微型货车钢板弹簧的结构设计与校核

1、微型货车钢板弹簧的结构设计与校核摘要：论文中首先介绍了钢板弹簧的发展历程并且对其未来的发展趋势作出分 析；然后分析了钢板弹簧对汽车造成的影响有哪些，比如平顺性和操作稳定性等方 面；接着根据钢板弹簧各个结构的优缺点和具体车型的使用用途，对各主要零部件 进行结构上的选型和计算；因为钢板弹簧相较于其它的弹簧有结构简单，维修方便等优点所以在载货汽车 上有普遍的应用。同时它的缺点是也使得它无法应用在独立悬架的汽车上，明显的 缺点有钢板弹簧悬架具有较大的重量，较为长的纵向尺寸，同时有较强的刚度，使 得舒适性相对来说也是较差，并且钢板弹簧悬架在与车架进行连接的部位也容易在 使用屮产生磨损。在这次的设计中我们

2、着重对微型货车的钢板弹簧进行结构设计，通过计算并绘 制出图纸。关键词：微型货车；钢板弹簧；结构设计；校核structure design and check core of micro steel plate springabstract : first, the paper introduces the development of leaf spring and analyzes its future development trend then, it analyzes the influence of leaf spring on automobile, such as ride co

3、mfort and operation stability then the detailed design steps and design requirements of leaf spring are described, and the structure selection and calculation of the main parts are made the arc height and curvature radius of the leaf spring are calculated，and the strength and stiffness of the materi

4、al is checked and checked, and the steel spring is checked.because the leaf spring has the advantages of simple structure and convenient maintenance compared to other springs, it has a common application in the truck. at the same time，its disadvantage is that it can not be applied on the automobileo

5、f the independent suspension，obvious disadvantage that the steel spring suspension has a larger weight，the longitudinal size of the radiation，and the stiffness is relatively poor， and the part of the steel spring suspension is easy to wear in use.in this design, we focus on the structure design of t

6、he leaf spring of micro, calculate and draw the drawings.keywords： micro; sheet spring； structural design； check摘®iabstractii1绪i仑11.1钢板弹簧的背景及意义11.2国外的发展现状及发展趋势11.3国内的发展现状及发展趋势31.4研宂意义和内容41.5本章小结62钢板弹簧悬架总体方案分析72.1钢板弹簧概述72.2钢板弹簧悬架的基本结构和工作原理92.2.1钢板弹簧悬架基本结构92.2.2钢板弹簧悬架工作原理112.3钢板弹簧悬架系统总体结构方案确定112.

7、4钢板弹簧悬架系统各主要零部件选型122.4.1叶片断面122.4.2叶片端头的形状132.4.3钢板弹簧与车架的连接形式的确定142.4.4吊耳及钢板弹簧销的结构142.4.5钢板弹簧卷耳和衬套142.4.6弹簧夹箍142.4.7钢板弹簧中心螺栓142.5技术经济分析153钢板弹簧悬架系统主要性能参数的确定163.1钢板弹簧悬架系统静挠度和动挠度的选择163.2车型主要参数的确定164钢板弹簧悬架的计算和校核17hi4.1初选参数174.1.1主片长度174.1.2断面尺寸及片数的确定174.2各片长度的确定194.3钢板弹簧各片预应力及弧高204.4总成在自由状态下及装配后的弧高214.4

8、.1.弹簧总成自由弧高的确定214.4.2钢板弹簧总成装配后的弧高214.5钢板弹簧强制动时强度校核224.6钢板弹簧刚度和应力校核225结i仑2324觀25附录1绪论1.1钢板弹簧的背景及意义钢板弹簧悬架是现代汽车尤其是载重汽车上不可或缺的一部分甚至在在某些越野 车上都有广泛的应用。现在市场上的钢板弹簧主要有多片的等截面钢板弹黃和少片的变 截面钢板弹簧，但是随着技术的不断发展和进步等截面的钢板弹簧正在不断地退出市 场，而更为优秀的少片变截面钢板弹簧变为了如今钢板弹簧领域的主流产品。钢板弹簧 作为非独立悬架在载重卡车上使用使得它的优点十分明显。比如钢板弹簧就具冇结构简 单，维修方便，生产过程成

9、熟和方便，并且工作状态稳定可靠。但是同样的，钢板弹簧 仍然具有一些显著地缺点，比如钢板弹黃和对于其他弹性元件来说就有黃下质量比较大 的缺点，这样使得汽车总质量明显增大，对油耗和载重有较大的影响。使用钢板弹簧作 为弹性元件同样会使驾驶员在驾驶的过程屮有较差的体验，舒适性和操作稳定性就会受 到较大的影响，如何提高舒适性和操作穂定性同样是我们在设计钢板弹簧时需要考虑的 一方面。钢板弹簧作为非独立悬架在汽车上的作用是传递车身与车轮之间的各种力，并且对 不平坦路面对车身造成的冲击进行有效的吸收，使得冲击减弱，提高驾驶的舒适性，保 证汽车能更稳定的行驶。在研究设计钢板弹簧的过程中我们要根据汽车的平顺性，稳

10、定性，燃油经济性，通 过性等多方面来综合考虑，由此确定钢板弹簧的设计方式，结构类型，材料选择，工艺 加工生产方式等。因此，目前为止，钢板弹簧仍然是载货汽车和部分客车的非独立悬架中主耍采用的 弹性元件1'2。1.2国外钢板弹簧的发展现状及发展趋势钢板弹簧作为汽车中的一个总要组成部分，伴随着汽车工业的发展也经历了许多的 重大改革和发展。众所周知的是汽车由w外首先发明并且伴随着战争和经济的发展在数 十年的时间里己经有了许多的改变，伴随技术的不断更新，汽车上的各种部件也在不断 地发展和进步，而对于本次的研宂课题钢板弹簧同样是经历y漫长的发展和改变。任何事物的发展都伴随着基础理论的奠基和完善，而

11、国外的钢板弹簧发展史同样是 从基础理论的发现和发展一步步走过来的。最早是上个世纪六十年代由当时的军事大国 前苏联专家帕尔希洛夫斯基3率先提出的传统经典方法一一共同曲率法。但是在后期的 研究中发现这种方法对钢板弹簧的计算中存在巨大的错误，会使最后的几片钢板弹簧应 力有巨大误差从而使得钢板弹簧的刚度也出现偏大的情况。之后这种情况的改善还是由 于同样的前苏联专家提出了一种更完善的研宄方法一一集中载荷法。伴随着社会的发 展，人们通过不断的研宂，在更多国外的专家不懈努力之下，人们发现两种方法都有其 可取之处，从而直到上个世纪八十年代由前苏联专家巴希洛夫斯基最先提出了在钢板弹 簧的末尾两簧片采用集中载荷法

12、，而其它的几片钢板弹簧继续采用共同曲率法的方法。 但是在后期的研究中发现任然有些问题无法通过科学的解释进行，他只有直接引入了刚 度修正系数来解决这个问题。直到接下来有限元技术的不断发展并且在众多研究中的良 好运用，才使得有限元法在许多的研宂中可以更加广泛的运用。例如zahavi就是开创 性的使用有限元法对钢板弹簧的接触问题进行y深入的分析和研究。伴随着现代社会的发展，计算机技术的不断发展，各种建模方式的建立，三维模拟 真实场景的发展使得专家学者对钢板弹簧的分析与理解更加的方便更加直观。对这款重 型载货汽车钢板弹簧模型进行了刚度仿真验证，结果表明模型和实车的钢板弹簧刚度完 全吻合。第二年shah

13、riar等在通过建立了由二十个离散刚体共同组合而成的钢板弹簧 模型屮，仿真模拟分析研究了模型屮前卷耳与车架连接处，后卷耳与吊耳连接处及吊耳 连接处衬套的载荷情况。通过分析国外钢板弹簧的发展过程我们可以了解到国外的发展情况，并且可以通过 对汽车各种性能的了解想到未来国外钢板弹簧的发展趋势，必然是向少片的变截面钢板 弹簧发展。在这个发展过程中逐步淘汰多片等截而钢板弹簧，使用并且研发更新型的材 料来满足钢板弹簧的性能要求，降低钢板弹簧的总成质量的同时提高钢板弹簧的整体性 能。从而改善汽车使用钢板弹簧带来的舒适性，稳定性，操作性差的情况。通过对钢板 弹簧结构的从新设计满足不同路况的使用情况。1.3国内

14、的发展现状及发展趋势钢板弹簧作为汽车中的一部分，必然是伴随着汽车工业的发展而发展，而我国因为 历史原因汽车工业起步较迟，基础工业十分薄弱，因此不光是整车的发展，各种零部件 的生产和研发相较于国外都是落后的，而钢板弹簧的发展同样是这样的。截止目前为止我国的钢板弹簧产业发展较为迅猛，钢板弹簧生产厂家遍布全国各 省。就目前的产能而言，年产量在八千吨的生产厂有八十多家，占全国钢板弹簧生产厂 的一半左右。但是就生产能力和生产水平來讲，这些企业仅仅达到了国外厂家上世纪九 十年代的水平。同吋就国内的这些厂家来讲，它们伴随着种种的问题，比如大部分厂家 的生产规模较小，工人生产加工技术水平低下，工人生产缺乏良好

15、的自检互检习惯，质 量把控随意，加工设备落后质量差，良品率低下，没有形成完善的质量监控体系，生产 车间设备和物品混乱，缺乏规范、科学、合理的整理和布置，生产车间脏乱差，管理和 生产方式更趋向与家庭式手工作坊，任人唯亲。缺乏有效有用的科学的技术和质检人员。 在这些工厂里研发能力趋近于零，仅仅只能根据图纸来生产简单的钢板弹簧，并没有改 良和改善的能力。而这些工厂的质检员在生产上并没有一票否决的权利，如此就有许多 的产品在本身质量有缺陷的情况下继续出库，而造成这种情况的原因往往是因为老板为 了抓紧出库发货才允许的。造成这种行为的原因还是和工厂本身密切相关，生产工艺本 身较为简单，缺乏核心竞争力，同时

16、生产成本居高不卜*,这使得这些工厂大多安于现状。 而我国的高端钢板弹簧产业发展同样对于国外来说也有差距，但是差距并不是不能拉 近。我国的第一汽车制造厂的钢板弹簧厂，原第二汽车厂的东风汽车厂的钢板弹簧厂， 重汽红岩的钢板弹簧厂，山东的汽车钢板弹簧厂这四家钢板弹簧厂是我国目前生产能力 和技术最强的企业，它们在生产上都具有多种叠片簧、渐变刚度的弹簧、少片变截而钢 板弹簧、双曲率半径及平直段钢板弹簧的能力。我国钢板弹簧的生产相较于之前的完全照搬生产到现在的可以自主研发，历经了六 十多年的发展，但是我们同样面临着许多的压力，我们的技术相对来说还是落后，技术 储备和基础工业薄弱，并且自主品牌严重缺乏还耍面

17、临w外市场的联合对抗抵制带来的 压力。所以为/我国的钢板弹簧可以良好稳定的生产，并且成为世界尖端的产品，自主研 发和设计就显得尤为重要，只奋这样才能推动我国钢板弹簧产业的发展，为民族品牌的 发展做贡献。1.4研究意义和内容而由于路而情况的特点不同，驾驶车辆型号载重使用情况的区别，我们应该对钢板 弹簧进行从新的研究分析，使得钢板弹簧悬架适应我们的汽车，提高车辆的驾驶平顺性， 操作稳定性，燃油经济性和舒适性等多个方面。在此，钢板弹簧的结构设计和性能参数 要求就是我们研宄并且分析的关键，同样的，这些方面也是我们国家未来钢板弹簧行业发展的必然趋势。通过对钢板弹簧行业的国内外分析y解，并且伴随着我们对汽

18、车知识的学习和不断 深入了解，让我们明白唯有自己动手研究和学才能更好的懂得和了解钢板弹簧整体的 工艺和制造过程。在设计过程中我们详细的了解了钢板弹簧的生产过程，并且通过计算, 设计出适合的钢板弹簧结构，选择恰当的钢板弹簧材料。进一步的建立数学模型，不断 地改善钢板弹簧的刚度和强度条件，在设计性能达到要求的同时，进一步的尝试减少钢 板弹簧的片数或者使用新型的钢板弹簧材料，是设计更加的优化，有效的减轻钢板弹簧 的质量，从而减轻整车的质量。伴随着社会的发展，资源和环境保护问题使我们必须考虑的重点问题，资源总量是 有限的，我们不断的使用必然会伴随着以后的资源不足等问题，对环境也会造成巨大的 破坏，并且

19、对环境的自我调节和恢复也是有重大影响。因此我们需要设计并且改善钢板 弹簧的结构和材料使用情况，加人对钢板弹簧生产的热加工热成型工艺分析，从而自主 开发研究钢板弹簧。这是我们国家可以自主发展钢板弹簧的必然趋势，并是可以持续 发展的重中之重，顺应国情符合国策。不断的推动我国钢板弹簧行业的发展，产品结构 的升级，技术的革新，创造出我们中国人自己的名族品牌，而完成这一切的重点就是对 钢板弹簧悬架的结构设计和刚度计算。我们对钢板弹簧悬架的研究主要是为/提高钢板弹簧悬架在汽车行驶过程当屮地 稳定性和平顺性，并且在可以达到使用要求的前提下减轻钢板弹簧悬架的质量，提高载 货汽车的运载能力，从而提高汽车在使用过

20、程中的经济效应和钢板弹簧悬架质量对整车 行驶过程中的燃油经济性。因此，我们在本课题的研允中将会重点对钢板弹簧悬架的两个方而进行研宂和分 析。一是钢板弹簧悬架对汽车在行驶过程屮的操纵穂定性，而另外一个方面就是对钢板 弹簧悬架对汽车在行驶过程中的平顺性进行研究。我们对钢板弹簧悬架在汽车行驶过程中的操纵稳定性研究，在这个方面的研究主要 是针对钢板弹簧悬架的导向机构，当车辆的轮胎和车身整体发生相对的运动时汽车的钢 板弹簧悬架导向机构就会起到引导和约束轮胎运动的作用，并且对转向运动产生影响， 而在此过程屮就会有一些钢板弹簧悬架的运动学特征前一部分主要是对悬架的弹性元 件和阻尼元件特性展开工作，主要是将路

21、面、轮胎、非簧载质量、悬架、簧载质量作为 一个整体进行研究与设计，由于它主要研究的是在路面的反作用力的激励下，影响汽车平顺性的弹性元件以及阻尼元件的力学特性，因此可以称之为悬架系统动力学研究。这 一部分的研究称为悬架的运动学研究。这样悬架系统的运动学研宄就包括了悬架运动学 和弹性运动学两个方面的内容。课题研究内容是微型货车钢板弹簧结构设计与分析，主要针对的方向是钢板弹簧的 结构设计和校核计算，所以我们的研宄课题主要内容是：(1) 了解并分析国内外钢板弹簧悬架的发展现状、发展趋势、发展的背景和意义等情 况，分析不同结构形式钢板弹簧悬架的优缺点、结构上的特点、所占市场份额；(2) 分析汽车钢板弹簧

22、悬架的设计要求和国家对钢板弹簧悬架技术标准的要求，根据 课题给定的条件和数据，从而确定钢板弹簧的结构；(3) 对钢板弹簧悬架中主耍的性能参数进行计算；(4) 钢板弹簧悬架中各个零部件的结构设计和计算；(5) 钢板弹簧悬架屮弹性元件的曲率计算；钢板弹簧悬架在使用屮会遇到的各种工况 下的强度，刚度的计算和校核；(6) 悬架系统装配图及其零部件工程图纸的绘制。1.5本章小结本章介绍了汽车钢板弹簧悬架的发展现状、发展趋势、研宄的背景和内容。由于现 在社会发展迅速技术更新快产品研发生产水平提高，世界汽车行业发展迅速，同时伴随 着国内人民生活水平提高，加大了对汽车的需求，促进了国内汽车产业的发展，中国汽

23、车工业整车和零部件的技术升级和生产管理方式提高。同时伴随着国内人民生活水平提 高，更多的人们因为生活或者工作的原因，对汽车的需求量和性能有更多的耍求，汽车 平顺性和操纵稳定性也是人们选车参考的重点，这样就使得新型钢板弹簧悬架的设计和 研发会更快的发展并且不断地完善。因为各种各样的原因，我国的钢板弹簧悬架在制造 上一般都使用普通材料，结构上的设计相对国外来说简单，技术含量低，加工生产过程 工艺也较为落后，钢板弹簧悬架在整车的装配过程中调校技术与外国差距较大，这些原 因就导致了整车在行驶过程中的平顺性和操作稳定性不足。2钢板弹簧悬架总体方案分析2.1钢板弹簧概述在汽车行业屮乃至其它的机械行业工程问

24、题的实际生产过程屮往往存在着这样的 情况，假设某种构件在达到强度和硬度要求的情况下，可以产生的弹性位移较大，我们 最常见到的构件就是弹簧，弹簧就是使用对发牛.形变时由强度足够的材料制造的弹性元 件。弹簧在使用过程中我们不仅仅是利用到材料的弹性变形，我们还通过它具备弹性的 特点来储存和吸收能量，因此我们也可以说弹簧就是一个能量的储存器。现在汽车上的 钢板弹簧起到的主要作用是专递力的作用，并ii当汽车行驶在不平整的路面上和轮胎一 起吸收和缓和各种冲击和震动。因为钢板弹簧具有弹性形变的能力，所以在钢板弹簧工 作或者不工作的过程中将各种冲击和震动吸收和释放，以此提高汽车行驶时的稳定性。 根据我们对于本

25、课题的了解和研究，大部分的载货汽车上一般情况是非独立钢板弹簧悬 架，独立悬架一般使用在轿车上，当然也有部分越野车的后悬架采用的是非独立悬架， 例如钢板弹簧悬架。图2.1悬架结构形式的简图 a）非独立悬架b）独立悬架而钢板弹簧悬架在使用的过程中不仅起着传递力的作用，还另外起着导向机构的作 用。这样的设计方式可以直接省去导向装置和减振器的设计和安装，从而使得汽车悬架 结构整体的设计更为简化简单。这样做优点明显，可以使它具有更高的可靠性，后期的 保养和维修都更加的简单方便，制造成本更加低廉，所以它的使用情况更加的广泛。在社会发展进步的现在钢板弹簧也在不断的改进，从结构上，材料上，加工的工艺 上不断地

26、提高改善进步。从这些方面来看钢板弹簧的改善能够更好的满足汽车的设计要 求，例如汽车的整体性能，使用年限和轻量化的耍求。钢板弹簧是汽车中比较重要的部件，如果在钢板弹簧上存在一些问题或者故障的 话，会对汽车造成直接的影响，妨碍汽车的正常行驶。通常情况下钢板弹簧主要运用在 货车和客车这种车辆的车轴上，另外在较少数的轿车上也有使用，但是限于钢板弹簧的 纵向距离较大，一般的只能使用在汽车的后轴悬架上。通常这种弹簧的拱度、屮心骑马 螺栓、夹箍、衬套、叶片、吊耳等对弹簧和安装部分的连接状况有密切的关系，影响整 个悬架系统的弹簧特性。通过这样的方式，钢板弹簧悬架便将车桥与车身连接在了一起,可以更方便的实现缓冲

27、，减震，传到各种力的作用。钢板弹簧的组成情况是由隔片簧叠放在一起组成的，目前市场上常见的钢板弹簧类 型有四种，分别是多片等截面式、少片变截面式、主副簧复合式、渐变刚度式这四种， 其中前两种钢板弹簧悬架属于等刚度弹簧，后两种钢板弹簧悬架属于变刚度弹簧，下列 是各钢板弹簧示意图。图2-2多片等截面式钢板弹簧图2-3主副簧复合式钢板弹簧图2-4渐变刚度式钢板弹簧图2-5少片变截面式钢板弹簧2.2钢板弹簧悬架的基本结构和工作原理2.2.1钢板弹簧悬架的基本结构钢板弹簧悬架在设计屮可以承受各个方向上的力，例如垂向、侧向、纵向这些方向 上力，同吋还对车辆制动和起步时的扭矩起到承受的作用。还冇关于钢板弹簧悬

28、架的优 缺点我们在前面已经介绍过，在此我们就简单的介绍一下钢板弹簧的基木结构。钢板弹簧悬架总成在组装好的时候我们可以看到它是由好儿片钢板弹簧组成的，通 常第一片钢板弹簧我们称之为主片，在它的两端有卷耳，卷耳中通常装有衬套，衬套的 材质一般是塑料、青铜、橡胶、粉末冶金制成的，这样的设计at以使钢板弹簧通过吊耳 与车架连接在一起。钢板弹簧中部一般用u形螺栓固定在车桥上。钢板弹簧在装配的过 程中通过液压将钢板弹簧的各片压紧，再通过各个钢板的中心孔由螺栓连接在一起，这 样保证装配过程中各片的相对位罝。图2-6钢板弹簧式非独立悬架钢板弹簧悬架在整车装配中，通常钢板弹簧的中部通过u型螺栓和盖板固定在车 桥

29、上，钢板弹簧的各个片间通过中心螺栓和弹簧夹夹紧，其两端分别通过卷耳和吊耳与.午-架连接，结构示意图，如图2-6所示。2、土1.弹簧夹 2.车轴 3.u型螺栓及盖板 4.卷耳 5.吊耳 图2-7钢板弹簧结构及安装示意2. 2.2钢板弹簧悬架的工作原理在钢板弹簧悬架的使用过程中我们根据受力分析以及对钢板弹簧使用后的测量，我 们会明显的发现在钢板弹簧的主片卷耳处有磨损，在工作过程中卷耳受力严重。因此， 为了排除后期可能出现的安全事故，从而我们决定通过将钢板弹簧第二片的末端改成包 耳，包耳即将钢板弹簧末端稍弯，包在卷耳的外面。这些钢板弹簧通常是将两端插入厚 壁的支承垫当中，这些支撑垫一般是由橡胶制成，

30、在工作中通过橡胶产生的形变来保证 钢板弹簧弹簧变形时两端的相对移动。其它的力则是直接由橡胶支承垫传到车架上，在 这种结构的使用中，主片一般不会损坏，也不需要润滑洩，同时橡胶的采用也会有效的 消除噪音。在钢板弹簧的总成装配中我们可以发现起到连接各个簧片之间作用的不仅仅是中 心螺栓，同样还会有弹簧夹。弹簧夹在钢板弹簧悬架中的作用是当钢板弹簧收到反向的 力发生反向变形时，不会使钢板弹簧的各个簧片相互分开，从而使得只有主片受力。弹 簧夹是通过冲床将之用铆钉铆接在与之相连的最下面弹簧片的上部。弹簧夹在装配过程 中是由螺栓连接，并且在螺栓上套套管，防止弹簧夹两边受力太大，将钢板弹簧夹的太 紧。而螺栓上套管

31、和钢板弹簧簧片之间同样要存在距离，这样可以确保钢板弹簧在工作 是各个片还是可以发生相对滑动。由于钢板弹簧在收到冲击载荷的情况下为了减缓冲击，会发生形变，钢板弹簧的各 片之间会发生相对的滑动，在中心螺栓和弹簧夹的作用下，各片之间会发生摩擦。这种 摩擦会降低钢板弹簧悬架吸收和释放冲击的能力，降低汽车的稳定性和并顺性，并且钢 板弹簧在不断地工作过程中会加大对各片的摩擦，恶性循环，降低使用寿命和使用情况。 因此，我们在进行钢板弹簧总成装配的时候要在每片钢板弹簧上涂抹石墨润滑脂，并且 在使用的过程中定期进行保养和清洁。在钢板弹簧的装配中我们有时还会在各个簧片之间加入宽度相等长度不等的势片， 这些垫片的作

32、用是保证钢板弹簧在工作过程屮产生定值摩擦力并且起到消除或者是减 弱噪声的作用。2.3钢板弹簧悬架系统总体结构方案确定面w者之间的对比也是优缺点尤为明显，前者相对后者来说质量更轻，更节省材料， 伴随着整车的燃油经济性和成本的下降。并以其众多优点，逐渐得到广泛的应用，成为 我国钢板弹簧行业的主流产品。但相对來说，新技术的开发和使用还是有许多其它的问 题，制造工艺相较之前来说就相对复杂，对机器的要求也比较高。2.4钢板弹簧悬架系统各主要零部件选型2.4.1叶片断面钢板弹簧悬架的断而一般为矩形断而。而为了提高簧片的疲劳强度，改善各个簧片 间的润滑效果，我们通常将板簧制成两面有圆弧或者是两面具有较人的凹

33、槽的矩形，如 图2-7所示。其中单面带抛物线的断面（如图2-7（c）和单面带槽的断面（如图2-7（b）、（d） 都采取改进后的断面设计。这种设计的共同特点是使断面的儿何形状在垂直方向（厚度 方向）不对称，在发生形变时使得中心轴向上移动，簧片上表而的拉力减少，下而的压 力增加，因为人多数材料的抗压拉强度低于抗压强度，这样的设计使钢板弹簧的疲劳强 度显著增加，疲劳寿命提高了大约百分之三十，并且会节约百分之十到十四的材料，达 到轻量化的设计。因为矩形断面在计算上相对简单简单，加工生产难度低。所以我们在设计中采用矩 形断而。<oj(b)<c<d(a) 标准型；(b)单而单槽；(c)抛

34、物线侧边；(d)单而双槽 图2-8钢板弹簧的截面形状2.4.2叶片端头的形状叶片端头的形状有直角形、梯形、椭圆形这三种。如图2-8所示:(a)直角片端1i1ct"二|1(b) 梯形片端(c) 椭圆形片端2-9叶片端头形状根据叶片端头的形状不同，优缺点也是较为明显。叶片端头是直角形的钢板弹簧在 制造上较为简单，广泛的应用在载货汽车上，但是它的缺点是叶片端部刚度较大，压应 力容易集中，从而使了叶片的磨损程度和摩擦力增大，并且在设计成与等强度梁相似的 结构是较难的，同时钢板弹簧的质量也比较大。第二种叶片也就是梯形片端在制造中可 以制成与等强度较为相似的结构。本课题研宂的是微型货车钢板弹簧，

35、并且考虑到制造工艺和成本等问题，所以选择 采取直角形端头形状。2.4.3钢板弹簧与车架的连接形式的确定在承受载荷方面铰链连接可承受垂直和水平方向上的载荷，而滑动连接只能传递垂 直方向的载荷，橡胶块连接则是在减震方面较为突出，但是因为材质问题容易老化。综 合以上的三种连接方式，在本设计中则选用铰链连接。2.4.4吊耳及钢板弹簧销的结构摆动吊耳在结构上有c形、叉形和分体式。弹簧销的螺纹式支撑好处在于可同时承 受垂向及侧向载荷，钢板弹簧的侧面不需要加工，螺纹可以储存润滑剂并且防尘。自润 滑式大多用于轿车和轻微型载货汽车，不需耍加润滑脂，噪声小。而在重卡上大多采用 的是滑动轴承式，在材质上一般选择铜合

36、金或者粉末冶金衬套，本文采用一端采用固定 卷耳，另一端采用摆动吊耳。摆动吊耳结构采用分体自润滑式。2.4.5钢板弹簧卷耳和衬套卷耳主要是为了钢板弹簧可以更方便的与吊耳或托架连接。我们通常见到的卷耳型 式有上卷耳、平卷耳、下卷耳、锻造卷耳等，其中上卷耳的制造和应用相对多。因此本 课题在钢板弹簧两端上选择上卷耳式。由于本课题研究的是微型货车所以我们在钢板弹簧的设计屮并没有选择包耳的设 计。在衬套的使用上我们通常会选择金属、橡胶或塑料这三种材料。而塑料衬套異有耐 磨，耐腐蚀、减振性好、不需润滑、质量轻的优点在国内外广泛使用。一般使用的塑料 衬套为尼龙1010，聚甲醛。2.4.6弹簧夹箍针对本课题的设

37、计，由于不经常拆装钢板弹簧，选择了不可拆式夹箍，这种夹箍由 冲床直接将夾箍通过铆钉安装在对应簧片的上部。使用这种夾箍，在安装中简单便捷，生产成本低，制造容易。广泛的用于轿车和轻型载货汽车上。2. 4. 7钢板弹簧中心螺栓对于微型载货汽车中心螺栓的材料一般用15mnvb,机械性能等级为8. 8级，螺母为 8级。下表是中心螺栓尺寸的选择推荐。表2-1中心螺栓直径尺寸中心螺栓直径81()121416簧片厚<77991111 1313 16中心孔直径8.5 0°-510.5 ；°-512.5 f514.5 0°-516.5-5本课题车型为微型货车，并且是变刚度钢板弹

38、簧。所以由表2-1得出，中心螺栓直 径先初步确定为8mm,中心孔直径为8.5f5，螺栓的材料选择15mnvb。2. 5技术经济分析本课题在钢板弹簧结构上选用变刚度等截面钢板弹簧，叶片断面为矩形断面标准 型，叶片端尖为直角形，钢板弹簧与车架的连接方式为铰链连接，吊耳设计上一端采用 卷耳，另一端采用分体自润滑式摆动吊耳，衬套的材质选择塑料。选择上述方式的钢板弹簧结构形式和设计方法制造工艺简单，成木低，并且可以提 供较为良好的平顺性和稳定性3钢板弹簧悬架系统主要性能参数的确定3. 1钢板弹簧悬架静挠度和动挠度的选择根据本课题任务书给定的参数，悬架的静挠度fc = 75/72/72动挠度fc = 65

39、mm3. 2车型主要参数的确定本课题的车型选择为成功k2微型货车，轴距l = 2850mm整备质景1100kg满载质量1775额定功率p = 63/nv4钢板弹簧悬架的计算4. 1. 1主片长度在确定了钢板弹簧悬架的整体结构和车辆的主耍参数后，我们首先进行主片 长度的计算。根据公式，£ = (0.350.45)轴距。我们选用0.42。由此得:主片长度：£ = 0.42x2850 = 1205.5mm4. 1.2断而尺寸及片数的确定由于钢板板簧可以看成是由等厚度的簧片组成的等应力梁，在开始的设计屮 这种方式可以较为简单的确定参数。首先确定簧片的厚度为/,簧片的宽度为6。由于钢

40、板弹簧悬架总成是一个 梯形的结构。我们可以按照等截面简支梁的计算公式来计算，但是需要引进一个 修正系数加以修正，既挠性增大系数j。对实际钢板弹簧：5 = 1.251.42。可 按如下公式计算：5 =1>5式(4.1)1.04x(14-)为钢板弹簧预计的片数，取1.51.04x(1 +0.5x0= 1.44多片簧的垂直刚度计算公式:式(4.2)fu.为作用在钢板弹簧中间的支承载荷/为钢板弹簧的挠度 计算如下：fw = (3700 - 350) x 9.8 / 2 = 164157v1641579207 /v / mm表4-1本设计的基本参数参数数值满载质量1775kg空载质量1100kg轴

41、距2850mm钢板弹簧数5钢板弹簧材料60si2mn钢板弹簧应力极限值550mpa主片长度z1205.5mm钢板弹簧的总截面惯性矩人为:（l-）w式（4 3）48£5*为形螺栓中心距（mm）；义为刚性夹紧时的系数k=0. 5;e为材料的杨氏弹性模量，取2.06x10s。= 71964.16(1205.5 - 0.5 x 100)3 x 207 x 1.4448x2.06xl05钢板弹簧总截面系数用式（4.4）计算列为许用弯曲应力对于材料为60s/2施的弹簧钢，抛丸处理后，推荐列=550 mp,1270(l-ksys(7(1205.5 -0.5x100)2 xl.28x550h = 1

42、0.jtnmwo 6efc6x2.06x105x79nbh312本设计取钢板弹簧厚度/z = 10mm。式(4.5)又因为人己知，可由式(4. 5)计算并转化得到6 = ,根据汽车设计 n推荐的6<$<10,可取n=8, b=60,所以木设计选定板簧尺寸为： hh = 1 omm, b = 60mm。4.2各片长度的确定用作图法来确定各叶片长度。如图4. 1所示。图4. 1确定钢板弹簧各叶片长度的作图法经此方法得出的钢板弹簧各片长度见表4-2：表4-2各叶片长度l, = 12q5mm= 1020mmmvzz3 = 1 870/77/7?l4 = 720mmls = 540mm式(4

43、. 6)式(4.7)4.3钢板弹簧各片预应力及弧高钢板弹簧弹簧各片预应力在选择上需要考虑两个因素，第一个是钢板弹簧的各片在装配的过程屮，每片之间的间隙不要相差太人，装配好之后才能使各 片更好的工作。第二个是在钢板弹簧工作是主片受力太复杂，为了保证钢板弹簧 的整体性能，要适当的降低主片上承受的应力。由以上的原因在各片预应力的选择上不应该过大。相对来说对于厚度较厚的 片，预应力要大一些。预应力的要求是从长片到短片逐渐由负值变为正值。因此n或 1=0 /=! ;=1这样的话,分别为，见表4-3:表4-3钢板弹簧各片预应力a=-!00ner()2 = -50n()3 = -20 n<7()4=懂

44、(t()5=130n钢板弹簧各片的弧高可由式4. 7确定rri为第z片弹簧自由状态下的弧高4为第/片板簧厚度 得第z片弧高见表4.6：表4.6各片自由曲率/?, = 122mmr, =88.5歷?= 69.5mmr4 = 52mm/?5 =10mm4.4总成在自由状态下及装配后的弧高4. 4. 1.弹黄总成自由弧尚的确定h,=fafc+af式（4.8）其中a为静挠度;f“为满载弧高/ =2l2式（4.9）100x(3x1440-100)(20 + 79)2x14402以上数值代入式（4. 8）得：h。=10.07 + 40 + 79 = 133mm 4.4.2钢板弹簧总成装配后的弧高/=!式(

45、4. 10)z,为钢板弹簧第f片的长度 钢板弹黄总成的弧高为l2式(4. 11)=109.07mm由此得出钢板弹簧悬架在总成装配后的弧高为109.07mm 4.5钢板弹簧强制动时强度校核在钢板弹簧的设计中我们还耍考虑强制动时钢板弹簧的强度，如果强度不够 可能会损坏钢板弹簧卷耳和弹簧u型螺栓夹紧处的结构，这种时候对于微型载货 汽车的后钢板弹簧是十分有必要进行强制动时的强度校核。在校核屮我们假象理 想情况是不计算空气阻力和滚动阻力，当汽车在强制动时，道路的附着系数0=0.7满载时钢板弹簧重心距离地而c = 500mm由于本课题的设计，钢板弹簧屮心孔距离弹簧两端长度相等l=l2=l/2 = 600m

46、m由公式w=/?欣y/(z2/6)式(4. 12)=2817. 17er麵=1587.844m, x g, x z2 = 53685001(/j +/2)vv08.5xl0-8经过以上的校核计算我们得出汽车在强制动时钢板弹簧强度可以承受整车 和外界的力不会造成钢板弹簧的结构破坏。4.6钢板弹簧悬架的刚度和应力校核在钢板弹簧各部分数据计算完成以后我们必须对钢板弹簧的刚度进行校核， 根据各片的长度和断面尺寸我们使用刚度计算公式来对刚度进行进一步的核算。 在刚度的校核屮我们采用的是帕尔斯基提出的共同曲率法，这种方法使用的前提 是假设钢板弹簧的各叶片受力后在任-截面上的曲率都相同。公式为式(4.13)

47、:式(4.13)6ek(d)又=1其中ra.为第a片及以上各片截面惯性距之和的倒数，即yxjl+j2+-+jkyy'-=()7,为第k片钢板弹簧的惯性距；ak a2 = i' -4,，二 i - 4+1，“"+1 二 1 ;为第片钢板弹簧的半长；汉为经验修正系数，汉=0.830.87,由于我们设计的是货车，所以我们 一般选用0.83。在计算钢板弹簧刚度c时，数据如表4-7:表4-7主簧单独工作时刚度计算中的参数值k12345678ak,0128256323471552630724219x10-41.09x107.31x10 s5.48x10'54.39x1053.66x1052.87 xio'52.13xi0-5代入上式(4.13)得:c = 0.9x6x2.06xl05los'xflxlo-vjlxlo-5+ 6033x(3.66x10_5-0)经过校核计算，本课题设计的钢板弹簧在刚度和应力上达到使用要求和设计 性能。5结论木课题钢板弹簧的结构设计和校核是通过在板簧厂的工作实践做出的，通过 参与钢板弹簧的生产对本课题的设计有了更加直观的理解，在工厂中的学习和工 作，使我在做毕业设计时积累了许多的经验和知识，并且通过和工厂里技术员， 质检员和生产工人的沟通，对钢板弹簧行业有了