【正文】 可舉升復(fù)合懸架性能分析與設(shè)計 目 錄 1．緒論 ?????????????????????? 1 汽車懸架的功用和組成 ??????????????????? 3 汽車懸架的分類 ????????????????? 4 汽車懸架的設(shè)計要求 ????????????????????? 5 油氣懸架及其特點 2．減振器結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定?????????????????? 6 蓄能器內(nèi)氣體狀態(tài)參數(shù)的確定 活塞尺寸確定 減振器伸縮范圍的確定 活塞閥片變形與阻尼力的關(guān)系 3．減振器阻尼特性與剛度特性???????????????? 14 減振器的阻尼特性 考慮可調(diào)阻尼孔的減振器的阻尼特性 減振器的剛度特性 4．減振器位移特性與速度特性 數(shù)學模型 圖中符號含義 流量系數(shù)的確定 5．可舉升液壓油路系統(tǒng) ????????????????? 44 可舉升懸架的原理與技術(shù)特點 可 舉升懸架液壓系統(tǒng)的基本要求與設(shè)計方案 液壓閥 閥體 6． 外文翻譯 ???? ?????????????????? 52 致謝?????????????????????????????? 62 參考文獻???????????????????????????? 63 附：外文翻譯原文???????????????????????? 64 第一章 緒 論 懸架是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的震動，以保證汽車能平順地行駛。 汽車懸架的功用 和組成 懸架 的主要作用有以下幾個方面： ； ，即控制高度、俯仰運動及側(cè)傾運動； ，使路面不平對車輪的作用力得到過濾和隔阻，不直接傳遞給車身，保持駕駛?cè)藛T的乘坐舒適性； ； 。 懸架在上述作用中實現(xiàn)的車輛乘坐舒適性、操作性能、最小輪胎對道路垂直作用力等性能指標要求往往是相互矛盾的，改變舒適性指標，則可能影響操縱穩(wěn)定性與行駛安全性。因此，先進的懸架就是在車輛乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性相矛盾的方面尋找折中 ；在車輛乘坐舒適性、車輛安全性和生產(chǎn)經(jīng)濟性等之間尋求最合適的折中。 懸架系統(tǒng)是指由路面、輪胎、非懸掛質(zhì)量、懸架、懸掛質(zhì)量組成的一個整體。路面是車輛行駛的道路或越野地面。根據(jù)道路縱斷面平度測量數(shù)據(jù)的表示方法和路面分級標準，國家標準 GB70386《車輛振動輸入路面平度表示方法》把路面按照功率譜密度分為 A B C D E F G H 八級。輪胎是車輛的重要元件，通常為橡膠充氣輪胎，支承整車重量，緩和路面的沖擊傳遞，同路面共同作用產(chǎn)生驅(qū)動力和制動力，保持車輛正常的轉(zhuǎn)向行駛等功能。懸掛質(zhì)量是由懸架支承的質(zhì)量與懸架本身 質(zhì)量的 l／ 2 之和；非懸掛質(zhì)量是由車輪、輪胎、車軸 (橋 )及裝配在它們上面的制動器、差速器等的質(zhì)量與懸架本身質(zhì)量的 l／ 2 之和。 懸架是連接車架和車軸 (橋 )之間的所有元件的總成，通常意義上是由彈簧裝置、減振器和導(dǎo)向機構(gòu)等三部分元件組成。雖然在車輛的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)上，組成懸架的各元件未必都以獨立的形式出現(xiàn)，但所體現(xiàn)的功能是各環(huán)節(jié)需要實現(xiàn)的。例如常用的縱置鋼板彈簧，既有彈簧裝置的功能，又兼?zhèn)淞藢?dǎo)向機構(gòu)的功能，所以 常用的縱置鋼板彈簧懸架結(jié)構(gòu)不再單獨裝設(shè)導(dǎo)向機構(gòu)元件。目前進行較為廣泛研究的主動懸架是將彈簧裝置和減振器合二為一的 。本文研究的油氣懸架也是這種結(jié)構(gòu)形式。 典型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機構(gòu)以及減震器等組成，個別結(jié)構(gòu)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。 汽車懸架 的分類 1. 剛性懸架、半剛性懸架和彈性懸架 根據(jù)車身和車軸 (橋 )之間有無懸架的連接方式可毗把懸架分為剛性懸架、半剛性懸架和彈性懸架。把輪胎也作為一級減振元件考慮，又可以把剛性懸架分為有輪胎減振的剛性懸架和無輪胎減振的剛性懸架。半剛性懸 架是對整車而言的，可能是前橋采用剛性懸架，后橋采用彈性懸架或者前橋采用彈性懸架，后橋采用剛性懸架。彈性懸架也可分為有輪胎減振的彈性懸架和無輪胎減振的彈性懸架。 2. 獨立懸架和非獨立懸 架 彈性懸架 (通常直接稱之為懸架 )按照結(jié)構(gòu)特點可以分為獨立懸架和非獨立懸架。 獨立懸架（ Individual wheel suspension）是車輪通過各自獨立的懸架與車架（或車身）相連。 獨立懸架的特點是： (1)車輛非懸掛質(zhì)量減小，乘座舒適性得到 改善； （ 2）在懸架彈性元件一定的變形范圍 內(nèi)，兩側(cè)車輪可以單獨運動，互不影響， 有助于消除前輪擺振的不良現(xiàn)象 ； （ 3）在結(jié)構(gòu)上便于實現(xiàn) 車輛重心降低，提高車輛行駛穩(wěn)定性； 獨立懸架也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高；保養(yǎng) 、維修困難， 輪胎磨損較大等 缺陷。 獨立 懸架廣泛地用于轎車， 非獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點是兩側(cè)車輪由一根整體式車架相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架懸掛在車架或車身的下面。 非獨立懸架的特點是： (1)采用剛性車軸 (橋 )，制造簡單。 (2)保養(yǎng)維修方便。 非獨立懸架存在非懸掛質(zhì) 量大，左右車輪相互影響，車 (軸 )橋會傾斜等缺陷。 非獨立懸架廣泛用作貨車、載重車輛的前、后懸架。 、 被動懸架和半主動懸架 被動懸架一懸架剛度和阻尼不可調(diào)，在特定工況下能獲得最佳行駛平順性和操縱穩(wěn)定性 。 主動懸架一以作動器 (液壓元件 )代替彈簧和阻尼元件，作動器接收控制指令、產(chǎn)生保證良好行駛性能的懸架力。缺點：能耗大、所需傳感器多、成本高 。 半主動懸架一性價比介于主動懸架和被動懸架之間，已實現(xiàn)小批量裝車；半主動懸架執(zhí)行器為可調(diào)阻尼減振器，其阻尼調(diào)節(jié)級別少則兩級，多則十幾級，接近阻尼系數(shù)連續(xù)可調(diào) 。 汽車懸架的 設(shè)計要求 為實現(xiàn)汽車懸架的功用， 對懸架提出 以下 設(shè)計要求： 1．保證汽車有良好的行駛平順性 2．具有良好的衰減振動能力 3．保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性 4．汽車制動或加速時要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾，轉(zhuǎn)彎時車身側(cè)傾角要合適 5．有良好的隔聲能力 6．結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小 7．可靠地傳遞各種力，力矩，在滿足零部件質(zhì)量要小的同時 , 還要保證有足夠的強度和壽命 油氣懸架及其特 點 油氣懸架指的是以油液傳遞壓力，用情性氣體 (通常為氦氣，其化學符號為 N2)作為彈性介質(zhì)，由蓄能器 (相當于氣體彈簧 )和具有減振器功能的懸架缸組成。懸架缸內(nèi) 部的節(jié)流孔、單向閥等，代替了通常的減振器元件，構(gòu)成的油氣懸架集彈性元件 (通過渡體支承 )和減振器功能下一體，形成一種獨特的懸架系統(tǒng)。 油氣懸架的技術(shù)始于六十年代后期 Karnopp 發(fā)明的油氣減振器。七十年代末， Moulton Development Ltd 的 和 A Best 在 1979 年進行了油氣懸架的工程應(yīng)用和分析 并注冊了商標“ Hydragas” (油氣 )。對油氣液體內(nèi)連式懸架進行了性能、重量、成本和安裝方面的詳細研究分析．為油氣懸集研究的 發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 油氣懸架的結(jié)構(gòu)目前已經(jīng)發(fā)展 成單氣室油氣分離式、取氣宣油氣分離式和油氣混臺式等多種商品化型式一油氣懸架的結(jié)構(gòu)最先應(yīng)用在德國和日本的重型車輛上 虬后逐步推廣應(yīng)用到軍用特種車輛、工程機械等車輛上。 油氣懸架之所能在上述軍用特種車輛 (戰(zhàn)車和導(dǎo)彈運輸車 )、 工 程機械 (全地同底盤汽車起重機、挖掘機、鏟運機 )、賽車和礦用太型自卸車上得到應(yīng)用，主要是由油氣懸 架 的下列特點所決定的： (1)油氣懸架 單位儲能比 大 ， 因 而在重型車輛上采用油氣懸架有利于減輕懸架重量。如鋼板彈簧的單位重量儲能為 760～ ，油氣彈簧則可達 (氮氣充氣壓力 MPa)。 (2)油氣懸槊具有非線性、變剛度和剛度漸 增 (減 )性的特性，可以實現(xiàn)平坦路 面 (懸架動行程小，剛度小 )行駛平順，劣質(zhì)路面或非公路路面時 (懸架動行程大 ， 剛度大 )吸收較多的沖擊 能 量， 能 使車輛保持一定的行駛速度。 (3)油、氣具有良好的吸振性能。 (4)車身可以 實現(xiàn) 懸架缸的同時或單獨高度調(diào)節(jié)，選到上、 下 升降． 前 、后升 降和左、右升降的目的。這對改善車輛的通過性能 和行駛性能 十分 重要。同時實現(xiàn)了改變車輛的姿態(tài)角 (接近角或離去角 )，改善坡道行駛功能，提高車輛在橫 坡 種縱坡的穩(wěn)定性。 (5)油氣懸架可以實行剛性閉鎖 (油液可壓縮性比較?。烧J為是剛性懸架 )，可使車輛承受太的載荷并能緩慢移動。這對于在全路面起重機等特殊作業(yè)要求中 ，實現(xiàn)吊重物的就位作業(yè)等是十分有意義的。 （ 6)油氣懸架把減 振 器的功能融于懸架缸中，使得結(jié)構(gòu)布置簡化。 (7)各油氣懸架通過橫向連通或縱向連通，或者縱橫同時連通可以改善車輛的側(cè)傾運動(roll)和俯仰 運動 (Dltoh)。 （ 8） 有利于改善駕乘 人 員的舒適性，防止或減輕車載儀器儀表的振動破壞。 (9)便于懸架系統(tǒng)系列化設(shè)計。只需少數(shù)幾種缸徑，匹配不同的充油量和充 氣壓力，即可滿足 不同車輛懸架系統(tǒng)變剛度特性之需要。 油氣懸架除了有上述優(yōu)點之外．也存在缺點 ： (1)油氣懸架 除 了懸架缸、蓄能器外，需要有液壓泵 及實現(xiàn)上述功能的控制閥 ， 相應(yīng)的電子、電氣控制器件等，因而成本相對較高。 (2)油、氣的密封和控制闊的閉鎖控制密封性要求高，因而加工精度要求高， 裝配 要求高。 (3)維修、維護比較困難，并需配置一定的專用的設(shè)備 (如充氣設(shè)備等 )。 上述特點說明，盡管按照車輛懸架分類方法把油氣懸架歸為被動懸架，主要是因為油氣懸架起減振作用的工作過程并不需要外部能量輸入。但油氣懸架的結(jié)構(gòu)型式已同主動 懸架相似，部分功能也達到了只有主動懸架才能達到的功能，如車身高度調(diào)整對提高車輛通過性和改善行駛性能是非常重要的 (其它結(jié)構(gòu)型式的被動懸架無法實現(xiàn) )，體現(xiàn)了夜 壓技術(shù)在油氣懸架上應(yīng)用的特點。 第二章 減振器結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 圖 1 減振器 結(jié)構(gòu)圖 1. 蓄能器 內(nèi)氣體狀態(tài)參數(shù)的確定 （ 1） 減振器未安裝到車體上時，不承受 任何載荷的狀態(tài)，稱為自由狀態(tài)。此時蓄能器內(nèi)氣體的壓力 和體積分別為 Po 和 Vo： Po=8 個大氣壓，即 ? Pa. Vo= hr ?? 2? =***10= cm3 = ?? m3 （ 2） 減振器安裝到車橋和車架之間，汽車靜止時，減振器承受靜載荷，此時蓄能器內(nèi)氣體壓力和體積分別為 Ps 和 Vs： Ps= A ΔMg ， M 為懸掛質(zhì)量， 以吉利遠景 標準型為例，汽車整備質(zhì)量為 1130kg，平均每個車輪承受汽車重力的 1/4,即 ?？膳e升復(fù)合懸架的減振器也承受汽 車載荷，螺旋彈簧承受車輪載荷的 3/4，減振器彈簧承受車輪載荷的 1/4，即M= M=1130/4kg,Mg= , A Δ =A1A2= 2cm = m?? Ps= ? ss VPVP ??? 00 = Vs= PsVoPo? = 3410 m?? （ 3） 減振器工作時承受的載荷時刻在變化，蓄能器內(nèi)氣體的狀態(tài)參數(shù)也在不停的變化， 任意時刻其壓力和體積為 P、 V： V= Vs+ xΔA ? （ x 為位移，向上為正） rr VsPsVP ??? rrVVsPsP ?? = rrVs VsPs )xΔA( ?? ? 2. 活塞尺寸確定 復(fù)原 面 壓縮 面 圖 2 活塞面 壓縮行程液流通過三個大圓孔，其面積之和為 Ay=3π 2R = ?? = 2cm 復(fù)原行程液流通過六個小圓孔，其面積之和為 Af=6π 2r = ?? = 2cm 壓縮面有 6 片薄閥片，每篇厚度為 ，總厚度為 復(fù)原面有 9 片薄閥片，每篇厚度為 ，總厚度為 . 用 CATIA 三維繪圖軟件繪制活塞零件圖： 壓縮面 復(fù)原面 活 塞 阻尼孔面積為 01A ，單向閥面積為 02A ，可調(diào)孔面積為 tA 。 01A = 02A = tA = 壓縮時通過孔總面積為 Ay ，復(fù)原時 通過孔總面積為 Af 。 Ay = 01A + 02A + tA = Af = 01A + tA = 3. 減振器伸縮范圍的確定 減振器自由狀態(tài)下，承受載荷為 0，活塞桿可拉伸的最大長度 maxL = 減振器承受最大載荷時，活塞桿被推至限位處，此時減振器長度 minL = ΔL = maxL minL =128mm== 4. 活塞閥片變形與阻尼力的關(guān)系 圖 3 活塞閥片受力與變形 根據(jù)《