钢板弹簧悬架的设计Word文件下载.docx

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本文讨论了汽车悬架的发展现状，对悬架的结构形式进行简单介绍，对影响悬架运动的各种因素进行分析，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及其发展现状和趋势；

其次详细概述了悬架系统对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及计算；

板簧弧高及曲率半径的计算，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

DESIGNOFLIGHTTRUCK

SUSPENSIONWITHLEAFSPRING

ABSTRACT

Suspensioninvolvessomerelatedcomponents,whichexisttoguaranteeelasticcontactbetweenwheelsoraxleandthecarryingsystem.Italsohasagreatcontributionintransferringtheload,cushioningtheimpact,attenuatingvibration,andregulatingthepositionofthebodyoftherunningcar.Apartfromthetransformationofforceandmomentbetweenwheelsandframe,ithelpscushiontheimpactwhenunevenroadsurfaceisencountered,underminethefollowingvibrationofcarryingsystem,asaresult,provideagreatpossibilityofsmoothlyrunning.

Thispaperdiscussesthecurrentdevelopmentofvehiclesuspension,givesabriefintroductionofthestructuralformofsuspension,analyzefactorswhichhaveinfluenceonsuspensionmovement.Thisarticlethroughthetraditionaldesigncalculationmethodandcomputertechnology,combining

withIVECOLightTruckTireastheprototype,thecardesigncalculationaftergradientstiffness&

leafspringsuspension.

Thispaperfirstlyintroducesthesuspensionsystemresearchanddesignanddevelopmentstatusquoandtendency;

Secondlydetailedoverviewofthesuspensionsystemandmanipulationstabilitycomfortabilityinfluences;

Introducesemphaticallytheleafspringagainsuspensiondesignprocessesoftheshipunladesanddesignrequirements,thestructureofthemainpartsselectionandcalculation,leaf-springcurvature,materialstrength,stiffnesscheckingandchecking,shockabsorberselectionandinstallationAnglecalculation.

KEYWORDS：

Lighttruck,rearsuspension,leafspringsuspension,shockabsorber

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、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，应注意要满足这些性能的要求。

悬架主要由弹性元件、减振器、导向机构组成，在部分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。

这些弹性元件各有自身的特点，所适用的环境也各不相同。

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。

并且其具有工作可靠、结构简单、保养和维修方便、制造成本较低等优点，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、材料性能以及加工工艺等方面的不断发展，钢板弹簧能更好地满足整车性能、疲劳寿命以及轻量化设计地要求。

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行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，且在同一截面上各簧片曲率相同。

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，而中间各簧片则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行了深入广泛的研究。

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别，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技术的不断发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行分析计算。

Zahavi[6]针对钢板弹簧的接触问题首次采用有限元方法进行了研究，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。

ToshioHamano

[7-8]等对钢板弹簧的迟滞特性也应用有限元方法进行了分析，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及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.GhaziZadeh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行研究，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精确设计。

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行了验证，并且对整车模型进行了操纵稳定仿真试验[10-11]。

2006年，NiklasPhilipson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，对模型刚度进行了仿真验证，结果表明该模型与试验台所测得的钢板弹簧刚度相吻合[12]。

2006年，UdayPrasade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，进行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及悬架动特性，建立了整车模型，对整车制动性进行了仿真分析[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情况[15]

1.3国内研究概况

钢板弹簧设计计算的最主要任务就是计算它的刚度和应力，国内很多学者对其都有过研究，其中不少学者还对其分析计算提出了不错的见解。

当然，国内对钢板弹簧的研究要比国外晚很多，这是由我国国情所致。

在1979年，杨宗孟[16]就给出了一个钢板弹簧的计算模型，在该模型中，末尾两短簧片自由端处受到一集中载荷，其余簧片具有共同曲率。

为了提高该模型的计算精度，其对各片片端厚度进行了修正，以便满足簧片自由端处应力（弯矩）为零的边界条件。

所给模型的刚性要比共同曲率法给定的模型小，为此其提出了一个设计观点，就是在设计中考虑簧片接触疲劳强度，并基于此推导出了相应的计算公式。

随后，郭孔辉院士[17]在1984年提出了主片分析法，将刚度和应力计算问题给统一起来。

该方法从整簧挠度实质上就是主片的挠度出发，将每一片都分成两个部分，即受下一片夹持的约束部分和悬伸在下一片之外的非约束部分，在约束部分采用共同曲率假设，而在非约束部分则采用集中载荷假设。

这种综合假设有其合理的一面，能够改正共同曲率法的某些不足之处，但不是全部，因为该方法仍然按照共同曲率假设对各片端所对应的各片应力进行计算，所以无法满足相邻两片在片端接