微型貨車鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核【獨家課程畢業(yè)設(shè)計含4張CAD圖紙帶任務(wù)書+開題報告+中期報告+答辯ppt+外文翻譯】

微型貨車鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核【獨家課程畢業(yè)設(shè)計含4張CAD圖紙帶任務(wù)書+開題報告+中期報告+答辯ppt+外文翻譯】

微型貨車鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核

 摘要：本次設(shè)計中首先介紹了鋼板彈簧的發(fā)展歷程并且對其未來的發(fā)展趨勢作出分析；然后分析了鋼板彈簧對汽車造成的影響有哪些，比如平順性和操作穩(wěn)定性等方面；接著根據(jù)鋼板彈簧各個結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點和具體車型的使用用途，對各主要零部件進行結(jié)構(gòu)上的選型和計算；

因為鋼板彈簧相較于其它的彈簧有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便等優(yōu)點所以在載貨汽車上有普遍的應(yīng)用。同時它的缺點是也使得它無法應(yīng)用在獨立懸架的汽車上，明顯的缺點有鋼板彈簧懸架具有較大的重量，較為長的縱向尺寸，同時有較強的剛度，使得舒適性相對來說也是較差，并且鋼板彈簧懸架在與車架進行連接的部位也容易在使用中產(chǎn)生磨損。

在這次的設(shè)計中我們著重對微型貨車的鋼板彈簧進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過計算并繪制出圖紙。

    關(guān)鍵詞：微型貨車；鋼板彈簧；結(jié)構(gòu)設(shè)計；校核

Structure design and check core of micro steel plate spring

Abstract：First, the paper introduces the development of leaf spring and analyzes its future development trend Then, it analyzes the influence of leaf spring on automobile, such as ride comfort and operation stability Then the detailed design steps and design requirements of leaf spring are described, and the structure selection and calculation of the main parts are made The arc height and curvature radius of the leaf spring are calculated, and the strength and stiffness of the material is checked and checked, and the steel spring is checked.

Because the leaf spring has the advantages of simple structure and convenient maintenance compared to other springs, it has a common application in the truck. At the same time, its disadvantage is that it can not be applied on the automobile

of the independent suspension, obvious disadvantage that the steel spring suspension has a larger weight, the longitudinal size of the radiation, and the stiffness is relatively poor, and the part of the steel spring suspension is easy to wear in use.

In this design, we focus on the structure design of the leaf spring of micro, calculate and draw the drawings.

Keywords：Micro； Sheet spring； Structural design； Check

目  錄

摘要.............................................................................................................................................I

Abstract......................................................................................................................................II

1緒論..........................................................................................................................................1

1.1鋼板彈簧的背景及意義......................................................................................................1

1.2國外的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢...............................................................................................1

1.3國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢...............................................................................................3

1.4研究意義和內(nèi)容...................................................................................................................4

1.5本章小結(jié)...............................................................................................................................6

2鋼板彈簧懸架總體方案分析..................................................................................................7

2.1鋼板彈簧概述.......................................................................................................................7

2.2鋼板彈簧懸架的基本結(jié)構(gòu)和工作原理...............................................................................9

2.2.1鋼板彈簧懸架基本結(jié)構(gòu)....................................................................................................9

2.2.2鋼板彈簧懸架工作原理..................................................................................................11

2.3鋼板彈簧懸架系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案確定.............................................................................11

2.4鋼板彈簧懸架系統(tǒng)各主要零部件選型.............................................................................12

2.4.1葉片斷面..........................................................................................................................12

2.4.2 葉片端頭的形狀......................................................................................................13

2.4.3 鋼板彈簧與車架的連接形式的確定.............................................................................14

2.4.4 吊耳及鋼板彈簧銷的結(jié)構(gòu).............................................................................................14

2.4.5 鋼板彈簧卷耳和襯套.....................................................................................................14

2.4.6 彈簧夾箍.............................................................................................................14

2.4.7鋼板彈簧中心螺栓.........................................................................................................14

2.5技術(shù)經(jīng)濟分析.........................................................................................................15

3鋼板彈簧懸架系統(tǒng)主要性能參數(shù)的確定...................................................................16

3.1鋼板彈簧懸架系統(tǒng)靜撓度和動撓度的選擇.....................................................................16

3.2車型主要參數(shù)的確定..............................................................................................16

4鋼板彈簧懸架的計算和校核................................................................................................17

4.1初選參數(shù).............................................................................................................................17

4.1.1主片長度...........................................................................................................17

4.1.2斷面尺寸及片數(shù)的確定..................................................................................................17

4.2各片長度的確定.................................................................................................................19

4.3鋼板彈簧各片預(yù)應(yīng)力及弧高............................................................................................20

4.4總成在自由狀態(tài)下及裝配后的弧高................................................................................21

4.4.1.彈簧總成自由弧高的確定..............................................................................................21

4.4.2鋼板彈簧總成裝配后的弧高.........................................................................................21

4.5鋼板彈簧強制動時強度校核.............................................................................................22

4.6鋼板彈簧剛度和應(yīng)力校核.................................................................................................22

5結(jié)論........................................................................................................................................23

參考文獻(xiàn)..................................................................................................................................24

致謝.......................................................................................................................................25

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中心螺栓.dwg

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微型貨車鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核.docx

微型貨車鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核中期報告.doc

微型貨車鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核任務(wù)書.doc

微型貨車鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核開題報告.doc

微型貨車鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核答辯ppt.pptx

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鋼板彈簧總成.dwg

鋼板彈簧第一片.dwg

鋼板彈簧第二片.dwg

I 微型貨車鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核 摘要 ： 論文中首先 介紹了 鋼板彈簧 的 發(fā)展歷程并且對其未來的發(fā)展趨勢作出分析 ； 然后分析了鋼板彈簧 對汽車 造成的影響有哪些，比如平順性和操作穩(wěn)定性等方面 ； 接著根據(jù)鋼板彈簧各個結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點和具體車型的使用用途 ， 對 各主要零部件進行結(jié)構(gòu)上的選型和計算 ； 因為 鋼板彈簧 相較于其它的彈簧有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便等優(yōu)點 所以 在載貨汽車上有普遍的應(yīng)用 。 同時它的 缺點是 也使得它無法應(yīng)用在獨立懸架的汽車上，明顯的缺點有鋼板彈簧懸架具有較大的重量，較為長的縱向尺寸，同時有較強的剛度，使得舒適性相對來說也是較差，并且鋼板彈簧懸架在與車架進行連接的部位也容易在使用中產(chǎn)生磨損。 在這次的設(shè)計中我們著重對微型貨車的鋼板彈簧進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過計算并繪制出圖紙。 關(guān)鍵詞 ：微型貨車；鋼板彈簧；結(jié)構(gòu)設(shè)計；校核 of of it of on as of of he of of is is of to it a in At is it be on of a of is of is to in In we on of of 錄 摘要 ............................................................................................................................................................................................................................................................................... 緒論 .........................................................................................................................................板彈簧的背景及意義 .....................................................................................................外的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展 趨勢 ..............................................................................................內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ..............................................................................................究意義和內(nèi)容 ..................................................................................................................章小結(jié) .............................................................................................................................. 鋼板彈簧懸架總體方案分析 .................................................................................................板彈簧概述 ......................................................................................................................板彈簧懸架的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 .............................................................................. 鋼板彈簧懸架基本結(jié)構(gòu) ................................................................................................... 鋼板彈簧懸架工作原理 .................................................................................................板彈簧懸架系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案確定 ............................................................................板彈簧懸架系統(tǒng)各主要零部件選型 ............................................................................ 葉片斷面 ......................................................................................................................... 葉片端頭 的 形狀 ..................................................................................................... 鋼板彈簧與車架的連接形式的確定 ............................................................................ 吊耳及鋼板彈簧 銷 的結(jié)構(gòu) ............................................................................................ 鋼板彈簧卷耳和襯套 .................................................................................................... 彈簧夾箍 ............................................................................................................ 鋼板彈簧中心螺栓 ........................................................................................................術(shù)經(jīng)濟分析 ........................................................................................................3 鋼板彈簧懸架系統(tǒng)主要性能參數(shù)的確定 ..................................................................板彈簧 懸架系統(tǒng)靜撓度和動撓度的選擇 ....................................................................型主要參數(shù)的確定 ............................................................................................. 鋼板彈簧懸架的計算和校核 ............................................................................................... 選參數(shù) ............................................................................................................................ 主片長度 .......................................................................................................... 斷面尺寸及片數(shù)的確定 .................................................................................................片長度的確定 ................................................................................................................板彈簧各片預(yù)應(yīng)力及弧高 ...........................................................................................成在自由狀態(tài)下 及裝配后 的弧高 ........................................................................................................................................................................... 鋼板彈簧總成 裝配后的 弧高 ........................................................................................板彈簧強制動時強度校核 ............................................................................................板彈簧剛度和應(yīng)力校核 ................................................................................................ 結(jié)論 .......................................................................................................................................考文獻(xiàn) .................................................................................................................................謝 ......................................................................................................................................錄 1 1 緒論 板彈簧的背景及意義 鋼板彈簧懸架是現(xiàn)代汽車尤其是載重汽車上不可或缺的一部分甚至在在某些越野車上都有廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在市場上的鋼板彈簧主要有多片的等截面鋼板彈簧和少片的變截面鋼板彈簧，但是隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和進步等截面的鋼板彈簧正在不斷地退出市場，而更為優(yōu)秀的少片變截面鋼板彈簧變?yōu)榱巳缃皲摪鍙椈深I(lǐng)域的主流產(chǎn)品。鋼板彈簧作為非獨立懸架在載重卡車上使用使得它的優(yōu)點十分明顯。比如鋼板彈簧就具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，生產(chǎn)過程成熟和方便，并且工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠。但是同樣的，鋼板彈簧仍然具有一些顯著地缺點，比如鋼板彈簧相對于其他彈性元件來說就有簧 下質(zhì)量比較大的缺點，這樣使得汽車總質(zhì)量明顯增大，對油耗和載重有較大的影響。使用鋼板彈簧作為彈性元件同樣會使駕駛員在駕駛的過程中有較差的體驗，舒適性和操作穩(wěn)定性就會受到較大的影響，如何提高舒適性和操作穩(wěn)定性同樣是我們在設(shè)計鋼板彈簧時需要考慮的一方面。 鋼板彈簧作為非獨立懸架在汽車上的作用是傳遞車身與車輪之間的各種力，并且對不平坦路面對車身造成的沖擊進行有效的吸收，使得沖擊減弱，提高駕駛的舒適性，保證汽車能更穩(wěn)定的行駛。 在研究設(shè)計鋼板彈簧的過程中我們要根據(jù)汽車的平順性，穩(wěn)定性，燃油經(jīng)濟性，通過性等多方面來綜合 考慮，由此確定鋼板彈簧的設(shè)計方式，結(jié)構(gòu)類型，材料選擇，工藝加工生產(chǎn)方式等。 因此， 目前為止，鋼板彈簧仍然是載貨汽車和部分客車的非獨立懸架中主要采用的彈性元件 [1,2]。 外鋼板彈簧的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 鋼板彈簧作為汽車中的一個總要組成部分，伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展也經(jīng)歷了許多的重大改革和發(fā)展。眾所周知的是汽車由國外首先發(fā)明并且伴隨著戰(zhàn)爭和經(jīng)濟的發(fā)展在數(shù)十年的時間里已經(jīng)有了許多的改變，伴隨技術(shù)的不斷更新，汽車上的各種部件也在不斷地發(fā)展和進步，而對于本次的研究課題鋼板彈簧同樣是經(jīng)歷了漫長的發(fā)展和改變。 任何事物的發(fā)展都伴隨著基礎(chǔ)理論的奠基和完善，而國外的鋼板彈簧發(fā)展史同樣是 2 從基礎(chǔ)理論的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展一步步走過來的。最早是上個世紀(jì)六十年代由當(dāng)時的軍事大國前蘇聯(lián)專家 帕爾希洛夫斯基 [3]率先提出 的 傳統(tǒng)經(jīng)典方法 —— 共同曲率法 。但是在后期的研究中發(fā)現(xiàn)這種方法對鋼板彈簧的計算中存在巨大的錯誤，會使最后的幾片鋼板彈簧應(yīng)力有巨大誤差從而使得鋼板彈簧的剛度也出現(xiàn)偏大的情況。之后這種情況的改善還是由于同樣的前蘇聯(lián)專家提出了一種更完善的研究 方法 —— 集中載荷法。 伴隨著社會的發(fā)展，人們通過不斷的研究，在更多國外的專家不懈努力之下，人們 發(fā)現(xiàn)兩種方法都有其可取之處，從而直到上個世紀(jì)八十年代由前蘇聯(lián)專家 巴希洛夫斯基 最先 提出 了在鋼板彈簧的 末尾兩簧片采用集中載荷法，而 其它的幾片鋼板彈簧繼續(xù)采 用共同曲率法的方法 。但是在后期的研究中發(fā)現(xiàn)任然有些問題無法通過科學(xué)的解釋進行，他只有 直接引入了剛度修正系數(shù)來解決這個問題。 直到接下來有限元技術(shù)的不斷發(fā)展并且在眾多研究中的良好運用，才使得有限元法在許多的研究中可以更加廣泛的運用。例如 是開創(chuàng)性的使用有限元法對鋼板彈簧的接觸問題進行了深入的分析和研究。 伴隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，各種 建模方式的建立，三維模擬真實場景的發(fā)展使得專家學(xué)者對鋼板彈簧的分析與理解更加的方便更加直觀。 對 這款重型載貨汽車鋼板彈簧 模型進行了 剛度 仿真驗證，結(jié)果表明模型 和實車的鋼板彈簧 剛度 完全 吻合。 第二年 在 通過 建立了由 二十 個離散剛體 共同組合而 成的鋼板彈簧模型 中， 仿真 模擬 分析 研究 了模型中前卷耳與車架連接處 ， 后卷耳與吊耳連接處 及吊耳連接處襯套 的載荷情況 。 通過分析國外鋼板彈簧的發(fā)展過程我們可以了解到國外的發(fā)展情況，并且可以通過對汽車各種性能的了解想到未來國外鋼板彈簧的發(fā)展趨勢，必然是向少片的變截面鋼板彈簧發(fā)展。在這個發(fā)展過程中逐步淘汰多片等截面鋼板彈簧，使用并且研發(fā)更新型的材料來滿足鋼板彈簧的性能要求，降低鋼板彈簧的總成質(zhì)量的同時提高鋼板彈簧的整體性能。從而改善汽車使用鋼板彈簧帶來的舒適性，穩(wěn)定性，操作性差的情況。通過對鋼板彈簧結(jié)構(gòu)的從新設(shè)計滿足不同路況的使用情況。 內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 鋼板彈簧作為汽車中的一部分，必然是伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展 ，而我國因為歷史原因汽車工業(yè)起步較遲，基礎(chǔ)工業(yè)十分薄弱，因此不光是整車的發(fā)展，各種零部件的生產(chǎn)和研發(fā)相較于國外都是落后的，而鋼板彈簧的發(fā)展同樣是這樣的。 截止目前為止我國的鋼板彈簧產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為迅猛，鋼板彈簧生產(chǎn)廠家遍布全國各 3 省。就目前的產(chǎn)能而言，年產(chǎn)量在八千噸的生產(chǎn)廠有八十多家，占全國鋼板彈簧生產(chǎn)廠的一半左右。但是就生產(chǎn)能力和生產(chǎn)水平來講，這些企業(yè)僅僅達(dá)到了國外廠家上世紀(jì)九十年代的水平。同時就國內(nèi)的這些廠家來講，它們伴隨著種種的問題，比如大部分廠家的生產(chǎn)規(guī)模較小，工人生產(chǎn)加工技術(shù)水平低下，工人生產(chǎn)缺乏良好的 自檢互檢習(xí)慣，質(zhì)量把控隨意，加工設(shè)備落后質(zhì)量差，良品率低下，沒有形成完善的質(zhì)量監(jiān)控體系，生產(chǎn)車間設(shè)備和物品混亂，缺乏規(guī)范、科學(xué)、合理的整理和布置，生產(chǎn)車間臟亂差，管理和生產(chǎn)方式更趨向與家庭式手工作坊，任人唯親。缺乏有效有用的科學(xué)的技術(shù)和質(zhì)檢人員。在這些工廠里研發(fā)能力趨近于零，僅僅只能根據(jù)圖紙來生產(chǎn)簡單的鋼板彈簧，并沒有改良和改善的能力。而這些工廠的質(zhì)檢員在生產(chǎn)上并沒有一票否決的權(quán)利，如此就有許多的產(chǎn)品在本身質(zhì)量有缺陷的情況下繼續(xù)出庫，而造成這種情況的原因往往是因為老板為了抓緊出庫發(fā)貨才允許的。造成這種行為的 原因還是和工廠本身密切相關(guān)，生產(chǎn)工藝本身較為簡單，缺乏核心競爭力，同時生產(chǎn)成本居高不下，這使得這些工廠大多安于現(xiàn)狀。而我國的高端鋼板彈簧產(chǎn)業(yè)發(fā)展同樣對于國外來說也有差距，但是差距并不是不能拉近。我國的第一汽車制造廠的鋼板彈簧廠，原第二汽車廠的東風(fēng)汽車廠的鋼板彈簧廠，重汽紅巖的鋼板彈簧廠，山東的汽車鋼板彈簧廠這四家鋼板彈簧廠是我國目前生產(chǎn)能力和技術(shù)最強的企業(yè)，它們在生產(chǎn)上都具有 多種疊片簧、漸變剛度 的 彈簧、少片變截面鋼板彈簧 、 雙曲率半徑及平直段鋼板彈簧的能力 。 我國鋼板彈簧的生產(chǎn)相較于之前的完全照搬生產(chǎn)到現(xiàn)在的 可以自主研發(fā)，歷經(jīng)了六十多年的發(fā)展，但是我們同樣面臨著許多的壓力，我們的技術(shù)相對來說還是落后，技術(shù)儲備和基礎(chǔ)工業(yè)薄弱，并且自主品牌嚴(yán)重缺乏還要面臨國外市場的聯(lián)合對抗抵制帶來的壓力。 所以為了我國的鋼板彈簧可以良好穩(wěn)定的生產(chǎn)，并且成為世界尖端的產(chǎn)品，自主研發(fā)和設(shè)計就顯得尤為重要，只有這樣才能推動我國鋼板彈簧產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為民族品牌的發(fā)展做貢獻(xiàn)。 究意義和內(nèi)容 而由于路面情況的特點不同，駕駛車輛型號載重使用情況的區(qū)別，我們應(yīng)該對鋼板彈簧進行從新的研究分析，使得鋼板彈簧懸架適應(yīng)我們的汽車，提高車輛的駕駛平順 性，操作穩(wěn)定性，燃油經(jīng)濟性和舒適性等多個方面。在此，鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能參數(shù)要求就是我們研究并且分析的關(guān)鍵，同樣的，這些方面也是我們國家未來鋼板彈簧行業(yè) 4 發(fā)展的必然趨勢。 通過對鋼板彈簧行業(yè)的國內(nèi)外分析了解，并且伴隨著我們對汽車知識的學(xué)習(xí)和不斷深入了解，讓我們明白唯有自己動手研究和學(xué)習(xí)才能更好的懂得和了解鋼板彈簧整體的工藝和制造過程。在設(shè)計過程中我們詳細(xì)的了解了鋼板彈簧的生產(chǎn)過程，并且通過計算，設(shè)計出適合的鋼板彈簧結(jié)構(gòu)，選擇恰當(dāng)?shù)匿摪鍙椈刹牧?。進一步的建立數(shù)學(xué)模型，不斷地改善鋼板彈簧的剛度和強度條件，在設(shè) 計性能達(dá)到要求的同時，進一步的嘗試減少鋼板彈簧的片數(shù)或者使用新型的鋼板彈簧材料，是設(shè)計更加的優(yōu)化，有效的減輕鋼板彈簧的質(zhì)量，從而減輕整車的質(zhì)量。 伴隨著社會的發(fā)展，資源和環(huán)境保護問題使我們必須考慮的重點問題，資源總量是有限的，我們不斷的使用必然會伴隨著以后的資源不足等問題，對環(huán)境也會造成巨大的破壞，并且對環(huán)境的自我調(diào)節(jié)和恢復(fù)也是有重大影響。因此我們需要設(shè)計并且改善鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)和材料使用情況，加大對鋼板彈簧生產(chǎn)的熱加工熱成型工藝分析，從而自主開發(fā)研究鋼板彈簧。這是我們國家可以自主發(fā)展鋼板彈簧的必然趨勢，并且 是可以持續(xù)發(fā)展的重中之重，順應(yīng)國情符合國策。不斷的推動我國鋼板彈簧行業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的升級，技術(shù)的革新，創(chuàng)造出我們中國人自己的名族品牌，而完成這一切的重點就是對鋼板彈簧懸架的結(jié)構(gòu)設(shè)計和剛度計算。 我們對鋼板彈簧懸架的研究主要是為了提高鋼板彈簧懸架在汽車行駛過程當(dāng)中地穩(wěn)定性和平順性，并且在可以達(dá)到使用要求的前提下減輕鋼板彈簧懸架的質(zhì)量，提高載貨汽車的運載能力，從而提高汽車在使用過程中的經(jīng)濟效應(yīng)和鋼板彈簧懸架質(zhì)量對整車行駛過程中的燃油經(jīng)濟性。 因此，我們在本課題的研究中將會重點對鋼板彈簧懸架的兩個方面進行研究 和分析。一是鋼板彈簧懸架對汽車在行駛過程中的操縱穩(wěn)定性，而另外一個方面就是對鋼板彈簧懸架對汽車在行駛過程中的平順性進行研究。 我們對鋼板彈簧懸架在汽車行駛過程中的操縱穩(wěn)定性研究，在這個方面的研究主要是針對鋼板彈簧懸架的導(dǎo)向機構(gòu)，當(dāng)車輛的輪胎和車身整體發(fā)生相對的運動時汽車的鋼板彈簧懸架導(dǎo)向機構(gòu)就會起到引導(dǎo)和約束輪胎運動的作用，并且對轉(zhuǎn)向運動產(chǎn)生影響，而在此過程中就會有一些鋼板彈簧懸架的運動學(xué)特征 前一部分主要是對懸架的彈性元件和阻尼元件特性展開工作，主要是將路面、輪胎、非簧載質(zhì)量、懸架、簧載質(zhì)量作為一個整體進行研究與設(shè)計，由于它主要研究的是在路面的反作用力的激勵下，影響汽車 5 平順性的彈性元件以及阻尼元件的力學(xué)特性，因此可以稱之為懸架系統(tǒng)動力學(xué)研究。這一部分的研究稱為懸架的運動學(xué)研究。這樣懸架系統(tǒng)的運動學(xué)研究就包括了懸架運動學(xué)和彈性運動學(xué)兩個方面的內(nèi)容。 課題研究內(nèi)容是微型貨車鋼板彈簧結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析，主要針對的方向是鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核計算，所以我們的研究課題主要內(nèi)容是 ： (1)了解并分析 國內(nèi)外 鋼板 彈簧懸架的發(fā)展現(xiàn)狀 、發(fā)展趨勢、 發(fā)展的背景和意義 等情況， 分析不同結(jié)構(gòu)形式鋼板彈簧 懸架的優(yōu)缺點、結(jié)構(gòu) 上的 特點、 所占市場份額 ； (2)分析汽車 鋼板彈簧 懸架的設(shè)計要求和國家 對鋼板彈簧懸架技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求 ， 根據(jù)課題給定的條件和數(shù)據(jù)，從而 確定 鋼板彈簧 的結(jié)構(gòu)； (3)對鋼板彈簧 懸架 中 主要 的 性能參數(shù) 進行 計算； (4)鋼板彈簧 懸架 中各個 零部件的 結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算 ； (5)鋼板彈簧 懸架 中 彈性元件 的 曲率 計算 ； 鋼板彈簧懸架在使用中會遇到的各種工況下的 強度，剛度的 計算和校核 ； (6)懸架 系統(tǒng)裝配圖及其零部件 工程圖紙的繪制 。 章小結(jié) 本章介紹了汽車 鋼板彈簧 懸架的 發(fā)展 現(xiàn)狀 、 發(fā)展趨勢 、研究的背景和內(nèi)容。 由于 現(xiàn)在社會發(fā)展迅速技術(shù)更新快產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)水平提高，世界汽車行業(yè)發(fā)展迅速，同時伴隨著國內(nèi)人民生活水平提高，加大了對汽車的需求，促進了國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國汽車工業(yè)整車和零部件的技術(shù)升級和生產(chǎn)管理方式提高。同時伴隨著國內(nèi)人民生活水平提高，更多的人們因為生活或者工作的原因，對汽車的需求量和性能有更多的要求，汽車平順性和操縱穩(wěn)定性也是人們選車參考的重點 ， 這樣就使得 新型 鋼板彈簧 懸架的設(shè)計 和研發(fā)會 更快的 發(fā)展 并且不斷地完善。因為各種各樣的原因 ， 我國的鋼板彈簧 懸架 在 制造上一般都使用普通材料 ，結(jié)構(gòu) 上的 設(shè)計 相對國外來說 簡單 ，技術(shù)含量低 ，加工 生產(chǎn)過程工藝也 較為 落后 ，鋼板彈簧 懸架 在整車的裝配過程中 調(diào)校技術(shù) 與外國 差距較大， 這些原因就 導(dǎo)致 了 整車 在行駛過程中 的平順性和 操作穩(wěn)定性 不足。 6 2 鋼板彈簧懸架總體方案分析 板彈簧概述 在 汽車行業(yè)中乃至其它的機械行業(yè) 工程 問題的實際生產(chǎn)過程 中 往往 存在 著 這樣 的情況， 假設(shè) 某種構(gòu)件在 達(dá)到 強度 和硬度 要求的 情況下 ， 可以 產(chǎn)生的彈性位移 較大 ， 我們最常見到的構(gòu)件就是彈簧 ， 彈簧就 是使用對 發(fā)生形變時由強度足夠的材料制造的 彈性元 7 件。彈簧 在使用過程中我們不僅僅 是利用 到材料 的彈性變形， 我們還通過它具備彈性的特點來儲存和吸收能量 ， 因此我們也可以說 彈簧就是一個能量 的 儲存器。 現(xiàn)在汽車上的鋼板彈簧起到的主要作用是專遞力的作用，并且當(dāng)汽車行駛在不平整的路面上和輪胎一起吸收和緩和各種沖擊和震動。因為鋼板彈簧具有彈性形變的能力，所以在鋼板彈簧工作或者不工作的過程中將各種沖擊和震動吸收和釋放，以此提高汽車行駛時的穩(wěn)定性。根據(jù)我們對于本課題的了解和研究，大部分的載貨汽車上一般情況是非獨立鋼板彈簧懸架，獨立懸架一般使用在轎車上，當(dāng)然也有部分越野車的后懸架采用的是非獨立懸架，例如鋼板彈簧懸架。 圖 懸架結(jié)構(gòu)形式 的簡圖 a）非獨立懸架 b)獨立懸架 而鋼板彈簧懸架 在使用的過程中 不僅起著 傳遞力 的作用， 還另外 起著 導(dǎo)向機構(gòu)的作用。 這樣 的設(shè)計方式 可 以 直接省去導(dǎo)向裝置和減振器 的設(shè)計和安裝 ， 從而 使得 汽車 懸架結(jié)構(gòu) 整體的設(shè)計更為 簡化 簡單。這樣做優(yōu)點明顯，可以使 它具有 更高的 可靠 性，后期的保養(yǎng)和維修都更加的簡單方便， 制造成本 更加低廉 ， 所以它的使用情況更加的廣泛 。 在社會發(fā)展進步的現(xiàn)在鋼板彈簧也在不斷的改進，從結(jié)構(gòu)上，材料上，加工的工藝上不斷地提高改善進步。從這些方面來看鋼板彈簧的改善能夠更好的滿足汽車的設(shè)計要求，例如汽車的整體性能，使用年限和輕量化的要求 。 鋼板彈簧是汽車中比較重要的部 件，如果在鋼板彈簧上存在一些問題或者故障的話，會對汽車造成直接的影響，妨礙汽車的正常行駛。通常情況下鋼板彈簧主要運用在貨車和客車這種車輛的車軸上，另外在較少數(shù)的轎車上也有使用，但是限于鋼板彈簧的縱向距離較大，一般的只能使用在汽車的后軸懸架上。 通常這種彈簧的拱度、中心騎馬螺栓、夾箍、襯套、葉片、吊耳等對彈簧和安裝部分的連接狀況有密切的關(guān)系，影響整個懸架系統(tǒng)的彈簧特性。 通過這樣的方式，鋼板彈簧懸架便將車橋與車身連接在了一起， 8 可以更方便的實現(xiàn)緩沖，減震，傳到各種力的作用。 鋼板彈簧 的組成情況是由隔片簧疊放在一起組成的，目前市場上常見的鋼板彈簧類型有四種，分別是多 片等截面式、少片變截面式、主副簧復(fù)合式、漸變剛度式這四種，其中 前兩種鋼板彈簧懸架 屬于等剛度彈簧， 后兩種鋼板彈簧懸架 屬于變剛度彈簧， 下列是各鋼板彈簧示意圖。 圖 2多片等截面式鋼板彈簧 圖 2主副簧復(fù)合式鋼板彈簧 圖 2漸變剛度式鋼板彈簧 9 圖 2片變截面式鋼板彈簧 板彈簧懸架的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 板彈簧懸架的基本結(jié)構(gòu) 鋼板彈簧 懸架在設(shè)計中可以 承受 各個方向上的力，例如 垂向、側(cè)向、縱向 這些方向上 力， 同時還對車輛制動和起步時的扭矩起到承受的作用 。 還有關(guān)于鋼板彈簧懸架的優(yōu)缺點我們在前面已經(jīng)介紹過，在此我們就簡單的介紹一下鋼板彈簧的基本結(jié)構(gòu)。 鋼板彈簧 懸架總成在組裝好的時候我們可以看到它是由好幾片鋼板彈簧組成的，通常 第一片 鋼板彈簧我們 稱 之 為主片， 在它的 兩端 有 卷耳， 卷耳中通常裝有襯套，襯套的材質(zhì)一般是 塑料、 青銅、 橡膠、粉末冶金制成的， 這樣的設(shè)計可以使鋼板彈簧通過吊耳與車架連接在一起。 鋼板彈簧中部一般用 U 形螺栓固定在車橋上。 鋼板彈簧在裝配的過程中通過液壓將鋼板彈簧的各片壓緊，再通過各個鋼板的中心孔由螺栓連接在一起，這樣保證裝配過程中各片的相對位置。 圖 2板彈簧式非獨立懸架 鋼板彈簧 懸架在整車裝配中，通常鋼板彈簧的 中部通過 U 型螺栓和 蓋 板固定在車橋上， 鋼板彈簧的各個 片間通過 中心螺栓和 彈簧夾夾緊， 其兩端 分別通過卷耳和吊耳與車架 連接 ， 結(jié)構(gòu)示意圖 ，如圖 2示 。 10 螺栓及蓋板 圖 2 板彈簧懸架的工作原理 在鋼板彈簧懸架的使用過程中我們根據(jù)受力分析以及對鋼板彈簧使用后的測量，我們會明顯的發(fā)現(xiàn)在鋼板彈簧的主片卷耳處有磨損，在工作過程中卷耳受力嚴(yán)重。因此，為了排除后期可能出現(xiàn)的安全事故，從而我們決定通過將鋼板彈簧第二片的末端改成包耳，包耳即將鋼板彈簧末端稍彎，包在卷耳的外面 。 這些鋼板彈簧通常是將兩端 插入厚壁的支承墊 當(dāng) 中， 這些支撐墊一般是由橡膠制成，在工作中通過 橡膠 產(chǎn)生的形變來 保證鋼板彈簧 彈簧變形時兩端的相 對 移動。 其它的力則是 直接由橡膠支承墊傳 到車架上 ， 在這種結(jié)構(gòu)的使用中，主片一般不會損壞，也不需要潤滑液，同時橡膠的采用也會有效的消除噪音。 在鋼板彈簧的總成裝配中我們可以發(fā)現(xiàn)起到連接各個簧片之間作用的不僅僅是中心螺栓，同樣還會有彈簧夾。彈簧夾在鋼板彈簧懸架中的作用 是當(dāng)鋼板彈簧 收到反向的力發(fā)生 反向變形時， 不會使鋼板彈簧的各個簧片相互分開，從而使得只有主片受力 。彈簧夾 是通過沖床將之用 鉚釘鉚接在與之相連的最下面彈簧片的 上部 。彈簧夾 在裝配過程中是由螺栓連接，并且在螺栓上套套管，防止彈簧夾兩邊受力太大，將鋼板彈簧夾的太緊。而螺栓上套管和鋼板彈簧簧片之間同樣要存在距離，這樣可以確保鋼板彈簧在工作是各個片還是可以發(fā)生相對滑動 。 由于 鋼板彈簧在 收到?jīng)_擊載荷的情況下為了減緩沖擊，會發(fā)生形變，鋼板彈簧的各片之間會發(fā)生相對的滑動，在中心螺栓和彈簧夾的作用下，各片之間會發(fā)生摩擦。這種摩擦?xí)档弯摪鍙椈蓱壹芪蘸歪尫艣_擊的能力，降低汽車的穩(wěn)定性和并順性，并且鋼 11 板彈簧在不斷地工作過程中會加大對各片的摩擦，惡性循環(huán)，降低使用壽命和使用情況。因此，我們在進行 鋼板彈簧總成裝配的時候要在每片鋼板彈簧上涂抹石墨潤滑脂 ， 并且在使用的過程中定期進行保養(yǎng)和清潔。 在鋼板彈簧的裝配中我們有時還會在各個簧片之間加入寬度相等長度不等的墊片 ，這些墊片的作用是保證鋼板彈簧在工作過程中產(chǎn)生定值摩擦力并且起到消除或者是減弱噪聲的作用。 板彈簧懸架系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案確定 而兩者之間的對比也是優(yōu)缺點尤為明顯，前者相對后者來說質(zhì)量更輕，更節(jié)省材料，伴隨著整車的燃油經(jīng)濟性和成本的下降。并以其眾多優(yōu)點，逐漸得到廣泛的應(yīng)用，成為我國鋼板彈簧行業(yè)的主流產(chǎn)品。 但 相對來說，新技術(shù)的開發(fā)和使 用還是有許多其它的問題，制造工藝相較之前來說就相對復(fù)雜，對機器的要求也比較高。 板彈簧 懸架系統(tǒng)各主要零部件選型 片斷面 鋼板彈簧懸架的斷面一般為矩形斷面 。 而 為了提高 簧片 的疲勞強度， 改善各個簧片間的潤滑效果 ， 我們 通常 將板簧 制成兩 面有圓 弧或 者是 兩面 具 有較大的 凹槽 的矩形 ， 如圖 2 其中 單面帶拋物線的斷面（如圖 2-7(c)）和單面帶槽的斷面（如圖 2-7(b)、 (d)）都采 取改進后的斷面設(shè)計 。 這種設(shè)計的 共同特點是使斷面的幾何形狀在垂直方向（厚度方向）不對稱， 在發(fā)生形變時使得中心 軸 向上移動 ， 簧片 上表面 的 拉力減少，下面的壓力增加 ，因為大多數(shù)材料的 抗壓 拉 強度 低 于抗 壓 強度， 這樣的設(shè)計使鋼板彈簧的疲勞強度顯著增加 ，疲勞壽命提高了 大約百分之三十 ， 并且會節(jié)約百分之十到十四的材料，達(dá)到輕量化的設(shè)計。 因為 矩形斷面 在 計算 上相對簡單 簡單， 加工生產(chǎn)難度低 。所以 我們在設(shè)計中 采用矩形斷面。 12 （ a） 標(biāo)準(zhǔn)型； (b) 單面單槽； (c) 拋物線側(cè)邊； (d)單面雙槽 圖 2鋼板彈簧的截面形狀 片端頭 的 形狀 葉片端頭 的 形狀有直角形、梯形、橢圓形 這三種 。如圖 2 (a)直角片端 (b)梯形片端 (c)橢圓形片端 圖 2葉片端頭形狀 13 根據(jù)葉片端頭的形狀不同，優(yōu)缺點也是較為明顯。葉片端頭是 直角形的 鋼板彈簧在制造 上較為簡單 ， 廣泛的應(yīng)用在載貨汽車上 ，但是 它的缺點是 葉片端部剛度 較 大，壓應(yīng)力 容易 集中， 從 而 使 了葉片的磨損 程度 和摩擦 力增大 ， 并且在 設(shè)計成與等強度 梁相似 的結(jié)構(gòu) 是較難的 ， 同時鋼板 彈簧的質(zhì)量也 比較 大。 第二種葉片也就是 梯形 片端在制造中可以制成與等強度較為相似的結(jié)構(gòu) 。 本課題研究的是微型貨車鋼板彈簧 ， 并且 考慮到制造工藝和 成本等問題 ， 所以選擇采取 直角形端頭形狀。 板彈簧與車架的連接形式的確定 在承受載荷方面 鉸鏈連接可承受垂直 和水平方向上的載荷 ， 而 滑動連接只能 傳遞 垂直 方向的 載荷，橡膠塊連接 則是在減震方面較為突出，但是因為材質(zhì)問題容易老化 。 綜合以上的三種連接方式，在 本設(shè)計 中則 選用鉸鏈連接。 耳及鋼板彈簧銷的結(jié)構(gòu) 擺動吊耳 在 結(jié)構(gòu) 上有 形 和 分體式。 彈簧銷的 螺紋式 支撐 好處在于可同時承受垂向及側(cè)向載荷， 鋼板彈簧的 側(cè)面不 需要 加工，螺紋 可以 儲存潤滑劑 并且 防塵。自潤滑式 大 多用于轎車 和 輕 微 型載貨汽車， 不需要加潤滑脂，噪聲小 。 而在 重卡上 大 多 采用的是 滑動軸承式， 在材質(zhì)上一般選擇 銅合金或 者 粉末冶金襯套 ， 本文采用一端采用固定卷耳，另一端采用擺動吊耳。擺動吊耳結(jié)構(gòu)采用分體自潤滑式。 板彈簧卷耳和襯套 卷耳主要是為了 鋼板彈簧 可以更方便的與吊耳或托架連接。我們通常見到 的卷耳型式有上卷耳、平卷耳、下卷耳、鍛造卷耳等， 其中 上卷耳 的制造和 應(yīng)用 相對 多。 因此 本課題在 鋼板彈簧 兩 端 上選擇 上卷耳式。 由于本課題研究的是微型貨車所以我們在鋼板彈簧的設(shè)計中并沒有選擇包耳的設(shè)計。 在 襯套 的使用上我們通常會選擇 金屬、橡膠或塑料 這 三種材料。 而塑料襯套 具有耐磨，耐腐蝕、減振 性好 、不 需 潤 滑、 質(zhì) 量輕的優(yōu)點 在國內(nèi)外廣泛使用 。 一般使用 的塑料襯套為尼龍 1010，聚甲醛。 簧夾箍 針對本課題的設(shè)計，由于 不經(jīng)常 拆裝鋼板彈簧 ， 選擇了 不可拆式夾箍，這種夾箍 由沖床直接將夾箍通過鉚釘安裝在對應(yīng)簧片的上部。使用這種夾箍，在安裝中簡單便捷， 14 生產(chǎn)成本低，制造容易。廣泛的 用于轎車和輕型載貨汽車上。 板彈簧中心螺栓 對于微型載貨汽車 中心螺栓 的材料 一般用 15械性能等級為 螺母為8級 。 下表是中心螺栓尺寸的選擇推薦。 表 2中心螺栓直徑尺寸 中心螺栓直徑 8 10 12 14 16 簧片厚 ＜ 7 7～ 9 9～ 11 11～ 13 13～ 16 中心孔直徑 本課題車型 為 微型貨車，并且是變 剛度 鋼板彈簧。 所以由表 2出 ， 中心螺栓直徑先初步確定為 8心孔直徑為 螺栓 的材料選擇 15 術(shù)經(jīng)濟分析 本課題在鋼板彈簧結(jié)構(gòu)上選用變剛度等截面鋼板彈簧，葉片斷面為矩形斷面標(biāo)準(zhǔn)型，葉片端頭為直角形，鋼板彈簧與車架的連接方式為鉸鏈連接，吊耳設(shè)計上一端采用卷耳，另一端采用分體自潤滑式擺動吊耳，襯套的材質(zhì)選擇塑料。 選擇上述方式的鋼板彈簧結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計方法制造工藝簡單，成本低，并且可以提供較為良好的平順性和穩(wěn)定性 15 3 鋼板彈簧 懸架系統(tǒng)主要性能參數(shù)的確 定 架靜撓度和動撓度的選擇 根據(jù)本課題任務(wù)書給定的參數(shù)，懸架的靜撓度 5? 動撓度5? 本課題的車型選擇為成功 距 850? 整備質(zhì)量 1100 滿載質(zhì)量 1775 額定功率 3? 16 4 鋼板彈簧懸架的計算 在確定了鋼板彈簧懸架的整體結(jié)構(gòu)和車輛的主要參數(shù)后，我們首先進行主片長度的計算。 根據(jù)公式 ， ? ? 軸距 。 我們選用 由此得 ： 主片長度： 0 52 8 5 ?? 由于鋼板 板簧可 以看成 是由等厚 度的簧片 組成的等應(yīng)力梁， 在開始的設(shè)計中這種方式可以較為簡單的確定參數(shù)。 首先確定簧 片 的 厚度 為 h ， 簧 片 的 寬度 為 b 。 由于鋼板彈簧懸架總成是一個梯形的結(jié)構(gòu) 。 我們 可 以 按 照 等截面簡支梁的計算公式 來計算，但是需要引 進一個修正系數(shù)加以修正，既撓性增大系數(shù) ? 。對實際鋼板彈簧： ?？砂?如下公式 計算： )??式（ 0取0n=5。 4