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河北工业大学毕业设计说明书论文作者张长龙学号110302学院机械学院系专业车辆工程题目10吨载重汽车悬架系统设计指导者刘芳副教授评阅者2015年6月8日毕业设计（论文）中文摘要题目10吨载重汽车悬架系统设计摘要本次设计的题目是10吨载重平头货车的悬架设计悬架是车架与车桥之间一切传力连接装置的总称悬架是保证汽车平顺性的重要部件之一悬架作为汽车必不可少的一部分，其在保证汽车正常行驶中、保证车内乘员的舒适性、以及在改变汽车的轻量化中都占有着必不可少的一部分本次设计以参考EQ1092货车的一些基本参数进行设计悬架，所以本次的悬架主要采用钢板弹簧根据钢板弹簧的一些特殊性，在选型上，前悬架采用钢板弹簧与减振器并联装配，后悬架采用主副钢板弹簧的方式来设计本次的题目通过参照一些参数进行钢板弹簧的参数设计，以及减振器的从选型和一些主要参数的计算通过设计画出二维图而且对一部分进行了三维的转换，从而进一步对其进行受力分析及校核关键词弹性元件、钢板弹簧、减振器、建模、Ansys分析毕业设计论文）外文摘要Title Designof10tonstrucksuspensionsystemAbstract Thetopicofthisdesignis10tonsloadflattrucksuspensiondesign.Allforcebetweensuspensionframeandaxleisthefloorboardoftheconnecteddevice.Suspensionisoneoftheimportantpartsofcomfortability.Suspensionaspartofthecarisnecessaryinthenormaldrivingofcarensuresthevehicleoccupantcomfortandlightweightchangethecarhasbeentheindispensablepartof.ThisdesignwithreferencetodesignsomebasicparametersofEQ1092trucksuspensionsothemainUSESthesteelplatespringsuspension.Accordingtosomeparticularityofleafspringthetypeselectionthefrontsuspensionusingsteelplatespringandshockabsorberparallelassemblyrearsuspensionwiththemethodofmainleafspringandtodesignthetopic.Byreferencetosomeoftheparameterstodesigntheparametersoftheleafspringandshockabsorberfromtheselectionandcalculationofsomemainparameters.Throughthedesigntodraw2dfigureandonthepartofthe3dtransformation.wecanmakegreatprogressonthestressanalysisandchecking.Keywords:elasticelementleafspringshockabsorberthemodelingandanalysisofAnsys目录TOC\o1-3\h\z\u1绪论
11.1课题背景
11.2国内外发展概况
11.3研究意义
31.4论文构成及研究内容32悬架的结构与分析
42.1悬挂系统组成和分类
42.2悬挂系统的结构形式
42.2悬架系统设计要求
52.3悬架主要参数的确定63弹性元件的设计
83.1钢板弹簧的布置方案
83.2钢板弹簧的支撑端的形式选择
83.3钢板弹簧夹的结构选择
93.4钢板弹簧的设计计算104减振器的设计
164.1减振器的简介与选型
164.2减振器的设计要求
174.3减振器的安装位置
184.4减振器的计算185强度校核
225.1三维软件简介
225.2钢板弹簧的建模
225.3Ansys分析
275.4后悬钢板弹簧的强度验算34总结36致谢37参考文献381绪论
1.1课题背景在这物流快速发展的21世纪，环境问题越来越严峻，为了适应这一切，作为人类的代步工具--汽车，也就受到了巨大的关注而且随着社会的发展人类对于汽车的要求也越来越高，对待不同的汽车其要求也不同汽车分为商用车和乘用车两类随着物流的发展，人类对于与汽车的要求不仅仅是载人在载货上要求也越来越高这也就促进了商用车的快速发展而货车作为商用车的一员，由于其发动机一般采用的是柴油机，且运载货物较重，对环境污染较重，而且对路面的破坏程度也较大，为了更好保护环境以及保证资源的长时间使用，为此世界各国都开始了对商用车的研究，其中货车是最为备受关注的悬架是车架与车桥之间的一切传力连接装置的总称，其作用是把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传递到车架上，以保证汽车的正常行驶
[2]悬架作为汽车的重要组成部分之一，它即能保证汽车的平顺性又能进一步减轻汽车质量，保证汽车的利用率为了更好地满足人们的要求，再根据汽车的发展状况以及现阶段国内的发展状况，本次课题尽量以轻质量且符合大众要求为目的进行本次的悬架设计
1.2国内外发展概况国内汽车悬架弹簧的生产企业很多，可以说是遍布全国各地，但真正具有规模的专业生产企业才仅只占到一半以下我国的产品质量生产水平与国外先进的生产水平还有很大的差距为了提高我国生产水平，我们还需要处理各种各样的问题例如生产规模小集中度低散乱差而且真正形成大规模、大批量生产的企业仍停留在简单生产工艺的水平上，产品成本较高难以参与国际市场竞争
[8]国内能够生产高档次汽车钢板弹簧的企业也仅仅只有四家，而在这四家中也仅有三家可以生产商用车悬架而在重卡领域，每个主机厂都采用自己信得过的钢板弹簧配套厂家，很少在采用别的钢板弹簧，这也就影响了我国在重型卡车钢板弹簧悬架的发展而作为钢板弹簧的进一步发展对象空气悬架，现已运用在部分商用车中，而其发展最终的目的将逐渐取代扁钢弹簧，使扁钢弹簧逐渐远离市场空气弹簧在发达国家已有了很长一段发展历史，在国外的许多工业发达国家生产的商用车已经装有空气弹簧悬架，但我国仍处于起步阶段，空气弹簧只应用在部分商用车上，虽然在这些车上已使用空气弹簧但是还很难被市场所接受，其主要原因是因为我国国情的原因，超载现象严重，空汽悬架超载能力低且价格贵而利润微薄，很难被商户所接受也就导致了空气悬架很难在国内快速发展但在实验中发现空气悬架系统相对于钢板弹簧悬架系统而言其成本高但其寿命长，维修工作少，运营成本低空气悬架虽然有很多的优点，但因其初始成本较高，且国内技术不成熟，一直在购买国外产品无法大面积采用空气弹簧故而在国内一直采用钢板悬架 在一个就是在国外和国内经常谈到橡胶悬架，在这轻量化的高度要求下，橡胶悬架在国外也已经得到试用和推广由于国内的橡胶悬架技术上不纯熟，所以国内重型卡车上的橡胶悬架都是由国外引进的橡胶悬架以橡胶弹簧作为弹性元件根据橡胶的变刚度的优势，可以加强悬架的承载能力从而使其比钢板弹簧悬架在承载性、安全性和可靠性等方面更具有优势，尤其是在恶劣环境中虽然橡胶悬架系统相对于钢板弹簧的优势很多，但由于国内载重汽车超重现象无法得到彻底的遏制，从而在橡胶悬架的发展也受到了一定的影响在这国内技术上不纯熟一直在购买国外的成品其次，在国内市场上有很少的车辆在使用，从而对于这种悬架在市场上对推广受到一定的阻力再者，橡胶悬架布置复杂难于修理，且修理费用昂贵，综上所述，橡胶悬架在国内实行还有很长一段时间所以钢板弹簧在国内的研究仍然占有很大的比重，而作为悬架的进一步发展趋势中的橡胶弹簧悬架以及空气弹簧悬架也必须重视起来
1.3研究意义通过查阅资料发现钢板弹簧悬架在我国仍然存在着很大的市场，且发展前景也较大，虽然空气悬架的发展是悬架发展的必然趋势，但是对于现在的中国，钢板弹簧悬架的应用还是非常的广泛的因此，在提高载重汽车的轻量化、平顺性、操纵稳定性及延长路面使用率的众多要求下，悬架作为汽车的重要组成部分之一，其起着重大作用为此，在和实际生产相结合的同时，通过对悬架系统重要零部件的设计、计算和校核、对各个参数优化分析以及汽车动力学性能的分析从而达到初始介绍悬架设计的全过程的目的从而对载重汽车的进一步优化和设计提供帮助，也为载重汽车的实际生产提供进一步指导，为商用车的进一步发展提供帮助
[6]也希望通过此次设计加强自己对悬架认识，也提高自己对软件的应用熟练程度，为自己进一步学习打下基础
1.4论文构成及研究内容本次设计为初次设计，内容主要包含了以下几部分一，悬架系统的选型和布置形式；二，悬架的主要参数选择；三，钢板弹簧的设计，包含了钢板弹簧的弧高、长度、宽度等一些主要参数；四，减振器的设计，包含了减振器的基本构型、以及内部一些基本尺寸；五，钢板弹簧的初步建模；六，钢板弹簧的应力分析；最后对本次设计的总结最后以附加二维图由AutuoCAD画成，其包含了悬架系统的总装图、前悬架总成图和后悬架总成图2悬架的结构与分析
2.1悬挂系统组成和分类悬挂系统装置即我们常说的悬架，悬架一般有三部分组成导向机构、减振器、弹性元件由于工作环境的不同以及材料的不同，所以在一些悬架的组成中增添了一些辅助性弹性元件如横向稳定器但由于钢板弹簧的一些特殊性，例如钢板弹簧在汽车上纵向安置时，而且其一端与车架做固定铰链连接时，钢板弹簧就可以担负起传递所有各向力和力矩以及决定车轮运动轨迹的任务
[2]从而避免了增加导向机构，使系统变的简单；但钢板弹簧片数较多时，由于钢板弹簧本身就是弹性元件而且具有一定的减振能力，所以在一般对减振要求不高的车辆上，我们会不装减振器以降低成本悬架系统一般分为两大类即非独立悬架和独立悬架但有时也会将其分为三类主动悬架，半主动悬架、非主动悬架由于非独立悬架结构简单切结合现阶段我国以及国外对悬架的研究，故在本次设计中采用非独立悬架
2.2悬挂系统的结构形式在结构的选型上，主要根据以下两点来选型一，在弹性元件上的选择，由于空气弹簧和橡胶弹簧适用范围小；且价格贵不符合中国现阶段国情为了满足广大用车一族的高利益低成本的原则，所以选择钢板弹簧二，由于初次设计，没有任何的经验，所以在设计时我参照了EQ1092货车的前后悬架设计进行设计前悬架采用钢板弹簧与减振器组合的形式，钢板弹簧中部用两个U型螺栓固定在前桥上弹簧两端的卷耳孔中压入衬套前端卷耳用钢板弹簧销与前支架相连，形成固定铰链支点，与车架连起来；后端卷耳则通过钢板弹簧吊耳销与用铰链挂在后支架上可以自由摆动的吊耳相连，与车架连起来后悬架则采用主副弹簧并联的形式进行设计副弹簧装在主弹簧的上方主副钢板弹簧中部用盖板与U型螺栓固定在后桥壳的钢板座上在前后悬架的设计上，其支撑端上采用一端固定一端摆动的形式进行设计的，这样保证了钢板弹簧在受载发生变形时有利于改变两端中心线之间的距离由于钢板弹簧的中心部分受到的弯矩较大，为了更好的保证钢板弹簧的使用寿命，也为了更好的利用材料，所以在设计上采用钢板弹簧逐次递减的形式进行安装这样的安装也间接的减小了主片的承受载荷保证了各片受力的均匀性
2.2悬架系统设计要求悬架作为汽车的主要部分之一，为了能更好的保证汽车的平顺性，以及驾驶员的舒适性，在设计时还还要保证其与方向盘的操纵机构不能产生干涉，所以在设计时提出了以下几项要求
1、保证汽车有良好的行驶平顺性；
2、具有合适的衰减振动能力；
3、保证汽车具有良好的操纵稳定性
4、汽车制动或加速时，需要保证车身的稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合适
[1]
5、有良好的隔声能力；
6、结构紧凑、占用空间尺寸要小；
7、为了可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，必须在满足零部件质量要小的同时要保证有足够的强度和寿命
[1]由于后悬架采用主副弹簧的结构形式，所以在设计时，为了更好的保证在主簧工作转换到主副簧同时工作的情况下，汽车的平顺性以及货物的完整性，对于副簧的设计提出如下要求
1、为了保证汽车的平顺性，在汽车由空载到满载的情况下，必须保证车身的振动频率变化范围较小
2、在副簧工作前、后应保证悬架的振动频率变化较小但由于两者在现实生活中，很难同时达到又由于本次设计的货车基本处于满载运行，所以在本次设计中要求副簧达到第一条要求
2.3悬架主要参数的确定1）悬架静挠度fc当汽车满载静止时，悬架上的载荷Fw与此时悬架刚度之比被称为悬架静挠度
[1]2-1（n指汽车部分车身的固有频率也称偏频）由公式可知悬架的静挠度会直接影响车身振动的偏频因此，想要保证汽车具有良好的行驶平顺性，就必须正确地选取悬架的静挠度经查阅资料发现货车满载时前悬架偏频要求在
1.50~
2.10HZ后悬架偏频要求在
1.70~
2.17HZ所以计算的前悬架fc1=5/
1.92=69mm后悬架fc2=（5/22=62mm2）悬架动挠度fd由于缓冲块受到压缩时，会影响车轮中心相对与车架的垂直位移因此，当汽车行驶在坏路面上时，为了防止经常与缓冲块碰撞，导致汽车平顺性降低，根据前辈设计经验以及查阅资料可知在汽车的动挠度设计上有一定的范围而一般要求货车的动挠度fd取6~9cm本次设计选取的悬架静挠度为fd=62mm3其他的一些注意事项悬架的弹性特性（悬架所受垂直力与悬架变形的比例关系）、后悬架的主副弹簧刚度分配、悬架侧倾角刚度以及悬架侧倾角刚度在前、后轴的分配问题这些问题都是在悬架设计中必须要考虑的问题其对悬架和汽车的搭配是否合理、汽车行驶是否平顺等等问题都有至关重要的影响但由于其主要为设计过程中需考虑的问题而在设计中很少需要计算因此，在本次设计中只略微提及并未作重要讲解，如果想要了解更多关于这些参数与悬架之间的关系，请参照汽车设计中悬架设计一节3弹性元件的设计
3.1钢板弹簧的布置方案钢板弹簧的布置方式可以分为两种一，纵置；二，横置横置的特点由于无法传递纵向力，必须设置附加导向装置，从而加大了汽车质量使结构变得复杂纵置的特点可以传递各种力和力矩且结构简单，所以在设计时可以不用添加导向机构减少了汽车的复杂性根据悬架中钢板弹簧中部在车轴上的固定中心与两卷耳的相对位置，又将纵置分为对称布置和非对称布置根据使用情况的不同，布置的方式也不同，一般只有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的情况下，且有想改变轴距已达到分配轴荷的目的时才会采用非对称布置其他情况均采用对称性布置故在此设计中采用的最常见的情况即钢板弹簧纵置对称式布置的方案进行设计
3.2钢板弹簧的支撑端的形式选择由于钢板弹簧的固定方式不同，其支承端的形式也不同，大致上可以分为两部分卷耳和滑板式滑板式多用于两级式主副簧悬架中副簧的支承和平衡悬架中板簧的支承卷耳式是在货车最为常见的一种形式，也是种类比较多的一种，为了区别这些卷耳又根据基准相对于平面的位置将其分为三类即上卷耳、平卷耳和下卷耳而这三种卷耳各有各的特点平卷耳可以将法向作用力直接传递给主片减少对主片的附加卷曲力矩上卷耳和平卷耳均可以在必要时采用第二片加强卷耳下卷耳虽然无法像上卷耳和平卷耳那样，但下卷耳可以保证在主片断裂时仍能起支撑作用，而且还可以在悬架反弹时仍与主片一起担负簧载部分的重力由于下卷耳的特殊作用，所以其经常用于对板簧的安装位置与角度有特殊要求的情况中但为了进一步减缓悬架所承受的水平冲击，进而采用非各向同性的橡胶支承如图所示为各端支撑端的结构形式a）上卷耳b）下卷耳c）平卷耳d）滑板图3-1卷耳的结构形式图在本次设计中采用的是上卷耳式的支撑方式
3.3钢板弹簧夹的结构选择为了更好的保证钢板弹簧的固定，也防止钢板弹簧之间产生滑移，保证各片之间的良好接触，更好传递力，所以在钢板弹簧安装时，需要将各片连接夹紧，从而采用了钢板弹簧夹目前应用最广泛的是可拆型弹簧夹下图各种弹簧夹示意图a、b不可拆装式c可执装式图3-2钢板弹簧结构
3.4钢板弹簧的设计计算已知参数满载静止时汽车的前、后桥负荷G1=
23347.8NG2=
67983.3N和簧下部分质量Gu1=4847NGu2=9403N;汽车轴距L=3950mmFw=（
23347.8-4847/2=
9250.4NFw=
67983.3-9403/2=
29290.15N
3.
4.1前悬架钢板弹簧的计算1满载弧高fa将钢板弹簧安装到车轴（桥）上以后，当汽车满载时，钢板弹簧主片上表面与两端连线间的最大高度差被称之为满载弧高
[1]其作用一，保证汽车具有给定的高度；二，保证在使用期间钢板弹簧能有足够的塑性变形；三，保证在已限定的车架高度中有足够的动挠度值所以在选取满载弧高时有一定的范围限制即取fa=10~20mm故取fa=20mm2钢板弹簧长度L的确定由于钢板弹簧的长度过长或过短都会对汽车的行驶状况产生一定影响钢板弹簧长度增加一，显著降低弹簧应力提高使用寿命；二，降低刚度，改善汽车行驶平顺性；三，在刚度一定的情况下，能增加钢板弹簧的纵向倾角刚度而钢板弹簧的纵向倾角刚度增大，可以减少车轮扭转力矩所引起的弹性变形然而钢板弹簧过长，会引起钢板弹簧在布置时，产生一定的困难因此，为了既能保证钢板弹簧长度的优势，又能很好的安装布置，所以在钢板弹簧设计时就其长度做了一些要求经查阅资料发现货车的前悬架，L=（
0.26~
0.35）轴距；后悬架L=
0.35~
0.45轴距故选取钢板弹簧的长度为L=3950×
0.32=1264mm3钢板断面尺寸及片数的确定钢板断面宽度b的确定公式（3-1）式子中各字母所代表的含义s为U型螺栓中心距，s=120mmk为考虑U形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数，取k=
0.5c为钢板弹簧垂直刚度，c=FW/fw，所以c=134N/mm为挠度增大系数，=
1.36E为弹性模量所以J0=
31554.6mm3钢板弹簧总截面系数（3-2）[]为许用弯曲应力为55SiMnVB表面经喷丸处理后，[]=350MPa~450MPa取400MPa，所以W0≧
6960.9钢板弹簧平均厚度（3-3）所以hp=9mm钢板弹簧片宽叶片宽度对于钢板弹簧的使用寿命有一定的要求叶片宽度增加，可以增强卷耳的强度；但叶片过宽，会导致车身受倾向力倾斜时，钢板弹簧扭转应力增大如果叶片过窄，为了保证钢板弹簧的有效性，则需增加片数、增加片间的摩擦或者弹簧的厚度；弹簧过窄，还会导致钢板弹簧装配布置的复杂性所以在一般设计钢板弹簧厚度时，经常保证6b/h10故而在本次设计中，选取片宽b=75mm钢板弹簧断面形状图3-3钢板弹簧断面形状
（4）钢板弹簧各片长度的确定选择各叶片长度时，为了保证各片寿命相近、节省材料以及减小板簧质量，应尽量使应力在片间和沿片长的分布合理为了达到以上要求，经常采用两种方法计算板簧长度，即计算法和作图法而在本设计以作图法来求解各钢板弹簧的长度问题为了保证钢板弹簧易于加工，一般要求将各片钢板弹簧实际长度尺寸圆整后在进行确定因此求得各片半长经过圆整后数据分别是635mm、565mm、495mm、420mm、350mm、275mm、205mm、135mm
（5）钢板弹簧刚度的验算由于挠度增大系数、惯性矩、片长和叶片端部的形状等的确定都不够准确所以必须检验弹簧的刚度是否满足要求而关于钢板弹簧的刚度验算一般分为两种即共同曲率法和集中载荷法在本次设计中采用的是共同曲率法其刚度公式如下（N/cm）
[1]（3-4其中式中各参数含义如下为经验修正系数，=
0.9；E为弹性模量，E=
2.1×103Mpa;为第片叶片的长度为第片叶片惯性矩；经计算求得钢板弹簧的刚度为
1.76×104N/m
（6）钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算将钢板弹簧各片安装以后，在预压缩和U型螺栓夹紧前，钢板弹簧主片上表面与两端连线间的最大高度差称之为钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H0
[1]
[1]（3-5）式中fc——静挠度；——钢板弹簧在预压缩时产生的塑性变形，一般=8～13mm在本次设计中，选取为12mm;所以H0=69+20+12=101mm钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径R0
[1]（3-6）所以R0=1996mm7钢板弹簧总成弧高的核算根据最小势能原理可知当钢板弹簧总成的趋于稳定平衡状态时，此时各片势能总和最小状态由此可求得等厚叶片弹簧的R0（3-7）结果R0=1906mm经检验合格钢板弹簧总成弧H根据（3-8）得H=105mm.8卷耳内径D D=36mm
3.
2.2后悬架钢板弹簧的计算由于后悬也为钢板弹簧，所以计算步骤与前悬一样从而得到后悬参数满载弧高f主0=20mm，f副0=20mm；钢板弹簧长度L主=1580mm，L副=1185mm；主、副簧钢板断面宽度b=75mm主簧片数n=11片，副簧片数n=8片主钢板弹簧厚度均为h=15mm；副钢板弹簧厚度均为h=10mm；主钢板弹簧各片长度1580mm、1450mm、1320mm、1180mm、1050mm、920mm、790mm、650mm、520mm、390mm、260mm副钢板弹簧各片长度1190mm、1060mm、930mm、790mm、660mm、520mm、390mm、260mm主、副钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H0分别为97mm、100mm主、副钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径R0分别为
3529.9mm、
1760.7mm主副钢板弹簧总成弧高的核算主钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径R0=3217mm副钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径R0=1770mm主钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H0=95mm副钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H0=96mm卷耳内径D=40mm由于后悬架是由主副弹簧组成的，所以这就导致了后悬架有两种刚度即主簧刚度ca和副簧刚度cm由于货车的副簧设计要求不同，后悬架的钢板弹簧的刚度验算公式不同由于本货车主要工作在满载情况下，所以在计算时将副簧工作前一瞬间的挠度视为空载挠度，将副簧其作用时的挠度视为满载挠度最后将主副簧刚度相加，即可得到后悬刚度值所以经计算求得后悬刚度值为
472.4N/m4减振器的设计
4.1减振器的简介与选型汽车受到来自不平路面的冲击时，其悬架弹簧可以缓和这种冲击，但同时也激发出较长时间的振动，使乘坐不适而与弹性元件并联安装的减振器可以很快衰减这种振动，从而改善汽车的行驶平顺性和操纵稳定性现在的悬架大多数采用的是内部充有液体的液力式减振器当汽车车身和车轮振动时，减振器内的液体在流经阻尼孔时的摩擦和液体的粘性摩擦所形成振动阻力将振动能量转变为了热能，并散发到周围空气中去，从而达到迅速衰减振动的目的根据结构的形式不同，可以将减振器分为摇式和筒式由于筒式减振器质量轻、性能稳定、工作可靠、易于大量生产等优点，因此，在现代汽车上多数使用筒式减振器筒式减振器又可分为单筒式（单向）、双筒式和充气式三种由于双筒式减振器工作稳定、干摩擦小、总长度短等优点，在一般情况下，汽车大多采用双向减振器即如图所示图4-1减振器
[2]1-活塞杆2-工作缸筒3-活塞4-伸张阀5储油缸筒6-压缩阀7-补偿阀8-流通阀9-导向座10-防尘罩11-油封
4.2减振器的设计要求减振器与弹性元件并联装配，这也就在减振器的阻尼配比上有了一定的要求，减振器阻尼过大，振动消除过快，不利于弹性元件充分发挥，且易于导致减振器零部件及车架的损坏减振器阻尼力过小，则减振效果差，不易于保证平顺性所以为了能更好保证减振器具有适当阻尼力，更好的解决减振器与弹性元件的矛盾，在设计减振器时提出了一下几项要求
（1）在减振器压缩行程（车桥与车架相互移近的行程）内，减振器阻尼力应较小以便充分利用弹性元件的弹性，以缓和冲击
[2]
（2）在悬架伸张行程（车桥与车架相对远离的行程）内，减振器阻尼力应较大，以求迅速减振
[2]
（3）当车桥（或车轮）与车架的相对速度过大时，减振器应能自动加大液流通道截面积，使阻尼力始终保持在一定限度之内，以避免承受过大的冲击载荷
[2]
4.3减振器的安装位置由于减振器的安装位置对于减振器的阻尼系数的确定有一定的影响，所以选取时应注意在本次设计中，我采用了下图的安装方式图4-2减振器安装位置
[1]
4.4减振器的计算
4.
3.1减振器的主要参数的确定1相对阻尼系数在减振器的设计中，应当满足的基本要求是在使用期间保证汽车行驶平顺性的性能稳定，有足够的使用寿命
[1]减振器在卸荷阀打开前，应保证减振器中的阻力F和减振器振动速度v之间有如下关系:
[1]（4-1）式中，为减振器阻尼系数当汽车悬架有阻尼以后，簧上质量的振动是呈周期性衰减振动，通常用相对阻尼系数的大小来评定振动衰减的快慢程的表达式为
[1]（4-2）式中，表示悬架系统垂直刚度；表示簧上质量相对阻尼系数的物理意义是减振器的阻尼作用在与不同刚度c和不同簧上质量的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效果
[1]值的大小对于减振器衰减性能有如下特点:值增大，振动能迅速衰减，而且又能将较大的路面冲击力传到车身；值减小则反之所以在通常情况下，我们会将压缩行程时的相对阻尼系数取得小些，而伸张行程时的减振器相对阻尼系数取得大些从而使两者之间保持有=（
0.25～
0.50）的关系在设计时，先选取和的平均值而对于无内摩擦的弹性元件悬架，一般取=
0.25～
0.35；反之对于有内摩擦的弹性元件悬架，一般将值取小些
[1]对于行驶路面条件较差的汽车，值应该取大些，一般取
0.3；为了避免悬架碰撞车架一般取=
0.5
[1]2减振器阻尼系数的确定减振器阻尼系数用下式计算求得
[1]（4-3）为减小传到车身上的冲击力，当减振器活塞的振动速度达到一定值时，减振器的卸荷阀打开将此时活塞的速度称为卸荷速度在减振器的安装如图5所示时，一般采用下式计算减振器的阻尼系数:
[1]（4-4）式中，取为
0.3m/s;A为车身振幅，取40mm;为悬架振动固有频率3筒式减振器工作缸直径D的确定为了保证减振器的正常运行，一般在设计筒式减振器时，其工作缸的直径会根据伸张行程的最大卸荷力F0计算求得工作缸的直径如下所示
[1]（4-5）［p］为工作缸最大允许压力，取3~4MPa；为连杆直径和缸筒直径之比，本减振器取=
0.4，在设计中，一般都将减振器的工作缸直径设计成整数，一般的工作缸直径D有以下几种20，30，40，
（45），50，65mm等几种选取由于工工作直径已被列为标准件，所以在选取时应根据标准选用，具体数据参考QC/T491—1999《汽车筒式减振器尺寸系列及技术条件》
4.
3.2筒式减振器其它参数的确定1筒式减振器各缸直径的确定本课题设计选取D=50mm，而为了保证有足够得油，所以在设计贮油缸直径时一般将与D的关系设计成如下所示=（
1.35~
1.50）D（4-6）壁厚为2mm所以根据上面的公式（4-1）~（4-6），在由所设计选取的数值，可以计算出减振器的如下一些数值=70mm，D=50mm，=
0.3m/s，=20000Ns/m，防尘罩的直径2工作行程、导向座长度的确定在液压缸工作行程长度设计时，一般根据执行机构实际工作的最大行程来确定，由于液压缸为标准件，所以在设计时，还参照液压缸活塞行程参数系列标准（B2348-80）本课题设计选取的工作行程L=150mm当活塞全部外伸时，从支承面中点到缸盖没支支承面中点的距离H称为最小导向长度由于导向长度过小，将会导致液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，进而影响液压缸的稳定性，因此在设计时必须保证活塞有一定的最小导向长度对一般的液压缸，最小导向长度G经常满足如下要求（4-7）式中L——液压缸的最大行程；D——液压缸的内径活塞宽度B一般取B=（
0.6～
1.0）D；而缸盖滑动支承面的长度，一般根据液压缸的内径D而确定5强度校核为了进一步保证悬架的使用寿命，以及汽车的行驶平顺性作为弹性元件的钢板弹簧，其强度检验在设计中是重中之重为了能充分了解钢板弹簧在汽车行驶时所产生的最大应力，我采用了三维软件对钢板弹簧进行了建模和有限元分析由于后悬的钢板弹簧运行较复杂，所以在本章中还采用了部分手算的方法，来进一步核查钢板弹簧的强度注本章涉及了钢板弹簧的UG建模、ANSYS分析以及后悬架钢板弹簧的强度分析
5.1三维软件简介在现社会，电脑对于人类越来越重要各行各业的发展几乎都离不开电脑而在机械行业中，三维软件的发展变得尤为重要三维软件是一项借助于电脑的辅助作图工具，其用参数形象的模拟出了所需要的实体模型、所设计模型在实际中受力情况以及力在模型中的传递情况三维软件为现代设计提供了很大的帮助，减少了材料的浪费，也为设计技术的提高提供了很大帮助因此，为了进一步了解钢板弹簧的受力情况，以及钢板弹簧力的传递情况，在本次设计采用三维软件先对钢板弹簧进行初步分析，检验其强度是否符合要求由于，三维软件可以形象地表达出实体模型，所以现在社会中得到了广泛的应用，从而进一步促进三维软件的发展现在仅机械行业就包含了多种三维软件而比较普遍使用的有UG、CATIA、SolidWorks等等根据课程所学和自学软件的掌握情况，在本次设计采用UG
8.5进行初步的建模与装配以及ANSYS进行有限元分析
5.2钢板弹簧的建模经过了第三章和第四章的详细计算，从而为了进一步检验所设计的合理性，以及查看设计图形的基本模型为了更加清楚的了解各个零部件间的关系，也为了下一步对所装配的实体进行下一步的有限元分析作准备钢板弹簧作为钢板悬架的弹性元件，其在汽车的行驶中起着必不可少的作用，其间接得保证汽车行驶平顺性因此，对于钢板弹簧的分析变得尤为重要故，在下面的建模与分析中只针对钢板弹簧
5.
2.1单片钢板弹簧的建模步骤以及注意事项1）先打开UG
8.5新建文件模型文件名
1.prt如图所示图5-1UG操作图进入文件2）选择拉伸，弹出如下的对话框图5-2UG操作图
（3）选择曲线中的草图设计根据自己所设计的二维图形的其中一个视图进行草图绘制，一般都选择主视图进行绘制由于所选的拉伸方向的不同，在装配的过程会出现装配不到一起或者自己所想要装配的形状相反因此为了能很好完成装配过程，因此在设计单个零部件时应尽量选择同一个平面如图所示为三维建模前的二维草图图5-3钢板弹簧草图
（4）完成草图，进行拉伸选择所要拉伸的从长度及方向然后点击应用就完成了第一片钢板弹簧的设计注意在完成草图时要尽量检验各个曲线之间是否是光滑连接，以防止在在拉伸是由于线段间的多出或者产生一定的矛盾而无法完成拉伸将会得到如图所示的基本钢板弹簧模型图5-4第一片钢板弹簧示意图5按照上面的步骤完成对各片弹簧的初步建模在建模是一定要对各个零部件的名称进行标注以防止在装配时出现装错的问题
5.
2.2钢板弹簧的装配作为建模的重要一部分，在装配时一定要认真由于装配结果的合理性将会直接影响到下一步的有限元分析因此，为了进一步保证强度分析的准确性，所以在装配时必须认真现在开始进行钢板弹簧装配1添加组件，将已经建好模的钢板弹簧文件打开，如图所示图5-5UG装配操作图2将钢板弹簧移动到同一工作面中，进行旋转，移动为下一步添加约束做装配此步也是为了防止直接添加约束导致装配不到一起而引起下一步分析的错误3添加约束，使钢板弹簧连接到一起，完成出的装配由于下一步分析所需的文件格式与UG一般保存格式不同，所以在完成装配后应选择文件进行导出，将实体导成step格式的文件在导出的过程会出现黑屏画面切记不要将此画面关掉，这是导出文件必须的程序转换环节注意此图为UG导出文件的必要程序，不是电脑损坏的问题4）装配完成得到如下装配图图5-6前悬架的钢板弹簧装配图图5-7后悬架的弹簧装配图
5.3ANSYS分析为了进一步了解材料的属性和所设计的钢板弹簧的刚度是否满足要求，也为了进一步与实际相结合，使得到的数据更准确，因此采用三维建模数据分析但由于只是对钢板弹簧进行应力和应变分析，所以在本次分析中我将用约束替代一些零部件的作用例如弹簧夹、螺栓但由于采用约束替代零部件，所以得到分析强度会将比实际值篇小一些下面开始进行钢板弹簧的分析
5.
3.1分析步骤将已经装配好的文件从UG导出转成STP格式（由于在安装ANSYS时，未安装与UG相通，所以需要转化）打开ANSYS建立新文件，开始进行分析装配好的文件1）新建文件，列入程序如图所示图5-8Ansys操作图2）将已经转好格式的文件导入到geometry中打开A2文件进入designmodel截面进行文件的转换由于钢板弹簧为对称性，所以分析时分析其二分之一就行3关于材料的选择由于本次是选用的材料在系统中无法查找所以需要进行添加新的材料即将材料设为55SiMnVB.并设置其参数4）进入Model进行接触单元的设置在树形中找到Connections进行接触单元的设置接触间采用摩擦接触，摩擦系数为
0.3为了保证接触协调性，防止接触表面相互穿透所以采用增光拉格朗日的方法进行计算为了进一步追总接触单元，在设计时应进行单元之间pinball设计本次设为3mm注意进入Model比较缓慢需耐心等待进入后会出现一如下图所示的树形图5-9Model操作图
（5）网格的划分此次分析采用的是电脑自行划分，由于电脑运行较慢，所以在设计是采用的是基本的网格划分法注意网格的划分大小根据电脑的运行程度进行划分图5-10网格划分
（6）添加载荷和固定约束由于本次设计的静载时的弹簧所承载的静载为
9250.4N考虑到汽车的行驶状况的影响，所以在设计需要一个动载荷其动载因数为
2.
5.由于钢板弹簧的对称型，所以此次添加的载荷为总载荷的1/4即载荷为
5781.5N为保证钢板弹簧面与面之间的接触需添加一个预载荷即起到螺栓紧固的作用由于钢板弹簧与车桥相固定，所以在进行分析时的钢板弹簧的支撑面选取最低端的面为固定面图5-11加载图
（7）求解并添加应力与应变的分析结果右击staticstructural选择solve等待分析结果最后在soulution中选择应力、应变及总的分析图如下图所示图5-12solution结果图操作更新solution得到最终的结果
5.
3.2分析结果通过应用ANSYS求解得到如下图所示的结果1前悬应力分析图图5-13前悬应力根据分析图13可知钢板弹簧的最大应力为
45.782Mpa小于要求的额定值所以从此图可知设计的钢板弹簧符合要求2前悬应变分析图图5-14前悬应变3前悬最终的分析结果图5-15前悬总分析图从total中发现钢板弹簧的受力点为卷耳处，而且所受力符合基本要求，所以本次设计前悬架符合要求
6.
2.2后悬分析情况后悬架由于是采用的主副弹簧并联的方式装配，由于不同的工况，钢板弹簧的运行方式不同后悬的载荷较小时，只有主簧在运行，由于货车经常处于满载运行状况，而其余时间均处于空载当空载时，钢板弹簧的应力是足够的，所以只需分析满载时钢板弹簧的运行情况由于后悬满载时，副弹簧与支架接触产生一定的力此时主副簧同时工作也就意味着此时的钢板弹簧受到最少四个力分别为主簧的两个卷耳处和副簧与支架接触点产生的力所以在分析添加力时最少添加四个虽然在满载时主副钢板弹簧同时受力，但主要受力还是由主簧承担，因此在此设计中满载时受力分为三份，主簧占有三分之二，副簧占有三分之一进行本次设计1）主副簧同时作用时的应力分析图图5-16主副簧应力图2）主副簧同时作用时的应变分析图图5-17主簧应变图3）主簧同时作用时的总应变分析图图5-18主副簧总分析图经过以上三图可知钢板弹簧在此情况下符合要求
5.4后悬钢板弹簧的强度验算由于后悬在工作时，钢板弹簧从空载到满载是一个刚度变化情况因此，我们都将后悬的主副钢板弹簧视为非线性钢板弹簧进而也就表明了在第三节中对于后悬的分析只能代表某一时刻的钢板弹簧刚度但这一时刻是否是后悬所受力最大处及钢板弹簧受力最大时，无从考究因此，在本章中将近一步检验钢板弹簧的强度是否符合要求通过观察汽车的行驶状况，了解到:当汽车驱动时，由于惯性的作用使此时的后悬架所受的力最大，因而导致此时的钢弹弹簧所受力最大因此只需分析满载时，汽车驱动时钢板弹簧所受的力进而求出钢板弹簧的刚度经查阅资料得到此时钢板弹簧应力公式如下（5-1）注G2为作用在后轮的垂直载荷，G2=
67983.3Nm’2为驱动时的后轴负荷转移系数，为
1.2；Φ为道路附着系数，取
0.8B钢板弹簧片宽，为75mmh1钢板主片厚度，为15mml
1、l2为钢板弹簧前、后段长度，均为790mmC为弹簧固定点到路面的距离，为800mmW0为钢板弹簧总截面系数，为
40937.5mm代入公式求得σ为
672.7Mpa1000Mpa所以后悬设计符合要求总结经过几个月的毕业设计，我从一开始的迷茫到一点点的熟悉整个设计的过程一次又一次的看书了解设计过程通过遇到难题结局问题来达到本次设计的目的在不断的学习各种软件和设计中所要考虑的问题，我发现设计其实不是仅仅只靠算几个数就可以完成的因为在设计的过程中，要不断地进行更改进行参数的修订，才能完成最后的设计在设计过程中，我发现其实学要学习的东西还有很多，只靠现在所掌握到的东西是远远不够的通过一次又一次的解决问题，我不断的增长自己的知识而通过操作软件，我发现一些自己总认为不重要的东西变得重要起来所以在做任何简单的事都要严谨认真达到熟练的掌握为以后的路奠定基础通过本次的设计，为我以后在公司工作，以及学习奠定了基础也为我进一步的走进社会增加了一些必胜的砝码在老师和同学们的帮助下充分了解到了作为一名工科生，在做事情时必须做到严谨认真充分考虑到各个方面致谢通过本次设计，在刘芳老师的指导下，通过一次次的提出问题，讨论问题，解决问题从而是本次的毕业水平提高了一个档次尽管本次的设计与工厂设计还相差一定距离，但是我从中掌握了很多知识对于此，我非常感谢老师及同学还有学长对本次设计给我提供的帮助，让我对设计有了进一步的了解通过对设计过程的了解，也为我进入公司进步学习奠定了基础在此郑重感谢刘芳老师！参考文献
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