摘 要

对于汽车来说，它的最重要的并且无法缺少的那一部分便为悬架系统，这种汽车的悬架对汽车在行驶过程中的平顺程度是有影响的，还包括操纵稳定性和安全性。它的最重要的功能就是传递在车轮与车架之间的所有的力还有力矩，同时减缓了汽车在行驶至凸凹不平的路面时候所造成的那种冲击，因此造成承载系统中的振动也就减缓了，让其在行驶过程中的平顺能力得以提升。钢板弹簧事实上属于在汽车悬架里被运用最普遍同时也是最合适的一种弹性元件，它其是就是由很多片一样宽可是不全一样长的合金弹簧片拼凑组合而形成的一根几乎是相同强度的弹性梁。随着汽车技术的迅猛发展以及人们的生活水平越来越高，人们对悬架提出了更高且更为严格的要求，因此悬架的发展受到重视也是在情理之中。本课题就是在此基础上，对中型商用车前悬进行设计。通过本次课题可以提高自己对于汽车设计的认识。在符合了设计强度的需求并且在刚度需求下，尽量减少其质量。在此基础上自主开发，设计出合格的钢板弹簧。我们国家的汽车行业利用半个世纪的发展进步目前已刚刚具有点规模了，但同时也正在面临严峻的问题：技术落后，能源匮乏，自主品牌缺乏创新以及国际竞争白热化。我们国家的汽车行业需要快速，可持续的并且良好的发展。为了尽快完成这一愿望，我们必须坚持产业创新。为了可以汽车行业能够自主进行开发，对于悬架的设计与强度校核显得尤为重要。

关键词：中型商用车，钢板弹簧悬架，前悬架

Abstract

Suspension is an integral part of the automobile, the automobile suspension is an important factor that affects the ride comfort, handling stability and safety of the vehicle.. The main function of the suspension is in between the wheels and the frame force and torque transmission, and make the car driving on uneven road of mitigating the impact, attenuation caused by the vibration of the bearing system, to improve the ride comfort of the vehicle. Leaf spring can be said is most widely used in automobile suspension elastic element, it is by a plurality of equal width but unequal (thickness is equal to or unequal) alloy spring sheet combination and nearly equal strength of an elastic beam. With the rapid development of automotive technology, people put forward higher and more stringent requirements for the suspension, so the development of the suspension is also reasonable. This topic is on the basis of this, the design of the suspension of commercial vehicle. Through this topic can improve their understanding of automotive design. In this process, the mathematical model of the steel plate spring is established, and the calculation and optimization analysis are carried out. In order to meet the requirements of the strength and stiffness of the design, to minimize its quality. On the basis of independent development. After half a century of development, China's auto industry has begun to take shape, but it also faces many problems: backward technology, energy shortage, lack of innovation in the independent brand and fierce competition in the international competition. The automobile industry of our country needs fast, sustainable and healthy development. In order to accomplish this desire, we must adhere to the industrial innovation. In order to develop the automobile industry, the design and strength check of the suspension is very important.

Key Words：Medium sized commercial vehicle, leaf spring suspension, front suspension

目录

第一章 研究背景 5

1.1课题研究意义和方法 5

1.2国内外研究现状 6

1.2.1国外研究现状 7

1.2.2国内研究现状 7

1.3本章小结 8

第二章 悬架的结构形式和参数 8

2.1钢板弹簧的概述 8

2.2钢板弹簧悬架的基本结构和工作原理 11

2.2.1钢板弹簧悬架的基本结构 11

2.2.2钢板弹簧悬架的工作原理 12

2.3本文采用中型商用车的参数 13

第三章 悬架系统的主要零部件选型 14

3.1叶片断面 14

3.2叶片断面形状 14

3.3 钢板弹簧与车架连接形式确定 15

3.4吊耳及钢板弹簧销的结构 15

3.5钢板弹簧卷耳和衬套 16

3.6弹簧夹箍 17

3.7钢板弹簧中心螺栓 17

第四章 悬架系统主要参数确定和强度计算 18

4.1悬架静挠度和动挠度的选择 18

4.2悬架的弹性特性 19

4.3悬架侧倾刚度及其在前、后轴的分配 20

4.2初选参数 22

4.2.1主片长度 22

4.2.2断面尺寸及片数的确定 22

4.3各片长度确定 24

4.4钢板弹簧刚度验算 25

4.5总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算 25

4.5.1弹簧总成自由弧高的确定 26

4.5.2各片弹簧自由状态下曲率半径的确定 26

4.6钢板弹簧组装后总成弧高的核算 26

4.7钢板弹簧强度验算 27

4.7.1紧急制动时 27

4.7.2汽车通过不平路面时 27

4.8钢板弹簧卷耳和弹簧销的强度核算 28

4.9 减震器的分类选择 28

第五章 结论 29

第一章 研究背景

1.1课题研究意义和方法

悬架属于汽车的车架和车轴之间相互传递力的那种连接的设备，不仅可以弹性的将车架与车轴连接在一起，还能在车轮和车架之间相互传递力与力矩。悬架能减缓凸凹不平的路面带给车架或者车身的晃动，衰减，因此带来的冲击也可以减缓，使得车坐起来舒适，确保汽车可以提高其平顺性。悬架是现代汽车不可或缺的部分。

因为悬架的构造参数与布置方式对汽车在行驶的过程中的平顺能力、稳定能力、通过能力与燃油经济性等等一些使用性能均存在一定的影响，所以在对悬架进行设计的时候，需要重视它应该满足性能的需求。

1）确保汽车拥有很好的行驶平顺能力。

2）确保汽车拥有很好的衰减振动能力。

3）确保汽车拥有很好的操纵稳定能力。

4）确保汽车在制动或者加速的时候车身拥有很强的稳定性能，减少车身纵向倾斜的角度；转弯时车身侧的倾斜角度要适中，不能让乘客感觉到不适。

5）保证汽车具有很好的隔声能力。

6）使汽车的结构变得紧密、所占的空间也比较小，经济性高。

7）确保汽车能够很好的在车身和车轮之间的传递所有的力与力矩，确保拥有充足的强度与寿命的条件下，再将零部件轻量化。

钢板弹簧不仅能缓和路面对于车身的冲击，其纵向布置的结构能做到导向与传力，使得悬架的结构变得简单明了。而且钢板弹簧具有很多优点，不仅工作可靠性高，而且维修较为方便，制造低成本。而且其工作性能良好可靠。所以得到广泛的应用。在实际中，采取钢板弹簧的汽车大多是非单独的悬架。不仅不用导向装置，而且当科技技术不断发展，钢板弹簧更能大放异彩。目前市场上，用于运输货的汽车与一些客车的非单独的悬架里钢板弹簧仍为应用最广泛的部件。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

2000 年，Thomas 等在 ADAMS/Car 中构建了一个十二吨的商用车的整体的模型，前悬架钢板弹簧模型采取的是离散梁法进行构建的，对钢板弹簧模型的刚度特征做了一个初步的验证，然后对整车模型开始实施一种操纵稳定的仿真实验。 

2006 年，Niklas Philipson等在Modelica上写了一篇有关离散梁建模方面的论文，构建了一种重型载货汽车钢板的弹簧模型，同时对这种模型的刚度做了一系列的仿真论证，其结论说明这个模型和试验台所测量得到的钢板弹簧的刚度是比较合适的。  

2006 年，Uday Prasade等在SAE上提出了这种离散梁法的原理与方法，把钢板弹簧的模型装在悬架的模型里，并且做了这种悬架动载荷的仿真验证实验，证明了这一模型是可以精准的模拟真实的钢板弹簧特征的。 

2007 年，Jordi等运用离散梁法构建了一种钢板弹簧的模型，分析了离散体的数额对钢板弹簧的刚度造成的各种影响，然后把它装在并悬架里，分析了这种钢板弹簧的引导作用还有悬架的动特征，构建了这种整车模型，并对这种整车的制动性实施了仿真性的研究。  

1.2.2国内研究现状

  2008年，吴碧磊利用SAE的三连杆法建模这一理论，采取退火的算法，运用ISIGHT对扭簧的刚度进行一系列的调整，降低模型的刚度和已有的刚度之间的差距，最后获得较为精准的并且存在变化的刚度的这种钢板弹簧模型。之后，在ABAQUS里构建了这种钢板弹簧的一种有限元的模型，探讨算出它的刚度，然后和ADAMS构建的这种模型之间进行正常的对照检验。  

2007 年，秦东晨等利用这种等效中性面的方法构建了一种车的悬架钢板弹簧模型，并且对其实施了静平衡仿真的实验以后，和台架实验的结论做一个对照检验。之后，把这个模型再装在那种整车模型里，从而进行一种关于整车操纵稳定性的仿真实验。  

   2009 年，韩翔结合了ADAMS里的多种关于钢板弹簧建模的办法，简单对这种ADAMS/Chassis里构建的钢板弹簧模型的一些基本的原理与方法进行了介绍，组建了这种钢板弹簧模型，并且对这种钢板弹簧的垂向刚度做了一种仿真性的实验。  

2010 年，马天飞等对Timoshenko梁的理论进行了简介，说明BEAM其实就是思考到了转动的惯量与剪切产生的变形之间的欧拉梁，之后又开始在ADAMS/Car当中构建了可以忽略摩擦力的一种钢板弹簧模型，并把这一模型运用到一种商用车模型里去，然后进行了整车平顺性仿真试验。  

1.3本章小结

这一章着重于讲解了汽车悬架目前的分析状况与未来发展的方向，还有相关的所要分析的内容。众所周知，世界汽车工业的发展比较飞速，中国汽车工业也在迅猛的向前发展，对于汽车的设计技能要求也变得更加高。如果一辆汽车没有足够的舒适性和操控性，是难以在市场上有自己的一席之地。现在对于国内的悬架系统的设计制作均使用比较普遍的材料，并且构造较简单，同时它的加工工艺还相对较陈旧。使得国产汽车的整车平顺能力与操纵能力不足。所以我们不仅要选择更多样化的弹性材料，在悬架结构设计与悬架调试这些方面要下功课。

第二章 悬架的结构形式和参数

2.1钢板弹簧的概述

在正常工程没具有类似的状况，如果要使某一组成器件在不超出强度的范围内，尽可能大的发生弹性的位移，正如大家经常看见的弹簧一样。它属于一种常用的弹性元件，一般利用对形变拥有充足强度的东西进行制造。弹簧元件不单单是运用弹性变形，而且另一个更主要的目的便为最大限度去运用其弹性的势能去吸纳或者存储能量，可以说弹簧其实便是一种用来储存能量的器件。目前汽车悬架上的弹簧主要是传递车轴与车架之间垂直力，并与轮胎和减震器共同发挥作用，使车辆在不平路面不会那么颠簸。弹簧属于一种拥有能够伸缩特点的弹性元件，它可以将车轮走过崎岖山路的时候引起的振动能够实时的吸纳和放出，并且使得车的身体能够处于平衡稳定。而当减震器的介入以后，一些存放在弹簧里的能量就会在进行回弹的时候转变成热能然后散发掉。如今汽车悬架上边的我们能够看见的弹性器件不仅存在叶片式弹簧、螺旋弹簧和扭杆弹簧等一些金属弹簧之外，同时也有橡胶弹簧、油气弹簧还有空气弹簧等一些不属于金属的弹簧。不同的弹簧适用于不同的车辆在不同的路面情况下行驶。通常用于运输货物的汽车上的不是单独的悬架最普遍的便为叶片式的弹簧，绝大多数轿车的单独的悬架就采取螺旋与扭杆弹簧，然而在重型的载货汽车中的气体弹簧受到了较为普遍的运用。和别的弹性器件之间进行对比以后发现，叶片式的弹簧不但能够在每个方位的力与力矩上起到传递的作用，同时还可以对其悬架部件起到一种导向的作用，这就能够直接的省略掉导向元件与减振元件，促使悬架的构造变得更加简单，同时它也有一些特征，例如工作比较可靠、保养维修便捷、制作的本钱也是偏低的，所以备受青睐，得到了非常广泛的应用。由于科学技术的不断发展，还有人们针对各种车的舒适效果的需求不断提升，所以开始对叶片式的钢板弹簧实行更好的改善，同时还要不仅不能影响它的强度与疲劳度，还需要将其制作的更加的轻。

叶片形状弹簧也可以叫做钢板弹簧，其为悬架程序里面必不可少地零部件，其所有地损坏甚至为轻微地裂痕，都能够主要涉及车辆得平整程度，让汽车不容易维持行驶。通常其利用在货车以及客车等车辆得车身两轴地悬架上，很少一些轿车像雪弗兰科尔维特地后悬同样拥有钢板弹簧。一般情况下这样得弹簧拱度，中心螺栓，内衬，叶片以及吊耳等使弹簧以及安装方面地连接手段将对悬架地工作模式产生变化，涉及全部悬架程序地弹簧能力。钢板弹簧为通过多个弹簧簧片重叠在一起，通常情况下所有簧片地宽度为一致地，可是长度却有很大不同，但是厚度一部分一致一部分不一致。如果是自由状态情况下，所有簧片地曲率半径不太一致，一般情况下下片比上片悄悄小一点。簧片里面最长地为第一片叫做主片，它的两边存在卷耳。结构方面，通常把钢板弹簧在整体上做成一根接近等强度的弹性梁，这样能够更加完整地使用材料。现在，生活中很多汽车钢板弹簧主要包括片等截面式，主副簧复合式，少片变截面式以及渐变刚度式这四种，里面多片等截面式的钢板弹簧与少片中变截面式的钢板弹簧均是一样刚度的弹簧，可是主副弹簧的复合式与变刚度式的弹簧均是这样变化刚度的弹簧，各类型示意图如下所示。