1 第 1章 前言 車(chē)架 和 懸架系統(tǒng) 是汽車(chē)設(shè)計(jì)的重要 部分 ，因?yàn)樗?們 的好壞直接關(guān)系到 汽 車(chē) 各個(gè)方面 （操控、性能、安全、舒適 ）性能。 現(xiàn)代汽車(chē)絕大多數(shù)都具有作為整車(chē) 骨架的車(chē)架。汽車(chē)絕大多數(shù)部件和總成都是通過(guò)車(chē)架來(lái)固定其位置的，如發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、駕駛室、貨箱和有關(guān)操縱機(jī)構(gòu)。車(chē)架是支撐連接汽車(chē)的各零部件，并承受來(lái)自車(chē)內(nèi)、外的各種載荷， 所以在車(chē)輛總體設(shè)計(jì)中車(chē)架要有足夠的強(qiáng)度和剛度，以使裝在其上面的有關(guān)機(jī)構(gòu)之間的相對(duì)位置在汽車(chē)行駛過(guò)程中保持不變并使車(chē)身的變形最小，車(chē)架的剛度不足會(huì)引起振動(dòng)和噪聲，也使汽車(chē)的乘坐舒適性 、操縱穩(wěn)定性及某些機(jī)件的可靠性下降。過(guò)去對(duì)車(chē)輛車(chē)架的設(shè)計(jì)與計(jì)算主要考慮靜強(qiáng)度。當(dāng)今，對(duì)車(chē)輛輕量化和降低成本的要求越來(lái)越高，于是對(duì)車(chē)架的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)有高的要求。 首先要滿(mǎn)足汽車(chē)總布置的要求。汽車(chē)在復(fù)雜多邊的行駛過(guò)程中，固定在車(chē)架上的各總成和部件之間不應(yīng)發(fā)生干涉。汽車(chē)在崎嶇不平的道路上行駛時(shí)，車(chē)架在載荷作用下可能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形以及在縱向平面內(nèi)的彎曲變形；車(chē)架布置的離地面近一些，以使汽車(chē)重心位置降低，有利于提高汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性。 1 懸架是車(chē)架（或承載式車(chē)身）與車(chē)橋（或車(chē)輪） 之間的一切傳力連接裝置的總稱(chēng)。它的功用是把路面作用于車(chē)輪上的垂直反力（支撐力）、縱向反力（驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力）和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩傳遞到車(chē)架（或承載式車(chē)身）上，以保證汽 車(chē)的正常行駛。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)要求： a規(guī)范合理的型式和尺寸選擇，結(jié)構(gòu)和布置合理。 b保證整車(chē)良好的平順性能。 c工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整。 d盡量使用通用件，以便降低制造成本。 e在保證功能和強(qiáng)度的要求下，盡量減小整備質(zhì)量。 f其它有關(guān) 產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范 和標(biāo)準(zhǔn)。 2 目前 ， 農(nóng) 用運(yùn)輸車(chē) 不能滿(mǎn)足 “三農(nóng) ”市場(chǎng)需求，突出表現(xiàn)為一般產(chǎn)品生產(chǎn)能力過(guò)剩，技術(shù)水平低，質(zhì)量和維修服務(wù)水平差， 價(jià)格較高， 而市場(chǎng)急需的 高質(zhì)量經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品不能滿(mǎn)足需求。 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際 ，在農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)基礎(chǔ)上對(duì)低速載貨汽車(chē)車(chē)架及懸架系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 2 第 2 章 總體方案論證 計(jì)選型原則 架的設(shè)計(jì)方案 根據(jù)縱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，車(chē)架可分為以下幾種方案： a周邊式車(chē)架，用于中級(jí)以上的轎車(chē)； b X 形車(chē)架，為一些轎車(chē)所采用； c梯形車(chē)架，梯形車(chē)架是由兩根相互平行的縱梁和若干根橫梁組成。其彎曲 剛度較大，而當(dāng)承受扭矩時(shí)，各部分同時(shí)產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是便于安裝車(chē)身、車(chē)箱和布置其他總成，易于汽車(chē)的改裝和變型，因此被廣泛地用在載貨汽車(chē)、越野汽車(chē)、特種車(chē)輛和用貨車(chē)底盤(pán)改裝的大客車(chē)上； d計(jì)量式車(chē)架； e綜合式車(chē)架； 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際及設(shè)計(jì)要求，選用方案 c。 3 架的設(shè)計(jì)方案 a前輪和后輪均采用非獨(dú)立懸架； b前輪采用獨(dú)立懸架，后輪采用非獨(dú)立懸架； c前后輪均采用獨(dú)立懸架； 非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，左右車(chē)輪用一根整體軸連接再經(jīng)過(guò)懸架與車(chē)架（或車(chē)身）連接；獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是左右車(chē)輪通過(guò)各自的懸架與車(chē)架（車(chē)身）連接。 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際及設(shè)計(jì)要求，選用方案 a。 由于是載貨汽車(chē)，前后懸架均采用縱置半橢圓形鋼板彈簧，當(dāng)采用縱置鋼板彈簧作彈性元件時(shí)，它兼起導(dǎo)向裝置作用。緩沖塊用來(lái)減輕車(chē)軸對(duì)車(chē)架（或車(chē)身）的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過(guò)大的變形。裝有橫向穩(wěn)定器的汽車(chē)，能減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)車(chē)身的側(cè)傾角和橫向角振動(dòng)。 3 體設(shè)計(jì)方案 綜合上述兩方案確定了整體設(shè)計(jì)方案：梯形車(chē)架和前后懸架均采用縱置半橢圓形鋼板彈簧非獨(dú)立 懸架。 2 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 a參與總體設(shè)計(jì)； b車(chē)架、懸架結(jié)構(gòu)型式分析和主要參數(shù)的確定； c車(chē)架、懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第 3 章 主要尺寸參數(shù)的選定 廓尺寸 我國(guó)對(duì)低速載貨汽車(chē)的限制尺寸是：總高不大于 ；總寬不大于 2 米；總長(zhǎng)不大于 6 米。 量參數(shù) 載質(zhì)量500 整備質(zhì)量0m / 0m 稱(chēng)為汽車(chē)的整備質(zhì)量利用系數(shù) 0m 。它表明單位汽車(chē)整備質(zhì)量所承受的汽車(chē)裝載質(zhì)量。參考國(guó)內(nèi)外同類(lèi)型同級(jí)別的汽車(chē)整備質(zhì)量利用系數(shù)和查汽車(chē)設(shè)計(jì)表 2以： 1 8 7 5 0 在輕型載貨汽車(chē)之列 ,所以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求取0m 3 載質(zhì)量a 3 5 0 00 架寬度 車(chē)架寬度是指左右縱梁腹板外側(cè)面之間的寬度。在總體設(shè)計(jì)中，整車(chē)寬度確定后，車(chē)架前后部分寬度就可以根據(jù)前輪最大轉(zhuǎn)向角、輪距、鋼板彈簧片寬、裝在車(chē)架內(nèi)側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)外廓寬度及懸置等尺寸確定。從提高整車(chē)的橫向穩(wěn)定性以及減小車(chē)架縱梁外側(cè)裝置件的懸伸長(zhǎng)度來(lái)看，車(chē)架盡量寬些，同時(shí)前后部分寬度應(yīng)相等。以便簡(jiǎn)化制造工藝和避免縱梁寬度變化處產(chǎn)生應(yīng) 力集中。由（汽車(chē)設(shè)計(jì)）表 2 25取的車(chē)架寬 860 距 L 4 由總體設(shè)計(jì)取軸距 2800 第 4 章 車(chē)架總成設(shè)計(jì) 4 1 車(chē)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 車(chē)架是支撐、連接汽車(chē)備總成的零部件，并承受來(lái)自車(chē)內(nèi)外的各種載荷的基礎(chǔ)構(gòu)件。傳統(tǒng)的梯形車(chē)架由于其所起到的緩沖、隔振、降低噪聲、延長(zhǎng)車(chē)身使用壽命等特點(diǎn)及生產(chǎn)上的繼承性、工藝性等原因仍廣泛應(yīng)用在大型掛車(chē)上。貨車(chē)車(chē)架應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠取Ｍ瑫r(shí)要求其質(zhì)量盡可能小。此外，車(chē)架應(yīng)布置得離地面近一些，以降低整車(chē)重心位置，有利于提高汽車(chē)行駛的穩(wěn)定性。 圖 4架結(jié)構(gòu)示 意 圖 梁形式的確定 縱梁是車(chē)架的主要承載部件，在汽車(chē)行駛中受較大的彎曲應(yīng)力。車(chē)架縱梁根據(jù)截面形狀分有工字梁和槽形梁。由于槽形梁具有強(qiáng)度高、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此在載貨汽車(chē)設(shè)計(jì)中選用槽形梁結(jié)構(gòu)。另外為了滿(mǎn)足低速載貨汽車(chē)使用性能的要求，縱梁采用直線(xiàn)形結(jié)構(gòu)。這樣既可降低縱梁的高度，減輕整車(chē)自身重量，降低成本，亦可保證強(qiáng)度。 材料選用 1616塑性 ,可焊性方面能較好地滿(mǎn)足剛結(jié)構(gòu)，是應(yīng)用最廣泛的低合金鋼，綜合機(jī)械性 能良好 ,正火可提高塑性，韌性及冷壓成型性能 。 5 梁形式的確定 橫梁是車(chē)架中用來(lái)連接左、右縱梁，構(gòu)成車(chē)架的主要構(gòu)件。橫梁本身的抗扭性能的好壞及其分布，直接影響著縱梁的內(nèi)應(yīng)力大小及其分布 合理設(shè)計(jì)橫梁，可以保證車(chē)架具有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。 從早期通過(guò)試驗(yàn)所得出的一些結(jié)論可以看出，若加大橫梁的扭轉(zhuǎn)剛度，可以提高整個(gè)車(chē)架的扭轉(zhuǎn)剛度，但與該橫梁連接處的縱梁的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力會(huì)加大；如果不加大橫梁，而是在兩根橫梁間再增加橫梁，其結(jié)果是增加了車(chē)架的扭轉(zhuǎn)剛度，同時(shí)還降低了與橫梁連接處的縱梁扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 在橫梁上往往要安裝汽車(chē)上 的一些主要部件和總成，所以橫梁形狀以及在縱梁上的位置應(yīng)滿(mǎn)足安裝上的需要。橫、縱梁的斷面形狀、橫梁的數(shù)量以及兩者之間的連接方式，對(duì)車(chē)機(jī)架的扭轉(zhuǎn)剛度有大的影響。 縱、橫梁材料的選用有以下 三種：車(chē)架 A：箱型縱梁、管型橫梁，橫、縱梁間采用焊接連接，扭轉(zhuǎn)剛度最大。車(chē)架 B：槽型縱梁、 槽 型橫梁，橫、縱梁間采用鉚接連接，扭轉(zhuǎn)剛度適中。車(chē)架 C：槽型縱梁、工字型橫梁，橫、縱梁間采用鉚接連接，扭轉(zhuǎn)剛度最小。 從以上三種車(chē)架的對(duì)比可以看出： 低速載貨汽車(chē)應(yīng)該選用車(chē)架 B。 本設(shè)計(jì)共有六根橫梁，有前橫梁，第二橫梁，第三橫梁，第四橫梁，第 五橫梁，第六橫梁 。 梁與橫梁的連接 轎車(chē)車(chē)架的縱、橫梁采用焊接方式連接，而貨車(chē)則多以鉚釘連接（見(jiàn)下圖）。鉚釘連接具有一定彈性，有利于消除峰值應(yīng)力，改善應(yīng)力狀況，這對(duì)于要求有一定扭轉(zhuǎn)彈性的貨車(chē)車(chē)架有重要意義。 圖 4架 鉚接 示 意 圖 鉚接設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)： d； 鉚釘交錯(cuò)排列； 8 6 4 2 車(chē)架的技術(shù)要求 60 02 ， 而在車(chē)架前橫梁及轉(zhuǎn)向器范圍內(nèi)應(yīng)為860 。 不平度在全長(zhǎng)上不大于 在轉(zhuǎn)向器固定處，該表面與縱梁側(cè)面的垂直度應(yīng)不大于 駛室后支點(diǎn)與前支點(diǎn)高度差為 10 。 右對(duì)稱(chēng)的前后鋼板彈簧支架及吊耳支架其銷(xiāo)孔中心線(xiàn)應(yīng)在同一 直線(xiàn)上，且與車(chē)架中心線(xiàn)垂直，偏差不大于 1000： 右對(duì)稱(chēng)支架的相對(duì)位置尺寸應(yīng)符合要求。 接面的直徑應(yīng)不小于鉚釘直徑的 具有正確形狀不允許有傾斜，呲牙等缺陷，鉚接后的鉚釘頭和鉚釘中心線(xiàn)的不同軸度應(yīng)不大于 后零件上不得有裂縫，若有裂縫須更換重鉚。 g. 車(chē)架總成車(chē)架第二橫梁連接的螺母應(yīng)裝置于車(chē)架的內(nèi)部。 第 5 章 車(chē)架的設(shè)計(jì)計(jì)算 架的計(jì)算： 梁彎曲應(yīng)力 彎矩 M 可用彎矩差法或多邊形法 求得。對(duì)于載重汽車(chē)，可假定空車(chē)簧上重量 重 布在車(chē)箱中，空車(chē)時(shí)簧上負(fù)荷 4車(chē)可取 3/03 7 圖 5由上圖得： 22 2 （ 5 )(4 s )(4)( 212222 e )( 222221 （ 5 /2 1 （ 5 a=625b=800l =2800L=42252002 ， 4001 ，600 。 將已知量代入上式得： = x =3/02 M)2222 )222 = 8 部扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 相鄰兩橫梁如果都同縱梁翼緣連接 ,扭矩 則在開(kāi)口斷面梁中扇性應(yīng)力可按下式計(jì)算： (5式中 扇性慣性矩； W 扇性坐標(biāo)； 對(duì)于槽形斷面 )6(2/)3( (5 由材料力學(xué)表 查得 h=80mm,b=43mm,d=t= 6 3)43680(2/)43380(4380 W 對(duì)于工字形斷面 4/ 架扭轉(zhuǎn)時(shí)縱梁應(yīng)力 如橫梁同縱梁翼緣相連，則在節(jié)點(diǎn)附近，縱梁的扇性應(yīng)力： (5式中 E 彈性模量，對(duì)低碳鋼和 16： E=； 車(chē)架軸間扭角； L 軸距； l 節(jié)點(diǎn)間距； a 系數(shù)，當(dāng) 時(shí)， a=6； 2 時(shí)， a= 車(chē)架扭轉(zhuǎn)時(shí)，縱梁還將出現(xiàn)彎曲應(yīng)力，須和w相加。 3 架載荷分析 汽車(chē)靜止時(shí)，車(chē)架上只承受彈簧以上部分的載荷稱(chēng)為靜載荷。汽車(chē)在行駛過(guò)程中，隨行駛條件 (車(chē)速和路面情況 )的變化 ，車(chē)架將主要承受對(duì)稱(chēng)的垂直動(dòng)載荷和斜對(duì)稱(chēng)的動(dòng)載荷。 稱(chēng)的垂直動(dòng)載荷 這種載荷是當(dāng)汽車(chē)在平坦道路上以較高車(chē)速行駛時(shí)產(chǎn)生的，其值取決于作用在車(chē)架上的靜載荷及其在車(chē)架上的分布，還取決于靜載荷作用處的垂直加速度之值。這種動(dòng)載荷會(huì)使車(chē)架產(chǎn)生彎曲變形。 對(duì)稱(chēng)的動(dòng)載荷 9 當(dāng)汽車(chē)在不平道路上行駛時(shí)，汽車(chē)的前后幾個(gè)車(chē)輪可能不在同一平面上，從而使車(chē)架連同車(chē)身一起歪斜，其值取決于道路不平坦的程度以及車(chē)身、車(chē)架和懸架的剛度。這種動(dòng)載荷將會(huì)使車(chē)架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。 由于汽車(chē)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用工況多變，除了上述兩種 主要載荷的作用外，汽車(chē)車(chē)架上還承受其他的一些載荷。如汽車(chē)加速或制動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致車(chē)架前后載荷的重新分配；汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，慣性力將使車(chē)架受到側(cè)向力的作用。一般來(lái)說(shuō)，車(chē)架主要損壞的疲勞裂紋起源于縱梁和橫梁邊緣處，然后向垂直于邊緣的方向擴(kuò)展。在縱梁上的裂紋將迅速發(fā)展乃至全部斷裂，而橫梁上出現(xiàn)的裂紋則往往不再繼續(xù)發(fā)展或擴(kuò)展得很緩慢。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料可知，車(chē)架的使用壽命主要取決于縱梁抗疲勞損傷的強(qiáng)度。因此，在評(píng)價(jià)車(chē)架的載荷性能時(shí)，主要應(yīng)著眼于縱梁 。 5 3 車(chē)架彎曲強(qiáng)度的計(jì)算 由于結(jié)構(gòu)的限制，車(chē)架必須滿(mǎn)足強(qiáng)度要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。 力分析 為簡(jiǎn)化計(jì)算，設(shè)計(jì)時(shí)做以下幾點(diǎn)假設(shè)： a縱梁為支撐在前后軸上的簡(jiǎn)支梁 b空車(chē)時(shí)簧載質(zhì)量均布在左、右縱梁的全長(zhǎng)上 c所有作用力均通過(guò)截面的彎心 (局部扭轉(zhuǎn)的影響忽略不計(jì) ) 其中 1l =4132l =9103l =9064l =885l =835806 所以 2 2 5l 654321 矩的計(jì)算 總體設(shè)計(jì)中又知：車(chē)載質(zhì)量為 1500簧上整備質(zhì)量 0m 2000 A所以均布載荷集度 6543210 / 280835885906910413/20001500 2 5/3 5 0 0 圖 5架載荷示圖 B求支反力 由平衡方程 02 10 0028 0 080028 0 02/ 02 F 得： 7 0 6 2 0 01 5 0 0201 把車(chē)架縱梁分為六段。如圖 5 圖 5梁分段受力示圖 當(dāng)10 時(shí)： 剪力 彎矩 221 當(dāng)43211 時(shí)： 剪力 彎矩 22111 7 0 52/ 當(dāng)654321 時(shí)： 剪力 彎矩 226543211 42 2 a. 變載面處的剪力和彎矩： 當(dāng) 131 時(shí)： 5 74 1 522 4 2 1 當(dāng) 32391041321 時(shí)： 4 91 3 2 7 0 7 0 5 11 22 1 3 2 2 7 0 7 0 5 6 8 0 7 4 當(dāng) 229906910413321 時(shí)： 22 9 9 4 5 1 當(dāng) 1 1 48 8 59 0 69 1 04 1 34321 時(shí)： 1 13 1 1 7 0 7 0 5 22 5 3 5 1 1 當(dāng) 225 時(shí)： 2 b. 求最大彎矩： 因?yàn)?，所以當(dāng) Q=0時(shí)， 彎矩最大 即 6 9 時(shí)， 彎矩最大 22m a x 7 0 7 0 5 0 7 8 4 1 度驗(yàn)算 實(shí) 驗(yàn)表明，當(dāng)車(chē)速約 40 車(chē)在對(duì)稱(chēng)的垂直動(dòng)載工況下，其最大彎矩為靜載荷下的 3(卵石路 ) 村土路 )倍，同時(shí)，考慮到動(dòng)載荷作用下，車(chē)架處于受疲勞應(yīng)力狀態(tài)，如取疲勞安全系數(shù)為 求得動(dòng)載荷下的最大彎矩： 76m a xm a x 可用下式來(lái)校核縱梁的彎曲強(qiáng)度： 12 M / (5式中： 縱梁的彎曲強(qiáng)度 抗彎模量 M 7 如圖可知區(qū)域載面形狀和載面特性，即抗彎截面系數(shù)為： (512 2 3433 0388043 x 比較車(chē)架全長(zhǎng)上受力分析可知： 最大受力可能發(fā)生在最大彎矩處或變載面處，求兩點(diǎn)的受力值加以比較求出安全系數(shù)： /(5其中s為材料的屈服應(yīng)力，取其值 為 345 M P x 46m a xm a x 45/ m a x 綜上所述：車(chē)架發(fā)生最大受力時(shí)，靜載安全系數(shù)不小于 按上式求得的彎曲應(yīng)力不超過(guò)縱梁材料的疲勞極限 M 22 01 。 7 5 4 車(chē)架扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的計(jì)算 力分析 簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算，假設(shè)牽引橫梁為一根前懸架梁，共有七根主橫梁，分別為前端橫梁，工具箱橫梁，三根方形橫梁，一根矩形橫梁和后端橫梁，間距分別為 413910906885 835280載荷均勻分布在縱 圖 5架在反對(duì)稱(chēng)載荷作用下的受扭情況簡(jiǎn)圖 16 為橫梁； a的區(qū)段 圖 5用在車(chē)架上的四個(gè)力 13 于前后車(chē)輪軸線(xiàn)所在的橫向鉛垂平面內(nèi)。 3 最大扭矩 這時(shí)各橫梁的扭轉(zhuǎn)角相等。此外，縱橫梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)角亦相等。由于扭轉(zhuǎn)角 與扭矩 T，扭轉(zhuǎn)剛度 在以下關(guān)系： (5式中： T 車(chē)架元件所受的扭矩， N 車(chē)架元件的長(zhǎng)度， 材料的剪切彈性模量， 車(chē)架元件橫斷面的極慣性矩， 4因此，作用在車(chē)架元件上的扭矩 該元件的扭轉(zhuǎn)剛度 正比，故有4721721 : 式 中： , 21 橫梁 1， 2，所受的扭矩 ； , 21 J 橫梁 1， 2，橫斷面的極慣性矩 ； , 21 縱梁在 1， 2 和 1， 2，橫梁間所受的扭矩 ； , 21 J 縱梁在 1， 2和 1， 2，橫梁間橫斷面的極慣性矩 ； 如果將車(chē)架由對(duì)稱(chēng)平面處切開(kāi)見(jiàn)圖 切掉的一半對(duì)尚存的一半的作用相當(dāng)于在切口橫斷面上作用著扭矩 621 , 和橫向 力 621 , 。對(duì)最右邊的橫梁 1取力矩的平衡方程式，則有 圖 5架在反對(duì)稱(chēng)載荷作用下的受力簡(jiǎn)圖 432654321 065 (5由 (5得：1212；1313； 11 ；11 ； 14 111 22 C 112 22； 將上式代入 (5經(jīng)整理后得 : 7111 2 (5式中： n 橫梁數(shù)為 6； M 兩橫梁之間的縱梁區(qū)段數(shù)為 5； C 車(chē)架寬為 860 L 前后橋的距離為 2800 a 求極慣性矩 1233 x 和抗扭截面系數(shù) 33 ； 3 第 6章 懸架的總成設(shè)計(jì) a 保證汽車(chē)有良好的行駛平順性和良好的操縱穩(wěn)定性。 b具有合適的衰減振動(dòng)的能力。 15 c汽車(chē)制動(dòng)或加速時(shí)，保證車(chē)身穩(wěn)定，減少車(chē)身側(cè)傾，轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)身側(cè)傾角要合適。 d有良好的隔聲能力。 e結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小。 f可靠地傳遞車(chē)身與車(chē)輪之間的各種力和力矩，在滿(mǎn)足另部 件質(zhì)量要小的同時(shí)，還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。 4 非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架 A 非獨(dú)立懸架如圖 (a)所示。其兩側(cè)車(chē)輪安裝于一整體式車(chē)橋上，當(dāng)一側(cè)車(chē)輪受沖擊力時(shí)會(huì)直接影響到另一側(cè)車(chē)輪上。 B 獨(dú)立懸架如圖 (b)所示，其兩側(cè)車(chē)輪安裝于斷開(kāi)式車(chē)橋上，兩側(cè)車(chē)輪分別獨(dú)立地與車(chē)架（或車(chē)身）彈性地連接，當(dāng)一側(cè)車(chē)輪受沖擊，其運(yùn)動(dòng)不直接影響到另一側(cè)車(chē)輪。 6 圖 6 1非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架 C. 鋼板彈簧又叫葉片彈簧，它是由若干不等長(zhǎng)的合金彈簧片疊加在一起組合成一根近似等強(qiáng)度的梁。如 下圖 所示。鋼板彈簧 3 的第一片（最長(zhǎng)的一片）稱(chēng)為主片，其兩端彎成卷耳 1，內(nèi)裝青銅或塑料或橡膠。粉沫冶金、制成的襯套，用彈簧銷(xiāo)與固定在車(chē)架上的支架、或吊耳作鉸鏈連接。鋼板彈簧的中間用 U 形螺栓與車(chē)橋固定。中心螺栓 4 用來(lái)連接各彈簧片，并保證各片的裝配時(shí)的相 對(duì)位置。中心螺栓到兩端卷耳中心的距離可以相等，也可以不相等。為了增加主片卷耳的強(qiáng)度，將第二片末端也彎成半卷耳，包在主片卷耳和外面，且留有較大的間隙，使得彈簧在變形時(shí)，各片間有相對(duì)滑動(dòng)的可能。鋼板彈簧在載荷作用下變形，各片之間因相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生摩擦，可促使車(chē)架的振動(dòng)衰減。各片間的干摩擦，車(chē)輪將所受沖擊力傳遞給車(chē)架，且增大了各片的摩損。所以在裝合時(shí)，各片間涂上較稠的潤(rùn)滑劑（石墨潤(rùn)滑脂），并應(yīng)定期保養(yǎng)。 16 圖 6 2鋼板彈簧 示意圖 1. 卷耳； 2. 彈簧夾； 3. 鋼板彈簧； 4. 中心螺栓； 鋼板彈簧 可分為對(duì)稱(chēng)式鋼板彈簧和非對(duì)稱(chēng)式鋼板彈簧，對(duì)稱(chēng)式鋼板彈簧其中心螺栓到兩端卷耳中心的距離相等，不等的則為非對(duì)稱(chēng)式鋼板彈簧。 我們?cè)O(shè)計(jì)的是 對(duì)稱(chēng)式鋼板彈簧 ， 鋼板彈簧在載荷作用下變形，各片之間因相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生摩擦，可促使車(chē)架的振動(dòng)衰減，起到減振器的作用鋼板彈簧本身還兼起導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，可不必單設(shè)導(dǎo)向裝置，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，并且由于彈簧各片之間摩擦引起一 定減振作用。 4 D 懸架系統(tǒng)中由于彈性元件受沖擊產(chǎn)生振動(dòng)，為改善汽車(chē)行駛平順性，懸架中與彈性元件并聯(lián)安裝減振器，為衰減振動(dòng)，汽車(chē)懸架系統(tǒng)中采用減振器多是液力減振器，其工作原理是當(dāng)車(chē)架（或車(chē)身）和車(chē)橋間受振動(dòng)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的活塞上下移動(dòng)，減振器腔內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)腔經(jīng)過(guò)不同的孔隙流入另一個(gè)腔內(nèi)。此時(shí)孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內(nèi)摩擦對(duì)振動(dòng)形成阻尼力，使汽車(chē)振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為油液熱能，再由減振器吸收散發(fā)到大氣中。在油液通道截面和等因素不變時(shí)，阻尼力隨車(chē)架 與車(chē)橋（或車(chē)輪）之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度增減，并與油液粘度有關(guān)。 減振器與彈性元件承擔(dān)著緩沖擊和減振的任務(wù)，阻尼力過(guò)大，將使懸架彈性變壞，甚至使減振器連接件損壞。因面要調(diào)節(jié)彈性元件和減振器這一矛盾。 a 橋和車(chē)架相互靠近），減振器阻尼力較小，以便充分發(fā)揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊。這時(shí)，彈性元件起主要作用。 b 橋和車(chē)架相互遠(yuǎn)離），減振器阻尼力應(yīng)大，迅速減振。 c 車(chē)輪）與車(chē)橋間的相對(duì)速度過(guò)大時(shí)，要求減振器能自動(dòng)加大液流量，使阻尼力始終保持在一定限度之內(nèi)，以避免 承受過(guò)大的沖擊載荷。 在汽車(chē)懸架系統(tǒng)中廣泛采用的是筒式減振器，且在壓縮和伸張行程中均能起減振作用叫雙向作用式減振器，還有采用新式減振器，它包括充氣式減振器和阻力可調(diào)式減振器。 17 圖 6 3 雙向作用筒式減振器工作原理 圖 雙向作用筒式減振器工作原理說(shuō)明。在壓縮行程時(shí)，指汽車(chē)車(chē)輪移近車(chē)身，減振器受壓縮，此時(shí)減振器內(nèi)活塞 3 向下移動(dòng)。活塞下腔室的容積減少，油壓升高，油液流經(jīng)流通閥 8 流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞桿 1 占去了一部分空間，因而上腔增加的容積小于下腔減小的容積，一部分油液于是就推開(kāi)壓縮閥 6，流回貯 油缸 5。這些閥對(duì)油的節(jié)約形成懸架受壓縮運(yùn)動(dòng)的阻尼力。減振器在伸張行程時(shí)，車(chē)輪相當(dāng)于遠(yuǎn)離車(chē)身，減振器受拉伸。這時(shí)減振器的活塞向上移動(dòng)。活塞上腔油壓升高，流通閥 8 關(guān)閉，上腔內(nèi)的油液推開(kāi)伸張閥 4流入下腔。由于活塞桿的存在，自上腔流來(lái)的油液不足以充滿(mǎn)下腔增加的容積，主使下腔產(chǎn)生一真空度，這時(shí)儲(chǔ)油缸中的油液推開(kāi)補(bǔ)償閥 7 流進(jìn)下腔進(jìn)行補(bǔ)充。由于這些閥的節(jié)流作用對(duì)懸架在伸張運(yùn)動(dòng)時(shí)起到阻尼作用。 由于伸張閥彈簧的剛度和預(yù)緊力設(shè)計(jì)的大于壓縮閥，在同樣壓力作用下，伸張閥及相應(yīng) 的常通縫隙的通道載面積總和小于壓縮閥及相應(yīng)常通縫隙通道 截面積總和。這使得減振器的伸張行程產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程的阻尼力，達(dá)到迅速 18 減振的要求。 3 架主要參數(shù)的確定： 架靜撓度 （ 6 汽車(chē)前后懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車(chē)行駛平順性的主要參數(shù)之一。因現(xiàn)代汽車(chē)的質(zhì)量分配系數(shù)近似等于 1，于是汽車(chē)前、后軸上方車(chē)身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系。因此，汽車(chē)前后部分車(chē)身的固有頻率 稱(chēng)偏頻）可以用下式表示 1 2； 222 6 式中， 、 前后懸架的剛度（ N/ 前后懸架的簧上質(zhì)量（ 當(dāng)采用彈性特性為線(xiàn)性變化的懸架時(shí)，前、后懸架的靜撓度可用下式表示 1cf= 2cf= （ 6 式中， g=981cm/ 將16到 ： 126 由（ 2）可知：懸架的靜 擾度n。因此，要保證汽車(chē)有良好的行駛平順性，必須正確的選取懸架的靜擾度。在選取前、后懸架的靜擾度1當(dāng)使之接近，并希望后懸架的靜擾度2有利于防止出身產(chǎn)生較大的縱向角振動(dòng)。理論分析證明：若汽車(chē)以較高車(chē)速駛過(guò)單個(gè)路障， n1/小，故推薦?。? 9）1慮到貨車(chē)前后軸荷的差別和駕駛員的乘坐舒適性，取前懸架的靜擾度值大于后懸架的靜擾度值，推薦2 8）1車(chē)滿(mǎn)載時(shí)，前懸架偏頻要求在 后懸架則要求在 據(jù)需要我選定： 入（ 6 14 架的動(dòng)擾度常指緩沖塊壓縮到其自由高度的 1/2 或 2/3）時(shí)，車(chē)輪 中心相對(duì)車(chē)架（或車(chē)身）的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動(dòng)擾度，以 防止在壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰撞緩沖塊。對(duì)貨車(chē)， 69車(chē)車(chē)架的最大彎曲擾度通常應(yīng)小于 10車(chē)車(chē)架質(zhì)量 19 約為整車(chē)整備質(zhì)量的 1/10。 4 架彈性特性 懸架受到的垂直外力 F 與由此所引起的車(chē)輪中心相對(duì)于車(chē)身位移 f（即懸架的變形）的關(guān)系曲線(xiàn)，稱(chēng)為懸架的彈性特性。其切線(xiàn)的斜率是懸架的剛度。 圖 6 4 懸架彈性特性曲線(xiàn) 懸架的動(dòng)容量越大，對(duì)緩沖塊擊穿的可能性越小。對(duì)于空載與滿(mǎn)載時(shí)簧上質(zhì)量變化大的貨車(chē)和客車(chē)，為了減少振動(dòng)頻率和車(chē)身高度的變化，應(yīng)當(dāng)選用剛度可變的非線(xiàn)性懸架。鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的彈性特性可視為線(xiàn)性的，而帶有副簧的鋼板彈簧均為剛度可變的非線(xiàn)性彈性特性懸架。 4 懸架主、副簧剛度的分配 貨車(chē)后懸架多采用有主、副簧結(jié)構(gòu)的鋼板彈簧。 20 圖 6 5 貨車(chē)主、副 簧為鋼板彈簧結(jié)構(gòu)的彈性特性 具體確定方法有兩種：第一種方法是使副簧開(kāi)始起作用時(shí)的懸架擾度使副簧開(kāi)始起作用前一瞬間的擾度是，可求得kF=中， 簧、主簧的剛度比為 ,1/ 0 （ 6 式中： 主簧剛度。 用此方法確定的主、副簧剛度的比值，能保證在空、滿(mǎn)載使用范圍內(nèi)懸架振動(dòng)頻率變化不大，但副簧接觸托架前、后的振動(dòng)頻率變化比較大。 第二種方法是使副簧開(kāi)始起作用時(shí)的載荷等于空載與滿(mǎn)載時(shí)時(shí)懸架載荷的平均值，即w） ,并使 時(shí)，副簧與主簧的剛度比為 3|/22/ ma 6 用此方法確定的主、副簧剛度的比值，能保證副簧起作用前、后懸架振動(dòng)頻率變化不大。對(duì)于經(jīng) 常處于半載運(yùn)輸狀態(tài)的車(chē)輛，采用此法較為合適。 5）懸架側(cè)傾角剛度及及其在前、后軸的分配 懸架側(cè)傾角剛度系指簧上質(zhì)量產(chǎn)生單位側(cè)傾角時(shí)，懸架給車(chē)身的彈性恢復(fù)力矩。它對(duì)簧上質(zhì)量的側(cè)傾角有影響。側(cè)傾角過(guò)大或過(guò)小都不好。貨車(chē)車(chē)身側(cè)傾角不超過(guò)6 7 。 4 板彈簧的設(shè)計(jì) 板彈簧的布置方案 縱置鋼板彈簧能傳遞各種力和力矩，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故在汽車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。 縱置鋼板彈簧有 對(duì)稱(chēng)和不對(duì)稱(chēng)之分，因大多數(shù)汽車(chē)采用對(duì)稱(chēng)式鋼板彈簧所以我選用了對(duì)稱(chēng)式鋼板彈簧。 板彈簧主要參數(shù)的確定 A鋼板彈簧材料及許用應(yīng)力選用： 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本 彈簧起重運(yùn)輸件五金件， 7 112 表 7料： 60,1372 568， ， 。 表 7板彈簧許用應(yīng)力 載重汽車(chē)的前板簧許用彎曲應(yīng)力 41343； 載重汽車(chē)的后板簧許用彎曲應(yīng)力 90441。 B板彈簧設(shè)計(jì)與計(jì)算： 表 7橢圓式板彈簧： 21 48/3（ 6 由已知滿(mǎn)載靜止時(shí)汽車(chē)前、后軸負(fù)荷 簧下部分荷重 個(gè)鋼板彈簧的載荷： 2/11 和 2/222 ，懸架的靜擾度車(chē)的軸距。常取02010 C鋼板彈簧長(zhǎng)度 L 的確定 鋼板彈簧長(zhǎng)度 L 是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離。 貨車(chē)前懸架 1l=( ， 后懸架2l=( 。 前懸架主葉 取1l=0.3 ； 后懸架主 葉 取 。 D鋼板彈簧斷面尺寸及片數(shù)的確定 a鋼板斷面寬度 b 的確定 對(duì)于鋼板彈簧 8/ 30 （ 6 式中， s 為 U 形螺栓中心距（ k 無(wú)效長(zhǎng)度系數(shù)（剛性?shī)A緊：取 k=性?shī)A緊：取 k=0）； c 為鋼板彈簧垂直剛度（ N/cw ； 為擾度增大系數(shù)（重疊片數(shù) 片數(shù) 得01 / ，再用 ； E 為材料的彈性模量（ 鋼板彈簧總截面系數(shù) 0 4/Ww （ 6 式中， w為許用彎曲應(yīng)力。對(duì)于 55 60材料，表面經(jīng)噴丸處理后，推薦 w在下列范圍內(nèi)使用： 前彈簧 350450主簧 450550副簧 220250 將式 （ 6入下式計(jì)算 鋼板彈簧的平均厚度 （ 6 b鋼板彈簧片厚 矩形斷面等厚鋼板彈簧的總慣性矩 2/30 （ 6 式中， c鋼板彈簧斷面形狀 圖 6d鋼板彈簧片數(shù) n 22 多片鋼板彈簧一般片數(shù)在 614 片之間選取，根 據(jù)設(shè)計(jì)要求和計(jì)算取 10 片。 4 板彈簧各片長(zhǎng)度的確定 圖 6板彈簧的剛度驗(yàn)算 剛度驗(yàn)算公式為 61131 （ 6 式中 ： 111 kk 11 111 1 為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)， = E 為材料彈性模量； 1l 、 1主片和第k+1 片的一半長(zhǎng)度。 4 23 結(jié) 論 本課題是針對(duì) 目前農(nóng) 用運(yùn)輸車(chē) 不能滿(mǎn)足 “三農(nóng) ”市場(chǎng)需求，突出表現(xiàn)為一般產(chǎn)品生產(chǎn)能力過(guò)剩，技術(shù)水平低， 價(jià)格過(guò)高， 質(zhì)量和維 修服務(wù)水平差，而市場(chǎng)急需的高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)型的產(chǎn)品 不能滿(mǎn)足 市場(chǎng) 需求。 二十一世紀(jì) ，農(nóng) 業(yè)機(jī)械 要圍繞我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整要求，努力開(kāi)發(fā)生產(chǎn)適用、先進(jìn)的 農(nóng)用 產(chǎn)品 。 在市場(chǎng)的需求下，在老師的指導(dǎo)下，我們一組六人對(duì) 速載貨汽車(chē)做了簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)，我主要對(duì)車(chē)架和懸架系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)知道了車(chē)架動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和路面引起的振動(dòng)與噪聲可通過(guò)車(chē)架與車(chē)身間的橡膠墊減振，使之不易傳到車(chē)身上和車(chē)廂內(nèi)；便于車(chē)身的變形和改裝，汽車(chē)底盤(pán)和車(chē)身可分別裝配，但是，采用車(chē)架的汽車(chē)，其高度及質(zhì)量都會(huì)增大，也需要有大型壓力機(jī)制造。懸架以縱置鋼板 彈簧為彈性元件兼作導(dǎo)向裝置的非獨(dú)力懸架在載貨汽車(chē)上用的比較廣泛，其主要優(yōu)點(diǎn)是；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，維修方便，工作可靠。缺點(diǎn)是：由于整車(chē)布置上的限制，鋼板彈簧不可能有足夠的長(zhǎng)度（特別是前懸架），使之剛度較大，所以汽車(chē)平順性較差；簧下質(zhì)量大；在不平路面上行駛時(shí)，左右車(chē)輪相互影響，并使車(chē)軸（橋）和車(chē)身傾斜；當(dāng)兩側(cè)車(chē)輪不同步跳動(dòng)時(shí)，車(chē)輪會(huì)左右搖擺，使前輪容易產(chǎn)生擺振；前輪跳動(dòng)時(shí)，懸架易于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉；當(dāng)汽車(chē)直線(xiàn)行駛在凹凸不平的路段上時(shí)，由于左右兩側(cè)車(chē)輪反向跳動(dòng)或只有一則車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)，不僅車(chē)輪外傾角有變化，還會(huì)產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性；汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，離心力也會(huì)產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性；車(chē)軸（橋）上方要求有與彈簧行程相適應(yīng)的空間。 本次的設(shè)計(jì)方案是邊梁式車(chē)架和前后均采用縱置鋼板彈簧懸架，通過(guò)設(shè)計(jì)，證明了我的設(shè)計(jì)方案是可行的，但是這畢竟是純理論的，如果將