北京理工大学珠海学院2014届本科生毕业设计
在确定悬架的侧倾角刚度时，应当使前、后悬架的侧倾角刚度之和C?1?C?2足够大，以保证汽车转弯行驶时车身的侧倾角不致过大，通常在0.4g 横向加速度下车身侧倾角应小于6o 。把汽车的悬架质量ms由两大部分组成，即位于麦弗逊悬架的质点ms1和位于钢板弹簧悬架的质点ms2，ms1 和ms2布局应刚好符合ms质心位置, ms1 和ms2之间通过纵向平面连接以保证有同样的侧倾角?。在X方向的加速度ay作用下，离心力 Ms1?ms1ay和 Ms2?ms2ay，分别向前、后悬架的侧倾位置简化侧倾力矩得
Ms1?ms1ayd1和Ms2?ms2ayd2
代入数据得到， Ms1?ms1ayd1?866?0.4?9.8?1035?3.5?106 （式3.15） Ms2?ms2ayd2?1019?0.4?9.8?735?2.9?106 （式3.16） 所以，总的侧倾角为
Ms1?Ms23.513?106?2.935?1061????0.0787??0.00787?2.02?6 （式3.17）
c?s1?c?s27.9?106?7.4?10702?可见，刚度满足侧倾角要求。
3.2.4纵向稳定性参数的确定
汽车在制动或加速行驶时，由于惯性力的作用会造成轴荷转移，并伴随前、后悬架的变形，表现为制动时的“抬头抬尾”和驱动加速时的“仰头垂尾”现象。悬架设计时应考虑采取相应的措施减小或消除制动及驱动时悬架的变形。 (1)前、后悬架纵倾中心
前悬架：麦弗逊式独立悬架的纵倾中心，可由E 点做减振器运动方向的垂直线。 该垂直线与横臂轴D 延长线的交点O 即为纵倾中心，如图3-2 所示：
后悬架：纵置钢板弹簧非独立悬架结构，纵倾中心近似位于钢板弹簧前卷耳中心
O2 处，如图3-3所示。
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图3-1 麦弗逊式独立悬架的纵倾中心
图3-2 钢板弹簧非独立悬架
(2)抗制动纵倾性（抗制动前俯角）
抗制动纵倾性可使制动过程中汽车车头的下沉量及车尾的抬高量减小。只有在前、后悬架的纵倾中心位于两根车桥（轴）之间时，这一性能才能实现。
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4悬架弹性元件和减震器的设计计算
4.1钢板弹簧主要参数和尺寸的确定 4.1.1 钢板弹簧材料的确定
汽车钢板弹簧在汽车行驶过程中承受各种应力的作用，其中以反复弯曲应力为主，绝大多数是疲劳破坏。所以要求弹簧钢应有高的弹性极限以及弹性减退抗力好，较高的屈强比，为防止在交变应力下发生疲劳和断裂，弹簧应具有高的疲劳强度和耐蚀等性能。
弹簧材料[8]种类繁多，一般弹簧的选用材料有20Cr、40CrNiMn、60Si2Mn、65Mn，参考弹簧设计手册进行几种板簧材料的比较如下：
(1)20Cr
该钢是我国目前产量最大的几个合金结构钢之一，用途广泛。硬度较高。且此钢比相同含碳量的碳素钢具有较好的淬透性、强度和韧度。为了提高该模具钢的耐磨性，常进行渗碳处理（注意：渗碳时钢的晶粒有长大倾向），然后进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有很高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧度。
常用于制造截面小于30mm的、形状简单的、转速较高的渗碳件或氰化件，如活塞销、小轴等；也可以用于调制钢零件。
(2)40CrNiMn
高淬透性的调质钢，有高的强度、韧度和良好的淬透性和抗过热的稳定性，但白点敏感性高，有回火脆性。焊接性较差，焊前需经高温预热，焊后需消除应力，经调质后使用。
应用：一般制作强度高、塑性好的重要零部件，氮化处理后制作特殊性能要求的重要零件，如轴类、齿轮、紧固件等；在低温回火或等温回火后可作超高强度钢使用。
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(3)60Si2Mn
由于硅含量高，其强度和弹性极限均比55Si2Mn高抗回火稳定性好，淬透性不高，易脱碳和石墨化。在我国主要用作汽车拖拉机上的板弹簧、螺旋弹簧等。也用于制造承受交变载荷及高应力下工作的重要弹簧、抗磨损簧等。
(4)65Mn
钢中加入锰为0.8%~1.2%，使淬透性和综合性能有所提高，脱碳倾向减小，但有过热倾向及回火脆性，易出现淬火裂纹。且锰钢价格便宜，资源丰富。应用：（1）可用于普通模具弹簧；（2）冷冲模具凸模；（3）弹簧环、汽门簧。
通过比较分析，硅锰弹簧钢（60Si2Mn）是同时加入硅、锰，能显著强化基体铁素体，大为提高了钢的弹性极限，屈强比可达到0.8~0.9，而且疲劳强度也显著提高。硅锰元素的共同作用提高了钢的淬透性，硅还有效地提高了回火稳定性，锰提高了耐磨性。但硅促进脱碳倾向，锰增大了钢过热敏感性，但是两者复合加入后，硅锰钢的脱碳和过热敏感性较硅钢、锰钢为小，但还是会因过热敏感性产生淬火裂纹，因脱碳对工件耐磨性、疲劳强度产生显著影响。所以符合本次设计中钢板弹簧悬架的工作要求，因此确定钢板弹簧的材料为60Si2Mn。详细的性能参数[9]如表4-1所示：
表4-160Si2Mn性能参数
参数
许用剪切应力???/MPa 许用弯曲应力??b?/MPa
弹性模量E/MPa 切变模量G/MPa 推荐使用温度/C
参数值
740 925
206000 79000 ?40~200
确定板簧加工工艺路线为：下料→校直→钻孔→卷耳→淬火+中温回火→喷丸→装配→预压缩。
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4.1.2钢板弹簧主片长度L的确定
弹簧伸直后两卷耳中心的最短距离，为钢板弹簧长度L,在布置条件允许的情况下，应尽可能将钢板弹簧取得更长些，原因如下：
（1）弹簧长度L的增加能减小弹簧的应力以及弹簧的刚度，从而延长使用时间，并且可以改善汽车的平顺性。
（2）在弹簧刚度c一定的前提下，增长钢板长度，可以达到增加弹簧的纵向角刚度。（3）增加钢板长度还能减小车轮扭转力矩所引起的弹簧变形。 各种车型选用钢板弹簧的长度如下所示： 轿车L??0.30~0.55?轴距；
货车:前悬架：L??0.26~0.35?轴距； 后悬架：L??0.35~0.55?轴距。
取 L?0.43L?0.43?2695?1158mm （式4.1）
4.1.3钢板弹簧断面高度及片数的确定
(1)钢板断面宽度b的确定[7]：
由前面设计数据可得单个钢板弹簧的载荷为：
mg1019?9.81?4998N （式4.2） Fw2?s2?
22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。 钢板的垂直刚度：Ca?68N/mm
U型螺栓中心距取：S?76mm （ U型螺栓中心距）
暂定片数为4片，与主片相同的片数为1，则求?：（?为挠度增大系数）
?? （式4.3） 1.51.5????1.15(1.04?0.5?)1.04?(1?1)4式中：
n1——与主片长度相等的片数
n0——总片数
20
n11?,n04