钢板弹簧悬架系统设计规范完整版.docx

1、钢板弹簧悬架系统设计规范完整版钢板弹簧悬架系统设计规范1 范围本规范适用于传统结构的非独立悬架系统，主要针对钢板弹簧和液力筒式减振器等主要部件设计参数的选取、计算、验证等作出较详细的工作模板。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。QC/T 491-1999 汽车筒式减振器尺寸系列及技术条件QCn 29035-1991 汽车钢板弹簧技术条件QC/T 517-1999

2、 汽车钢板弹簧用U形螺栓及螺母技术条件GB/T 4783-1984 汽车悬挂系统的固有频率和阻尼比测定方法3 符号、代号、术语及其定义GB 3730.1-2001 汽车和挂车类型的术语和定义GB/T 3730.2-1996 道路车辆质量词汇和代码GB/T 3730.3-1992 汽车和挂车的术语及其定义 车辆尺寸QC/T 491-1999 汽车筒式减振器 尺寸系列及技术条件 GB/T 12549-2013 汽车操纵稳定性术语及其定义GB 7258-2017 机动车运行安全技术条件GB 13094-2017 客车结构安全要求QC/T 480-1999 汽车操纵稳定性指标限值与评价方法QC/T 4

3、74-2011 客车平顺性评价指标及限值GB/T 12428-2005 客车装载质量计算方法 GB 1589-2016 道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值 GB/T 918.1-1989 道路车辆分类与代码 机动车 JTT 325-2013 营运客车类型划分及等级评定凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。4 悬架系统设计对整车性能的影响悬架是构成汽车的总成之一，一般由弹性元件（弹簧）、导向机构（杆系或钢板弹簧）、减振装置（减振器）等组成，把车架（或车身）与车桥（或车轮）弹性地连接起来。主要任务是传递作

4、用在车轮与车架之间的一切力与力矩，缓和由不平路面传给车架的冲击载荷，衰减由冲击载荷引起的承载系统的振动，保证汽车的正常行驶。悬架结构、性能不仅影响汽车的行驶平顺性，还对操纵稳定性、燃油经济性、通过性等多种整车性能有影响。悬架是整车的承载系统之一，其钢板弹簧设计能力的大小,直接关系到整车的承载能力。设计中保证一定的使用寿命，重量轻，安全可靠。汽车平顺性（乘坐舒适性）是汽车设计开发中的重要性能指标。悬架是影响整车行驶平顺性的主要系统。悬架弹性特性、系统阻尼和非簧载质量是影响汽车平顺性的主要因素。在悬架设计中,力求保持整车承载载荷范围内，固有频率变化尽可能小，具有适当的阻尼衰减振动,减小非簧载质量避

5、免高频共振。悬架结构形式对汽车行驶稳定性有一定影响。悬架的布置要使整车具有不足转向特性，导向机构与转向拉杆运动协调，前悬架的布置与刚度设计要考虑主销后倾角，避免前钢板弹簧在制动力作用下产生S变形。同时尽量提高前后悬架的侧倾角刚度，降低侧倾中心高度，以利于提高汽车行驶稳定性。5 悬架设计流程概述设计输入整车设计目标物理边界确定主要部件性能指标确定结构设计6 悬架的评价指标客车行驶平顺性的评价指标：用测点位置垂直振动的等效均值来评价。公式中：为等效均值（dB）;为一定测量时间内的加权加速度均方根（m/s2）。评价指标限值如表1所示：表1 QC/T 474-2011 客车平顺性等效均值限值 （单位：

6、分贝）试验车速城市客车其他客车空气悬架其他悬架空气悬架其他悬架30km/h106.0115.060km/h110.0112.590km/h113.0115.0注：悬架为驾驶员同侧后桥（驱动桥）正上方悬架。7 设计输入表2 设计输入表序号名称代号依赖性（可无 必有）备注1市场分析报告2项目建议书3产品概念报告4技术方案分析报告5产品信函6项目描述书主要获取信息： a) 产品市场定位及用户目标，使用区域，平原/山区b) 产品承载能力范围，整备质量、满载质量、超载质量c) 耐久性要求（可靠性里程）d) 平顺性及操稳性要求e) 标杆车型及悬架表3 输入信息表序号名称内容及描述1产品市场定位及用户目标2

7、使用区域（平原/山区）3承载能力整备质量（Kg）4满载质量（Kg）5超载质量（Kg）6耐久性要求7平顺性及操稳性要求是否特殊说明表4 标杆样车公告参数表品牌：车型代号：VIN；公告型号1（）公告型号2（）公告型号3（）承载能力整备质量（Kg）满载质量（Kg）超载质量（Kg）板簧片数前板簧后板簧表5 标杆样车性能参数表（性能试验表平顺、操稳、转向）品牌： 车型代号：VIN；表6 标杆样车结构参数表（检测后获得）品牌：车型代号：VIN；前悬架：（主要结构形式描述）序号名称项目备注1前钢板弹簧总成片数传统结构/少片簧/渐变刚度结构长*宽*高刚度自由/夹紧（S）S为夹紧距弧高自由/夹紧（S）安装倾角及

8、方式2减振器结构单筒/双筒尺寸缸径、最大/最小尺寸，工作行程阻尼速度特性安装倾角及方式3缓冲块尺寸总高/骨架，安装尺寸动行程空车/满载8 悬架系统设计目标a) 承载性目标b) 平顺性目标c) 安全性目标d) 成本目标e) 总成重量目标f) 整车姿态目标g) 整车动行程目标表7 悬架系统设计目标序号项目目标值备注1承载性整备：满载：超载：2平顺性前悬架偏频（空载/满载）：（静挠度/板簧刚度）后悬架偏频（空载/满载）：（静挠度/板簧刚度）3安全性前簧应力（满载/超载）：后簧应力（满载/超载）：副簧应力（满载/超载）：4整车姿态整车倾角（空载）整车倾角（满载）5整车动行程前悬架动行程6总成重量7成本

9、9 悬架系统结构参数的确定a) 前、后悬架系统结构形式（主要部件构成明细）b) 安装尺寸的确定c) 前后钢板弹簧最大工作空间确定(静挠度+动行程)d) 减振器工作行程范围确定e) 车架结构与悬架元件的物理接口f) 前后桥与悬架元件的物理接口g) 整车动行程确定(发动机油底壳与工字梁,前软垫与车架、后软垫与车架)h) 其他附件：典型前悬架结构附图1 典型后悬架结构附图2 表8 前悬架安装尺寸的确定序号名称项目备注1前钢板弹簧总成结构形式少片簧/普通多片簧结构尺寸长*宽安装倾角前桥下沉量前板簧夹紧距板簧前固定支架高度前轮中心到车架上平面距离吊耳尺寸2减振器结构尺寸缸径、最大/最小尺寸，工作行程安装

10、倾角及方式3缓冲块尺寸总高/骨架，安装尺寸动行程空车/满载4骑马螺栓直径5板簧销直径表9 后悬架安装尺寸的确定序号名称项目备注1后钢板弹簧总成结构形式少片簧/渐变刚度簧/普通多片簧吊耳式 / 滑板式结构尺寸长*宽安装倾角后板簧夹紧距板簧前固定支架高度后轮中心到车架上平面距离吊耳尺寸2后钢板弹簧总成副簧支点距长度3减振器结构尺寸缸径、最大/最小尺寸，工作行程安装倾角及方式4缓冲块尺寸总高/骨架，安装尺寸动行程空车/满载5骑马螺栓直径6板簧销直径10 钢板弹簧设计10.1 前板簧：从上面的设计目标与安装尺寸中已得知质量参数、安装尺寸、板簧刚度，下面需进行板簧具体结构设计。首先根据使用状况确定采用哪

11、种板簧（少片簧、渐变刚度簧、多片簧），确定后用现有板簧设计软件进行初步设计计算，结果如下表：表10 前悬架钢板弹簧计算输入内容：项目数值项目数值满载前轮轴荷Yjc( kg )卷耳内径d( mm )满载簧上载荷Fw( N )弹簧销直径d1( mm )满载弧高fa( mm ) U 型螺栓中心距 S( mm )钢板弹簧总片数N弹簧固定点至路面距离hc( mm )与主片等长的片数(含主片)非工作长度系数k板簧宽度b( mm )钢板弹簧截面修正系数路面附着系数 材料弹性模量E(MPa) 输出内容：检验刚度Cj(N/mm)挠度系数 装配刚度Cz(N/mm) 静应力(MPa) 悬架静挠度fc(mm) 比应力

12、(MPa/mm) 偏频f(Hz)极限挠度下的最大应力(MPa) 钢板弹簧卷耳根部应力(MPa) 弹簧销挤压应力(MPa)前钢板弹簧：片序长度 宽度厚度预应力(MPa)固定端应力(MPa)接触点处应力(MPa)123各状态对比表:簧载质量(N)静挠度fc(mm)偏频f( Hz )弧高fa (mm)静应力(MPa)整备满载（如1.5T）超载（如2.5T）10.2 后板簧和副簧：从上面的设计目标与安装尺寸中已得知质量参数、安装尺寸、板簧刚度，需进行板簧具体结构设计。对于主副簧结构，首先确定副簧起作用点，一般按平均载荷法和比例中项法。对于平顺性要求较高的车型用比例中项法，对于经常超载的车型用平均载荷法

13、。具体数值的确定应核算主簧和副簧的应力，使他们有尽量相当的寿命。表11 后主簧计算输入内容：项目数值项目数值满载后轮轴荷Yjc(kg)卷耳内径d(mm)满载主簧上载荷Fw(N)弹簧销直径d1(mm)满载弧高fa(mm)U 型螺栓中心距S(mm)钢板弹簧总片数N弹簧固定点至路面距离hc(mm)与主片等长的片数(含主片)非工作长度系数k板簧宽度b(mm)钢板弹簧截面修正系数路面附着系数 材料弹性模量E(MPa) 输出内容：后主簧检验刚度Cj(N/mm)挠度系数 后主簧装配刚度Cz(N/mm) 静应力(MPa)悬架静挠度fc(mm)比应力(MPa/mm)偏频f(Hz)极限挠度下的最大应力(MPa)

14、钢板弹簧卷耳根部应力(MPa) 弹簧销挤压应力(MPa) 后主簧：片序长度 宽度厚度预应力(MPa)固定端应力(MPa)接触点处应力(MPa)123各状态对比表:簧载质量(N)静挠度fc(mm)偏频f(Hz)弧高fa(mm)静应力(MPa)备注整备满载（如1.5T）超载（如2.5T）表12 后副簧计算输入内容：项目数值项目数值满载后轮轴荷Yjc( kg )板簧宽度b( mm )满载副簧上载荷Fw( N )U型螺栓中心距S( mm )满载弧高fa( mm ) :钢板弹簧总片数N输出内容：后副簧检验刚度 Cj(N/mm) 挠度系数 后副簧装配刚度Cz(N/mm) 静应力(MPa) 悬架静挠度fc(

15、mm) 比应力(MPa/mm) 偏频f(Hz)极限挠度下的最大应力(MPa) 后副簧：片序长度宽度厚度预应力(MPa)固定端应力(MPa)接触点处应力(MPa)123各状态对比表:簧载质量(N)静挠度fc(mm)偏频f(Hz)弧高fa(mm)静应力(MPa)备注整备满载（如1.5T）超载（如2.5T）10.3 钢板弹簧销钢板弹簧销的强度在弹簧设计时同步得到校核，同时确定钢板弹簧卷耳直径。现在钢板弹簧销材料一般选用45#、40Cr。10.4 钢板弹簧衬套钢板弹簧卷耳内的衬套有:金属、橡胶、聚氨酯、塑料等几种。双金属衬套一般适合中重型车，配合油脂润滑系统；橡胶衬套广泛用于小型车辆，承受力不大但能很

16、好地吸收振动；聚氨酯衬套随着改良性能的提高，其承载能力和弹性性能都能很好的满足使用要求，进几年在轻卡上广泛应用；塑料衬套由于成本较低，在低速汽车上大量应用。11 悬架系统验证与试验项目11.1 动力学模型分析与验证车辆平顺性分析凸块路面冲击响应分析随机路面激励响应分析输入:输出:悬架K&C分析轮跳工况下的悬架运动学分析侧倾工况下的悬架运动学分析转向工况下的悬架运动学分析悬架静力学柔度分析输入:输出:11.2 整车性能试验项目与可靠性试验项目试验任务书内容:11.3 钢板弹簧台架试验项目试验任务书内容:11.4 减振器台架试验项目试验任务书内容:11.5悬架软垫台架试验项目试验任务书内容:输出参

17、数表表13 整车公告相关参数表品牌： 车型代号：公告型号1（）公告型号2（）公告型号3（）承载能力整备质量（Kg）满载质量（Kg）超载质量（Kg）板簧片数前板簧后板簧表14 前后悬架部件图纸及明细表内容目标要求设计、验证结果备注设设计依据和原则产品信函（或项目描述书）根据整车的使用情况（含道路状况、使用条件及用户群体等）确定悬架系统的总体方案，为系统各零部件的选型提供依据；整车参数根据整车参数，初步分析各所选悬架零部件与整车匹配的合理性；零部件选型及系统匹配性能 悬架系统 钢板弹簧总成选型（悬架形式，对于非独立悬架需确定多片簧、少片簧、渐变刚度等钢板弹簧形式）根据整车档次、使用区域、用户群体、

18、工作状况及悬架本身的特点等因素确定悬架的结构型式安安装连接要求板簧的安装尺寸根据整车轴距等参数初步确定板簧宽度、片数、片厚的主要安装参数板簧夹紧距离车桥设计参考板簧托距板簧安装方式 性能要求板簧刚度基本要求板簧强度整车侧倾稳定性板簧卷耳强度板簧极限强度确定板簧具体参数板簧不同状态下的弧高不同工况下前后簧频率板簧重量和价格整车前后倾角 减振器总成安安装连接要求上安装点位置车架和车桥设计参考下安装点位置上下运动的极限行程前后运动的极限行程左右运动的极限行程 性能要求减振器的阻尼基本性能工作缸直径不同速度下的压缩力不同速度下的复原阻力减振器吊环的连接方式由轴荷、板簧刚度、工作缸径参考减振器吊环的缓冲

19、垫尺寸缓缓冲块总成安安装位置尺寸安装方式车架、纵梁、钢板弹簧设计参考缓冲块骨架高度缓冲块总高度缓冲块橡胶弹性曲线 性能要求缓冲块橡胶弹性曲线橡胶的性能要求橡胶与骨架粘结强度要求悬支架 安装连接尺寸及性能要求支架与纵梁的安装位置满足装车要求支架的形状设计支架的强度校核其其他附件安安装连接尺寸骑马螺栓直径车型轴荷、车桥设计参考板簧轴销板簧各种工况的卷耳强度要求板簧衬套轴荷的载重参考 系统匹配 性能要求空载整车前后倾角满载整车前后倾角0.4g侧倾角前后悬架的频率及比值整车的最大频率前后悬架铁碰铁时，前后钢板弹簧的强度校核前后悬架铁碰铁时，减振器的极限位置校核在整车各子系统中，悬架系统的型式、布置、性

20、能参数的不同，对整车的各种性能尤其是行驶平顺性有着直接地影响。汽车虽然是一个多质量的复杂振动系统，在理论计算时，我们可利用限制振动质量的部分位移方法，将其简化成一个自由度的振动系统，此时求得的频率为复杂振动之偏频，公式为：1=2=式中C1、C2前、后悬架刚度；M1、M2前、后悬架簧载质量；L汽车轴距；L1、L2质量重心至前后轴距离；质量分配系数；=1时,前后轴上车身点的振动不存在联系,此时的偏频为1=、2=。车身振动固有频率n以每周多少赫兹表示,则n= 公式(2-1) 从上述公式中可以看出,车身振动固有频率n，主要由簧载质量M、悬架刚度C决定。在悬架设计中,通常把力和变形的关系曲线,称为悬架的

21、弹性特性曲线。 图1中a)所示的曲线特性为线性弹性特性，即悬架变形与所受载荷成正比，因此其悬架刚度C是常数。由公式(2-1)可知，车身振动的频率随载荷而变化，一般的前悬架采用普通钢板弹簧时，弹性特性即如此。图1 弹性特性曲线图1中b)所示的弹性特性曲线，为变刚度悬架的非线性弹性特性，由于刚度C随载荷而改变，可以使得在载荷变化时，保持车身的固有频率不变，从而获得良好的汽车行驶平顺性。这时，在曲线上任意点M满足：P/CM=fc式中P特性曲线上任意点M的载荷；CM任意点M的悬架刚度；fc在静载荷Pc时，为良好平顺性所要求的悬架静挠度。需要说明的是，理想的弹性特性曲线上任意点M的静挠度fc是相等的，车

22、身的固有频率不变；这种等频特性，在主动控制悬架系统中（如空气悬架、油气悬架）由电脑系统智能控制是可以实现的。独立悬架系统中可以通过合理选择导向杆系的运动关系，使线性的弹性元件在车轮接地点上转化为非线性的悬架特性。在非独立悬架结构中，可以采用组合方式构成复式弹簧，或加装橡胶弹簧及限位块等措施，使弹性元件本身具有一定的非线性特性。 表15 前悬架钢板弹簧计算输入内容：项目数值项目数值满载前轮轴荷Yjc(kg)卷耳内径d(mm)满载簧上载荷Fw(N)弹簧销直径d1(mm)满载弧高fa(mm) U型螺栓中心距S(mm)钢板弹簧总片数N弹簧固定点至路面距离hc(mm)与主片等长的片数(含主片)非工作长度

23、系数k板簧宽度b(mm)钢板弹簧截面修正系数路面附着系数 材料弹性模量E(MPa) 输出内容：检验刚度Cj(N/mm)挠度系数 装配刚度Cz(N/mm) 静应力(MPa) 悬架静挠度fc(mm) 比应力(MPa/mm) 偏频f(Hz) 极限挠度下的最大应力(MPa) 钢板弹簧卷耳根部应力(MPa) 弹簧销挤压应力(MPa) 钢板弹簧：片序长度 宽度厚度预应力(MPa)固定端应力(MPa)接触点处应力(MPa)123各状态对比表:簧载质量(N)静挠度fc(mm)偏频f( Hz )弧高fa( mm )静应力( MPa )整备满载（如1.5T）超载（如2.5T）前悬架钢板弹簧计算： * 原 始 数 据 * - 满载前轮轴荷 Yjc ( kg ) : 1480.0 满载簧上载荷 Fw ( N ) : 6345.5 路面附着系数 : .8 材料弹性模量 E ( MPa) : .21E+06 非工作长度系数 k : .50 钢板弹簧截面修正系数 : .92 满载弧高 fa ( mm ) : 5.0 钢板弹簧总片数 N : 7