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購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 輕型貨車懸架 設(shè)計 專 業(yè) 學(xué)生姓名 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 完成日期 年 月 日哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 輕型貨車懸架 設(shè)計 摘 要 本 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它 把車架與車軸彈性地連接起來。其主要任務(wù)是傳遞作用在車輪和車架之間的一切力和力矩；緩和路面?zhèn)鹘o車架的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，保證汽車的行駛平順性；保證車輪在路面不平和載荷變化時有理想的運動特性，保證汽車的操縱穩(wěn)定性，使汽車獲得高速行駛能力。 懸架由彈性元件、導(dǎo)向裝置、減振器、緩沖塊和橫向穩(wěn)定器等組成。 懸架能很好的增加駕駛員的舒適性，減輕汽車震動，使汽車能夠平順行駛。 關(guān)鍵詞 懸架 ； 振動；穩(wěn)定性 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I f is s on is of to s s of s to of is by so s of to go 爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 目 錄 摘 要 ................................................................................................................. I ................................................................................................................ I 目 錄 ................................................................................................................. I 第 1章 前言 ......................................................................................................... I 架研究的目的和意義 ............................................................................ I 架研究的目的和意義 ............................................ 錯誤 !未定義書簽。 架研究的目的和意義 ......................................................................... 2章 總體方案論證 ........................................................................................ V 立懸架 ................................................................................................... V 架 選擇的方案確定 ............................................................................... V 章小結(jié) ................................................................................................. 3章 總體方案論證 ..................................................................................... 架靜撓度 ....................................................................................... 架動撓度 ...................................................................................... 架彈性特性 ....................................................................................... 懸架主銷側(cè)傾角與后傾角 ................................................................. 章小結(jié) ................................................................................................... X 第 4章 總體方案論證 ...................................................................................... 片彈簧的設(shè)計 ..................................................................................... 板彈簧的設(shè)計 .................................................................................... 少片彈簧的設(shè)計 .............................................................................. 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 .............................................................. 鋼板彈簧各片長度的確定 .............................................................. 鋼板許用靜彎曲應(yīng)力驗算 ............................................................ 夾緊液壓缸的計算 ........................................................................ 鋼板彈簧強(qiáng)度驗算 ...................................................................... 鋼板彈簧強(qiáng)度驗算 ........................................................................ 章小結(jié) ................................................................................................ 5章 減振器機(jī)構(gòu)類型及主 要參數(shù)的選擇計算 ........................................... 21 振器的分類 .......................................................................................... 21 對阻尼系數(shù) ? ...................................................................................... 21 振器阻尼系數(shù) ? 的確定 ...................................................................... 22 大卸荷力 ............................................................................. 23 建零件 .................................................................................................. 24 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 章小結(jié) .................................................................................................. 24 結(jié)論 ..................................................................................................................... 25 致謝 ..................................................................................................................... 26 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................. 27 附錄 A ................................................................................................................. 29 附錄 B ................................................................................................................. 33 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 第 1章 前言 文研究背景 懸架是保證車輪或車 橋與汽車承載系統(tǒng) (車架或承載式車身 )之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱。 懸架最主要的功能是傳遞作用在車輪和車架 (或車身 )之間的一切力和力矩，并緩和汽車駛過不平路面時所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，以保證汽車的行駛平順性。為此必須在車輪與車架或車身之間提供彈性聯(lián)接，依靠彈性元件來傳遞車輪或車橋與車架或車身之間的垂向載荷，并依靠其變形來吸收能量，達(dá)到緩沖的目的。采用彈性聯(lián)接后，汽車可以看作是由懸掛質(zhì)量 (即簧載質(zhì)量 )、非懸掛質(zhì)量 (即非簧載質(zhì)量 )和彈簧 (彈性元件 )組成的振動系統(tǒng)，承受來自不平路面、空氣動力及傳動系、發(fā)動機(jī)的激勵。為了迅速衰減不必要的振動，懸架中還必須包括阻尼元件，即減振器。此外，懸架中確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩可靠傳遞并決定車輪相對于車架或車身的位移特性的連接裝置統(tǒng)稱為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定了車輪跳動時的運動軌跡和車輪定位參數(shù)的變化，以及汽車前后側(cè)傾中心及縱傾中心的位置，從而在很大程度上影響了整車的操縱穩(wěn)定性和抗縱傾能力。在有些懸架中還有緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿。 盡管一百多年來汽車懸架從結(jié)構(gòu)型式到作用原理一直在不斷地演進(jìn)，但從結(jié)構(gòu)功能而言，它都是由彈性元件、減振裝置和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。在有些情況下，某一零部件兼起兩種或三種作用，比如鋼板彈簧兼起彈性元件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，麥克弗遜懸架 (稱滑柱擺臂式獨立懸架 )中的減振器柱兼起減振器及部分導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用。 根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點，汽車懸架可分為非獨立懸架和獨立懸架兩大類。非獨立懸架的鮮明特色是左、右車輪之間由一剛性梁或非斷開式車橋聯(lián)接，當(dāng)單邊車輪駛過凸起時，會直接影響另一側(cè)車輪。獨立懸架左右車輪各自“獨立”地與車架或車身相 連或構(gòu)成斷開式車橋。麥克弗遜懸架為獨立懸架 ,鋼板彈簧為非獨立懸架。 鑒于輕型貨車的特點，綜合懸架的各自特性以及成本等方面，故將汽車的前懸設(shè)計為少片彈簧懸架，后懸設(shè)計為鋼板彈簧懸架。 如前所述，汽車懸架和懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量構(gòu)成了一個振動系統(tǒng)，該振動系統(tǒng)的特性很大程度上決定了汽車的行駛平順性，并進(jìn)一步影響到汽車的行駛車速、燃油經(jīng)濟(jì)性和運營經(jīng)濟(jì)性。該振動系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多零部件的動載，并進(jìn)而影響到這些零件的使用壽命。此哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 ，懸架對整車操縱穩(wěn)定性、抗縱傾能力也起著決定性作用。因而在設(shè)計懸架時必須考慮 以下幾個方面的要求： 1. 通過合理設(shè)計懸架的彈性特征及阻尼特性確保汽車具有良好的行駛平順性，既具有較低的振動頻率、較小的振動加速度值和合適的減振性能，并能避免在懸架的壓縮或伸張行程極限點發(fā)生硬沖擊，同時還要保證輪胎具有足夠的接地能力； 2. 合理設(shè)計導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩的可靠傳遞，保證車輪跳動時車輪定位參數(shù)的變化不會過大，并且能滿足汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性的要求； 3. 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運動應(yīng)與轉(zhuǎn)向桿系的運動相協(xié)調(diào)，避免發(fā)生運動干涉，否則可能引發(fā)轉(zhuǎn)向輪擺振； 4. 側(cè)傾中心及縱傾中心 位置恰當(dāng)，汽車轉(zhuǎn)向時具有抗側(cè)傾能力，汽車制動和加速時能保持車身的穩(wěn)定，避免發(fā)生汽車在制動和加速時的車身縱傾（即所謂“點頭”和“后仰”）； 5. 懸架構(gòu)件的質(zhì)量要小尤其是其非懸掛部分的質(zhì)量要盡量?。? 轎車設(shè)計中特別要考慮給發(fā)動機(jī)及行李箱留出足夠的空間； 7. 所有零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和使用壽命； 8. 制造成本低； 9. 便于維修、保養(yǎng)。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1934 年世界上出現(xiàn)了第一個由螺旋彈簧組成的被動懸架。被動懸架的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗或優(yōu)化設(shè)計的方法確定，在行駛過程中保持不變。它是一系列路況的折 中，很難適應(yīng)各種復(fù)雜路況，減振的效果較差。為了 用了非線性剛度彈簧和車身高度調(diào)節(jié)的方法，雖然有一定成效，但無法根除被動懸架的弊端。被動懸架主要應(yīng)用 于 飛中低檔轎車 上 ，現(xiàn)代轎車的前懸架一般采用帶有橫向穩(wěn)定桿的麥弗遜式懸架，比如桑塔納、懸夏利、賽歐等車，后懸架的選擇較多，主要有復(fù)合式縱擺臂懸架和多連桿懸架。 半主動懸架的研究丁作開始 于 1973 年，由 D. A. D. C. p p 首先提出。半主動懸架以改變懸架的阻尼為主，一般較少考慮改變懸架的剛度。 工 作原理是 ： 根據(jù)簧上 質(zhì)量 相對車輪的速度響 應(yīng) 、加速度響應(yīng)等反饋信號，按照一定的控制規(guī)律調(diào)節(jié)彈簧的阻尼力或者剛度 其阻尼或剛度系數(shù)可根據(jù)運行狀態(tài)調(diào)節(jié)，這和主動懸架極為相似 。 有級式半主動懸架是將阻尼分成 幾 級，阻尼級由駕駛員根據(jù)“路感”選擇或由傳感器信號自動選擇 。 無級式半主動懸架根據(jù)汽車行駛的 路面條件 和行駛狀態(tài)，對懸架的阻尼在 幾 毫秒內(nèi)由哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 小到最大進(jìn)行無級調(diào)節(jié)。由 于 半主動懸架結(jié)構(gòu)簡單 ， 工作時不需要 :消耗 車輛的動力， 而且 可取得與主動懸架相近的性能，具有很好的發(fā)展前景。 隨著道路交通的不斷發(fā)展，汽車 車速有了很 大 的提高，被動懸架的缺陷逐漸成為提高汽車性能的瓶頸，為此人們開發(fā)了能兼顧舒適和操縱穩(wěn)定的主動懸架。主動懸架的概念是 1954 年美國通用汽車司在懸架設(shè)計中率先提出的。它在被動懸架的基礎(chǔ)上，增加可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的控制裝置，使汽車懸架在任何路而上保持最佳的運行狀態(tài)。控制裝置通常由測 量 系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等組成。 20 世紀(jì) 80 年代，世界各大著名的汽車公司和生產(chǎn) 廠 家競相研制開發(fā)這種懸架。豐田、洛特斯、沃爾沃、奔馳等在汽車 上 進(jìn)行了較為成功的試驗。裝置主動懸架的汽車，即使在不良路面高速 行 駛時，車身非常平穩(wěn)， 輪胎的噪音小，轉(zhuǎn)向和制動時車身保持水平 。 特點是乘坐非常舒服，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高，成本昂貴，可靠性存在問題。 由 于 種種原因，我國的汽車絕 大 部分采用被動懸架。在半主動和主動懸架的研究趨 于 成熟，福特公司和日產(chǎn)公司首先在轎車上應(yīng)用，取得了較好的效果。主動懸架雖然提出早，但由 于 控制復(fù)雜，并且牽涉到許多學(xué)科，一直很難有大的突破。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代，僅應(yīng)用 于 排氣 量 大的豪華汽車，未見國內(nèi)汽車產(chǎn)品采用此技術(shù)的報道，只有北京理工人學(xué)和同濟(jì)大學(xué)等少數(shù) 幾 個單位對主動懸架展開研究。 被動懸架是傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，剛度和阻尼都是不可調(diào)的 ，依照隨機(jī)振動理論，它只能保證在特定的路況 下 達(dá)到較好效果 ， 但它的理論成熟、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，成本相對低廉且不 需 額外能景，因而應(yīng)用最為廣泛 。在我國現(xiàn)階段，仍然有較高的研究價值 。 被動懸架性能的研究主要集 中 在三個方面 : 1） 通過對汽車進(jìn)行受力分析后，建立數(shù)學(xué)模型，然后再用計算機(jī)仿真技術(shù)或有限 元 法尋找懸架的最優(yōu)參數(shù) ； 2） 研究可變剛度彈簧和可變阻尼的減振器，使懸架在絕人部分路祝上保持良好的運行狀態(tài) ； 3） 研究導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，使汽車懸架在滿足平順性的前提 下 ，穩(wěn)定性有大的提高。半主動懸架的研究集中在兩個方面 :1） 執(zhí) 行 策略的 研究 ;2)執(zhí) 行 器的研究 。 阻尼可調(diào)減振器主要有兩種，一種是通過改變節(jié)流孔的人小調(diào)節(jié)阻尼，一種是通過改變減振液的粘性調(diào)節(jié)阻尼。節(jié)流孔的人小一般通過電磁閥 或步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行有級或無級的調(diào)節(jié)，這種方法成本較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、通過改變減振液的粘性來改變阻尼系數(shù)，只有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、無噪音和沖擊等特點，因此是目前發(fā)展的主要方向。在國外，改變減振液粘性的方法主要有電流變液體和磁流變液體兩種。北京理工人學(xué)的章一鳴教授進(jìn)行哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 阻尼可調(diào)節(jié)半主動懸架的研究，林野進(jìn)行了懸架自適應(yīng)調(diào)節(jié)的控制決策研究，哈工 大 的陳卓如教授對車輛的自適應(yīng)控制方 面進(jìn) 行 了研究。執(zhí) 行 策略的研究是通過確定性能指標(biāo)，然后進(jìn)行控制器的設(shè)定。目前，模糊控制在這方面應(yīng)用較多。 主動懸架研究也集中在兩個方面 :1)可靠性 ;2)執(zhí)行器。由 于 主動懸架采用了 大量 的傳感器、單片機(jī)、輸出輸入電路和各種接 口 ,，元 器件的增加降低了懸架的可靠性，所以加 大 元件的集成程度，是一個不可逾越的階段。執(zhí)行器的研究主要是用電動器件代替液壓器件。電氣動力系統(tǒng)中的直線伺服電機(jī)和永磁直流直線伺服電機(jī)具有較多的優(yōu)點，今后將會取代液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。運用磁蓄能原理，結(jié)合參數(shù)估計自校正控制器，可望設(shè)計出高性能低功耗的電磁蓄能式 自適應(yīng)主動懸架，使主動懸架由理論轉(zhuǎn)化為實際 應(yīng)用。 懸架技術(shù)的每次跨越，都和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展密切相關(guān)。計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、先進(jìn)制造技術(shù)、運動偽真等為懸架的進(jìn)一步發(fā)展提供了有力的保障。懸架的發(fā)展也給相關(guān)學(xué)科提出更高的理要求，使人類的認(rèn)識邁向新的、更高的境界。 現(xiàn)有的被動懸架將逐漸向半主動、主動懸架過渡。電動器件的優(yōu)越性，將會取代液壓器件。 使電子 元件集成度得以提高，從而促進(jìn)可靠性得到保障，使懸架更加智能化而滿足人們的要求。 文研究的目的和意義 根據(jù)給 定的設(shè)計要求設(shè)計汽車的前后懸架。完成汽車的總體設(shè)計及懸架的主要結(jié)構(gòu) 元 件螺旋彈簧等的設(shè)計，然后對前后懸架進(jìn)行設(shè)計匹配，滿足前后懸架的偏頻要求 。 章小結(jié) 本章主要介紹了懸架的原理內(nèi)容和功能并指出了其研究的現(xiàn)狀和研究方向。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 V 第 2章 總體方案論證 立懸架 與非獨立懸架比 ,獨立懸架具有如下優(yōu)點 : 1) 非懸掛質(zhì)量小 ,懸架所受到并傳給車身的沖擊載荷小 ,有利用于提高汽車的行駛平順性及輪胎的接地性能 ； 2) 左右車輪的跳動沒有直接的相互影響 ,可減少車身的傾斜和振動 ； 3) 占有橫向空間少 ,便于發(fā)動機(jī)布置 ,可以降低發(fā)動機(jī)的安裝位置 ,從而降低汽 車質(zhì)心位置 ,有利于提高汽車的行駛穩(wěn)定性 ； 4) 易于實現(xiàn)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)向 。 非獨立懸架有多種結(jié)構(gòu)型式 ,主要有 : 1. 雙橫臂式獨立懸架 特點 :設(shè)計靈活 ,能有良好的行駛穩(wěn)定性 ； 2. 麥克弗遜懸架 特點可將導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及減振裝置集合到一起 ,將多個零件集合在一個單元里。這樣一來 ,它不僅簡化了結(jié)構(gòu) ,減少了質(zhì)量 ,還節(jié)省了空間 ,降低了制造成本 ,并且?guī)缀醪徽加脵M向空間 ,有利于結(jié)構(gòu)簡單 ,有利于車身前部地板的構(gòu)造和發(fā)動機(jī)布置 ； 3. 滑柱擺臂式后懸架 特點 :節(jié)省懸架對橫向空間的占有 ,有利于布置寬敞的行李箱 ； 4. 縱臂式后獨立懸架與斜臂式后獨立懸架 特點 :常用于前驅(qū)車的后懸架 ； 5. 單橫臂式獨立懸架 特點 :結(jié)構(gòu)簡單 ,側(cè)傾中心較高 ,有較強(qiáng)的抗側(cè)傾能力 ,但當(dāng)車輪跳動時會使主銷內(nèi)傾角和車輪外傾交變化大 ,故不宜用著前懸架 。 架選擇的方案確定 目前汽車的前后懸架采用的方案有：前輪和后輪均采用非獨立懸架；前輪采用獨立懸架，后輪采用非獨立懸架；前輪與后輪均采用獨立懸架等幾種。 前、后懸架均采用非縱置鋼板彈簧非獨立懸架的汽車轉(zhuǎn)向行駛時，內(nèi)側(cè)懸架處于減載而外側(cè)懸架處于加載狀態(tài)，于是內(nèi)側(cè)懸架受到拉伸 ,外側(cè)懸架受到壓縮，結(jié)果與懸架固定連接的車軸（橋）的軸線相對汽車縱向中心線偏轉(zhuǎn) 一個角度α。對前軸，這種偏轉(zhuǎn)使汽車不足轉(zhuǎn)向趨勢增加；對后橋，則增加了汽車過多轉(zhuǎn)向趨勢。汽車將后懸架縱置鋼板彈簧的前部吊耳位置布置得比后邊吊耳高，于是懸架的瞬時運動中心位置降低，結(jié)果后橋哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 線的偏離不再使汽車具有過多轉(zhuǎn)向趨勢。 另外，前懸架采用非獨立懸架時，因前輪容易發(fā)生擺振現(xiàn)象，不能保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性，所以前懸架采用獨立懸架。 針對本課題 (輕型貨車的懸架 )從經(jīng)濟(jì)性 ,結(jié)構(gòu)布置的合理性等方面考慮前懸架采用少片彈簧懸架 ,后懸架采用鋼板彈簧懸架。 章小結(jié) 本章的內(nèi)容主要說明了 與非獨立懸架比獨立懸架具 的 優(yōu)點 ， 前 后 懸架的 懸架 結(jié)構(gòu)的確定。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3章 總體檔案論證 架靜撓度 懸架靜撓度 指汽車滿載靜止時懸架上的載荷 此時懸架剛度 c /? 。 汽車前、后懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性的主要參數(shù)之一。因現(xiàn)代汽車的質(zhì)量分配系數(shù) ? 近似等于1，于是汽車前、后軸上方車身兩點的振動 不存在聯(lián)系。因此，汽車前、后部分的車身的固有頻率 1n 和 2n (亦稱偏頻 )可用下式表示 111 21 ?（ 3 式中， 1c 、 2c 為前、后懸架的剛度 (N／ 1m 、 2m 為前、后懸架的簧上質(zhì)量 ( 當(dāng)采用彈性特性為線性變化的懸架時，前、后懸架的靜撓度可用下式表示 111 c （ 3 式中， g 為重力加速度 (g＝ 將 1 2人式 (3 115 （ 3 分析上式可 知：懸架的靜撓度 接影響車身振動的偏頻 n。因此，欲保證汽車有良好的行駛平順性，必須正確選取懸架的靜撓度。 在選取前、后懸架的靜撓度值 1 2，使之接近，并且后懸架的靜撓度 2前懸架的靜撓度 1些，這有利于防止車身產(chǎn)生較大的縱向角振動。理論分析證明：若汽車以較高車速駛過單個路障， 1n / 2n ＜ 1 時的車身縱向角振動要比 1n / 2n ＞ 1 時小，故推薦取 2（ 1考慮到車后排乘客的乘坐舒適性，取后懸架的偏頻接近前懸架的偏頻。 用途不同的汽車，對平順性要求不一樣。以運送人為主的轎車對平順性的要求最高，大客車次之，載貨車更次之。對普通級以下轎 車滿載的情況，前懸架偏頻要求在 懸架則要求在 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 上轎車的級別越高，懸架的偏頻越小。對高級轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求在 懸架則要求在 車滿載時，前懸架偏頻要求在 后懸架則要求在 1n =2n =入（ 3 1取 11311 架動撓度 懸架的動撓度 指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形 (通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的 1／ 2 或 2／ 3)時，車輪中心相對車架 (或車身 )的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動撓度，以防止在壞路面上行駛時經(jīng)常碰撞緩沖塊。對轎車， 7～ 9大客車， 5～ 8貨車， 6～ 9此可以看出，為了得到很好的平順性，應(yīng)當(dāng)采用較軟的懸架以降低偏頻，但軟的懸架在一定的載荷下其變形也大。對于一般貨車懸架總的工作行程即靜撓度與動撓度之和應(yīng)當(dāng)不小于13架的靜撓度及動撓度值受到汽車總布置允許的工作行程的限制，取前后懸架的動撓度均為 130 前懸架單側(cè)懸架設(shè)計簧載質(zhì)量 600載簧載質(zhì)量 470計偏頻為 1n =懸架單側(cè)懸架設(shè)計簧載質(zhì)量 1300載簧載質(zhì)量 430計偏頻為 1n =了滿足空載時的偏頻要求，代入（ 31c =2c = 架彈性特性 懸架受到的垂直外力 F 與由此所引起的車輪中心相對于車身位移 f (即懸架的變形 )的關(guān)系曲線稱為懸架的彈性 特性。其切線的斜率是懸架的剛度。 懸架的彈性特性有線性彈性特性和非線性彈性特性兩種。當(dāng)懸架變形廠與所受垂直外力 F 之間呈固定比例變化時，彈性特性為一直線，稱為線性彈性特性，此時懸架剛度為常數(shù)。當(dāng)懸架變形 f 與所受垂直外力 F 之間不呈固定比例變化時，彈性特性如圖 3示。此時，懸架剛度是變化的，其特點是在滿載位置 (圖中點 8)附近，剛度小且曲線變化平緩，因而平順性良好；距滿載較遠(yuǎn)的兩端，曲線變陡，剛度增大。這樣可在有限的動撓度 圍內(nèi)，得到比線性懸架更多的動容量。懸架的動容量系指懸架從靜載荷的位置起，變形到結(jié)構(gòu)允許的最大變形為止消耗的功。懸架的動容量越大，對緩沖塊擊穿的可能性越小。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 載與滿載時簧上質(zhì)量變化大的貨車和客車，為了減少振動頻率和車身高度的變化，應(yīng)當(dāng)選用剛度可變的非線性懸架。轎車簧上質(zhì)量在使用中雖然變化不大，但為了減少車軸對車架的撞擊，減少轉(zhuǎn)彎行駛時的側(cè)傾與制動時的前俯角和加速時的后仰角，也應(yīng)當(dāng)采用剛度可變的非線性懸架。 鋼板彈簧非獨立懸架的彈性特性可視為線性的。 圖 3— 1 懸架彈性特性曲線 1— 緩沖塊復(fù)原點 2— 復(fù)原行程緩沖塊脫離支架 3— 主彈簧彈性特性曲線 4— 復(fù)原行程 5— 壓縮行程 6— 緩沖塊壓縮期懸架彈性特性曲線 7— 緩沖塊壓縮時開始接觸彈性支架 8— 額定載荷 懸架主銷側(cè)傾角與后傾角 主銷的工作原理 :汽車主銷并沒有一個固定的模式 ,不同類型的汽車主銷的表現(xiàn)形式也不同 轉(zhuǎn)向輪又始終圍繞誰在轉(zhuǎn) ,具備了這兩個條件的就可以稱為“主銷” 。 主銷軸線在縱向平面內(nèi)與通過前輪中心垂線的夾角叫主銷后傾角 . 主銷后傾角的作用 ： (1)保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性。主銷后傾角越大 ,行駛中產(chǎn)生的離心力就越大 ,汽車直線行駛的穩(wěn)定性就越好 汽車轉(zhuǎn)向時所克服的反向推力就越大 ,轉(zhuǎn)向就越重 ,所以主銷后傾角不能超過 3°。 (2)適當(dāng)加大主銷后傾是幫助車輪回正的有效方法。 主銷后傾角取 3°。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 X 主銷在前軸或懸架上安裝時 ,上斷略微向內(nèi)傾斜一個角度 ,這個角度叫主銷內(nèi)傾角 。 (1)主銷內(nèi)傾角的作用： a)幫助車輪自動回正 ； b)使轉(zhuǎn)向輕便。 (2)主銷內(nèi)傾角的確定： 傳統(tǒng)汽車的主銷內(nèi)傾角通常在 6°～ 8° ,而 20 世紀(jì) 70 年代 以后開發(fā)的 ,主銷內(nèi)傾角通常在 10° 30′～ 12° 30′左右 。懸架取 9°。 章小結(jié) 本章主要計算了懸架動靜撓度，前懸架主銷側(cè)傾角與后介紹了 懸架的動撓度 、懸架彈性特征、懸架 主銷的工作原理。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4章 總體方案論證 片彈簧的設(shè)計 少片彈簧在乘用車和部分商用車上得到越來越多的應(yīng)用。其特點是葉片有等長、等寬、變截面的 1葉片組成。利用變厚斷面來保持等強(qiáng)度特性，并比多片彈簧減少 20%質(zhì)量。片間放有減摩擦作用的塑料墊片，或做成只在端部接觸，以減少片間摩擦。 圖 4少片彈簧葉片 是按線 性變化 此時厚度 '' ? ，式中 , )/()(' 1212 ?? ， )/()(' 121221 ?? 。單片彈簧的剛度為])(1[63232? 但式中系數(shù) k 用 'k 代入，即 ]4[22)]1()11()1( )1)(1(411(23' ?????? ??????? ???? ????? ?k 式中，21 ； 21 ； ??? ? 。 當(dāng) )12(21 ?? ? 212 時，彈簧最大應(yīng)力點發(fā)生在 ''處，此處 '2'' x ??? ，其應(yīng)力值 ''23m a x a?? 。 當(dāng) )12(21 ?? ?，最大應(yīng)力點發(fā)生在 B 點，其值222m a x 23 a??。 應(yīng)小于許用應(yīng)力 ][? 。 有 n 片組成少片彈簧時，其總剛度為各片剛度之和，其應(yīng)力則按各片所承受的載荷風(fēng)量計算。少片彈簧的寬度，在布置允許的情況下盡可能取哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 些，以增強(qiáng)橫向剛度，常取 75～ 100 76度 1 ? ,以保證足夠的抗剪強(qiáng)度并防止太薄而淬裂，取 102h 取 12~2020錯誤 !未指定書簽。 板彈簧的設(shè)計 鋼板彈簧在汽車上可以縱置或者橫置。后者因為要傳遞縱向力，必須設(shè)置附加的導(dǎo)向傳 力裝置，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大，所以只在少數(shù)輕、微型車上應(yīng)用?？v置鋼板彈簧能傳遞各種力和力矩，并且結(jié)構(gòu)簡單，故采用縱置鋼板彈簧。 縱置鋼板彈簧又有對稱式與不對稱式之分。鋼板彈簧中部在車軸 (橋 )上的固定中心至鋼板彈簧兩端卷耳中心之間的距離若相等，則為對稱式鋼板彈簧；若不相等，則稱為不對稱式鋼板彈簧。多數(shù)情況下汽車采用對稱式鋼板彈簧。由于整車布置上的原因，或者鋼板彈簧在汽車上的安裝位置不動，又要改變軸距或者通過變化軸距達(dá)到改善軸荷分配的目的時，才采用不對稱式鋼板彈簧。所以采用對稱式鋼板彈簧。 參數(shù)的確定 初始條件：滿載靜止時滿載時簧上質(zhì)量 1300載時簧上質(zhì)量為430撓度為 110撓度為 130距 3500軸套直徑80 橋 )上，汽車滿載時鋼板彈簧主片上表面與兩端 (不包括卷耳孔半徑 )連線間的最大高度差 (圖 4 來保證汽車具有給定的高度。 當(dāng) 0 時，鋼板彈簧在對稱位置上工作。為了在車架高度已限定時能得到足夠的動撓度值，常取10～ 200 的確定 鋼板彈簧長度 L 是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離。增加鋼板彈簧長度 L 能顯著降低彈簧應(yīng)力，提高使用壽命；降低彈簧剛度，改善汽車平順性；在垂直剛度 c 給定的條件下，又能明顯增加鋼板彈簧的縱向角剛度。鋼板彈簧的縱向角剛度系指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向轉(zhuǎn)角時，作用到鋼板彈簧上的縱向 力矩值。增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時，能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形；選用長些的鋼板彈簧，會在汽車上布置時產(chǎn)生困難。原則上在總布置可能的條件下，應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長些。 設(shè)計取長度 L 為 37%軸距，則 L=37%× 35001295 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4a)鋼板斷面寬度 b??4 的確定 有關(guān)鋼板彈簧的剛度、強(qiáng)度等，可按等截面簡支梁的計算公式計算，但需引入撓度增大系數(shù) ? 加以修正。因此，可根據(jù)修正后的簡支梁公式計算鋼板彈簧所需要的總慣性矩 0J 。對于對稱鋼板彈簧 ]4[30 48/])[( ?? (4式中， s 為 U 形螺栓中心距 (是為考慮 U 形螺栓夾緊彈簧后的無效長度系數(shù) (如剛性夾緊，取 5.0?k ，撓性夾緊，取 0?k )； c 為鋼板彈簧垂直剛度 (N／ cW ?; ? 為撓度增大系數(shù) (先確定與主片等長的重疊片數(shù) 1n ，再估計一個總片數(shù) 0n =6，求得01/=1，然后用)]? ?? 初定 ? )； E 為材料的彈性模量。 E 取 10 求出 cW ?=]? ?? = 8/])[( 30 ???，求出 0J =板彈簧總截面系數(shù) 0W 用下式計算 0W ≥ ][4/)]([ WW ? (4式中， ? ?W?為許用彎曲 應(yīng)力。 對于 60材料，表面經(jīng)噴丸處理后，推薦 ? ?W?在下列范圍內(nèi)選取：前彈簧和平衡懸架彈簧為 350～ 450N／ 2后主簧為 450～ 550 2后副簧為 220～ 250N／ 2 ? ?W? 取 500 N／ 2將式 (4人下式計算鋼板彈簧平均厚度 ? ? ]4[200 6 )(2???? (4求得有了鋼板彈簧的片寬 b。增大片寬，能增加卷耳強(qiáng)度，但當(dāng)車身受側(cè)向力作用傾斜時，彈簧的扭曲應(yīng)力增大。前懸架用寬的彈簧片，會影響轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角。片寬選取過窄，又得增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦和彈簧的總厚。推薦片寬與片厚的比值 在 6～ 10 范圍內(nèi)選取。取 b=75 b)鋼板彈簧片厚 h 的選擇 矩形斷面等厚鋼板彈簧的總慣性矩 0J 用下式計算 ]4[30 12/ (4式中， n 為鋼板彈簧片數(shù)。 求得 h=式 (4知，改變片數(shù) n、片寬 b 和片厚 h 三者之一，都影響到總慣性矩 0J 的變化；再結(jié)合式 (4知，總慣性矩0c 的變化，也就是影響汽車的平順性變化。其中，片厚丸的變化對鋼板彈簧總慣性矩了。影響最大。增加片厚九，可以減少片數(shù)n。鋼板彈簧各片厚度可能有相同和不同兩種情況，希望盡可能采用前者。但因為主片工作條件惡劣，為了加強(qiáng)主片及卷耳，也常將主片加厚，其余各片厚度稍薄。此時，要求一副鋼板彈簧的厚度不宜超過三組。為使各片壽命接近又要求最厚片與最薄片厚度之比應(yīng)小于 取相同的鋼板厚度 鋼板斷面尺寸 b 和 h 符合國產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。 c)鋼板斷面形狀 矩形斷面鋼板彈簧的中性軸，在鋼板斷面的對稱位置上 (圖 4— 3a)。工作時一面受拉應(yīng)力，另一面受壓應(yīng)力作用，而且上、下表面的名義拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的絕對值相等。因材料抗拉性能低于抗壓性能，所以在受拉應(yīng)力作用的一面首先產(chǎn)生疲勞斷犁。除矩形斷面以外的其它斷面形狀的葉片 (圖 4c、 d)，其中性軸均上移，使受拉應(yīng)力作用的一面的拉應(yīng)力絕對值減小，而受壓應(yīng)力作用的一面的壓應(yīng)力絕對值增大，從而改善了應(yīng)力在斷面上的分布狀況，提高了鋼板彈簧的疲勞強(qiáng)度和節(jié)約近 10％的材料。采用矩形斷面。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4片斷面形狀 d)鋼板彈簧片數(shù) n 片數(shù) n 少些有利于制造和裝配，并可以降低片間的干摩擦，改善汽車行駛平順性。但片數(shù)少了將使鋼板彈簧與等強(qiáng)度梁的差別增大，材料利用率變壞。多片鋼板彈簧一般片數(shù)在 6～ 14 片之間選取，重型貨車可達(dá) 20 片。用變截面少片簧時，片數(shù)在 1～ 4 片之間選取。 設(shè)計采用多片普通鋼板彈簧，片數(shù)取 7 片。 片厚不變寬度連續(xù)變化的單片鋼板彈簧是等強(qiáng)度梁，形狀為菱形 (兩個三角形 )。將由兩個三角形鋼板組成的鋼板彈簧 分割成寬度相同的若干片，然后按照長度大小不同依次排列、疊放到一起，就形成接近實用價值的鋼板彈簧。實際上的鋼板彈簧不可能是三角形，因為為了將鋼板彈簧中部固定到車軸 (橋 )上和使兩卷耳處能可靠地傳遞力，必須使它們有一定的寬度，因此應(yīng)該用中部為矩形的雙梯形鋼板彈簧 (圖 4代三角形鋼板彈簧才有真正的實用意義。這種鋼板彈簧各片具有相同的寬度，但長度不同。鋼板彈簧各片長度就是基于實際鋼板各片展開圖接近梯形梁的形狀這一原則來作圖的。首先假設(shè)各片厚度不同，則具體進(jìn)行步驟如下： 先將各片厚度圖上 (圖哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 再沿橫坐標(biāo)量出主片長度的一半 L／ 2 和 U 形螺栓中心距的一半s/2，得到 A、 B 兩點，連接 A、 B 即得到三角形的鋼板彈簧展開圖。 果存在與主片等長的重疊片，就從月點到最后一個重疊片的上側(cè)邊端點連一直線，此直線與各片上側(cè)邊的交點即為各片長度。各片實際長度尺寸需經(jīng)圓整后確定。求得各片的長度為 1l =1280 2l =1080 3l=951 4l =765 5l=592 6l=4327l=289 圖 4用公式： ? ? ??? ?M P 3 1 52 4 5(～ ??? ??4， 算出 ??? = 在用公式：2m a x )()(6???， 算出900 ∴所選鋼板彈簧合適。 預(yù)壓縮和 U 形螺栓夾緊前，其主片上表面與兩端 (不包括卷耳孔半徑 )連 線間的最大高度差 (圖 4稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 0H ，用下式計算 )(0 ???(4式中， 靜撓度； 滿載弧高； f? 為鋼板彈簧總成用 U 形螺栓哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緊后引起的弧高變化，22))(3( L ??? ； s 為 U 形螺栓中心距； f? =0H =148 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑020 8/ =860 鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 因鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下和裝配后的曲率半徑不同 (圖 4裝配后各片產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑 片自由狀態(tài)下做成不同曲率半徑的目的是 ：使各片厚度相同的鋼板彈簧裝配后能很好地貼緊，減少主片工作應(yīng)力，使各片壽命接近。 圖 4由狀態(tài)下鋼板彈簧片 矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定 )2(1 000 ??(4式中，i 片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑 (0 為各片彈簧的預(yù)應(yīng)力 (N／ 2；正為材料彈性模量 (N／ 2，取 ?E N/ 2i 片的彈簧厚度 ( 選取各片彈簧預(yù)應(yīng)力時，要求做到：裝配前各片彈簧片間間隙相差不大，且裝配后各片能很好貼和；為保證主片及與其相鄰的長片有足夠的使用壽命，應(yīng)適當(dāng)降低主片及與其相 鄰的長片的應(yīng)力。 為此，選取各片預(yù)應(yīng)力時，可分為下列兩種情況：對于片厚相同的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不宜選取過大；對于片厚不相同的鋼板彈簧，厚片預(yù)應(yīng)力可取大些。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)力在 300～ 350N／ 2選取。 1～ 4 片長片疊加負(fù)的預(yù)應(yīng)力，短片疊加正的預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力從長片到短片由負(fù)值逐漸遞增至正值。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 確定各片預(yù)應(yīng)力時，理論上應(yīng)滿足各片彈簧在根部處預(yù)應(yīng)力所造成的彎矩?4 ，即 ??ni 0 (4或 1 0? =0 (4各片彈簧的預(yù)應(yīng)力為 01?=2?=3?=4?=0 5?=30 6?=60 7?=180 用式 (4算出各片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑 1R =29102R =23683R =20374R =17865R =16976R =1642R=1642 如果第 第 ?(4算得 1H =38 2H =46 H=41 4H =34 H=24 6H=15.6 7H=8.4 由于鋼板彈簧葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑用式 (4算，受其影響，裝配后鋼板彈簧總成的弧高與用式020 8/ 計算的結(jié)果會不同。因此，需要核算鋼板彈簧總成的弧高。 根據(jù)最小勢能原理，鋼板彈簧總成的穩(wěn)定平衡狀態(tài)是各片勢能總和最小狀態(tài)，由此可求得等厚葉片彈簧的0????? (4式中， 鋼板彈簧第 求得0R=905 鋼板彈簧總成弧高為 02 7/ (4求得 H=140 用式 (4用式 (4算的結(jié)果相近 ,所選鋼板合適 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 鋼板彈簧強(qiáng)度驗算 汽車驅(qū)動時，后鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的前半段出現(xiàn)最大應(yīng)力 (4計算 1'2202121'22m a x )( )( cll