汽車鋼板彈簧懸架畢業(yè)設(shè)計(jì)(常用版)

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汽車鋼板彈簧懸架畢業(yè)設(shè)計(jì)汽車鋼板彈簧懸架畢業(yè)設(shè)計(jì)（常用版）(可以直接使用，可編輯完整版資料，歡迎下載）汽車鋼板彈簧懸架設(shè)計(jì)(1)、鋼板彈簧種類汽車鋼板彈簧除了起彈性元件作用之外,還兼起導(dǎo)向作用,而多片彈簧片間磨擦還起系統(tǒng)阻尼作用。由于鋼板彈簧結(jié)構(gòu)簡單,使用維修、保養(yǎng)方便,長期以來鋼板彈簧在汽車上得到廣泛應(yīng)用。目前汽車使用的鋼板彈簧常見的有以下幾種。①通多片鋼板彈簧,如圖1-a所示,這種彈簧主要用在載貨汽車和大型客車上,彈簧彈性特性如圖2-a所不,呈線性特性。圖1圖2②少片變截面鋼板彈簧,如圖1-b所不,為減少彈簧質(zhì)量,彈簧厚度沿長度方向制成等厚,其彈性特性如一般多片鋼板彈簧一樣呈線性特性圖2-a。這種彈簧主要用于輕型貨車及大、中型載貨汽車前懸架。③兩級變剛度復(fù)式鋼板彈簧,如圖1-c所示,這種彈簧主要用于大、中型載貨汽車后懸架。彈性特性如圖2-b所示,為兩級變剛度特性,開始時僅主簧起作用,當(dāng)載荷增加到某值時副簧與主簧共同起作用,彈性特性由兩條直線組成。④漸變剛度鋼板彈簧,如圖1-d所示,這種彈簧多用于輕型載貨汽車與廂式客車后懸架。副簧放在主簧之下,副簧隨汽車載荷變化逐漸起作用,彈簧特性呈非線性特性,如圖2-c所示。多片鋼板彈簧鋼板彈簧計(jì)算實(shí)質(zhì)上是在已知彈簧負(fù)荷情況下,根據(jù)汽車對懸架性能(頻率)要求,確定彈簧剛度,求出彈簧長度、片寬、片厚、片數(shù)。并要求彈簧尺寸規(guī)格滿足彈簧的強(qiáng)度要求。3.1鋼板彈簧設(shè)計(jì)的已知參數(shù)1彈簧負(fù)荷通常新車設(shè)計(jì)時,根據(jù)整車布置給定的空、滿載軸載質(zhì)量減去估算的非簧載質(zhì)量,得到在每副彈簧上的承載質(zhì)量。一般將前、后軸,車輪,制動鼓及轉(zhuǎn)向節(jié)、傳動軸、轉(zhuǎn)向縱拉桿等總成視為非簧載質(zhì)量。如果鋼板彈簧布置在車橋上方,彈簧3/4的質(zhì)量為非簧載質(zhì)量,下置彈簧,1/4彈簧質(zhì)量為非簧載質(zhì)量。2彈簧伸直長度根據(jù)不同車型要求,由總布置給出彈簧伸直長度的控制尺寸。在布置可能的情況下,盡量增加彈簧長度,這主要是考慮以下幾個方面原因。①由于彈簧剛度與彈簧長度的三次方成反比,因此從改善汽車平順性角度看,希望彈簧長度長些好。②在彈簧剛度相同情況下,長的彈簧在車輪上下跳動時,彈簧兩卷耳孔距離變化相對較小,對前懸架來說,主銷后傾角變化小,有利于汽車行駛穩(wěn)定性。③增加彈簧長度可以降低彈簧工作應(yīng)力和應(yīng)力幅,從而提高彈簧使用壽命。④增加彈簧長度可以選用簧片厚的彈簧,從而減少彈簧片數(shù),并且簧片厚的彈簧對提高主片卷耳強(qiáng)度有利。3懸架靜撓度汽車簧載質(zhì)量與其質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)固有頻率是評價汽車行駛平順性的重要參數(shù)。懸架設(shè)計(jì)時根據(jù)汽車平順性要求,應(yīng)給出汽車空、滿載時前、后懸架頻率范圍。如果知道頻率,就可以求出懸架靜撓度值。選取懸架靜撓度值時,希望后懸架靜撓度值小于前懸架靜撓度值,并且兩值最好接近,一般推薦:(3.1)為防止汽車在不平路面行駛時經(jīng)常撞擊緩沖塊,懸架設(shè)計(jì)時必須給出足夠的動撓度值。懸架動撓度值與汽車使用情況和靜撓度值有關(guān),一般推薦:(3.2)城市公用車輛,公路用車輛,越野車輛>3.5。4彈簧滿載弧高由于車身高度、懸架動行程及鋼板彈簧導(dǎo)向特性等都與汽車滿載弧高有關(guān),因此彈簧滿載弧高值應(yīng)根據(jù)整車和懸架性能要求給出適當(dāng)值,一般取。有的車輛為得到良好的操縱穩(wěn)定性,滿載弧高取負(fù)值。3.2鋼板彈簧剛度和應(yīng)力關(guān)于鋼板彈簧剛度和應(yīng)力計(jì)算,基于不同的假設(shè)計(jì)算方法而異。在彈簧計(jì)算中有兩種典型的而又截然相反的假設(shè),即共同曲率法和集中載荷法。實(shí)際鋼板彈簧往往不完全符合這兩種假設(shè)中的任一種,因此有些學(xué)者提出折衷方法,同時兼用上述的兩種假設(shè),這種計(jì)算分析方法有一定的實(shí)用性。這里僅對多年來一直采用的上述兩種假設(shè)計(jì)算方法進(jìn)行討論。共同曲率法共同曲率法是假設(shè)鋼板彈簧在任何負(fù)荷下,彈簧各片彼此沿整個長度無間隙接觸,在同一截面上各簧片具有共同的曲率半徑。如果將多片彈簧各片展開,將展成一個平面,組成一個新的單片彈簧(圖3.1、圖3.2)。這個變寬度的單片彈簧力學(xué)特性和用共同曲率法假定的多片鋼板彈簧是一樣的,這樣就可以用單片彈簧計(jì)算方法來計(jì)算多片鋼板彈簧。單片彈簧計(jì)算按其幾何形狀不同可以有兩種計(jì)算方法。一種是梯形單片彈簧(圖3.1),另一種是按多片彈簧各片長度展開成的階梯形單片彈簧(圖3.5)。3.2.1.1梯形單片彈簧計(jì)算梯形單片彈簧變形和應(yīng)力,可以利用材料力學(xué)求小撓度梁方法計(jì)算。梯形單片彈簧變形圖3.1所示的梯形單片彈簧可以看成是一個由幾個相同的片寬和厚度的簧片組成,如果彈簧伸直長度為,彈簧中部作用的負(fù)荷為,計(jì)算彈簧變形時,可以近似的認(rèn)為用整個長度計(jì)算出的值與長度是端部作用負(fù)荷是的板簧變形是相同的,這樣,整個的梯形單片彈簧的計(jì)算可以用一端固定,另一端受力的梯形懸臂梁來代替。下面用單位載荷法(莫爾定理)計(jì)算板簧在負(fù)荷作用點(diǎn)的變形:(3.3)式中::距端點(diǎn)處的力矩,:單位力距端點(diǎn)處的力矩,:梯形單片彈簧距端點(diǎn)處的慣性矩(3.4):梯形單片彈簧距端點(diǎn)處的寬度:梯形單片彈簧在根部的慣性矩:鋼板彈簧形狀系數(shù):梯形單片彈簧各片寬度:梯形單片彈簧各片厚度:梯形單片彈簧主片伸直長度之半,:總片數(shù):等長的主片數(shù):材料拉伸彈性模數(shù),取(3.3)式積分后,經(jīng)整理:(3.5)(3.6)式中::撓度增大系數(shù)。梯形單片簧的變形可以看成厚度是,寬度是的矩形板簧變形乘以撓度增大系數(shù)。需要說明一點(diǎn)的是,上面計(jì)算公式只適用于等厚多片彈簧,對于各片厚度或慣性矩不等的多片彈簧,應(yīng)按等效慣性矩方法來確定各片的展開寬度,再按上式計(jì)算。圖3.2是鋼板彈簧形狀系數(shù)與撓度增大系數(shù)關(guān)系曲線。如果鋼板彈簧形狀系數(shù)時,由(3.6)式,撓度增大系數(shù),此時彈簧變形由(3.5)式得:(3.7)該式為三角形等截面梁在力作用下的變形表達(dá)式(圖3.3)。當(dāng)時,撓度增大系數(shù)值為:首先把(3.6)式中一項(xiàng)展開成的冪級數(shù),求時的極限。當(dāng)時,,由(3.5)式,彈簧變形(3.8)該式是矩形板簧在力作用下的變形表達(dá)式(圖3.4)。梯形單片板簧的形狀系數(shù)0<<1。為計(jì)算方便,有的文獻(xiàn)推薦用下式計(jì)算撓度增大系數(shù)。(3.9)表3.1是用(3.6)式和(3.9)式計(jì)算出的板簧撓度增大系數(shù),。表3.11/3 1/4 1/5 1/6 1/7 1/8 1/9 1/10 1/11 1/12 1/13 1/141.236 1.283 1.342 1.338 1.356 1.370 1.382 1.391 1.399 1.406 1.412 1.4171.236 1.282 1.311 1.331 1.346 1.357 1.366 1.373 1.380 1.385 1.389 1.3932/3 2/4 2/5 2/6 2/7 2/8 2/9 2/10 2/11 2/12 2/13 2/141.097 1.159 1.203 1.236 1.262 1.283 1.300 1.315 1.327 1.338 1.348 1.3561.081 1.154 1.202 1.236 1.262 1.282 1.298 1.311 1.322 1.331 1.339 1.3462梯形單片彈簧剛度彈簧剛度:或3.10由于彈簧變形和負(fù)荷之間是線性關(guān)系(圖5.1直線1),故彈簧剛度是一常數(shù)。3鋼板彈簧應(yīng)力梯形單片彈簧在根部(或中心螺栓處)應(yīng)力:3.11彈簧比應(yīng)力(單位變形應(yīng)力):或3.12式中::梯形單片彈簧在根部的斷面系數(shù)按(3.11),(3.12)式,計(jì)算出應(yīng)力和比應(yīng)力是平均應(yīng)力和平均比應(yīng)力,它不能反映各片的確實(shí)受力情況。對于片厚不等的彈簧,用下面方法計(jì)算各片彈簧應(yīng)力。根據(jù)共同曲率假設(shè),任意負(fù)荷時同一截面上各片曲率半徑相等條件,彈簧各片所承受的彎矩應(yīng)正比于其慣性矩。由力矩平衡可求出作用在各片彈簧上的力矩。(3.13)式中?作用在第簧片上的力矩,?第片彈簧慣性矩,?彈簧各片慣性矩之和,?第片彈簧片厚,第片彈簧在根部的應(yīng)力和比應(yīng)力為:(3.14)(3.15)式中?第片彈簧斷面系數(shù),3.2.1.2階梯形單片彈簧階梯形單片彈簧變形階梯形單片彈簧變形計(jì)算和梯形單片彈簧一樣,不同之處是這種彈簧的斷面慣性矩沿長度變化不能用一個連續(xù)函數(shù)表示,因此為了求得梁的變形,只能采用分段積分求出。用單位載荷法求負(fù)荷作用點(diǎn)處彈簧變形(圖3.6)。圖3.6上式經(jīng)整理后得: (3.16)式中::階梯形單片彈簧主片長度之半,;:階梯形單片彈簧第片長度之半;:階梯形單片彈簧距端點(diǎn)處的慣性矩;:第1片至第片彈簧慣性矩之和的倒數(shù):階梯形單片彈簧第片慣性矩:階梯形單片彈簧第片厚度,:階梯形單片彈簧各片寬度,:第1片至第片彈簧慣性矩之和的倒數(shù)用上式計(jì)算時,由于(總片數(shù)),故,而。2階梯形單片彈簧剛度彈簧剛度:(3.17)式中:?彈簧剛度修正系數(shù),取。利用(3.17)式計(jì)算出的彈簧剛度值,要比實(shí)際測得的剛度要大,這主要是由于計(jì)算中認(rèn)為彈簧片端部承受了彎矩,這一假設(shè)與實(shí)際情況不符。由于實(shí)際彈簧的側(cè)邊軋制成圓角,彈簧斷面慣性矩比理論值小,因此用(3.17)式計(jì)算彈簧剛度時,引用了一個剛度修正系數(shù)。一般彈簧片數(shù)多時取值下限,片數(shù)少時取上限。3階梯形單片彈簧應(yīng)力階梯形單片彈簧應(yīng)力與比應(yīng)力計(jì)算可按(3.11),(3.12)或(3.14),(3.15)式計(jì)算。3.2.2集中載荷法與共同曲率法假設(shè)相反,集中載荷法是假設(shè)各彈簧片在片端接觸,因此彈簧片間力的傳遞僅在彈簧片端進(jìn)行,這對于彈簧片之間有鑲塊或襯片的鋼板彈簧是比較合適的。圖(3.7)是按這一假設(shè)建立的鋼板彈簧示意圖,彈簧片一端固定,另一片通過滾柱與上一片彈簧接觸。1彈簧片端負(fù)荷假設(shè)主片卷耳處負(fù)荷為,其它各片在端點(diǎn)處產(chǎn)生的力為,根據(jù)兩相鄰簧片在接觸點(diǎn)處變形相等原理,可求出作用在各片端部負(fù)荷。在推導(dǎo)彈簧各片片端負(fù)荷之前,將有關(guān)的梁變形基本公式列入表3.2中?，F(xiàn)在討論第片彈簧端點(diǎn)的變形。由于第片在點(diǎn)變形等于第片彈簧在端點(diǎn)處變形,如果彈簧各片端部壓延(表3.2),那么可以得到下面等式:計(jì)算第片彈簧端點(diǎn)的變形時,僅是第片彈簧的壓延或倒角與變形有關(guān)。表3.2中的彈簧片端部形狀系數(shù)的計(jì)算,是假設(shè)端部壓延長度或端部切角長度等于相鄰兩彈簧長度差,顯然當(dāng)簧片端部為矩形時,。表3.2單片彈簧變形基本公式單片彈簧 彈簧在A點(diǎn)變形端部是矩形簧片端部是三角形簧片端部倒角簧片端部壓延簧片上式經(jīng)整理后得:(3.18),而對最后一片彈簧,令,而,此時(3.18)式寫成:(3.19)令(3.20)當(dāng)彈簧各片片端為矩形時:(3.21)由(3.18),(3.19),(3.20),(3.21)式,得出計(jì)算各片端部負(fù)荷的方程組:(3.22)方程組(3.22)是次線性方程組,計(jì)算各片端部負(fù)荷時,從最后一個方程式開始,把值用表示,并代入前面一個方程組,依次代入第一個方程式中,得到只有和的關(guān)系式,由此求出作用在各片端部負(fù)荷、…值。2彈簧剛度由于彈簧總成在卷耳孔處變形δ等于主片在該點(diǎn)處變形δ1,因此如果能知道主片在卷耳孔處變形,就能求出彈簧剛度。主片在、力作用下,在卷耳孔處變形(圖3.8),為:3.23如果主片是二片等長彈簧,上式又可寫成:彈簧剛度K計(jì)算式為:(3.24)主片是等長二片彈簧:式中?主片斷面慣性矩,。彈簧應(yīng)力當(dāng)知道各片彈簧受力情況下,就能很容易求出各片應(yīng)力。彈簧各片根部應(yīng)力計(jì)算公式為:3.25相鄰兩彈簧片接觸點(diǎn)處應(yīng)力為:3.26無論采用共同曲率法還是集中載荷法,由于采用的假設(shè)與實(shí)際的多片彈簧不一樣,因此計(jì)算結(jié)果都有一定誤差。一般說,用共同曲率法計(jì)算出的彈簧剛度值要比用集中載荷法大,而彈簧應(yīng)力除了末片之外,用共同曲率法計(jì)算的應(yīng)力值與實(shí)測值比較接近。3.2.3U形螺栓夾緊時彈簧剛度和應(yīng)力確定鋼板彈簧用U形螺栓夾緊后,部分彈簧長度將不起彈性作用,稱之無效長度。這部分長度除了與U形螺栓夾緊距有關(guān)外,還與下列因素有關(guān)。a.彈簧底座和蓋板的長度和剛度;b.彈簧與底座或蓋板之間是否有軟墊;c.U形螺栓夾緊力矩和U形螺栓強(qiáng)度。彈簧無效長度一般取,彈簧有效長度為:()(3.27)式中?無效長度系數(shù),一般取;?U形螺栓夾緊距,。按式(3.10)、(3.17)、(3.24)計(jì)算彈簧剛度時,用伸直長度L值計(jì)算出的剛度是自由剛度,用有效長度Le值計(jì)算出的剛度是夾緊剛度。自由剛度用于檢測彈簧特性是否能滿足設(shè)計(jì)要求,而夾緊剛度是用于計(jì)算懸架頻率和新彈簧設(shè)計(jì)時選擇彈簧尺寸參數(shù)。計(jì)算彈簧夾緊剛度時,也可以采用下面簡化公式計(jì)算。(3.28)式中?彈簧自由剛度,;?彈簧夾緊剛度,。計(jì)算彈簧在夾緊狀態(tài)時應(yīng)力和比應(yīng)力時,式(3.11)、(3.12)、(3.14)、(3.15)中的值應(yīng)用有效長度值。3.2.4彈簧許用應(yīng)力對于或等材料,表面經(jīng)應(yīng)力噴丸處理后,推薦彈簧應(yīng)力值在下列范圍內(nèi):彈簧滿載靜應(yīng)力前彈簧后主彈簧后副彈簧平衡懸架彈簧彈簧比應(yīng)力載貨汽車前、后彈簧載貨汽車后懸架副彈簧越野車平衡懸架彈簧彈簧極限應(yīng)力鋼板彈簧在極限動行程時的應(yīng)力值稱之極限應(yīng)力,極限應(yīng)力許用值為:一般彈簧平衡懸架彈簧彈簧許用應(yīng)力與汽車使用條件、懸架結(jié)構(gòu)及彈簧制造工藝有關(guān),因此選取彈簧許用應(yīng)力時,應(yīng)根據(jù)具體情況而定,一般說靜撓度大的彈簧,許用靜應(yīng)力可取上限,而比應(yīng)力應(yīng)取下限。圖3.9是美國汽車工程師學(xué)會(SAE)和原蘇聯(lián)李哈喬夫汽車廠推薦的彈簧許用應(yīng)力曲線圖。其中SAE推薦的許用應(yīng)力范圍是兩條直線形成的區(qū)間,這兩條直線可用下式表示。(3.29)式中;。許用比應(yīng)力為:(3.30)蘇聯(lián)李哈喬夫汽車廠推薦的許用應(yīng)力范圍是幾組拋物線,可用下式表示。(3.31)不同的車型,不同,在圖3.9中,取值如下。組曲線適用于公共汽車前、后彈簧及工作條件差的載貨汽車前彈簧,;組曲線適用于載貨汽車前彈簧、后副彈簧及轎車后彈簧,;組曲線適用于載貨汽車后主彈簧,;組曲線適用于越野汽車平衡懸架彈簧,;許用比應(yīng)力為:(3.32)從圖3.9可看出,無論是SAE曲線還是李哈喬夫汽車廠都是推薦靜撓度大的彈簧,選用大的許用應(yīng)力,而比應(yīng)力可選小些。但SAE曲線推薦的許用應(yīng)力沒有考慮不同車型的使用條件,這是它的不足。計(jì)算示例3-1彈簧幾何尺寸列于表3.3,滿載時簧上負(fù)荷,彈簧U形螺栓夾緊距,計(jì)算彈簧剛度和應(yīng)力。1按共同曲率法計(jì)算:由表3.3計(jì)算得:彈簧總慣性矩,彈簧總斷面系數(shù),彈簧各片斷面系數(shù)。表3.3彈簧幾何尺寸片號 各片長度 各片有效長度 各片厚度 各片寬度1 1150 1104.5 6.5 702 1150 1104.5 6.5 703 886 840.5 6.5 704 622 576.5 6.5 705 356 310.5 6.5 70下面分別用梯形單片彈簧和階梯形單片彈簧方法進(jìn)行計(jì)算:①將彈簧展開成梯形單片彈簧由3.9式計(jì)算得撓度增大系數(shù),用式(3.10)計(jì)算得彈簧自由剛度。彈簧無效長度系數(shù)取0.5,用(3.28)式計(jì)算得彈簧夾緊剛度。彈簧在U形螺栓夾緊處應(yīng)力和比應(yīng)力由(3.11)、(3.12)式,,。②將彈簧展開成階梯形單片彈簧用式(3.17)計(jì)算彈簧自由剛度時,為計(jì)算方便將公式列成3.4表格進(jìn)行計(jì)算。表3.4彈簧自由剛度列表計(jì)算片號 1 575 ? 1602 0.000624 ? ? ?2 575 0 3204 0.000312 0.000312 0 03 443 132 4806 0.008 0.000104 2299968 239.19664 311 264 6408 0.000156 0.000052 18399744 956.785 178 397 8010.9 0.000125 0.000031 62570773 1939.69575 ? ? 0.000125 45555 23763.6由式(3.17)用有效長度計(jì)算彈簧夾緊剛度:。2按集中載荷法計(jì)算:首先計(jì)算彈簧各片端部載荷,由式(3.20)求出,、、值(表3.5),由于彈簧端部不壓延,。表3.5、、值序號1 575 1602 ? ? ? ?2 575 1602 1 1 -2 0.66173 443 1602 1 1.447 -2 0.56624 311 1602 1 1.637 -2 0.39765 178 1602 1 2.121 -2 0由式(3.22):解方程組得;;;;將代入上面各式得:;;;;用式(3.24)計(jì)算彈簧自由剛度K:用式(3.28)計(jì)算彈簧夾緊剛度用式(3.25)計(jì)算U形螺栓夾緊處各片應(yīng)力(圖3.10)。第1片應(yīng)力第2片應(yīng)力第3片應(yīng)力第4片應(yīng)力第5片應(yīng)力用式(3.26)計(jì)算相鄰兩簧片接觸點(diǎn)應(yīng)力:第2片與第3片:第3片與第4片:第4片與第5片: 需要說明一點(diǎn)的是,彈簧各片用實(shí)際長度值和用有效長度值計(jì)算出的各片端部載荷是不一樣的,因此示范例中所計(jì)算的應(yīng)力有一定誤差。3.3鋼板彈簧斷面尺寸和主片長度的確定如果知道了懸架靜撓度值,那么由下式可以求出期望的彈簧剛度值(夾緊剛度)。(3.33)利用式(3.10),從期望的彈簧剛度值可計(jì)算出彈簧斷面尺寸和長度。1)初步確定彈簧撓度增大系數(shù)(或)。先確定與主片等長的片數(shù),然后估算總片數(shù)n,由式(3.9)初步計(jì)算出撓度增大系數(shù)值。選擇彈簧總片數(shù)時,盡可能使片數(shù)少些,這不僅可以減少彈簧片間摩擦,而且便于彈簧生產(chǎn)制造。2)確定彈簧有效長度。由U形螺栓夾緊矩和總布置給定的彈簧伸直長度,用式(3.27)初步確定出彈簧有效長度值。3)求彈簧總慣性矩。由式(3.10)計(jì)算出彈簧總慣性矩后,可以確定彈簧片數(shù)、片寬、片厚。①彈簧寬度選取。增加彈簧寬度,可以減少彈簧總片數(shù),并能增加卷耳強(qiáng)度。但是,增加片寬后,汽車側(cè)傾時增加彈簧片扭曲應(yīng)力。對前懸架來說,為保證轉(zhuǎn)向車輪有一定轉(zhuǎn)向空間,增加片寬受到一定限制。②彈簧厚度選取。由于彈簧總慣性矩和彈簧厚度的三次方成正比,稍許增加彈簧厚度,就可以減少片數(shù)。因此在滿足彈簧使用壽命的前提下,應(yīng)盡可能選擇片厚的彈簧。另外,選擇彈簧厚度時,同一副彈簧的不同厚度的組數(shù)越少越好,希望各片厚度能相等。彈簧尺寸參數(shù)(彈簧長度、寬度、厚度及片數(shù))確定后,應(yīng)重新按式(3.10)對彈簧剛度進(jìn)行驗(yàn)算。如果彈簧剛度不能滿足設(shè)計(jì)要求,應(yīng)重新進(jìn)行計(jì)算。除了對彈簧剛度進(jìn)行驗(yàn)算外,還應(yīng)對彈簧強(qiáng)度進(jìn)行核算,按式(3.11)、(3.12)或(3.14),(3.15)計(jì)算的彈簧應(yīng)力和比應(yīng)力應(yīng)在推薦的范圍內(nèi)。如果所選的彈簧尺寸參數(shù)不能滿足強(qiáng)度要求,則應(yīng)重新計(jì)算,直至所選定的彈簧尺寸參數(shù)滿足彈簧剛度和強(qiáng)度要求為止。最后確定的彈簧寬度與厚度應(yīng)符合有關(guān)彈簧尺寸標(biāo)準(zhǔn)(彈簧鋼GB1222)規(guī)定。3.4鋼板彈簧各片長度的確定當(dāng)已經(jīng)知道了彈簧主片長度及彈簧寬度、厚度、片數(shù)后,就可以計(jì)算彈簧各片長度。確定各片長度時,應(yīng)盡可能使各片應(yīng)力及其應(yīng)力分布合理,以達(dá)到各片等壽命。確定彈簧各片長度有兩種方法,即共同曲率法和集中載荷法。1)共同曲率法該方法是基于彈簧各片展開圖接近于梯形梁形狀這一實(shí)際情況,用作圖法來確定彈簧各片長度的方法。具體作法是:作一直線(圖3.11),代表中心螺栓軸線,在直線上按照同一比例尺,依次截取簧片厚度的立方值,再沿橫坐標(biāo)量出主片長度之半和U形螺栓中心距之半值,得、兩點(diǎn),連接、得到鋼板彈簧展開圖。從截取的各片厚度點(diǎn)作一直線與直線相交,即可求出彈簧各片長度。利用圖3.11的方法可求出各片等厚和不等厚時各片的長度。如果主片是等長時,應(yīng)從點(diǎn)到第二片端點(diǎn)連一直線,如圖3.11b的直線。各片等厚的彈簧,由于各片長度差值相等,因此也可以按比例計(jì)算彈簧各片長度,不一定作圖。對于裝有夾箍的簧片,可以適當(dāng)加長片長,以便于安裝夾箍。2)集中載荷法該方法是按照集中載荷法假設(shè),根據(jù)所設(shè)定的彈簧各片應(yīng)力分布狀況,確定彈簧各片長度的方法。彈簧沿片長應(yīng)力分布狀況有三種形式(圖3.12),從合理利用彈簧材料角度出發(fā),圖3.12c所示彈簧片應(yīng)力分布比較合理,它接近于等強(qiáng)度梁,但是這種分布對受力復(fù)雜的主片是不太理想的。對主片來說,圖3.12a的應(yīng)力分布比較合理。圖3.12b所示的應(yīng)力分布,除特殊情況外,一般不用。下面用應(yīng)力分布系數(shù)來確定彈簧各片長度。(3.34)式中?U螺栓夾緊處第片應(yīng)力,?第與接觸點(diǎn)處的應(yīng)力,如果給出各片的應(yīng)力分布系數(shù)便可以知道各片彈簧的應(yīng)力,由式(3.25),(3.26)可以求出彈簧各片長度。表3.6推薦的應(yīng)力分布系數(shù)供參考選用。表3.6彈簧各片應(yīng)力分布系數(shù)鋼板彈簧主片 第二片 第三片 其余各片第一、二片等長 0.6~0.8 0.6~0.8 0.7~0.9 1.0所以各片長度不等 0.6~0.8 0.7~0.9 0.9~1.0 1.0計(jì)算示例3-2彈簧主片長,第一片與第二片等長,片寬成,各片厚,共5片,彈簧U形螺栓夾緊矩,求彈簧各片片長。由于彈簧各片厚度相等,可以按比例計(jì)算出彈簧各片長度。第1片與第2片半長;第3片半長;第4片半長;第5片半長。3.5鋼板彈簧各片預(yù)應(yīng)力及弧高3.5.1鋼板彈簧各片預(yù)應(yīng)力確定由于各片鋼板彈簧在自由狀態(tài)下曲率半徑不等,用中心螺栓將各片彈簧夾緊時,各片曲率半徑將發(fā)生變化,并產(chǎn)生預(yù)加應(yīng)力,鋼板彈簧在未承受外加負(fù)荷時,這種應(yīng)力就已經(jīng)存在了,由于各片彈簧存在預(yù)應(yīng)力,當(dāng)彈簧承載時彈簧各片應(yīng)力狀態(tài)將重新發(fā)生變化。下面用共同曲率法計(jì)算各片彈簧因曲率變化產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力。假設(shè)裝配好的鋼板彈簧各片彼此完全接觸,而且每一片彈簧在自由狀態(tài)或裝配成總成后,沿整個長度曲率半徑都相等?；谶@種假設(shè),各片彈簧在裝配時,彈簧變形可看成是純彎曲,彈簧各片端作用大小相等,方向相反的力矩。由材料力學(xué),作用在任一彈簧片上的彎矩與曲率半徑變化值之間關(guān)系(圖3.13)可用下式所示:3.35式中::第片彈簧各斷面的彎矩,:第片彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑,:第片彈簧在裝配后的曲率半徑,:第片彈簧斷面慣性矩,彈簧預(yù)應(yīng)力與彎矩及裝后斷面系數(shù)之間關(guān)系式:將上式代入(3.35)式得出:(3.36)假設(shè)各片彈簧均為矩形斷面,裝配后的各片彈簧曲率半徑等于彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑,各片彈簧上的預(yù)應(yīng)力可以寫成:(3.37)式中:第片彈簧片厚,:彈簧總成在自由狀態(tài)下曲率半徑,如果知道彈簧總成自由狀態(tài)下的曲率半徑和預(yù)加在各片彈簧上的預(yù)應(yīng)力,那么由(3.37)式可求出各片彈簧在自由狀態(tài)下的曲率半徑(3.38)彈簧各片預(yù)應(yīng)力的選擇,原則上應(yīng)考慮以下幾個因素。a.彈簧各片未裝配前,各片間隙不要相差太大,各片裝配后,應(yīng)使各片能很好配合。b.由于主片受力復(fù)雜,為保證主片及長片有較長使用壽命,希望適當(dāng)降低主片及長片應(yīng)力?；谏鲜鲈?選擇各片預(yù)應(yīng)力時,片厚相等的鋼板彈簧,各片預(yù)應(yīng)力值不宜過大。對片厚不等的彈簧,厚片預(yù)應(yīng)力大一些。一般推薦主片在根部的工作應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力疊加后的合成應(yīng)力約為,短片根部合成應(yīng)力約,1~4片長片彈簧應(yīng)預(yù)加負(fù)的應(yīng)力,短片彈簧為正的預(yù)應(yīng)力,預(yù)應(yīng)力由負(fù)值逐漸遞增至正值。3.5.2各片彈簧弧高確定假設(shè)第片彈簧伸直長度,簧片曲率半徑RK,那么第片彈簧的弧高(圖3.14):如果僅取頭二項(xiàng),并代入(3.39)式,得到:(3.40)帶卷耳孔的主片彈簧,如果計(jì)入卷耳孔半徑,彈簧弧高值計(jì)算見(3.69)式。為了使彈簧總成在車上能很好夾緊,當(dāng)彈簧各片較厚時,比較多的都是將彈簧各片作成雙曲率(圖3.15),由于中間平直段部分不產(chǎn)生弧高,因此計(jì)算彈簧各片弧高時,彈簧作用長度應(yīng)減掉壓平部分長度。3.6鋼板彈簧總成自由弧高及總成裝配后弧高3.6.1鋼板彈簧總成自由弧高鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下弧高是由滿載弧高、靜撓度及彈簧總成在U形螺栓夾緊后引起的弧高變化三部分組成。(3.41)弧高變化量取決于U形螺栓夾緊距和值大小。假設(shè)彈簧總成在自由狀態(tài)下是單圓弧,并假設(shè)彈簧總成在U形螺栓夾緊部分被壓平,下面推導(dǎo)彈簧弧高變化量計(jì)算式:彈簧總成被U形螺栓夾緊壓平后,夾緊部分在負(fù)荷作用點(diǎn)處的變形應(yīng)等于U形螺栓夾緊長度的弧高值(圖3.16),即:由此可以得到U形螺栓夾緊壓平時所需的力:3.42式中::鋼板彈簧總成總的斷面慣性矩:彈簧總成自由狀態(tài)時曲率半徑U形螺栓夾緊處在力作用下,彈簧卷耳中心處變形(見表3.2):將(3.42)式代入上式整理后得:3.43式中::主片伸直長度彈簧總成在自由狀態(tài)下總成曲率半徑:3.443.6.2鋼板彈簧裝配后總成弧高如果知道彈簧各片曲率半徑后,彈簧各片用中心螺栓夾緊后彈簧總成曲率半徑Ro可根據(jù)平衡狀態(tài)時最小勢能原理求出。為使計(jì)算簡便可行,假設(shè)彈簧各片組裝后的總成具有共同的曲率,即組裝后各片彈簧曲率半徑相同,并且組裝后的總成仍為半圓弧。如果已知各片全長為,,……,慣性矩,,……,自由狀態(tài)時曲率半徑,,……。第k片彈簧曲率半徑由變成總成曲率半徑后勢能為:片彈簧夾緊后的總勢能為:為求最小勢能所對應(yīng)的值,對上式求極限,并令:得到(3.45)如果各片彈簧厚度相等(3.45)式又可寫成:(3.46)(3.45)式,(3.46)式對非稱彈簧也適用。計(jì)算示例3-3彈簧已知參數(shù)同計(jì)算示例3-1(見3.2節(jié)),彈簧滿載弧高,計(jì)算彈簧總成自由狀態(tài)弧高和各片曲率半徑。由式(3.33)計(jì)算得彈簧滿載靜變形;由式(3.43)計(jì)算得U形螺栓夾緊時引起弧高變化量為;由式(3.41)計(jì)算得彈簧總成自由弧高;由式(3.44)計(jì)算得彈簧總成在自由狀態(tài)下曲率半徑。依據(jù)表3.7給出的各片預(yù)應(yīng)力,按式(3.38)計(jì)算彈簧各片曲率半徑。由式(3.46)計(jì)算彈簧裝配后總成曲率半徑,基本滿足設(shè)計(jì)要求值。表3.7彈簧各片預(yù)應(yīng)力和曲率半徑序號 各片長度 各片預(yù)應(yīng)力 各片曲率半徑1 1150 -11 20732 1150 -4 1709.53 886 +3 1454.54 622 +9 1289.65 356 +15 1158.33.8鋼板彈簧片間摩擦和動剛度鋼板彈簧變形時,由于彈簧片間相對位移產(chǎn)生摩擦,圖3.19所示的彈性特性曲線中,CDA曲線是彈簧加載過程,ABC曲線是卸載,面積ABCD是由摩擦阻力作的功。片間摩擦阻力可以起到衰減振動作用,阻力越大衰減越快。一般是希望片間摩擦阻力小些好,這樣可以減小因片間摩擦產(chǎn)生的彈簧振動噪聲。另外從改善汽車行駛舒適性角度看,也希望片間摩擦阻力不要太大,過大的摩擦阻力不利于汽車減振器有效的工作。減小片間摩擦阻力有以下措施:a:在彈簧各片間涂石墨潤滑脂,但由于潤滑脂易外流,使用一段時間失去效用。b:在彈簧片間加耐磨塑料墊片,或是在片端放置橡膠(或塑料)墊塊,減少彈簧片間接觸面積。c:彈簧設(shè)計(jì)時,盡量減少彈簧片數(shù),如采用少片變截面彈簧等。上面談到的是希望片間摩擦阻力小些好,但也有的時候希望彈簧片間摩擦阻力大些好,如驅(qū)動橋懸架,由于發(fā)動機(jī)扭矩變化,引起鋼板彈簧?傳動軸系統(tǒng)發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振,這種共振通過鋼板彈簧傳遞到車身(或車廂)內(nèi)產(chǎn)生振動噪聲。由于汽車減振器對控制扭轉(zhuǎn)振動不十分有效,因此一般都用增加彈簧片間摩擦阻力方法控制車橋扭轉(zhuǎn)振動,除此之外,也有的把減振器布置在車橋前后側(cè)或采用非對稱鋼板彈簧等措施。在圖3.19中,彈簧加載時的直線方程:3.57卸載時直線方程:3.58式中::等價摩擦系數(shù),:彈簧平均剛度,或是說不計(jì)彈簧片間摩擦?xí)r的彈簧剛度,:彈簧變形,彈簧加載時剛度:,卸載時剛度:。圖3.19中,直線AC的斜率稱之為彈簧動剛度。當(dāng)彈簧振幅比較小時,動剛度值較大,隨彈簧振幅增加,動剛度值變小,當(dāng)振幅增加到一定值時,彈簧動剛度接近于不計(jì)彈簧片間摩擦?xí)r的剛度值。3.9鋼板彈簧吊耳對懸架剛度的影響鋼板彈簧在車上安裝時,一般是一端固定,另一端通過吊耳與車架(或車身)相連。吊耳在車上安裝的情況如圖3.20所示。ab圖3.20圖中a結(jié)構(gòu)是汽車上常見的布置型式,而b結(jié)構(gòu)使用的相對較少,彈簧反彈時吊耳很容易翻轉(zhuǎn)過來,使吊耳在不正常狀態(tài)下工作。c、d結(jié)構(gòu)又稱反吊耳結(jié)構(gòu),這種方案對降低車身高度或是把彈簧(后懸架)布置成前低后高比較方便,在客車和輕型貨車上采用的比較多。在上述四種吊耳結(jié)構(gòu)中,他們的工作特點(diǎn)是:a、b結(jié)構(gòu)吊耳在工作中受壓,而c、d結(jié)構(gòu)吊耳受拉。對彈簧主片來說,a、d結(jié)構(gòu)主片在工作狀態(tài)時受拉,而b、c結(jié)構(gòu)主片受壓。鋼板彈簧變形時,吊耳擺動使彈簧兩卷耳孔中心距產(chǎn)生相應(yīng)變化,由于吊耳參與彈簧變形運(yùn)動,導(dǎo)致彈簧剛度(U型螺栓夾緊剛度)明顯不等于懸架剛度。由圖3.21、圖3.22曲線可看出,當(dāng)彈簧載荷、弧高、吊耳長度以及吊耳安裝角度變化時,懸架剛度也將產(chǎn)生不同變化。對圖3.21,圖3.22中曲線作以下幾點(diǎn)說明:彈簧是對稱鋼板彈簧。圖中懸架剛度是用相對于彈簧剛度(U型螺栓夾緊剛度)的比值表示的。圖中所示的彈簧變形值,不同于實(shí)際鋼板彈簧變形值,它是把彈簧轉(zhuǎn)化成三連桿機(jī)構(gòu)后(圖3.23),用相對于伸直狀態(tài)時的變形值表示,當(dāng)彈簧變形大于平直狀態(tài)時為正值,反之變形為負(fù)值。三連桿機(jī)構(gòu)值為:圖3.23.a圖3.23.b式中::鋼板彈簧變形值:彈簧垂直變形時,吊耳端位移值:在主片中性層位置時的卷耳半徑:卷耳孔直徑:主片厚吊耳角度是指彈簧伸直狀態(tài)時的角度彈簧變形值、弧高、吊耳長度都是用相對彈簧長度的比值表示的由圖3.21曲線看出,a、b結(jié)構(gòu)彈簧在大負(fù)荷下工作時,懸架剛度將減少。另外,當(dāng)?shù)醵L度越短,吊耳角度越大時,懸架剛度明顯的比彈簧剛度小。懸架剛度隨負(fù)荷增大而變小是懸架設(shè)計(jì)不希望的,為彌補(bǔ)這種懸架特性的不足,應(yīng)該用大容量的橡膠限位塊或加強(qiáng)副簧承載能力。c、d結(jié)構(gòu)吊耳(圖3.22),彈簧在大負(fù)荷下工作時,懸架剛度將增加。圖3.24是同一種彈簧在同一載荷下由試驗(yàn)測得的三種不同吊耳角度的懸架振動頻率。從降低懸架頻率角度看,采用b種反吊耳結(jié)構(gòu)比較好。3.10鋼板彈簧強(qiáng)制動時強(qiáng)度校核前鋼板彈簧設(shè)計(jì)還應(yīng)校核強(qiáng)制動時的彈簧強(qiáng)度,以免在彈簧U形螺栓夾緊處產(chǎn)生縱扭塑變或卷耳損壞。這對重心較高、長度較短的前簧更有必要作強(qiáng)度校核。汽車制動時作用在鋼板彈簧上的力和力矩。汽車靜止時,前后軸上的負(fù)荷,分別為(3.59)式中::汽車總重,,:分別為汽車質(zhì)心至前后軸的距離,圖3.25是汽車制動時的受力情況。如不計(jì)空氣阻力和滾動阻力,汽車制動時,路面附著系數(shù)取一定值(一般取)。由圖3.25,對后輪接地點(diǎn)取力矩得:對前輪接地點(diǎn)取力矩得:式中:、:分別為前后軸轉(zhuǎn)移后的負(fù)荷,:汽車質(zhì)心高度,:汽車質(zhì)量,:汽車減速度,如果汽車制動時前后輪都抱死,作用在整車質(zhì)心上制動力或。地面作用于前后軸上法向反作用力為:3.60比較3.59式3.60式可看出,由于汽車制動,前輪載荷增加,而后輪載荷減少,其增加(或減少)值為:3.61如果輪胎有效半徑為。由3.60式,作用在前后鋼板彈簧座上的水平力和單邊及制動力矩、單邊分別為:3.62前簧在U形螺栓夾緊處的縱扭平均應(yīng)力汽車制動時,前簧的后半段彈簧的總彎曲應(yīng)力最大,它除了由垂直負(fù)荷產(chǎn)生的應(yīng)力外,還要疊加由制動力矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,前簧后半段U形螺栓夾緊處的總平均應(yīng)力為:3.63式中::前簧伸直長度,:前簧有效長度(見3.2.3節(jié)),:軸荷轉(zhuǎn)移后的前簧簧上負(fù)荷,:前簧簧下負(fù)荷,:前簧U形螺栓夾緊處總斷面系數(shù),鋼板彈簧卷耳強(qiáng)度校核鋼板彈簧卷耳傳遞制動力或驅(qū)動力時,主片卷耳根部受到彎曲和拉壓組合作用(圖3.26)。制動時,前簧卷耳應(yīng)力:3.64式中::卷耳孔內(nèi)徑,、:彈簧主片寬度、厚度,一般推薦卷耳許用應(yīng)力必要時后簧也要進(jìn)行制動工況和最大驅(qū)動工況時的卷耳強(qiáng)度校核,計(jì)算方法與上述類似,本文從略。鋼板彈簧銷和襯套擠壓應(yīng)力校核鋼板彈簧銷及襯套的擠壓應(yīng)力可按下式計(jì)算3.65式中??滿載靜止時鋼板彈簧端部負(fù)荷,;??彈簧銷軸直徑,。材料為30號或40號鋼,經(jīng)氰化處理的彈簧銷許用擠壓應(yīng)力一般為。材料為20號鋼或20Cr鋼經(jīng)滲碳處理或45號鋼高頻淬火后許用應(yīng)力。3.11鋼板彈簧導(dǎo)向特性由于鋼板彈簧兼有導(dǎo)向元件作用,因此鋼板彈簧的運(yùn)動特性就確定了車輪相對車架的運(yùn)動軌跡,鋼板彈簧的變形運(yùn)動與汽車制動特性,轉(zhuǎn)向特性等有著密切的關(guān)系,因此懸架設(shè)計(jì)時必須對鋼板彈簧運(yùn)動學(xué)進(jìn)行計(jì)算。下面介紹美國“汽車工程學(xué)會”推薦的板簧主片中點(diǎn)軌跡計(jì)算方法。為簡化起見,假設(shè)鋼板彈簧主片形狀是一個半徑隨載荷而變化的圓弧,鋼板彈簧為上卷耳式對稱彈簧。取彈簧固定卷耳中心為坐標(biāo)原點(diǎn),鋼板彈簧主片中點(diǎn)P(圖3.27)相對平直狀態(tài)的運(yùn)動軌跡方程應(yīng)為:3.66式中::主片卷耳半徑,:主片伸直長度之半長,:主片曲率半徑,:半徑和弧長所夾中心角,由于,(3.66)又可寫成:(3.67)上式為主片中心點(diǎn)的運(yùn)動軌跡表達(dá)式,如果給出一個值,即可求出值。(3.67)表達(dá)式又可近似用下式表示:由于中心角值很小,如果把(3.67)式中展開成的冪級數(shù):如果忽略不計(jì)值,3.67式的表達(dá)式為:3.68將上式代入(3.67)式中表達(dá)式:如果將展開成的冪級數(shù):(3.67)式中表達(dá)式又可寫成:3.69(3.69)式則為主片中點(diǎn)P的運(yùn)動軌跡的近似表達(dá)式。上式實(shí)際上就是以高出卷耳孔中心的點(diǎn)為圓心,以長為半徑的圓弧(圖3.28),具體說明如下;(3.69)式是一個拋物線方程,對(3.69)式求導(dǎo),并令,得到拋物線頂點(diǎn)坐標(biāo):當(dāng)彈簧弧高時,取最大值,即P點(diǎn)軌跡圓心必在的水平線上。對(3.69)式求二階導(dǎo)數(shù)得:又因因此故得P點(diǎn)軌跡的圓半徑。如果鋼板彈簧兩卷耳孔不是水平布置的,可以通過直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換求出主片中點(diǎn)和值。對于對稱鋼板彈簧來說,在垂直負(fù)荷作用下,主片中心部位的運(yùn)動是平移運(yùn)動,因此可用平行四邊形作圖法求出車軸上相關(guān)各點(diǎn)的運(yùn)動軌跡,圖3.29是用主片中點(diǎn)運(yùn)動軌跡方法校核鋼板彈簧與轉(zhuǎn)向縱拉桿運(yùn)動軌跡干涉情況。圖中:點(diǎn)是轉(zhuǎn)向節(jié)臂球頭中心,點(diǎn)也是固定在鋼板彈簧上的一點(diǎn)點(diǎn)是轉(zhuǎn)向垂臂球頭中心點(diǎn)是鋼板彈簧主片中心點(diǎn)是鋼板彈簧卷耳孔中心點(diǎn)是車輪中心鋼板彈簧與轉(zhuǎn)向縱拉桿運(yùn)動軌跡作圖法:以和長度求出主片中點(diǎn)軌跡的圓心點(diǎn)。用平行四邊形法求出B點(diǎn)運(yùn)動軌跡的圓心點(diǎn),弧為B點(diǎn)繞點(diǎn)的運(yùn)動軌跡。圓弧為點(diǎn)繞轉(zhuǎn)向垂臂球頭中心點(diǎn)的運(yùn)動軌跡。4)在和圓弧上,分別截取上跳和反彈極限行程、在圓弧上交點(diǎn)、點(diǎn),在圓弧上交點(diǎn)、點(diǎn)。由作圖法得到、,即為鋼板彈簧與轉(zhuǎn)向縱拉桿運(yùn)動軌跡的干涉量,為使車輪上下跳動時不出現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動干涉,應(yīng)使、值盡量小,從滿足轉(zhuǎn)向與鋼板彈簧運(yùn)動協(xié)調(diào)角度看,轉(zhuǎn)向垂臂球頭中心點(diǎn)應(yīng)布置在鋼板彈簧主片中點(diǎn)運(yùn)動軌跡圓心點(diǎn)附近,最好布置在點(diǎn)附近。同樣,用鋼板彈簧主片中點(diǎn)運(yùn)動學(xué),可以確定汽車的軸轉(zhuǎn)向特性,制動時因鋼板彈簧縱扭變形引起的汽車自動轉(zhuǎn)向,除此之外,還可以確定傳動軸長度的變化量和傳動軸最大工作角度以及布置減振器工作位置,工作長度,行程等。還要說明一點(diǎn)是(3.69)式也是表示彈簧弧高值和卷耳孔中心距的關(guān)系式(圖3.30)。汽車車輛工程類畢業(yè)設(shè)計(jì)——載貨汽車車架及懸學(xué)科門類：單位代碼：畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）低速載貨汽車車架及懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 所學(xué)專業(yè) 班級 學(xué)號 指導(dǎo)教師 XXXXXXXXX系二○**年XX月摘要本課題結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，在農(nóng)用運(yùn)輸車的基礎(chǔ)上對低速載貨汽車車架及懸架系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：參與總體設(shè)計(jì)；車架、懸架結(jié)構(gòu)型式分析和主要參數(shù)的確定；車架、懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。整個設(shè)計(jì)過程遵循以下原則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：規(guī)范合理的型式和尺寸選擇，結(jié)構(gòu)和布置合理；保證整車良好的平順性能。工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整；盡量使用通用件，以便降低制造成本；在保證功能和強(qiáng)度的要求下，盡量減小整備質(zhì)量。低速載貨汽車上用得比較廣泛的是邊梁式車架和非獨(dú)立懸架，因?yàn)檫吜菏杰嚰芎头仟?dú)立懸架結(jié)構(gòu)簡單，比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，便于維修和改裝。考慮到車架和懸架在整車設(shè)計(jì)中的作用，首先進(jìn)行了車架、懸架的總體設(shè)計(jì)，然后對車架、懸架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最后對車架、懸架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力綜合分析，在次基礎(chǔ)上確定了它們的主要參數(shù)。關(guān)鍵詞：低速貨車，車架，懸架，設(shè)計(jì)謝謝朋友對我文章的賞識，充值后就可以下載說明書。我這里還有一個壓縮包，里面有相應(yīng)的word說明書（附帶：外文翻譯、調(diào)研報告）和CAD圖紙。需要壓縮包的朋友請聯(lián)系客服：1459919609。下載后我可以將壓縮包免費(fèi)送給你。需要其他設(shè)計(jì)題目直接聯(lián)系?。?！ABSTRACTThistopiccombinedproductionwiththeactualandbasedontheagriculturetransportvehiclefoundation,thelowspeedtruckframeandsuspensionsystemhavebeendesigned.Themaincontentofthedesigninclude:thedesignoftheparticipationsystem,analysisofthestructurepatternoftheframeandsuspensionanddeterminationofthemainparameter,designofthestructureoftheframeandsuspension.Duringtheentiredesignprocess,theprinciplesandthetechnicalstandardsarefollowed:thereasonablepatternandthesize,thestructureandarrangement;thegoodsmoothperformanceoftheentirevehicle;withreliablework,simplestructure,loadingandunloading,advantageousfortheserviceandtheadjustment;asfaraspossiblegeneralparts,inordertoreducethecostoftheproduction,thefunctionandtheintensityrequestareguaranteed,thequalityisreducedasfaraspossible.Thesideframeandnon-independentsuspensionareusedquitewidelyonthelowspeedtruck,becausethesideframeandnon-independentsuspensionstructurearesimple,economicalandpractical,advantageousfortheserviceandtherefit.Consideredthefunctionoftheframeandsuspensionintheentirevehicledesign,firstlythatthewholeoftheframeandsuspensionsystemiscarriedondesigning,thenthestructureoftheframeandsuspensionhavebeencarriedondesigning,finallythestressgeneralizedanalysisofthestructureoftheframeandsuspensionhasbeencarriedon,theirmainparameterhasbeendeterminedintheinferiorfoundation.Keywords：LowSpeedTruck，F(xiàn)rame，Suspension，design

目錄第1章前言 1第2章總體方案論證 22．1設(shè)計(jì)選型原則 22．2設(shè)計(jì)內(nèi)容 3第3章主要尺寸參數(shù)的選定 33．1外廓尺寸 33．2質(zhì)量參數(shù) 3第4章車架總成設(shè)計(jì) 44．1車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 44．2車架的技術(shù)要求 5第5章車架的設(shè)計(jì)計(jì)算 65．1車架的計(jì)算 65．2車架載荷分析 85．3車架彎曲強(qiáng)度的計(jì)算 85．4車架扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的計(jì)算 11第6章懸架的總成設(shè)計(jì) 146．1懸架的設(shè)計(jì)要求 146．2懸架的兩種形式 146．3懸架主要參數(shù)的確定 176．4鋼板彈簧的設(shè)計(jì) 20結(jié)論 23參考文獻(xiàn) 24致謝 25前言車架是汽車設(shè)計(jì)的重要，因?yàn)樗暮脡闹苯雨P(guān)系到車（操控、性能、安全、舒適b．保證整車良好的平順性能。c．工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，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)范目前農(nóng)不能滿足“三農(nóng)”市場需求，突出表現(xiàn)為一般產(chǎn)品生產(chǎn)能力過剩，技術(shù)水平低，質(zhì)量和維修服務(wù)水平差，而市場急需的產(chǎn)品不能滿足需求。2．2設(shè)計(jì)內(nèi)容a．參與總體設(shè)計(jì)；b．車架、懸架結(jié)構(gòu)型式分析和主要參數(shù)的確定；c．車架、懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第3章主要尺寸參數(shù)的選定3.1外廓尺寸我國對低速載貨汽車的限制尺寸是：總高不大于2.05米；總寬不大于2米；總長不大于6米。3.2質(zhì)量參數(shù)裝載質(zhì)量按要求取=1500kg整備質(zhì)量汽車的裝載量與整備質(zhì)量之比/稱為汽車的整備質(zhì)量利用系數(shù)。它表明單位汽車整備質(zhì)量所承受的汽車裝載質(zhì)量。參考國內(nèi)外同類型同級別的汽車整備質(zhì)量利用系數(shù)和查《汽車設(shè)計(jì)》表2-10，所以：在輕型載貨汽車之列,所以滿足設(shè)計(jì)要求取。量度車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，整車寬度確定后，車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、裝在車架內(nèi)側(cè)的發(fā)動機(jī)外廓寬度及懸置等尺寸確定。從提高整車的橫向穩(wěn)定性以及減小車架縱梁外側(cè)裝置件的懸伸長度來看，車架盡量寬些，同時前后部分寬度應(yīng)相等。以便簡化制造工藝和避免縱梁寬度變化處產(chǎn)生應(yīng)力集中。由（汽車設(shè)計(jì)）表2－25取的車架寬860mm。由總體設(shè)計(jì)取軸距2800mm。第4章車架總成設(shè)計(jì)4．1車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)車架是支撐、連接汽車備總成的零部件，并承受來自車內(nèi)外的各種載荷的基礎(chǔ)構(gòu)件。傳統(tǒng)的梯形車架由于其所起到的緩沖、隔振、降低噪聲、延長車身使用壽命等特點(diǎn)及生產(chǎn)上的繼承性、工藝性等原因仍廣泛應(yīng)用在大型掛車上。貨車車架應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠?。同時要求其質(zhì)量盡可能小。此外，車架應(yīng)布置得離地面近一些，以降低整車重心位置，有利于提高汽車行駛的穩(wěn)定性。圖4-1車架結(jié)構(gòu)示意圖縱梁形式的確定縱梁是車架的主要承載部件，在汽車行駛中受較大的彎曲應(yīng)力。車架縱梁根據(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、工藝簡單等特點(diǎn)，因此在載貨汽車設(shè)計(jì)中選用槽形梁結(jié)構(gòu)。另外為了滿足低速載貨汽車使用性能的要求，縱梁采用直線形結(jié)構(gòu)。這樣既可降低縱梁的高度，減輕整車自身重量，降低成本，亦可保證強(qiáng)度。材料選用16Mn低合金鋼，16Mn低合金鋼在強(qiáng)度,塑性,可焊性方面能較好地滿足剛結(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。橫梁形式的確定橫梁是車架中用來連接左、右縱梁，構(gòu)成車架的主要構(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，可以保證車架具有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。從早期通過試驗(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，可以提高整個車架的扭轉(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)果是增加了車架的扭轉(zhuǎn)剛度，同時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，對車機(jī)架的扭轉(zhuǎn)剛度有大的影響。三種：車架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。車架B：槽型縱梁、型橫梁，橫、縱梁間采用鉚接連接，扭轉(zhuǎn)剛度適中。車架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。從以上三種車架的對比可以看出：，而在車架前橫梁及轉(zhuǎn)向器范圍內(nèi)應(yīng)為860。b.車架總成左右縱梁上表面應(yīng)在同一平面內(nèi)，其不平度在全長上不大于3.0，且在轉(zhuǎn)向器固定處，該表面與縱梁側(cè)面的垂直度應(yīng)不大于0.5。c.車架總成駕駛室前后固定點(diǎn)的相對位置尺寸應(yīng)符總裝圖要求，駕駛室后支點(diǎn)與前支點(diǎn)高度差為10。d.在車架總成上，左右對稱的前后鋼板彈簧支架及吊耳支架其銷孔中心線應(yīng)在同一直線上，且與車架中心線垂直，偏差不大于1000：1.5，左右對稱支架的相對位置尺寸應(yīng)符合要求。e.車架總成鉚接零件的接合面必須緊固無縫隙，緊接面的直徑應(yīng)不小于鉚釘直徑的1.5倍，且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的不同軸度應(yīng)不大于1.0。f.車架的全部鉚接部分應(yīng)仔細(xì)檢查，鉚后零件上不得有裂縫，若有裂縫須更換重鉚。g.車架總成車架第二橫梁連接的螺母應(yīng)裝置于車架的內(nèi)部。第5章車架的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1車架的計(jì)算：縱梁彎曲應(yīng)力彎矩M可用彎矩差法或多邊形法求得。對于載重汽車，可假定空車簧上重量Gs均布在縱梁全長上，載重Ge均布在車箱中，空車時簧上負(fù)荷(對4X2貨車可取=2)整備質(zhì)量。圖5-1縱梁彎曲應(yīng)力由上圖得：（5-1）（5-2）（5-3）a=625mm，b=800mm，=2800mm，L=4225mm，，，。將已知量代入上式得：=6744.4N=1.24m=7352 1緒論1.1課題背景及目的近年來,隨著我國汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展,內(nèi)燃機(jī)機(jī)型和產(chǎn)量不斷增加,隨著汽車發(fā)動機(jī)高功率化所產(chǎn)生的排氣溫度上升,排氣凈化率標(biāo)準(zhǔn)提高以及汽車輕量化的需求,對材料耐蝕性耐磨性、抗氧化性、高溫性能和熱強(qiáng)性等提出了苛刻的要求。汽車排氣閥是發(fā)動機(jī)上重要的工作部件及易損件,其工作條件異常惡劣,要在高溫、高壓、腐蝕性燃?xì)庵薪?jīng)受頻繁往復(fù)的高速運(yùn)動和摩擦,沖擊負(fù)荷大,因此要求有較高的高溫性能、耐磨性能、耐腐蝕性能等,其工作的好壞直接影響到發(fā)動機(jī)的工作性能,故制備排氣閥的材料要求也極為苛刻。自從發(fā)動機(jī)問世以來,氣閥鋼的材料已經(jīng)歷了碳鋼和低合金鋼,硅鉻型不銹鋼,奧氏體型耐熱鋼等多個發(fā)展階段。目前,國內(nèi)外使用最多的是奧氏體型耐熱鋼,而這種耐熱鋼系列中,常見的有:4Cr10Si2Mo,4Cr9Si2,5Cr21Mn9Ni2N(21?2N),5Cr21Mn9Ni4N(21?4N)等鋼種。其中21?4N鋼是上世紀(jì)50年代為節(jié)鎳開發(fā)的閥門用奧氏體時效鋼,目前國內(nèi)外用于制造汽車、摩托車發(fā)動機(jī)排氣閥應(yīng)用最廣的鋼號,它是以奧氏體為基體,以碳、氮化合物作為沉淀硬化相對散分布以獲得足夠的高溫強(qiáng)度、韌性、較高的硬度、耐磨性以及在冷熱交變條件下組織的穩(wěn)定性和較好的抗氧化、耐腐蝕性能,在工作溫度700℃下具有良好的力學(xué)性能和高溫性能。由于21?4N鋼碳氮錳含量較高,其變形抗力較1Cr18Ni9Ti高30%,室溫下強(qiáng)度高、塑性低、脆性大,且加工硬化效應(yīng)明顯,熱變形溫度范圍窄,變形抗力大,生產(chǎn)過程中如鍛造、熱軋、冷拔時易出現(xiàn)裂紋,導(dǎo)致產(chǎn)品成品率較低,國內(nèi)一些專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)該鋼種的成品率僅70%?80%,這也是當(dāng)前該材料亟待解決的重要問題。1.2論文的總體思路及主要研究內(nèi)容21?4N奧氏體熱鋼具有很好的耐蝕性能,它主要用來制造發(fā)動機(jī)的排氣閥。發(fā)動機(jī)的排氣閥不但要求具有良好的耐蝕性能和耐熱性能,而且需要良好的耐磨性能。但21?4N奧氏體耐熱鋼的硬度較低、耐磨性能較差。要用來制造排氣閥就必須進(jìn)行化學(xué)處理來提高表面硬度及耐磨性,但用常規(guī)的熱處理方法又難以對21?4N耐熱鋼進(jìn)行強(qiáng)化。氮化是化學(xué)處理的一種方法,采用氮化能大大提高材料的表面硬度和耐磨性。因?yàn)閵W氏體耐熱鋼含Cr較高,表面會形成含Cr2O3較高的鈍化膜,這種鈍化膜很致密,而且很穩(wěn)定,它阻礙氮原子的滲入,使氮化無法實(shí)現(xiàn)。人們想了很多辦法來清除鈍化膜。例如:將工件進(jìn)行酸洗或爐內(nèi)腐蝕處理,可去除鈍化膜。本文主要研究21?4N奧氏體耐熱鋼的表面預(yù)先處理工藝,并將預(yù)先處理后的21?4N進(jìn)行軟氮化。該預(yù)先處理工藝為奧氏體耐熱鋼進(jìn)行軟氮化提供了一條合理的途徑。并對于21?4N鋼進(jìn)行軟氮化的三種軟氮化方法作一下對比研究,得出最優(yōu)化的軟氮化工藝方法。2不銹鋼概述2.1不銹鋼的定義和分類不銹鋼是指在大氣、水、酸、堿和鹽等溶液,或其他腐蝕介質(zhì)中具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性的鋼的總稱。一般來講,耐大氣、蒸汽和水等弱介質(zhì)腐蝕的鋼稱為不銹鋼,而將其中耐酸、堿和鹽等侵蝕性強(qiáng)的介質(zhì)腐蝕的鋼稱為耐蝕鋼,或耐酸鋼。不銹鋼具有不銹性,但不一定耐蝕,而耐蝕鋼則一般都具有良好的耐蝕性。不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能是由于在鐵碳合金中加入了鉻所致。盡管元素,如銅、鋁、以及硅、鎳、鉬等也能提高鋼的耐腐蝕性能,但沒有鉻的存在,這些元素的作用就受到了限制。因此,鉻是不銹鋼中的最重要的元素。具有良好的耐腐蝕性能的不銹鋼所需的最低鉻含量取決于腐蝕介質(zhì)。美國鋼鐵協(xié)會(AISI)以4%鉻作為劃分不銹鋼和其他鋼的界限。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISG3中規(guī)定,所謂不銹鋼即是以提高耐腐蝕性能為目的的而含有鉻或鎳的合金鋼,一般鉻含量約大于11%。德國DIN標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN10中規(guī)定不銹鋼的含鉻量不小于10.5%,碳含量不大于1.2%。我國一般將不銹鋼中的鉻含量定為不小于12%。不銹鋼的耐腐蝕性能,一般認(rèn)為是由于在腐蝕介質(zhì)的作用下其表面形成鈍化膜的結(jié)果,而耐腐蝕的能力則取決于鈍化膜的穩(wěn)定性。這除了與不銹鋼的化學(xué)成分有關(guān)外,還與腐蝕介質(zhì)的種類、濃度、溫度、壓力、流動速度,以及其他因素有關(guān)。不銹鋼按照其金相組織結(jié)構(gòu)劃分,分為5類,即奧氏體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼、奧氏體-鐵素體型不銹鋼、馬氏體型不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼。其中,我們用來軟氮化的汽車排氣閥門所用的材料,是奧氏體不銹鋼。2.2奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼是不銹鋼中最重要的一類,其產(chǎn)量和用量占不銹鋼總量的70%。奧氏體不銹鋼是鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般0.18以上,鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.08以上,同時含有鉬、銅、硅、鈮、鈦等合金元素,室溫下具有單相奧氏體組織的鐵基合金。奧氏體不銹鋼不僅具有優(yōu)良耐蝕性能,而且也具有良好的綜合力學(xué)性能、工藝性能和焊接性能,是不銹鋼最重要、用途最廣泛的一類不銹鋼。按照合金化方式,奧氏體不銹鋼可分為鉻鎳鋼和鉻錳鋼兩大類。前者以鎳為奧氏體化元素,是奧氏體鋼的主體;后者是以錳、氮代替昂貴的鎳的節(jié)鎳鋼種。總體講,奧氏體鋼的耐腐蝕性好,有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能,但強(qiáng)度、硬度偏低[1,14-59]。最典型的代表是1Cr18Ni9Ti,常見的還有00Cr18Ni10、00Cr18Ni14Mo2Cu2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni4、1Cr18Mn8Ni5N、5Cr21Ni4Mn9N等[2,144-145]。2.3耐腐蝕性不銹鋼的耐腐蝕性能一般隨著鉻的含量的增加而提高。其基本原理是,當(dāng)鋼中有足夠的鉻時,在鋼的表面形成非常薄的致密的氧化膜。它可以防止進(jìn)一步的氧化或腐蝕。氧化性的環(huán)境可以強(qiáng)化這種膜,而還原性的環(huán)境則必然破壞這種膜,造成鋼的腐蝕。2.4蠕變強(qiáng)度由于外力的作用隨時間的增加而發(fā)生變形的現(xiàn)象稱之為蠕變。在一定溫度下特別是高溫下,載荷越大則發(fā)生蠕變的速度越快;在一定的載荷下,溫度越高和時間越長則發(fā)生蠕變的可能性越大。與此相反,溫度越低蠕變速度越慢,在低至一定溫度時蠕變就不成問題了。這個最低溫度依鋼種而異,一般來說,純鐵應(yīng)該是在330℃左右,而不銹鋼因?yàn)橐巡扇「鞣N措施進(jìn)行了強(qiáng)化,所以溫度應(yīng)該是550℃以上。和其他鋼一樣,熔煉方式、脫氧方式、凝固方法、熱處理和加工等對不銹鋼的蠕變特性有很大影響。據(jù)介紹,在美國進(jìn)行的對18?8不銹鋼進(jìn)行的蠕變強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)表明,取自同一鋼錠同一部位的試料的蠕變斷裂時間的標(biāo)準(zhǔn)偏差是平均值的約11%,而取自不同鋼錠的上、中、下不同部位的試料的標(biāo)準(zhǔn)偏差與平均值相差則達(dá)到兩倍之多[1,14-59]。3排氣閥用鋼概述3.1基本特性排氣閥用鋼是特殊鋼中一個專業(yè)性很強(qiáng)的鋼種。它因用于制造各類內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣閥與排氣閥而得名,屬不銹耐熱鋼,是交通動力機(jī)械需要的重要鋼材。氣閥鋼工作條件極其惡劣,要在高溫、高壓、腐蝕性燃?xì)庵薪?jīng)受頻繁反復(fù)的高速運(yùn)動和摩擦,沖擊負(fù)荷大,因此要求有良好的熱強(qiáng)度、熱硬性、疲勞強(qiáng)度、耐磨性和抗腐蝕性,內(nèi)部組織不得有缺陷,表面不得有裂紋等。此外,還要求線脹系數(shù)小。閥門制造工藝也對鋼材質(zhì)量提出了嚴(yán)格要求,如電墩工藝對尺寸公差要求極其嚴(yán)格,要求表面光潔度高,需經(jīng)冷加工,磨光工序要求彎曲度應(yīng)達(dá)lmm/m以下。因此,氣閥鋼生產(chǎn)難度較大,冷熱加工困難,廢品率較高,但具有高附加值。氣閥鋼在特鋼產(chǎn)量中所占比例很小,例如,我國近年特鋼年產(chǎn)量約為500萬t,而閥門鋼僅為1萬t。但由于閥門重量小,最小一支僅重幾十克,1t鋼可制作1?2萬支閥門,數(shù)量十分巨大,其作用不可低估。3.2用途汽車、摩托車工業(yè)是閥門鋼的主要用戶,約占總用量的75%。其中民用摩托車用閥門鋼直徑最小,為5~5.8mm,是由直徑5.5~6.5mm鋼棒制成。軍用摩托車閥門桿徑為8.0mm,用直徑8.5mm鋼棒制成。近年我國引進(jìn)許多型號的轎車和微型車,如一汽奧迪、高爾夫,二汽雪鐵龍、上海桑塔納、廣州標(biāo)致、天津夏利等,閥門桿徑7~8mm,需用直徑7.5~8.5mm鋼棒。輕型、中型、重型卡車用閥門桿徑8~13mm,需用直徑8.5~13.5mm閥門鋼棒。拖拉機(jī)等農(nóng)用機(jī)械是閥門鋼材另一用戶,其規(guī)格與卡車相同。船舶、機(jī)車、發(fā)電機(jī)組所用閥門桿徑為13~40~120mm。這部分用量較小,其中較大規(guī)格用鍛軋材。坦克、裝甲車所用閥門桿都未見報道[3]。3.3國內(nèi)常用氣閥鋼我國目前常用氣閥鋼有種,即4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo和21?4N,4Cr9Si2與4Cr10Si2Mo均屬于馬氏體型耐熱鋼,是50年代從前蘇聯(lián)引進(jìn),目前國內(nèi)使用得最多的氣閥鋼.4Cr9Si2在800℃以下有良好的抗氧化性,低于650℃有較高的熱強(qiáng)性。主要用于制作內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣閥和工作溫度低于650℃的內(nèi)燃機(jī)排氣閥;也做低于800℃下使用的抗氧化構(gòu)件,例如料盤,爐管吊掛等。4Cr10Si2Mo與4Cr9Si2鋼相比,由于含Cr量稍高并加入了0.7%?0.90%鉬,從而使其抗氧化性和熱強(qiáng)性有所提高,并使回火脆性的敏感性減弱?？芍圃靸?nèi)燃機(jī)進(jìn)氣閥和在700℃以下工作的排氣閥;也可制造850℃以下工作的爐子構(gòu)件[4,380-381]。21?4N即5Cr21Mn9Ni4N,是以碳化物為沉淀硬化相的奧氏體耐熱鋼,是國外50年代為節(jié)約Ni而開發(fā)的鋼種,我國從70年代初開始仿制。該鋼種導(dǎo)熱性差,熱脹系數(shù)大,變形抗力大,塑性比一般奧氏體耐熱鋼要差,屬于奧氏體時效鋼,也常劃歸于難變形鋼種。因其含有較高的錳、鎳、碳、氮和鉻而具有奧氏體顯微組織和高的再結(jié)晶溫度,從而具有高的高溫強(qiáng)度。鋼中所含的高鉻量,改善了耐熱耐蝕性能。高的含錳量和含鎳量使鋼在室溫下具有奧氏體組織;較高的碳、氮含量,產(chǎn)生較強(qiáng)的沉淀硬化效應(yīng),增高了強(qiáng)度、硬度和耐磨性。這種鋼制氣閥可用于850℃工作的中速、大功率、中負(fù)荷發(fā)動機(jī)中,在國外汽車排氣閥上已得到了廣泛的應(yīng)用,在國內(nèi)用量有增大的趨勢[5,5-7]。3種閥門鋼GB1221?84的化學(xué)成分見表3.1,不同標(biāo)準(zhǔn)中氣閥鋼合金牌號見表3.2[6]。表3.1GB1221?84中3種閥門鋼化學(xué)成分鋼種 C Si Mn Ni Cr Cu M0 N P S4Cr9Si2 0.35?0.50 2.00?3.00 0.70 0.60 8.00?10.00 0.30 ? ? 0.035 0.0304Cr10Si2Mo 0.35?0.45 1.90?2.60 0.70 0.60 9.00?10.50 0.30 0.70?0.90 ? 0.035 0.03021-4N 0.48?0.58 0.35 8.00 3.25?4.50 20.00?22.00 ? ? 0.35?0.50 0.040 0.0303.4國內(nèi)氣閥鋼生產(chǎn)研究現(xiàn)狀我國是氣閥鋼產(chǎn)量較高的國家,生產(chǎn)規(guī)模并不亞于發(fā)達(dá)國家。但起步較晚,生產(chǎn)裝備和工藝比較落后,產(chǎn)品質(zhì)量與發(fā)達(dá)國家相比有較大差距,高性能難生產(chǎn)的牌號以及品種規(guī)格,仍滿足不了國內(nèi)需要?！熬盼濉逼陂g,我國閥門鋼生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā),生產(chǎn)線的技術(shù)改造,產(chǎn)量質(zhì)量的提高,任務(wù)仍十分繁重[7]。我國的閥門鋼70年代形成體系,80年代有了一定的發(fā)展,現(xiàn)在仍處于發(fā)展時期。表3.2不同標(biāo)準(zhǔn)中氣閥鋼牌號國家 標(biāo)準(zhǔn) 牌號總數(shù) 馬氏體鋼 奧氏體鋼 鎳基合金 結(jié)構(gòu)鋼中國標(biāo)準(zhǔn) GB1221?84GB/T12773?91 86 33 53 ?? ??國際標(biāo)準(zhǔn) IS06831XV?1976新標(biāo)準(zhǔn)草案(1989) 1211 43 65 23 ??歐洲標(biāo)準(zhǔn) EURONORM90?71 8 3 4 1 ?德國標(biāo)準(zhǔn) DIN17480?1984 10 3 5 2 ?英國標(biāo)準(zhǔn) BS970,Part?77 9 2 7 ? ?法國標(biāo)準(zhǔn) NFA35579?83 9 4 4 1 ?意大利標(biāo)準(zhǔn) UN13992?75 9 3 4 ? 2美國標(biāo)準(zhǔn) SAE1775?80 31 3 13 5 10日本標(biāo)準(zhǔn) JISG4311?87JASOE101?85 1010 43 55 12 ??前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn) DOCT5632?79 9 5 4 ? ?3.5氣閥鋼標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)狀況目前我國生產(chǎn)氣閥鋼執(zhí)行兩個標(biāo)準(zhǔn),即GB1221?84(耐熱鋼棒)和GB/T12773?91(內(nèi)燃機(jī)氣閥鋼鋼棒技術(shù)條件)。GB1221?84標(biāo)準(zhǔn)中有8個鋼號,GB/T12773?91標(biāo)準(zhǔn)中有6個鋼號,與世界各主要工業(yè)國的標(biāo)準(zhǔn)相比(表3.3),馬氏體鋼牌號不算少,但品種陳舊;在奧氏體鋼中缺少比21?4N鋼性能水平更高的牌號,如:21?4NNb,21?4NNbW,ResisTEL等。馬氏體鋼號中,4Cr9Si2淬火硬度比德國X45CrSi93(45Cr9Si3)和X50CrSi82(50Cr8Si2)低;8Cr20Si2Ni(即XB)鋼的淬火硬度不能保證≥HRC50,需要增加過冷處理工藝,且工藝性差,生產(chǎn)中成材率低,成本較高,用戶希望增加新牌號[8,16-21]。由于軋機(jī)精度差,熱軋圓鋼偏差≥±0.20mm,矯直精度不高,一般不能生產(chǎn)直徑<9mm的冷拉磨光材。隨著高性能機(jī)(車)型的引進(jìn),需要高牌號的氣閥鋼棒,生產(chǎn)的難度更大。表3.3幾種標(biāo)準(zhǔn)中氣閥鋼的牌號GB1221?84 GB/T12772?91 DIN17480?1984 ISO683/XV?1988草案馬氏體鋼 4Cr9Si2?4Cr10Si2Mo8Cr20Si2Ni(XB)? 4Cr9Si2?4Cr10Si2Mo8Cr20Si2Ni? ?X45CrSi93X40CrSiMo102?X85CrMoV182 X50CrSi82X45CrSi93??X85CrMoV182奧氏體鋼 4Cr14Ni14W2Mo??5Cr21Mn9Ni4N(21?4N)Y5Cr21Mn9Ni4N(21?4NS)???2Cr21Ni2N(21?12N)3Cr20Ni11Mo2PB(20?11P)? 4Cr14Ni14W2Mo??5Cr21Mn9Ni4N????2Cr21Ni2N(21?12N)?? ?X45CrNiW189(19?9W)X55CrMnNiN208(21?2N)X53CrMnNiN219(21?4N)(訂貨協(xié)商)X50CrMnNiNbN219(21?NNbW)?X60CrMnMoVNbN2110(ResisTEL)?????X55CrMnNiN208(21?2N)X53CrMnNiN219(21?4N)?X50CrMnNiNbN219(21?NNbW)X33CrNiMnN238(21-8N)???X53CrMnNiNbN219(21?4NNb)鎳基合金 ???GH810A ???NiFe25Cr20NbTi?NiCr20TiAl(Nimonic80A)? NiFe25Cr20NbTiNiCr15Fe7TiAl(Inconel751)NiCr20TiAl(Nimonic80A)?由于磨光材產(chǎn)量低,近幾年每年的需求缺口在2000~3000t。我國特鋼廠的軋材精度大多在土0.3~0.5mm,橢圓度為0.3~0.5mm,因此,基本上都采用熱軋?冷拉?磨光工藝生產(chǎn)氣閥鋼。冷拉變形量過大時易造成軋材開裂。同時,由于缺少連續(xù)退火設(shè)備,影響了馬氏體鋼退火質(zhì)量[8,16-21]。我國實(shí)際使用的閥門鋼主要有上述三個鋼種,能用于引進(jìn)機(jī)型的只有21?4N鋼。而發(fā)達(dá)國家氣閥鋼種至少在9種以上。目前我國高負(fù)荷的柴油機(jī)進(jìn)氣門、高性能的排氣門鋼和鎳基合金還處于空白狀態(tài)[9,28-30]。3.6國內(nèi)外氣閥鋼的發(fā)展氣閥鋼汽車發(fā)動機(jī)用閥門鋼的發(fā)展大致分為鉻鋼、硅鉻鋼、鉻鎳奧氏體鋼和鉻錳氮奧氏體鋼四個時期。1913年美國發(fā)現(xiàn)了耐熱的Cr?Si鋼,1919年后形成了以Si?Cr鋼為中心的閥門鋼,1928年產(chǎn)生了4Cr9Si2鋼(美國HNV