某皮卡车少片变截面钢板弹簧后悬架设计
目录
1方案论证 (1)
1.1悬架结构形式分析 (3)
1.1.1 非独立悬架和独立悬架 (3)
1.1.2前悬架方案的选择 (4)
1.1.3 比较选型 (4)
1.2少片变截面钢板板簧结构分析 (5)
1.2.1抛物线形叶片弹簧 (5)
1.2.2梯形变厚断面弹簧 (8)
1.3钢板弹簧的布置方案 (9)
2悬架主要部件 (11)
2.1钢板弹簧的形式 (11)
2.1.1叶片断面形状 (11)
2.1.2叶片端部形状 (12)
2.2 板簧两端与车架的连接 (12)
2.2.1连接的结构形式 (12)
2.2.2板簧卷耳与衬套 (13)
2.3减震器 (14)
2.3.1减振器的作用 (14)
2.3.2减振器的结构： (15)
2.3.3 减振器工作原理： (15)
2.3.4减震器的选择 (15)
3 悬架的设计计算 (17)
3.1弹性元件的计算 (17)
3.2优化设计 (20)
3.3变截面钢板弹簧校核 (25)
3.3.1校核刚度 (25)
3.3.2 弹簧的最大应力点及最大应力 (26)
3.4 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径 (27)
3.5 钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定 (28)
3.6钢板弹簧总成弧高的核算 (29)
3.7钢板弹簧强度验算 (29)
3.7.1驱动时计算应力 (29)
3.7.2.汽车通过不平路面时钢板弹簧的强度 (30)
3.8钢板弹簧卷耳和弹簧销的强度核算 (30)
3.8.1卷耳应力的验算 (30)
3.8.2钢板弹簧销的验算 (31)
3.8.3 U形螺栓强度验算 (32)
3.9减振器性能参数的选择 (33)
3.9.1 相对阻尼系数ψ (33)
3.9.2 减振器阻尼系数 的确定 (34)
F的确定 (35)
3.9.3 最大卸荷力
3.9.4计算结果以及减震器的选择 (35)
4 CATIA实体建模 (37)
4.1CATIA简介 (37)
4.2实体建模 (38)
4.2.1钢板弹簧的绘制 (38)
4.2.2盖板的实体图 (39)
4.3主要零件实体图 (39)
4.4装配 (42)
5 结束语 ............................................................................................. 错误！未定义书签。参考文献 .. (44)
致谢 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。附录 . (45)
1方案论证
汽车悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶
悬架是现代汽车的重要总成之一，它把车架（或车身）与车轴（或车轮）弹性的连接起来。其主要任务是传递作用在车轮与车架（或车身）之间的一切力与力矩；缓和路面传给车架（或车身）的冲击载荷，衰减由此引起的载荷系统的震动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。由此可见悬架系统在现代汽车上是重要的总成之一。
悬架由弹性元件、导向装置、减振器和、缓冲块和横向稳定器等组成。
弹性元件用来承受并传递垂直载荷，缓和由于路面不平引起的对车身的冲击。弹性元件种类包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧等。
1．钢板弹簧：由多片不同长度和不等曲率的钢板叠合而成。安装好后两端自然向上弯曲。钢板弹簧除具有缓冲作用外，还有一定的减震作用，纵向布置时还具有导向传力的作用，非独立悬挂大多采用钢板弹簧做弹性元件，可省去导向装置和减震器，结构简单。
2.扭杆弹簧：将用弹簧杆做成的扭杆一端固定于车架，另一端通过摆臂与车轮相连，利用车轮跳动时扭杆的扭转变形起到缓冲作用，适合于独立悬挂使用。
3．空气弹簧：当多轴货车或挂车采用空气弹簧时，在空载或部分承载工况下，能够警醒单轴或多轴提升，这有利于减少提升轴和未提升桥上轮胎的磨损，同时增加驱动桥的附着力。
3．油气弹簧：以气体作为弹性介质，液体作为传力介质，它不但具有良好的缓冲能力，还具有减震作用，同时还可调节车架的高度，适用于重型车辆和大客车使用。
对悬架提出的要求是：
1.保证汽车有良好的行驶平顺性。为此，汽车应有较低的振动频率，乘员在车中
承受的振动加速度应不超过国际标准2631-78规定的人体承受振动界限值。振动加速度的界限值是振动频率和人承受振动作用时间的函数。承受振动作用的时间长，容许的加速度值就小。
2.具有合适的衰减振动的能力。它应与悬架的弹性特性很好匹配，保证车身和车轮在共振区的振幅小，振动衰减快。
3.保证汽车有良好的操纵稳定性。要正确地选择悬架方案和参数，导向机构在车轮跳动时，应不使主销定位参数变化过大，车轮运动与导向机构运动应协调，不出现摆振现象。转向时整车应有一些不足转向特性。
4.汽车制动或加速时，要保证车身稳定，减少车身纵倾（即所谓“点头”或“后仰”）的可能性，转弯时车身侧倾角要合适。
5.有良好的隔振能力。
6.机构紧凑、占用空间尺寸要小。
7.可靠的传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。
近年来在许多国家的汽车上采用了一种由单片或2-3片变厚度断面的弹簧片构成的少片变截面钢板弹簧，其弹簧面的断面尺寸沿长度方向是变化的，片宽保持不变。这种少片变截面钢板弹簧克服了许多钢板弹簧质量大，性能差的缺点。
少片变截面板簧具有制造方便、结构简单、节省材料等诸多优点，只要与减震器合理配置，能极大改善行驶的平顺性，特别是对于客车和轻型货车，由于装载质量变化不大，簧上只留昂不大，采用少片式板簧更为有利。
此次设计中采用的是对称式少片变截面钢板弹簧，少片簧设计复杂，因此设计采用优化设计方法对少片簧进行参数优化设计，这样更加提高了设计的合理性和优越性。
1.1悬架结构形式分析
1.1.1 非独立悬架和独立悬架
汽车的悬挂系统分为非独立悬挂和独立悬挂两种，非独立悬挂的车轮装在一根整体车轴的两端，当一边车轮跳动时，另一侧车轮也相应跳动，使整个车身振动或倾斜；独立悬挂的车轴分成两段，每只车轮由螺旋弹簧独立安装在车架下面，当一边车轮发生跳动时，另一边车轮不受影响，两边的车轮可以独立运动，提高了汽车的平稳性和舒适性。（如图2.1）
图1.1悬架结构形式简图
1.独立悬架优缺点分析
独立悬架的结构特点是，左、右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接。优点是：
1）簧下质量小；
2）悬架占用的空间小；
3）弹性元件只承受垂直力，所以可以用刚度小的弹簧，使车身振动频率降低，改善了汽车行驶平顺性；
4）由于采用断开式车轴，所以能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，改善了汽车的行驶稳定性；
5）左、右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力；
6）独立悬架可提供多种方案供设计人员选用，以满足不同设计要求。
缺点是：结构复杂，成本较高，维修困难。
这种悬架主要用于乘用车和部分总质量不大的商用车上。
2. 非独立悬架优缺点分析
非独立悬架的结构特点是，左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接。
优点是：结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。
缺点是：
1）由于整车布置上的限制，钢板弹簧不可能有足够的长度（特别是前悬架），使之刚度较大，所以汽车平顺性较差；
2）簧下质量大；在不平路面上行驶时，左、右车轮相互影响，并使车轴（桥）和车身倾斜；
3）当两侧车轮不同步跳动时，车轮会左、右摇摆，使前轮容易产生摆振；前轮跳动时，悬架易与转向传动机构产生运动干涉；
4）当汽车直线行驶在凹凸不平的路段上时，由于左右两侧车轮反向跳动或只有一侧车轮跳动时，不仅车轮外倾角有变化，还会产生不利的周转向特性；
5）汽车转弯行驶时，离心力也会产生不利的轴转向特性；车轴（桥）上方要求有与弹簧行程相适应的空间。
1.1.2前悬架方案的选择
目前汽车的前、后悬架采用的方案有：前轮和后轮均采用非独立悬架、前轮采用独立悬架、后轮采用非独立悬架、前后轮都采用独立悬架等几种。
前悬架采用纵置钢板弹簧非独立悬架的汽车转向行驶时，内侧悬架处于减载而外侧悬架处于加载状态，于是内侧悬架缩短，外侧悬架因受压而伸长，结果与悬架固定连接的车轴的轴线相对汽车纵向中心线偏转一角度a。对前轴，这种偏转使汽车不足转向趋势增加。
1.1.3 比较选型
由于我这次设计的是轻型卡车前悬架，是非乘用车，对汽车平顺性要求不是很高
再加上对两种悬架的比较，我选择非独立悬架作为设计方向。
1.2少片变截面钢板板簧结构分析
少片弹簧在乘用车和部分商用车上得到越来越多的应用。其特点是叶片有等长、等宽、变截面的1~3片叶片组成。利用变厚断面来保持等强度特性，并比多变弹簧减少20%-40%的质量。片间放有减摩作用的塑料垫片，或做成只在端部接触，以减少片间摩擦。
少片变截面板簧制造方便，结构简单，节省材料，能够进一步提高板簧的单位储能量。簧片应力分布均匀，可充分利用材料，大大减少片间摩擦，减轻簧片磨损，提高板簧寿命，降低板簧动刚度，从而改善车辆的行驶平顺性同时提高汽车动力性、经济性与稳定性也极有利。为满足汽车轻量化要求，在国内外汽车设计中，逐渐采用少片变截面板簧取代多片等截面板簧。
现代汽车上采用的变厚截面弹簧主要有两种型式。即叶片宽度不变与宽度向两端变宽的弹簧。这里采用上叶片宽度不变的。
少片变截面钢板弹簧的中间和两端部分是等厚的，等厚截面有按抛物线变化和按线性变化两种。这里选用按线性变化的变截面钢板弹簧。
1.2.1抛物线形叶片弹簧
1.等应力梁的几何形式
图1.2抛物线形叶片弹簧
如图1.2所示，等应力梁上面为平面，下面为曲面，端面载荷为P,弹簧宽度为b ，
则弹簧中部A-A 处应力A δ
26A pl
bh
δ=
（1.1）
在弹簧任意截面处的应力x δ为：
2
6x
x x pl bh δ= （1.2）
若弹簧为等应力梁，则弹簧任意截面处应力相等。有公式（1-1）与（1-2）得：
1
2
()x x
l h l = (1.3)
由（1-3）式可知，欲使弹簧在各截面处应力相等。其厚度沿长度方向必须按
抛物线规律变化，但由于弹簧端部不能承受剪力，故实际使用中需要加强卷耳末端强度。
2.抛物线叶片弹簧的刚度
图1.3实际抛物线形叶片弹簧
p---作用在弹簧端部的载荷 1h ---弹簧端部宽度 2h ---弹簧中部宽度 b---弹簧宽度
L---弹簧伸直长度一半 2l ---厚度为1h 部分的长度
图1-3为端部加强了的抛物线形叶片弹簧，考虑到装夹情况即图中AB 和CD 两部分制成等厚的，将BC 部分制成厚度按抛物线规律变化的。
下面用马莫法（虚荷法）求叶片弹簧在在载荷作用点处的变形。
1
f x
p l x
d M M
EJ =
?
(1.4)
式中，p l ,M M 分别为由载荷P 和单位力所引起的力矩;x J 为叶片弹簧在任意截面处的惯性矩。
由于弹簧在不同的长度范围内x J 值各不相同，将（1-4）积分式进行段积分，求得
3
322pl
f=[1()]3l k EJ l
+ (1.5)
式中2J =32bh n/12 (n: 弹簧片数)；k=1-3β；12=h /h β。 当弹簧（对称弹簧）长度为2L 时，利用上式求得弹簧刚度为
2
3
3
261
k =
*
*
[1()
]
EJ l l
k l
ξ+ (1.6)
式中ξ为弹簧变形修正系数。
由于梁弯曲变形公式是根据等截面梁推导出来的，用它来计算变截面梁的变形，其结果是近似的；另外，生产的弹簧的截面形状实际上并不是理想的矩形。因次利用
上式计算弹簧刚度时，需要乘以一个经验修正系数ξ，一般取ξ=0.9.
1.2.2梯形变厚断面弹簧
由于抛物线形叶片弹簧制造困难，因此实际中使用中多用梯形变厚断面弹簧代替，这种叶片弹簧几何形状如图1.4所示
图1.4梯形变截面弹簧
P---作用在弹簧端部的载荷 l---弹簧伸直长度一半
1l ---厚度为2h 的等厚部分的长度 b---弹簧宽度
1h ---弹簧端部厚度 2h ---弹簧中部厚度距载荷作用点x 处的厚度 当1l ≤x ≤2l 时x h =+X A B 式中
2121
1221
21
()/()()/（)A h h l l B h l h l l l =--=-- (1.7)
梯形叶片弹簧刚度
弹簧在载荷作用点处的变形为：
1
x
p l
x
d f M M EJ =
?
(1.8)
弹簧在任意截面处的惯性矩X J 分如下几种情况讨论
31x 1131232x 20时， J =J /12
时， J =b （A +)n/12
l 时， J =J /12
X X x l bh n l x l B x l bh n ≤≤=≤≤≤≤=
按分段积分法对式（1.8）进行积分，经整理后得
3
322f [1()]3l Pl k EJ l
=+ (1.9) 式中k 为变形系数
32
23
32
(1)(1)(1)(1)（1-）
k 1.5[2ln 4]11(1)（1-）
αβγγβγβαβα----=-+---- (1.10) 式中1
2
l =
l α； 12=h /h β; 1221//l h l h γαβ==
变形系数k 也可根据已知几何参数、αβ在相应的曲线中查出，当1l =0时按(1.10),求得：
3
2l n (1)(3)
[1.51](1)
k ββββ+--=-
+- （1.11）
当弹簧（对称弹簧）长度为21时，梯形叶片弹簧的刚度为
2
3
2
61
k *
*[1()
EJ l l
k l
ξ
=
+ (1.12)
1.3钢板弹簧的布置方案
钢板弹簧在汽车上可以纵置或横置。后者因为要传递纵向力，必须设置附加的导
向装置，使结构复杂、质量加大，所以只在极少数汽车上应用。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。钢板弹簧中部在车轴（桥）上的固定中心至钢板弹簧两端卷耳中心之间的距离相等，则为对称式钢板弹簧；若不相等，则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。
因此，基于少片弹簧的这些优点，克服了多片簧之间干摩擦造成的不良影响。改善了行驶平顺性，经济性与稳定性。故本次设计选用纵置少片变截面钢板弹簧非独立悬架。
2悬架主要部件
2.1钢板弹簧的形式
2.1.1叶片断面形状
叶片断面行形状除普遍应用的矩形断面形状如图2.1a所示，另外还有为提高钢板弹簧耐疲劳度与减轻质量的特殊形状的断面。常见的是单面带抛物线边缘的如图2.1b与单面带槽的如图2.1c、d所示。
图2.1 叶片断面的四种形状
有实验可知图2.1b、c、d三种叶片断面形状的板簧与矩形断面的板簧相比疲劳度提高了30%-50%节约材料10%左右。但对于轻型卡车使用路况与条件均较好。故从工艺上分析还是选择工艺性好形状简单的矩形断面。
面前广泛采用的矩形断面大致有两种。一种是两边带圆弧的图2.1a，另一种是具有一定凹度的双凹扁平钢。实验证明，前者较后者的疲劳寿命有大幅提高。
综上所述，本车前悬架钢板弹簧的叶片断面形状采用图2.1a所示的矩形断面。
2.1.2叶片端部形状
一般情况下，叶片端部形状有三种。矩形、梯形与椭圆形。
图2.2 叶片端面三种形状
叶片端部为矩形时，其制造容易、成本低，但容易引起叶片之间压力集中，造成摩擦与磨损严重；又因端部刚性大，使之与等应力梁相差多些。将叶片端部制成梯形时，除节省一部分材料外，还能减小叶片质量，并使钢板弹簧更好地接近等应力梁。叶片端部经压延形成如图2.2c所示的沿长度方向呈变厚状的椭圆形叶片组成的钢板弹簧，更接近等应力梁，同时质量也小。
因本车采用了少片变截面板簧做弹性元件。实现了板簧轻量化与改善应力分布。若在追求轻量化而采用2.2c板簧形式，显的作用小。且工艺复杂，成本上升。故本次设计采用2.2b所示的梯形端面板簧。
2.2 板簧两端与车架的连接
2.2.1连接的结构形式
目前用铰接与吊耳将两端固定在车架上的形式广泛用于汽车上。吊耳的安装有如下四种方式（图2.3）实践证明方案a与其它相比灵活简单适用，故本车设计采用2.3a 的连接方式。
图2.3板簧两端与车架连接的四种方式
2.2.2板簧卷耳与衬套
1.卷耳
钢板弹簧端部做成卷耳状，再通过钢板弹簧销固定在车架上的托架或者吊耳的孔中。如图6—55所示，卷耳有多种形式。卷耳主要对制造工艺性，叶片的应力状况，主片的工作条件等产生影响。
图2.4a和b所示为得到广泛应用的卷耳上卷式结构，特点是制造工艺性良好，但因卷耳中心线与主片断面中心线之间存在一定距离，所以工作时叶片内应力较大。图6—55c所示卷耳的结构特点是卷耳中心线与主片中心线在同一直线上，所以叶片内应力较小，但制造工艺性不好。图6—55b所示结构的钢板弹簧第二片端部也向上卷起包在第一片卷耳上(可以部分或者全部包住)，使主片工作条件改善，工作可靠性提高。对于承载比较大的钢板弹簧，可以采用图6—55d所示的可拆卸式卷耳结构。
图2.4钢板弹簧卷耳
采用上卷耳是目前广泛应用的结构型式，制造工艺性好，但应力较大，如果将主片加厚1mm，然后校核。只要应力解决了，上卷耳是本次设计的最佳选择。
2.衬套
钢板弹簧的卷耳内衬套，选取聚甲醛的塑料衬套。因为它具有耐磨、耐蚀减磨、
不需润滑、吸水性好、重量轻等优点。
2.3减震器
2.3.1减振器的作用
减振器作为阻尼元件是悬架的重要组成元件之一。减振器在汽车悬架安装位置根据整车布局设计和悬架的设计结构有很多种，左图为减振器在采用麦弗逊独立悬架轿车上的安装位置示意图。
图2.5减震器在车上安装位置示意图
汽车行驶的路面不可能绝对平坦，必然会产生振动，这种持续的振动易使司乘人员感到不舒适和疲劳，而减振器正式为迅速衰减振动而设计的。但减振器的功能决不仅仅是衰减振动，其对整车综合特性的影响如下：
图2.6减震器对整车综合特性的影响
迅速衰减由路面传递给车体的振动，提高行驶平顺性; 使司乘人员不易疲劳货物不易损坏，提高乘座舒适性;降低对相关零件冲击载荷减少磨损，提高使用经济性;改善轮胎接地性抑制高速行驶跳动，提高行驶安全性;车辆在急加速、急刹车、急转弯时，提高操作稳定性;
2.3.2减振器的结构：
双向作用筒式液压减振器基本结构如下图所示:
图2.7减震器基本结构
主要部件：1.活塞杆2.工作缸筒3.活塞 4.复原阀5.贮油缸筒 6.压缩阀7.补偿阀8.流通阀
9.导向座10.防尘罩11.油封
2.3.3 减振器工作原理：
减振器活塞随车辆振动在缸筒内往复运动，减振器壳体内的油液重复地从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时，孔壁与油液间的摩擦液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼力，使车辆的振动能量转化为热能，而被油液和减振器壳体所吸收，然后散到大气中。简单的说就是，减振器将动能转化为热能。
2.3.4减震器的选择
减震器是汽车悬架中衰减振动的装置，它的存在明显改善了汽车行驶平顺性和操作稳定性。现代汽车在设计中悬架的部分都装有专门的减震装置，其中用得最多的是液力减震器。液力减震器按其结构可分为摇臂式和筒式；按其作用原理可分为单向作用式和双向作用式两种。由于筒式减震器具有质量小、性能稳定、工作可靠，得以大
量的生产，所以成为减震器的主流。筒式减震器可以分为双筒式、单筒式和充气式等结构，其中以双筒式应用最多。本设计所选用的就是最为广泛的双筒式双向作用减震器。
3 悬架的设计计算
3.1弹性元件的计算
1. 确定弹簧上的载荷 满轴载荷：2628 kg
非簧载质量：260 kg
则簧载质量：0w F =（满非-M M ）*g=23206 N 每副簧载荷：w w0=/2F F =11603 N 2.弹簧长度L
由于本次设计的少片簧（对称）主要目的是希望能将已有车型的一般板簧进行改装，故其长度已被限定。
由原始数据得：
弹簧全长：1200mm （1l =600mm ，2l =600mm ） 则弹簧端部载荷：1w 2=*l /P F l =11603*572/1144=5802 N 3.静挠度c f 与动挠度d f 的选择
根据汽车行驶平顺性要求确定偏频n ，按公式5
求出c f ，然后查表3.1确
定d f 。
表3.1 偏频、静挠度和动挠度
由悬架刚度与簧载质量所决定的车身自然振动频率是影响汽车平顺性的重要性能之一，人体所习惯的垂直震动频率是步行时身体上下所习惯的垂直振动频率，约为1-1.6赫兹。车身自然振动频率应尽量处于或接近这一频率。
根据力学分析，如果将汽车看成一个弹性悬架上做单自由度振动的质量。则悬架
汽车钢板弹簧悬架设计方案
汽车钢板弹簧悬架设计 （１）、钢板弹簧种类 汽车钢板弹簧除了起弹性元件作用之外,还兼起导向作用,而多片弹簧片间磨擦还起系统阻尼作用。由于钢板弹簧结构简单，使用维修、保养方便，长期以来钢板弹簧在汽车上得到广泛应用。目前汽车使用的钢板弹簧常见的有以下几种。 ①通多片钢板弹簧,如图1-ａ所示，这种弹簧主要用在载货汽车和大型客车上，弹簧弹性特性如图2-ａ所不,呈线性特性。 变形 载荷变形 载荷变形载荷 图1 图2 ②少片变截面钢板弹簧，如图1-ｂ所不,为减少弹簧质量，弹簧厚度沿长度方向制成等厚，其弹性特性如一般多片钢板弹簧一样呈线性特性图2-ａ。这种弹簧主要用于轻型货车及大、中型载货汽车前悬架。 ③两级变刚度复式钢板弹簧，如图１-c 所示，这种弹簧主要用于大、中型载货汽车后悬架。弹性特性如图2－b 所示，为两级变刚度特性，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。 ④渐变刚度钢板弹簧,如图1-d 所示,这种弹簧多用于轻型载货汽车与厢式客车后悬架。副簧放在主簧之下,副簧随汽车载荷变化逐渐起作用,弹簧特性呈非线性特性,如图2-c 所示。
多片钢板弹簧 钢板弹簧计算实质上是在已知弹簧负荷情况下,根据汽车对悬架性能(频率)要求,确定弹簧刚度,求出弹簧长度、片宽、片厚、片数。并要求弹簧尺寸规格满足弹簧的强度要求。 3.1钢板弹簧设计的已知参数 1)弹簧负荷 通常新车设计时,根据整车布置给定的空、满载轴载质量减去估算的非簧载质量，得到在每副弹簧上的承载质量。一般将前、后轴,车轮，制动鼓及转向节、传动轴、转向纵拉杆等总成视为非簧载质量。如果钢板弹簧布置在车桥上方，弹簧3/4的质量为非簧载质量，下置弹簧，1／４弹簧质量为非簧载质量。 2)弹簧伸直长度 根据不同车型要求,由总布置给出弹簧伸直长度的控制尺寸。在布置可能的情况下,尽量增加弹簧长度，这主要是考虑以下几个方面原因。 ①由于弹簧刚度与弹簧长度的三次方成反比,因此从改善汽车平顺性角度看，希望弹簧长度长些好。 ②在弹簧刚度相同情况下，长的弹簧在车轮上下跳动时，弹簧两卷耳孔距离变化相对较小，对前悬架来说,主销后倾角变化小,有利于汽车行驶稳定性。 ③增加弹簧长度可以降低弹簧工作应力和应力幅,从而提高弹簧使用寿命。 ④增加弹簧长度可以选用簧片厚的弹簧，从而减少弹簧片数,并且簧片厚的弹簧对提高主片卷耳强度有利。 3）悬架静挠度 汽车簧载质量与其质量组成的振动系统固有频率是评价汽车行驶平顺性的重要参数。悬架设计时根据汽车平顺性要求,应给出汽车空、满载时前、后悬架频率范围。如果知道频率，就可以求出悬架静挠度值c δ。选取悬架静挠度值时,希望后悬架静挠度值2c δ小于前悬架静挠度值1c δ,并且两值最好接近,一般推荐：
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 474-2011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
钢板弹簧悬架系统设计规范--完整版
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 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 474-2011 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
1钢板弹簧悬架设计规范
钢板弹簧悬架设计规范(提纲) 一、钢板弹簧钢断面参数(R=h/2, R=h, R=3h/4) 1．单面双槽钢 （1）断面积 （2）中性层位置 （3）惯性矩 （4）断面系数 （5）拉、压应力比 2．矩形断面钢 （1）断面积 （2）惯性矩 （3）断面系数 *主要（常用）规格列表，给出数值，供查用。 二、钢板弹簧总成基本特征参数 1．刚度（自由刚度，夹紧刚度） （1）多片簧 （2）少片簧 2．比应力 （1）多片簧（根部应力） （2）少片簧（a.根部应力；b.最大应力点应力）3．弧高 （1）夹紧弧高 （2）自由弧高 三、有关整车性能参数的校核 1．悬架固有频率 （1）静挠度 （2）固有频率（推荐值） （3）两级刚度复式板簧的挠度和频率2．侧倾校核 （1）侧倾角刚度（a.板簧，b.稳定杆） （2）侧倾力臂 （3）侧倾角（推荐值） 3．杆系的运动学校核 （1）板簧运动当量杆的计算 a.基线角
b.圆心位置 c.当量杆长度（半径） d.相关点的平移 （2）纵拉杆与板簧运动干涉量计算（推荐限值） （3）传动轴伸缩量与万向节夹角校核 4．制动时的纵扭干涉 （1）板簧纵扭特性 a.纵扭瞬心位置 b.纵扭角 （2）纯纵扭干涉引起的跑偏量 （3）纵扭与“点头”同时干涉的跑偏量5．轴转向效应 （1）当量杆斜度 （2）轴转向效应系数 四、强度校核 1．设计载荷下的平均静应力（推荐值） （1）等比应力 （2）不等比应力 a.多片簧各片不等厚 b.少片簧 2．最大行程下的极限应力（推荐值） （1）等比应力 （2）不等比应力 3．纵扭时应力校核（推荐值） （1）制动 a.前簧 b.后簧（倒车） （2）驱动后簧 4．卷耳应力校核（推荐值） （1）制动 （2）驱动 五、钢板弹簧各单片的设计 1．多片簧各单片长度的确定 2．各单片弧高的确定 （1）总成弧高的选定 a.装车后满载弧高
后钢板弹簧悬架的结构设计
1 引言 1.1 汽车工业的发展 几千年来人们一直生活在马车时代。马拖着车厢在乡村田埂上颠簸行驶，在城市的大街小巷中踢踏的慢跑。人们的生活节奏缓慢，既沉重又舒展。18世纪，瓦特打破了这种平静，蒸汽机的发明掀起了工业革命的浪潮。随后，法国人尼克.卡歌楼特将蒸汽机装在马车上，第一辆“动力车”诞生了。1885年德国人卡尔.奔驰将汽油机装在车上，就出现了“汽车”。在19世纪末到20世纪初，蒸汽车、电动车、汽油车相互竞争，形成三足鼎立之势。汽油机不干净而且危险，于是电动汽车的销量占据上风，但是在以后的20年间，电动汽车由于速度慢、行程短等缺点，渐渐的被淘汰。而汽油机慢慢的变成了最可靠和最方便的发动机，这样汽车才成为主导的交通工具。 自1886年世界上第一辆汽车诞生以来，汽车已经历了120多年的发展来历程。随着科学技术日益发展，汽车的各项性能也日臻完善。现代汽车已经成为世界各国国民经济和社会生活中不可缺少的交通运输工具。 在汽车发展的短短一百多年的历史中，出现了三次革命。第一次革命是19世纪末发生在欧洲的汽车手工制作革命。随着蒸汽机、汽油机、柴油机等动力机械的出现，人们开始将这些机械装在马车上，就诞生了各种各样的汽车。那时的汽车都是一件一件的用手工制作，在一个作坊里或一个小车间里，就可以生产一部汽车。这种单一的生产模式使得汽车生产成本昂贵，所以汽车只是富豪们的享受品。即便在汽车制造完全机械化的今天，欧洲人还保留着这种生产模式，并生产出像“劳斯莱斯”这样的超豪华车。 汽车的第二次工业革命是汽车的大规模生产。1914年，亨利.福特发明了生产线，流水线大大地降低了汽车的安装时间和成本。福特汽车公司生产出价廉物美的T型车，这是汽车走向大众的起点。流水线的发明不仅是汽车历史上的一次革命，也给人类带来了工业历史上的一次革命。 汽车的第三次革命是20世纪70年代发生在日本的精益生产。20世纪60年代，日本实现了经济腾飞，汽车行业也随之发展。到70年代，日本一下子自成为世界上第二汽车生产大国。80年代，其产量还一度超过美国。 汽车是国民经济的支柱产业。汽车带动着很多行业的发展，如加油站、公路等。汽车发展到今天，已经不再是简单的交通运输工具，而且成为一种时尚。公路上奔驰着各种各样的汽车，
钢板弹簧课程设计46546
目录 1.汽车钢板弹簧结构选择 (4) 2.钢板弹簧结构设计计算 (5) 3.初定片数、截面尺寸 (7) 4.按作图法求各片弦长 (8) 5.挠度计算 (8) 6.钢板弹簧各片应力计算 (8) 7.加预紧力 (9) 8.钢板弹簧各片实际弦长的计算 (13) 9.在自由状态下各片的曲率半径计算 (14) 10.钢板在极限工作下的强度验算 (16) 11.卷耳和销的计算 (17) 12.参考文献 (18) 13.附表1 14.附图
汽车设计课程设计题目 设计题目：汽车钢板弹簧设计 主要技术和性能参数（第二组） 前轴轴负荷（N）空载15144 满载19344 前轴非簧载质量（kg）420 钢板弹簧作用距离L（mm）1300 两个”U”型螺栓中心距S（mm）110 静绕度f c（mm）（满载） 80-90 动绕度f a(mm) 56 钢板弹簧满载时弧高F 28 钢板弹簧卷耳固定点至路面距离C 550
汽车钢板弹簧简介 钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种元件。它是由若干片等宽但不等长（厚度可以相等，也可不等），曲率半径不等的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹簧梁。钢板弹簧的第一片（最长的一片）称为主片，其两端弯成卷耳，内装青铜或塑料、橡胶、粉末冶金制成的村套，以便用弹簧销与固定在车架上的之家或吊耳作铰链连接。钢板弹簧主要由主片、副片、弹簧夹、螺栓、套管、螺母等组成。钢板弹簧的中部一般用U形螺栓固定在车桥上。汽车钢板弹簧的材料一般用60Si2Mn、55SiMnVB。
一、汽车钢板弹簧结构选择 1.选择断面形状 有矩形，T形，单面有抛物线边缘，单面有双槽等断面形式 为了提高疲劳强度，选用60Si2Mn材料即最常用的板簧材料为热轧弹簧扁钢。 因为矩形断面钢板弹簧的中性轴，在钢板断面的堆成位置上。工作时，一面受拉应力、另一面受压应力作用，而且上、下表面的名义拉应力和压应力的绝对值相等。故选择矩形断面形式。 2.长度圆整 圆整为“0”“5”尾数 3.叶片端部形状 选用矩形： 4.卷耳、吊耳的结构方案 ①吊耳②卷耳③包耳
钢板弹簧悬架设计
专业课程设计说明书题目：商用汽车后悬架设计 学院机械与汽车学院 专业班级 10车辆工程一班 学生姓名 学生学号 201030081360 指导教师 提交日期 2013 年 7 月 12 日 1
一．设计任务：商用汽车后悬架设计 二．基本参数：协助同组总体设计同学完成车辆性能计算后确定 额定装载质量5000KG 最大总质量8700KG 轴荷分配 空载前：后52:48 满载前：后32:68 满载校核后前：后33：:67 质心位置： 高度：空载793mm 满载1070mm 至前轴距离：空载2040mm 满载2890mm 三．设计内容 主要进行悬架设计，设计的内容包括： 1．查阅资料、调查研究、制定设计原则 2．根据给定的设计参数(发动机最大力矩，驱动轮类型与规格，汽车总质量和使用工况，前后轴荷，前后簧上质量，轴距，制动时前轴轴荷转移系数，驱动时后轴轴荷转移系数)，选择悬架的布置方案及零部件方案，设计出一套完整的后悬架，设计过程中要进行必要的计算。 3．悬架结构设计和主要技术参数的确定 （1）后悬架主要性能参数的确定 （2）钢板弹簧主要参数的确定 （3）钢板弹簧刚度与强度验算 2
（4）减振器主要参数的确定 4．绘制钢板弹簧总成装配图及主要零部件的零件图 5．负责整车质心高度和轴荷的计算和校核。 *6．计算20m/s车速下，B级路面下整车平顺性(参见<汽车理论>P278 题6.5之第1问)。 四．设计要求 1．钢板弹簧总成的装配图，1号图纸一张。 装配图要求表达清楚各部件之间的装配关系，标注出总体尺寸，配合关系及其它需要标注的尺寸，在技术要求部分应写出总成的调整方法和装配要求。 2．主要零部件的零件图，3号图纸4张。 要求零件形状表达清楚、尺寸标注完整，有必要的尺寸公差和形位公差。在技术要求应标明对零件毛胚的要求，材料的热处理方法、标明处理方法及其它特殊要求。 3．编写设计说明书。 五．设计进度与时间安排 本课程设计为2周 １．明确任务，分析有关原始资料，复习有关讲课内容及熟悉参考资料0.5周。 ２．设计计算0.5周 ３．绘图0.5周 ４．编写说明书、答辩0.5周 3
板簧计算
汽车平衡悬架钢板弹簧设 计 东风德纳车桥有限公司 2005年9月15日
一、 钢板弹簧作用和特点 a. 结构简单，制造、维修方便； b. 弹性元件作用； c. 导向作用； d. 传递侧向、纵向力和力矩的作用； e. 多片弹簧片间摩擦还起系统阻尼作用； f. 在车架或车身上两点支承，受力合理； g. 可实现变刚度特性； h. 相比螺旋弹簧和扭杆弹簧而言，单位质量的储能量较小，在同样的使用条件 下，钢板弹簧要重一些。 二、 钢板弹簧的种类、材料热处理及弹簧表面强化 1. 目前，汽车上使用的钢板弹簧常见的有以下几种： 1) 普通多片钢板弹簧； 2) 少片变截面钢板弹簧； 3) 两级变刚度复式钢板弹簧； 4) 渐变刚度钢板弹簧 2. 钢板弹簧材料的一般要求 钢板弹簧与其它弹性元件一样，弹簧使用寿命与材料及制造工艺有很大关系，因此选用弹簧材料时应考虑以下几个方面因素 1) 弹性极限 弹簧在弹性极限范围内变形时，希望弹簧储存的弹性变形能 要大，而弹簧在单位中单位体积内储存的弹性变形能是与材料的弹性极限平方成正比，而与弹性模量与反比，因此从提高材料贮存的弹性变形能角度看，希望提高材料的弹性极限。一般说材料抗拉强度高，弹性极限也高。弹性极限与材料的化学成分和金相组织有较大关系，在弹簧钢中如果提高碳、硅、锰元素含量，可以提高材料弹性极限。弹簧采用中温回火处理，能够得到具有较高弹性极限的回火屈氏体组织。 2) 弹性模量 弹性模量有两种，即拉伸弹性模量E 和剪切弹性模量G 。材 料弹性模量愈小，材料变形和贮存的弹性变形能愈大。从这个角度看，国外采用了弹性模量较低的增强树脂材料弹簧（FRP 弹簧）。 3) 疲劳强度 由于弹簧多在交变载荷下工作，所以要求材料应有较高的疲劳极限，疲劳强度与材料抗拉强度b 和屈服强度s σ成正比，因此为了提高弹簧的疲劳强度，应设法提高材料的抗拉强度b σ和屈服强度与抗拉强度之比（b s σσ）。 4) 淬透性 对于断面较厚的或变截面钢板弹簧，希望用淬透性较好的材料。材料如不能淬透，淬火组织中将含有较多的非马氏体组织，使淬火后硬度降低。虽然可以通过降低回火温度来达到所需要的硬度，但其机械性能较差。为保证材料在整个截面内具有相同的机械性能，要求淬火时不仅表面而且心部也能淬透，且淬火后表面硬度和心部硬度相差不能太大。 综上所述，汽车钢板弹簧材料应具有较高的抗拉强度、屈服极限、疲劳强度及一定冲击韧性。此外要求材料具有良好的淬透性，热处理不易脱碳等性能。 3. 钢板弹簧材料 目前国内使用最多的弹簧钢板材料是钢Mn Si -，如Mn Si 260和MnA Si 260该钢种
汽车钢板弹簧悬架设计(doc41页).doc
汽车钢板弹簧悬架设计 (1)、钢板弹簧种类 汽车钢板弹簧除了起弹性元件作用之外，还兼起导向作用，而多片弹簧片间磨擦 还起系统阻尼作用。由于钢板弹簧结构简单，使用维修、保养方便，长期以来钢板弹 簧在汽车上得到广泛应用。目前汽车使用的钢板弹簧常见的有以下几种。 ① 通多片钢板弹簧，如图1-a 所示，这种弹簧主要用在载货汽车和大型客车上， 弹簧弹性特性如图2-a 所不，呈线性特性。 图1 图2 ② 少片变截面钢板弹簧，如图1-b 所不，为减少弹簧质量，弹簧厚度沿长度方向 制成等厚，其弹性特性如一般多片钢板弹簧一样呈线性特性图2-a 。这种弹簧主要用于 轻型货车及大、中型载货汽车前悬架。 ③ 两级变刚度复式钢板弹簧，如图1-c 所示，这种弹簧主要用于大、中型载货汽 车后悬架。弹性特性如图2-b 所示，为两级变刚度特性，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。 ④ 渐变刚度钢板弹簧，如图1-d 所示，这种弹簧多用于轻型载货汽车与厢式客车 后悬架。副簧放在主簧之下，副簧随汽车载荷变化逐渐起作用，弹簧特性呈非线性特 性，如图2-c 所示。 多片钢板弹簧 钢板弹簧计算实质上是在已知弹簧负荷情况下，根据汽车对悬架性能（频率）要 求，确定弹簧刚度，求出弹簧长度、片宽、片厚、片数。并要求弹簧尺寸规格满足弹 簧的强度要求。 荷 载 V ：
3.1钢板弹簧设计的已知参数 1）弹簧负荷 通常新车设计时，根据整车布置给定的空、满载轴载质量减去估算的非簧载质量, 得到在每副弹簧上的承载质量。一般将前、后轴，车轮，制动鼓及转向节、传动轴、转向纵拉杆等总成视为非簧载质量。如果钢板弹簧布置在车桥上方，弹簧3/4的质量为非簧载质量，下置弹簧，1/4弹簧质量为非簧载质量。 2）弹簧伸直长度 根据不同车型要求，由总布置给出弹簧伸直长度的控制尺寸。在布置可能的情况下，尽量增加弹簧长度，这主要是考虑以下几个方面原因。 ①由于弹簧刚度与弹簧长度的三次方成反比，因此从改善汽车平顺性角度看，希望弹簧长度长些好。 ②在弹簧刚度相同情况下，长的弹簧在车轮上下跳动时，弹簧两卷耳孔距离变化相对较小，对前悬架来说，主销后倾角变化小，有利于汽车行驶稳定性。 ③增加弹簧长度可以降低弹簧工作应力和应力幅，从而提高弹簧使用寿命。 ④增加弹簧长度可以选用簧片厚的弹簧，从而减少弹簧片数，并且簧片厚的弹簧对提高主片卷耳强度有利。 3）悬架静挠度 汽车簧载质量与其质量组成的振动系统固有频率是评价汽车行驶平顺性的重要参数。悬架设计时根据汽车平顺性要求，应给出汽车空、满载时前、后悬架频率范围。如果知道频率，就可以求出悬架静挠度值c。选取悬架静挠度值时，希望后悬架静挠度值c2小于前悬架静挠度值ci，并且两值最好接近，一般推荐:
汽车钢板弹簧的性能、计算和试验
汽车钢板弹簧的性能、计算和试验 东风汽车公司技术中心陈耀明 1983年3月初稿 2005年1月再稿
目录 前言（2） 一．钢板弹簧的基本功能和特性（3） 1.汽车振动系统的组成（3） 2.悬架系统的组成和各元件的功能（6） 3.钢板弹簧的弹性特性（7） 4.钢板弹簧的阻尼特性（12） 5.钢板弹簧的导向特性（14） 二．钢板弹簧的设计计算方法（17） 1.单片和少片变断面弹簧的计算方法（17） 2.多片钢板弹簧的刚度和工作应力计算（24） 3.多片弹簧各单片长度的确定（32） 4.多片弹簧的弧高计算（36） 5.钢板弹簧计算中的几个具体问题（43）三．钢板弹簧的试验（46） 1.钢板弹簧的静刚度测定（46） 2.钢板弹簧的动刚度测定（50） 3.钢板弹簧的应力测定（52） 4.钢板弹簧单片疲劳试验（53） 5.钢板弹簧总成疲劳试验（54）
前言 本文是为汽车工程学会悬架专业学组所办的“减振器短训班”撰写的讲义，目的是让汽车减振器的专业人员对钢板弹簧拥有一些基本知识，以利于本身的工作。内容分为三部分：钢板弹簧的基本功能和特性，设计计算方法，以及试验等。因为这部分内容非本次短训班的重点，所以要求尽量简单扼要，也许有许多不全面的地方，只供学习者参考。有关钢板弹簧较详细的论述，可参考本学组所编的“汽车悬架资料”。
一．钢板弹簧的基本功能和特性 1.汽车振动系统的组成 汽车在道路上行驶，由于路面存在不平度以及其它各种原因，必然引起车体产生振动。从动态系统的观点来看，汽车是一个多自由度的振动系统。其振源主要来自路面不平度的随机性质的激振，此外还有发动机、传动系统以及空气流动所引起的振动等等。 为改善汽车的平顺性，也就是为减小汽车的振动，关键的问题是研究如何对路面不平度的振源采取隔振措施，这就是设计悬架系统的根本目的。换言之，就是在一定的道路不平度输入情况下，通过悬架系统的传递特性，使车体的振动输出达到最小。 当研究对象仅限于悬架系统时，人们往往把车体当为一个刚体来看待。即使这样，汽车仍然是一个很复杂的多自由度系统，见图1。如果不涉及汽车的横向振动和角振动，可以将左右悬架合并，使汽车振动系统进一步简化，见图2。在一定条件下，也就是当质量分配系数等于1，即前后悬架的输出与输入各自的相干特性达到最大值时，就可以将前、后悬架分开，单独看成一个两自由度振动系统。这时，组成每一个振动系统的元素就是质量（簧载质量与非簧载质量），弹性元件（悬架弹簧和轮胎）和阻尼元件（悬架阻尼元件和轮胎阻尼），见图3。
论变截面钢板弹簧在五菱汽车上的应用
新工艺?新材料 收稿日期:2000-03-09 论变截面钢板弹簧在五菱汽车上的应用 赵列平 (柳州微型汽车厂,广西 柳州 545007) 摘要:从理论上和实际应用上就变截面钢板弹簧在五菱汽车上的应用做了论述。关键词:变截面钢板弹簧;应用;汽车 中图分类号:U 463133+411 文献标识码:B 文章编号:1004-2148(2000)03-0047-04 近年来,许多国家从节能角度出发,力求使车辆轻量化。汽车钢板弹簧是实现汽车轻量化的一个不可忽视的部件。为减轻汽车钢板弹簧重量,改善汽车的行驶平顺性,国外许多汽车越来越多的开始采用由几片(甚至一片)纵向变截面弹簧组成的钢板弹簧。这种弹簧不仅在小客车上而且在载重汽车上使用得也比较多。目前,欧洲约有50%的大、中型载重汽车安装了变截面钢板弹簧,在美国,汽车钢板弹簧的产量约有30%是变截面钢板弹簧。可见,变截面钢板弹簧在欧美等国家应用得已经比较普遍。 我国在变截面钢板弹簧上的研究和应用比欧美等国家要落后许多,近年来开始做过一些工作。五菱汽车在这方面做了一些有益的尝试,并取得了令人满意的结果。下面从理论上和实际应用上简略论述和总结变截面钢板弹簧的五菱汽车上的应用。 五菱L Z 111、L Z 111X 系列微型汽车前身是引进日本三菱公司80年代初的产品。经过80年代末期的几年消化吸收及试制,90年代初开始批量生产。刚批量生产的五菱L Z 111、L Z 111X 系列微型汽车几乎是三菱汽车的翻版,没有经过做外形或内部结构的改动。刚开始,五菱汽车以它优美的外形、实用的性能和合理价格倾倒了大量用户,五菱汽车行情一路看好。但随着时间的推移和用户品味的提高,用户对五菱汽车越来越不满意了。其中突出的一点是L Z 111X 系列车(五菱高顶蓬)行驶平顺性和舒适性差,行驶噪音大,特别是坐在汽车后部。 用户是上帝。针对上述质量信息,我们立即调 查分析造成汽车行驶平顺性和舒适性差、行驶噪音大的各种可能原因。经过大量的调查、试验分析,最后确定汽车后部的钢板弹簧是造成汽车行驶平顺性和舒适性差、行驶噪音大的主要因素。 主要矛盾找到了,如何解决这个矛盾是关键所在。为此,从以下几个方面对钢板弹簧进行了分析研究: 1 从设计方法及其形状结构分析 该钢板弹簧(以下简称板簧)形状结构如图1所示 : 图1 板簧叶片等厚,板簧各片除主片外,端部形状为矩形,它采用传统保守的锯齿形梁设计方法。该设计方法较粗糙,其原理为将多片板簧的叶片按等效的原则展开成为等厚的单片梁,各片端部保持矩形形状,就形成了一根边缘为锯齿形的梁。该板簧各片等效展开后就形成如图2所示的锯齿形单片梁。 此梁设计方法简单,形状结构简单,但注意到这种梁的断面惯性矩沿片长有突变,不能用一个连续的函数来表示。因此,它的应力分布不均匀,易形成应力集中。虽然这种板簧制造简单,但叶片端部形状为矩形,所以,片间压力较集中,使叶片间摩擦和磨损严重。因叶片间摩擦为干摩擦,所以会产生较大的摩擦噪音。同时,应力分布也较不均匀, 7 4
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 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 474-2011 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
汽车设计(课程设计)钢板弹簧
汽车设计——钢板弹簧课程设计 专业：车辆工程 教师：R老师 姓名：XXXXXX 学号：200XYYYY 2012 年7 月3 日
课程设计任务书 一、课程设计的性质、目的、题目和任务 本课程设计是我们在完成基础课、技术基础课和大部分专业课学习后的一个教学环节，是培养我们应用已学到的理论知识来解决实际工程问题的一次训练，并为毕业设计奠定基础。 1、课程设计的目的是： （1）进一步熟悉汽车设计理论教学内容； （2）培养我们理论联系实际的能力； （3）训练我们综合运用知识的能力以及分析问题、解决问题的能力。 2、设计题目: 设计载货汽车的纵置钢板弹簧 (1) 纵置钢板弹簧的已知参数 序号弹簧满载载荷静挠度伸直长度U型螺栓中心距有效长度 1 19800N 9.4cm 118cm 6cm 112cm 材料选用60Si2MnA ,弹性模量取E=2.1×105MPa 3、课程设计的任务： （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。 二、课程设计的内容及工作量 根据所学的机械设计、汽车构造、汽车理论、汽车设计以及金属力学性能等课程，完成下述涉及内容： 1．学习汽车悬架设计的基本内容 2．选择、确定汽车悬架的主要参数 3．确定汽车悬架的结构 4．计算悬架总成中主要零件的参数 5．撰写设计说明书 6．绘制悬架总成装配图、零部件图共计1张A0。 设计要求： 1. 设计说明书 设计说明书是存档文件，是设计的理论计算依据。说明书的格式如下： （1）统一稿纸，正规书写； （2) 竖订横写，每页右侧画一竖线，留出25mm空白，在此空白内标出该页中所计算的主要数据； （3) 附图要清晰注上必要的符号和文字说明，不得潦草； 2. 说明书的内容及计算说明项目 (1)封面；（2）目录；（3）原始数据及资料；（4）对设计课题的分析；（5）汽车纵置钢板弹簧简图；（6）设计计算；（7）设计小结（设计特点及补充说明，鉴别比较分析，个人体会等）；（8）参考文献。 3. 设计图纸 1）装配总图、零件图一张（0＃）；
汽车钢板弹簧设计计算
。 1.1单个钢板弹簧的载荷 已知汽车满载静止时汽车前轴荷G1=3000kg，非簧载质量Gu1=285kg，则据此可计算出单个钢板弹簧的载荷: Fw1=（G1－Gu1）／２＝1357.5 kg （１） 进而得到： Pw1=Fw1×9.8=13303.5 N （２） 1.2钢板弹簧的静挠度 钢板弹簧的静挠度即静载荷下钢板弹簧的变形。前后弹簧的静挠度都直接影响到汽车的行驶性能[1]。为了防止汽车在行驶过程中产生剧烈的颠簸（纵向角振动），应力求使前后弹簧的静挠度比值接近于1。此外，适当地增大静挠度也可减低汽车的振动频率，以提高汽车的舒适性。但静挠度不能无限地增加（一般不超过240 ｍｍ），因为挠度过大，即频率过低，也同样会使人感到不舒适，产生晕车的感觉。此外，在前轮为非独立悬挂的情况下，挠度过大还会使汽车的操纵性变坏。一般汽车弹簧的静挠度值通常如表1[2]所列范围内。 本方案中选取fc1=80 ｍｍ。 1.3钢板弹簧的满载弧高 满载弧高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[3]。当H0=0时，钢板弹簧在对称位置上工作。考虑到使用期间钢板弹簧塑性变形的影响和为了在车架高度已限定时能得到足够的动挠度值，常取H0∈10－20ｍｍ。本方案中H01初步定为１8ｍｍ。 1.4钢板弹簧的断面形状 板弹簧断面通常采用矩形断面，宜于加工，成本低。但矩形断面也存在一些不足。矩形断面钢板弹簧的中性轴，在钢板断面的对称位置上。工作时，一面受拉应力，一面受压应力作用，而且上、下表面的名义拉应力和压应力的绝对值相等。因材料的抗拉性能低于抗压性能，所以在受拉应力作用的一面首先产生疲劳断裂。除矩形断面以外的其它断面形状的叶片，其中性轴均上移，使受拉应力的一面的拉应力绝对值减小，而受压应力作用的一面的压应力绝对值增大，从而改善了应力在断面上的分布情况，提高了钢板弹簧的疲劳强度并节约了近10%的材料。本方案中选用矩形断面。 1.5钢板弹簧主片长度的确定
空气弹簧悬架与钢板弹簧悬架比
空气弹簧悬架与钢板弹簧悬架比较 空气悬架系统以气囊代替原车的钢板弹簧，并配合气源装置、高度调整装置、电动和气动控制装置等，保证车辆自适应载荷、车速、和路况等，可以更好的隔离路面的冲击、振动和噪音，在提高舒适性的同时还提升了车辆的操控性和安全性。目前在国外空气悬架已得到普遍应用，在国内的应用也在逐步推广。 格莱瑞特空气悬架系统，源于欧洲成熟技术，集成世界知名厂商的零部件，经过英国曼彻斯特大学实验室的严格测试，通过了英国汽车工业研究协会（MIRA）认证和德国TUV技术认证，产品技术先进、品质可靠。该系统零部件借用原车安装孔位，方便安装，最大程度的保持了原车底盘的完整性。 为更好的了解空气悬架系统，我们将格莱瑞特空气悬架系统从舒适性、经济性、安全性和可靠性4个方面与传统的板簧结构进行了比较： 1、舒适性 1）当钢板弹簧悬架的簧载质量变化后，车辆系统的自振频率会发生大幅度的变化。钢板弹簧满载时的偏频在1.7～2.3Hz左右，空载时更大，所以整体舒适性较差。 2）空气弹簧具有典型的非线性刚度，对振动、冲击的缓冲效果明显，试验数据表明：相同状态下，空气弹簧悬架系统车辆对路面的冲击力比钢板弹簧悬架的车辆减小1/3～1/2左右。 3）格莱瑞特空气悬架的偏频在1.35Hz左右(1.0Hz～1.5Hz范围内)，因此空气悬架可以有效隔离车辆来自地面的振动，安装空气弹簧悬架的车辆具有良好的曲线通过能力（即转弯时的速度可以比钢板弹簧的车辆更高），制动距离更短（制动力分配均匀，有效制动功率大），后视镜图像更清晰、更稳定，驾驶员更舒适，不易疲劳，精神更集中。 4）空气弹簧悬架系统在高度阀的作用下，车辆负载变化时车身高度基本保持不变，偏频变化较小，从而保证空满载下的舒适性。我们还提供安装有升降阀的系统，实现整车身高度在一定范围内可调节，从而满足不同的装货、卸货要求，并提高车辆的通过性。 结论：空气弹簧悬架比钢板弹簧悬架的舒适性提高30%左右。 2、经济性 1）空气弹簧悬架系统可提高车辆的可靠性，使车载电器系统故障率减少30-40%，延长轮胎和刹车片的使用寿命，减少电气、空调、排气系统、车桥、车身和底盘的维修成本，延长车辆的使用寿命并增加折旧值。 2）轮胎寿命提高50%以上（采用钢板弹簧的货运卡车，其轮胎一般5万公里更换一次；更换为空气悬架后轮胎一般10万公里更换一次）。 3）加拿大研究机构对多家物流企业经多年的跟踪研究表明：空气悬架系统的车辆比钢板弹簧的车辆油耗减少3～5%。 4）减少对道路的冲击，保护路面，降低对公路的维修费用。 结论：空气弹簧悬架比钢板弹簧悬架的经济性提高20%。 3、安全性
基于接触摩擦的变截面钢板弹簧悬架性能分析
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/4a17212045.html, 基于接触摩擦的变截面钢板弹簧悬架性能分析 作者：周水庭黄红武付建朝左佳向铁明 来源：《湖南大学学报·自然科学版》2013年第05期 摘要：传统钢板弹簧分析只是采用简化力学模型，而没有考虑簧片间的摩擦.为了更好地 对少片变截面钢板弹簧进行设计，本文首先对少片变截面钢板弹簧悬架进行参数化建模.然后 应用接触理论添加接触单元，来模拟钢板弹簧间的摩擦，进行钢板弹簧悬架的有限元计算，得到钢板弹簧悬架的装配预应力、刚度和阻尼特性的仿真值.与由传统预应力计算方法得到的结 果和行业推荐值进行比较分析，证明基于接触摩擦的少片变截面钢板弹簧悬架性能分析的方法更能反映簧片实际的受力情况. 关键词：接触原理；有限元法；钢板弹簧悬架；性能 中图分类号：U463.218 文献标识码：A 通常情况下，当整车总布置的一系列参数确定之后，在少片变截面钢板弹簧悬架的设计选型中，其簧片数、长度、宽度、厚度、曲率半径、自由弧高和总成刚度等基本参数，就能随之得到.其中，各簧片及总成的曲率半径、自由弧高和总成刚度是板簧总成设计的主要参数，均 由其预应力决定.因此，在少片变截面钢板弹簧悬架的设计中，簧片的预应力计算与刚度分析 至关重要. 据统计，美国三大汽车公司1978年采用变截面钢板弹簧约占板簧总产量的60%.我国从20世纪80年代开始研制变截面钢板弹簧.由于在实际工况中，钢板弹簧往往同时存在着大应力和大变形，尤其是传统计算方法没有考虑片间接触摩擦等非线性因素，导致其计算精度受到严重影响，误差较大.本文考虑了片间实际存在的接触摩擦状况，对少片变截面钢板弹簧进行性能 计算与分析，比传统方法更能反映钢板弹簧的实际工作情况. 1基于接触摩擦的钢板弹簧悬架性能的计算理论 文献3-8]表明：对于接触摩擦问题，一般将两个面的接触简化为由3个节点组成的接触对.基于接触摩擦的有限元方法对钢板弹簧悬架性能的计算和分析，实质上是对簧片进行虚拟装配，由于考虑了片间实际存在的接触摩擦，相比传统计算方法能更准确、真实地模拟簧片之间的非线性接触因素. 根据GB/T 19844-2005，设计弹簧特性试验台如图6所示.该装置采用滑动销轴和夹紧机构对钢板弹簧进行夹紧支承.试验中，逐级对钢板弹簧进行加载和卸载，测试钢板弹簧的静态刚
汽车钢板弹簧悬架设计
汽车钢板弹簧悬架设计 （1）、钢板弹簧种类 汽车钢板弹簧除了起弹性元件作用之外，还兼起导向作用，而多片弹簧片间磨擦还起系统阻尼作用。由于钢板弹簧结构简单，使用维修、保养方便，长期以来钢板弹簧在汽车上得到广泛应用。目前汽车使用的钢板弹簧常见的有以下几种。 ①通多片钢板弹簧，如图1-a 所示，这种弹簧主要用在载货汽车和大型客车上，弹簧弹性特性如图2-a 所不，呈线性特性。 变形 载荷 变形 载荷 变形 载荷 图1 图2 ②少片变截面钢板弹簧，如图1-b 所不，为减少弹簧质量，弹簧厚度沿长度方向制成等厚，其弹性特性如一般多片钢板弹簧一样呈线性特性图2-a 。这种弹簧主要用于轻型货车及大、中型载货汽车前悬架。 ③两级变刚度复式钢板弹簧，如图1-c 所示，这种弹簧主要用于大、中型载货汽车后悬架。弹性特性如图2-b 所示，为两级变刚度特性，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。 ④渐变刚度钢板弹簧，如图1-d 所示，这种弹簧多用于轻型载货汽车与厢式客车后悬架。副簧放在主簧之下，副簧随汽车载荷变化逐渐起作用，弹簧特性呈非线性特性，如图2-c 所示。
多片钢板弹簧 钢板弹簧计算实质上是在已知弹簧负荷情况下，根据汽车对悬架性能（频率）要求，确定弹簧刚度，求出弹簧长度、片宽、片厚、片数。并要求弹簧尺寸规格满足弹簧的强度要求。 3.1钢板弹簧设计的已知参数 1)弹簧负荷 通常新车设计时，根据整车布置给定的空、满载轴载质量减去估算的非簧载质量，得到在每副弹簧上的承载质量。一般将前、后轴，车轮，制动鼓及转向节、传动轴、转向纵拉杆等总成视为非簧载质量。如果钢板弹簧布置在车桥上方，弹簧3/4的质量为非簧载质量，下置弹簧，1/4弹簧质量为非簧载质量。 2)弹簧伸直长度 根据不同车型要求，由总布置给出弹簧伸直长度的控制尺寸。在布置可能的情况下，尽量增加弹簧长度，这主要是考虑以下几个方面原因。 ①由于弹簧刚度与弹簧长度的三次方成反比，因此从改善汽车平顺性角度看，希望弹簧长度长些好。 ②在弹簧刚度相同情况下，长的弹簧在车轮上下跳动时，弹簧两卷耳孔距离变化相对较小，对前悬架来说，主销后倾角变化小，有利于汽车行驶稳定性。 ③增加弹簧长度可以降低弹簧工作应力和应力幅，从而提高弹簧使用寿命。 ④增加弹簧长度可以选用簧片厚的弹簧，从而减少弹簧片数，并且簧片厚的弹簧对提高主片卷耳强度有利。 3)悬架静挠度 汽车簧载质量与其质量组成的振动系统固有频率是评价汽车行驶平顺性的重要参数。悬架设计时根据汽车平顺性要求，应给出汽车空、满载时前、后悬架频率范围。如果知道频率，就可以求出悬架静挠度值c δ。选取悬架静挠度值时，希望后悬架静挠度值2c δ小于前悬架静挠度值1c δ，并且两值最好接近，一般推荐：
长安大学汽车设计大作业_钢板弹簧
钢板弹簧设计 题目： 二、为110 微型汽车设计后钢板弹簧悬架。 已知参数： 总重：Ga=13100N( 驾驶室内两人) 自重：Go=6950N( 驾驶室内两人) 空车：前轴载荷=4250N 后轴载荷=2700N 满载：前轴载荷=5750N 后轴载荷=7350N 非簧载质量=690N （指后悬架） 钢板弹簧长度L=(1000~1100)mm 骑马螺栓中心距S= 70mm 满载时偏频n= （ 1.5~1.7 ）H 叶片端部形状：压延 要求： ?确定钢板弹簧叶片断面尺寸，片数； ?确定钢板弹簧各片长度（按1:5 的比例作图）； ?计算钢板弹簧总成刚度； ?计算钢板弹簧各片应力； 注意：①叶片断面尺寸按型材规格选取（参看“汽车标准资料手册”中册P39，表5—36），本题拟在以下几种规格内选取：
= 6 65,765,8 65 6 63,763,8 63 6 70,770,8 70 ②挠度系数可按下式计算： 式中：n’—主动片数 n—总片数 设计要求：1 ）要求在CAD 环境下进行钢板弹簧各片长度的确定。 2 ）要求对计算结果进行分析说明。 60Si2Mn E=2.06*105N/mm2 满载偏频n2=1.6Hz 钢板弹簧长度L=1050mm 许用弯曲应力【σw】=500MPa 无效长度系数k=0.5 一．宽度b和片厚h 1.J0=[(L-ks)3cδ]/(48E) (1)c=F w/f c F w2=(G2- G u2)/2=(7350-690)/2=3330N F c2=(5/n2)2=(5/1.6)2=97.66mm c=3330/97.66=34.10N/mm (2)δ=1.5/[1.04(1+0.5*0/8)]=1.5*1.04=1.56 与主片等长的片数n’=0总片数n=8 J0=[(1050-0.5*70)3*34.10*1.56]/(48*2.06*106)=5625.60N/mm2 2.W0=F w(L-ks)/4[σw]=3330*(1050-0.5*70)/(4*500)=1689.975 3.h p=2J0/W0=6.66mm 4.宽度b的值在（6~10）h p中选取，取b=9h p=59.94mm 5.片厚h的值为1.1h p，h=7.33mm 6.选取国产型材h*b=8*65