毕业论文说明书

EQ2090GS 越野车前悬架钢板弹簧设计

摘要

悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。悬架最主要的功能是传递作用在车轮和车架之间的一切力和力矩，并缓和汽车行驶过不平路面时所产生的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车行驶的平顺性。

本文对影响悬架运动的各种因素进行分析，通过传统的设计计算方法和计算机技术相结合，以东风型越野载货汽车为原型车，详细介绍了等截面多片式钢板弹簧前悬架的设计计算过程。

文中着重阐述了钢板弹簧悬架设计的详细步骤和设计要求，各主要零部件结构的选型及计算；板簧弧高及曲率半径的计算，材料强度、刚度的验算、校核；关键零部件及总成的强度核算。

关键词：越野载货汽车，前悬架，钢板弹簧悬架，连接件

第 I 页 共III 页

DESIGN OF EQ2090GS WILD TRUCK

SUSPENSION WITH LEAF SPRING

Abstract

Suspension involves some related components, which exist to guarantee elastic contact between wheels or axle and the carrying system. It also has a great contribution in transferring the load, cushioning the impact, attenuating vibration, and regulating the position of the body of the running car. Apart from the transformation of force and moment between wheels and frame, it helps cushion the impact when uneven road surface is encountered, undermine the following vibration of carrying system, as a result, provide a great possibility of smoothly running.

This paper discusses the current development of vehicle suspension, gives a brief introduction of the structural form of suspension, analyze factors which have influence on suspension movement. This article through the traditional design calculation method and computer technology, combining with DONGFEN Wild Truck Tire as the prototype, the car design calculation after gradient stiffness &leaf spring suspension.

This paper firstly introduces the suspension system research and design and development status quo and tendency; Secondly detailed overview of the

第 II 页 共III 页

suspension system and manipulation stability comfort ability influences; Introduces emphatically the leaf spring again suspension design processes of the ship unlades and design requirements, the structure of the main parts selection and calculation, leaf-spring curvature, material strength, stiffness checking and checking, shock absorber selection and installation Angle calculation.

KEY WORDS： Wild truck, front suspension, leaf spring suspension, connecting part

第 III 页 共III 页

目 录

摘要 . ................................................................................................................................ I Abstract .......................................................................................................................... I I

1.1悬架静挠度和动挠度的选择 . ................................................................................. 2

1.2悬架弹性特性 . ......................................................................................................... 4

1.3悬架侧倾刚度及其在前、后轴的分配 . ................................................................. 4

2 悬架系统各主要零部件选型 . ................................................................................. 6

2.1叶片断面 . ................................................................................................................. 6

2.2 叶片的端头形状 . .................................................................................................... 6

2.3钢板弹簧与车架的连接形式的确定 . ..................................................................... 7

2.4 吊耳及钢板弹簧销的结构 . .................................................................................... 8

2.5 钢板弹簧卷耳和衬套 . ............................................................................................ 8

2.6 弹簧夹箍 . ................................................................................................................ 9

2.7钢板弹簧中心螺栓 . ................................................................................................. 9

3 钢板弹簧悬架的计算 . ........................................................................................... 11

3.1初选参数 . ............................................................................................................... 11

3.1.1主片长度 . ............................................................................................................ 11

3.1.2断面尺寸及片数的确定 . .................................................................................... 12

3.2 各片长度的确定 . .................................................................................................. 15

3.3钢板弹簧的刚度验算 . ........................................................................................... 16

3.4总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算 . ....................................................... 18

3.4.1. 弹簧总成自由弧高的确定 . ................................................................................ 18

3.4.2．各片弹簧自由状态下曲率半径的确定 . ......................................................... 18

3.5钢板弹簧总成弧高的核算 . ................................................................................... 20

4 技术经济分析 . ....................................................................................................... 22

1 悬架系统主要性能参数的确定

1.1悬架静挠度和动挠度的选择

悬架静挠度f c 是指汽车满载静止时悬架上的载荷F w 与此时悬架刚度C 之比，即 f c =F W 。

汽车理论研究表明：汽车前、后悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车行使平顺性的主要参数之一。因现代汽车的质量分配系数ε近似等于1，于是汽车前后轴上方车身两点的振动不存在联系。因此，汽车前后部分的车身的固有频率n 前和n 后（亦称偏频）可用式(1.1)表示

n 前=c 1m 1π) n 后=c 2m 2(2π) 式（1.1）

式中，c 1、c 2为前、后悬架的刚度（N/mm）；m 1、m 2为前、后悬架的簧上质量（kg ）

采用弹性特性为线性变化的悬架时，前后悬架的静挠度可用下式表示

f c 前=m 1g c 1 f c 后=m 2g c 2

式中 ，g 为重力加速度，g=9810mm/s2; f c 前, f c 后 分别为前后悬架的静挠度，单位为mm 。

将f c 前, f c 后代入式（1.1）得到

n 前=f c 前 n 后=f c 后 式（1.2）

由式（1.2）可以看出：

(1)悬架所受的垂直载荷一定时，悬架的刚度愈小，则汽车自然振动频率愈低。但是悬架的刚度愈小，在一定的载荷下悬架的垂直变形就愈大，即车轮上下跳动所需空间就愈大，这对簧载质量大的货车，在结构上是难以保证的，故实际上货车的车身自然振动频率往往偏高，而大大超过理想的频率范围。

(2)当悬架刚度一定时，簧载质量愈大，则悬架的垂直变形就愈大，而自然频

率就愈低。故空车行使时的振动频率比满载时的高。簧载质量也愈大。各型车的偏频及挠度值如表1.1所示。

表1.1 悬架的静挠度、动挠度和偏频

在悬架设计中，先根据行使平顺性要求确定前后悬架的n 前和n 后值，由以上计算公式可以求出前后悬架的静挠度。本设计的钢板弹簧悬架用于汽车后悬架，由表1.1选取满载时的偏频n 1=1. 8Hz ，空载时偏频稍大些，空载时的偏频值n 2=2. 0Hz 。由公式1.2变形得满载时的后悬架静挠度为：

f c =() 2=() 2=79mm 1. 8

对于纵置板簧组成的非独立悬架，悬架的静挠度与弹性元件的静挠度是一样的，故本设计中等截面多片钢板弹簧后悬架的静挠度为79mm 。 为了防止在不平路面上行驶时经常冲击缓冲块，悬架还必须具备足够的动挠度f d 。悬架的动挠度是指由满载位置开始，压缩到结构允许的最大变形（通常指缓冲块压到其自由高度的2或23）时，车轮中心相对车架（或车身）的垂直位移。其值常按其相应的静挠度来选取，它与车型和经常使用的路

f d 况也有密切的关系。另外，对于越野货车，>1。查表1.1，本设计选用f c

f d =80mm 。

1.2悬架弹性特性

悬架受到垂直外力F 与由此引起的车轮中心相对于车身位移f （即悬架的变形）的关系曲线，称为悬架的弹簧特性，如图1.1。其切线的斜率是悬架的刚度。悬架的弹性特性有线性和非线性两种。当悬架变形与所受垂直外力成固定的比例变化时，弹性特性为一直线，称为线性弹性特性。此时悬架刚度为常数。非线性的悬架弹性特性，悬架刚度为变化的，其特点是在满载位置附近，刚度小且曲线变化平缓，平顺性良好；距满载较远的两端，曲线变陡，刚度增大。这样，可在有限的动挠度范围内，得到比线性悬架更多的动容量。悬架的动容量系指悬架从静载荷的位置起，变形到结构允许的最大变形为止消耗的功。悬架的动容量越大，对缓冲块击穿的可能性越小[47]。

乘用车簧上质量在使用中虽然变化不大，但为了减少车轴对车架的撞击，减少转弯行驶时的侧倾与制动时的前俯角和加速时的后仰角，也应采用刚度可变的非线性悬架。对空载与满载时簧上质量变化较大的客车和货车，为了减少振动频率与车身高度的变化，应选用刚度可变的非线性悬架。

图1.1 悬架弹性特性曲线

1.3悬架侧倾刚度及其在前、后轴的分配

悬架侧倾角刚度系指簧上质量产生单位侧倾角时悬架给车身的弹性回复力矩。它对簧上质量的侧倾角有影响。侧倾角过大或过小都不好。乘坐侧倾角刚度过小而侧倾角过大的汽车，乘员缺乏舒适感和安全感。侧倾刚度过大而侧倾角过小的汽车又缺乏汽车发生侧翻的感觉，同时使轮胎侧偏角增大，

如果发生在后轮，会使汽车发生过多转向的可能。要求在侧向力等于0.4倍车重时，轿车车身侧倾角在2.5~4度，货车车身侧倾角不超过6~7度[49]。 此外，还有汽车转弯行驶时，在0.4g 的侧向加速度作用下，前后轮侧偏角之差应当在1~3度范围内。而前后悬架侧倾刚度的分配会影响到前后轮的侧偏角大小，从而影响转向特性，所以设计时，还应考虑悬架侧倾刚度在前后轴上的分配。为满足汽车稍有不足转向特性的要求，应使汽车前轴的轮胎侧偏角略大于后轴的轮胎侧偏角。为此，应使前悬架具有的侧倾角刚度要略大于后悬架的侧倾角刚度。对轿车，比值一般在1.4~2.6。

2 悬架系统各主要零部件选型

2.1叶片断面

最常用的板簧材料为热轧弹簧扁钢。矩形断面，为了提高断面叶片的疲劳强度，改善叶片间润滑的情况，通常其制成两头带圆弧或两面有较大的凹陷弧度的矩形（如图2.1 (a)）。

单面带抛物线的断面（如图2.1(b)）和单面带槽的断面（如图2.1 (c)、(d)）都采用改进后的特殊矩形断面。其共同特点是使断面的几何形状在垂直方向（厚度方向）不对称，变形时的中性轴上移，叶片的上表面拉力减少，下面的压力增加（一般材料的抗压强度高于抗拉强度），提高了钢板弹簧的疲劳强度，使疲劳寿命约提高了30％，同时可节约10％～14％的材料。

由于矩形断面设计计算简单，制造加工方便。所以本设计采用矩形断面。

(a) 标准型；(b) 单面单槽；(c) 抛物线侧边；(d)单面双槽

图2.1 钢板弹簧的截面形状

2.2 叶片的端头形状

叶片的端头形状有直角形、梯形、椭圆形几种。如图2.2所示：

(a)直角片端

(b)梯形片端

(c)椭圆形片端

图2.2 叶片端头形状

直角形的制造容易，在载货汽车上应用比较广泛，但是这种形状的叶片端部刚度大，易引起压应力集中，因而增加了叶片的磨损和摩擦，很难设计成与等强度梁近似的结构，此外，弹簧的质量也很大。梯形的能制成比较接近等强度的结构，克服了直角形的某些缺点。椭圆形的叶片末端压延成所需要的变截面形状，以得到等强度梁，并可增加叶片端部的弹性，减少片间的摩擦，改善应力沿叶片长度方向的分布，从而使弹簧的质量减小，这种端头形状的叶片在国外已日趋广泛采用，在国内因制造困难，故目前还比较少应用。

由于本次设计是轻型载货汽车的后悬架，考虑到制造工艺和经济性的要求，采用直角形端头形状。

2.3钢板弹簧与车架的连接形式的确定

钢板弹簧与车架的连接形式目前常见的有铰链连接、滑动连接、橡胶块连接等。铰链连接可承受垂直载荷和水平载荷，滑动连接只能传递垂直载荷橡胶块连接可有很好的减振作用，但橡胶块易老化。本设计选用铰链连接。

2.4 吊耳及钢板弹簧销的结构

大多数板簧的支撑方式为一端采用固定卷耳，另一端采用摆动吊耳。摆动吊耳的结构可以用C 形、叉形以及分体式等。弹簧销的支承、润滑则可用螺纹式，自润滑式。滑动轴承，橡胶支承，或者将板簧支承在橡胶座内。螺纹式的好处在于可同时承受垂向及侧向载荷，板簧侧面不必加工，螺纹可起储存润滑剂和防尘的作用。螺纹表面渗碳以达到一定的硬度，一般其挤压应力为7Mpa 。自润滑式多用于轿车及轻型载货汽车，具有不必加润滑脂及噪声小的特点。重卡上多使用滑动轴承式，一般采用铜合金或粉末冶金衬套，工作挤压应力约为3.5~7Mpa，这种结构中，板簧卷耳两侧必须加工至规定宽度以便与支架或吊耳配合传递侧向力。在采用橡胶支承时必须充分考虑其对悬架特性的影响。

本文采用一端采用固定卷耳，另一端采用摆动吊耳。摆动吊耳结构采用分体式自润滑式。 2.5 钢板弹簧卷耳和衬套

钢板弹簧主片端部制成以便安装弹簧销和用以与托架或吊耳连接。常用的卷耳型式有上卷耳、平卷耳、下卷耳、锻造卷耳等，上卷耳应用比较多。采用下卷耳主要是因为有时需要用来保证弹簧运动轨迹与转向机构协调，但是它在载荷作用下容易张开。车身高度受限时，采用下卷耳。平卷耳可以减少卷耳的应力，应纵向力作用方向和弹簧主片断面的中心线重合，但制造复杂。锻造卷耳，强度较高，它与弹簧主片分开为两个零件，用螺栓连接起来，但由于制造成本比较高，目前应用较少。本设计钢板弹簧前端采用上卷耳式，后端采用吊耳式。

在汽车载荷较大或使用条件恶劣的情况下，钢板弹簧主处需要得到加强，将第二、三片端部制成加强卷耳的包耳。由于本设计是越野货车，只将第二片设计成包耳。

钢板弹簧卷耳内的衬套，通常用金属、橡胶或塑料三种材料制造。目前国内外汽车上已经广泛采用塑料衬套。因它具有耐磨，耐腐蚀、减振、不需要润滑、重量轻的优点。常用的塑料衬套材料为尼龙1010，聚甲醛等。 2.6 弹簧夹箍

弹簧夹箍除了防止弹簧各片横向错位之外，还能在弹簧回弹时，将力传递给其他簧片，减少主片应力。弹簧夹箍结构如下图所示。目前使用最多的是可拆式夹箍。为了防止弹簧横向扭曲时在簧片上产生过大的应力，在夹箍和弹簧片表面之间会留有一定的间隙，一般不小于1.5mm ，夹箍与弹簧片侧面间隙为0.5～1mm 。对于不经常拆装换片的弹簧，大都采用了不可拆式夹箍，这种夹箍结构简单，减少制造费用，而且弹簧装配方便，多用于轿车和轻型载货汽车上。此车采用不可拆式夹箍，结构简单，费用低。 2.7钢板弹簧中心螺栓

中心螺栓的作用，除了夹紧各片弹簧外，又是安装钢板弹簧的定位销。中心螺栓在U 形螺栓松动时易剪断，因此应有一定的强度。由于中心螺栓直径大小将影响弹簧断面强度，因此其直径不宜做的过大，一般与簧片厚度相等。下表是推荐的中心螺栓直径尺寸。中心螺栓一般用15MnVB 材料作成，机械性能等级为8.8级。对于重型载货汽车，中心螺栓多用40Cr 或40MnB 制成。

表2.1 中心螺栓直径尺寸

本车类型为轻卡，但为渐变刚度板簧，所以，因此由表2.2得出中心螺栓直径先初步确定为12mm ，由此得中心孔直径为12.50，螺栓由材料+0. 5

15MnVB 做成。

3 钢板弹簧悬架的计算

3.1初选参数 3.1.1主片长度

在钢板弹簧总成的基本结构形式确定以后，就要对其进行设计计算了。 根据毕业设计任务书所要求的尺寸，前后悬架作用长度分别为1408/1492mm，选定所设计车型的轴距L=3600mm ；

对于货车前悬架钢板弹簧主片长度，L =(0. 26-0. 35)轴距。本设计选用0.3倍轴距。因此有：

主片长度：L =0. 35⨯3600=1260mm

汽车非簧载质量（非悬挂质量）对汽车的平顺性和操作稳定性都有影响。它的选择参照下表3.1。

表3.1 悬架的非悬挂质量与悬挂质量的比例关系

本设计选非悬挂质量/总质量=26％。

m u m u

==26% 非悬挂质量/总质量=

m u +m s 5810

m u =1510kg 取前轴非悬挂质量m u 后=510kg 本设计的基本参数汇总在表3.2。

3.1.2断面尺寸及片数的确定

以上我们确定了汽车满载时的静挠度，钢板弹簧的主片长度，以及后悬架的非簧载质量，下面我们将利用这些数据计算并确定弹簧的尺寸几片数。

板簧可近似地看作是由等厚叶片所组成的等应力梁，这种近似在做大致估算时具有足够的精度，可用于初选板簧的叶片厚度h ，叶片宽度b 。但在实际结构中，由于钢板弹簧主片两端不能制成三角形，所以它的展开面的一半不是三角形，而是梯形。它介于等应力梁和等截面梁之间，因此可按等截面简支梁的计算公式并引进一个修正系数加以修正，既挠性增大系数δ，它主要与弹簧两端的结构有关。对实际钢板弹簧：δ=1. 25~1. 42。可按下式计算：

δ=

1. 51. 04⨯(1+

1 式（3.1）

) n 0

式中n 1—与主片等长的重叠片数，本设计中为2； n 0—弹簧预计总片数，取n 0=9。

δ=

1. 5

0. 5⨯2

1. 04⨯(1+)

9

=1. 30

多片簧的垂直刚度：

c =

F w

式（3.2） f

式中 F w —作用在板簧中间的支承载荷

f —板簧挠度

支承载荷F w 为一个板簧的簧载质量，计算如下：

F w =(3860-510) ⨯9.8/2=16415N

代入式3.2得： c =

F w 16415

==207N /mm f 79

表3.2 本设计的基本参数

钢板弹簧的总截面惯性矩J 0为：

3

(L -ks )c δ=

J 0

48E

式（3.3）

式中 s —U 形螺栓中心距（mm ）；

K —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）本设计为刚性夹紧；

E —材料的杨氏弹性模量，取2. 06⨯105MP a 。

3

(1260-0. 5⨯130)⨯207⨯1. 30

==46441

J 0

48⨯2. 06⨯105

钢板弹簧总截面系数W 0用式（2.4）计算

W 0≥

F w (L -ks )

式（3.4）

4[σ]

式中[σ]—许用弯曲应力对于60Si 2Mn 弹簧钢，经表面喷丸处理后，推荐对前板簧取350～450MP a ；对后主簧取450～550MP a ；对后副簧取220～250MP a 。取[σ]=450MP a

12J 0(L -ks ) 2δ[σ](1260-0. 5⨯130) 2⨯1. 30⨯450h ====8. 56mm 5

W 06Ef c 6⨯2. 06⨯10⨯79本设计取钢板弹簧厚度h=9mm。

矩形断面等厚钢板弹簧总惯性矩J 0用式（3.5）计算

nbh 3

式（3.5） J 0=12

又因为J 0已知，可由式(3.5)计算并转化得到b =推荐的6

794

，根据《汽车设计》n

b

h =9mm , b =80mm 。

3.2 各片长度的确定

在选择各叶片长度时，应尽量使应力在片间和沿片长的分布合理，以达到各片寿命接近并节省材料、减小板簧质量的目的。

用作图法来确定各叶片长度，此法是基于实际钢板弹簧各叶片的展开图接近梯形梁形状这一原则来做图的。先将各叶片厚度的立方值h i 按同一比例尺沿坐标轴绘出，再沿横坐标绘出主片长度之半（即L 2）和U 形螺栓中心距之半（即s 2），得A ，B 两点。连接这两点就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决定了各边的长度。当有与主片等长的重叠片时，可将B 点与最下一个重叠片的上侧端点相连，如图2.1所示[50]。

3

图3.1 确定钢板弹簧各叶片长度的作图法

主片钢板长度为L 1，其他各片钢板长度依次为L 2、L 3、L 4、等

L 2=L1=1260

经过圆整确定板簧各叶片长度见表3.3：

表3.3 各叶片长度错误！未找到引用源。

3.3钢板弹簧的刚度验算

在各片的长度和断面尺寸确定后就可以用精确的刚度计算公式对刚度进行进一步的计算。一般可以用共同曲率法或集中载荷法进行计算，本设计采用共同曲率法。共同曲率法由前苏联的帕尔斯基提出，该方法的基本假设前提是板簧受载后各叶片在任一截面上都具有相同的曲率。主要优点是计算方便，其缺点是由此式计算出的刚度略有偏大，可以使用经验修正系数α修正，其误差不超过5%。

共同曲率法刚度计算公式为式(3.6)：

C =

F w

=αf

6E

∑a

k =1

n

3k +1

(Y k -Y k +1)

式（3.6）

式中 Y k —第k 片及以上各片截面惯性距之和的倒数，即

Y k =J 1+J 2+ +J k )

, Y n +1=0

J k —第k 片钢板弹簧的惯性距；

a k —a 2=l 1-l 2, , a k +1=l 1-l k +1, a n +1=l 1；

l k —第k 片钢板弹簧的半长；

α—经验修正系数，α=0. 83~0. 87，轿车取上限，载货车取下限，本设计取0.83。

在计算钢板弹簧刚度C 时，数据如表3.4：

表3.4 主簧作用时刚度计算中的参数值

代入上式(3.6)得：

6⨯2. 06⨯105

C =0. 83⨯=95. 48MP a

1103⨯1. 09⨯10-4-7. 31⨯10-5+ +8103⨯2. 07⨯10-5-0

3.4总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算

3.4.1. 弹簧总成自由弧高的确定

弹簧总成在自由状态下弧高H 0是由满载弧高f a 、满载静变形f c 及弹簧总成在U 形螺栓夹紧后引起弧高变化∆f 三部分组成的。

H 0=f a +f c +∆f 式（3.7）

式中f c —静挠度；

f a —满载弧高，为了使板簧满载时在对称位置工作，一般希望它等

于零。但考虑到使用中的塑性变形，也为了不使动挠度过小，需用f a 给予补偿，f a 的值在10～30mm 之间，本处取20mm 。

∆f 钢板弹簧在预压缩时产生的塑性变形计算如式(3.8)：

∆f =s (3L -s )(f 0+f c ) 式（3.8） 2L 2

=130⨯(3⨯1260-130)(20+79) =11. 47mm 2⨯12602

以上数值代入式(4.7)得：H 0=11. 47+20+79=110. 47mm

3.4.2．各片弹簧自由状态下曲率半径的确定

钢板弹簧总成在自由状态下曲率半径：

L 212602

R 0== 式（3.9） 8H 08⨯110. 47

=1796. 42mm

因各片钢板在自由状态下和装配后的曲率半径不同，装配后各片产生预应力，其值确定了自由状态下的曲率半径。各片自由状态下做成不同曲率半

径的目的是：使各片厚度相同的钢板弹簧装配后能更好的贴紧，减少主片工作应力，使各片寿命更接近。

弹簧各片预应力σ0i 的选择，原则上应考虑以下三个原则：

(1)弹簧各片未装配前，各片间隙不要相差太大，各片装配后，应使各片能很好配合。

(2)由于主片受力复杂，为保证主片及长片有较长使用寿命，希望适当降低主片及长片应力。

(3) 预应力选取原则：主片取负值，绝对值递减；副片取正值，绝对值递增，最末二片再减少。

基于上述原因，选择各片预应力时，片厚相等的钢板弹簧，各片预应力值不宜过大。对片厚不等的弹簧，厚片预应力大一些。一般推荐主片在根部的工作应力与预应力叠加后的合成应力约为300～350N ／mm 2。在确定各片预应力时，理论上应满足各片弹簧在根部出的预应力所造成的弯矩M i 之代数和等于零。即

∑M

i =1n i =0 或 ∑σi =1n 0i W i =0 式(3.10)

因为此钢板弹簧设计的各片的断面尺寸相同，故应力之和要为零。

∑σ

i =1n 0i =0

σ0i 取值见表3.5：

表3.5 钢板弹簧各片预应力

矩形断面钢板弹簧自由状态下曲率半径可由式3.11确定

R i =R o 2R 1+0i 0 式（3.11）

Eh i

式中 R i —第i 片弹簧自由状态下的曲率半径

h i —第i 片板簧厚度

得第i 片自由曲率见表3.6：

表3.6 各片自由曲率

3.5钢板弹簧总成弧高的核算

由于钢板弹簧各片在自由状态下的曲率半径R i 是经选取预应力σ0i 后用式(3.11)计算，受其影响，装配后钢板弹簧总成自由状态下的弧高与用R 0=L 2/(8H 0) 计算结果会不同。因此，需要核算钢板弹簧总成的弧高[14]。

根据最小势能原理，钢板弹簧总成的稳定平衡状态是各片势能总和最小状态，由此可求得等厚叶片弹簧的R 0为

L i ∑i =1R i n 1=R 0∑L

i =1n 式（3.12） i

式中，L i 为钢板弹簧第i 片的长度

钢板弹簧总成的弧高为

L 2

H ≈ 式（3.13） 8R 0

=110.47

用式(3.13)与用式(3.11)求得的钢板弹簧总成弧高结果相近，所以选用的预应力合理。

4 技术经济分析

钢板弹簧悬架主要由钢板弹簧前后支架、若干片板簧、板簧盖板、U 型螺栓、中心螺栓、吊耳、板簧销、缓冲块、减振器等组成。它有加工工艺简单，可靠耐用，结构简单成本低等优点。本设计为等截面渐变刚度钢板弹簧悬架，二级主副簧结构。结构示意图如图4.1所示。

图4.1 变刚度板簧的结构示意图

弹性元件选用二级厚度钢板弹簧，本设计采用矩形断面，设计计算简单，制造加工方便。选用最常用的板簧材料热轧弹簧扁钢。选用直角形的端头，制造容易，在载货汽车上应用比较广泛，成本低。但是这种形状的叶片端部刚度大，易引起压应力集中，因而增加了叶片的磨损和摩擦，很难设计成与等强度梁近似的结构，此外，弹簧的质量也很大。

悬架与车架采用铰链连接。一端采用固定卷耳，另一端采用摆动吊耳。摆动吊耳结构采用分体式自润滑式，结构简单，成本较低。

钢板弹簧前端采用上卷耳式。在汽车载荷较大或使用条件恶劣的情况下，钢板弹簧主处需要得到加强，将第二、三片端部制成加强卷耳的包耳。由于本设计是越野货车，只将第二片设计成包耳。

钢板弹簧卷耳内的衬套，通常用金属、橡胶或塑料三种材料制造。目前国内外汽车上已经广泛采用塑料衬套。因它具有耐磨，耐腐蚀、减振、不需要润滑、重量轻的优点。常用的塑料衬套材料为尼龙1010，聚甲醛等。本文选用橡胶材料，经济实用。

采用不可拆式夹箍，结构简单，费用低。中心螺栓选用一般常用的15MnVB 材料做成，机械性能等级为8.8级。U 型螺栓，也采用普通钢材制造。钢板弹簧前后支架、板簧上下盖板等设计机构简单，易制造，而且都采用球墨铸铁等一般常用材料，经济实用。

横向稳定器选用普通弹簧钢制造。汽车上加装横向稳定器，就可以做到在不增大悬架垂直刚度c 的条件下，增大悬架的侧倾刚度，以保证汽车有不足转向特性，提高整车的操纵稳定性。

缓冲块选用通常的硫化橡胶制造，经济实用。有些汽车选用多孔聚氨酯，它兼有辅助弹性元件的作用，是一种有很高强度和耐磨性的复合材料。这种材料起泡时就形成了致密的耐磨外层，保护内部的发泡部分不受损伤。在载荷作用下弹性元件被压缩，但其外廓尺寸增加却不大，这点与橡胶不同。

减振器按其作用原理可分为单向作用和双向作用式两种。由于筒式减振器具有质量小，性能稳定，工作可靠，适宜大量生产等优点，所以已经成为汽车减振器的主流。筒式减振器又分为双筒式、单筒式和充气筒式等结构，以双筒式应用最多。所以本文选用双向作用筒式减振器。

综上所述，本后悬架系统经济成本相对较低，不仅能满足越野汽车各工况下的使用性能，而且还能相对提高整车的行驶平顺性和操纵稳定性。

5 结论

本文通过传统的设计计算方法和计算机技术相结合，以依维柯欧霸轻车为原型车，详细设计计算了渐变刚度钢板弹簧后悬架。

文中首先介绍了悬架系统领域的研究与设计及其发展现状和趋势；其次详细概述了悬架系统对汽车平顺性和操纵稳定性的影响；再次着重介绍了钢板弹簧悬架设计的一般步骤，各主要零部件结构的选型及计算，板簧曲率，材料强度、刚度的验算、校核，减振器的选取及安装角度的计算；最后还根据SAE 圆弧法做了钢板弹簧的运动分析计算，分析了板簧系统关键点轨迹和关键角的变化，并用最小二乘法求出关键点轨迹的曲率中心和曲率半径。主要是运用CAD 绘制了悬架系统及其零件的工程图。

参考文献

[1] ×××××××（小4号宋体，行距1.5倍）×××××

[2] ××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

[3] ××××××××××××××××××××××

…………

…………

致 谢

本设计及学位论文是在徐忠四老师的悉心指导和深切关怀下完成的。他严谨的科学态度，严格的治学精神，精益求精的学术作风，是我以后工作生活中极好的榜样。在此谨向徐老师致以崇高的敬意。徐老师对待工作严谨、认真同时很平易近人，在毕业设计刚开题的时候就不断的给予我细心的指导和鼓励，在每次设计出现问题时，徐老师总是给予及时的解答，给我的毕业设计指明方向。在整个设计过程中也教会了我许多其他的知识。

我还要感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。

最后，衷心的感谢地面武器机动工程专业所有老师们四年来的辛勤栽培。