论文总字数：19038字

摘 要

对于当代汽车来说，悬架是不可或缺的，它被用来将车架和车轴利用弹性元件连接在一起。车轮和车架之间存在着一些力和力矩，悬架就被用来传递它们，并且将由于在颠簸的路面上行驶时产生的振动传递给车架造成的冲击载荷进行缓和，将由于冲击载荷而引起的承载系统的振动衰减，这样乘员在行驶过程中将得到更加舒适的体验，并能更好的保护货物，保证汽车的正常行驶。本文就是对中型客车的悬架进行设计，经过对中型客车的一些参数进行分析比对，计算得出理论上合适的客车悬架的必要参数，并对所得的结果进行校核，得到最理想的结果，以保证设计方案满足汽车对于安全方面的要求。本文通过客车的布置得到客车的满载轴荷和非簧载质量，由此得出作用在弹性元件上的承载力，初步计算出钢板弹簧的刚度，根据轴距确定钢板弹簧的长度。利用截面惯性矩得出钢板弹簧的宽度和厚度，最后对钢板弹簧的应力、曲率半径、弧高等进行校核，使钢板弹簧满足要求。

关键词：客车；悬架；钢板弹簧

Suspension Design of Low Floor Medium Bus

Abstract

Suspension is indispensable for modern automobiles. It is used to connect frame and axle with elastic elements. There are some forces and moments between wheels and frame. Suspension is used to transfer them, and the impact load caused by the vibration generated when driving on bumpy road is mitigated. The vibration attenuation of the bearing system caused by the impact load will be reduced, so that passengers will have a more comfortable experience in the course of driving and can better protect cargo. To ensure the normal driving of the car. This paper is to design the suspension of medium-sized passenger car. Through the analysis and comparison of some parameters of medium-sized passenger car, the necessary parameters of suspension are calculated, and the results are checked to get the most ideal results, so as to ensure that the design scheme meets the safety requirements of the car. In this paper, the full-load axle load and non-spring load mass of the bus are obtained through the arrangement of the bus, and the bearing capacity of the elastic element is obtained. The stiffness of the leaf spring is calculated preliminarily, and the length of the leaf spring is determined according to the axle base. The width and thickness of leaf spring are obtained by using the moment of inertia of cross section. Finally, the stress, curvature radius and arc height of leaf spring are checked to make the leaf spring meet the requirements.

Key words: Bus; Suspension; Leaf spring

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究的背景和意义 1

1.2 国内外汽车的发展 1

第二章 悬架的概述 3

2.1 悬架的基本概念 3

2.1.1 悬架的概念 3

2.1.2 悬架系统的作用 3

2.1.3 悬架系统的组成 3

2.1.4悬架系统的分类 3

2.2 悬架设计的要求 4

2.3 本章小结 5

第三章 悬架的二维建模过程 6

3.1 客车主要参数的确定 6

3.2钢板弹簧的基本结构及工作原理 6

3.3 确定钢板弹簧的主要参数 7

3.3.1 长度的确定 7

3.3.2 片数的确定 7

3.3.3 钢板弹簧的截面形状 7

3.3.4 钢板弹簧端部的支承形式 7

3.3.5 弹簧销 8

3.3.6钢板弹簧的布置方案和材料的选择 8

3.4 减振器 9

3.4.1 减振器的作用 9

3.4.2 减振器的分类 9

3.4.3 减振器的工作原理 9

3.4.4 减振器的结构 10

3.5 悬架与转向机构的校核 10

第四章 客车悬架系统钢板弹簧的设计计算 12

4.1 动挠度与静挠度的选择 12

4.2 初步确定弹簧刚度 12

4.3 满载弧高与塑性变形 12

4.3.1 满载弧高 12

4.3.2 塑性变形 13

4.4 钢板弹簧的宽度和厚度的计算 13

4.5 钢板弹簧校核， 13

4.5.1 校核刚度 13

4.5.2 弹簧的最大应力与最大应力点 15

4.6 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径 15

4.7 钢板弹簧在自由状态下各片的曲率半径的确定 16

4.8 钢板弹簧总成弧高的校核 17

4.9 钢板弹簧卷耳和弹簧销的强度校核 18

4.9.1 卷耳应力的校核 18

4.9.2 弹簧销的校核 18

4.10 本章小结 19

第五章 结论 20

第六章 致谢 21

第一章 绪论

1.1 研究的背景和意义

我国国土范围辽阔，但人口总量也很多，因此人口密度也很高，这就导致了人多路少的情况不会发生改变，人均市区公路长度的数据在接下来的几年里也不会有明显改变，

因此大力发展能够有效地处理人口密度大，人口流量大的城市公共交通是目前容易实施，也比较容易出现明显效果的好办法。发展城市公共交通可以有效地降低城市内轿车出行的数量，能够大大地降低汽车尾气对环境的污染，也更加方便了广大市民和外地游客的出行，积极响应了建设环保城市的要求，对建设新型宜居城市有极大的意义。国内大多数城市里有了“公交优先”的理念，城市内纵横交错的公交系统有效的解决了城市交通问题。

普通型的客车地板通常有三级台阶上下车， 台阶的级数和高度很不方便老人和幼儿乘车，低地板城市客车减少了一级踏步，高度也被控制在400mm以内，使乘客上下车变得更加方便、快捷。另外，低地板城市客车降低了整车重心，提高了乘车的舒适性。^[1]

随着经济的不断发展，人们的生活水平也在不断提高，因此人们对z于出行的要求不仅包括刚开始的出行效率，现如今对于乘坐的环境的要求也更高了。因此城市客车的悬架系统的需要满足乘坐舒适性的要求，也需要满足城市内行驶时频繁起步制动的操纵要求。

人们对于客车行驶效率与乘坐环境的高要求也促进了客车行业的发展，因此我国客车的发展前景巨大，对于客车的优化设计十分有必要。因此，研究这一课题具有重大意义。

1.2 国内外汽车的发展

1886年世界上第一辆汽车诞生。短短一百二十多年的发展，伴随着科学技术的日益成熟，汽车的各项性能也日臻完善，汽车已经成为我们日常生活中不可缺少的一部分。

而中国客车自20世纪70年代诞生以来，也经历了40多年的发展。在国内，客车基本上都是国产客车，这与国内相关行业的工作者们的努力研发有密不可分的关系。据统计，近年来客车的年产销量都在8万多辆，国产客车的各大龙头企业通过合资或引进技术，不断地提高自己的产品开发水平，设备工艺能力及设计研发水平都有了较大的提高，通过完善的销售网络，在设计、研发、生产方面有着可靠的保障，已开发出多种型号的豪华客车，在这方面的佼佼者有郑州宇通、厦门金龙、西沃、黄海等大型客车厂家。^[2]

尽管我国客车产业蓬勃发展，但是与国际先进的客车工艺相比，还是有着不小的差距。在国外，欧洲、日本等国家在大中型客车方面拥有者领先世界的技术，其中西欧的德国、法国、意大利、瑞典四国企业在大中型客车的设计、研发方面的技术一直处于世界领先地位。而欧洲的客车制造企业在客车生产方面的技术处于世界的前列，引领着世界客车工业的方向。著名的汽车公司，如奔驰、沃尔沃等公司，他们处于汽车行业的顶端，不断推出新一代的先进车型，在这些新车型上往往采用了最先进的制造工艺，集中了最前沿的科学技术，引领着汽车的发展方向。因此，大力进行汽车相关方面的研究与发展，是一项意义深远的举措。大力发展我国汽车行业，提高生产力和自主研发能力，能够避免从欧美国家引进落后的技术，耗费巨资采购零部件的窘境。将数字化设计与制造相结合，使客车的设计制造彻底摆脱传统设计技术路线，提高生产效率，降低生产误差，不仅可以提高我国汽车行业的核心竞争力，摆脱欧美等先进的汽车国家对我国技术上的封锁，还可以带动发展我国许多其他相关的产业，是当前经济发展中相当重要的一个环节。

第二章 悬架的概述

2.1 悬架的基本概念

2.1.1 悬架的概念

悬架就是车架与车桥之间的传力连接装置。它的作用是让车轮和汽车的承载系统之间具有弹性联系并且能传递载荷、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。

2.1.2 悬架系统的作用

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，并且当汽车行驶不平的路面时，降低产生的冲击，将由于冲击而引起的车身的振动进行衰减，以满足保证汽车行驶平顺性的目的。悬架作用有：

1. 将车体和车轮连接在一起；
2. 将来自地面的冲击进行衰减和吸收，达到提高乘坐舒适性的目的；
3. 有助于行驶中车体的稳定，提高操纵性能。

然而，悬架系统的作用是相互影响的，比如当汽车的舒适性提高了，车辆的稳定性就会相应地变差，反之亦然。因此悬架的设计就是要争取达到最佳的平衡状态。^[3]

2.1.3 悬架系统的组成

悬架系统是由减振器、弹性元件和导向机构组成的。汽车所行驶的路面是不可能绝对平坦的，起伏的路面也会对车轮产生冲击。当冲击力传递到车身的时候，持续的振动会损坏汽车的部件和货物，也会给乘员带来严重的不适。因此为了缓和行驶过程中的冲击，需要使用减振器来将振动进行衰减，将振幅减小，以此来缓解乘员的不适和疲劳。弹性元件被用来将车轮与车身进行弹性连接，将垂直载荷进行传递，将路面对车身产生的冲击进行缓解和吸收。它的种类包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧空气弹簧和空气弹簧等。导向机构被用来传递纵向力、侧向力及其引起的力矩。因为钢板弹簧本身起着一定的导向作用，因此当使用钢板弹簧为弹性元件时，可以不另设导向机构。而且钢板弹簧承重能力好、耐用、结构简单、维修方便且成本较低，虽然和螺旋弹簧相比舒适性较差，但是为了控制成本且维修方便，在客车上我们通常使用钢板弹簧。^[4]

2.1.4悬架系统的分类

悬架系统分为非独立悬架和独立悬架。

非独立悬架是两侧车轮安装在一个整体式车桥上，当一侧车轮收到冲击的时候会直接影响到另一侧的车轮。结构简单，易维护，工作可靠，使用寿命长但舒适性与稳定性不够好，因此为了控制成本，货车和客车多使用非独立悬架。

独立悬架两侧的车轮互不影响，单独 两边的车桥相连接。因此，当左车轮受到冲击的时候不会影响到右车轮的运动。独立悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧作为弹性元件。

独立悬架的舒适型好，稳定性强，能够有效地提高汽车的行驶平顺性与行驶稳定性，但是它有着复杂的结构，给维修造成了不方便，成本高，主要应用在一些高档豪车上。在这里我们选择纵置板簧式非独立悬架。^[5]

图 2.1 非独立悬架

图 2.2 悬架

2.2 悬架设计的要求

经过查阅文献，得知汽车悬架和悬架质量、非悬架质量构成了一个振动系统。汽车的行驶车速、燃油经济性和运营经济性都受到这个振动系统的影响。汽车承载系和行驶系许多零部件的动载也会因为这个振动系统而发生一定的变化，这些零件的使用寿命也会因此而发生改变。悬架也会影响着汽车的操纵稳定性和抗纵倾能力。在设计悬架时有如下几点要求需要考虑：

1. 悬架的弹性特性和阻尼特性需要经过合理的设计，汽车也会因此得到良好的行驶平顺性。也就是说，悬架需要拥有低振动频率， 低振动加速度和适当的减震性能，在悬架的压缩或伸张行程极限点降低发生硬冲击的可能性；
2. 合理设计导向机构，使车轮与车架之间所有力能够被可靠的传递，并能满足汽车具有良好的操纵稳定性的要求；
3. 悬架构件的质量不能大，非悬挂部分的质量要尽量小；
4. 导向机构需要和转向杆系的运动相协调，防止发生运动干涉而产生不必要的损失；
5. 所有零部件应具有足够的强度和使用寿命；
6. 制造成本低；
7. 便于维修、保养。^[6]

2.3 本章小结

对悬架的一般基础性知识的介绍，对悬架有了初步的认识，了解了悬架的作用，分类，设计要求等，对后文的分析与设计起着基础的作用。

悬架的设计可以大致分为结构形式和主要参数选择以及详细设计两个阶段，有时候还要反复交叉进行。由于悬架的参数影响到许多整车的特性，并且涉及到了其他总成的布置，因此一般要与总布置共同协商确定。

第三章 悬架的二维建模过程

为了方便计算，我将中型客车的悬架进行了简单的二维建模，得到了悬架的简图，确定了计算相关的具体参数。悬架的设计和主要参数的选择是根据整车的总布置和相关零件之间的关系得来的。比如，每副弹簧上的载荷和整备质量、非簧载质量等参数有关，悬架的结构布置和几何参数也必须与整车总体布置相适应，这样所设计出来的悬架才不会脱离实际，所以我们需要从整车的角度来确定悬架的主要性能参数。根据客车的综合性能要求悬架首先应该保证的是，当客车正常行驶时具有良好的行

驶平顺性和操纵稳定性，这就是我们选择悬架主要参数的基本依据。^[7]

图 3.1 悬架总布置图

3.1 客车主要参数的确定

我选择设计的中型客车属于8.9m车型，轴距为4300mm。

整备质量为8750kg，计31位乘客每位65kg，以及每人10kg的行李重量，得出客车的满载质量约为11600kg，簧下质量约为2100kg。

满载时前轴负荷为40600N，后轴负荷为75400N。

每副簧载荷

弹簧端部载荷

3.2钢板弹簧的基本结构及工作原理

经过比较，钢板弹簧结构简单，制造和维修也更加方便，对于控制成本而言更加出色。它除了能够缓冲、减振以外，还起着导向和传递力和力矩的作用。因此是用钢板弹簧还不用额外设计导向机构。因此在本次研究中，我使用了将钢板弹簧作为弹性元件的非独立悬架。

钢板弹簧分为多片簧和少片簧两个种类。多片簧由6~14片长度不等、等宽等厚的弹簧钢片组成，在整体上可以被近似地看做等强度的弹性梁。多片簧的片数越多，能支撑汽车的质量就越大，但是用时间长了会因为摩擦而造成噪音，导致钢板变形使行驶不顺畅。少片簧是由等宽等长的钢板组成。少片簧的横截面变化大，对制作工艺要求更高，成本也教高。但少片簧的质量低，能有效的减少摩擦，增加使用寿命，改善行驶平顺性与舒适性，因此在这里我选择使用的钢板弹簧的种类为少片簧。^[8]

3.3 确定钢板弹簧的主要参数

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