型客車多片彈簧懸架設(shè)計(jì).doc

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1、 鋼板彈簧懸架設(shè)計(jì)計(jì)算1 板簧設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程初始設(shè)計(jì)參數(shù)如下：表1 整車主要參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)值參數(shù)名稱數(shù)值最大總質(zhì)量/ kg17500軸距/mm5000前軸質(zhì)量/ kg6000前軸簧下質(zhì)量/ kg500 后軸質(zhì)量/ kg11500后軸簧下質(zhì)量/ kg1000 kg前懸U型螺栓中心距/mm116前懸U型螺栓中心距/mm1841.1確定偏頻懸架靜擾度是指汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷與此時(shí)懸架剛度之比，即。因現(xiàn)代汽車的質(zhì)量分配系數(shù)近似等于1，故汽車前、后軸上方車身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系。因此，汽車前、后部分車身的固有頻率和可用下式表示 ； （1）式中，前懸架的剛度，后懸架的剛度，前懸架的簧載質(zhì)量，后懸架的簧

2、載質(zhì)量，當(dāng)采用彈性特性為線性變化的懸架時(shí)，前、后懸架的靜擾度表示為 ； （2）式中，重力加速度，將、帶入式（1）則有； （3）懸架的靜擾度直接影響車身振動(dòng)的偏頻。因此，欲保證汽車有良好的行駛平順性，必須正確選取懸架的靜擾度。在選取前、后懸架的靜擾度值時(shí)，應(yīng)當(dāng)使之接近，并希望后懸架的靜擾度比前懸架的靜擾度小些。表2給出了客車懸架的靜擾度及偏頻的取值范圍。表2 客車懸架的靜撓度和偏頻車型c/mm/Hz推薦值701501.31.8根據(jù)表2及實(shí)際工況，前、后懸架偏頻取1.4Hz和1.5Hz。1.2計(jì)算靜撓度前懸架：(cm)后懸架：(cm)1.3計(jì)算動(dòng)撓度懸架的動(dòng)擾度是指從滿載靜平衡位置開(kāi)始懸架壓縮到結(jié)

3、構(gòu)允許的最大變形（通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的1/2或2/3）時(shí)，車輪中心相對(duì)車架（或車身）的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動(dòng)擾度，以防止在壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰撞緩沖塊?？蛙噭?dòng)擾度常取0.8，則有前懸架：(cm)后懸架：(cm)1.4確定簧載質(zhì)量根據(jù)是否有懸架彈簧支撐，汽車總質(zhì)量分為簧載質(zhì)量和非簧載掛質(zhì)量?jī)刹糠?。非簧載質(zhì)量包括車輪，轉(zhuǎn)向節(jié)，前、后軸（非獨(dú)立懸架），半軸等。此外，還應(yīng)包括車輪車橋與車身或者車架之間各連接件質(zhì)量的一半，比如導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的搖臂、彈簧、減震器、橫向推力桿、轉(zhuǎn)向拉桿、傳動(dòng)軸等。為了獲得良好的平順性和操縱穩(wěn)定性，非簧載質(zhì)量盡量小。該車非簧載質(zhì)量見(jiàn)表1.1.5估算鋼板彈簧剛度（

4、）211.2（）463.11.6鋼板彈簧主要參數(shù)確定1.6.1鋼板彈簧長(zhǎng)度的確定鋼板彈簧長(zhǎng)度L是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離。增加鋼板彈簧長(zhǎng)度L能顯著降低彈簧應(yīng)力，提高使用壽命；降低彈簧剛度，改善汽車行駛平順性；在垂直剛度c給定的條件下，又能顯著增加鋼板彈簧的縱向角剛度。鋼板彈簧的縱向角剛度，系指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向轉(zhuǎn)角時(shí)，作用到鋼板彈簧上的縱向力矩值。增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時(shí)，能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形；選用長(zhǎng)些的鋼板彈簧，會(huì)在汽車上布置時(shí)產(chǎn)生困難。原則上，在總布置可能的條件下，應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些。本設(shè)計(jì)中：前懸架L=1600mm；后懸架取L=1650mm。1.6.2鋼

5、板彈簧斷面尺寸及片數(shù)的確定1）鋼板彈簧斷面寬度b的確定有關(guān)鋼板彈簧的剛度、強(qiáng)度等，可按等截面簡(jiǎn)支梁的計(jì)算公式計(jì)算，但需引入擾度增大系數(shù)加以修正。因此，可根據(jù)修正后的簡(jiǎn)支梁公式計(jì)算鋼板彈簧所需要的總貫性矩。對(duì)于對(duì)稱鋼板彈簧 5.6.1 5.6.2式中， -U形螺栓中心距，考慮U形螺栓夾緊彈簧后的無(wú)效長(zhǎng)度系數(shù)（剛性?shī)A緊：；撓性?shī)A緊：）鋼板彈簧垂直剛度擾度增大系數(shù)（先確定與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù)，再估計(jì)一個(gè)總片數(shù)，求得，然后用）材料的彈性模量第片的貫性矩，。當(dāng)各片厚度相等時(shí)，則，。鋼板彈簧總截面系數(shù)用下式計(jì)算 式中，許用彎曲應(yīng)力。對(duì)于60Si2Mn，表面經(jīng)噴丸處理后，推薦取值范圍：前彈簧：350450M

6、Pa；后主簧：450550MPa 鋼板彈簧的平均厚度根據(jù)，再選鋼板彈簧的片寬。增大片寬，能增加卷耳強(qiáng)度，但當(dāng)車身受側(cè)向力作用傾斜時(shí)，彈簧的扭曲應(yīng)力增大。前懸架用寬的彈簧片，會(huì)影響轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角；片寬選取過(guò)窄，又得增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦和彈簧的總厚。推薦片寬與片厚的比值在610范圍內(nèi)選取。2）鋼板彈簧片厚的選擇 矩形斷面等厚鋼板彈簧的總貫性矩用下式計(jì)算式中，鋼板彈簧片數(shù)3）鋼板彈簧片數(shù) 片數(shù)少些有利于制造和裝配，并可以降低片間的摩擦，改善汽車行駛平順性。但片數(shù)少了將使鋼板彈簧與等強(qiáng)度梁的差別較大，材料利用率變差。多片鋼板彈簧一般片數(shù)在614之間選取。改變片數(shù)、片寬和片厚三者之一，都影響到

7、總貫性矩和彈簧垂直剛度的變化，增加片寬和片厚，可減少片數(shù)。另外，鋼板斷面尺寸和應(yīng)符合國(guó)產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。4）求解將上述各值代入式5.6.2，變換后得考慮到和應(yīng)為整數(shù)，故不可得到精確解。取試算如下，當(dāng)值趨近于零的值為好。前鋼板彈簧方案方案方案b=90mm,h=11mmb=90mm,h=10mmb=100mm,h=10mm10.75629.6491,8.28810.18042.46811.361,8.66610.55840.983,9.01280.9051-0.6363,8.96850.86080.6808,9.35461.2469-0.2945,9.70921.60150.0601,9.64761

8、.5399-0.0015,10.04111.93340.392,10.40312.29540.35310.754后鋼板彈簧方案方案方案b=100mm,h=14mmb=100mm,h=13mmb=110mm,h=13mm8.047210.02119.0784,8.96850.92131.05250.1099,9.35461.30740.66650.2762,9.70921.6620.31190.6308,9.64761.60040.37350.5692,10.04111.99390.02,10.40312.35590.382,10.32562.27840.3045,10.72592.67870.

9、7048,11.09483.04761.0737前鋼板彈簧：13；2；1.3475后鋼板彈簧：13；3；1.29471.7計(jì)算鋼板彈簧剛度前鋼板彈簧189.0（）211.2（）后鋼板彈簧：395.2（）469.4（） 1.8計(jì)算滿載靜擾度前懸架（）后懸架（）1.9 計(jì)算滿載偏頻前懸架（Hz）；后懸架（Hz）1.10計(jì)算比應(yīng)力彈簧的單位變形應(yīng)力成為比應(yīng)力，它對(duì)鋼板彈簧的疲勞壽命有顯著影響。比應(yīng)力可表達(dá)為前鋼板彈簧3.87（MPa/mm）后鋼板彈簧5.13（MPa/mm）設(shè)計(jì)值的選擇范圍：前、后簧為4.55.5MPa/mm，故滿足要求。1.11計(jì)算滿載靜應(yīng)力 前鋼板彈簧493.8（MPa）后鋼板彈

10、簧562.2（MPa）正常范圍為350MPa450MPa。靜應(yīng)力值稍微偏高。1.12計(jì)算極限應(yīng)力前鋼板彈簧（MPa）后鋼板彈簧（MPa）（MPa）1.13許用負(fù)荷取前懸架后懸架1.14總成預(yù)壓縮行程k的估算，MPa前懸架mm；修正為336mm后懸架mm；修正為254mm1.15各片長(zhǎng)確定首先應(yīng)確定每一葉片的片場(chǎng)及其在自由狀態(tài)下的曲率半徑，因?yàn)檫@些參數(shù)共同決定了板簧每一葉片中的應(yīng)力狀況。在選擇各葉片長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡量使應(yīng)力在片間和沿片長(zhǎng)的分布合理，以達(dá)到各片壽命接近并節(jié)省材料、減小板簧質(zhì)量的目的。確定各片長(zhǎng)度的方法有作圖法和計(jì)算法，這里選擇作圖法來(lái)確定各片板簧的長(zhǎng)度。作圖法是基于實(shí)際鋼板彈簧葉片厚度

11、的張開(kāi)圖接近梯形形狀這一原則來(lái)作圖的，其具體做法如下圖1所示。先將各葉片厚度的立方值按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪出，再延橫坐標(biāo)繪出主片長(zhǎng)度之半（即L/2）和U型螺栓中心距之半（即S/2），得A、B兩點(diǎn)。連接這兩點(diǎn)就得到三角形的鋼板彈簧展開(kāi)圖。AB線與各片上側(cè)邊的交點(diǎn)即決定了各片長(zhǎng)度。當(dāng)有與主片登場(chǎng)的重疊片時(shí)可將B點(diǎn)與最下一個(gè)重疊片的上側(cè)端點(diǎn)相連。圖1 板簧結(jié)構(gòu)計(jì)算依據(jù)片序號(hào)前懸架后懸架計(jì)算值修正值計(jì)算值修正值1160016001650165021600161016501660314801480165016704136013601520152051240124013901390611201120126

12、01260710001000113011308880880100010009760760870870106406407407401152052061061012400400480480133203203503501.16預(yù)應(yīng)力的選??；前懸架：參數(shù)：b=100mm10cm,h=10mm=1cm(考慮減少計(jì)算量，轉(zhuǎn)化成厘米)1.62（）所以；1.62；3.24；19.441215.94選取主片：末片：11.32c取常數(shù)1300則有：各片預(yù)應(yīng)力的計(jì)算及修正值見(jiàn)下表序號(hào)計(jì)算值修正值序號(hào)計(jì)算值修正值序號(hào)計(jì)算值修正值1130013006279.028011372.63702865.48657416.541

13、512213.02103490.24908494.7495131001004174.41759513.45105828010472.7470后懸架：參數(shù)：b=100mm10cm,h=13mm=1.3cm(考慮減少計(jì)算量，轉(zhuǎn)化成厘米)2.71（）所以；2.71；5.42；32.525692.12選取主片：末片：4.05c取常數(shù)1300則有：各片預(yù)應(yīng)力的計(jì)算及修正值見(jiàn)下表序號(hào)計(jì)算值修正值序號(hào)計(jì)算值修正值序號(hào)計(jì)算值修正值1130013006278.028011369.03702865.48657415.241512208.72103490.34908492.9490131001004174.7175

14、9511.1510581.48010469.84701.17總成弧高和總成自由曲率半徑鋼板彈簧在自由狀態(tài)下的總成弧高為：式中，滿載弧高?？紤]到使用期間鋼板彈簧塑性變形的影響和為了在車架高度已限定時(shí)能夠得到足夠的動(dòng)撓度值，通常取，本設(shè)計(jì)中取。滿載靜擾度鋼板彈簧預(yù)壓縮時(shí)產(chǎn)生的塑性變形，一般=813mm，或取圖2 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高前懸架：后懸架：然后利用直角三角函數(shù)關(guān)系即可求出鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑R0，它也是裝配彈簧總成后主片的曲率半徑前懸架：后懸架：經(jīng)過(guò)圓整后，取裝配后的曲率半徑為；2 板簧設(shè)計(jì)參數(shù)校核板簧（見(jiàn)圖b）可近似地看做由等厚葉片組成的等應(yīng)力梁，如圖（a）所示。

15、這種近似在大致估算時(shí)具有足夠的精度，計(jì)入適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)后，則可用于初選板簧的長(zhǎng)度L、葉片厚度h、葉片寬度b以及葉片數(shù)目n。如圖（a）所示的彈簧鋼板等應(yīng)力梁，當(dāng)在其兩端（相當(dāng)于板簧的卷耳中心處）作用有載荷P，在其中間作用有支撐載荷Q（Q=2P）時(shí)，由材料力學(xué)可知其撓度和所引起的最大應(yīng)力分別為=Pl32EI=6Pl3EBh3=6Pl3Enbh3=3QL38Enbh3 (2-27)=Plh2I=6PlBh2=6Plnbh2=3Ql2nbh2 (2-28)I=I0=Bh312=nbh312 (2-29)相應(yīng)的等應(yīng)力梁彈簧的剛度為Cs=Q=8Enbh33L3 (2-30)由以上幾可知式h=l2E=L24

16、E (2-31)式中為許用靜彎曲應(yīng)力，對(duì)于一般彈簧鋼，經(jīng)表面噴丸處理后，對(duì)前板簧取=350450MPa；對(duì)后主簧取=450550MPa；對(duì)后副簧取=220250MPa。圖2-10 多片鋼板彈簧的簡(jiǎn)化模型亦即葉片的厚度與彈簧長(zhǎng)度的平方成正比。為了保證卷耳有足夠的強(qiáng)度，在選擇L時(shí)應(yīng)盡量長(zhǎng)以使h加厚。另外由于板簧的縱向角剛度與長(zhǎng)度的平方成正比，選擇較大尺寸的彈簧長(zhǎng)度還可增加縱向角剛度，有利于提高抗縱傾能力。在計(jì)算時(shí)上圖中的結(jié)構(gòu)在實(shí)際中無(wú)法實(shí)現(xiàn)，鑒于上述已選的結(jié)構(gòu)可用等截面簡(jiǎn)支梁的計(jì)算公式引進(jìn)一個(gè)修正系數(shù)加以修正，這時(shí)彈簧的撓度為=Ql348EI0=QL34Enbh3 （2-32）撓度系數(shù)主要與彈簧兩

17、端的結(jié)構(gòu)有關(guān)。等應(yīng)力鋼板彈簧：=1.5；對(duì)實(shí)際鋼板彈簧=1.251.42?？砂词?1.5/1.04（1+0.5）選取，其中=n1/n0，n1為與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù)，n0為總片數(shù)。選擇n0=14，n1=4，所以=1.26。這種實(shí)際多片簧的剛度Cs和彎曲應(yīng)力則相應(yīng)為：Cs=Q=4Enbh3L3 （2-33）=QL4W0=3QL2nbh2 （2-34）因此可以得到鋼板彈簧的總截面慣性矩I為I=I0=QL348E=CsL348E （2-35）亦可求得hh=L24E=12IQL （2-36）上述參數(shù)中根據(jù)材料標(biāo)準(zhǔn)選擇葉片寬度b（希望6（b/h）10）、片厚h及片數(shù)n滿足I和h的要求一般片數(shù)取614片；片

18、厚可取不通的規(guī)格，一般一副簧中不超過(guò)3種，長(zhǎng)片厚、短片薄，主片厚度不應(yīng)小于6mm，以保證足夠的卷耳強(qiáng)度。帶入上各式可以求得h=14.3mm，I=3.04*10-8m4，b=106.1mm經(jīng)圓整后取h=15mm，b=106mm，n=14，L=1.8m，此處的校核結(jié)果與前面選擇沒(méi)有發(fā)生沖突，所以選擇方案正確。當(dāng)鋼板彈簧由一對(duì)U形螺栓夾緊安裝到車橋或車軸上時(shí)，則兩U形螺栓之間的板簧有一部分不起彈簧作用，成為非工作部分或無(wú)效長(zhǎng)度，剩下起彈簧作用的長(zhǎng)度則稱為有效長(zhǎng)度。無(wú)效長(zhǎng)度由兩U形螺栓中心距s和夾緊方式?jīng)Q定，后者又用無(wú)效長(zhǎng)度系數(shù)k來(lái)表述。剛性?shī)A緊取k=0.5，撓性?shī)A緊取k=0。因此，考慮到鋼板彈簧的安

19、裝夾緊，則根據(jù)以上各式，加緊并修正后的鋼板彈簧所需的慣性矩和應(yīng)滿足的強(qiáng)度要求分別為：I=L-ks3Cs48E （2-37）=QL-ks4W0 （2-38）其中取k=0.5，根據(jù)可選橋尺寸選擇s=200mm。即得W0=5.565驗(yàn)證=344Mpa=400MPa滿足要求還應(yīng)驗(yàn)算在最大行程時(shí)的最大應(yīng)力max，可根據(jù)前面的式子并以有效長(zhǎng)度L-ks及板簧的平均厚度hp=15代入，得max=6Ehp（c+d）L-ks2=866MPa9001000MP （2-39）滿足要求各片的應(yīng)力值和為和max和簧181818181818181818181818181818181818181818181818181818

20、181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818=01max和簧1818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818

21、18181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818+02+03+04+05+06+07+08+09+10+11+12+13+14=11應(yīng)力之和達(dá)到最好是和max和簧1818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181

22、81818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818=0，但是因?yàn)榻?jīng)過(guò)圓整后會(huì)有一定的誤差，此誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，滿足要求。因此最后的確定的尺寸參數(shù)為b=106，h=15，片數(shù)n=14，n1=4，主片數(shù)四個(gè)主片L=1800，其它各片長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)5=1650mm，L6=1500mm，L7=1360mm，L8=1220mm，L9=1080mm，L10=940

23、mm，L11=790mm，L12=640mm，L13=500mm，L14=350mm。及各片的弧高為H1=148.59 H2=156.3975 H3=163.499 H4=152.484 H5=141.503 H6=122.513 H7=108.502 H8=92.364 H9=73.318 H10=54.894 H11=38.672 H12=26.037 H13=15.667 H14=7.882曲率半徑為R01=R0 R02=R01+h=2815 R03=R02+h=2830 R14=R13+h=2995懸架是現(xiàn)代汽車的重要總成, 它把車架(或車身) 與車軸(或車輪) 彈性地連接起來(lái),不僅承

24、受和傳遞路面作用于汽車的力和力矩并產(chǎn)生位移, 而且衰減路面對(duì)汽車的振動(dòng)和沖擊等, 從而保證汽車行駛平順性，保證車輪在路面不平和載荷變化時(shí)有理想的運(yùn)動(dòng)特性，保證汽車的操縱穩(wěn)定性，使汽車獲得高速行駛能力。6120型豪華客車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)力求滿足該車的行駛平順性、行駛安全性及操縱穩(wěn)定性等方面的要求。1懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及要求由于汽車懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及布置型式對(duì)汽車的各項(xiàng)使用性能有著舉足輕重的影響, 因此, 對(duì)每一位從事汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)人員而言, 掌握和了解懸架系統(tǒng)的基本功能和要求是十分重要的。（1）盡可能降低懸架固有振動(dòng)頻率只有降低車身固有振動(dòng)頻率才能緩和路面不平度對(duì)汽車的振動(dòng)和沖擊, 使

25、汽車能以盡可能高的平均速度行駛, 從而滿足汽車在各種道路狀態(tài)和載荷條件下都有良好的行駛平順性。（2）提高橫向穩(wěn)定性提高橫向穩(wěn)定性, 即盡可能保證車身處于水平位置。這就要求懸架系統(tǒng)有適當(dāng)?shù)膫?cè)向角剛度, 使汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾角不致太大, 同時(shí)也要求懸架系統(tǒng)有適當(dāng)?shù)目v向角剛度, 使汽車制動(dòng)和加速時(shí)車身的俯仰角不致過(guò)大。（3）提高操縱穩(wěn)定性提高操縱穩(wěn)定性就是要保證汽車具有良好的控制行駛方向的能力, 即汽車在高速下急轉(zhuǎn)彎時(shí)轉(zhuǎn)向特性不出現(xiàn)激轉(zhuǎn)(從不足轉(zhuǎn)向變?yōu)檫^(guò)多轉(zhuǎn)向) ,減少車身縱傾，轉(zhuǎn)彎時(shí)的側(cè)傾角合適， 在直線行駛時(shí)不發(fā)生擺頭和跑偏。（4）足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠扔捎趹壹芟到y(tǒng)承受和傳遞著路面作用于汽車的一

26、切力和力矩, 所以足夠的懸架強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠仁潜仨毐ＷC的。此外還要有良好的隔聲能力、結(jié)構(gòu)要緊湊、占用空間尺寸要小。懸架系統(tǒng)的這些設(shè)計(jì)原則和要求中, 有的是互相矛盾的, 在設(shè)計(jì)時(shí)必須互相兼顧, 充分考慮, 并根據(jù)汽車的用途有所側(cè)重。所以要正確的選擇懸架方案和參數(shù)，在車輪上、下跳動(dòng)時(shí)，使主銷定位角變化不大、車輪運(yùn)動(dòng)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要協(xié)調(diào)，避免前輪擺振；汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，應(yīng)使之稍有不足轉(zhuǎn)向特性。2 鋼板彈簧的布置方案鋼板彈簧在汽車上可以縱置或者橫置。后者因?yàn)橐獋鬟f縱向力，必須設(shè)置附加的導(dǎo)向傳力裝置，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大，因此只在極少數(shù)汽車上應(yīng)用。縱置鋼板彈簧能傳遞各種力和力矩，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故在汽車上得到廣

27、泛應(yīng)用?？v置鋼板彈簧又有對(duì)稱式和不對(duì)稱式之分。鋼板彈簧中部在車軸（橋）上的固定中心至鋼板彈簧兩卷耳中心之間的距離若相等，則為對(duì)稱式；若不相等，則稱為不對(duì)稱式。多數(shù)情況下，汽車采用對(duì)稱式鋼板彈簧。由于整車布置上的原因，或者鋼板彈簧在汽車上的安裝位置不動(dòng)，又要改變軸距或者通過(guò)變化軸距達(dá)到改善軸荷分配的目的時(shí)，采用不對(duì)稱式鋼板彈簧。3 鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)（1）葉片的截面形狀最常用的板簧材料為熱軋彈簧扁鋼，其截面形狀為上下表面平坦（允許稍向內(nèi)凹）。兩側(cè)為圓邊，圓邊半徑為厚度的0.650.85倍。由于板簧的疲勞破壞總是始于受拉伸的上表面，故下表面常采用如圖(b)(c)(d)所示的拋物線側(cè)邊或單面單槽、單面雙

28、槽形狀以使截面的中性軸向上移動(dòng)，減小拉伸應(yīng)力。通常認(rèn)為許用壓應(yīng)力柯達(dá)與許用拉應(yīng)力，其比值達(dá)1.271.30。經(jīng)驗(yàn)表明，采用圖示(b)(c)(d)截面的板簧與采用傳統(tǒng)的截面板簧(a)相比可以節(jié)約10%14%的鋼材，疲勞壽命約可提高30%。（a） 標(biāo)準(zhǔn)型；（b）拋物線側(cè)邊；（c）單面單槽；（d）單面雙槽圖2-3 葉片形狀（2）葉片的端部結(jié)構(gòu)葉片的端部可以按其形狀和加工方法分為矩形、梯形（片端切角）、橢圓形（片端壓延）和片端壓延切斷四種，分別如圖（a），（b），（c），（d），所示。其中矩形為制造成本最低的一種（由于對(duì)片端不做任何加工），但同時(shí)也是效果最差的一種。與壓延過(guò)的片端相比，在片端的接觸區(qū)域

29、內(nèi)，傳遞的壓力更大也更集中，導(dǎo)致片間摩擦和磨損加劇。同時(shí)，也是板簧的作用機(jī)理與“等應(yīng)力”方式相去甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致了板簧的質(zhì)量增大。梯形（片端切角）比結(jié)構(gòu)比矩形有所改善，制造成本略有增加。片端壓延的橢圓形端部更接近于理想的“等應(yīng)力”形狀，并且在接觸區(qū)內(nèi)壓力分布更均勻，片間摩擦磨損都有所減少，但需要專門(mén)的壓延設(shè)備。壓延后在切斷的端部結(jié)構(gòu)制造成本最高，效果也最好。（a） 矩形；（b）梯形；（c）片段壓延；（d）片段壓延切斷圖2-4 端部形狀（3）鋼板彈簧端部的支撐型式以板簧端部的支撐型式而言，可以大致分為卷耳和滑板（見(jiàn)圖a）兩大類。滑板型式多見(jiàn)于兩級(jí)式主副彈簧的支撐和平衡懸架中板簧的支撐。卷耳根據(jù)其對(duì)板簧

30、上平面的位置可以分為上卷耳、平卷耳和下卷耳三類，分別如圖（b）（c）（d）所示。其中平卷耳的縱向力作用力可以直接傳遞給主片，減少了附加的對(duì)主片的卷曲力矩，下卷耳可用于對(duì)板簧的安裝位置或角度有特殊情況要求的情況（比如使軸轉(zhuǎn)向趨于不足轉(zhuǎn)向），但采用下卷耳方式時(shí)無(wú)法像上卷耳那樣可以在必要時(shí)使用第二片加強(qiáng)卷耳（如圖（e），（f），加強(qiáng)結(jié)構(gòu)多用于軍用車輛或重型載貨汽車，其目的是為了在主片斷裂時(shí)起支撐作用，還可在懸架反彈時(shí)與主片共同負(fù)擔(dān)非簧載部分的重力。為了方便采用非各向同性的橡膠支承型式以減緩懸架所受的水平?jīng)_擊，有些卷耳做成圖（g）所示的長(zhǎng)圓形。圖2-5 滑板及吊耳的結(jié)構(gòu)形式（4）吊耳及鋼板彈簧銷結(jié)構(gòu)大

31、多數(shù)板簧的支撐方式為一端采用固定的卷耳，另一端采用擺動(dòng)的吊耳。擺動(dòng)吊耳的結(jié)構(gòu)可以用C形、叉形以及分體式等，分別見(jiàn)圖（a），（b），（c）。彈簧銷的支撐、潤(rùn)滑則可用圖（a），（b）所示的螺紋式，（c）所示的自潤(rùn)滑式，（d）所示的滑動(dòng)軸承，（e）所示的橡膠支撐，或者如圖（f）所示將板簧支撐在橡膠座內(nèi)。螺紋式的好處在于可同時(shí)承受垂向及側(cè)向載荷，板簧卷耳側(cè)面不必加工，螺紋可起儲(chǔ)存潤(rùn)滑劑和防塵的作用。螺紋表面滲碳以達(dá)到一定的硬度，一般其擠壓應(yīng)力為7MPa。自潤(rùn)滑式多用于轎車及輕型載貨車，具有不必加潤(rùn)滑脂及噪聲小的優(yōu)點(diǎn)。重型載貨汽車多使用滑動(dòng)軸承式，一般采用銅合金或粉末冶金襯套，工作擠壓應(yīng)力約為3.57M

32、Pa，這種結(jié)構(gòu)中，板簧卷耳兩側(cè)必須加工至規(guī)定寬度以便與支架或吊耳配合傳遞側(cè)向力。在采用圖（e）所示的橡膠支撐時(shí)，必須充分考慮其對(duì)懸架特性的影響。圖（f）的結(jié)構(gòu)用于重型汽車，應(yīng)注意該種結(jié)構(gòu)允許的縱向移動(dòng)量有限，因而板簧必須足夠長(zhǎng)并且工作在平直位置附近。圖2-6 吊耳及彈簧銷結(jié)構(gòu)4多片鋼板彈簧懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)豪華客車總體設(shè)計(jì)要求, 結(jié)合該底盤(pán)的總布置設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 在充分論證獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架等懸架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和制造成本以及整車售價(jià)的基礎(chǔ)上, 為了提高該車的橫向穩(wěn)定性和在空載到滿載之間都有良好的行駛平順性, 決定采用多片鋼板彈簧和橫向穩(wěn)定桿相結(jié)合的非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)。對(duì)彈簧剛度而言，在懸架所受垂直載

33、荷一定時(shí)，若懸架剛度愈小，則簧載質(zhì)量的固有頻率即自然振動(dòng)頻率愈低，因而車輛的行使平順性會(huì)較好，但在一定載荷下懸架垂直變形愈大，車輪上下跳動(dòng)所需的空間也愈大，車身姿態(tài)變化也愈厲害，這就降低了操縱的穩(wěn)定性。 當(dāng)懸架剛度一定時(shí)，簧載質(zhì)量愈大，而自然振動(dòng)頻率愈低，故空車行駛時(shí)的車身自然振動(dòng)頻率要比滿載行駛時(shí)的高?；奢d質(zhì)量變化范圍愈大，則頻率變化范圍愈大。由此可見(jiàn)，彈簧剛度也要隨著行使工況而改變。為了使簧載質(zhì)量從相當(dāng)與汽車空載到滿載的范圍內(nèi)變化時(shí)，車身自然振動(dòng)頻率保持不變或變化很小，就需要將懸架剛度做成可變的，即空車時(shí)懸架剛度小，而載荷增加時(shí)，懸架剛度隨之增加，本車使用的是多片鋼板彈簧配合減震器的作用以

34、達(dá)到要求。圖為本底盤(pán)兩自由度1/8車輛模型，懸架系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)有行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和車身姿態(tài)變化。行駛平順性的指標(biāo)一般用簧載質(zhì)量對(duì)非簧載質(zhì)量位移的傳遞率表示，振動(dòng)的傳遞公式為T(mén)R= Zs/Zt = 1+ (2)2 / (1-2)2 + (2)21/2 （2-2）其中Zt為輪胎的位移； Zs為車身的位移；為阻尼系數(shù)； 為地面激勵(lì)頻率與車輛固有頻率之比。本車的減振器的阻尼系數(shù)=0.25。圖2-1 兩自由度1/8 車輛振動(dòng)模型為1/4車體質(zhì)量；為非簧載質(zhì)量；為懸架阻尼系數(shù)；為懸架剛度系數(shù)；為輪胎剛度系數(shù)；為地面的擾動(dòng)輸入；為車體位移；為非簧載質(zhì)量位移。下圖為對(duì)應(yīng)不同阻尼系數(shù)的位移傳遞函數(shù)曲線。從圖中可以看出，在= 1 時(shí)發(fā)生共振，阻尼力越大T R越小，行使的平順性愈佳，并可減小車輛由于路面凹凸不平而引起的跳動(dòng)，以及由轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、加速而引起的側(cè)傾、俯頭、仰頭等車身姿態(tài)的的變化。然而在固有頻率2 1/2倍以上小頻率范圍，只有當(dāng)阻尼力較小時(shí)，車輛的行使的平順性才會(huì)較好?？梢?jiàn)，所需的阻尼力特性是隨著道路條件和行駛工況而改變的。頻率在固有頻率2 1/2倍以上時(shí)，振動(dòng)很難被衰減，因此，欲降低車身振動(dòng)，就必須擴(kuò)大被衰減的頻率范圍，換句話說(shuō)，就是要降低車身的固有頻率使之遠(yuǎn)離人體對(duì)振動(dòng)敏感的48 Hz范圍。圖2-2 不同阻尼系數(shù)的位移傳遞函數(shù)曲線25