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翔龙级商用车[前\后]纵置钢板弹簧悬架设计一、课程设计的目的、题目和任务1、设计的目的：（1）进一步熟悉汽车设计理论教学内容；（2）培养学生理论联系实际的能力；（3）训练学生综合运用知识的能力以及分析问题、解决问题的能力。2、、设计任务书的要求：（1）由已知参数确定汽车悬架的其他主要参数；（2）计算悬架总成中主要零件的参数；（3）绘制悬架总成装配图。3、已知基本设计参数序号额定装载质量(kg)最大总质量(kg)最大车速(km/h)比功率(kw/t)比转速(N.m/t)120004500801630二、汽车整体设计参数的确定1、轴数汽车可以有两轴、三轴四轴甚至更多的轴数，影响选取轴数的因素主要有汽车的总质量道路法规对轴载质量的限制和轮胎的负荷能力以及汽车的结构等。对于包括乘用车以及汽车总质量小于19t的公路运输车辆均采用结构简单、制造成本低廉的两轴方案。所以本设计采用两轴形式。2、驱动形式汽车的用途、总质量和对车辆通过性能的要求等是影响选取驱动形式的主要因素，增加驱动轮数能提高汽车的通过能力，驱动轮数越多，汽车的结构越复杂，整备质量和制造成本也随之增加，同时也使汽车的总体布置工作变得困难，乘用车和总质量小些的商用车，多采用结构简单、制造成本低的4×2驱动形式。所以本设计采用4×2驱动形式。3、布置形式商用车（货车）按照驾驶室与发动机的相对位置的不同，分为平头式、短头式、长头式和偏置式四种，又可根据发动机位置不同，分为发动机前置、中置和后置三种布置形式。本设计采用短头式，优点：短头式货车与长头式相比：汽车的总长和轴距得到缩短，最小转弯直径小，机动性能好（但不如平头式货车），与平头式相比，汽车正面与其他物体碰撞时，驾驶员和前排乘员受到的伤害程度要小很多；采用发动机前置后桥驱动，优点：发动机的选择范围广，可选直列、V型或卧式发动机，发动机的接近性良好，维修方便，离合器、变速器等操纵结构的结构简单，容易布置。图14、汽车主要尺寸的确定汽车的主要尺寸参数有外廓尺寸、轴距、轮距等尺寸。4.1外廓尺寸汽车的长、宽、高称为汽车外廓尺寸，在公路和市内行驶的汽车最大外廓尺寸受有关法规限制不能随意确定，根据法规限制、经验以及参考车型，该设计外廓尺寸长、宽、高5670×1780×2700（单位mm）4.2轴距L轴距L对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯直径、传动轴长度等有影响，当轴距短时，上述指标减小，此外轴距还对轴荷分配、传动轴夹角有影响，原则上对发动机排量大的乘用车、满载质量或载客量多的货车，轴距取得长。对机动性要求高的汽车，轴距宜取短些，具体参照下表1-2。所以本设计轴距L取3360mm。图24.3前轮距和后轮距改变汽车轮距B会影响车厢或驾驶室内宽、汽车总款、总质量、最小转弯直径等因素发生变化，受汽车总转不得超过2.5m限制，轮距不宜过大，但在选定的前轮距B1范围内，应该能布置下发动机、车架、前悬架和前轮，并保证有足够的转向孔径，同时转向杆系与车架、车轮直径有足够的运动间隙。确定后轮距B2时，应考虑车架两纵梁之间的宽度、悬架宽度和轮胎宽度以及他们之间应留有必要的间隙。通过表2，并根据整体布置，前轮距B1取1385mm后轮距B2取1300mm。5、汽车质量参数的确定汽车质量参数主要由整车整备质量、装载质量、汽车总质量、轴荷分配等。5.1额定装载质量me汽车的装载质量是指在硬质良好路面上行驶时所允许的额定载荷质量，由已知参数得知：本设计的额定装载质量me=2000kg.5.2最大总质量ma商用货车的总质量由整备质量m0、额定装载质量和驾驶员以及随行人员质量三部分组成，即ma=m0+me+n165kg=4500kg式中，n1为包括驾驶员及随行人员在内的人数,本设计为单排两人。本设计最大总质量ma=4500kg5.3整车装备质量m0整车装备质量是指车上带有全部装备（包括随车工具、备胎等），加满燃料、水，但没有装货和载人时的整车质量，亦即我们常叫的“空载质量”。m0=ma-me-n165kg=4500-2000-2×65=2370kg所以整车装备质量m0=2370kg5.3轴荷分配汽车的轴荷分配是指汽车在空载和满载静止状态下，各掣肘对支撑平面的垂直负荷。轴荷分配对轮胎寿命和汽车的许多使用性能有影响，从各轮胎磨损均匀和寿命相近考虑，各个车轮的负荷应相差不大，为了保证汽车有良好的动力性能和通过性，驱动桥应有足够的负荷，而从动轴上的负荷可以适当减小，以利减小从动轮滚动阻力和提高在环路面上的通过性，为了保证汽车有良好的操纵稳定性，有要求转向轴的负荷不应过小，因此，可以得出作为很重要的轴荷分配参数，各使用性能对其要求是相互矛盾的。汽车的驱动形式与发动机位置、汽车结构特点、车头形式和使用条件等均对轴荷分配有显著影响，各类汽车的轴荷分配见图3，由于该汽车为4×2后轮双胎，短头式，所以满载时，前轴轴荷25%，后轴轴荷75%；空载时，前轴轴荷45%，后轴轴荷55%。满载时，前轴负荷：4500×25%=1125kg；后轴负荷：4500×75%=3375kg.空载时，前轴负荷：2370×45%=1066.5kg；后轴负荷：2370×55%=1303.5kg.图36、汽车性能参数的确定比功率Pb是汽车所装发动机的最大功率Pemax与汽车最大总质量m之比；比转矩Tb是汽车所装发动机的最大转矩Temax与汽车最大总质量m之比；已知汽车最大总质量为4500kg=4.5T，所以发动机的最大功率Pemax=4.5×16=72kW发动机的最大扭矩Temax=4.5×30=135N.m；根据上述参数要求，选择发动机型号如下：发动机型号：福田BJ486EQV4汽缸数：4燃料种类：汽油排量：1.998L排放标准：国四/欧四最大输出功率：90KW扭矩：186N·m马力：122马力最大扭矩转速：3200-4500额定转速：5000RPM该发动机为北汽福田与英国莲花公司、德国博世公司合作全新开发的省油高效发动机，产品满足欧IV排放法规要求，采用顶置双凸轮轴、16气门，采用先进的VVT技术，提高驾驶性能，降低整车油耗和排放。三、悬架主要参数的确定已知基本设计参数额定装载质量：2000kg整车整备质量：2370kg最大总质量：4500kg驾乘人员质量：130kg满载时，前轴负荷：1125kg；后轴负荷：3375kg.空载时，前轴负荷：1066.5kg；后轴负荷：1303.5kg.设计外廓尺寸长、宽、高5670×1780×2700（mm）轴距3360mm前轮距：1385mm后轮距：1300mm1、前后悬架结构型式选择根据本设计汽车的使用环境、舒适性、载货情况以及参考市场同类型乘用车的悬架型式，本设计悬架方式如下：前悬架采用少片弹簧，主要因为与多片弹簧相比，少片弹簧重量降低40%左右；相应地也就减少了对车架和车身的冲击力。另外少片变截面弹簧在片间装置有偏磨垫片，从而提高了弹簧的疲劳寿命。后悬架采用主、副簧多片弹簧，副簧布置在主簧之上，中间用垫块隔开，两簧在承载过程中不接触，开始时仅主簧起作用，当载荷增加到某值时副簧与主簧共同起作用，弹性特性由两条直线组成。前悬架采用少片弹簧，后悬架采用主、副簧多片弹簧。2、悬架静挠度𝐟𝐜悬架静挠度是指汽车满载静止时悬架上的载荷Fw与此时悬架刚度c之比，即：fc=Fw/c货车的悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率,是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一。因汽车的质量分配系数近似等于1,因此货车车轴上方车身两点的振动不存在联系。货车的车身的固有频率n（亦称偏频）,可用下式来表示：n=√c/m/(2π)式中:c为悬架的刚度(N/cm)，m为悬架的簧上质量（kg）当采用弹性特性为线性变化的悬架时，静挠度可用下式表达：fc=mg/c其中g为重力加速度，g=10N/kg；得到：n=5/√fcn：Hzfc：cm分析上式可知：悬架的静挠度直接影响车身的振动频率，因此欲保证汽车有良好的行驶平顺性，就必须正确选择悬架的静挠度。在选取前、后悬架的静挠度fc1和fc2时，应当使之接近，并希望后悬架的静挠度fc1比前悬架的静挠度fc2小些，这有利于防止车身产生较大的纵向角振动，考虑到乘用车前、后轴荷的差别和驾驶员的乘坐舒适性，取前悬架的静挠度值大于后悬架的静挠度值，推荐fc2=（0.6～0.8）fc12.1前、后悬架静挠度确定对于我们要研究的汽车的前悬架系统，选取静挠度为cmfc75.81。后悬架系统，选取静挠度cmffcc78.012，由公式Hzfn5,得满载偏频为Hzn89.175。2.2悬架主、副钢板弹簧的刚度分配图4货车主副簧为钢板弹簧的弹性特性如何确定副簧开始参加工作的载荷Fk和主、副簧之间刚度的分配，受悬架的弹性特性和主、副簧上载荷分配的影响，原则上要求车身从空载到满载时的振动频率变化要小，以保证汽车有良好的平顺性，还要求副簧参加工作前后的悬架振动频率不大。这两项要求不能同时满足。由于货经常处于满载状态，采用如下方法来确定。使副簧开始起作用时的悬架挠度fa等于汽车空载时悬架的挠度f0,而使副簧开始起作用前一瞬间的挠度fk等于满载时悬架的挠度fc。于是可求：Fk=√F0Fw式中F0和Fw分别为空载和满载时的悬架负荷。副簧、主簧的刚度比为：ca/cm=√−1,=F0/FW式中，ca为副簧刚度，cm为主簧刚度。单个钢板弹簧满载载荷：Fw=G2−后桥重−簧重−轮重2kg=3375−125−50−4×252kg=1550kg=1550×10=15500N满载时，Fw=Fa+Fm，式中Fa为副簧簧上质量，Fm为主簧簧上质量。单个钢板弹簧空载载荷：F0=G2−后桥重−簧重−轮重2kg=1303.5−125−50−4×252kg=514.25kg=514.25×10=5142.5N=FwF0=15500/5142.5=3.01ca/cm=√−1=0.732悬架总体刚度c=Fwfw=15500/7=2214N/cm,Fk=√F0Fw=8928N得到：ca=127.8N/mm,cm=93.6N/mm，副簧起作用后，近似认为变形相同，从副簧开始起作用到满载的变形为fcaFw=Fk+fca（ca+cm）所以fca=Fw−Fkca+cm=（15500-8928）/221.4=29.6mmFa=ca×fca=3793.5NFm=Fw-Fa=15500-3793.5=11706.5N3、悬架的动挠度𝐟𝐝悬架的动挠度fd是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形（通常指缓冲块压缩到自由高度的1/2或2/3）车轮中心相对车架的垂直位移。对货车，fd取6～9cm，本设计：fd=8cm4、悬架弹性特性悬架的弹性特性有线性弹性特性和非线性弹性特性两种。由于货车在空载和满载时簧上质量变化大，为了减少振动频率和车身高度的变化，因此选用刚度可变的非线性悬架。四、后悬架弹簧弹性元件的计算1、钢板弹簧的布置方案及材料选择钢板弹簧在汽车上可以纵置或者横置。后者因为要传递纵向力，必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂、质量加大，所以只在少数轻、微型车上应用。纵置钢板弹簧能传递各种力和力矩，并且结构简单，故在汽车上得到广泛应用。纵置钢板弹簧又有对称式与不对称式之分。钢板弹簧中部在车桥上的固定中心至钢板弹簧两端卷耳中心之间的距离若相等，则为对称式钢板弹簧；若不相等，则称为不对称式钢板弹簧。多数情况下汽车采用对称式钢板弹簧。由于整车布置上的原因，或者钢板弹簧在汽车上的安装位置不动，又要改变轴距或者通过变化轴距达到改善轴荷分配的目的时，采用不对称式钢板弹簧。根据钢板弹簧的工作情况和GB/T1222-1984，选择60Si2MnA作为钢板弹簧的材料。高温回火后有良好的综合力学性能。用60Si2MnA制钢板弹簧，热处理：870℃油浴淬火、440℃中温回火，再经表面喷丸处理。我们此次研究的程勇汽车后悬挂系统钢板弹簧拟采用纵置对称式钢板弹簧。2、钢板弹簧主要参数的确定2.1满载弧高满载弧高af是指钢板弹簧装到车轴上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端(不包括卷耳孔半径)连线间的最大高度差。弧高af用来保证