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載貨汽車后懸架設計
一、設計的主要數(shù)據 2
二、懸架主要參數(shù)的確定 2
三、彈性元件的設計 5
4 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算 12
五、鋼板彈簧主片的強度的核算 17
六、鋼板彈簧彈簧銷的強度的核算 18
七 總體設計計算 18
八 指定總成設計 20
參考文獻 24
致謝 25
一、設計的主要數(shù)據
載質量：6000kg
整備量：5000kg
空車時：前軸負荷：2500kg 后軸負荷：2500kg
滿載時：前軸負荷：3350kg 后軸負荷：7650kg
尺 寸： 總 長：8470 總 寬：2470
軸 距：4700 前 輪 距 ：1900
后 輪 距：1800 滿載重心高度：1180
二、懸架主要參數(shù)的確定
1 懸架的靜撓度
懸架的靜擾度 是指汽車滿載靜止時懸架上的載荷f與此時懸架剛度c 之比，即
貨車的懸架與其簧上質量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性的主要參數(shù)之一。因汽車的質量分配系數(shù)近似等于1，因此貨車車軸上方車身兩點的振動不存在聯(lián)系。貨車的車身的固有頻率n,可用下式來表示：
n=
式中，c為懸架的剛度（N/m）,m為懸架的簧上質量（kg）
又靜撓度可表示為：
g：重力加速度（10N/kg）,代入上式得到：
n=5/
n: hz
: cm
分析上式可知：懸架的靜撓度直接影響車身的振動頻率，因此欲保證汽車有良好的行駛平順性，就必須正確選擇懸架的靜撓度。
又因為不同的汽車對平順性的要求不相同，貨車的后懸架要求在1.70～2.17hz之間，因為貨車主要以載貨為主，所以選取頻率為：1.9hz.。
2 懸架的動撓度
懸架的動撓度是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結構容許的最大變形時，車輪中心相對車架的垂直位移。通常貨車的動撓度的選擇范圍在6～9cm.。本設計選擇：
3 懸架的彈性特性
懸架的彈性特性有線性彈性特性和非線性彈性特性兩種。由于貨車在空載和滿載時簧上質量變化大，為了減少振動頻率和車身高度的變化，因此選用剛度可變的非線性懸架。
4 懸架主，副簧剛度的分配
圖1 貨車主、副簧為鋼板彈簧結構的彈性特性
如何確定副簧開始參加工作的載荷和主，副簧之間剛度的分配，受懸架的彈性特性和主，副簧上載荷分配的影響，原則上要求車身從空載到滿載時的振動頻率變化要小，以保證汽車有良好的平順性，還要求副簧參加工作前后的懸架振動頻率不大。這兩項要求不能同時滿足。由于貨經常處于滿載狀態(tài)，采用如下方法來確定。
使副簧開始起作用時的懸架撓度等于汽車空載時懸架的撓度，而使副簧開始起作用前一瞬間的撓度等于滿載時懸架的撓度。于是可求
=
式中分別為空載和滿載時的懸架的載荷。副簧，主簧的剛度之比為：
，
式中，為副簧的剛度，為主簧的剛度。
單個鋼板彈簧滿載載荷：
= 滿載時 ： （4-9）
式中為副簧簧上質量，為主簧簧上質量。
單個鋼板彈簧空載載時簧上質量：
n=1.9hz , m=3604kg,代入公式：
n=
可得
C=5137N/cm
又
==0.87
有上面的二式，可聯(lián)立方程組：
（1）
=0.87 （2）
由（1），（2）兩式可得：
=2390N/cm , =2747N/cm
副簧起作用后，近似認為變形相同，從副簧開始起作用到滿載的變形為。
=19257.5N
又：
，得：
=
=
= 3.27 cm
=36040N -7815N=28225N
主簧 ： ===10.28cm
副簧 ： ===3.27cm
三、彈性元件的設計
1 鋼板彈簧的布置方案選擇
布置形式為對稱縱置式鋼板彈簧。
2 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定
已知滿載靜止時負荷=7650kg?；上虏糠趾芍兀纱丝捎嬎愠鰡蝹€鋼板彈簧的載荷：
。
由前面選定的參數(shù)知：
2.1滿載弧高 ：
滿載弧高是指鋼板彈簧裝到車軸上，汽車滿載時鋼板彈簧主片上表面與兩端連線間的高度差。常取=10～20mm.在此?。?
2.2鋼板彈簧長度L的確定：
（1） 選擇原則：
鋼板彈簧長度是彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離。轎車L=(0.40～0.55)軸距；貨車前懸架：L=(0.26～0.35)軸距，后懸架：L=(0.35～0.45)軸距。
（2） 鋼板彈簧長度的初步選定：
根據經驗L = 0.35軸距，并結合國內外貨車資料，初步選定主簧主片的長度為1650mm , 副簧主片的長度為1180mm.
2.3鋼板彈簧斷面尺寸的確定：
（1） 鋼板彈簧斷面寬度b的確定：
有關鋼板彈簧的剛度，強度可按等截面的簡支梁計算，引入撓度增大系數(shù)加以修正。因此，可根據修正后的簡支梁公式計算鋼板彈簧所需的總慣性距。對于對稱式鋼板彈簧
式中： S——U形螺栓中心距（mm）
k——U形螺栓夾緊(剛性夾緊，k取0.5)；
c——鋼板彈簧垂直剛度（N/mm）,c=;
——為撓度增大系數(shù)。
撓度增大系數(shù)的確定：
先確定與主片等長的重疊片數(shù)，再估計一個總片數(shù)，求得，然后=1.5/，初定。
對于主簧：
L=1650mm
k=0.5
S=200mm
=2
=14
=1.5/=1.5/=1.35
E=2.1N/
將上述數(shù)據代入以上公式得
=137×103
計算主簧總截面系數(shù)：
式中為許用彎曲應力。的選取：后主簧為450～550N/，后副簧為220～250 N/。
==28225N
L=1650mm
k=0.5
S=200mm
=500 N/.
將上面數(shù)據代入公式，得：
=21.9×103
再計算主簧平均厚度：
=12mm
有了以后，再選鋼板彈簧的片寬b。推薦片寬和片厚的比值在6～10范圍內選取。
b = 110mm
對于副簧：
L=1180mm
k=0.5
S=200mm
E=
將上述數(shù)據代入公式，得
計算副簧總截面系數(shù)：
==7815N
L=1180mm
k=0.5
S=200mm
=245 N/.
將上面數(shù)據代入，得：
=8.6×103
再計算副簧平均厚度：
=10mm
b = 110mm
（2）鋼板彈簧片厚h的選取:
本設計主簧和副簧均采用等厚片，片厚分別為12mm、10mm。
通過查手冊可得鋼板截面尺寸b和h符合國產型材規(guī)格尺寸。
（3）鋼板斷截面形狀的選擇：
本設計選取矩形截面。
（4） 鋼板彈簧片數(shù)的選擇：
片數(shù)n少些有利于制造和裝配，并可以降低片與片之間的干摩擦，改善汽車的行駛平順性。但片數(shù)少了將使鋼板彈簧與等強度梁的差別增大，材料的利用率變壞。多片鋼板彈簧一般片數(shù)在6～14片之間選取，重型貨車可達20片。用變截面少片彈簧時，片數(shù)在1～4選取。
根據貨車的載荷并結合國內外資料初步選取本貨車主簧的片數(shù)為14片，副簧的片數(shù)為5片。
2.4 鋼板彈簧各片長度的確定
先將各片的厚度的立方值按同一比例尺沿縱坐標繪制在圖上，再沿橫坐標量出主片長度的一半L/2和U型螺栓中心距的一半s/2，得到A,B兩點，連接A，B兩點就得到三角形的鋼板彈簧展開圖。AB線與各片上側邊的交點即為各片的長度。如果存在與主片等長的重疊片，就從B點到最后一個重疊片的上側邊斷點連一直線，此直線與各片上側邊的交點即為各片長度。各片實，際長度尺寸需經圓整后確定。由圖2確定主簧各片長度：
圖2 確定主簧各片長度圖
主簧各片鋼板的長度如表1：
表1 主簧各片鋼板的長度
序號
1
2
3
4
5
6
7
8
9
長度（mm）
1650
1650
1538.4
1427
1315.4
1204
1092.4
980.8
869.4
序號
10
11
12
13
14
長度（mm）
757.8
646.4
534.8
423.2
311.6
由圖3確定副簧各片長度；
圖3 確定副簧各片長度圖
表2 副簧各片鋼板的長度
序號
1
2
3
4
5
長度（mm）
1180
984
788
592
396
3 鋼板彈簧剛度的驗算
在此之前，有關撓度增大系數(shù)，總慣性矩，片長和葉片端部的形狀都不夠準確，所以有必要驗算剛度。用共同曲率法計算剛度，剛度的驗算公式為：
C=
其中， ； ；。
式中，a為經驗修正系數(shù)，取0.90～0.94，E為材料彈性模量； 為主片和第（k+1）片的一般長度。
公式中主片的一半，如果用中心螺栓到卷耳中心間的距離代入，求的剛度值為鋼板彈簧總成自由剛度；如果用有效長度，即代入上式，求得的剛度值為鋼板彈簧總成的夾緊剛度。
（1）主簧剛度的驗算：
K
1
2
3
4
5
6
7
=(cm)
0
5.58
11.15
16.73
22.3
27.88
33.46
K
8
9
10
11
12
13
=(cm)
39.03
44.61
50.18
55.76
61.34
66.92
由公式(mm-4)，得：
Y1=6.3×10-5 Y2=3.15×10-5 Y3=2.1×10-5 Y4=1.575×10-5
Y5=1.26×10-5 Y6=1.05×10-5 Y7=0.9×10-5 Y10=0.63×10-5 Y11=0.573 ×10-5 Y12=0.525×10-5 Y13=0.485 ×10-5 Y14=0.45×10-5
將上述數(shù)據代入公式，得總成自由剛度：
=2821N/cm
將上述數(shù)據代入公式有效長度，即，代入到公式所求得的是鋼板彈簧總成的夾緊剛度
=2844N/cm
與設計值=2747N/cm相差不大，基本滿足主簧剛度要求。
（2）副簧剛度的驗算：
k
1
2
3
4
=
98
196
294
392
由公式(mm-4)，得：
Y1=1.1×10-4 Y2=0.55×10-4 Y3=0.37×10-4 Y4=0.275×10-4 Y5=0.22×10-4
將上述數(shù)據代入公式，得總成自由剛度：
=2504N/cm
如果用有效長度，即，代入公式所求得的是鋼板彈簧總成的夾緊剛度
=2554N/cm
與設計值=2390N/cm 相差不大,基本滿足副簧剛度要求。
4 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算
（1）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高
鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高，用下式計算：
式中，為靜撓度；為滿載弧高；為鋼板彈簧總成用U型螺栓夾緊后引起的弧高變化，；S為U型螺栓的中心距。L為鋼板彈簧主片長度。
下面分別計算主簧和副簧總成在自由狀態(tài)下的弧高：
主簧：
由：
=
則=102.8+15+20.6=138.4mm
副簧：
=
=32.7+15+11.4=59.1mm
（2）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑的確定：
主簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑：==2459mm.
副簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑：=
（3）鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定
矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定
式中，為第i片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm），在自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）（N/）；E為材料的彈性模量N/，取E為 N/；i片的彈簧厚度（mm）。在已知計算出各片鋼板彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri。
對于片厚相同的鋼板彈簧，各片彈簧的預應力值應不宜選取過大；推薦主片在根部的工作應力與預應力疊和后的合成應力應在300～350N/內選取。1～4片長片疊加負的預應力，短片疊加正的預應力。預應力從長片由負值逐漸遞增為正值。
在確定各片預應力時，理論上應滿足各片彈簧在根部處的預應力所造成的彎矩：
或
下面分別計算主簧和副簧的各片在自由狀態(tài)下曲率半徑的確定：
主簧：
表3各片的預應力
i
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
-5.6
-4.6
-3.6
-2.6
-1.6
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
E= N/ =12mm
然后用上述公式計算主簧各片在自由狀態(tài)下曲率半徑，結果見表4：
表4 主簧各片在自由狀態(tài)下曲率半徑