《某皮卡车少片变截面钢板弹簧后悬架设计讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《某皮卡车少片变截面钢板弹簧后悬架设计讲解（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、沈阳航空航天大学毕业设计（论文）目 录1方案论证11.1悬架结构形式分析31.1.1 非独立悬架和独立悬架31.1.2前悬架方案的选择41.1.3 比较选型41.2少片变截面钢板板簧结构分析51.2.1抛物线形叶片弹簧51.2.2梯形变厚断面弹簧81.3钢板弹簧的布置方案92悬架主要部件112.1钢板弹簧的形式112.1.1叶片断面形状112.1.2叶片端部形状122.2 板簧两端与车架的连接122.2.1连接的结构形式122.2.2板簧卷耳与衬套132.3减震器142.3.1减振器的作用142.3.2减振器的结构：152.3.3 减振器工作原理：152.3.4减震器的选择153 悬架的设计计
2、算173.1弹性元件的计算173.2优化设计203.3变截面钢板弹簧校核253.3.1校核刚度253.3.2 弹簧的最大应力点及最大应力263.4 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径273.5 钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定283.6钢板弹簧总成弧高的核算293.7钢板弹簧强度验算293.7.1驱动时计算应力293.7.2.汽车通过不平路面时钢板弹簧的强度303.8钢板弹簧卷耳和弹簧销的强度核算303.8.1卷耳应力的验算303.8.2钢板弹簧销的验算313.8.3 U形螺栓强度验算323.9减振器性能参数的选择333.9.1 相对阻尼系数333.9.2 减振器阻尼系数的确定343
3、.9.3 最大卸荷力的确定353.9.4计算结果以及减震器的选择354 CATIA实体建模374.1CATIA简介374.2实体建模384.2.1钢板弹簧的绘制384.2.2盖板的实体图394.3主要零件实体图394.4装配425 结束语44参考文献45致谢46附录47II沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）1方案论证汽车悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶悬架是现代汽车的重要总成之一，它把车架（或车身）与车轴（或车轮）弹性的连接起来。
4、其主要任务是传递作用在车轮与车架（或车身）之间的一切力与力矩；缓和路面传给车架（或车身）的冲击载荷，衰减由此引起的载荷系统的震动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化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能力。悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。由此可见悬架系统在现代汽车上是重要的总成之一。悬架由弹性元件、导向装置、减振器和、缓冲块和横向稳定器等组成。弹性元件用来承受并传递垂直载荷，缓和由于路面不平引起的对车身的冲击。弹性元件种类包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧等。1钢板弹
5、簧：由多片不同长度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，还有一定的减震作用，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震器，结构简单。2.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。3空气弹簧：当多轴货车或挂车采用空气弹簧时，在空载或部分承载工况下，能够警醒单轴或多轴提升，这有利于减少提升轴和未提升桥上轮胎的磨损，同时增加驱动桥的附着力。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
6、震作用，同时还可调节车架的高度，适用于重型车辆和大客车使用。对悬架提出的要求是：1.保证汽车有良好的行驶平顺性。为此，汽车应有较低的振动频率，乘员在车中承受的振动加速度应不超过国际标准2631-78规定的人体承受振动界限值。振动加速度的界限值是振动频率和人承受振动作用时间的函数。承受振动作用的时间长，容许的加速度值就小。2.具有合适的衰减振动的能力。它应与悬架的弹性特性很好匹配，保证车身和车轮在共振区的振幅小，振动衰减快。3.保证汽车有良好的操纵稳定性。要正确地选择悬架方案和参数，导向机构在车轮跳动时，应不使主销定位参数变化过大，车轮运动与导向机构运动应协调，不出现摆振现象。转向时整车应有一些
7、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（即所谓“点头”或“后仰”）的可能性，转弯时车身侧倾角要合适。5.有良好的隔振能力。6.机构紧凑、占用空间尺寸要小。7.可靠的传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。近年来在许多国家的汽车上采用了一种由单片或2-3片变厚度断面的弹簧片构成的少片变截面钢板弹簧，其弹簧面的断面尺寸沿长度方向是变化的，片宽保持不变。这种少片变截面钢板弹簧克服了许多钢板弹簧质量大，性能差的缺点。少片变截面板簧具有制造方便、结构简单、节省材料等诸多优点，只要与减震器合理配置，能极大改善行驶的平顺性，特别是对
8、于客车和轻型货车，由于装载质量变化不大，簧上只留昂不大，采用少片式板簧更为有利。此次设计中采用的是对称式少片变截面钢板弹簧，少片簧设计复杂，因此设计采用优化设计方法对少片簧进行参数优化设计，这样更加提高了设计的合理性和优越性。1.1悬架结构形式分析1.1.1 非独立悬架和独立悬架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。（如图2.1）图1
9、.1悬架结构形式简图1.独立悬架优缺点分析 独立悬架的结构特点是，左、右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接。优点是： 1）簧下质量小； 2）悬架占用的空间小； 3）弹性元件只承受垂直力，所以可以用刚度小的弹簧，使车身振动频率降低，改善了汽车行驶平顺性； 4）由于采用断开式车轴，所以能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，改善了汽车的行驶稳定性； 5）左、右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力； 6）独立悬架可提供多种方案供设计人员选用，以满足不同设计要求。缺点是：结构复杂，成本较高，维修困难。这种悬架主要用于乘用车和部分总质量不
10、大的商用车上。2. 非独立悬架优缺点分析 非独立悬架的结构特点是，左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接。优点是：结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。缺点是：1）由于整车布置上的限制，钢板弹簧不可能有足够的长度（特别是前悬架），使之刚度较大，所以汽车平顺性较差； 2）簧下质量大；在不平路面上行驶时，左、右车轮相互影响，并使车轴（桥）和车身倾斜； 3）当两侧车轮不同步跳动时，车轮会左、右摇摆，使前轮容易产生摆振；前轮跳动时，悬架易与转向传动机构产生运动干涉； 4）当汽车直线行驶在凹凸不平的路段上时，由于左右两侧车轮反向跳动或只有一侧车轮跳动时，不仅车轮外倾角有变化，还会产
11、生不利的周转向特性；5）汽车转弯行驶时，离心力也会产生不利的轴转向特性；车轴（桥）上方要求有与弹簧行程相适应的空间。1.1.2前悬架方案的选择目前汽车的前、后悬架采用的方案有：前轮和后轮均采用非独立悬架、前轮采用独立悬架、后轮采用非独立悬架、前后轮都采用独立悬架等几种。前悬架采用纵置钢板弹簧非独立悬架的汽车转向行驶时，内侧悬架处于减载而外侧悬架处于加载状态，于是内侧悬架缩短，外侧悬架因受压而伸长，结果与悬架固定连接的车轴的轴线相对汽车纵向中心线偏转一角度a。对前轴，这种偏转使汽车不足转向趋势增加。 1.1.3 比较选型由于我这次设计的是轻型卡车前悬架，是非乘用车，对汽车平顺性要求不是很高再加上
12、对两种悬架的比较，我选择非独立悬架作为设计方向。1.2少片变截面钢板板簧结构分析 少片弹簧在乘用车和部分商用车上得到越来越多的应用。其特点是叶片有等长、等宽、变截面的13片叶片组成。利用变厚断面来保持等强度特性，并比多变弹簧减少20%-40%的质量。片间放有减摩作用的塑料垫片，或做成只在端部接触，以减少片间摩擦。 少片变截面板簧制造方便，结构简单，节省材料，能够进一步提高板簧的单位储能量。簧片应力分布均匀，可充分利用材料，大大减少片间摩擦，减轻簧片磨损，提高板簧寿命，降低板簧动刚度，从而改善车辆的行驶平顺性同时提高汽车动力性、经济性与稳定性也极有利。为满足汽车轻量化要求，在国内外汽车设计中，逐
13、渐采用少片变截面板簧取代多片等截面板簧。现代汽车上采用的变厚截面弹簧主要有两种型式。即叶片宽度不变与宽度向两端变宽的弹簧。这里采用上叶片宽度不变的。少片变截面钢板弹簧的中间和两端部分是等厚的，等厚截面有按抛物线变化和按线性变化两种。这里选用按线性变化的变截面钢板弹簧。1.2.1抛物线形叶片弹簧 1.等应力梁的几何形式 图1.2抛物线形叶片弹簧 如图1.2所示，等应力梁上面为平面，下面为曲面，端面载荷为P,弹簧宽度为b，则弹簧中部A-A处应力 （1.1） 在弹簧任意截面处的应力为： （1.2）若弹簧为等应力梁，则弹簧任意截面处应力相等。有公式（1-1）与（1-2）得： (1.3) 由（1-3）式
14、可知，欲使弹簧在各截面处应力相等。其厚度沿长度方向必须按抛物线规律变化，但由于弹簧端部不能承受剪力，故实际使用中需要加强卷耳末端强度。 2.抛物线叶片弹簧的刚度图1.3实际抛物线形叶片弹簧 p-作用在弹簧端部的载荷 -弹簧端部宽度 -弹簧中部宽度 b-弹簧宽度 L-弹簧伸直长度一半 -厚度为部分的长度图1-3为端部加强了的抛物线形叶片弹簧，考虑到装夹情况即图中AB和CD两部分制成等厚的，将BC部分制成厚度按抛物线规律变化的。下面用马莫法（虚荷法）求叶片弹簧在在载荷作用点处的变形。 (1.4)式中，分别为由载荷P和单位力所引起的力矩;为叶片弹簧在任意截面处的惯性矩。由于弹簧在不同的长度范围内值各不相同，将（1-4）积分式进行段积分，求得 (1.5)式中= (n: 弹簧片数)；k=1-；。当弹簧（对称弹簧）长度为2L时，利用上式求得弹簧刚度为
