低成本，故选取矩形叶片端部。2.4.3 钢板弹簧与车架连接形式 钢板弹簧与车架的连接形式常见的有铰链连接、滑动连接、橡胶块连接，其中滑动连接只能承受垂直方向的载荷；橡胶块连接能够起到一定的减振作用，提高汽车行驶的平顺性，但橡胶块易老化的问题严重，对于载重量大的货车不宜选用；铰链连接可承受垂直和水平两个方向的载荷且连接可靠耐久，故本设计中选取铰链连接方式。 2.4.3 吊耳及钢板弹簧销的结构板簧的支撑方式一般为一端采用固定卷耳，另一端采用摆动吊耳，吊耳的形式有C形、叉形、分体式等。弹簧销的支撑、润滑方式有螺纹式、自润滑式、滑动轴承、橡胶支承等，螺纹式能够同时承受垂直和水平方向的载荷；滑动轴承一般用于重型卡车且需要附加衬套；自润滑式多用于轻型货车，噪声小、不必润滑；橡胶支承会影响悬架的平顺性，特性较复杂。本设计中板簧支承采用一端固定卷耳，另一端摆动吊耳的形式，吊耳采用分体自润滑式。吊耳总成结构如图2-52-5 吊耳总成结构示意图2.4.4 钢板弹簧卷耳及弹簧夹箍钢板弹簧主片端部卷耳形式常见的有上卷耳、下卷耳、平卷耳。锻造卷耳等形式，上卷耳应用居多，下卷耳主要针对车身高度受限的情况，平卷耳的应用旨在减小卷耳应力，制造复杂，锻造卷耳强度较高，但结构复杂、制造困难，目前应用不多。本设计中板簧前端采用上卷耳式，后端采用吊耳。图2-6 卷耳结构弹簧夹箍除了能避免弹簧各片横向错位以外，还能将力传递到其他簧片，减少主片上的应力。弹簧夹箍分为可拆式和不可拆式，针对如本车中不经常拆卸的板簧宜采用不可拆式，其特点是结构简单、费用低、装配方便。同时在夹箍和弹簧片表面及侧面之间均保留一定的装配间隙，一般为11.5mm。 图2-7 弹簧夹箍结构简图2.4.5 钢板弹簧中心螺栓中心螺栓直径大小直接影响弹簧断面强度，所以不宜过大，一般与簧片厚度相适应。本车为少片变截面簧片，由推荐值初步确定中心螺栓直径为16mm，中心孔直径为，螺栓材料为15MnVB。3 悬架主要性能参数的确定31 悬架的静挠度和动挠度悬架静挠度是指汽车满载稳定时悬架上的载荷与此时悬架刚度之比。 由汽车理论可知：汽车前、后悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率对汽车平顺性起主要影响作用。现代汽车的质量分配系数近似等于1，故可近似认为前、后轴上方车身两点的振动不存在必然联系，因此，汽车前后部分车身的固有频率即偏频、分别为 式中，为前后悬架静挠度，单位。各型车的偏频和挠度值如表1中所示16。 表1 各种车型偏频及动挠度取值范围车型货车1.52.2501106090轿车0.91.6103007090大客车1.31.8701505080越野车1.42.06013070130本设计中钢板弹簧用于货车后悬架，由表中数据选取满载时偏频，空载时偏频稍大些，取。由上述公式1.1变形计算得满载时后悬架静挠度为：为避免在不平路面上行驶时经常对缓冲块造成冲击，悬架还必须具备一定的动挠度，悬架动挠度的概念是：从悬架的设计位置（对货车就是满载静平衡位置）开始，把悬架压缩到结构许可的最大变形（一般指缓冲块被压缩到自由高度的1/2到1/3）时，车轮中心相对车架垂直方向的位移。动挠度一般按照其相应的静挠度值来取值，与车型和经常使用的路面状况也有关系，参照已确定的静挠度值，并根据表中数据确定本设计方案中的动挠度为：32 悬架的弹性特性悬架承受的垂直外力F与由此引起的车轮中心相对于车身位移f（即悬架的变形）的关系曲线，称为悬架的弹性特性。其切线的斜率即为悬架的刚度。悬架的弹性特性分为线性弹性特性和非线性弹性特性两种。当悬架的变形量f与所受垂直外力F之间按照固定比例变化时，弹性特性为一条直线，这种情况称为线性弹性特性，此时悬架刚度为常数。当悬架变形量f与所受垂直外力F之间不成固定比例变化时，弹性特性如图3-1所示，此时悬架刚度是可变的，其特点是在满载位置附近，曲线变化平缓、刚度小，因而行驶平顺性良好；距满载位置较远的两端，曲线变陡，刚度增大。如此，可在一定的动挠度范围内，获得比线性悬架更多的动容量。悬架的动容量系指悬架从静载荷的位置起，变形到结构许可的最大变形为止所消耗的功。悬架的动容量范围越大，缓冲块被击穿的可能性越小。对于空载与满载时簧上质量变化较大的客货车型，为了减少振动频率和车身高度的变化，应选用刚度可以变化的非线性悬架。乘用车簧上质量在使用过程中虽然变化不大，但为了减少车轴对车架的冲击，减少转弯行驶时的侧倾角度与制动工况下的前俯角和加速工况下的后仰角，也应当选用刚度可变的非线性悬架。图3-1 悬架的弹性特性曲线4 钢板弹簧设计计算设计参数1）空车质量：，前轴上承重，后轴上承重；2）满载质量：，前轴上承重，后轴上承重；3）汽车的重心位置：空车时：重心距前轴中心，距后轴中心，距地面高度满载时：重心距前轴中心，距后轴中心，距地面高度4）轴距：5）轮胎滚动半径：41 钢板弹簧上载荷根据该车设计载荷、轴荷分配以及总布置的设计要求，后钢板弹簧单边满载簧上载荷为。42 满载弧高满载弧高是指汽车处于满载静平衡位置时钢板弹簧主片(第一片)上表面中心与钢板弹簧压平时(需要施加比满载静载荷更大的载荷)的主片上表面(此时上表面为平面)之间的距离，满载弧高的存在会抬高汽车的高度，一般希望为零，但考虑到钢板弹簧在使用过程中会产生塑性变形，所以为防止在满载静载荷时就发生反弓现象，常常设置一个满载弧高，一般取。本设计中取。43 钢板弹簧结构尺寸4.3.1 钢板弹簧主片长度L钢板弹簧长度L指弹簧伸直后两卷耳孔的中心距离，增加钢板弹簧长度L能显著降低弹簧应力和应力幅度，提高使用寿命；降低弹簧刚度，改善汽车行驶平顺性。在一般情况下，推荐在下列范围内选取钢板弹簧的长度:乘用车轴距，载货汽车前簧轴距，后簧轴距14。本设计方案为中型载货汽车，为兼顾货物运输的完整无损性及驾乘人员的舒适性时，同时参照现有成熟车型，选取后钢板弹簧主片长度为：。4.3.2 钢板弹簧形状尺寸及片数少片变截面钢板弹簧形状参数一般是按经验参照选取，再由刚度和强度计算结果保证可靠性，所以本设计中相关结构尺寸按经验初选后进行强度和刚度校核。板簧片形状简图如下图所示：图4-1 叶片形状示意图图中梯形弹簧的BC段方程为，少片弹簧的宽度在位置允许的情况下应尽可能取宽些，以增强横向刚度，通常的取值范围为，本设计中取片宽，而弹簧的厚度从强度上考虑不能太薄，的选择主要应从热处理的淬透上考虑，一般为，取，一般取为，以保证足够的抗剪强度并防止太薄而淬裂。最大允许伸长长度之半，初选等厚部分长度为，变截面部分长度。板簧总成片数为三片，主片等厚，其余两片为梯形变厚截面44 钢板弹簧材料目前国内货车所用的钢板弹簧材料多为Si-Mn系列，如60Si2Mn、60SiMnA、55SiMnVB等，但这些弹簧钢综合技术性能较差，不能满足少片簧的高应力、高疲劳性、高可靠性及工艺性要求。同时60Si2Mn、60SiMnA适用于厚度12mm以下的钢板弹簧。本车型选用板簧片厚大于12mm，故选用具有超高强度和优良塑韧性的新型弹簧钢50CrMnVA，屈服极限。45 总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算4.5.1 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H0钢板弹簧各片装配后，在预压缩和U形螺栓夹紧前，其主片上表面与两端连线间的最大高度差为钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H0，计算公式为 其中；s为U形螺栓中心距4.5.2 钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径R0 46 钢板弹簧计算及校核4.6.1 钢板弹簧刚度K首先按悬架静挠度计算板簧总成的垂直刚度主片等厚的少片钢板弹簧刚度为等厚主片刚度和变截面叶片刚度之和，其刚度计算公式为： 式中： 将数据代入公式（2.5）计算得钢板弹簧刚度：4.6.2 最大应力 在范围内，任一截面的应力为： 对上式求关于x的导数，令，可以得到最大应力点位置 弹簧最大应力 代入数据得最大应力点位置满足要求。4.6.3 卷耳强度校核卷耳处的应力是弯曲应力和拉压应力的组合应力，许用应力 式中 式中 将数据代入式（2.9）中满足要求。4.6.4 弹簧销校核对于钢板弹簧销，要验算钢板弹簧受静载荷时弹簧销的挤压应力，计算公式为： 式中 将数据代入式（2.11）中，弹簧销的挤压应力为：，满足要求。综上所述，钢板弹簧强度及刚度均满足要求。5 减振器的设计计算减振器是汽车悬架系统中除弹性元件外另一重要的组成部分，其作用是吸收悬架振动产生的能量，并迅速衰减其振动。现代汽车悬架中的减振器多为液力减振器，液力减振器按结构可分为摇臂式和筒式；按作用原理分为单向作用和双向作用式，由于筒式减振器具有质量小、工作可靠、性能稳定等诸多优点，所以被广泛应用。筒式减振器又分为单筒式、双筒式和充气式三种，本设计中采用应用最普遍的双筒式液力减振器。减振器的性能参数主要有两个，即相对阻尼系数和阻力系数。1-活塞杆；2-工作缸筒；3-活塞；4-伸张阀；5-贮油缸筒；6-压缩阀；7-补偿阀；8-流通阀；9-导向座；10-防尘罩；11-油封5-1 双作用筒式减振器51 相对阻尼系数相对阻尼系数的物理意义是：减振器的阻尼作用在与不同刚度和不同簧上质量的悬架匹配时，会产生不同的阻尼效果。值越大，振动衰减越迅速，同时又能将较大的路面冲击力传到车身；值小则反之。通常情况下，将压缩行程时的相对阻尼系数取得小些，伸张行程时的相对阻尼系数取得大些。两者之间保持有=（0.250.50）的关系。对于不同的悬架结构和使用条件，满足平顺性的相对阻尼系数的大小也有所不同。设计时，先选取和的平均值。对于无内摩擦的弹性元件悬架，取=0.250.35；对于有内摩擦的弹性元件悬架，值取小些。对于行驶路面条件较差的汽车，值应取大些，一般取；为避免悬架碰撞车架，取。本设计为载货汽车后悬架，值应取偏大些，故取，所以 ， 52 阻尼系数本车型中减振器在悬架中与垂直线成一角度安装，其阻尼系数为 式中 所以53 最大卸荷力的确定为减少传递到车身上的冲击力，当减振器活塞振动速度达到一定值时，减振器打开卸荷阀。此时的活塞速度成为卸荷速度。 式中 所以最大卸荷力 54 减振器工作缸直径的确定减振器工作缸直径D由为： 式中 由此求得减振器工作缸直径有、等几种，选取时按照标准汽车筒式减振器 尺寸系列及技术条件选用，为保证工作的可靠性，本设计中取减振器工作缸直径。贮油筒直径，壁厚取为，材料为钢。55 查表确定减振器参数参照标准汽车筒式减振器 尺寸系列及技术条件19可知：工作缸直径基长（HH）型 贮油筒防尘罩最大外径 压缩到底长度最大拉伸长度： ；负值不限 压缩到底长度最大拉伸长度： 正值不限； 最大工作行程 5-2 减振器5. 6 缓冲块缓冲块一般由橡胶制造而成，在硫化作用下使得橡胶与钢板连接在一起，钢板上焊装有螺钉或者螺纹孔用于将缓冲块固定到车架或其他部位上，悬架系统中加装缓冲块的目的是限制悬架的最大行程，避免减振器及弹性元件在过大的冲击载荷下产生过变形而降低使用寿命。一般汽车上安装的缓冲块结构形式如图5-3所示图5-3 缓冲块结构形式现代汽车悬架中普遍采用多孔聚氨酯制成的缓冲块，它在具备本身限制悬架行程功用的基础上还有辅助弹性元件的作用，由于聚氨酯这种材料的高强度和高耐磨性，使其在较大载荷下弹性元件变形较大时外廓尺寸增加不多，很好地起到缓冲作用。本设计中选用螺钉固定型缓冲块，具体形状及结构如图5-4所示5-4 缓冲块形式及结构5. 7 减振器及缓冲块布置减振器的作用是迅速衰减振动以避免车身承受过大的冲击载荷，所以减振器应与弹性元件即钢板弹簧并联布置。一般而言，由于车身高度及整车布置的限制减振器并非都是沿铅垂线方向而是与铅垂线成一定角度，其一端与车架铰接另一端与桥壳连接，结构布置如图5-5 减振器及缓冲块布置简图结 论 本文首