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1、1绪论.11.1课题背景及目的11.2国内外研究状况11.3课题研究法21.4论文构成及研究内容22悬架设计.32.1货车悬架结构形式选择. .32.2货车悬架主要参数设计 .32.2.1静挠度.32.2.2动挠度.32.2.3悬架弹性特性.42.2.4悬架主、副簧刚度分配.42.2.5悬架侧倾角刚度及其在前后轴的分配 . 63钢板弹簧设计.83.1钢板弹簧布置方案的选择. .83.2钢板弹簧主要参数确定 . .83.2.1满载时候的弧高 f .8a3.2.2钢板弹簧长度 L的确定.93.2.3钢板弹簧断面宽度 b的确定.93.2.4钢板弹簧片厚h的选取.133.2.5钢板断截面形状选择.13

2、3.2.6钢板弹簧片数的选择 .143.2.7钢板弹簧各片长度的计算 .153.3钢板弹簧的刚度验算. .163.4钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算.183.4.1自由状态下的弧高 H的确定.183.4.2钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径的确定 .203.4.3钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定 .203.4.4主簧总成和副簧总成各片在自由状态下弧高的计算 .213.5钢板弹簧总成弧高的核算 . 223.6钢板弹簧强度验算233.7钢板弹簧主片强度核算.243.8钢板弹簧弹簧销强度核算.25总结.26参考文献.27致谢.281绪论1.1课题背景及目的本课题是在充分利用所学知识，

3、提高理论知识的运用能力，并且把理论知识转化为实际成果。本次设计的课题旨在设计现代低吨位载重汽车的后悬架系统。就目前来说，类似我们参与设计的 CSU1041型轻载重汽车在我国货车市场有相当大的占有率，近十几年来，随着我国道路长度，道路质量不断发展以及交通工具在速度方面的性能更上一层楼，所以说货车市场对轻型载重汽车的整体性能要求也上了一个档次，由此可知，客户或者其他使用者对货车悬架系统的性能也会提出更高的要求。所以综合上述的大背景来说，通过合理的设计使我们使用的货车振动频率有所下降、振动加速度有所减小，减振性能更优化变得异常的紧迫；为了满足今天人们的较高的要求，我们有必要选用更加合适的制造原材料，

4、努力地提高零部件使用寿命，同时尽可能的降低生产成本，从而使轻型货车行驶平顺性得到更好改善，进而可以改善汽车的行驶车速、燃油经济性和运营经济性，综上，最终可以提升我们的汽车的性价比，为使用者带来更大利益。1.2国内外研究状况稍微有一点汽车设计知识的人都知道，悬架是现代汽车的非常重要的总成之一，原因如下：它可以把车架或者是车身与车轴或者是车轮很好的连接起来，这一连接很关键，因为它的连接方式是弹性的。通过悬架不仅可以承受和传递路面作用于汽车上的力以及力矩，此外，它还可以能随着这些力和力矩的变化产生相应的位移，如此一来就可以在恰当的范围内使得路面对汽车的振动和冲击进行衰减，如此一来就可以提升汽车的行驶

5、平稳性。综上所述，货车底盘悬架系统的设计在一定程度上其实就是集中注意于改善车辆行驶平顺性，行驶安全性及操纵稳定性等方面的要求。对于传统的悬架，我们早已经熟记于心它的一般组成如下：1.弹性元件 2.导向装置3.减振器 4。缓冲块 5.横向稳定器，当然也有其他构件，因为不具有普遍性，这里不再赘述。第 1页共 30页我们了解认识学习车辆，对于一些总成相对来说认识更深。可是即使是非专业人士，那些人中对车感兴趣的人也一定会知道：大街上的各种车，轿车、客车、运输车所用的悬架，基本上可分为非独立悬架，这一悬架现在不那么广泛了，还有独立悬架，是今天的主流。而实际的悬架也不仅仅这两种，这些悬架又有很多衍生出来的

6、结构形式（这里未探讨新型悬架），有各自的优缺点。下面是两种悬架特点介绍：学习理论知识后，我们很容易知道非独立悬架有这些特点：那就是汽车两边的车轮可以通过一个整体结构，一般指车桥，进行连接，车桥通过悬架与车架或者是车身相连。需要注意的是独立悬架的车桥与众不同，它是断开的，而不是连接的，所以每一侧车轮可以单独地通过悬架与车架相连。其中可以用纵置钢板弹簧作为弹性元件，同时也可以做导向机构。这种非独立悬架广泛用于中型或者重型载货汽车上。71.3课题研究方法要想熟悉并制定研究方法，那我们需要首先对汽车悬架系统要有个充分的认识，通过实验或者网络示意图视频等资源来观察了解其工作原理、组成结构和外形特点。选定

7、悬架形式为纵置钢板弹簧。根据给定的设计参数计算钢板弹簧的各个参数并通过参阅其他设计工程手册初定钢板弹簧结构参数，然后对初确定一个值进行验算，最后得出设计的实际值。此外我们可以深入了解钢板弹簧的工作特性及其各种条件下的受力情况，其中对钢板弹簧、弹簧主片和弹簧销进行强度验算，在上一个过程进行时要对各种工作条件下主副簧的受力情况进行受力分析。最后根据计算参数用计算机绘图及手工绘图绘制出装配图纸和钢板弹簧各个零部件的图纸。1.4论文构成及研究内容1.4.1研究内容（1 ）综合国内外有关资料并根据轻型载重汽车悬架系统的要求（后者是重点）来选定设计方案，需要老师认可；（2 ）通过将设计取值后的计算数据分析

8、汽车的平顺性和与之相关的操纵稳定性；（3 ）弹性元件的设计计算与验算；（4 ）主要零件的强度、结构设计计算和核算。1.4.2论文构成（1 ）开题报告一份（包括设计目的、文献综述、设计的重点与难点，最后还要简第 2页共 30页述拟采用的途径，拟采用设计进度计划和相关的参考文献），这一项目要求开学第四星期提交。（2 ）设计说明书一本（含中、英文摘要，绪论，设计方案论证，设计分析与计算，结构设计，结论，参考文献，致谢，附录，开题报告，英文资料翻译的译文和原文等），论文正文不少于 15000字。（3）轻型货车 CSU1041后悬架系统的总体布置图一张，分别绘制主、副弹性元件装配图各一张，还需要零、部件

9、图若干张，总之，所有图纸汇总后的要求以能折合为 3张零号图纸为准。第 3页共 30页2悬架设计2.1货车悬架结构形式选择普通货车一般都采用钢板弹簧非独立悬架。由此我们有必要探讨下非独立悬架的优点：结构相对来说简单，经济方面呢制造成本低，而且维修也很方便；虽然有这么多优点，当然也在一定程度上存在缺陷，就比如说非弹簧载质量过于大，这样就不利于提高汽车在行驶时候的平顺性，而且呢，如果把这一结构用于前悬架，就会经常发生摆振现象。多片弹簧结构组成的的钢板弹簧材料利用率低，由于钢板比较重又使得整体质量较大，且工作性能方面受各片之间的会受到摩擦的影响（摩擦不容易控制），虽然如此，但是它可以在悬架中同时充当导

10、向机构，这样便使得结构相对来说降低复杂度，而且在维修保养方面也大大降低难度，经济性方面呢，制造成本又能相对的降低不少。综上所述，这种结构目前广泛应用于商用车中。后悬架由于载荷变化大，常采用主副簧钢板结构，本次设计亦沿袭这一结构。2.2货车悬架主要参数设计2.2.1静挠度 fc静挠度 f与固有频率n（也被称作偏频）之间有如下关系cn 5/ fc式子中：n的单位是 Hz， f的单位为cm（2-1）由设计经验可以知道，货车处于满载的情况下，前悬架偏频需要在以下范围内为1.50 2.10Hz，后悬架的范围在1.70 2.17Hz。本次设计的是轻型货车，偏频可以取：n 1.90Hz由式（2-1）可得 f

11、 6.93cm2.2.2动挠度 fd第 4页共 30页由设计经验可以知道，货车悬架动挠度的选择范围在6 9cm。1故而本次轻型货车设计取： f 8.0cmd2.2.3悬架弹性特性通过理论的学习我们初步知道悬架受到的垂直外力 F有如下情况，这一外力与由这一外力所引起的车轮中心相应的相对于车身会产生一定的位移f，由二者之间的关系绘制出来的曲线被业内统称为悬架的弹性特性。图2.1就是悬架的弹性特性曲线，途中的各个点的意思已经表明，切线斜率没说明，这里做一下说明，其切线的斜率代表的正是悬架的刚度。图 2.1悬架弹性特性曲线1-缓冲块复原点 2-复原行程中缓冲块脱离支架的点 3-主弹簧的弹性特性曲线4-

12、复原行程 5-压缩行程 6-在缓冲块压缩器悬架的弹性特性曲线 7-缓冲块压缩时开始接触弹性支架的点 8-额定载荷的点悬架的弹性特性一般分为以下两种：1.线性弹性特性；2.非线性弹性特性。由于货车载重质量也大，自身质量也大，所以货车在空载和满载状态时簧上质量变化相对来说大，而我们设计车辆为了提高货车的平顺性，就需要减少振动频率并尽可能的降低车身高度的变化，因此本次设计我们选用刚度可变的非线性悬架。2.2.4悬架主、副簧刚度分配现代货车后悬架种类变多了，可以选择的范围广泛，不过初期制定好了采用有主副第 5页共 30页簧结构的钢板弹簧，设计难度小，应用广泛且工作稳定。这个悬架弹性特性曲线可以由下图，

13、也就是下面的图 2.2表达出来。图中表达的意思是载荷未达到一定值的时候只有主簧参与支撑工作，而副簧在这时候并不参与工作，只有当货车的载荷超过了一定程度，副簧才会通过托架，产生支撑作用，此时，主簧和副簧同时承担支撑作用一起工作。图 2.2货车主、副簧为钢板弹簧结构的弹性特性对于货车来说，自重及载重变化大，所以导致了在实际使用中，很多货车后轴的负荷变化范围非常的大。因此，通过和老师请教沟通，后悬架最终定位了主副簧结构，这一结构可以很好的趋近理想的弹性特性，这是很大的优点。通过多数的实际情况我们了解到，对于运输企业使用的轻型货车来说，一般都是尽可能的多载货物，所以我们的货车其半载运输的情况相对来说较

14、少，通常就按照下面的方法来分配刚度：（1）要求在货车副簧开始起作用时候，货车的悬架挠度 f等于货车空载时悬架的静挠度 f。（2）要求在货车的副簧在开始发挥作用前的一瞬间，货车的挠度 f与货车悬架满k载载荷 F和空载载荷 F必须要存在以下的关系：WF F Fw（2-2）（2-3）ca FwF 1cmFw且ca c c fc（2-4）m第 6页共 30页式中：c代表的是副簧刚度；而c表示的是主簧刚度。接着我们来确定下单个钢板弹簧处于满载状态时簧上的质量是多少：G 后桥重 簧重 轮重g 2710 100 30 30 4 10 12300NF 2而且满载时： F F Fw式中 F代表的是副簧簧上质量，

15、 F代表的是主簧簧上质量。然后我们需要确认单个钢板弹簧处于空载状态下的簧上质量是多少：g 1340 100 30 30 4 10 5450N将n 1.9Hz，m 1230kg代入以下的公式：n c/m /2 可得c 1753N /cm由式（2-3）代入数据可得 12300/5450 2.27由式（2-3）代入数据可得c /c 2.26 1 0.50由此，可通过c c c 1694N /cm和c /c 0.536联立方程式可以得：ca 584N /cm cm 1169N /cm货车的副簧在开始发挥作用以后，近似的去认为它的变形是一致的，从副簧开始发挥作用一直到它最终可以完全到达满载状态的变形 f

16、。F F F 8187N0 W又因为：F F f C f C由此可得如下：fca （F F ）（c c ） （12300 5450）/1753 3.9cmF f C 3.9 584 2278NF F F 12300 2278 10022N第 7页共 30页Fm所以对于主簧来说：对于副簧来说：f 8.57cmFa 3.90cm2.2.5悬架侧倾角刚度及其在前后轴的分配通过书本知识的学习，我们知道悬架侧倾角刚度代表的意思是什么，它所代表的是钢板弹簧簧上质量所产生单位侧倾角的时候，货车的悬架可以反馈给货车的车身的弹性性质的恢复力矩。这一数值对很多因素有影响，比如和我们设计有关的簧上质量的侧倾角就有很

17、大的干扰。由此我们需要考虑侧倾角大小的设定。通过经验设计可知，侧倾角太大或太小都不好，需要找到合适的中间值。这里不得不说明这些数据大小的影响：乘坐那些侧倾角刚度过小而侧倾角过大的货车，对于主副驾驶员来说都缺乏舒适感，而且安全感也极其的差。反过来说，侧倾角过大而侧倾角过小的货车，这样的车稳定感相对好一些，可是对于驾驶员来说缺乏汽车发生侧翻的感觉，也就是通常司机师傅讲的路感。综上，为了取得合适的参数数值，最好的方法是同时使轮胎的侧偏角增大。与此同时需要满足：这一要求在侧向惯性力矩数值等于零点四倍货车重量时，货车的侧倾角最好可以在下列的度数范围内选取：6 7 。第 8页共 30页3钢板弹簧的设计3.

18、1钢板弹簧的布置方案的选择本次毕业设计从简单、稳定、可行的方向出发，确定了布置形式就是对称纵置式钢板弹簧。目前来说钢板弹簧在汽车上的布置形式有纵置和横置之分10。对于后者来说，它的作用主要在于传递纵方向的力，这也就是说我们设计时需要加导向传力机构，如此一来会导致结构复杂，而且货车总体质量也随之加大，总之由于这些不足导致它应用范围很窄，主要在少数轻型汽车或者微型汽车上用。相对来说，纵置钢板弹簧就体现了很多优势，比如说能传递各种力和力矩，这一点就很优秀了，此外它结构简单，制造工艺简单，对于降低汽车成本又一定作用，所以说在车上设计上的应用较广泛，故而我们也采用这一方案。纵置钢板弹簧分类如下：1.对称

19、式钢板弹簧2.不对称式钢板弹簧。钢板弹簧的中部，也就是处于车轴上的固定中心这一处，与我们所设计的货车钢板弹簧的两个端卷耳的中心的距离处于一致，符合上述说法的钢板弹簧就是对称式钢板弹簧。如果上述的距离不相等，那就是另一种弹簧，也就是我们所说的不对称式钢板弹簧。综上所述，同时结合相关的设计经验和设计资料，我们可以可选定CSU1041轻型货车得钢板弹簧的布置形式具体如下：对称纵置式钢板弹簧。3.2钢板弹簧主要参数确定通过2.2.4中，我们对于悬架主副簧刚度分配中的计算可得，货车在处于静止且是满载的情况下，货车的簧上质量以及簧下质量，由此可以很容易得出货车满载且处于静止状态下的负荷以及同一状态下簧下的

20、构件的荷重分别为： G 2710kg，G 250kg。z2通过以上数据可以计算出货车单个钢板弹簧的载荷如下：G Gz2 g 12300N且我们知道在2.2.2中参数动挠度的选择为：fd 7.0cm3.2.1满载时候的弧高 fa第 9页共 30页在轻型货车的设计中，处于满载时候的弧高 f，也就意味着货车车轴上的钢板弹簧在处于满载状态下的时候，它的两端的连线与钢板弹簧主片之间所产生的最大高度差。这一参数可以确定货车是否具有设计给定的高度。通过参考类似轻型货车以及行业设计经验，常常取 f 10 20mm，这一范围内的弧高就可以考虑到塑性变形的影响，并且同时可以在设定车架高的情况下获得合理的动挠度。故

21、而本次设计采用：fa 15mm3.2.2钢板弹簧长度L的确定钢板弹簧的长度指的就是当货车的弹簧处于伸直的状态时，两个卷耳的中心距。通过了解，在合理范围内，钢板弹簧的长度越长，其弹簧的应力便能越低，这样一来可以延长使用寿命。此外如果降低其刚度还可以对改善汽车的平顺性有不小的帮助。一般为了达到以上目的，货车后悬架用钢板弹簧一般的选取范围为： L （0.35 0.45） 轴距。故而本次设计采用上述范围主簧： L 0.35 0.45 轴距 1155 1482 mm，可以取 L 1200mm按经验，副簧基本可以是主簧长度的三分之二，故可取： L 800mm3.2.3钢板弹簧断面宽度b确定需要确定断面尺寸，也就是确定断面宽度b以及片厚h的取值。为了确定断面宽度，我们采用修正后的公式来计算，这一公式就是简支梁公式，用这一方法可以简便的确定总的惯性矩 J。由3.1.1可知本次设计取用对称式钢板弹簧，所以有如下公式可以运用：J0 L ks c 48E （3-1）3上式中：s -U形螺栓的中心距（mm）；k -U形螺栓夹紧（刚性夹紧，k取 0.5）；c-钢板弹簧垂直刚度（N/mm），c F / f； -为挠度增大系数；E -材料的弹性模量（MPa）。第 10页共 30页挠度增大系数 的确定：如果需要先确定这一系数，我们必须先开始确定那些与主片，长度相等的重叠片的片数n，