某货车悬架系统的设计【优秀课程毕业设计含5张CAD图纸+带开题报告+文献综述+外文翻译】-clsj14

某货车悬架系统的设计【优秀课程毕业设计含5张CAD图纸+带开题报告+文献综述+外文翻译】-clsj14某货车悬架系统的设计摘   要随着技术的不断革新，悬架系统逐渐走进了人们的视线，如今几乎已经成为了我们所使用的汽车上不可或缺的一部分。它的作用简单直接，该悬架作为现代汽车的重要总成之一，它能够把车架与车轴弹性地连接起来。主要的任务就是传递车轮与车架之间的一切力和力矩。还不止如此，在路况不佳的时候它也能起到减弱车身震动，起到保护汽车的作用，使石头或其他杂物带来的冲击力度降低。   悬架主要由三部分构成（导向设备、弹性件儿、缓冲块）   优良的减震能力，使车的主人能够时刻保持稳定的行驶，并且行驶过程舒适 ，悬架已经成为了现代汽车上必不可少的一部分关键词悬架；振动；稳定性The Design Of Light Truck SuspensionAbstractThe suspension is one of the important assemblies on the modern automobile, which ties the frame and axle to the side. Its main task is to transfer all forces and moments between the wheel and the frame; Cushion the impact load on the car frame, reduce the vibration of the carrying system, and ensure the smoothness of the car. Enable the car to drive fast.The suspension is composed of the guiding device, the elastic component, the buffer block, the shock absorber and the transverse stabilizer.The suspension can improve the comfort of the car very well, reduce the shock of the car, and make the car ride smoothly.Keywords Suspension； Vibration；Stability目   录摘   要IAbstractII目   录III第1章 前言5第2章 72.1 独立悬架72.2 悬架选择的方案确定72.3 本章小结8第3章 93.1 悬架静挠度93.2 悬架动挠度103.3 悬架弹性特性103.4 前悬架主销侧倾角与后倾角113.5 本章小结12第4章 134.1 少片弹簧的设计134.2 钢板弹簧的设计144.2.1少片弹簧的设计144.2.2钢板弹簧主要参数的确定144.2.3钢板弹簧各片长度的确定174.2.4钢板许用静弯曲应力验算184.2.5夹紧液压缸的计算184.2.6钢板弹簧强度验算204.2.7钢板弹簧强度验算214.3 本章小结22第5章 基于MATLAB的平顺性评价235.1 MATLAB简介235.2 汽车平顺性介绍235.3 汽车平顺性模型的建立245.4小结25结论27致谢28参考文献29【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】A0-前悬架装配图.dwgA0-后悬架装配图.dwgA1-前钢板弹簧总成.dwgA1-后钢板弹簧总成.dwg减震器-A2-02.dwg减震器副本-A2.dwg外文翻译.doc文件清单.txt某货车悬架系统的设计.doc某货车悬架系统的设计开题报告.doc某货车悬架系统的设计文献综述.doc 1 译文标题 悬架系统的基本原理 原文标题 者 名 斯科特 国籍 美国 原文出处 ： 悬架系统的基本原理 悬架系统虽不是汽车运行不可或缺的部件，但有了它人们可以获得更佳的驾 史感受。简单的说，它是车身与路面之见的桥梁“ 悬架的行程涉及到悬浮于车轮之上的车架，传动系的相对位置“就像横跨于 日金山海湾之上的金门大桥，它连接了海湾两佣。去掉汽车 上的悬架就像是你做 一次冷水潜泳通过海湾一样，你可以平安的渡过整个秋天，但会疼痛会持续几周 想想滑板吧！它直接接触路而你可以感受到每一块砖，裂隙及其撞击。这简 气就是一种令人全身都为之震颤的体验“当轮子滑过路面时，就会在此产生震动， 中击，这种震动的旅程时对你的身体和勇气的检验。如果你没感到随时都有被掀 之势，那么你或许会乐在其中吧！ 这就是你会在没有悬架的汽车上将会体验到的“ 汽车的悬架分为两种基本类型：整体和独立悬架。 整体悬架（也叫刚性梁，刚性轴）是联接车辆上下两部分的一种主要形式“ 一如其才，它是用 一根金属材料一一一轴，来连接两侧车轮的。钢板弹簧在车架之 ；在两半轴中间装有差速器，允许两儷的轮子以不同的角速度旋转。 整体式悬架的车辆在行进中，由于两侧的车轮共用一根周因此，当某 一侧车轮跳动时另一侧也会随之运动“它们的反馈结果就像是一个整体“可以想 的到，这不可能有舒适的驾驶体验的。 虽然可以借助于弹簧来衰减猛烈的震动，但仍然存在较强的震动“那么，既 尜如此为什么还要用这种悬架呢？第一，它很坚周，由于采用了一体化的结构， 定轴式悬架系统具有着其他方式悬架不可替代的承载能力”它们经常应用于行 史于较差路况 的车辆。你可以在卡车和重载车辆上见到它。 一种由固定轴式悬架变形系统叫做 架系统（或叫半固定轴式在这 种结构中，有两根刚性轴而非一根“这种设计可兼得较大的刚性和较好的韧性， 通常用于轻卡的前悬。 另外一种基本结构是叫做独立悬架的系统。想它的名字一样，匕是由两个独 立存在的“桥“分别连接两侧的车轮。到目前为止，这种结构可以提供最舒适的 乘坐环境，多见于乘用车，小型货车和其他的小型车辆。这是目前较为流行的一 种悬架系统。如果你喜欢较软的悬架，那么独立悬架无疑是最佳选择。 除了轴，车轮，轮胎，今天的悬架系 统使用的两个重要部件是弹簧和减震器， 2 以增强车辆的安全和舒适性“ 弹簧： 在一辆车上弹簧是悬架系统的主要部件“有集中不同的弹簧，比如扭杆弹簧， 但几乎所有的车辆都采用螺旋弹簧来构成四轮独立悬架系统“许多卡车也用螺旋 弹簧，而重载卡车则使用弹簧安装于其后悬。 弹簧可以减缓和储存来自路面的振动，冲击等能量“它通过压缩和伸展来衰 减振动。当一辆车子的某一个轮子遇到一个凸起而向上跳动时，弹簧就会衰减额 外的能量。以此来保证能量传递的连贯性，在此过程中确保车轮始终与路而保持 接触。 弹簧压缩或伸展量的大小是由“弹簧刚 度”决定的。弹簧刚度以每英寸的变 形量是由多少载荷所引起来表示的。比如， 1以 200 磅的负荷可以 产生 2变形量。弹簧变形量是由很多的因素决定的。对于蟈旋弹簧而言 包括有效圈数，弹簧中径，弹簧钢直径。有效圈数越少，刚度越小。 弹簧的设计影响到车辆的舒适性与操纵稳定性。由于弹簧衰减了大部分的能 量，因而可以提供较好的驾驶环境。毕竟它可以衰减由于路面产生的能量。但总 会有工程交换的。这种弹簧会使车辆的重心较高，从而在轮子跳动时导致不稳定 工况这种工况的产生是由于弹簧的压缩和伸展的量 不同而引起的。车身的“翻 滚”大都发生在悬架之上。这种“翻滚”叫做载荷转移，是由于某一车轮跳动是 汽车的重心偏移的离心力所引起的“载荷转移可能导致某一车轮承受较大的附加 载荷，这将会产生有害的拖拽力，不利于操纵稳定性。 减振器： 悬架的另外一个重要部件是减震器减震器在悬架系统中扮演着衰减振动最 后防线的角色，而这本是弹簧的职责。减振器可以衰减由于路而致使弹簧上下跳 动而产生的振动的影响“ 人们不喜欢限程减振器；他们更喜欢阻尼器“如果不加处理一一一就是被你， 我叫做振动衰减器东西“ 减振器丁作中有两个行程一一 压缩和伸张。压缩行程发生在活塞向下运动， 在活塞套筒密闭的内室向下挤压液压油“伸张行程发生在活塞向上方的套筒顶部 运动时，此时被压缩的液体将向上充满套筒“ 如果没有减振器，弹簧衰减的能量将会以不可控制的速率释放。弹簧的惯性 将导致它猛烈的弹回和扩张。这时弹簧还可以再次被压缩，但是又会被压缩过量。 此后，弹簧仍旧会以其自然频率被弹回直至它的能量被摩擦力损耗完。这种作用 十分不利于车辆稳定性“ 迷惑了吧？ 1 下面是个模型（来阐释这个概念）。如果你有一个劃带 且近日又没用它，你可以用它做个试验。用手拿着它在空中使他 压缩。现在， 拿着一端放丿 带就会衰减由于地心引力而产生的潜在能量。（就像 3 车 上的弹簧衰减路面的振动那样），它会上上下下的持续很长时间“如果一辆车没 有减振器的协作它就会像这样“ 你可能听过“支撑杆”这个单词，或者更平常点的麦弗逊一支撑杆。这个杆 通常是作为减震器的主要结构部件。对于支撑杆，减振器是安装在螺旋弹簧内圈 的“如此也可减少空间，成本也不高。许多车都用麦弗逊式的结构“ 振动和支撑杆可以帮助控制悬架在允许的范围内快速运动。这对于保持轮胎 与地面接触是很重要的“大多数的减振器在设计时更多的 考虑增加弹簧伸展循环 的阻力”这是因为扩张行程决定着汽车弹簧的重量（通常为悬架重量的 50 _ 100月另一方面，压缩行程决定着车辆的非悬架质量（车轮，轮胎，刹车，一 半的悬架质量。 4 附录： 原文 he to of a r a in of it as a of of a s it be a c0 of a t ou Its a s up a a up in ou if t at at a we up a s at a of Is up of a in As to on ， a So at of ll in A of is 一 of a of of a o it in of he s c s a by in hs is of in we In to 5 by a by a s a a is in of 100 o, 200 is on a of e of of I he a it f a II of a of is by ut is to m s in is of s of on of of 指导教师评语 外文翻译成绩： 指导教师签字： 年月日 注： 翻译的外文文献与毕业设计（论文）的主题是否高度相关，并作为外文参考文献列入毕业设计（论文）的参考文献；翻译的外文文献字 数是否达到规定数量（ 3000 字以上）；译文语言是否准确、通顺、具有参考价值。 摘 要 随着技术的不断革新，悬架系统逐渐走进了人们的视线，如今几乎已经成为了我们所使用的汽车上不可或缺的一部分。它的作用简单直接，该悬架作为现代汽车的重要总成之一，它能够把车架与车轴弹性地连接起来。主要的任务就是传递车轮与车架之间的一切力和力矩。还不止如此，在路况不佳的时候它也能起到减弱车身震动，起到保护汽车的作用，使石头或其他杂物带来的冲击力度降低。 悬架主要由三部分构成（导向设备、弹性件儿、缓冲块） 优良的减震能力，使车的主人能够时刻保持稳定的行驶，并且行驶过程舒适 ，悬架已经成为了现代 汽车上必不可少的一部分 关键词 悬架 ； 振动；稳定性 f he is of on to is to on of of to is of of of 录 摘 要 . I . 录 . 1 章 前言 . 4 第 2 章 . 6 立悬架 . 7 架选择的方案确定 . 7 章小结 . 错误 !未定义书签。 第 3 章 . 错误 !未定义书签。 架静挠度 . 9 架动挠度 . 9 架弹性特性 . 10 悬架主销侧倾角与后倾角 . 11 章小结 . 12 第 4 章 . 错误 !未定义书签。 片弹簧的设计 . 13 板弹簧的设计 . 错误 !未定义书签。 片弹簧的设计 . 14 板弹簧主要参数的确定 . 14 板弹簧各片长度的确定 . 17 板许用静弯曲应力验算 . 18 紧液压缸的计算 . 18 板弹簧强度验算 . 20 板弹簧强度验算 . 20 章小结 . 错误 !未定义书签。 第 5 章 基于 平顺性评价 . 错误 !未定义书签。 介 . 错误 !未定义书签。 车平顺性介绍 . 23 车平顺性模型的建立 . 23 结 . 23 结论 . 26 致谢 . 27 参考文献 . 28 4 第 1章 前言 架研究的目的和意义 汽车悬架有其不可或缺的作用，它能够传递力与力矩，同时还可以将车辆的前后有机地联结为一个整体，一边传递着力一边控制着车辆行驶是的位置。 虽然功能很多，但其最显眼的作用在于它对于力和力矩的传递，有了这个功能汽车便能随时随地保持稳步前行。大多数由于路况不佳而在此的不同程度的破坏，悬架系统都能轻易的将其克服。最大程度地保护了车主的利益。然而想要达到这种理想的目的，我们就需要把汽车的车身与车轮有机地联系在一起 ，这是以来悬架传递出力与力矩，传递竖直方向的载荷，悬架发生形状变化把动能转换为机械能，这样目的就达到了，缓冲顺利完成。在完成了这些器件的联结之后，汽车就好比是有弹性件儿和弹簧所构成的一个系统，这种系统能够承受大程度地冲击力。为了能够减少无谓的振动，悬架系统中还需要包括减震器。另外，导向机构的运动有可能改变车辆参数，同时汽车前后侧倾的中心位置也会变，因此能够对汽车的整体稳定性能产生影响。近些年来汽车悬架的结构一直在经历着不断的改进，然而仅仅从结构功能来看，一般都是由传统的三部分组成。在一些特定情况下，个别零件 同时其几种或者多种作用，我们最常用的麦克弗逊悬架就是个明显例子，它能够同时有上面两张功能。 不同类型悬架都有其独自的特点，非独立悬架的特征是：左、右车轮之间钢性连接，若是一边车轮的变化凸起，就会对另一侧产生直接影响。而独立悬架的特征是：左右相辅相成，同时变化。 有了前面的介绍加上我们要做的汽车，可以得出结论，前悬应用少片弹簧后悬应用刚板弹簧。 振动系统影响诸多零件的寿命此外，因此务必对下面这几个要求进行严格把控： 1. 导向机构与转向杆系相互协调，避免相互干涉； 2. 侧倾中心位置得当，汽车转弯时具有抗 侧倾能力，汽车加速时能随时保持车架的稳定，防止发生汽车在制动时的车身倾斜。 便于放置悬架； 5. 零件强度、寿命过关； 6. 制造成本低； 7. 便于维修、保养。 5 架研究的目的和意义 1934 年世界上诞生了第一个被动悬架。其参数在行驶过程中始终保持不变。它很难适应各种不断变化的路况，因此它的效果较差。人们为了改进这种缺陷，使用了调节车身高的方法，产生了一定的效果，但是仍然有很大的缺陷。现代轿车多采用麦弗逊式悬架，比如桑塔纳，后悬架则有诸多选择，一般多采用复合式纵摆臂 悬架或者多连杆悬架。 近些年来汽车发展迅猛，汽车的速度有了突飞猛进，被动悬架的弊端越来越明显，因此开发出了主动悬架。 1954 年美国首先提出了主动悬架的想法。基于之前的被动悬架，改进了控制装置，使得新型的悬架可以在多种路面行驶。新的悬架系统在二十世纪后期受到了广泛的应用，安装了这种主动悬架的车辆，可以在多种路况中保持车辆平稳，乘坐舒心，但同时也面临价格高昂，油耗量高等问题。 在我国，基于多种因素多数车辆仍使用被动悬架。尽管主动悬架提出的很早，但其实在难以控制，同时主动悬架牵扯到诸多学科，想要有所突破困难很大。 在二十世纪末期，在我国也仅有少数屈指可数的单位正在研究主动悬架。被动悬架的机械结构的刚度以及阻尼都无法改变，依照先前理论，它仅在某些条件下拥有良好性能，但是他的优势在于研发多时且理论基础丰富，成本低廉且方便。就目前的情况看来，依旧适合研究。对于他的性能主要讨论下面几个问题： 1）首先建立三维模型，再使用电脑对其进行仿真确定最有参数； 2）为了使悬架能够尽量适用于多种多样的路况，要研究阻尼减震器以及可变刚度弹簧； 3）基于以上两个问题的前提条件下，需要提高其稳定性能，也就是导向机构的研究。 阻尼减震装置即可节 流孔来控制阻尼又可降低或提高粘性变化阻尼，这两种方法造就了减震器的两种类型。节流孔可以通过电磁阀以及布近电机做调节，此种方法花钱多，同时结构较为复杂有不容易生产，另一方面如果改变减振液的粘性对阻尼系数做调整，它就有了花销低廉、噪声和冲击低等优点，所以这种方法是目前的主要研究方向。目前国外，一种是电流变液体，另一种是磁流变液体，都可以调整减震液的粘性。执行策略需要先敲定性能指标，然后在设定控制器。目前为止，这方面应用还比较模糊。 主动悬架的研究方向分别为可靠、可执行。主动悬架需要用到大量的传感器以及各种接口 ,，所以造成了元器件的可靠性有所不足，需要通过提高集成程度解决，这是个很困难的阶段。研究执行器主要通过把液压期间更换成电动期间。电动力系统具有诸多的优点，日后将会有大作用，很有可能取缔液压机构。使用磁蓄能原里，并且与参数估计相结合，就有可能 6 会设计出一种主动悬架，这种悬架能源消耗量低且性能优秀。有希望把主动悬架变为现实应用变为可能。 每一次悬架技术的技术革新，其实都代表着多种学科在不同程度上的进步。计算机的发展、制造技术的革新、自动控制原理等等，以上这些技术均提供了巨大保障，使我们的汽车悬架能够更上一层楼。当然 相对低，汽车悬架技术的改进也会回馈相关科学技术，同时也对我们的科研人员提出了更为苛刻的要求，为我们走上新台阶做铺垫。 架研究的目的和意义 此次研究目的是了解汽车悬架系统的特点，能够根据汽车的实际使用情况选择合适的悬架。确定好给定货车的悬架系统后，对前后悬架进行设计计算，并通过计算机辅助设计，建立模型，最后采用 程对汽车的行驶平顺性进行评价。 7 第 2章 悬架确定 立悬架 独立悬架拥有如下特点（对比非独立悬架）： 非悬挂质量轻便 ,悬架传递给车身的力小 ,可以有小弟改善汽车稳定性和轮胎的抓地能力。 1. 左右 两侧的轮子跳动不产生直接影响，能够缓解整车的震动； 2. 横向方向的占用空间少，方便摆放发动机的位置，顺便也降低了整辆车的重心，形势稳定性能大幅提高； 3. 驱动轮转向更易达成。 非独立悬架的特点如下 : 1. 双臂式独立悬架 特点 :出色的稳定性，灵活多变； 2. 麦克弗逊悬架 特点 ：这种悬架吧减震机构以及导向装置相互整合在一起，把不必要的部分去除，因此腾出了大块空地，无形中减少了制作成本，结构得到优化，对于发动机的放置问题和车辆行驶的稳定都是巨大的提升； 3. 滑住摆臂式悬架 特点 :汽车后备箱空间充裕，出行快捷且方便，适合家用； 特点 :此种悬架有一种缺陷，就是车辆跳动过程中内倾角与外倾角变化大，所以作为前悬架并不合适，但另一方他的特点是侧倾中心高，结构普通。 架选择的方案确定 当下在我国车辆的悬架选取的常用方案有以下几种：前轮应用独立悬架，后轮应用非独立；前后轮同时应用非独立悬架等几种方案。 虽然方案很多，但是针对不同车辆，产生的效果不尽相同。 悬架作为隔离路面与驾驶舱的重要部件是决定车型驾驶体验的关键，纵观整个乘用车市场，不可否认独立悬架的定位确实高于非独立悬架，但在 10这个两种悬架类型交接的地方难 免会出现类似于豆腐脑的甜党与咸党之争。独立悬架，特别是多连杆独立悬架在操控性和舒适性上有着先天优势，调教上更有潜力，但很多车企在板车悬架的调教上积累了丰富的经验，已经能够最大限度压榨这种悬架的实力，其性能相比某些自主研发的独立后悬有过之而无不及，例如法系车。 还有，如果前悬架应用非独立悬，前轮有可能会发生振动的情况，这样会影响汽车平顺性是，因而前悬架多应用独立悬家。 这次的课题是为轻型货车选择合适的悬架系统，为了降低成本，结构 8 方面节约空间，考虑后悬架应用刚板弹簧架，而前悬架应少片弹簧悬架。 9 第三章 各参数的 确定 架静挠度 悬架经挠度的公式 c / 。 (满载静止状态下 ) 车辆上的振动系统有他的固有频率，作为重要参数，是测定汽车平顺的重要指标。系数 大约可以取为 1，因此汽车前、后轴的振动没有联系。故可以应用下式表示 111 21 （ 3 式中， 1c 、 2c 分别代表前后的刚度； 1m 、 2m 分别代表前后的簧上质量 式中， g 取为 将 1 2回上式中 115 （ 3 分析上式可知：经挠度的选取十分重要，他会影响到汽车行进的 稳定，所以选取它的参数务必谨慎。 根据书上规定，我们选择的后悬架的经挠度对比前悬架需要略小一些，同时两者的数值尽可能地接近，经过实力证明，这对于防范车身倾斜有很大用处。根据课本记载，一辆正常车辆通过某个路障， 1n / 2n 1 的情况下的从倾角要比 1n / 2n 1 时小，所以选取 2 为合理。为了使坐在靠后的人们乘车舒服，前后悬架的偏频越相互接近越好。 汽车种类多得数不胜数，故其各项要求也都不尽相同。以我们生活中最常见的几种汽车为例，人们队平顺性的要求大致为一下几种：轿车大客车载货汽车等。多数普通车辆（满载），它的前后悬架偏僻会有少许不同，前悬架： 兹，后悬架： 兹。实际上轿车越高端，偏频会变小。所以取定 1n = 2n =代入 115 得1四舍五入取得 113 厘米， 211 厘米 。 架动挠度 悬架的动挠度 示悬架变形到极限的时候，车轮的中心点到车身中心点在竖直方向移动的距离。为了避免车辆在糟糕路况的情况下被碰撞损 10 伤车体，这就需要提高我们的动挠度。 与前面所提到的静挠度类似，各种各样的车型对于动挠度也都有不同的要求，轿车、客车、货车的动挠度数值大概在 5们可以显而易见第选择软质悬架用来减少偏频，不过这样做的坏处在于其更易变形。大多数时候多数货车的动、静挠度相加=13 厘米。故在工作行程范围允许内，选取动挠度数值 13 厘米。 前悬架簧载 m=600 千克 ,空载簧载 m=470 千克，偏频取为 1n =悬架簧载 m=1300 千克 ,空载簧载 m=430 千克，设计偏频取为1n =针对空载情况，代入 111 21 得 1c =53N/2c =148N/ 架弹性特性 在竖直方向给悬架一个力 F 以及因此车身中心所发生的位移 f (即外形变化 )的曲线图叫做弹性特性曲线。沿着斜向做切线，它（也就是 k）表示钢度。 一般这种弹性曲线图分为非线性和现行曲线图两种。由简单的数学知识可知，若这个曲线图呈现为一条斜向的直线，此时称他为线性弹性曲线图， k 保持不变；若 这个曲线图成纤维一条弯曲且不断变化的曲线，此事称他为非线性弹性曲线图， k 值不停发生变化，虽然它一直在变化，但也有好处。在曲线缓慢变化的曲线处说明其稳定性能好；相对地曲线变化陡峭的地方，钢度更大，这样增大了动挠度的有效范围，相比平缓出更加灵活。这里牵扯到一个词叫做悬架的动容量，它表示车辆从启动开始到达最大变形过程中所用去的能量。提高车辆的东容量可以降低被缓冲块刺穿的情况。 货车与客车的车身高度不同，振动频率也不同，但是这两者的簧上质量 m 变化均非常大，更易采用非线性悬架，因为其钢度 k 可以改变。对于轿车来说，它的 簧上质量不成问题，可以采用线性悬架。但是出于对整车的保护，为缓解外界对车身的碰撞以及弯道处的安全性能，最好也采用更为灵活的非线性悬架。 钢板弹簧的弹性曲线被看作为线性曲线。 11 图 3 1 悬架弹性特性曲线 7 缓冲块压缩时开始接触弹性支架 8 额定载荷 悬架主销侧倾角与后倾角 主销角的原理 :车辆的注销角都是不同的，没有一种车型是固定不变的。前段的载荷把力传递给车轮中心，然后在传递给转向轮，有了上述的条件就被叫做注销。 1. 后倾角 :车轮中心在竖直方向上与轴向在平面内的夹角。 2. 主销后倾角的作用： (1)后倾角的大小是车辆行驶稳定的有力保障，大的后倾角，能够产生足够大的离心力。是稳定性增强。即使如此也要把它控制在一定范围，如果去了一个比较大的后倾角有可能会带来转向不便的麻烦，这是没有必要的。 (2)车轮的调整汇正可以通过后倾角的变化来调节，这是一种很好有效的方法。 此时我们取后倾角 3。 是悬架在组装的时候，会向内略微凹陷一个角，此时这个角就是内倾角。 (1)主销内倾角的作用： a)有助于车轮自动回正； b)使转向更加快捷灵便。 12 (2)主销内倾角的确定： 多数常用的车辆内倾角选取大概在 6 度至 8 度多，一直到了二十世纪末发生了改变，变为 10 度至 12 度左右。 13 第四章 弹簧设计 片弹簧的设计 少片弹簧有其独特的特色，大多数有三片大小宽厚一致的叶片所构成，正是有了这种特点，因而越来越多地把他用于商用汽车。弹簧之间多方有所料垫片，垫片可以有效地缓解摩擦，起到保护弹簧的作用，同时对比多片弹簧，他的质量更加轻便，约减少了百分之三十左右。 图 4少片弹簧叶片 式中 , )/()( 1212 ， )/()( 121221 。每一个弹簧的)(163232 为了求系数 k 代入，即 422)1()11()1( )1)(1(411(23 k 式中，21 ； 21 ； 。 当 )12(21 212 时，弹簧力最大时候 处，此处2 ，其应力值 23m a x a 。 当 )12(21 ， 最 大 弹 簧 力 反 生 变 化 ， 在 B 点，其值222m a x 23 a。 通常不会 。 在有多组弹簧的状况下，钢度 c 的值就是所有弹簧钢度的代数之和，而应力的数值取决于每个单个片儿收到的载荷量。宽度通长的取值为 75 14 至 100 毫米，我们需要取得值接近 75，此处我们取 76 毫米。至于 厚度不能太薄，至少要大宇 8 毫米，防止抗压力的程度不足而产生断裂，这里我们取值 h=10 毫米。 错误 !未指定书签。 片弹簧的设计 弹簧放置在车辆上有横向放置和竖向放置两种。横向放置这种需要另外加上导向传递机构（存在纵向力），把它的质量变沉，结构更加繁琐，这些弊端让它仅仅能应用于少数车辆。而纵向放置弹簧与之相反，在这里我们应用后者这样的方式更为妥当。 纵向放置弹簧亦分为两种类型：对称型号和非对称型号。如果弹簧两侧中部至车身的中心的距离相一致，我们称之为对称型号；反之若不一致，叫做非对称型号。我 们家常所使用的通长为对称型号的。至于那些使用非对称型号的原因是需要调整轴间距离来达到目的。 板弹簧主要参数的确定 开始状态下车辆的簧上 m=1300 千克经挠度由上文可知为 11 厘米，同理动挠度为 13 厘米， L 取 3950 们将弹簧安放至车身上之后，弹簧片和到它两边之间的距离就是上文提到的满载弧高 假如我们的满载弧高为零的条件下，钢板弹簧处于一种相对对称的位置 。车身高度已经确定为固定数值的条件下，此时选取动挠度，往往取 10至 20。 选定 弹簧延展放开后两边耳朵中心相差的距离即为 L。为了改善汽车性能，延长汽车可利用寿命，使行驶更加稳定，可以通过延长 L 的距离。如果竖直方向的钢度 c 为一定值， L 还能营销到钢板弹簧的竖向钢度。这个竖向叫发生变化作用于弹簧之上，既能起到加强纵向角钢度作用，也能对车轮产生里是弹簧发生变化。 L 选取的足够长，不方便在车辆本身上放置。但在条件允许的时候，我们的 L 最好能多取一些为好。 为了方便选定 L=百分之三十七的轴距，即为 L=37% 3950461 15 图 4a)为更精确确认钢板髋度，在这里将引入挠度系数 对其进行调整，受到韧性，强度等因素的干扰，需要等量截面的数学式子进行计算。 根据这个引入的系数我们能够得到一个总惯性矩。 430 48/)( (4上式中， s 为 U 形螺栓两个中心点间距 (因为想到 U 型螺栓在弹簧收紧的无效长度（ k 为零）； c 为 钢板弹簧竖直向刚度 (N cW ; 为挠度增大系数； E 代表材料的弹性系数。 E 取值 10 计算出 cW = = 8/)( 30 ，求出0J=7643N/ 0W 的系数计算公式得出： 0W 4/)( WW (4式中， W表示许用应力。 对于 60种类型的材料，经过加工表面过后，一般许用应力的选取遵循下列规律：前侧弹簧多为 350 450N 2后侧主弹簧多为450 550N 2后侧副弹簧为 220 250N 2 许用应力 取 500 N 2将式 0W 4/)( WW 待到下面式子 16 4200 6 )(2 (4求得确定了接着就要确定 b（宽度）。宽度的薄厚决定了两边耳的强韧性能，然后即使如此在汽车本身受到力而发生侧倾是，会迫使弹簧所受扭曲应力上升。弹簧的宽厚选择需要谨慎，宽度不足或者过厚都将影响转轮的转角以及弹簧整体的薄厚。据以往的经验宽与厚的比值 大约从 6 至 10 之间。这里选取 b=75 毫米。 b)关于弹簧厚度 h 的选取，惯性力矩 0J 的计算公式如下： 430 12/ (4式中， n 为钢板弹簧数量。 求得 h=式 (4以得出，只要任意调整宽度、厚度或者片数其中的一个，惯性矩 0J 都会随之发生或大或小的改变；然后再看式 (4知，总惯性力矩0c 的数值，其实就是使车辆变得更不稳定，这不是我们需要的。在上述三者之中，弹簧片厚度的改变毫无疑问产生了巨大的影响。弹簧厚度一旦 增加，间接地我们可以使用更少数量的弹簧片。每一个弹簧片的厚度选取不一定需要完全相同，但是多数情况下人们都会选取一样的弹簧片，既方便选取，又方便使用。然而在此处由于对于环境条件恶劣的前提下，我们不得不提高主片变厚，再把其余各片削薄以满足工作条件。多次调整之下，既保证了弹簧片使用年限又满足了规格，薄厚比最后确定应该 根据国家规定， b 和 h 的选取务必国产型号。 c)钢板断面的外形 : 矩形断面的中间存在一根轴，它位于断面的中心(图 4 3)。它的两侧受力完全相反，但两面都受到应力。上下的外表面同样受到完全相 反的应力，其数值上完全相同。我们所使用的钢板的扛压能力要超过抗拉能力，故必是受到拉力的一侧率先出现断痕，材料因疲劳而损坏。为了能够应对这种不必要的损坏，需要调整中间轴的位置，从而使受到压力的那一侧受力增大，缓解另一面的力量，这样就延长了钢板弹簧的使用寿命，并且省下了一部分可用材料。 17 图 4片断面形状 d)关于弹簧数量的选择我们以尽量少为目标，因为少量的弹簧片既能减少成本，采购方便，还能减少很多工作量（比如装配时间短 ）。同时弹簧片数量少产生的摩擦也就减少了，磨损没那么严重，间接延长了使用寿命。缺点就在于材料的利用率不足，不能充分发挥其本身作用。根据以往经验，弹簧片多在 6 到 15 片，而应用少片弹簧的时候，一般在 1 至 4片。 在此处选用多片弹簧，选择 7 片。 板弹簧各片长度的确定 钢板弹簧的外形形似菱形一般，他的厚度都一致二宽度则不停改变。我们需要把这个类菱形的钢板分成几份切割开，形成几个形状差不多的弹簧片，紧接着吧他们都摞在一起（安装它们的形状相似程度），这样便有了我们需要的有用的钢板弹簧。这种手动切割出来的钢板弹 簧并不是标准意义上的三角形状，但是我们也并不需要它是标准的，我们要的只是为了它能够有效地传递车轴与两耳的力。这些三角形弹簧要具备一些宽度，合理应用中间形状是巨型的双梯弹簧更具有使用价值，它可以取代前面的三角形弹簧。它的长度可以更改，且都是一样的宽度，基于它的这种特点，使他的展开图形状类似梯形。下面是具体绘制过程： 18 以相同的比例尺求出厚度 h 的三次方画在下图中，再接着计算出 L 2与 s/2，在图中画出 A、 B 两点，连接 A、 B 即可看到弹簧的平面展开图。点连线在上边的交点即为各片长度。而实际的长度要经过画圆的方式 调整。所得各片的长度为 1l =1280 2l =1080 3l=950 4l =765 5l =590 6l =4327l =290 图 4板许 用静弯曲应力验算 用公式： M P 3 1 52 4 5( 4， 算出 =486 在用公式：2m a x )()(6， 算出448 900 所选钢板弹簧合适。 紧液压缸的计算 弹簧片安装完毕后，测量其主片到两边连线之间的最大距离 (图 4这个就是我们要求的弧高 H，根据下面公式得 出： )(0 (4式中，f 代表钢板弹簧从放松状态转变为夹紧后所发生的改变量， 22)(3( L ； s 为 U 形螺栓中心之间距离； L 主片长度。 f =0H =148 根据公式可求出曲半020 8/ =860 19 计算出曲率半径之后，发现曲率半径比照之前发生了明显变化，在安装完成后的曲率半径是因为各个弹簧片都产生了预应力，这也是得装配完成后他们能够更加平顺的贴合在一起，缓解了主片的工作压力，平衡了各个弹簧片的使用寿命。 图 4由状态下钢板弹簧片 曲率半径在安装前后和钢板弹簧有下面式子： )2(1 000 (4式中，i 片弹簧片的曲率半径 (0表预应力 (N 2；取 E N/ 2 对于预应力的确定，有如下要 求： 安装的时候各个弹簧之间的空间要足够窄，这样在安装完成后可以优秀地组合在一起，合理地减少主片和长片间的应力，也能够间接地眼馋长弹簧片的使用年限。 所以在决定预应力的时候依然要分情况讨论：针对那些弹簧片薄厚差不多的弹簧，要选取适宜（也就是不要过大）的预应力数值；而针对那些完全不同的弹簧片，要尽可能地选取大一点的预应力。查资料得知：主片的预应力数值大概在 300 到 350 2间，由长片至短片会导致预应力慢慢变化为正数。 完成了预应力的选取后，弯矩与预应力相加通常得零。 即： ni 0 (4或 1 0 =0 (4各片弹簧的预应力为 01=2=3=4=0 5=30 6=60 7=180 20 用式 (4算出各片弹簧自由状态下的曲率半径 1R =29102R =23703R =20354R =17855R =17006R =1640R=1642 如果第 第 (4算得 1H =38 2H =46 H=41 4H =34 H=24 6H=7H=8.5 板弹簧强度验算 计算顺序为先计算预应力之后再计算自然状态下的曲率半径，正因如此，装备完成后可以用公式020 8/ 计算 R。自然我们就要先知道钢板弹簧孤高 h。 根据最小势能的原则，在稳定状态下，钢板弹簧各个弹簧片所有势能之和，可以通过这个求得 R，有下列式子可求出 R： (4式中， 求得0R=905 钢板弹簧总成弧高为 02 7/ (4求得 H=140 毫米。 用式 (4用式 (4互比较，两者结果类似，选取的钢板适用。 板弹簧强度验算 车辆行驶过程中，后方的弹簧片所受力载荷巨大，此时会产生最大应力，用（ 4算得： 1220212122m a x )( )( (4此外，应该检验一下车辆驶过路况不佳的路面时的强度。许用应力 取值 1000N 2 895 N 21000 N 2 所以选用的钢板合适。 钢板弹簧两侧耳朵均需要进行强度校核，主片耳如下图中，劵耳处的应力大小等于拉、压应力 加上湾区应力之和。 21 图 4汽车制动时钢板弹簧的受力图 图 4钢板弹簧主片卷耳受力图 1211 )(3 (4式中，D 为卷耳内径； b 为钢板弹簧的髋度； 1h 为主片厚度。 许用应力 取为 350N 2 =118N 2350N 2合适。 钢板弹簧静止时弹簧的挤压应力。其中， 利用三十号钢对其进行供渗处理，弹簧销的许用挤压应力 Z 定为3N 2再用 20 钢经渗碳、淬火过后，其许用应力取在 Z 7 9N 制造钢板弹簧 60要在它的表面进行喷丸处理，同时还要减少 22 表面脱碳层的举措，这种举措能够有效延长钢 板弹簧的使用年限。常用喷丸分为两种，在此次设计中多采用应力喷丸处理，这种处理能够使表面残余应力变大。 23 第 5 章 基于 平顺性评价 介 汽车平顺性作为衡量车辆本身是否合格的重要指标之一，想要顺利模拟出平顺性试验，这里便可以引入 其进行编程，利用我们所熟悉的数学模型建立汽车的平顺性模型。 种软件简单易操控，我们所要的只是在对应的地方键入相对于的参数，如此即可或得我们要的各项预设指标。基于此法便能够解决实际路况、天气影响等原因，同时它还可以反复利用，简单实用。 车平顺性介绍 平顺性能是作为现代车辆所必不可少的主要性能之一，其主要评价来源于乘坐人员的本身感受。按照通长的试验方法的话，不免显得有些麻烦，而且传统方法局限性较大（受到诸多原因的制约），同时耗时耗力，试验时间过长，导致易造成疏忽使试验结果发生误差。如果我们换个思路采用 行编程，就可以极大地简化整个操作过程，尽管这种方法不可能达到极为精准的程度，但是结果也不会发生太大的偏差，有重要的参考价值，同时还节约了时间成本。 所以说，灵活运用我们的 行建模编程来检验其平顺性是我们的不二 之选，此法可以直观的模拟多种路况，多款汽车的各项指标，并在计算机上以表格的形式直观的展现在我们面前，使用者无需明白它是如何运行的，简单易学，只需输入参数然后把剩下的问题留给计算机即可。车平顺性模型的建立 身悬架振动建模 由牛顿第二定律可知，建立悬架轮子和路面的振动模型如图，可列出如下式子： 24 同路况统计 各种路况的不同特性，需要依靠路面功率普密度来表达它的统计特性。在外国自二十世纪便已经开始研究，这种功率普能够用它测评路面水平状况以及汽车的振动。 1984 年国际上提出 了标准化文件的草案，依照此草案中国也仿照它拟定了本国内的标准。具体内容可见下表： 这个模型采用了谐波叠加法来进行模拟，它的大致思路就是把不平稳的路况表达成许许多多随机相位的正余弦相加，来模拟各种形态的行驶过程。 车平顺性评价指标 汽车的平顺性指得是即使路况不佳，周遭环境恶劣的条件下，车内的乘坐人员的舒服程度仍能控制的一定范围之内，同时保障车内的物品保持完整整洁的一种性能。作为当代汽车的重要指标，我们主要通过使用人员的 25 主观感受来做出判断其是否符合标准。同时也可参考下 表进行辅助判断： 结 灵活应用 行编程模拟是一种方便快捷的方式，但从其准确性与实用性来说是一种不错的选择，只要用到小小的参数动动手指就能简单地获取想要的信息，在数字化的今天我们更要与时俱进。同时， 它的功能亦可应用在新旧车改造等多项功用，高实用性决定了它将被广泛用。 26 结论 悬架已经发展了很多年，产生了多种多样实用的汽车悬架，但在此处这个悬架主要是为轻型货车而研究的。相比于其他传统悬架，它的明显新意体现在前悬应用少片刚板弹簧，少量弹簧减少了占用空间，能够同时容纳多种零件一起工作，结构更 加简洁，还顺便节约了制造成本。在横向方向上占据不了多大地方，发动机的摆放位置更加灵活。车辆在行驶中由于外倾角大小稳定，这样对于汽车轮胎也是一种有效地保护，能够在一定程度延长其使用寿命，也是得前行更加平顺。前、后俩悬架都是应用的独立悬架，这确保了车辆本身拥有不错的刚度。但也有一些小小的不足，后悬架的刚板弹簧并没有想象的那么舒服。 再设计过程中需要考虑因素诸多，多方考量之下决定应用纯机械结构。如果有能力的话，还可以继续进行改进，里面的弹簧和减震器考虑替换为其他零件，相信会近一步增进其性能。 27 致谢 本文是在导师 赵 秋芳 老师的精心指导下完成的 ，从建立模型到最后的编程部分赵老师都一直耐心地带着我克服一个个困难， 在论文的整个过程中无不渗透着 赵秋芳 老师的大量心血。 经过了这几个月的设计 ， 赵 老师严谨 苛刻 的治学态度， 敢于 创新的科研作风，无一不让我感动和钦佩， 同时车辆工程的其他老师也给予了很大的帮助，还有我的室友帮助我解决了各种各样的问题，总之这一路下来虽不容易，却也是受益匪浅。最后，希望老师今后工作顺心，同时感谢老师的悉心教导，谨向赵老师致以最诚挚的敬意。 28 参考文献 1刘飞，陈大宇 车辆半主动悬架系统设计与试验研究 M200952陈家瑞 汽车构造 M 机械工业出版社 2005:1673姜鹏 汽车悬架系统的仿真分析与参数优化设计 M 浙江大学 2006:1344韩燕 重型载货汽车悬架系统多目标优化设计系统的研究开发 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