【正文】 固有頻率是 ～ 2Hz，旅行客車 ～ ，高級轎車 1～ 。另外，當懸架剛度一定時，簧載質量越大，懸架垂直變形也 越 大，而固有頻率越低?？哲嚂r 本科生畢業(yè)設計（論文） 2 的固有頻率要比滿載時的高?；奢d質量變化范圍大，固有頻率變化范圍也大。為了使空載和滿載 固有 頻率 保持一定或很小變化，需要把懸架剛度做成可變或可調的 。 影響汽車平順性的另一個懸架指標是簧載質量?；奢d質量分為簧上質量與簧下質量兩部分，由彈性元件承載的部分質量，如車身、車架及其它所有彈簧以上的部件和載荷屬于簧上質量 m。車輪、非獨立懸架的車軸等屬于簧下質量，也叫非簧載質量 M。如果減小非簧載質量可使車身振動頻率降低，而車輪振動頻率升高，這對減少共振，改善汽車的平順性是有利的。非簧載質量對平順性的影響，常用非簧載質量和簧載質量之比 m/M 進 行評價。 影響汽車平順性的另一重要指標是阻尼比 ，此 值取大，能使振動迅速 衰減，但會把路面較大的沖擊傳遞到車身，值取小，振動衰減慢，受沖擊后振動持續(xù)時間長，使乘客感到不舒服。為充分發(fā)揮彈簧在壓縮行程中作用，常把壓縮行程的阻尼比設計得比伸張小。 懸架的側傾角剛度及前后匹配是影響汽車操縱穩(wěn)定性的重要參數(shù)。當汽車受側向力作用發(fā)生車身側傾，若側傾角過大，乘客會感到不安全，不舒適，如側傾角過小，車身受到橫向沖擊較大，乘客也會感到不適，司機路感不好。所以，整車側傾角剛度應滿足：當車身受到 側向加速度時，其側傾角在 176。 ～ 4176。范圍內，汽車有一定不足轉向特性，前懸架側傾角剛度應大于后懸 架側傾角剛度。一般前懸架側傾角剛度與后懸架側傾角剛度比應在 ～ 范圍內，如前后懸架本身不能滿足上述要求，可在前后懸架中加裝橫向穩(wěn)定桿，提高汽車操縱穩(wěn)定性。 本科生畢業(yè)設計（論文） 3 第 2章 懸架系統(tǒng)的結構與分析 懸架的功能和組成 懸架系統(tǒng) 主要功能 ： (1)對不平路面所造成 的沖擊和 振動等， 具有緩和和衰減的作用， 從而保證乘客 的舒適 和貨物的 完好 ，并提高駕駛穩(wěn)定性。 (2)將路面與車輪之間的摩擦所產生的驅動力和制動力傳輸?shù)降妆P和車身。 (3)支承車橋上的車身，并使車身與車輪之間保持適當?shù)膸缀侮P系。 典型的懸架結構由彈性元件、導向機構以及減震器等組成，個 別結構則還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，而現(xiàn)代轎車懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，個別高級轎車則使用空氣彈簧 ，貨車常采用鋼板彈簧。 汽車懸架的分類 為適應不同車型和不同類型車橋的需要 ， 懸架有分為獨立懸架和 非獨立懸架。 獨立懸架是兩側車輪分別獨立地與車架彈性地連接，當一側車輪受沖擊，其運動不直接影響到另一側車輪，獨立懸架所采用的車橋是斷開式的。這樣使得發(fā)動機可放低安裝，有利于降低汽車重心，并使結構緊湊。獨立懸架允許前輪有大的跳動空間，有利于轉向，便于選擇軟的 彈簧元件使平順性得到改善。同時獨立懸架非簧載質量小，可提高汽車車輪的附著性。 但獨立懸架成本高，結構復雜。 非獨立懸架特點是兩側車輪安裝于一整體式車橋上，當一側車輪受沖擊力時會直接影響到另一側車輪上，當車輪上下跳動時定位參數(shù)變化小。若采用鋼板彈簧作彈性元件，它可兼起導向作用，使結構大為簡化，降低成本。目前廣泛應用于貨車和大客車上，有些轎車后懸架也有采用的。非獨立懸架由于非簧載質量比較大，高速行駛時懸架受到沖擊載荷比較大，平順性較差。 其主要特點是： （ 1） 組成懸架的構件少，結構簡單，便于維修 ，經濟性好 。 （ 2） 堅固耐用，適合重載。 （ 3） 轉彎時車身傾斜度小。 （ 4） 車輪定位幾乎不因其上下運動而改變，所以輪胎磨損較少。 （ 5）側傾中心位置較高，有利于減小轉向時車身的側傾角 。 本科生畢業(yè)設計（論文） 4 所以 本次設計中 福田 輕 型貨車選用的是非獨立懸架。 懸架的設計要求 懸架與汽車的多種使用性能有關，在懸架的設計中應該滿足 以下 性能要求： （ 1）保證汽車有良好的行駛平順性。 （ 2）具有合適的衰減振動能力。 （ 3）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。 （ 4）汽車制動或加速時能保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾，即點頭或后仰；轉彎時車身側傾角要合適。 （ 5）結構緊湊 、占用空間小。 （ 6）可靠的傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩。在滿足零部件質量小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。 懸架主要參數(shù) 根據(jù)懸架在整車中的作用和整車的性能要求，懸架首先應保證有良好的行駛平順性，這是確定懸架主要性能參數(shù)的重要依據(jù)。 汽車的前、后懸架與簧載質量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性主要參數(shù)之一。懸架固有頻率選取的主要依據(jù)是“ ISO2631《人體承受全身振動的評價指南》”，固有頻率取值與人步行時身體上下運動的頻率接近。此外，前后懸架的固有頻率接近可以避免產生較大的車身角振動， 12nn? 的汽車高速通過單個路障時引起的車身角振動小于 12nn? 的汽車。故本次設計選取的汽車前后部分的車身固有頻率 1n 、 2n 分別為 1 Hz? , 2 Hz? 已知設計參數(shù)： 整車質量：滿載： 5200 kg ，空載： 2200 kg 質心位置： ? ? m? 非簧載質量 : 80mf kg? , 120mr kg? 輪距： ? 由已知參數(shù)確定初始條件： 空載靜止時汽車前、 后軸（橋）負荷 1 ? 、 2 ? ； 滿載靜止時汽車前、 后軸（橋）負荷 1 ? 、 2 ? ； 簧下部分荷重 u1 784GN? 、 u2 1176GN? 。 滿載時單個鋼板彈簧的 載荷： ? ? ? ?w 1 1 1 / 2 16 81 6. 8 78 4 / 2 80 16 .4F G G u N? ? ? ? ?, 本科生畢業(yè)設計（論文） 5 ? ? ? ?w 2 2 2 / 2 3 4 1 4 3 .2 1 1 7 6 / 2 1 6 4 6 4 .8 4F G G u N? ? ? ? ? 滿載時單個鋼板彈簧的簧載質量： 11 / g 8 0 1 6 .4 / 9 .8 8 1 7 .1 7wm F k g? ? ? 2 w 2 / g 1 646 4 / 9 .8 168 9m F k g? ? ? 懸架的靜 撓度 cf 及剛度 c 懸架的靜撓度 cf 是指滿載靜止時懸架上的載荷 wF 與此時懸架剛度 c 之比，即cw /f F c? 。 因現(xiàn)代汽車的懸掛質量分配系數(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、后部分車身的固有頻率 1n 和 2n 可用下式表示 1n? )2/(/ 11 ?mc ； 2n? )2/(/ 22 ?mc （ 1） 式中， 1c 、 2c 為前、后懸架的剛度 ? ?/N mm ； 12mm、 為前、后懸架的簧上質量（ kg ）。 懸架的彈性特性為線性變化時，前、后懸架的靜撓度可用下式表示 11g/cf m c? 1； 2 2 2/cf m g c? 式中， g 為重力加速度 , 29800 /g mm s? 。將 c1f 、 2cf 代入式（ 1）得到 所以 2211/ ( 2 ) 9 8 0 0 / ( 2 3 .1 4 1 .7 ) 8 5 .9 8cf g n m m?? ? ? ? ? 22/ ( 2 ) 98 00 / ( 2 3. 14 2. 0) 62 .1 2cf g n m m?? ? ? ? ? 懸架剛度 221 1 1( 2 ) ( 2 1 .7 3 .1 4 ) 8 1 7 .1 7 9 3 1 3 8 .5 7 /c n m N m?? ? ? ? ? ? 2 2 2( 2 ) ( 2 2. 0 3. 14 ) 16 80 .2 9 25 61 5. 32 /c n m N m?? ? ? ? ? ? 懸架的動撓度 df 懸架的動撓度 df 是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結構允的最大變形時，車輪中心相對車架（或車身）的垂直位移。要求懸架應有足夠大的動撓度，以防止在壞路面上行駛時經常碰撞緩沖塊。所以， 對于貨車，取 /1dcff? ，所以1186dcf f mm?? ， 2263dcf f mm?? 。 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于車身位移 f （即懸架的變形）的關系曲線，稱為懸架的彈性特性。 懸架的彈性特性有線性彈性特性和非線性彈性特性兩種。當懸架變形 f 與所 本科生畢業(yè)設計（論文） 6 受 垂直外力 F 之間成固定的比例變化時，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)。 當懸架變形 f 與所受垂直外力 F 之間不成固定的比例變化時，則稱為變剛度，其彈性特性為一曲線，稱為非線性彈性特性。 （ 1）前懸架常剛度 前懸架承載輕且載荷變化不大，所以設計為常剛度的， 鋼板彈簧非獨立懸架的彈性特性可視為線性的（如圖 21）。 圖 21 常剛度懸架彈性特 性曲線 示意圖 （ 2）后懸架變剛度 福田 輕型貨車后懸 架采用主、副簧結構的鋼板彈簧。其懸架的彈性特性曲線如圖 22所示。載荷小時副簧不工作，當載荷達到一定值時副簧與主簧接觸，開始與主簧共同工作。 圖 22 變剛度懸架 彈性特性曲線 示意圖 本科生畢業(yè)設計（論文） 7 懸架側傾角剛度及其在前、后軸的分配 懸架側傾角剛度系指簧上質量產生單位側傾角時，懸架給車身的彈性恢復力矩。它對簧上質量的側傾角有影響。側傾角過大或過小都不好。 福田 貨 車車身側傾角選為 176。6 。 此外，還要求汽車轉彎行駛時，在 的側向加速度作用下，前、后輪側偏角之差 12??? 應當在 176。 176。1~3 范圍內。而前、后懸架側傾角剛度的分配會影響前、后輪的側偏角大小，從而影響轉向特性，設計還要考慮懸架側傾角剛度在前、后軸上的分配。所以前、后懸架側傾角剛度的比值為1cΦ/2cΦ =。 鋼 板彈簧結構 斷 面形狀：標準型矩形 斷 面。 圖 23 矩形 斷 面 ：矩形。 圖 24 矩形葉片 ：上卷耳型式。 ：分體式。 本科生畢業(yè)設計（論文） 8 第 3章 前后懸架系統(tǒng)的設計 前懸架系統(tǒng)設計 前懸架由前鋼板彈簧和減振器組成。 鋼板彈簧中部用兩個 U型螺栓固定在前橋上。彈簧兩端的卷耳孔中壓入襯套。前端卷耳用鋼板彈簧銷與前支架相連，形成固定的鉸鏈支點，與車架連起來；后端卷耳則通過吊耳銷與用鉸鏈掛在后支架上可以自由擺動的吊耳相連，與車架連起來。 從而保證了彈簧變形時兩卷耳中心線間的距離有改變的可能。鋼板彈簧工作時，越靠近中間受到的彎曲力矩越大，為了充分利用材料并有足夠的強度和彈性，鋼片長度由上到下逐漸縮短。并且各片的彎度是不等的，鋼片越長彎度越小，這樣裝配后在工作時可以減小主片所受負荷，使各片負荷均勻接近。 減振器為液力雙作用筒式減振器。減振器在拉伸和壓縮過程中，通過復原閥和壓縮閥及其相應的節(jié)流系統(tǒng)產生阻尼力，從而使鋼板彈簧的振動速度衰減以改善汽車的行駛平順性。減振器通過連接銷、上支架、下支架以及其橡膠襯套分別與車架和前軸連接 ，并且向后傾斜 十度 。 鋼板彈簧的設計 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，必須設置附加的導向傳力裝置，使結構復雜、質量加大，所以只在極少數(shù)汽車上應用?？v置鋼板彈簧能傳遞各種力和力矩，并且結構簡單，故 本次設計采用縱置，鋼板彈簧布置在車架正下方 。 縱置鋼板彈簧又有對稱與不對稱式之分。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。 福田 貨 車采用對稱式鋼板彈簧。 （ 1）滿載弧高 af 滿載弧高 af 是指鋼板彈簧裝到車軸（橋）上，汽車滿載時鋼板彈簧主片上表 本科生畢業(yè)設計（論文） 9 面與兩端（不包括卷耳孔半徑）連線間的最大高度差。 af 用來保證汽車具有給定的高度。取 10af mm? 。 （ 2）鋼板彈簧長度 L 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。 0. 3 10 80L mm? ? ? ?（ 2 ） （ 3） 鋼板彈簧斷面寬度 b 及厚度 h 的確定 鋼板彈簧的總慣性矩 oJ oJ ? ?EcksL 48/])[( 3 ??? 式中， s — U 形螺栓中心距，取 s 100? mm k — U 形螺栓夾緊彈簧后的無效長度系數(shù)，取 k ? c — 前鋼板彈簧垂直剛度， c =1c ? /N mm ? — 撓度系數(shù) , 1 .5 / { 1 .04 1 / 6 } 1 .32? ? ? ?（ ） E — 材料的彈性模量， 10E M Pa?? 35o [ 1 0 8 0 0 .5 1 0 0 9 3 .2 7 1 .3 2 ] / ( 4 8 2 .0 6 1 0 ) 1 3 6 0 5 .6 J m m? ? ? ? ? ? ? ? ４（ ） 又因為： 3( ) /12oJ nbh? ，取寬度 60b mm? ，則可得單片厚度 mm? ，取7h mm? ， / ? ，在 6 10～ 之間，符合條件。