刘冬冬：某型轻型卡车悬架系统设计
1、静挠度增大后，为使汽车不经常碰撞缓冲块，就要求相应地增加动挠度，这就势必抬高车架上各总成的高度，提高汽车的重心，同时，在汽车振动时和载荷增减时，汽车高度将会显著的变化，这些都对汽车行驶稳定性产生不利影响。
2、静挠度增大后，弹簧显得很软，在紧急制动时会产生严重的汽车“点头”现象；在转弯时，由于悬架侧倾刚度的降低，会使车身产生较大的侧倾角，这些对乘坐舒适性都是不利的。
3、静挠度和动挠度增大后，车轮垂直位移增大，对行驶稳定性不利。
4、增大静挠度对纵置钢板弹簧而言，要增大弹簧长度，使布置发生困难，同时增加弹簧重量。
三、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其自由高度的1/2或1/3）时，车轮中心相对车架（或车身）的垂直位移。要求悬架应有足够大的动挠度，以防止在坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块。对货车，fd取6～9cm。这里取fd1=7.5cm,fd2=8cm。
四、悬架的刚度
由fc?mgc可以得出悬架的刚度，簧上质量m1＝600kg；m2=900kg,代入公式得悬架刚度为:
c1?m1gfc1??600kg?981cm/s2?/7.72cm?762.4N/cm?76N/mm；c1?m1gfc1?900kg?981cm/s2/6.25cm?1412.6N/cm?141.3N/mm。
五、螺旋弹簧的选择
螺旋弹簧（如图2-3所示）广泛应用于独立悬架中，它与钢板弹簧相比，有质量小，无需润滑，所占纵向空间小，不怕泥污等优点。但它只能承受垂直方向力，而且不足有减振作用，因此在悬架中必须要有导向机构和减振器。
??
图2-3 圆柱螺旋弹簧
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安徽工程大学毕业设计（论文）
按照本次设计汽车的参数知：汽车整车整备质量为1950kg，发动机前置前轮驱动的轴荷分配满载时，前轴约占总质量的45%~50%，本设计中取950kg。
空载时弹簧受力为F1=950kg×9.81m/s2/2=4660N。 满载时弹簧受力为F2=600kg×9.81m/s2=5886N。
初选弹簧 查《机械零件手册》选取弹簧的旋绕比C=6(一般在4～16范围内)，选择簧条截面为圆形的圆柱压缩螺旋弹簧，材料为热轧弹簧钢。其基本参数如下：
簧条直径d=5～80mm 切变模量G=78×103Mpa 弹性模量E=197×103Mpa 许用切应力?p=590Mpa
8KDF8KCF???p 32?d?d4C?10.615?K=
4C?4CKCF得 d=1.6
由公式 ??
(2-4) (2-5) (2-6)
?P式中：?—切应力，Mpa； F—工作载荷，N； D—弹簧中径，mm；
d—簧条直径，mm； C—旋绕比，C=D/d； K—曲度系数；
k—弹簧刚度，N/mm；
f—工作载荷下的变形量，mm。
代入数据C=6，F=F2=5886N，?p=590Mpa，得K=1.2525，d=13.85mm，根据表2-1弹簧直径系列选取d=14mm。
表2-1 普通圆柱螺旋弹簧的尺寸系列
第一0．3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 弹簧系列 1.2 1.6 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 6 8 12 16 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 丝直径 d/mm 第二0.32 0.55 0.65 1.4 1.8 2.2 2.8 3.2 5.5 6.5 7 系列 9 11 14 18 22 28 32 38 42 55 65 弹簧中径 D/mm 2 2.2 2.5 2.8 3 3.2 3.5 3.8 4 4.2 4.5 4.8 5 5.5 6 6.5 8 8.5 9 10 12 14 16 18 20 22 25 28 30 35 38 40 42 45 48 50 52 55 58 60 65 70 80 85 90 95 100 105 10 115 120 125 130 135 140 145 150 160 170 180 90 200 压缩2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.25 4.5 4.75 5 有效圈弹簧 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5 15 16 18 20 22 25 28 30 - 9 -
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拉伸2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 n/圈 弹簧 18 19 20 22 25 28 30 35 40 45 50 55 60 65 70 80 90 100 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 自由高压缩19 20 22 24 26 28 30 32 35 38 40 42 45 48 度弹簧 50 52 55 58 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 130 140 150 160 170 180 190 H0/mm 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 450 480 500 520 550 580 600 数 根据弹簧直径查《机械设计手册》GB1222选取圆柱螺旋弹簧，其基本参数如下: d=14mm，C=6，D=85mm，?p=740Mpa，fsd=16.81mm。
Gd4f78?103?144?16.81弹簧的有效圈数n===3.73，取n=4。
8?5886?8538FD3压缩圈数取为n2=2，则总圈数n1=n+ n2=4+2=6。 六、钢板弹簧的选择
1、钢板弹簧主要参数的确定 1)、单个钢板弹簧承受的载荷
Fw1??G1?Gu1?2 (2-7)
式中，G1--簧上质量为1930kg×9.81m/s2=18933.3N；Gu1--簧下质量为130kg×9.81m/s2=1275.3N。导入数据，得FW1=8829N。
2)、满载弧高
满载弧高是指钢板弹簧装到车轴(桥)上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳孔径）连线间的最大高度差。它用来保证汽车给定的高度。当fa?0时，钢板弹簧在对称位置上工作。考虑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fa?10~20mm，在本此设计中我们取fa?10mm。
图2-4 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高
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3)、钢板弹簧长度的确定
钢板弹簧长度L是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。增加钢板弹簧的长度，能显著降低弹簧应力，提高使用寿命；降低弹簧刚度，改善汽车行驶平顺性；在垂直刚度c给定的条件下，又能明显的增加钢板弹簧的纵向角刚度。钢板弹簧的纵向角刚度，系指钢板弹簧产生单位纵向转角时，作用到钢板弹簧上的纵向力矩值。增大钢板弹簧纵向角刚度的同时，能减少车轮扭转力矩所引起的弹簧变形；选用长些的钢板弹簧，会在汽车布置上产生困难。对其长度的选取在原则上，在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长一些。对货车后悬架L=(0.35~0.45)轴距。
本设计中，钢板弹簧长度暂定L＝500mm。 4)、 钢板断面尺寸及片数的确定
(1) 钢板断面宽度b的确定 有关钢板弹簧的刚度、强度等，可按照截面简支梁的计算公式计算，但需引入挠度增加系数?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要的总惯性矩J0。对对称钢板弹簧，总惯性矩为：
3J0???L?ks?c???48E? (2-8)
??式中，s为U该螺栓中心距(mm)；k为考虑U形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数（刚性夹紧取:k=0.5，挠性夹紧:取k=0）；c为钢板弹簧垂直刚度(N/mm)，c?Fw/fc；?为挠度增大系数（先确定与主片等长的重叠算数n1，再估计一个总片数n0，??n1n0，然后用??1.5?；E为材料的弹性模量(Mpa)。 ?1.04?1?0.5????初定?）
本车的钢板弹簧选择挠性夹紧，k=0；初选与主片等长的重叠片数为n1=0片，总数为n0=5片，??0，?＝1.442；U形螺栓中心距初取s=90mm；E=4.06x105Mpa。
钢板弹簧总截面系数W0用下式计算
W0?Fw?L?ks?4??w? (2-9) 式中，对于55SiMnVB或60Si2Mn等材料，表面经喷丸处理后，推荐[σw]在下列范围内选取：前弹簧和平衡悬架弹簧为350～450 Mpa；后主簧为450～550 Mpa；后副簧为220～250 Mpa。本设计初取[σw]＝500Mpa。
计算钢板弹簧的平均厚度hp：
hp?2J0/W0＝?L?ks????w??6Efc? (2-10) 代入计算后得hp＝11.84mm,符合一般要求在6～12mm的范围不符，因此此选择可行。
有了hp以后，再选钢板弹簧的片宽b。增大片宽，能增加卷耳强度，但当车身受侧向力作用倾斜时，弹簧的扭曲应力增大。前悬架用宽的弹簧片，会影响转向轮的最大转角。片宽选取过窄，又得增加片数，从而增加片间的摩擦和弹簧的总厚。推荐片宽与片厚的比值bhp在6～10范围内选取，取8,即b=94.72mm，取钢板宽度为95mm。
(5) 钢板弹簧片厚h的选择 选择弹簧片数n=5。一般地，钢板弹簧各片厚h应在
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2刘冬冬：某型轻型卡车悬架系统设计
（1+0.1）hp的范围内选取。并尽量选择同一厚度。在一副弹簧中虽然可以选择不同厚度，但不宜超过三组，为使叶片寿命接近，最厚片与最薄片之比应小于1.5。叶片断面尺寸b和h最后选取要符合我国型材规格。
根据数据，取h=13mm。并且片厚都相同。
(6) 钢板断面尺寸形状的确定 本车钢板断面形状选择矩形断面形状。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，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，所以在受拉作用的一面首先产生疲劳断裂。但矩形截面制造简单，成本低廉，因此，选择此种截面形式。
2、钢板弹簧各片长度的确定
钢板弹簧各片长度就是基于实际钢板各片展开图接近梯形梁的形状这一原则来作图的。首先假设各片厚度不同，则具体进行步骤如下：
先将各片厚度hi的立方值hi3按同一比例尺沿纵坐标绘制在图上（图2-5），再沿横坐标量出主片长度的一半L/2和U形螺栓中心距的一半s/2，得到A、B两点，连接A、B即得到三角形的钢板弹簧展开图。AB线与各叶片上侧边的交点即为各片长度。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端点连一直线，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。
图2-5 确定钢板弹簧各片长度的作图法
用做图法绘制的钢板弹簧长度如下：
表2-2 钢板弹簧各片长度
序号 1 2 3 4 5
断面（mm） 13?95 L（mm） 500 400 300 200 100 - 12 -