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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1 汽車懸架概述
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。導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向桿系組成，用來(lái)決定車輪相對(duì)對(duì)于車架(或車身)的運(yùn)動(dòng)特性，并傳遞除彈性元件傳遞的垂直力以外的各種力和力矩。當(dāng)用縱置鋼板彈簧作彈性元件時(shí)，它兼起導(dǎo)向裝置作用。緩沖塊用來(lái)減輕車軸對(duì)車架(或車身)的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過(guò)大的變形。裝有橫向穩(wěn)定器的汽車，能減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)車身的側(cè)傾角和橫向角振動(dòng)。
根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，汽車懸架可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩大類。非獨(dú)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(guò)凸起時(shí)，會(huì)直接影響另一側(cè)車輪[1]。獨(dú)立懸架中沒有這樣的剛性梁，左右車輪各自“獨(dú)立”地與車架或車身相連或構(gòu)成斷開式車橋，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可細(xì)分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等等，
它的主要功用如下：
1 緩和、抑制由于不平路面所引起的振動(dòng)和沖擊，以保證汽車的行駛平順性；
2 迅速衰減車身和車橋(或車輪)的振動(dòng)；
3 傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的各種力(驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力、橫向力)和力矩(制動(dòng)力矩和反作用力矩)；
4 保證汽車行駛穩(wěn)定性。
為了完成1、2項(xiàng)功能，懸架使用了彈簧和減震器。汽車懸架常用的彈性元件有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、橡膠彈簧及空氣彈簧等。減震器有多種形式，現(xiàn)在最常用的是筒式減震器。
為了完成3、4項(xiàng)功能，懸架采用了適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向干系把車架(車身)與車軸(車輪)聯(lián)接起來(lái)。導(dǎo)向桿系有多種新式，可單獨(dú)用其中的一種，也可將幾種配合起來(lái)使用。鋼板彈簧懸架中的鋼板彈簧不僅用作彈性元件而且兼起導(dǎo)向的作用。
為了減輕車軸對(duì)車架(或車身)的直接沖撞，采用了緩沖塊。為了減小車身的側(cè)傾角，有的汽車還裝有橫向穩(wěn)定桿[2]。
鋼板彈簧簡(jiǎn)介
鋼板彈簧是汽車懸架中應(yīng)用最廣泛的一種彈性元件，它是由若干片等寬但不等長(zhǎng)（厚度可以相等，也可以不相等）的合金彈簧片組合而成的一根近似等強(qiáng)度的彈性梁。
當(dāng)鋼板彈簧安裝在汽車懸架中，所承受的垂直載荷為正向時(shí)，各彈簧片都受力變形，有向上拱彎的趨勢(shì)。這時(shí)，車橋和車架便相互靠近。當(dāng)車橋與車架互相遠(yuǎn)離時(shí)，鋼板彈簧所受的正向垂直載荷和變形便逐漸減小，有時(shí)甚至?xí)聪颉?
主片卷耳受力嚴(yán)重，是薄弱處，為改善主片卷耳的受力情況，常將第二片末端也彎成卷耳，包在主片卷耳的外面，稱為包耳。為了使得在彈性變形時(shí)各片有相對(duì)滑動(dòng)的可能，在主片卷耳與第二片包耳之間留有較大的空隙。有些懸架中的鋼板彈簧兩端不做成卷耳，而采用其他的支撐連接方式，如橡膠支撐墊[3]。
扁平長(zhǎng)方形的鋼板呈彎曲形，以數(shù)片疊成的底盤用彈簧，一端以梢子安裝在吊架上，另一端使用吊耳連接到大梁上，使彈簧能伸縮。目前適用于中大型的貨卡車上。
1.2 我國(guó)汽車懸架發(fā)展的現(xiàn)狀
現(xiàn)代汽車懸架的發(fā)展十分快，不斷出現(xiàn)嶄新的懸架裝置。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(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)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(yùn)動(dòng)仿真等為懸架的進(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)科提出更高的理論要求，使人類的認(rèn)識(shí)邁向新的、更高的境界。
汽車懸架按導(dǎo)向機(jī)構(gòu)可分為獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架兩大類。非獨(dú)立懸架主要用于貨車和客車前、后懸架。隨著高速公路網(wǎng)的快速發(fā)展，促使汽車速度不斷提高，使得非獨(dú)立懸架已不能滿足行駛平順性和操縱穩(wěn)定性等方面提出的要求。因此，獨(dú)立懸架獲得了很大的發(fā)展空間。獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，兩側(cè)的車輪各自獨(dú)立地與車架或車身彈性連接，因而具有很多優(yōu)點(diǎn)。獨(dú)立懸架中尤其是雙橫臂獨(dú)立懸架得到了廣泛的應(yīng)用。
汽車懸架按其振動(dòng)的控制方式分為被動(dòng)、半主動(dòng)和主動(dòng)懸架3種基本類型。20世紀(jì)80年代以來(lái)主動(dòng)懸架開始在一部分汽車上應(yīng)用，并且目前還在進(jìn)一步研究和開發(fā)中。我國(guó)在半主動(dòng)和主動(dòng)懸架的研究方面起步晚，與國(guó)外的差距大在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，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(dòng)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(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)品采用此技術(shù)的報(bào)道，只有北京理工大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)等少數(shù)幾個(gè)單位對(duì)主動(dòng)懸架展開研究。研究證明主動(dòng)懸架的平順性能最好。它采用許多新興的控制技術(shù)和使用大量電子器件，可使懸架的穩(wěn)定性得到保證因此，主動(dòng)懸架的平順性和操縱穩(wěn)定性是最好的，是汽車懸架必然的發(fā)展方向。由于種種原因，我國(guó)的汽車絕大部分采用被動(dòng)懸架。被動(dòng)式懸架汽車姿態(tài)（狀態(tài)）只能被動(dòng)地取決于路面及行駛狀況和汽車的彈性元件，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減振器這些機(jī)械零件[4]。 1934年世界上出現(xiàn)了第一個(gè)由螺旋彈簧組成的被動(dòng)懸架。被動(dòng)懸架的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法確定，在行駛過(guò)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。為了克服這種缺陷，采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(wú)法根除被動(dòng)懸架的弊端。被動(dòng)懸架主要應(yīng)用于中低檔轎車上，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、夏利、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。被動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)單、性能可靠，成本相對(duì)低廉且不需額外能量，因而應(yīng)用最為廣泛[5]。在我國(guó)現(xiàn)階段，仍然有較高的研究?jī)r(jià)值。被動(dòng)懸架性能的研究主要集中在三個(gè)方面:①通過(guò)對(duì)汽車進(jìn)行受力分析后，建立數(shù)學(xué)模型，然后再用計(jì)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，使懸架在絕大部分路況上保持良好的運(yùn)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。
1.3 研究的背景及意義
自主開發(fā)是中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的保障。我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)初具規(guī)模，但是面臨著能源緊張、技術(shù)落后、自主品牌嚴(yán)重缺乏以及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)加劇帶來(lái)的壓力[6]。我國(guó)的汽車產(chǎn)業(yè)要加速、持續(xù)和健康的發(fā)展，并成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，必須堅(jiān)持產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，選擇面向自主發(fā)展具有中國(guó)特色的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新模式，推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)、技術(shù)的進(jìn)步、以及民族品牌的崛起。
輕型貨車在我國(guó)應(yīng)用較廣，其中懸架是輕型貨車的的主要部件，其設(shè)計(jì)的成功與否決定著車輛的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性、舒適性等多方面的設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉的懸架系統(tǒng)，能大大降低整車生產(chǎn)的總成本，推動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以本題設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)優(yōu)良的輕型貨車懸架系統(tǒng)具有一定的實(shí)際意義。
1.4 研究的主要內(nèi)容
確定懸架總體結(jié)構(gòu)，彈性元件設(shè)計(jì)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，減振器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要參數(shù)的確定,對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行強(qiáng)度校核，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。
第2章 懸架的結(jié)構(gòu)形式分析及選擇
2.1 非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架
汽車的懸掛系統(tǒng)分為非獨(dú)立懸掛和獨(dú)立懸掛兩種，非獨(dú)立懸掛的車輪裝在一根整體車軸的兩端，當(dāng)一邊車輪跳動(dòng)時(shí)，另一側(cè)車輪也相應(yīng)跳動(dòng)，使整個(gè)車身振動(dòng)或傾斜；獨(dú)立懸掛的車軸分成兩段，每只車輪由螺旋彈簧獨(dú)立安裝在車架下面，當(dāng)一邊車輪發(fā)生跳動(dòng)時(shí)，另一邊車輪不受影響，兩邊的車輪可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，提高了汽車的平穩(wěn)性和舒適性。（如圖2.1）
圖2.1懸架的結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)圖
非獨(dú)立懸架以縱置式鋼板彈簧為彈性元件兼起導(dǎo)向裝置，其主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，維修方便，工作可靠。缺點(diǎn)是：由于整車布置上的限制，鋼板彈簧不可能有足夠的長(zhǎng)度（特別是前懸架），使之剛度較大，所以汽車平順性較差；簧下質(zhì)量大；在不平路面上行駛時(shí)，左、右車輪相互影響，并使車軸和車身傾斜；當(dāng)兩側(cè)車輪不同步跳動(dòng)時(shí)，車輪會(huì)左、右搖擺，使前輪容易產(chǎn)生擺振。當(dāng)輪跳動(dòng)時(shí)，懸架易于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉；當(dāng)汽車直線行駛在凹凸不平的路段上時(shí)，由于左右兩側(cè)車輪反向跳動(dòng)或只有一側(cè)車輪跳動(dòng)時(shí)，不僅車輪外傾角有變化，還會(huì)產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性；汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，離心力也會(huì)產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向性；所以汽車高速行駛時(shí)操作穩(wěn)定性差。非獨(dú)立懸架常用在貨車，大客車的前，后懸架以及某些轎車的后懸架[1]。
獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)的車輪各自獨(dú)立地與車架或車身彈性連接。與非獨(dú)立懸架相反，獨(dú)立懸架很少用鋼板彈簧作為彈性元件，而多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧作為彈性元件，因而具有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。與非獨(dú)立懸架相比，獨(dú)立懸架具有更多優(yōu)點(diǎn)：①懸架彈性元件的變形在一定的范圍內(nèi)，兩側(cè)車輪可以單獨(dú)運(yùn)動(dòng)而互不影響，這樣可減少車架和車身在不平道路上行駛時(shí)的振動(dòng)，而且有助于消除轉(zhuǎn)向輪不斷偏擺的現(xiàn)象。②減輕了汽車上非簧載質(zhì)量，從而減小了懸架所受到的沖擊載荷，可以提高汽車的平均行駛速度。③由于采用斷開式車橋，發(fā)動(dòng)機(jī)位置可降低和前移并使汽車重心下降，有利于提高汽車行駛的穩(wěn)定性。同時(shí)能給予車輪較大的上下運(yùn)動(dòng)空間，懸架剛度可設(shè)計(jì)得較小，使車身振動(dòng)頻率降低，以改善行駛平順性。④可保證汽車在不平道路上行駛時(shí)，車輪與路面有良好的接觸，增大了驅(qū)動(dòng)力。⑤具有特殊要求的某些越野汽車采用獨(dú)立懸架后，可增大汽車的離地間隙，提高了汽車的通過(guò)性能。獨(dú)立懸架與斷開式車橋配用。獨(dú)立懸架的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維修困難。這種懸架主要用于乘用車和部分輕型貨車，客車以及越野車[8]。
2. 2 前、后懸架方案的選擇
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(dú)立懸架、前輪采用獨(dú)立懸架、后輪采用非獨(dú)立懸架、前后輪都采用獨(dú)立懸架等幾種。
前、后懸架均采用縱置鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，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)懸架縮短，外側(cè)懸架因受壓而伸長(zhǎng)，結(jié)果與懸架固定連接的車軸的軸線相對(duì)汽車縱向中心線偏轉(zhuǎn)一角度a。對(duì)前軸，這種偏轉(zhuǎn)使汽車不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)增加；對(duì)后橋，則增加了汽車過(guò)多轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。乘用車將后懸架縱置鋼板彈簧的前部吊耳位置布置得比后部吊耳低，于是懸架的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心位置降低，結(jié)果后橋軸線的偏離不再使汽車具有過(guò)多轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)[9]。
前置前輪驅(qū)動(dòng)的乘用車，常采用麥弗遜式前懸架和扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式后懸架。乘用車后懸架采用縱置鋼板彈簧非獨(dú)立懸架，而前懸架采用雙橫臂式獨(dú)立懸架時(shí)，能夠通過(guò)將上橫臂支承銷軸線在縱向垂直平面上的投影設(shè)計(jì)成前高后低狀，使懸架的縱向運(yùn)動(dòng)瞬心位于有利于減少制動(dòng)前俯角處，使制動(dòng)時(shí)車身縱傾減少，保持車身具有良好的穩(wěn)定性能[1]。
本設(shè)計(jì)采用前懸架麥弗遜式非獨(dú)立懸架，后懸架選用鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架。
2.3 輔助元件
主要的輔助元件有橫向穩(wěn)定器和緩沖塊。
橫向穩(wěn)定器:通過(guò)減小懸架剛度c，能降低車身振動(dòng)固有頻率n，達(dá)到改善汽車平順性的目的。但因?yàn)閼壹艿膫?cè)傾角剛度也減小，并使車廂側(cè)傾角增加，結(jié)果車廂中的乘員會(huì)感到不舒適和降低了行車安全感。解決這一矛盾的主要方法就是在汽車上設(shè)置橫向穩(wěn)定器。有了橫向穩(wěn)定器，就可以做到在不增大懸架垂直剛度c的條件下，增大懸架的傾斜角剛度。
緩沖塊: 有些由橡膠制造（如圖a），通過(guò)硫化將橡膠與鋼板連接為一體，再經(jīng)焊在鋼板上的螺釘將緩沖塊固定到車架（車身）或其它部位上，起到限制懸架最大行程的作用, 還有些由多孔聚氨指制成（如圖b） ，它兼有輔助彈性元件的作用。這種材料起泡時(shí)就形成了致密的耐磨外層，它保護(hù)內(nèi)部的發(fā)泡部分不受損傷。由于在該材料中有封閉的氣泡，在載荷作用下彈性元件被壓縮，但其外廓尺寸增加卻不大，這點(diǎn)與橡膠不同。有些汽車的緩沖塊裝在減振器上[1]。
圖2.3橡膠緩沖塊
圖2.4由多空聚氨酯制成的輔助彈性元件形狀
本設(shè)計(jì)采用的緩沖塊為圖a，用螺釘固定在車架上，限制懸架的最大行程。
2.4 本章小結(jié)
在第本章中主要是對(duì)懸架進(jìn)行了介紹，并確立了前后懸架的選擇形式：前懸架 麥弗遜式獨(dú)立懸架；后懸架鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架。對(duì)輔助元件進(jìn)行了介紹和選擇。
第3章 前、后懸架主要參數(shù)的選擇
本設(shè)計(jì)采用MEIYA TM1021輕型貨車主要參數(shù)：外型尺寸(長(zhǎng)×寬×高)(mm)：5095×1710×1720、總質(zhì)量(kg)：2315、整備質(zhì)量(kg)：1490、軸距(mm)：3025、前懸/后懸(mm)：845/1225、前輪距：1460、后輪距：1440。
3.1選擇要求及方法
1、使懸架系統(tǒng)由較低的固有頻率
汽車前、后懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)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)ε近似等于1，于是汽車前、后軸上方車身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系。
2、與的匹配要合適
要求希望fc1與fc2要接近，單不能相等（防止共振）希望fc1> fc2 (從加速性考慮，若fc2大，車身的振動(dòng)大）
若汽車以較高車速駛過(guò)單個(gè)路障，n1/n2＜1時(shí)的車身縱向角振動(dòng)要比n1/n2＞1時(shí)小，故推薦取fc2=（0.8~0.9）fc1。
考慮到貨車前、后軸荷的差別和駕駛員的乘坐舒適性，取前懸架的靜撓度值大于后懸架的靜撓度值，推薦fc2=（0.6~0.8）fc2。
為了改善微型轎車后排乘客的乘坐舒適性，有時(shí)取后懸架的偏頻低于前懸架的偏頻
3、fd要合適,根據(jù)不同的車在不同路面條件造
以運(yùn)送人為主的轎車對(duì)平順性的要求最高，大客車次之，載貨車更次之。對(duì)普通級(jí)以下轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求1.0~1.45Hz，后懸架則要求在1.17~1.58Hz。原則上轎車的級(jí)別越高，懸架的偏頻越小。對(duì)高級(jí)轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求在0.8~1.15Hz，后懸架則要求在0.98~1.30Hz。貨車滿載時(shí)，前懸架偏頻要求在1.50~2.10Hz，而后懸架則要求在1.70~2.17Hz。
因偏頻越小則平順行越好，本設(shè)計(jì)偏頻取1.15Hz即=1.15Hz。
3.2 懸架靜撓度f(wàn)c
靜撓度：汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷Fw與此時(shí)懸架剛度c之比，即由已知參數(shù)可知，頻率n1=1.15Hz. 載簧質(zhì)量m1=463Kg 由公式
（3.1）
可知
（3.2）
（3.3）
3.3懸架的動(dòng)撓度f(wàn)d
動(dòng)撓度：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(shí)，車輪中心相對(duì)車回（或車身）的垂直位移 對(duì)乘用車，fd取7~9cm; 對(duì)客車，fd取5~8cm；對(duì)貨車，fd取6~9cm
這里取fd=7cm.
3.4懸架彈性特性
懸架受到的垂直外力F與由此所引起的車輪中心相對(duì)于車身位移廠(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f與所受垂直外力F之間呈固定比例變化時(shí)，彈性特性為一直線，稱為線性彈性特性，此時(shí)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(shí)，彈性特性如圖所示。此時(shí)，懸架剛度是變化的，其特點(diǎn)是在滿載位置(圖中點(diǎn)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(dòng)撓度f(wàn)d范圍內(nèi)，得到比線性懸架更多的動(dòng)容量。懸架的動(dòng)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(dòng)容量越大，對(duì)緩沖塊擊穿的可能性越小?？蛰d與滿載時(shí)簧上質(zhì)量變化大的貨車和客車，為了減少振動(dòng)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二轎車簧上質(zhì)量在使用中雖然變化不大，但為了減少車軸對(duì)車架的撞擊，減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的側(cè)傾與制動(dòng)時(shí)的前俯角和加速時(shí)的后仰角，也應(yīng)當(dāng)采用剛度可變的非線性懸架[11]。
鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的彈性特性可視為線性的，而帶有副簧的鋼板彈簧、空氣彈簧、油氣彈簧等，均為剛度可變的非線性彈性特性懸架。
圖3.1彈簧彈性特性曲線
3.5 本章小結(jié)
本章主要確定了前后懸架靜繞度和動(dòng)擾度，靜繞度為7.2cm動(dòng)擾度為7cm.及對(duì)懸架的彈性特性進(jìn)行了分析。
第4章 彈性元件的計(jì)算
4. 1 鋼板彈簧的布置方案的選擇
鋼板彈簧在汽車上可以縱置也可以橫置, 縱向布置時(shí)還具有導(dǎo)向傳力的作用,并有一定的減震作用，連得因而使的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。而橫向布置時(shí)因?yàn)橐獋鬟f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，所以只在極少數(shù)汽車上應(yīng)用。如下圖所示,它中部用U型螺栓將鋼板彈簧固定在車橋上。懸架前端為固定鉸鏈，也叫死吊耳。它由鋼板彈簧銷釘將鋼板彈簧前端卷耳部與鋼板彈簧前支架連接在一起，前端卷耳孔中為減少摩損裝有襯套。后端卷耳通過(guò)鋼板彈簧吊耳銷與后端吊耳與吊耳架相連，后端可以自由擺動(dòng)，形成活動(dòng)吊耳。當(dāng)車架受到?jīng)_擊彈簧變形時(shí)兩卷耳之間的距離有變化的可能[10]。
圖4.1鋼板彈簧的布置圖
4. 2 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定
TM1021 輕型貨車相關(guān)參數(shù)∶懸架靜撓=72mm，懸架動(dòng)撓度=70mm，軸距Z=3025mm, 單個(gè)鋼板彈簧的載荷
（4.1）
4.2.1滿載弧高
滿載弧高是指鋼板彈簧裝到車軸（橋）上，汽車滿載時(shí)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。常取=10~20mm，這里取=10mm.。
4.2.2鋼板彈簧長(zhǎng)度L的確定
鋼板彈簧長(zhǎng)度L是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離,在總布置可能的條件下，應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些。
在下列范圍內(nèi)選用鋼板彈簧的長(zhǎng)度：
轎車：L=（0.40~0.55）軸距；
貨車:前懸架：L=（0.26~0.35）軸距； 后懸架：L=（0.35~0.45）軸距。
應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些,原因如下：
1,增加鋼板彈簧長(zhǎng)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。
2,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。
3,剛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(shí)，作用到鋼板彈簧上的縱向力矩值。
4,增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時(shí)，能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形。
本設(shè)計(jì)中L=0.33×3025mm=1000mm
4.2.3 鋼板斷面尺寸及片數(shù)的確定
1.鋼板斷面寬度b的確定
有關(guān)鋼板彈簧 的剛度、強(qiáng)度等，可按等截面簡(jiǎn)支梁的計(jì)算公式計(jì)算，但需引入撓度增大系數(shù)δ加以修正。因此，可根據(jù)修正后的簡(jiǎn)支梁公式計(jì)算鋼板彈簧所需要的總慣性矩。對(duì)于對(duì)稱鋼板彈簧：
（4.2）
式中：s——U形螺栓中心距（mm）；
K——考慮U形螺栓夾緊彈簧后的無(wú)效長(zhǎng)度系數(shù)（如剛性?shī)A緊，取k=0.5，撓性?shī)A緊，取k=0）；
C——鋼板彈簧垂直剛度（N/mm），；
δ——撓度增大系數(shù)；
E——材料的彈性模量。
（4.3）
（4.4）
（4.5）
總慣性矩
（4.6）
鋼板彈簧總截面系數(shù)W0用下式計(jì)算
（4.7）
式中：
——許用彎曲應(yīng)力。
對(duì)于55SiMnVB或60Si2Mn等材料，表面經(jīng)噴丸處理后，推薦在下列范圍內(nèi)選??；前彈簧和平衡懸架彈簧為350-450；后副簧為220-250,這里取=450,所以
（4.8）
鋼板彈簧的平均厚度:
（4.9）
有了以后，再選鋼板彈簧的片寬b
片寬b對(duì)汽車性能的影響：
（1）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(shí)，彈簧的扭曲應(yīng)力增大。
（2）前懸架用寬的彈簧片，會(huì)影響轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角。片寬選取過(guò)窄，又得增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦彈簧的總厚
（3）推薦片寬與片厚的比值b/在6~10范圍內(nèi)選取。
本設(shè)計(jì)中取b=50mm
2.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J0用下式計(jì)算
（4.10）
式中：
n——鋼板彈簧片數(shù),取n=3所以可得到
（4.11）
片厚h選擇的要求：
（1）增加片厚h，可以減少片數(shù)n
（2）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?yàn)橹髌ぷ鳁l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(shí)，要求一副鋼板彈簧的厚度不宜超過(guò)三組。
（3）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1.5。
（4）鋼板斷面尺寸b和h應(yīng)符合國(guó)產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。
本設(shè)計(jì)中取h=6mm
3.鋼板斷面形狀
鋼板斷面形狀 矩形斷面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，變截面少片鋼板彈簧多采用矩形斷面結(jié)構(gòu)
4.葉片的端部結(jié)構(gòu)
葉片的端部可以按其形狀和加工方式分為矩形（片端切角）、橢圓形（片端壓延）和片端壓延切斷四種。其中矩形為制造成本最低的一種（由于對(duì)片端部作任何加工）。本設(shè)計(jì)中采用矩形端部結(jié)構(gòu)。
5.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(shí)，片數(shù)在1～10片之間選取。
故本設(shè)計(jì)n=7
6.鋼板彈簧端部的支承型式
以板簧端部的支承型式而言，可以大致分為卷耳和滑板兩大類?；逍褪蕉嘁娪趦蓸O式主副簧懸架中副簧的支承和平衡懸架中板簧的支承。卷耳根據(jù)其相對(duì)板簧上平面的位置可以分為上卷耳、平卷耳和下卷耳三類。
本設(shè)計(jì)中采用上卷耳。
7.吊耳及鋼板彈簧銷的結(jié)構(gòu)
大多數(shù)板簧的支承方式為一端采用固定的卷耳，另一端采用擺動(dòng)的吊耳。擺動(dòng)吊耳的結(jié)構(gòu)可以用C形、叉形以及分體式等。彈簧銷的支承、潤(rùn)滑可用螺紋式、自潤(rùn)滑式、滑動(dòng)軸承、橡膠支承或者將板簧支承在橡膠座內(nèi)。自潤(rùn)滑式多用于轎車及輕型載貨汽車，具有不必加潤(rùn)滑脂及噪聲小的優(yōu)點(diǎn)。
本設(shè)計(jì)中采用自潤(rùn)滑式彈簧銷結(jié)構(gòu)。
8.少片彈簧
少片彈簧在輕型車和轎車上得到越來(lái)越多的應(yīng)用。其特點(diǎn)是葉片由等長(zhǎng)、等寬、變截面的1～3片葉片組成。利用變厚斷面來(lái)保持等強(qiáng)度特性，并比多片彈簧減少20％～40％的質(zhì)量。片間放有減摩作用的塑料墊片，或做成只在端部接觸以減少片間摩擦。如圖4.2所示單片變截面彈簧的端部段和中間夾緊部分段是厚度為和的等截面形，段為變厚截面。 段厚度可按拋物線形或線性變化。
圖4.2單片彈簧和少片彈簧
4. 3 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算
圖4.3鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下的曲率半徑
1. 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高
鋼板彈簧各片裝配后，在預(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（如圖4.3），稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高
用下式計(jì)算：
（4.12）
式中：
——靜撓度；
——滿載弧高；
——鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后引起的弧高變化.
（4.13）
S——U形螺栓中心距；
L——鋼板彈簧主片長(zhǎng)度。
鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑
（4.14）
（4.15）
（4.16）
（4.17）
2.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，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。各片自由狀態(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。
矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定
（4.18）
式中：
——第i片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）；
——鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）；
——各片彈簧的預(yù)應(yīng)力（）；
E——材料彈性模量（），取；
——第i片的彈簧厚度（mm）。
(4.19)
(4.20)
在已知鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下曲率半徑和各片彈簧預(yù)加應(yīng)力的條件下，計(jì)算出各片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑。選取各片彈簧預(yù)應(yīng)力時(shí)，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；為保證主片及其相鄰的長(zhǎng)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(zhǎng)片的應(yīng)力。這此，選取各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，可分為下列兩種情況：對(duì)于片厚相同的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不宜選取過(guò)大；對(duì)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/mm2內(nèi)選取。1-4片長(zhǎng)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(zhǎng)片到短片由負(fù)值逐漸遞增至正值。
4. 4 鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算
圖4.4單片變截面彈簧的一半
變截面鋼板彈簧的尺寸如圖4.4所示,此時(shí)厚度隨長(zhǎng)度的變化規(guī)律為，式中，；。單片鋼板彈簧剛度用下式計(jì)算
(4.21)
式中：
E——材料的彈性模量；
ξ——修正系數(shù)，取O.92；，如圖4.4所示；，其中b為鋼板寬
(4.22)
式中 (4.23)
(4.24)
(4.25)
所以
(4.26)
所以，梯形葉片彈簧的剛度為：
(4.27)
4. 5 彈簧的最大應(yīng)力點(diǎn)及最大應(yīng)力
圖4.4中梯形彈簧的BC直線方程為：
(4.28)
, 如果彈簧端部厚度，則便可求出梯形葉片等厚部分的理論長(zhǎng)度值
(4.29)
當(dāng)時(shí)，彈簧最大應(yīng)力點(diǎn)發(fā)生在處，此處
(4.30)
其應(yīng)力值
(4.31)
當(dāng)時(shí)，最大應(yīng)力點(diǎn)發(fā)生在B點(diǎn)，其值。
由于, 即
所以，彈簧的最大應(yīng)力點(diǎn)不是出現(xiàn)在B點(diǎn)，應(yīng)出現(xiàn)在的區(qū)段內(nèi)，
(4.32)
彈簧最大應(yīng)力為：
(4.33)
在400~500MP之間，滿足要求
4. 6 彈簧卷耳和彈簧銷的強(qiáng)度核算
圖4.5鋼板彈簧主片卷耳受力圖
鋼板彈簧主片卷耳受力如上圖所示。卷耳處所受應(yīng)力σ是由彎曲應(yīng)力和(壓)應(yīng)力合成的應(yīng)力
(4.34)
式中：
——沿彈簧縱向作用在卷耳中心線上的力；
D——卷耳內(nèi)徑；
B——鋼板彈簧寬度；
——主片厚度。
許用應(yīng)力[σ]取為350N／。
(4.35)
在范圍之內(nèi)，滿足要求
對(duì)鋼板彈簧銷要驗(yàn)算鋼板彈簧受靜載荷時(shí)鋼板彈簧銷受到的擠壓應(yīng)力。其中，為滿載靜止時(shí)鋼板彈簧端部的載荷；b為卷耳處葉片寬；d為鋼板彈簧銷直徑
(4.36)
滿足要求
用30鋼或40鋼經(jīng)液體碳氮共滲處理時(shí)，彈簧銷許用擠壓應(yīng)力[]取為3～4N／；用20鋼或20Cr鋼經(jīng)滲碳處理或用45鋼經(jīng)高頻淬火后，其許用應(yīng)力[]≤7～9N／。鋼板彈簧多數(shù)情況下采用55SiMnVB鋼或60Si2Mn鋼制造。常采用表面噴丸處理工藝和減少表面脫碳層深度的措施來(lái)提高鋼板彈簧的壽命。表面噴丸處理有一般噴丸和應(yīng)力噴丸兩種，后者可使鋼板彈簧表面的殘余應(yīng)力比前者大很多。
表4.1鋼板彈簧片的參數(shù)
片號(hào)
各片長(zhǎng)度（mm）
各片有效長(zhǎng)度（mm）
各片厚度（mm）
各片寬度（mm）
1
1000
955
6
50
2
885
840
6
50
3
770
725
6
50
4
655
610
6
50
5
540
495
6
50
6
425
380
6
50
7
310
265
6
50
4.7螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.7.1螺旋彈簧形式、材料的選擇
由于螺旋彈簧的的生產(chǎn)量較大，應(yīng)用廣泛且成本低，故選擇壓縮圓柱螺旋彈簧。根據(jù)汽車的工作條件，采用熱扎彈簧鋼60Si2MnA，加熱成形，而后淬火﹑回火等處理。
4.7.2確定彈簧直徑及剛度
當(dāng)彈簧僅承受軸向載荷時(shí)
因?yàn)? (4.37)
故 (4.38)
式中：——彈簧中徑；
——彈簧的許用應(yīng)力，查表得；
C——旋繞比，取C=8；
K——曲度系數(shù)，
； (4.39)
由此可得 mm
取 d=15 mm
又因?yàn)? ， 得
在最大工作負(fù)荷作用下，取彈簧的有效圈數(shù)為： 圈
彈簧的剛度計(jì)算公式為
(4.40)
式中： G——切變模量，查表得，；
代入數(shù)據(jù)得：
==28.75 N/mm (4.41)
4.7.3其他參數(shù)的計(jì)算
表4.1螺旋彈簧各尺寸
彈簧外徑：
彈簧內(nèi)徑：
總?cè)?shù)：
節(jié)距：
自由高度：
壓拼高度：
螺旋導(dǎo)角：
展開長(zhǎng)度：
4.7.4彈簧的校驗(yàn)
壓縮螺旋彈簧軸向變形較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生側(cè)向彎曲而失去穩(wěn)定性，特別是彈簧自由高 度超過(guò)彈簧中徑的4倍時(shí)，更容易產(chǎn)生這種現(xiàn)象，因而設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。
高徑比 (4.42)
在4倍范圍內(nèi)故穩(wěn)定性符合要求。
4.8 本章小結(jié)
本章是設(shè)計(jì)計(jì)算的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，本章對(duì)鋼板彈簧和螺旋彈簧的各部分尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定鋼板彈簧的塊數(shù)為7和每塊鋼板彈簧的長(zhǎng)、寬、高，通過(guò)已給的參數(shù)計(jì)算并進(jìn)行應(yīng)力的計(jì)算同時(shí)本本章也對(duì)螺旋彈簧的各尺寸參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算但對(duì)螺旋彈簧的校核由于部分原因不是很全面。
第5章 減振器的計(jì)算及選擇
5. 1 減振器的分類
減振器是車輛懸架系統(tǒng)中的重要部件，其性能的好壞對(duì)車輛的舒適性以及車輛及懸架系統(tǒng)的使用壽命等有較大影響。汽車在受到來(lái)自不平路面的沖擊時(shí)，其懸架彈簧可以緩和這種沖擊，但同時(shí)也激發(fā)出較長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)，使乘坐不適。與彈性元件并聯(lián)安裝的減振器可很快衰減這種振動(dòng)，改善汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性[11]。
汽車懸架中廣泛采用液壓減振器。液壓減振器按其結(jié)構(gòu)可分為搖臂式和筒式；按其工作原理可分為單向作用式和雙向作用式。筒式減振器由于質(zhì)量輕、性能穩(wěn)定、工作可靠、易于大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，成為了汽車減振器的主流。筒式減振器又可分為雙筒式、單筒式和充氣筒式，其中以雙筒式應(yīng)用最多[12]。充氣筒式減振器在筒式減振器中充以一定壓力的氣體，改善了高速時(shí)的減振性能，并有利于消除減震器產(chǎn)生的噪聲，但由于成本及使用維修問(wèn)題，使其推廣應(yīng)用受到一定限制。本設(shè)計(jì)中，選用雙向作用筒式減振器。
5. 2 主要性能參數(shù)的選擇
5.2.1 相對(duì)阻尼系數(shù)ψ
圖5.1減震器阻力-速度特性
在減振器卸荷閥打開前，其中的阻力F與減振器振動(dòng)速度v之間的關(guān)系為：
（5.1）
式中：
σ——減振器阻尼系數(shù)。
圖5.1所示為減振器的阻力——速度特性。該圖具有如下特點(diǎn)：阻力——速度特性由四段近似直線線段組成，其中壓縮行程和伸張行程的阻力——速度特性各占兩段；各段特性線的斜率是減振器的阻尼系數(shù)σ=F/u，所以減振器有四個(gè)阻尼系數(shù)。在沒有特別指明時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)是指卸荷閥開啟前的阻尼系數(shù)。通常壓縮行程的阻尼系數(shù)與伸張行程的阻尼系數(shù)不等。
汽車懸架有阻尼以后，簧上質(zhì)量的振動(dòng).式周期衰減振動(dòng)，用相對(duì)阻尼系數(shù)ψ的大小來(lái)評(píng)定振動(dòng)衰減的快慢速度。ψ的表達(dá)式為：
(5.2)
式中：
C——懸架系統(tǒng)的垂直剛度，c=266 N/mm(前面已經(jīng)計(jì)算)；
——簧上質(zhì)量。
=1150 Kg 上式表明，相對(duì)阻尼系數(shù)ψ的物理意義是：減振器的阻尼作用在于不同剛度c和不同簧上質(zhì)量的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。ψ值大，振動(dòng)能迅速衰減，同時(shí)又能將較大的路面沖擊力傳到車身；ψ值小則相反；通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得小些，伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得大些。兩者之間保持有=（0.25~0.50）的關(guān)系。設(shè)計(jì)時(shí)，現(xiàn)選取與的平均值ψ。對(duì)于無(wú)內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，取ψ=0.25~0.35；對(duì)于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，ψ值取小些。對(duì)于行駛路面條件較差的汽車，ψ值應(yīng)取大些，一般??；為避免懸架碰撞車架，取=0.5。
本設(shè)計(jì)中，ψ取0.25，=0.33，=0.17
5.2.2 減振器阻尼系數(shù)的確定
減振器阻尼系數(shù)，不同懸架因?qū)驒C(jī)構(gòu)杠桿比不同，懸架阻尼系數(shù)應(yīng)具體計(jì)算。
(5.3)
式中， k——杠桿比，
(5.4)
α——減振器安裝角, α= 3o
所以，
(5.5)
5.2.3 最大卸荷力的確定
為了減少傳給車身的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)一定值時(shí)，減振器應(yīng)打開卸荷閥，此時(shí)活塞速度稱為卸荷速度,一般為，
(5.6)
式中：
A——車身振幅，取;
——懸架固有頻率。
若伸張行程時(shí)的阻尼系數(shù)為，則最大卸荷力為：
(5.7)
5.3 筒式減振器主要尺寸參數(shù)的確定
筒式減振器工作缸直徑D可由最大卸荷力和缸內(nèi)允許壓力[p]來(lái)近似求得：
(5.8)
式中：
[p]——缸內(nèi)最大允許壓力，取;
——缸筒直徑與連桿直徑比，雙筒式減振器=0.4~0.5；單筒式減振器=0.3~0.35 計(jì)算出D后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)將缸徑圓整為20、30、40、50、60 mm.
(5.9)
圓整后取D=60 mm
儲(chǔ)油筒直徑
(5.10)
壁厚按一般情況選擇為2mm
5.4 本章小結(jié)
本章主要對(duì)減震器進(jìn)行了介紹和選擇，本設(shè)計(jì)采用雙向作用筒式減震器，并對(duì)減震器的一般尺寸進(jìn)行了計(jì)算工作缸直徑D為60 壁厚為2，對(duì)減震器主要性能參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。
第6章 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
6.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)
1、麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心
麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心由如圖6.1所示方式得出。從懸架與車身的固定連接點(diǎn)E作活塞桿運(yùn)動(dòng)方向的垂直線并將下橫臂線延長(zhǎng)。兩條線的交點(diǎn)即為極點(diǎn)P。將P點(diǎn)與車輪接地點(diǎn)N的連線交在汽車軸線上，交點(diǎn)W即為側(cè)傾中心。
圖6.1 麥弗遜式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的確定
各數(shù)據(jù)為：，， ，，d=300mm，
麥弗遜式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的高度為
(6.1)
式中
代入式子6-1得
(6.2)
前懸架的側(cè)傾中心高度受到允許的輪距變化限制，并且?guī)缀醪豢赡艹^(guò)150mm。 此外，在前輪前驅(qū)的汽車上，由于前橋軸荷大，且為驅(qū)動(dòng)橋，故因盡可能使前輪輪荷變 化小。因此，在獨(dú)立懸架中，側(cè)傾中心高度為：
前懸0～120mm，后懸80～150mm。
此次設(shè)計(jì)的前懸側(cè)傾中心高度為46mm，因而設(shè)計(jì)符合要求。
2、側(cè)傾軸線
在獨(dú)立懸架中，汽車前部與后部側(cè)傾中心的連線成為側(cè)傾軸線，側(cè)傾軸線應(yīng)大致與 地面平行，且盡可能離地面高些。平行是為了是為了使得在曲線行駛前、后軸上的軸荷 變化接近相等從而保證中性轉(zhuǎn)向特性；而盡可能高則是為了使車身的側(cè)傾限制在允許的范圍內(nèi)。
3、縱傾中心
麥弗遜式獨(dú)立懸架的縱傾中心，可由E點(diǎn)作減振器運(yùn)動(dòng)方向的垂直線。該垂直線與橫臂軸D的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)O即為縱傾中心，如圖6.2所示
圖6.2 麥弗遜式獨(dú)立懸架的縱傾中心
6.2 麥弗遜式懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力分析
圖6.3 懸架受力簡(jiǎn)圖
分析如圖6.3a所示麥弗遜式懸架受力簡(jiǎn)圖可知，作用在導(dǎo)向套上的橫向力，可根據(jù)圖上的布置尺寸求得
(6.3)
式中，為前輪上的靜載荷減去前軸簧下質(zhì)量的1／2。
橫向力越大，則作用在導(dǎo)向套上的摩擦力越大(為摩擦因數(shù))，這對(duì)汽車子順性有不良影響。為了減小摩擦力，在導(dǎo)向套和活塞表面應(yīng)用了減磨材料和特殊工藝。由式(6-2)可知，為了減小力，，要求尺寸c十b越大越好，或者減小尺寸a。增大尺寸使懸架占用空間增加，在布置上有困難;若采用增加減振器軸線傾斜度的方法，可達(dá)到減小尺寸的目的，但也存在布置困難的問(wèn)題。為此，在保持減振器軸線不變的條件下，常將圖中的G點(diǎn)外伸至車輪內(nèi)部，既可以達(dá)到縮短尺寸a的目,又可獲得較小的甚至是負(fù)的主銷偏移距，提高制動(dòng)穩(wěn)定性。移動(dòng)G點(diǎn)后的主銷軸線不再與減振器軸線重合。
2、擺臂軸線布置方式的選擇
圖6.4 角變化示意圖
麥弗遜式懸架的擺臂軸線與主銷后傾角的匹配影響汽車的縱傾穩(wěn)定性，圖6.4中，C點(diǎn)為汽車縱向平面內(nèi)懸架相對(duì)于車身跳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)瞬心。當(dāng)擺臂軸的抗前俯角-β等于靜平衡位置的主銷后傾角時(shí)，擺臂軸線正好與主銷軸線垂直，運(yùn)動(dòng)瞬心交于無(wú)窮遠(yuǎn)處，主銷軸線在懸架跳動(dòng)時(shí)作平動(dòng)。因此，值保持不變。
當(dāng)-β與的匹配使運(yùn)動(dòng)瞬心C交于前輪后方時(shí)(圖6.4a)，在懸架壓縮行程，角有增大的趨勢(shì).
當(dāng)-β與的匹配使運(yùn)動(dòng)瞬心C交于前輪前方時(shí)(圖6.4b)，在懸架壓縮行程，角有減小的趨勢(shì)。
為了減少汽車制動(dòng)時(shí)的縱傾，一般希望在懸架壓縮行程主銷后傾角有增加的趨勢(shì)。
因此，本設(shè)計(jì)選擇參數(shù)β能使運(yùn)動(dòng)瞬心C交于前輪后方。
3、擺臂長(zhǎng)度的確定
圖6.5 麥弗遜式獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)特性
圖6.5為某轎車采用的麥弗遜式前懸架的實(shí)測(cè)參數(shù)為輸人數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果。圖中的幾組曲線是下擺臂“取不同值時(shí)的懸架運(yùn)動(dòng)特性。由圖可以看出，擺臂越長(zhǎng)，曲線越平緩， 即車輪跳動(dòng)時(shí)輪距變化越小，有利于提高輪胎壽命。主銷內(nèi)傾角γ車輪外傾角δ和主銷后傾角λ曲線的變化規(guī)律也都與類似，說(shuō)明擺臂越長(zhǎng)，前輪定位角度的變化越小，將有利于提高汽車的操縱穩(wěn)定性[10]。
所以在本設(shè)計(jì)中，在滿足布置要求的前提下盡量加長(zhǎng)擺臂長(zhǎng)度。
6.3本章小結(jié)
本章對(duì)懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算，重點(diǎn)是側(cè)傾中心的計(jì)算計(jì)算得側(cè)傾中心為46，符合前懸側(cè)傾中心在0~120之間。同時(shí)本章確定了導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)和前懸架麥弗遜式非獨(dú)立懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
結(jié) 論
懸架作為汽車的一個(gè)重要部件，連接車身于車輪之間的一個(gè)部件，使得其作用十分的重要，懸架中的彈簧和減震器在反復(fù)的運(yùn)動(dòng)，承受著交變載荷的反復(fù)壓迫。所以強(qiáng)度一定要合格，麥弗遜懸架在很多車型上面都得到了很好的應(yīng)用。其優(yōu)越的性能使其占有很大的優(yōu)勢(shì)。。根據(jù)本文對(duì)汽車懸架設(shè)計(jì)計(jì)算，得出如下結(jié)論：
（1）本文設(shè)計(jì)了麥弗遜式獨(dú)立懸架和鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)參數(shù)和各個(gè)部分的詳細(xì)參數(shù)。
（2）對(duì)鋼板彈簧各個(gè)參數(shù)和螺旋彈簧的高徑比進(jìn)行了校核。
（3）對(duì)減震器進(jìn)行了選擇，為雙向作用筒式減震器，對(duì)減震器主要性能參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。
（4）對(duì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的側(cè)傾中心和各個(gè)布置參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。
本設(shè)計(jì)針對(duì)前懸架麥弗遜式獨(dú)立懸架后懸架為非獨(dú)立懸架進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中由于個(gè)人能力原因使得有些地方的設(shè)計(jì)存在不合理性，望見諒。
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致 謝
深深地感謝我的各位老師。在我大學(xué)期間，學(xué)習(xí)上得到了各位老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，老師教授了很多很多專業(yè)性的知識(shí)，在設(shè)計(jì)當(dāng)中得到了老師的悉心指導(dǎo)和幫助。生活上得到了老師的熱心幫助和關(guān)心愛護(hù)。老師淵博的學(xué)識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，填密的思維以及對(duì)待科研和祖國(guó)教育事業(yè)的獻(xiàn)身精神，讓我終生受益，永遠(yuǎn)激勵(lì)著我不斷前進(jìn)。感謝四年來(lái)所有教授我們理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)的老師，同時(shí)還要感謝學(xué)校圖書館、檔案館、電子閱覽室等部門給我們提供各種形式的幫助。感謝學(xué)校給我們一個(gè)展現(xiàn)自我設(shè)計(jì)能力的機(jī)會(huì)，感謝我的父母在我設(shè)計(jì)遇到困難的時(shí)候給我的鼓勵(lì)。
通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使四年來(lái)所學(xué)的知識(shí)得到了進(jìn)一步的加強(qiáng)和鞏固。在設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的困難是我深深的認(rèn)識(shí)到要成為一名合格的設(shè)計(jì)人員的不易，決心在以后的工作中繼續(xù)努力學(xué)習(xí)知識(shí)，發(fā)展思維，拓寬眼界，為社會(huì)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的微薄之力。
最后祝全校老師身體健康、萬(wàn)事如意
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