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1、轻型载货汽车后悬架钢板弹簧设计摘要悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以与调节汽车行驶中的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，并缓和汽车行驶过不平路面时所产生的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车行驶的平顺性。本文讨论了汽车悬架的开展现状，对悬架的结构形式进展简单介绍，对影响悬架运动的各种因素进展分析，本文通过传统的设计计算方法和计算机技术相结合，以依维柯欧霸轻卡为原型车，详细设计计算了渐变刚度钢板弹簧后悬架。文中首先介绍了悬架系统领域的研究与设计与其开展现状和趋势；其次详细概述了悬架系统对
2、汽车平顺性和操纵稳定性的影响；再次着重阐述了钢板弹簧悬架设计的详细步骤和设计要求，各主要零部件结构的选型与计算；板簧弧高与曲率半径的计算，材料强度、刚度的验算、校核；减振器的选取。关键词：轻型载货汽车，后悬架，钢板弹簧悬架，减震器DESIGN OF LIGHT TRUCK SUSPENSION WITH LEAF SPRINGABSTRACTSuspension involves some related ponents, which exist to guarantee elastic contact between wheels or axle and the carrying syste
3、m. It also has a great contribution in transferring the load, cushioning the impact, attenuating vibration, and regulating the position of the body of the running car. Apart from the transformation of force and moment between wheels and frame, it helps cushion the impact when uneven road surface is
4、encountered, undermine the following vibration of carrying system, as a result, provide a great possibility of smoothly running. This paper discusses the current development of vehicle suspension, gives a brief introduction of the structural form of suspension, analyze factors which have influence o
5、n suspension movement. This article through the traditional design calculation method and puter technology, bining with IVECO Light Truck Tire as the prototype, the car design calculation after gradient stiffness &leaf spring suspension.This paper firstly introduces the suspension system research an
6、d design and development status quo and tendency; Secondly detailed overview of the suspension system and manipulation stability fort ability influences; Introduces emphatically the leaf spring again suspension design processes of the ship unlades and design requirements, the structure of the main p
7、arts selection and calculation, leaf-spring curvature, material strength, stiffness checking and checking, shock absorber selection and installation Angle calculation.KEY WORDS：Light truck, rear suspension, leaf spring suspension, shock absorber 目 录摘要1ABSTRACT1第一章 研究背景11.1 课题研究背景11.2 国外研究概况11.3 国内研究
8、概况31.4 本课题的研究意义和研究内容66781.5本章小结9第二章 钢板弹簧悬架结构分析102.1钢板弹簧概述102.2钢板弹簧悬架的根本结构和工作原理1313142.3本文设计采用的结构形式15151616162.4悬架系统各主要零部件选型17171819191920202.5技术经济分析21第三章 悬架系统主要性能参数确实233.1悬架静挠度和动挠度的选择233.2悬架弹性特性243.3后悬架主、副簧刚度的分配关系253.4悬架侧倾刚度与其在前、后轴的分配26第四章 钢板弹簧悬架的计算284.1初选参数2828284.2 各片长度确实定314.3钢板弹簧的刚度验算324.4总成在自由状
9、态下的弧高与曲率半径计算3333344.5钢板弹簧总成弧高的核算35第五章 设计图纸37第六章 结论42参考文献43致 谢47第一章 研究背景1.1 课题研究背景悬架系统是现代汽车上的重要总成之一，它是汽车车架与车轴之间一切传力连接装置的总称，能保证他们之间的弹性连接。悬架系统能传递车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩，并能缓和由于不平路面传给车架或车身的冲击载荷，衰减由此引起的振动，保证汽车平顺地行驶。 从悬架的结构型式来看，悬架可分别分为独立悬架和非独立悬架两种。按其性能的不同，又可分为主动悬架、被动悬架和介于二者之间的半主动悬架。 由于悬架的结构参数和布置形式对汽车的行驶平顺性、稳定性
10、、通过性、燃油经济性等多种使用性能都有影响，因此在设计悬架系统时，应注意要满足性能的要求。 悬架主要由弹性元件、减振器、导向机构组成，在局部悬架中还有横向稳定杆和缓冲块。弹性元件的作用是用来传递垂直力，并且与轮胎一起缓和由路面不平引起的振动和冲击。其主要类型有钢板弹簧、螺旋弹簧、空气弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧和橡胶弹簧等。弹性元件各有自身的特点，所适用的环境也各不一样。与其它弹性元件相比，钢板弹簧不仅起着弹性元件的作用，同时相邻簧片之间的摩擦和铰链处的摩擦还可以起到衰减振动的作用。 钢板弹簧除了具有缓冲和减震功能之外，将其纵向布置时还还可以起到导向传力的作用，从而简化了悬架的结构。并且其具有工作
11、可靠、结构简单、保养和维修方便、制造本钱较低等优点，因而在实际中得到了广泛应用。实际当中，非独立悬架大多会采用板簧，而且还可以省去导向装置。随着在设计方法、结构型式、材料性能以与加工工艺等方面的不断开展，钢板弹簧能更好地满足整车性能、疲劳以与轻量化设计地要求。目前为止，钢板弹簧仍然是载货汽车和局部客车的非独立悬架中主要采用的弹性元件1,2。 1.2 国外研究概况在1954年，传统经典方法共同曲率法就由前苏联专家帕尔希洛夫斯基3率先提出。其用该方法对钢板弹簧进展了刚度验算和应力分析，分析过程中为了建立好模型提出了如下假设：钢板弹簧在任何载荷作用下各簧片之间在整个长度上是完全贴合的，且在同一截面上
12、各簧片曲率一样。这一假设使得在叶片的端部产生了弯矩突变，不能满足片端无应力的边界条件，导致计算最末几片应力误差较大，所求弹簧刚度也偏大。之后，也是前苏联专家提出了另一种经典方法集中载荷法4。该法所用的假设与共同曲率法不同，其假设钢板弹簧在任何负荷作用下，各簧片之间只在端部和根部无摩擦地接触，即首片簧在端部受到一个集中载荷同时受到第二片在端部给它的反作用力，而中间各簧片如此受到其前一簧片给自己簧片端部的集中力和其后一簧片在端部给它作用的反力，末簧片就只受到其前一簧片给末簧片端部作用的集中力，且各簧片端部处相邻两簧片的挠度一样。集中载荷法的假设与很多在工程应用实践中所发现的钢板弹簧端部磨损很严重的
13、事实吻合较好。由于共同曲率法和集中载荷法各有其合理之处，此后国外许多学者对这两种方法的结合进展了深入广泛的研究。到1980年，前苏联专家巴希洛夫斯基首先提出末尾两簧片采用集中载荷法，而其余各簧片仍用共同曲率法的方法，为此巴氏还引用了一些应力分布试验的数据来验证这个结论，但最后其所求得的结果和试验结果之间有着较大的差异，计算的刚度值比实验值大了15甚至更多。但巴氏并没有解释误差产生的原因，而是直接引入了刚度修正系数来解决这个问题5。后来，随着有限元技术和CAE技术的不断开展和在工程实践中的成功应用，越来越多的学者喜欢用此来对钢板弹簧进展分析计算。Zahavi6针对钢板弹簧的接触问题首次采用有限元
14、方法进展了研究，从钢板弹簧的受载情况出发作分析，发现接触过程与钢板弹簧的变形有一定的关联性。Toshio Hamano7-8等对钢板弹簧的迟滞特性也应用有限元方法进展了分析，其在划分钢板弹簧结构时选择了梁单元，而且还构造了一种特殊的接触单元用来处理非接触和粘性接触与滑动接触等不同状态，并用该特殊单元的节点力来代替簧片之间的正压力和摩擦力，取得了不错效果。A.Ghazi Zadeh等人9为了分析了钢板弹簧时域和频域特性，利用了神经网络来模拟钢板弹簧特性，也获得了想要的结果。目前，国外已经提出了精益设计的概念来对钢板弹簧进展研究，它将结构的大变形问题考虑进去，并对片间的接触状态做准确模拟，同时考虑
15、各簧片组装时的预应力和工作应力的组合，力求得到钢板弹簧的准确设计。2000 年，Thomas 等在 ADAMS/Car 中建立了某 12 吨商用车的整车模型，前悬架钢板弹簧模型采用离散梁法建立，钢板弹簧模型刚度特性进展了验证，并且对整车模型进展了操纵稳定仿真试验10-11。2006 年，Niklas Philipson 等在 Modelica 上发表了关于离散梁建模的文章，建立了某重型载货汽车钢板弹簧模型，对模型刚度进展了仿真验证，结果明确该模型与试验台所测得的钢板弹簧刚度相吻合12。 2006 年，Uday Prasade 等在 SAE 上发表了离散梁法的原理和步骤，将钢板弹簧模型装配到悬架模型中，进展了悬架动载荷仿真试验，验证了该模型能够准确模拟实际钢板弹簧特性13。2007 年，Jordi 等利用离散梁法建立了钢板弹簧模型，研究了离散体数目对钢板弹簧刚度的影响，并将其装配到悬架中，研究了钢板弹簧的导向作用与悬架动特性，建立了整车模型，对整车制动性进展了仿真分析14。 2007 年，Shahriar 等在 ADAMS 和 NASTRAN 中分别建立了由 20 个离散刚体组成的钢板弹簧模型，吊耳在 ADAMS 中被作为刚性部件创建，仿真分析了两种模型中前卷耳与车架连接处、后卷耳与吊耳连接处、后卷耳与吊耳连接处衬套的载荷
