【正文】 剛度 c之比，即cFf Wc /? 。為了減小汽車(chē)的角振動(dòng)，一般汽車(chē)前、后懸架偏頻之比約為 21/nn =。因此，保證汽車(chē)有良好的行駛平順性，必須正確的選取懸架的靜撓度。 用途不同的汽車(chē)，對(duì)平順性要求不一樣。對(duì)高級(jí)轎車(chē)滿(mǎn)載的情況，前懸架偏頻要求在 ～ ，后懸架則要求在 ～。要求懸架應(yīng)有足夠的動(dòng)撓度，防止破壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰撞緩沖塊。 本設(shè)計(jì)選取 1df =90mm， 2df =60mm。當(dāng)懸架變形廠(chǎng)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(xiàn)，稱(chēng)為線(xiàn)性彈性特性，此時(shí)懸架剛度為常數(shù)。懸 架的動(dòng)容量系指懸架從靜載 12 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。 鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的彈性特性可視為線(xiàn)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(xiàn)性彈性特性懸架 ]6[ 。 由于空氣彈簧可以設(shè)計(jì)的比較柔軟，因而空氣懸架可以得到較低的固有頻率，同時(shí)空氣彈簧的變剛特性使得這一頻率在較大的載荷變化范圍內(nèi)保持不變，從而提高了汽車(chē)的平順性。 以橡膠囊為主要元件的囊式空氣彈簧，在用來(lái)承受內(nèi)壓張力的鋼質(zhì)腰環(huán)分割下來(lái)，氣囊被分為不同節(jié)數(shù)，并據(jù)此分為單曲、雙曲和多曲氣囊三種，囊式空氣彈簧結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造容易，因此成本低；又因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)橡膠膜的曲率變化小，所以使用壽命長(zhǎng)。 空氣彈簧剛度計(jì)算 空氣彈簧是利用橡膠氣囊內(nèi)壓縮空氣的反作用力作為彈性恢復(fù)力的彈性元件。 由式 （ 4一 l） 可知，空氣彈簧的有效承壓 面 積及其交化率對(duì)空氣彈簧剛度的影響顯著。同時(shí)，膜式空氣彈簧可以通過(guò)改變活塞底部形狀來(lái)控制有效承壓面積變化率，以獲得理想彈性特性。 設(shè)前懸架非簧載質(zhì)量按 500kg 計(jì)算，前懸架每支空氣彈簧的承受負(fù)載為 i GGiGG usm 1111 ??? 15 式中： G1 為前懸軸載荷為 6370kg， i為空氣彈簧個(gè)數(shù)， 1sG 為前懸簧載質(zhì)量， 1uG 為前懸非簧載質(zhì)量。 2）后懸的空氣彈簧剛度計(jì)算 后懸架有 四個(gè)氣囊、四個(gè)減震器、 兩個(gè)高度控制閥、 兩根 橫向 推力桿 和 兩根縱向推力桿 構(gòu)成的 四連桿結(jié)構(gòu)。 對(duì)于同一種空氣彈簧，變指數(shù)、有效面積不變，有效面積的變化率仍然為零 ， 橡膠氣囊內(nèi)壓縮氣體工作壓力 ，取 eAP/2 ，將參數(shù)代入式子（ 41）得到 后懸空氣彈簧剛度2C =。當(dāng)充氣壓力提高時(shí)，roroPP 1? 接近 1時(shí)，再提高，則對(duì)降低固有頻率無(wú)明顯影響。 2） 頻率與有效面積的變化率 LAe?? 有關(guān)， LAe?? 越大 n 越高。 空氣彈簧的剛度特性分析 當(dāng)在充滿(mǎn)氣體的空氣彈簧上作用外力 P 后，會(huì)引起彈簧的微小變形 df ，相應(yīng)的氣體容積變化量為 dV 。 在靜平衡位置時(shí)，有 0pp? ， 0VV? ，代人式 (4－ 6)可得到靜平衡位置的彈簧剛度為 dfdAppAVkpC e ffae ff )(200 ??? （ 4－ 7） 從中可以看出，要想獲得較軟的剛度，應(yīng)該增大 0V ，但在布置上又不允許占用過(guò)高的空間，因而常常采用增加輔助氣室的辦法來(lái)達(dá)到增大 0V ，減小剛度的目的。③ A型架式，實(shí)際上為縱臂式的變形，其側(cè)向剛度較大，可減小車(chē)身側(cè)向擺動(dòng)的加速度，從而減小懸架中出現(xiàn)的附加載荷，多用于重型車(chē)的懸架。在 18 設(shè)計(jì)車(chē)身高度調(diào)節(jié)器時(shí)，必須采取必要的措施以防止在此類(lèi)情況下車(chē)身高度調(diào)節(jié)器頻繁動(dòng)作 ]9[ 。 不帶延遲機(jī)構(gòu)的高度閥工作原理：車(chē)體荷重增加時(shí)，車(chē)體下降，空氣彈簧壓縮，控制桿被推向上方，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活塞頂開(kāi)進(jìn)、排氣閥，風(fēng)缸中的壓縮空氣通過(guò)一段節(jié)流通道流入空氣彈簧；車(chē)架恢復(fù)到一定高度后，控制桿會(huì)返回平衡位置，此時(shí)進(jìn)氣閥被關(guān)閉，壓縮空氣關(guān)斷。其中，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)發(fā)揮著非常重要的作用。②使車(chē)橋 (或車(chē)輪 )按一定軌跡相對(duì)車(chē)身或車(chē)架跳動(dòng)。還可以將上面的兩根推力桿傾斜布置，構(gòu)成一個(gè)三角形架，他和下面的兩根縱向推力桿構(gòu)成一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。為此，現(xiàn)代汽車(chē)大多都裝有橫向穩(wěn)定桿來(lái)加大懸架的側(cè)傾角剛度以改善汽車(chē)的 20 行駛穩(wěn)定性。橫向穩(wěn)定桿帶來(lái)的不利因素有：當(dāng)汽車(chē)在坑洼不平的路面行駛時(shí)，左右輪之間有垂向相對(duì)位移，由于橫向穩(wěn)定桿的作用，增加了車(chē)輪處的垂向剛度，會(huì)影響汽車(chē)的平順性 ]11[ 。當(dāng)車(chē)身受到側(cè)頃力作用時(shí)，地面通過(guò)兩根斜向布置的導(dǎo)向桿的約束反力的臺(tái)力 Y來(lái)平衡。 根據(jù)質(zhì)心公式，簧載質(zhì)量質(zhì)心高度為： ngg GG RGhGS ? ???? （ 52） 式中： G為滿(mǎn)載整車(chē)質(zhì)量， G=25000kg； nG 為非簧載總質(zhì)量， nG =2500kg； cR 為車(chē)輪靜力半徑， cR =540mm； gh 為滿(mǎn)載時(shí)整車(chē)重心高度， gh =1800mm。 根據(jù)計(jì)算后得知， 1h 為前懸架簧載質(zhì)心到側(cè)傾中心的距離， 1h =650mm； 2h 為后懸架簧載質(zhì)心到側(cè)傾中心側(cè)傾距離， 2h =680mm：軸距 l=4615+1300mm，及（ 54）所得a=2990mm，一起代入（ 53）得到 sh =665mm。 根據(jù)材料力學(xué)原理可求出穩(wěn)定桿的角剛度由于連接點(diǎn)橡膠件變形，穩(wěn)定桿側(cè)傾角剛度會(huì)減小 15%30%。它對(duì)簧上質(zhì)量的側(cè)傾角有影響。如果發(fā)生在后輪，會(huì)使汽車(chē)增加了過(guò)多轉(zhuǎn)向的可能。 要求在側(cè)向慣性力等于 倍車(chē)重時(shí)，貨車(chē)車(chē)身側(cè)傾角不要超過(guò) ?? 7~6 。汽車(chē)車(chē)身和車(chē)輪振動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時(shí)的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動(dòng)阻力，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽⑸l(fā)到周?chē)諝庵腥?，達(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的。雖然搖臂式減振器能夠在比較大的工作壓力 (10— 20MPa)條件下工作，但由于它的工作特性受活塞磨損和工作溫度變化的影響大而遭淘汰。 設(shè)計(jì)減振器時(shí)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足的基本要求是，在使用期間保證汽車(chē)行駛平順性的性能穩(wěn)定。因此，有些 汽車(chē) 的減振器是可調(diào)式的可根據(jù)傳感器信號(hào)自動(dòng)選擇。 (3) 當(dāng)車(chē)橋（或車(chē)輪）與車(chē)橋間的相對(duì)速度過(guò)大時(shí)，要求減振器能自動(dòng)加大液流量，使阻尼力始終保持在一定限度之內(nèi)，以避免承受過(guò)大的沖擊載荷。上腔被活塞桿占去了一部分空間，因而上腔增加的容積小于下腔減小的容積，一部分油液于是就推開(kāi)壓縮閥，流回貯油缸 ?；钊锨挥蛪荷?，流通閥關(guān)閉，上腔內(nèi)的油液推開(kāi)伸張閥流入下腔。這使得減振器的伸張行程產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程的阻尼力，達(dá)到迅速減振的要求。該圖具有如下特點(diǎn)：阻力－速度特性由四段近似直線(xiàn)線(xiàn)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(xiàn)的斜率是減振器的阻尼系數(shù) vF/?? ，所以減振器有四個(gè)阻尼系數(shù)。 ? 的表達(dá)式為 scm2?? ? (6－ 2) 式中， c為懸架系統(tǒng)垂直剛度； sm 為簧上質(zhì)量。兩者之間保持 Y? ＝ (～ ) S? 的關(guān)系。 ? 減振器阻尼系數(shù) cm?? 2? 。 減振器如圖 6－ 3b 所示安裝時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)占用下式計(jì) 算 ????222cos2a nms? (6－ 4) 式中， a為減振器軸線(xiàn)與鉛垂線(xiàn)之間的夾角。此時(shí)的活塞速度稱(chēng)為卸荷速度 xv 。 D 根據(jù)伸張行程的最大卸荷力 0F 計(jì)算工作缸直徑 D 28 ? ?)1(4 20?? p FD ? （ 6－ 7） 式中， ??p 為工作缸最大允許壓力，取 3～ 4Mpa； ? 為連桿直徑與缸筒直徑之比，雙筒式減振器取 ? ＝ ～ ，單筒式減振器取 ? ＝ ～ 。 1） 前懸架的減振器的設(shè)計(jì) 懸架阻尼力 sDm GCiVF ????? 22 ? 式中： ? 為懸架相對(duì)阻尼比，考慮到舒適性較好的因素及汽車(chē)最新實(shí)用手冊(cè)， 為懸架阻尼比，前懸架取 ? =； DV 為減振器測(cè)試時(shí)的加載速度 ，取 DV =； i為汽車(chē)車(chē)輪和減振器跳動(dòng)行程杠桿比，本設(shè)計(jì)取 i=1； C 為懸架剛度 ，即 1C =；sG 為懸架簧載質(zhì)量， 即 前懸架 1sG 為 5870kg，代入上述數(shù)據(jù)可得 懸架阻尼力 1mF = 2 21 3 ?? =16841N 前減振器 的安裝 方向與垂 直方向 夾角為 10176。 30 7 技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性分析 1）技術(shù)背景 車(chē)用空氣懸架系統(tǒng)是流行于當(dāng)今發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)行業(yè)的先進(jìn)產(chǎn)品。當(dāng)前，在發(fā)達(dá)國(guó)家， 100%的中型以上客車(chē)都用了空氣懸架系統(tǒng)， 40%以上的卡車(chē)、掛車(chē)和牽引車(chē)用了空氣懸架系統(tǒng)。西安沃爾沃、常州依維柯、亞星奔馳等引進(jìn)車(chē)型上的空氣懸架系統(tǒng)就屬于這一類(lèi)。其最大的弊病是在中國(guó)不服水土，因?yàn)檫M(jìn)口空氣懸架系統(tǒng)是國(guó)外企業(yè)按照國(guó)外的路況、車(chē)況和運(yùn)輸特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，和中國(guó)的路況、車(chē)況和運(yùn)輸特點(diǎn)不相匹配。 3）經(jīng)濟(jì)性分析 一個(gè)最便宜的車(chē)用空氣懸架系統(tǒng)，其價(jià)格也是三四萬(wàn)元。 中國(guó)用了空氣懸架系統(tǒng)的中型以上客車(chē)在中型以上客車(chē)總量中所占的比例不足10%，用了空氣懸架系統(tǒng)的卡車(chē)、掛車(chē)和牽引車(chē)更是微乎其微。中國(guó)車(chē)用空氣懸架系統(tǒng)行業(yè)應(yīng)當(dāng)走產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的道路，把高校的技術(shù)理論優(yōu)勢(shì)和企業(yè)實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。 31 8 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)懸架靜、動(dòng)撓度的計(jì)算和懸架彈性特性分析確定了懸架的主要參數(shù)，以及對(duì)空氣彈簧的剛度、固有頻率的計(jì)算和剛度特性的分析進(jìn)行了彈性元件的設(shè)計(jì)，以及對(duì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的選擇、側(cè)傾力臂的計(jì)算、穩(wěn)定桿的角剛度計(jì)算、側(cè)傾角的校核進(jìn)行了導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，和對(duì)懸架減震器的計(jì)算選擇。 感謝我的老師們，是你們傳授我技能，尤其感謝我的指導(dǎo)老師 武志斐老師，他不辭辛苦幫我修改論文，讓我學(xué)習(xí)到更多的知識(shí)，并且抽空給我講解有關(guān)制圖方面的技巧以及給我的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了一些好的例據(jù)，讓我能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成基本任務(wù)。 34 附錄 A 譯文 汽車(chē)懸架如何工作 By William Harris University of Michigan 當(dāng)人們思考汽車(chē)性能的時(shí)候，他們通常想到 的是馬力，扭矩和加速度 。 在本文 中，我們將探討汽車(chē)懸架如何工作，多年來(lái)如何的發(fā)展和未來(lái)中的走向。根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，所有 力 都 有 大小和方向 兩個(gè)方面 。 對(duì)在 發(fā)動(dòng)機(jī) 工作力量上開(kāi)動(dòng)的汽車(chē)上 的煙酒 被稱(chēng)為車(chē)輛動(dòng)力學(xué)研究， 需要了解其中的一些概念來(lái)理解為。 接著，在向下的 重 力的作用下 ，車(chē)輪可以 大幅度 回 路面。但 汽車(chē)行駛的路面不可能絕對(duì)的平坦 ， 即使是剛鋪好的公路 只要 有細(xì)微的缺陷， 也是與 汽車(chē)的車(chē)輪 相聯(lián)系的 。這就是為什么汽車(chē)工程師在他們已經(jīng)掌握了四沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)后幾乎立刻把他們的注意力轉(zhuǎn)移到了懸掛系統(tǒng)上。謝謝你們給了我最美好的回憶。 本論文取得了一些成果，但是由于工作量較大、時(shí)間短、個(gè)人知識(shí)能力尤其是理論水平還較為欠缺，還有許多不足之處，今后 會(huì)對(duì)空氣懸架 做進(jìn)一步 深入 的研究 。這和媒體的呼吁有關(guān)。 將空氣懸架應(yīng)用在卡車(chē)、掛車(chē)和牽引車(chē)上這個(gè)問(wèn)題有一個(gè)技術(shù)積累的過(guò)程，急不得。而一個(gè)車(chē)用鋼板彈簧系統(tǒng)的價(jià)格，只有一萬(wàn)多元。 第三類(lèi)是有的企業(yè)以引進(jìn)消化吸收國(guó)外先進(jìn)的車(chē)用空氣懸架系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)，兼顧中國(guó)汽車(chē)狀況、道路情況和運(yùn)輸特點(diǎn)，堅(jiān)持先進(jìn)性和可靠性相結(jié)合的原則，依據(jù)用戶(hù)的具體車(chē)型進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和個(gè)性化設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)匹配的合理性和科學(xué)性，量體裁衣，改善底盤(pán)的整體性能。 第二類(lèi)是直接從國(guó)外引進(jìn)的車(chē)用空氣懸架系統(tǒng)。用戶(hù)之所以愿意購(gòu)買(mǎi)裝配鋼板彈簧系統(tǒng)的汽車(chē)，就是因?yàn)檠b配鋼板彈簧系統(tǒng)的汽車(chē)可以讓用戶(hù)增加彈簧片滿(mǎn)足其超載的欲望。 雖然近幾年來(lái)中國(guó)有關(guān)部門(mén)為促進(jìn)空氣懸架系統(tǒng)在汽車(chē)上的使用頒布了相關(guān)法規(guī)，雖然未來(lái)幾年中國(guó)市場(chǎng)對(duì)車(chē)用空氣懸架系統(tǒng)的需求會(huì)迅猛增長(zhǎng)，但是當(dāng)前中國(guó)車(chē)用空氣懸架系統(tǒng)工業(yè)的發(fā)展卻很緩慢。 2)后懸架的減震器的設(shè)計(jì) 根據(jù)前懸架的計(jì)算方法，懸架阻尼力 SDm GCiVF ????? 22 ? 式中： ? 為懸架相對(duì)阻尼比，考慮到舒適性較好的因素及汽車(chē)最新實(shí)用手冊(cè)， 為懸架阻尼比，前懸架取 ? =； DV 為 減振器測(cè)試時(shí)的加載速度 ，取 DV =； i為汽車(chē)車(chē)輪和減振器跳動(dòng)行程杠桿比，本設(shè)計(jì)取 i=1； C 為懸架剛度 ，即 2C =； 29 sG 為懸架簧載質(zhì)量， 即后 懸架 2sG 為 11740kg，代入上述數(shù)據(jù)可得 懸架阻尼力 2mF = 2 21 1 1 7 4 1 8 3 ?? = 根據(jù)后減振器垂直布置，懸架壓縮時(shí) , 壓縮阻力 2DF = ，復(fù)原時(shí) , 復(fù)原阻力 2ZF =。選取時(shí)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選用。 40mm， ? 為懸架振動(dòng)固有頻率。會(huì)影響減振器阻尼系數(shù)的變化。實(shí)際上應(yīng)根據(jù)減振器的布置特點(diǎn)確定減振器的阻尼系數(shù)。對(duì)于無(wú)內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，取 ? ＝ ～；對(duì)于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架， ? 值取小些。 ? 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(chē)身； ? 值小則反之。通常壓縮行程的阻尼系數(shù)YYY vF /?? 與伸張行程的阻尼系數(shù) SSS vF /?? 不等。 25 圖 6— 1 雙筒式液力減振器