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理工科類
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
論文(設(shè)計(jì))題目
貨車懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
作者所在系別
機(jī)電工程學(xué)院
作者所在專業(yè)
車輛工程
作者所在班級
B13142
作 者 姓 名
李京城
作 者 學(xué) 號
201322353
指導(dǎo)教師姓名
趙秋芳
指導(dǎo)教師職稱
副教授
完 成 時 間
2017
年
5
月
北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制
摘 要
隨著技術(shù)的不斷革新，懸架系統(tǒng)逐漸走進(jìn)了人們的視線，如今幾乎已經(jīng)成為了我們所使用的汽車上不可或缺的一部分。它的作用簡單直接，該懸架作為現(xiàn)代汽車的重要總成之一，它能夠把車架與車軸彈性地連接起來。主要的任務(wù)就是傳遞車輪與車架之間的一切力和力矩。還不止如此，在路況不佳的時候它也能起到減弱車身震動，起到保護(hù)汽車的作用，使石頭或其他雜物帶來的沖擊力度降低。
懸架主要由三部分構(gòu)成（導(dǎo)向設(shè)備、彈性件兒、緩沖塊）
優(yōu)良的減震能力，使車的主人能夠時刻保持穩(wěn)定的行駛，并且行駛過程舒適 ，懸架已經(jīng)成為了現(xiàn)代汽車上必不可少的一部分
關(guān)鍵詞 懸架；振動；穩(wěn)定性
30
The Design Of Light Truck Suspension
Abstract
The suspension is one of the important assemblies on the modern automobile, which ties the frame and axle to the side. Its main task is to transfer all forces and moments between the wheel and the frame; Cushion the impact load on the car frame, reduce the vibration of the carrying system, and ensure the smoothness of the car. Enable the car to drive fast.
The suspension is composed of the guiding device, the elastic component, the buffer block, the shock absorber and the transverse stabilizer.
The suspension can improve the comfort of the car very well, reduce the shock of the car, and make the car ride smoothly.
Keywords Suspension； Vibration；Stability
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 前言 5
第2章 7
2.1 獨(dú)立懸架 7
2.2 懸架選擇的方案確定 7
2.3 本章小結(jié) 8
第3章 9
3.1 懸架靜撓度 9
3.2 懸架動撓度 10
3.3 懸架彈性特性 10
3.4 前懸架主銷側(cè)傾角與后傾角 11
3.5 本章小結(jié) 12
第4章 13
4.1 少片彈簧的設(shè)計(jì) 13
4.2 鋼板彈簧的設(shè)計(jì) 14
4.2.1少片彈簧的設(shè)計(jì) 14
4.2.2鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 14
4.2.3鋼板彈簧各片長度的確定 17
4.2.4鋼板許用靜彎曲應(yīng)力驗(yàn)算 18
4.2.5夾緊液壓缸的計(jì)算 18
4.2.6鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算 20
4.2.7鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算 21
4.3 本章小結(jié) 22
第5章 基于MATLAB的平順性評價(jià) 23
5.1 MATLAB簡介 23
5.2 汽車平順性介紹 23
5.3 汽車平順性模型的建立 24
5.4小結(jié) 25
結(jié)論 27
致謝 28
參考文獻(xiàn) 29
第1章 前言
1.1 懸架研究的目的和意義
汽車懸架有其不可或缺的作用，它能夠傳遞力與力矩，同時還可以將車輛的前后有機(jī)地聯(lián)結(jié)為一個整體，一邊傳遞著力一邊控制著車輛行駛是的位置。
雖然功能很多，但其最顯眼的作用在于它對于力和力矩的傳遞，有了這個功能汽車便能隨時隨地保持穩(wěn)步前行。大多數(shù)由于路況不佳而在此的不同程度的破壞，懸架系統(tǒng)都能輕易的將其克服。最大程度地保護(hù)了車主的利益。然而想要達(dá)到這種理想的目的，我們就需要把汽車的車身與車輪有機(jī)地聯(lián)系在一起，這是以來懸架傳遞出力與力矩，傳遞豎直方向的載荷，懸架發(fā)生形狀變化把動能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，這樣目的就達(dá)到了，緩沖順利完成。在完成了這些器件的聯(lián)結(jié)之后，汽車就好比是有彈性件兒和彈簧所構(gòu)成的一個系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能夠承受大程度地沖擊力。為了能夠減少無謂的振動，懸架系統(tǒng)中還需要包括減震器。另外，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動有可能改變車輛參數(shù)，同時汽車前后側(cè)傾的中心位置也會變，因此能夠?qū)ζ嚨恼w穩(wěn)定性能產(chǎn)生影響。近些年來汽車懸架的結(jié)構(gòu)一直在經(jīng)歷著不斷的改進(jìn)，然而僅僅從結(jié)構(gòu)功能來看，一般都是由傳統(tǒng)的三部分組成。在一些特定情況下，個別零件同時其幾種或者多種作用，我們最常用的麥克弗遜懸架就是個明顯例子，它能夠同時有上面兩張功能。
不同類型懸架都有其獨(dú)自的特點(diǎn)，非獨(dú)立懸架的特征是：左、右車輪之間鋼性連接，若是一邊車輪的變化凸起，就會對另一側(cè)產(chǎn)生直接影響。而獨(dú)立懸架的特征是：左右相輔相成，同時變化。
有了前面的介紹加上我們要做的汽車，可以得出結(jié)論，前懸應(yīng)用少片彈簧后懸應(yīng)用剛板彈簧。
振動系統(tǒng)影響諸多零件的壽命此外，因此務(wù)必對下面這幾個要求進(jìn)行嚴(yán)格把控：
1. 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向桿系相互協(xié)調(diào)，避免相互干涉；
2. 側(cè)傾中心位置得當(dāng)，汽車轉(zhuǎn)彎時具有抗側(cè)傾能力，汽車加速時能隨時保持車架的穩(wěn)定，防止發(fā)生汽車在制動時的車身傾斜。
3.盡量減少懸架質(zhì)量；
4.占用面積小 便于放置懸架；
5. 零件強(qiáng)度、壽命過關(guān)；
6. 制造成本低；
7. 便于維修、保養(yǎng)。
1.2 懸架研究的目的和意義
1934年世界上誕生了第一個被動懸架。其參數(shù)在行駛過程中始終保持不變。它很難適應(yīng)各種不斷變化的路況，因此它的效果較差。人們?yōu)榱烁倪M(jìn)這種缺陷，使用了調(diào)節(jié)車身高的方法，產(chǎn)生了一定的效果，但是仍然有很大的缺陷?，F(xiàn)代轎車多采用麥弗遜式懸架，比如桑塔納，后懸架則有諸多選擇，一般多采用復(fù)合式縱擺臂懸架或者多連桿懸架。
近些年來汽車發(fā)展迅猛，汽車的速度有了突飛猛進(jìn)，被動懸架的弊端越來越明顯，因此開發(fā)出了主動懸架。1954年美國首先提出了主動懸架的想法。基于之前的被動懸架，改進(jìn)了控制裝置，使得新型的懸架可以在多種路面行駛。新的懸架系統(tǒng)在二十世紀(jì)后期受到了廣泛的應(yīng)用，安裝了這種主動懸架的車輛，可以在多種路況中保持車輛平穩(wěn)，乘坐舒心，但同時也面臨價(jià)格高昂，油耗量高等問題。
在我國，基于多種因素多數(shù)車輛仍使用被動懸架。盡管主動懸架提出的很早，但其實(shí)在難以控制，同時主動懸架牽扯到諸多學(xué)科，想要有所突破困難很大。在二十世紀(jì)末期，在我國也僅有少數(shù)屈指可數(shù)的單位正在研究主動懸架。被動懸架的機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛度以及阻尼都無法改變，依照先前理論，它僅在某些條件下?lián)碛辛己眯阅?，但是他的?yōu)勢在于研發(fā)多時且理論基礎(chǔ)豐富，成本低廉且方便。就目前的情況看來，依舊適合研究。對于他的性能主要討論下面幾個問題：
1）首先建立三維模型，再使用電腦對其進(jìn)行仿真確定最有參數(shù)；
2）為了使懸架能夠盡量適用于多種多樣的路況，要研究阻尼減震器以及可變剛度彈簧；
3）基于以上兩個問題的前提條件下，需要提高其穩(wěn)定性能，也就是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的研究。
阻尼減震裝置即可節(jié)流孔來控制阻尼又可降低或提高粘性變化阻尼，這兩種方法造就了減震器的兩種類型。節(jié)流孔可以通過電磁閥以及布近電機(jī)做調(diào)節(jié)，此種方法花錢多，同時結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜有不容易生產(chǎn)，另一方面如果改變減振液的粘性對阻尼系數(shù)做調(diào)整，它就有了花銷低廉、噪聲和沖擊低等優(yōu)點(diǎn)，所以這種方法是目前的主要研究方向。目前國外，一種是電流變液體，另一種是磁流變液體，都可以調(diào)整減震液的粘性。執(zhí)行策略需要先敲定性能指標(biāo)，然后在設(shè)定控制器。目前為止，這方面應(yīng)用還比較模糊。
主動懸架的研究方向分別為可靠、可執(zhí)行。主動懸架需要用到大量的傳感器以及各種接口,，所以造成了元器件的可靠性有所不足，需要通過提高集成程度解決，這是個很困難的階段。研究執(zhí)行器主要通過把液壓期間更換成電動期間。電動力系統(tǒng)具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，日后將會有大作用，很有可能取締液壓機(jī)構(gòu)。使用磁蓄能原里，并且與參數(shù)估計(jì)相結(jié)合，就有可能會設(shè)計(jì)出一種主動懸架，這種懸架能源消耗量低且性能優(yōu)秀。有希望把主動懸架變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)應(yīng)用變?yōu)榭赡堋?
每一次懸架技術(shù)的技術(shù)革新，其實(shí)都代表著多種學(xué)科在不同程度上的進(jìn)步。計(jì)算機(jī)的發(fā)展、制造技術(shù)的革新、自動控制原理等等，以上這些技術(shù)均提供了巨大保障，使我們的汽車懸架能夠更上一層樓。當(dāng)然相對低，汽車懸架技術(shù)的改進(jìn)也會回饋相關(guān)科學(xué)技術(shù)，同時也對我們的科研人員提出了更為苛刻的要求，為我們走上新臺階做鋪墊。
1.3 懸架研究的目的和意義
此次研究目的是了解汽車懸架系統(tǒng)的特點(diǎn)，能夠根據(jù)汽車的實(shí)際使用情況選擇合適的懸架。確定好給定貨車的懸架系統(tǒng)后，對前后懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，建立模型，最后采用matlab編程對汽車的行駛平順性進(jìn)行評價(jià)。
第2章 懸架確定
2.1 獨(dú)立懸架
獨(dú)立懸架擁有如下特點(diǎn)（對比非獨(dú)立懸架）：
非懸掛質(zhì)量輕便,懸架傳遞給車身的力小,可以有小弟改善汽車穩(wěn)定性和輪胎的抓地能力。
1. 左右兩側(cè)的輪子跳動不產(chǎn)生直接影響，能夠緩解整車的震動；
2. 橫向方向的占用空間少，方便擺放發(fā)動機(jī)的位置，順便也降低了整輛車的重心，形勢穩(wěn)定性能大幅提高；
3. 驅(qū)動輪轉(zhuǎn)向更易達(dá)成。
非獨(dú)立懸架的特點(diǎn)如下:
1. 雙臂式獨(dú)立懸架 特點(diǎn):出色的穩(wěn)定性，靈活多變；
2. 麥克弗遜懸架 特點(diǎn)：這種懸架吧減震機(jī)構(gòu)以及導(dǎo)向裝置相互整合在一起，把不必要的部分去除，因此騰出了大塊空地，無形中減少了制作成本，結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，對于發(fā)動機(jī)的放置問題和車輛行駛的穩(wěn)定都是巨大的提升；
3. 滑住擺臂式懸架 特點(diǎn):汽車后備箱空間充裕，出行快捷且方便，適合家用；
4.單臂式懸架 特點(diǎn):此種懸架有一種缺陷，就是車輛跳動過程中內(nèi)傾角與外傾角變化大，所以作為前懸架并不合適，但另一方他的特點(diǎn)是側(cè)傾中心高，結(jié)構(gòu)普通。
2.2 懸架選擇的方案確定
當(dāng)下在我國車輛的懸架選取的常用方案有以下幾種：前輪應(yīng)用獨(dú)立懸架，后輪應(yīng)用非獨(dú)立；前后輪同時應(yīng)用非獨(dú)立懸架等幾種方案。
雖然方案很多，但是針對不同車輛，產(chǎn)生的效果不盡相同。懸架作為隔離路面與駕駛艙的重要部件是決定車型駕駛體驗(yàn)的關(guān)鍵，縱觀整個乘用車市場，不可否認(rèn)獨(dú)立懸架的定位確實(shí)高于非獨(dú)立懸架，但在10-15萬這個兩種懸架類型交接的地方難免會出現(xiàn)類似于豆腐腦的甜黨與咸黨之爭。獨(dú)立懸架，特別是多連桿獨(dú)立懸架在操控性和舒適性上有著先天優(yōu)勢，調(diào)教上更有潛力，但很多車企在板車懸架的調(diào)教上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)能夠最大限度壓榨這種懸架的實(shí)力，其性能相比某些自主研發(fā)的獨(dú)立后懸有過之而無不及，例如法系車。
還有，如果前懸架應(yīng)用非獨(dú)立懸，前輪有可能會發(fā)生振動的情況，這樣會影響汽車平順性是，因而前懸架多應(yīng)用獨(dú)立懸家。
這次的課題是為輕型貨車選擇合適的懸架系統(tǒng)，為了降低成本，結(jié)構(gòu)方面節(jié)約空間，考慮后懸架應(yīng)用剛板彈簧架，而前懸架應(yīng)少片彈簧懸架。 第三章 各參數(shù)的確定
3.1懸架靜撓度
懸架經(jīng)撓度的公式。(滿載靜止?fàn)顟B(tài)下)
車輛上的振動系統(tǒng)有他的固有頻率，作為重要參數(shù)，是測定汽車平順的重要指標(biāo)。系數(shù)大約可以取為 1，因此汽車前、后軸的振動沒有聯(lián)系。故可以應(yīng)用下式表示
（3-1）
式中，、分別代表前后的剛度；、分別代表前后的簧上質(zhì)量
式中，g取為9.8m/s2。
將、代回上式中
（3-3）
分析上式可知：經(jīng)撓度的選取十分重要，他會影響到汽車行進(jìn)的穩(wěn)定，所以選取它的參數(shù)務(wù)必謹(jǐn)慎。
根據(jù)書上規(guī)定，我們選擇的后懸架的經(jīng)撓度對比前懸架需要略小一些，同時兩者的數(shù)值盡可能地接近，經(jīng)過實(shí)力證明，這對于防范車身傾斜有很大用處。根據(jù)課本記載，一輛正常車輛通過某個路障， /＜1的情況下的從傾角要比/＞1時小，所以選?。?.8更為合理。為了使坐在靠后的人們乘車舒服，前后懸架的偏頻越相互接近越好。
汽車種類多得數(shù)不勝數(shù)，故其各項(xiàng)要求也都不盡相同。以我們生活中最常見的幾種汽車為例，人們隊(duì)平順性的要求大致為一下幾種：轎車＞大客車＞載貨汽車等。多數(shù)普通車輛（滿載），它的前后懸架偏僻會有少許不同，前懸架：1-1.5赫茲，后懸架：1.1-1.6赫茲。實(shí)際上轎車越高端，偏頻會變小。所以取定=1.5Hz，=1.7Hz。代入 得=13.545cm, 四舍五入取得=13厘米，=11厘米 。
3.2懸架動撓度
懸架的動撓度表示懸架變形到極限的時候，車輪的中心點(diǎn)到車身中心點(diǎn)在豎直方向移動的距離。為了避免車輛在糟糕路況的情況下被碰撞損傷車體，這就需要提高我們的動撓度。與前面所提到的靜撓度類似，各種各樣的車型對于動撓度也都有不同的要求，轎車、客車、貨車的動撓度數(shù)值大概在5-9cm。我們可以顯而易見第選擇軟質(zhì)懸架用來減少偏頻，不過這樣做的壞處在于其更易變形。大多數(shù)時候多數(shù)貨車的動、靜撓度相加＜=13厘米。故在工作行程范圍允許內(nèi)，選取動撓度數(shù)值13厘米。
前懸架簧載m=600千克,空載簧載m=470千克，偏頻取為=1.5Hz，后懸架簧載m=1300千克,空載簧載m=430千克，設(shè)計(jì)偏頻取為=1.7Hz，針對空載情況，代入得=53N/mm，=148N/mm。
3.3懸架彈性特性
在豎直方向給懸架一個力F以及因此車身中心所發(fā)生的位移f (即外形變化)的曲線圖叫做彈性特性曲線。沿著斜向做切線，它（也就是k）表示鋼度。
一般這種彈性曲線圖分為非線性和現(xiàn)行曲線圖兩種。由簡單的數(shù)學(xué)知識可知，若這個曲線圖呈現(xiàn)為一條斜向的直線，此時稱他為線性彈性曲線圖，k保持不變；若這個曲線圖成纖維一條彎曲且不斷變化的曲線，此事稱他為非線性彈性曲線圖，k值不停發(fā)生變化，雖然它一直在變化，但也有好處。在曲線緩慢變化的曲線處說明其穩(wěn)定性能好；相對地曲線變化陡峭的地方，鋼度更大，這樣增大了動撓度的有效范圍，相比平緩出更加靈活。這里牽扯到一個詞叫做懸架的動容量，它表示車輛從啟動開始到達(dá)最大變形過程中所用去的能量。提高車輛的東容量可以降低被緩沖塊刺穿的情況。
貨車與客車的車身高度不同，振動頻率也不同，但是這兩者的簧上質(zhì)量m變化均非常大，更易采用非線性懸架，因?yàn)槠滗摱萲可以改變。對于轎車來說，它的簧上質(zhì)量不成問題，可以采用線性懸架。但是出于對整車的保護(hù)，為緩解外界對車身的碰撞以及彎道處的安全性能，最好也采用更為靈活的非線性懸架。
鋼板彈簧的彈性曲線被看作為線性曲線。
圖3—1 懸架彈性特性曲線
7— 緩沖塊壓縮時開始接觸彈性支架 8—額定載荷
3.4前懸架主銷側(cè)傾角與后傾角
主銷角的原理:車輛的注銷角都是不同的，沒有一種車型是固定不變的。前段的載荷把力傳遞給車輪中心，然后在傳遞給轉(zhuǎn)向輪，有了上述的條件就被叫做注銷。
1. 后傾角:車輪中心在豎直方向上與軸向在平面內(nèi)的夾角。
2. 主銷后傾角的作用：
(1)后傾角的大小是車輛行駛穩(wěn)定的有力保障，大的后傾角，能夠產(chǎn)生足夠大的離心力。是穩(wěn)定性增強(qiáng)。即使如此也要把它控制在一定范圍，如果去了一個比較大的后傾角有可能會帶來轉(zhuǎn)向不便的麻煩，這是沒有必要的。
(2)車輪的調(diào)整匯正可以通過后傾角的變化來調(diào)節(jié)，這是一種很好有效的方法。
此時我們?nèi)『髢A角3°。
2.主銷內(nèi)傾角
是懸架在組裝的時候，會向內(nèi)略微凹陷一個角，此時這個角就是內(nèi)傾角。
(1)主銷內(nèi)傾角的作用：
a)有助于車輪自動回正；
b)使轉(zhuǎn)向更加快捷靈便。
(2)主銷內(nèi)傾角的確定：
多數(shù)常用的車輛內(nèi)傾角選取大概在6度至8度多，一直到了二十世紀(jì)末發(fā)生了改變，變?yōu)?0度至12度左右。
第四章 彈簧設(shè)計(jì)
4.1少片彈簧的設(shè)計(jì)
少片彈簧有其獨(dú)特的特色，大多數(shù)有三片大小寬厚一致的葉片所構(gòu)成，正是有了這種特點(diǎn)，因而越來越多地把他用于商用汽車。彈簧之間多方有所料墊片，墊片可以有效地緩解摩擦，起到保護(hù)彈簧的作用，同時對比多片彈簧，他的質(zhì)量更加輕便，約減少了百分之三十左右。
圖4-1 少片彈簧葉片
式中, ，
。每一個彈簧的為了求系數(shù)k用代入，即
式中，；；。
當(dāng)或時，彈簧力最大時候處，此處，其應(yīng)力值。
當(dāng)時，最大彈簧力反生變化，在B點(diǎn)，其值。
通常不會＜。
在有多組彈簧的狀況下，鋼度c的值就是所有彈簧鋼度的代數(shù)之和，而應(yīng)力的數(shù)值取決于每個單個片兒收到的載荷量。寬度通長的取值為75至100毫米，我們需要取得值接近75，此處我們?nèi)?6毫米。至于厚度不能太薄，至少要大宇8毫米，防止抗壓力的程度不足而產(chǎn)生斷裂，這里我們?nèi)≈礹=10毫米。Error! No bookmark name given.
4.2.1少片彈簧的設(shè)計(jì)
彈簧放置在車輛上有橫向放置和豎向放置兩種。橫向放置這種需要另外加上導(dǎo)向傳遞機(jī)構(gòu)（存在縱向力），把它的質(zhì)量變沉，結(jié)構(gòu)更加繁瑣，這些弊端讓它僅僅能應(yīng)用于少數(shù)車輛。而縱向放置彈簧與之相反，在這里我們應(yīng)用后者這樣的方式更為妥當(dāng)。
縱向放置彈簧亦分為兩種類型：對稱型號和非對稱型號。如果彈簧兩側(cè)中部至車身的中心的距離相一致，我們稱之為對稱型號；反之若不一致，叫做非對稱型號。我們家常所使用的通長為對稱型號的。至于那些使用非對稱型號的原因是需要調(diào)整軸間距離來達(dá)到目的。
4.2.2鋼板彈簧主要參數(shù)的確定
開始狀態(tài)下車輛的簧上m=1300千克經(jīng)撓度由上文可知為11厘米，同理動撓度為13厘米，L取3950mm。
1.滿載弧高
滿載弧高為車輛的高度提供了保障，我們將彈簧安放至車身上之后，彈簧片和到它兩邊之間的距離就是上文提到的滿載弧高。
假如我們的滿載弧高為零的條件下，鋼板彈簧處于一種相對對稱的位置。車身高度已經(jīng)確定為固定數(shù)值的條件下，此時選取動撓度，往往取10至20。
2.鋼板彈簧長度L選定
彈簧延展放開后兩邊耳朵中心相差的距離即為L。為了改善汽車性能，延長汽車可利用壽命，使行駛更加穩(wěn)定，可以通過延長L的距離。如果豎直方向的鋼度c為一定值，L還能營銷到鋼板彈簧的豎向鋼度。這個豎向叫發(fā)生變化作用于彈簧之上，既能起到加強(qiáng)縱向角鋼度作用，也能對車輪產(chǎn)生里是彈簧發(fā)生變化。L選取的足夠長，不方便在車輛本身上放置。但在條件允許的時候，我們的L最好能多取一些為好。
為了方便選定L=百分之三十七的軸距，即為L=37%×3950mm≈1461mm。
圖4-2鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高
3.鋼板數(shù)量的調(diào)整和大小的調(diào)節(jié)
a)為更精確確認(rèn)鋼板髖度，在這里將引入撓度系數(shù)對其進(jìn)行調(diào)整，受到韌性，強(qiáng)度等因素的干擾，需要等量截面的數(shù)學(xué)式子進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)這個引入的系數(shù)我們能夠得到一個總慣性矩。
(4-1)
上式中，s為U形螺栓兩個中心點(diǎn)間距(mm)；因?yàn)橄氲経型螺栓在彈簧收緊的無效長度（k為零）；c為鋼板彈簧豎直向剛度(N／mm)，; 為撓度增大系數(shù)；E代表材料的彈性系數(shù)。E取值2.06×Mpa,可計(jì)算出
=1.5Hz
=1.3
由，求出=7643N/mm
由的系數(shù)計(jì)算公式得出：
≥ (4-2)
式中，表示許用應(yīng)力。
對于60Si2Mn這種類型的材料，經(jīng)過加工表面過后，一般許用應(yīng)力的選取遵循下列規(guī)律：前側(cè)彈簧多為350～450N／；后側(cè)主彈簧多為450～550N／；后側(cè)副彈簧為220～250N／。
許用應(yīng)力取500 N／
將式 ≥ 待到下面式子：
(4-3)
求得=9.6mm,
確定了之后，緊接著就要確定b（寬度）。寬度的薄厚決定了兩邊耳的強(qiáng)韌性能，然后即使如此在汽車本身受到力而發(fā)生側(cè)傾是，會迫使彈簧所受扭曲應(yīng)力上升。彈簧的寬厚選擇需要謹(jǐn)慎，寬度不足或者過厚都將影響轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)角以及彈簧整體的薄厚。據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)寬與厚的比值大約從6至10之間。這里選取b=75毫米。
b)關(guān)于彈簧厚度h的選取，慣性力矩的計(jì)算公式如下：
(4-4)
式中，n為鋼板彈簧數(shù)量。
求得h=9.8mm
由式(4-4)可以得出，只要任意調(diào)整寬度、厚度或者片數(shù)其中的一個，慣性矩都會隨之發(fā)生或大或小的改變；然后再看式(4-1)可知，總慣性力矩的大小又直接改變鋼板彈簧豎向剛度c的數(shù)值，其實(shí)就是使車輛變得更不穩(wěn)定，這不是我們需要的。在上述三者之中，彈簧片厚度的改變毫無疑問產(chǎn)生了巨大的影響。彈簧厚度一旦增加，間接地我們可以使用更少數(shù)量的彈簧片。每一個彈簧片的厚度選取不一定需要完全相同，但是多數(shù)情況下人們都會選取一樣的彈簧片，既方便選取，又方便使用。然而在此處由于對于環(huán)境條件惡劣的前提下，我們不得不提高主片變厚，再把其余各片削薄以滿足工作條件。多次調(diào)整之下，既保證了彈簧片使用年限又滿足了規(guī)格，薄厚比最后確定應(yīng)該＜1.5.
根據(jù)國家規(guī)定，b和h的選取務(wù)必國產(chǎn)型號。
c)鋼板斷面的外形: 矩形斷面的中間存在一根軸，它位于斷面的中心(圖4—3)。它的兩側(cè)受力完全相反，但兩面都受到應(yīng)力。上下的外表面同樣受到完全相反的應(yīng)力，其數(shù)值上完全相同。我們所使用的鋼板的扛壓能力要超過抗拉能力，故必是受到拉力的一側(cè)率先出現(xiàn)斷痕，材料因疲勞而損壞。為了能夠應(yīng)對這種不必要的損壞，需要調(diào)整中間軸的位置，從而使受到壓力的那一側(cè)受力增大，緩解另一面的力量，這樣就延長了鋼板彈簧的使用壽命，并且省下了一部分可用材料。
圖4-3 葉片斷面形狀
a.矩形斷面 b.T形斷面 c.單面有拋物線邊緣斷面 d.單面有雙槽的斷面
d)關(guān)于彈簧數(shù)量的選擇我們以盡量少為目標(biāo)，因?yàn)樯倭康膹椈善饶軠p少成本，采購方便，還能減少很多工作量（比如裝配時間短）。同時彈簧片數(shù)量少產(chǎn)生的摩擦也就減少了，磨損沒那么嚴(yán)重，間接延長了使用壽命。缺點(diǎn)就在于材料的利用率不足，不能充分發(fā)揮其本身作用。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，彈簧片多在6到15片，而應(yīng)用少片彈簧的時候，一般在1至4片。
在此處選用多片彈簧，選擇7片。
4.2.3鋼板彈簧各片長度的確定
鋼板彈簧的外形形似菱形一般，他的厚度都一致二寬度則不停改變。我們需要把這個類菱形的鋼板分成幾份切割開，形成幾個形狀差不多的彈簧片，緊接著吧他們都摞在一起（安裝它們的形狀相似程度），這樣便有了我們需要的有用的鋼板彈簧。這種手動切割出來的鋼板彈簧并不是標(biāo)準(zhǔn)意義上的三角形狀，但是我們也并不需要它是標(biāo)準(zhǔn)的，我們要的只是為了它能夠有效地傳遞車軸與兩耳的力。這些三角形彈簧要具備一些寬度，合理應(yīng)用中間形狀是巨型的雙梯彈簧更具有使用價(jià)值，它可以取代前面的三角形彈簧。它的長度可以更改，且都是一樣的寬度，基于它的這種特點(diǎn)，使他的展開圖形狀類似梯形。下面是具體繪制過程：
以相同的比例尺求出厚度h的三次方畫在下圖中，再接著計(jì)算出L／2與s/2，在圖中畫出A、B兩點(diǎn)，連接A、B即可看到彈簧的平面展開圖。AB兩點(diǎn)連線在上邊的交點(diǎn)即為各片長度。而實(shí)際的長度要經(jīng)過畫圓的方式調(diào)整。所得各片的長度為 =1280mm, =1080mm, =950mm, =765mm, =590mm, =432mm, =290mm。
圖4-5確定鋼板彈簧長度
4.2.4鋼板許用靜彎曲應(yīng)力驗(yàn)算
用公式：，
算出=486Mpa。
在用公式：，
算出=448 Mpa≤900 MPa。
∴所選鋼板彈簧合適。
4.2.5夾緊液壓缸的計(jì)算
1.在自由條件下，各彈簧片安裝完畢后，測量其主片到兩邊連線之間的最大距離(圖4-1)，這個就是我們要求的弧高H，根據(jù)下面公式得出：
(4-5)
式中，為經(jīng)撓度；為滿載弧高；代表鋼板彈簧從放松狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閵A緊后所發(fā)生的改變量， ；s為U形螺栓中心之間距離；L主片長度。
=18.5mm, =148mm。
根據(jù)公式可求出曲半=860mm。
計(jì)算出曲率半徑之后，發(fā)現(xiàn)曲率半徑比照之前發(fā)生了明顯變化，在安裝完成后的曲率半徑是因?yàn)楦鱾€彈簧片都產(chǎn)生了預(yù)應(yīng)力，這也是得裝配完成后他們能夠更加平順的貼合在一起，緩解了主片的工作壓力，平衡了各個彈簧片的使用壽命。
圖4-6 自由狀態(tài)下鋼板彈簧片
曲率半徑在安裝前后和鋼板彈簧有下面式子：
(4-6)
式中，為第i片彈簧片的曲率半徑(mm)；為鋼板彈簧在自然時候的曲率半徑(mm)；代表預(yù)應(yīng)力(N／)；取N/；表示第i片的彈厚度(mm)。
對于預(yù)應(yīng)力的確定，有如下要求：安裝的時候各個彈簧之間的空間要足夠窄，這樣在安裝完成后可以優(yōu)秀地組合在一起，合理地減少主片和長片間的應(yīng)力，也能夠間接地眼饞長彈簧片的使用年限。
所以在決定預(yù)應(yīng)力的時候依然要分情況討論：針對那些彈簧片薄厚差不多的彈簧，要選取適宜（也就是不要過大）的預(yù)應(yīng)力數(shù)值；而針對那些完全不同的彈簧片，，要盡可能地選取大一點(diǎn)的預(yù)應(yīng)力。查資料得知：主片的預(yù)應(yīng)力數(shù)值大概在300到350之間，由長片至短片會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力慢慢變化為正數(shù)。
完成了預(yù)應(yīng)力的選取后，彎矩與預(yù)應(yīng)力相加通常得零。即：
=0 (4-7)
或 =0 (4-8)
各片彈簧的預(yù)應(yīng)力為:
=-90 Mpa,=-60 Mpa,=-180 Mpa,=0 Mpa,=30 Mpa,=60 Mpa =180 Mpa。
用式(4-6)計(jì)算出各片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑。
=2910mm,=2370mm,=2035mm,=1785mm,=1700mm,=1640mm,=1642mm。
如果第i片的片長為，則第i片彈簧的弧高為
(4-9)
算得=38 mm,=46 mm,=41 mm,=34 mm,=24 mm, =15.5mm, =8.5 mm。
4.2.6鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算
計(jì)算順序?yàn)橄扔?jì)算預(yù)應(yīng)力之后再計(jì)算自然狀態(tài)下的曲率半徑，正因如此，裝備完成后可以用公式計(jì)算R。自然我們就要先知道鋼板彈簧孤高h(yuǎn)。
根據(jù)最小勢能的原則，在穩(wěn)定狀態(tài)下，鋼板彈簧各個彈簧片所有勢能之和，可以通過這個求得R，有下列式子可求出R：
(4-10)
式中，為鋼板彈簧第i片長度。
求得=905 mm。
鋼板彈簧總成弧高為
(4-11)
求得H=140 毫米。
用式(4-11)與用式(4-5)相互比較，兩者結(jié)果類似，選取的鋼板適用。
4.2.7鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算
車輛行駛過程中，后方的彈簧片所受力載荷巨大，此時會產(chǎn)生最大應(yīng)力，用（4-12）計(jì)算得：
(4-12)
此外，應(yīng)該檢驗(yàn)一下車輛駛過路況不佳的路面時的強(qiáng)度。許用應(yīng)力[]取值1000N／。
=895 N／<1000 N／,
所以選用的鋼板合適。
鋼板彈簧兩側(cè)耳朵均需要進(jìn)行強(qiáng)度校核，主片耳如下圖中，劵耳處的應(yīng)力大小等于拉、壓應(yīng)力 加上灣區(qū)應(yīng)力之和。
圖4-7 汽車制動時鋼板彈簧的受力圖
圖4-8 鋼板彈簧主片卷耳受力圖
(4-13)
式中，為沿彈簧豎向作用在卷耳中心處的力；D為卷耳內(nèi)徑；b為鋼板彈簧的髖度；為主片厚度。
許用應(yīng)力[]取為350N／。
=118N／<350N／
合適。
鋼板彈簧靜止時彈簧的擠壓應(yīng)力。其中，代表滿載靜止時鋼板彈簧上方的載荷；b為兩側(cè)耳朵的髖度；d為直徑。
利用三十號鋼對其進(jìn)行供滲處理，彈簧銷的許用擠壓應(yīng)力[]定為3N／；再用20鋼經(jīng)滲碳、淬火過后，其許用應(yīng)力取在[]≤7～9N／mm。
制造鋼板彈簧60SiMnVB鋼要在它的表面進(jìn)行噴丸處理，同時還要減少表面脫碳層的舉措，這種舉措能夠有效延長鋼板彈簧的使用年限。常用噴丸分為兩種，在此次設(shè)計(jì)中多采用應(yīng)力噴丸處理，這種處理能夠使表面殘余應(yīng)力變大。
第5章 基于MATLAB的平順性評價(jià)
5.1MATLAB簡介
汽車平順性作為衡量車輛本身是否合格的重要指標(biāo)之一，想要順利模擬出平順性試驗(yàn)，這里便可以引入MATLAB對其進(jìn)行編程，利用我們所熟悉的數(shù)學(xué)模型建立汽車的平順性模型。MATLAB這種軟件簡單易操控，我們所要的只是在對應(yīng)的地方鍵入相對于的參數(shù)，如此即可或得我們要的各項(xiàng)預(yù)設(shè)指標(biāo)。基于此法便能夠解決實(shí)際路況、天氣影響等原因，同時它還可以反復(fù)利用，簡單實(shí)用。
5.2汽車平順性介紹
平順性能是作為現(xiàn)代車輛所必不可少的主要性能之一，其主要評價(jià)來源于乘坐人員的本身感受。按照通長的試驗(yàn)方法的話，不免顯得有些麻煩，而且傳統(tǒng)方法局限性較大（受到諸多原因的制約），同時耗時耗力，試驗(yàn)時間過長，導(dǎo)致易造成疏忽使試驗(yàn)結(jié)果發(fā)生誤差。如果我們換個思路采用MATLAB進(jìn)行編程，就可以極大地簡化整個操作過程，盡管這種方法不可能達(dá)到極為精準(zhǔn)的程度，但是結(jié)果也不會發(fā)生太大的偏差，有重要的參考價(jià)值，同時還節(jié)約了時間成本。
所以說，靈活運(yùn)用我們的matlab進(jìn)行建模編程來檢驗(yàn)其平順性是我們的不二之選，此法可以直觀的模擬多種路況，多款汽車的各項(xiàng)指標(biāo)，并在計(jì)算機(jī)上以表格的形式直觀的展現(xiàn)在我們面前，使用者無需明白它是如何運(yùn)行的，簡單易學(xué)，只需輸入?yún)?shù)然后把剩下的問題留給計(jì)算機(jī)即可。5.3汽車平順性模型的建立
5.3.1車身懸架振動建模
由牛頓第二定律可知，建立懸架輪子和路面的振動模型如圖，可列出如下式子：
5.3.2不同路況統(tǒng)計(jì)
各種路況的不同特性，需要依靠路面功率普密度來表達(dá)它的統(tǒng)計(jì)特性。在外國自二十世紀(jì)便已經(jīng)開始研究，這種功率普能夠用它測評路面水平狀況以及汽車的振動。1984年國際上提出了標(biāo)準(zhǔn)化文件的草案，依照此草案中國也仿照它擬定了本國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)。具體內(nèi)容可見下表：
這個模型采用了諧波疊加法來進(jìn)行模擬，它的大致思路就是把不平穩(wěn)的路況表達(dá)成許許多多隨機(jī)相位的正余弦相加，來模擬各種形態(tài)的行駛過程。
5.3.3汽車平順性評價(jià)指標(biāo)
汽車的平順性指得是即使路況不佳，周遭環(huán)境惡劣的條件下，車內(nèi)的乘坐人員的舒服程度仍能控制的一定范圍之內(nèi)，同時保障車內(nèi)的物品保持完整整潔的一種性能。作為當(dāng)代汽車的重要指標(biāo)，我們主要通過使用人員的主觀感受來做出判斷其是否符合標(biāo)準(zhǔn)。同時也可參考下表進(jìn)行輔助判斷：
5.4小結(jié)
靈活應(yīng)用MATLAB進(jìn)行編程模擬是一種方便快捷的方式，但從其準(zhǔn)確性與實(shí)用性來說是一種不錯的選擇，只要用到小小的參數(shù)動動手指就能簡單地獲取想要的信息，在數(shù)字化的今天我們更要與時俱進(jìn)。同時， 它的功能亦可應(yīng)用在新舊車改造等多項(xiàng)功用，高實(shí)用性決定了它將被廣泛用。 結(jié)論
懸架已經(jīng)發(fā)展了很多年，產(chǎn)生了多種多樣實(shí)用的汽車懸架，但在此處這個懸架主要是為輕型貨車而研究的。相比于其他傳統(tǒng)懸架，它的明顯新意體現(xiàn)在前懸應(yīng)用少片剛板彈簧，少量彈簧減少了占用空間，能夠同時容納多種零件一起工作，結(jié)構(gòu)更加簡潔，還順便節(jié)約了制造成本。在橫向方向上占據(jù)不了多大地方，發(fā)動機(jī)的擺放位置更加靈活。車輛在行駛中由于外傾角大小穩(wěn)定，這樣對于汽車輪胎也是一種有效地保護(hù)，能夠在一定程度延長其使用壽命，也是得前行更加平順。前、后倆懸架都是應(yīng)用的獨(dú)立懸架，這確保了車輛本身擁有不錯的剛度。但也有一些小小的不足，后懸架的剛板彈簧并沒有想象的那么舒服。
再設(shè)計(jì)過程中需要考慮因素諸多，多方考量之下決定應(yīng)用純機(jī)械結(jié)構(gòu)。如果有能力的話，還可以繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)，里面的彈簧和減震器考慮替換為其他零件，相信會近一步增進(jìn)其性能。 致謝
本文是在導(dǎo)師趙秋芳老師的精心指導(dǎo)下完成的，從建立模型到最后的編程部分趙老師都一直耐心地帶著我克服一個個困難，在論文的整個過程中無不滲透著趙秋芳老師的大量心血。經(jīng)過了這幾個月的設(shè)計(jì)，趙老師嚴(yán)謹(jǐn)苛刻的治學(xué)態(tài)度，敢于創(chuàng)新的科研作風(fēng)，無一不讓我感動和欽佩，同時車輛工程的其他老師也給予了很大的幫助，還有我的室友幫助我解決了各種各樣的問題，總之這一路下來雖不容易，卻也是受益匪淺。最后，希望老師今后工作順心，同時感謝老師的悉心教導(dǎo)，謹(jǐn)向趙老師致以最誠摯的敬意。 參考文獻(xiàn)
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