载货汽车后悬架设计实例

载货汽车后悬架设计实例一、设计的主要数据载质量：6000kg整备量：5000kg空车时：前轴负荷：2500kg后轴负荷：2500kg满载时：前轴负荷：3350kg后轴负荷：7650kg尺寸：总长：8470总宽：2470轴距：4700前轮距：1900后轮距：1800满载重心高度：1180二、悬架主要参数的确定1悬架的静挠度cf悬架的静扰度是指汽车满载静止时悬架上的载荷fc与此时悬架刚度c之比，即cFfwc/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,可用下式来表示：n=2//mc式中，c为悬架的刚度（N/m）,m为悬架的簧上质量（kg）又静挠度可表示为：cmgfc/g：重力加速度（10N/kg）,代入上式得到：n=15.76/cfn:hzcf:mm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2有良好的行驶平顺性，就必须正确选择悬架的静挠度。又因为不同的汽车对平顺性的要求不相同，货车的后悬架要求在1.70～2.17hz之间，因为货车主要以载货为主，所以选取频率为：1.9hz.。2悬架的动挠度df悬架的动挠度是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构容许的最大变形时，车轮中心相对车架的垂直位移。通常货车的动挠度的选择范围在6～9cm.。本设计选择：cmfd0.83悬架的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。4悬架主，副簧刚度的分配图1货车主、副簧为钢板弹簧结构的弹性特性如何确定副簧开始参加工作的载荷kF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af等于汽车空载时悬架的挠度0f，而使副簧开始起作用前一瞬间的挠度kf等于满载时悬架的挠度cf。于是可求kF=WFF0式中WFF和0分别为空载和满载时的悬架的载荷。副簧，主簧的刚度之比为：31/macc，0/FFw式中，ac为副簧的刚度，mc为主簧的刚度。单个钢板弹簧满载载荷：WF=NgG3604010244850200765022轮重簧重后桥重满载时：WmaFFF（4-9）式中aF为副簧簧上质量，mF为主簧簧上质量。单个钢板弹簧空载载时簧上质量：NgGF10290102448502002500220轮重簧重后桥重n=1.9hz,m=3604kg,代入公式：n=2//mc可得C=5137N/cm又5.31029036040/FoFWmacc/=1=0.87有上面的二式，可联立方程组：cmNcccma/5137（1）macc/=0.87（2）由（1），（2）两式可得：ac=2390N/cm,mc=2747N/cm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caf。WkFFF0=19257.5N又：acamcakWCfCfFF，得：acf=)/()(makWCCFF4=51375.1925736040=3.27cmNcmNcmCfFaaca7815/239027.3WmFFaacCf=36040N-7815N=28225N主簧：cmf=mmCF=274728225=10.28cm副簧：caf=aaCF=23907815=3.27cm三、弹性元件的设计1钢板弹簧的布置方案选择布置形式为对称纵置式钢板弹簧。2钢板弹簧主要参数的确定已知满载静止时负荷2G=7650kg。簧下部分荷重kgGZ4422，由此可计算出单个钢板弹簧的载荷：NgGGFZW360401024427650222。由前面选定的参数知：cmfd0.8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连线间的高度差。常取af=10～20mm.在此取：mmfa152.2钢板弹簧长度L的确定：（1）选择原则：钢板弹簧长度是弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。轿车L=(0.40～0.55)轴距；货车前悬架：L=(0.26～0.35)轴距，后悬架：L=(0.35～0.45)轴距。（2）钢板弹簧长度的初步选定：5根据经验L=0.35轴距，并结合国内外货车资料，初步选定主簧主片的长度为mL1650mm,副簧主片的长度为aL1180mm.2.3钢板弹簧断面尺寸的确定：（1）钢板弹簧断面宽度b的确定：有关钢板弹簧的刚度，强度可按等截面的简支梁计算，引入挠度增大系数加以修正。因此，可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需的总惯性距0J。对于对称式钢板弹簧EckSLJ48/)(30式中：S——U形螺栓中心距（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=cWfF/;——为挠度增大系数。挠度增大系数的确定：先确定与主片等长的重叠片数1n，再估计一个总片数0n，求得01/nn，然后=1.5/)5.01(04.1，初定。对于主簧：L=1650mmk=0.5S=200mm1n=20n=14142=1.5/)5.01(04.1=1.5/)1425.01(04.1=1.35E=2.1510N/4mm将上述数据代入以上公式得0J=137×1034mm计算主簧总截面系数0W：60WWWkSLF4/)(式中w为许用弯曲应力。w的选取：后主簧为450～550N/2mm，后副簧为220～250N/2mm。wF=mF=28225NL=1650mmk=0.5S=200mmw=500N/2mm.将上面数据代入公式，得：0W=21.9×1033mm再计算主簧平均厚度：cmwpEfkSLWJh6)(/2200=12mm有了ph以后，再选钢板弹簧的片宽b。推荐片宽和片厚的比值在6～10范围内选取。b=110mm对于副簧：L=1180mmk=0.5S=200mm11n50n5131.1)515.01(04.1/5.1E=25/101.2mmN7将上述数据代入公式，得4401040mmJ计算副簧总截面系数0W：0WWWkSLF4/)(wF=aF=7815NL=1180mmk=0.5S=200mmw=245N/2mm.将上面数据代入，得：0W=8.6×1033mm再计算副簧平均厚度：cawpEfkSLWJh6)(/2200=10mmb=110mm（2）钢板弹簧片厚h的选取:本设计主簧和副簧均采用等厚片，片厚分别为12mm、10mm。通过查手册可得钢板截面尺寸b和h符合国产型材规格尺寸。（3）钢板断截面形状的选择：本设计选取矩形截面。（4）钢板弹簧片数的选择：片数n少些有利于制造和装配，并可以降低片与片之间的干摩擦，改善汽车的行驶平顺性。但片数少了将使钢板弹簧与等强度梁的差别增大，材料的利用率变坏。多片钢板弹簧一般片数在6～14片之间选取，重型货车可达20片。用变截面少片弹簧时，片数在1～4选取。根据货车的载荷并结合国内外资料初步选取本货车主簧的片数为14片，副簧的片数为5片。2.4钢板弹簧各片长度的确定8先将各片的厚度ih的立方值3ih按同一比例尺沿纵坐标绘制在图上，再沿横坐标量出主片长度的一半L/2和U型螺栓中心距的一半s/2，得到A,B两点，连接A，B两点就得到三角形的钢板弹簧展开图。AB线与各片上侧边的交点即为各片的长度。如果存在与主片等长的重叠片，就从B点到最后一个重叠片的上侧边断点连一直线，此直线与各片上侧边的交点即为各片长度。各片实，际长度尺寸需经圆整后确定。由图2确定主簧各片长度：图2确定主簧各片长度图主簧各片钢板的长度如表1：表1主簧各片钢板的长度序号123456789长度（mm）165016501538.414271315.412041092.4980.8869.4序号1011121314长度（mm）757.8646.4534.8423.2311.6由图3确定副簧各片长度；9图3确定副簧各片长度图表2副簧各片钢板的长度序号12345长度（mm）11809847885923963钢板弹簧刚度的验算在此之前，有关挠度增大系数，总惯性矩0J，片长和叶片端部的形状都不够准确，所以有必要验算刚度。用共同曲率法计算刚度，刚度的验算公式为：C=niKKkYYaE1131)(/6其中，)(111kklla；kiiKJY1/1；111/1kiiKJY。式中，为经验修正系数，取0.90～0.94，E为材料弹性模量；,1l1kl为主片和第（k+1）片的一般长度。公式中主片的一半1l，如果用中心螺栓到卷耳中心间的距离代入，求的刚度值为钢板弹簧总成自由刚度jc；如果用有效长度，即)5.0(1'1kSll代入上式，求得的刚度值为钢板弹簧总成的夹紧刚度zc。10（1）主簧刚度的验算：K12345671ka=11kll(cm)05.5811.1516.7322.327.8833.46K89101112131ka=11kll(cm)39.0344.6150.1855.7661.3466.92由公式kiiKJY1/1(mm-4)，得：Y1=6.3×10-5Y2=3.15×10-5Y3=2.1×10-5Y4=1.575×10-5Y5=1.26×10-5Y6=1.05×10-5Y7=0.9×10-5Y10=0.63×10-5Y11=0.573×10-5Y12=0.525×10-5Y13=0.485×10-5Y14=0.45×10-5将上述数据代入公式，得总成自由刚度jmC：jmC=2821N/cm将上述数据代入公式有效长度，即ksll5.01'1，代入到公式所求得的是钢板弹簧总成的夹紧刚度zmCzmC=2844N/cm与设计值mc=2747N/cm相差不大，基本满足主簧刚度要求。（2）副簧刚度的验算：k12341ka=11kll98196294392由公式kiiKJY1''/1(mm-4)，得：Y1=1.1×10-4Y2=0.55×10-4Y3=0.37×10-4Y4=0.275×10-4Y5=0.22×10-4将上述数据代入公式，得总成自由刚度jaC：jaC=2504N/cm11如果用有效长度，即kSll5.01'1，代入公式所求得的是钢板弹簧总成的夹紧刚度zaCzaC=2554N/cm与设计值ac=2390N/cm相差不大,基本满足副簧刚度要求。4钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算（1）钢板弹簧总成在自由状态下的弧高0H钢板弹簧总成在自由状态下的弧高0H，用下式计算：)(0fffHac式中，cf为静挠度；af为满载弧高；f为钢板弹簧总成用U型螺栓夹紧后引起的弧高变化，22))(3(LffSLSfca；S为U型螺栓的中心距。L为钢板弹簧主片长度。下面分别计算主簧和副簧总成在自由状态下的弧高0H：主簧：由：mmfcm8.102mmfa1522))(3(LffSLSfcma=mm6.2016502/158.102200165032002则)(0fffHacm=102.8+15+20.6=138.4mm副簧：22))(3(LffSLSfcaa=mm4.1111802157.32200118032002)(0fffHaca=32.7+15+11.4=59.1mm（2）钢板弹簧总成在自由状态下的