XX大学2010届毕业设计说明书
CA1092汽车后悬挂钢板弹簧的结构设计及强度分析
摘要：对CA1092汽车后悬挂钢板弹簧进行了设计计算及分析，确定了钢板弹簧主簧和副簧的叶片断面形状、片数、片宽、片厚、片长、钢板弹簧总成在自由状态下的弧高和曲率半径、钢板弹簧各叶片在自由状态下的弧高和曲率半径、检验刚度等技术参数，确定其装配预应力，并对钢板弹簧总成弧高进行反复校核，以达到规定的技术要求，对其装配的弹簧夹、U型螺栓、中心螺栓、套管、衬套等进行设计和校核，验证所选的参数基本上满足汽车在空载和满载条件下对安全性、平顺性以及舒适性的要求。
关键词：钢板弹簧，后悬挂，设计，校核
Leaf spring structure design and strength analysis of CA1092 truck, s
rear suspension
Abstract: Design calculation and analysis for leaf spring of CA1092 truck, s rear suspension is carried out. Identify the section shape, the parameters of number，width，thickness，length of the main spring and the secondary spring, the arc height and curvature radius for leaf spring assembly in a free state, the arc height and curvature radius for each leaf spring in a free state ,inspection rigidity and so on. Determine the assembly of priestesses, and calibrate the arc height on the leaf spring assembly repeatedly to meet the technical requirements. Design and check the clamp, U-type bolt, center bolt, sleeve, bushing assembled on it, validate the selected parameters have basically met the requirement for met the requirement for security ,smoothness，comfort of the trucks unloaded or fully loaded．
Keywords: leaf spring, rear suspension, design, calibration
第 1 页 共 38 页
XX大学2010届毕业设计说明书
目 录
1 引言 ........................................................... 1 1.1 汽车工业的发展 ............................................... 1 1.2 汽车的构造 ................................................... 2 1.3 汽车悬架系统的作用、组成与分类 ............................... 2 1.3.1 汽车悬架系统的作用 ......................................... 3 1.3.2 汽车悬架系统的组成 ......................................... 3 1.3.3 汽车悬架系统的分类 ......................................... 4 1.4 该项研究的目的与意义 ......................................... 5 1.5 国内外研究现状、发展动态 ..................................... 6 1.6 钢板弹簧的基本结构和作用原理 ................................. 7 2 汽车后悬架钢板弹簧的设计及分析 ................................. 8 2.1 钢板弹簧的布置方案及材料选择 ................................. 8 2.2 设计已知参数 ................................................. 9 2.3 钢板弹簧主要参数的确定 ....................................... 9 2.3.1 前后悬架静挠度和动挠度的选择 ............................... 9 2.3.2 钢板弹簧满载弧高的选择 .................................... 10 2.3.3 钢板弹簧长度的确定 ........................................ 10 2.3.4 悬架主、副钢板弹簧的刚度分配 .............................. 10 2.3.5 钢板弹簧所需的总惯性矩的计算 .............................. 12 2.3.6 根据强度要求计算钢板弹簧总截面系数 ........................ 12 2.3.7 钢板弹簧平均厚度的计算 .................................... 14 2.3.8 验算在最大动行程时的最大应力 .............................. 14 2.3.9 钢板弹簧叶片断面形状及尺寸的选择 .......................... 14 2.4 钢板弹簧的设计及校核 ........................................ 16 2.4.1 钢板弹簧各片长度的确定 .................................... 16 2.4.2 钢板弹簧刚度的校核 ........................................ 19 2.5 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高和曲率半径计算 ................ 22
第 2 页 共 38 页
XX大学2010届毕业设计说明书
2.5.1 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高 ............................ 22 2.5.2 钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径 ........................ 23 2.5.3 钢板弹簧叶片在自由状态下曲率半径的计算 .................... 23 2.5.4 钢板弹簧各叶片在自由状态下的曲率半径和弧高的计算 .......... 25 2.5.5 钢板弹簧总成弧高的校核 .................................... 27 2.6 叶片端部形状的选择 .......................................... 29 2.7 钢板弹簧两端与车架的连接 .................................... 30 2.8 钢板弹簧弹簧销和卷耳的设计 .................................. 31 2.8.1 弹簧销的设计 .............................................. 31 2.8.2 卷耳尺寸的确定 ............................................ 32 2.8.3 钢板弹簧衬套的设计 ........................................ 32 2.9 弹簧夹的设计 ................................................ 33 2.10 中心螺栓的选取 ............................................. 33 3 结论 .......................................................... 33 参考文献 ......................................................... 35 致谢 ............................................................. 36
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。
第 3 页 共 38 页
XX大学2010届毕业设计说明书
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，车展上厂家不断推出独具风情的款式。现在汽车发展的格局变换非常快。全球汽车公司不断更新汽车款式、提高汽车性能，不断将生产和采购向发展中国家转移，以降低成本，追求利润。汽车界正在萌发一场新的革命，这次革命的核心还比较模糊。无疑的谁走在这场浪潮的前沿，谁就将傲立于世界汽车之林[1]。
1.2 汽车的构造
汽车通常由发动机、底盘、车身和电气设备4部分组成。
发动机的作用是使输进气缸的燃料燃烧而发出动力。现代汽车广泛应用往复
式活塞式内燃机，它一般由机体、曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、冷却系统、润滑系统、点火系统、启动系统等部分组成。
底盘接受发动机的动力，使汽车产生运动，并保证汽车按照驾驶员的操作正常
第 4 页 共 38 页
XX大学2010届毕业设计说明书
行驶。底盘由下列部分组成：
传动系统：将发动机的动力传给车轮。传动系统包括离合器、变速器、传动轴、主减速器及差速器、传动轴等部分。
行驶系统：使汽车各总成及部件安装在合适的位置，对全车起支撑作用和对路面起附着作用，缓和道路冲击和振动。它包括支撑全车的承载式车身及副车架、前悬架、前轮、后悬架、后轮等部分。
转向系统：使汽车按驾驶员选定的方向行驶。它由带转向盘的转向器及转向传动装置组成，有的汽车还有转向助力装置。
制动系统：是汽车减速或停车，并可保证驾驶员离去后汽车可靠的停驻。它包括前轮制动器、后轮制动器以及控制装置和供能装置。
车身是驾驶员的工作场所，也是装载乘客和货物的地方。它包括车前板制件、车身本体、还包括货车的驾驶室和货箱以及某些汽车上的专用作业设备。
电气设备包括电源组、发动机启动系统和点火系统、汽车照明和信号装置、仪表、导航系统、电视、音响等电子设备、微机处理、中央计算机及各种人工智能的操作装置等[2]。
1.3 汽车悬架系统的作用、组成与分类 1.3.1 汽车悬架系统的作用
悬架是车身与车轮之间的一切传力连接装置的总称。悬架是现代汽车上的重要总成之一，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和车架（或车身）之间的一切力和力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等；缓和由不平路面传给车架（或车身）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，保证汽车操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。悬架的主要职能有三个：
1）连接车体和车轮，并用适度的刚性支撑车轮； 2）吸收来自路面的冲击，提高乘坐舒适性； 3）有助于行驶中车体的稳定，提高操纵性能。
悬架系统的这些作用是紧密相连的，但又是相互矛盾的，比如提高舒适性，那
第 5 页 共 38 页