【正文】 和車架 (或車身 )之間的一切力和力矩，并緩和汽車駛過(guò)不平路面時(shí)所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證汽 車的行駛平順性。 2 對(duì)螺旋彈簧進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析 介紹鋼板彈簧懸架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析方法和過(guò)程。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。國(guó)內(nèi)能夠生產(chǎn)高檔次汽車鋼板懸架彈簧的企業(yè)只有 4 家：一汽集團(tuán)遼陽(yáng)汽車彈簧廠、東風(fēng)汽車懸架彈簧有限公司、重慶紅巖汽車彈簧廠、山東汽車彈簧廠，他們都具有生產(chǎn)多種疊片簧、漸變剛度彈簧 、少片變截面鋼板彈簧和雙曲率半徑及平直段的汽車鋼板彈簧的能力。 論文研究 的背景及意義 國(guó)內(nèi)汽車懸架彈簧生產(chǎn)企業(yè) 160 余家，遍布全國(guó)各地，具有規(guī)模的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè) (生產(chǎn)規(guī)模在 萬(wàn)噸以上 )約 80 余家。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。 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)。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。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。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。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。在 最后，對(duì)本次設(shè)計(jì)做出總結(jié)。 本文是在 奧迪 R8 FSI quattro 2021 款 轎車前懸架基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，目的是為了考察大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果并為將來(lái)走向工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 它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，緩和路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證 汽車的行駛平順性。 設(shè)計(jì)中 包括了減振器、彈性元件和橫向穩(wěn)定桿各項(xiàng)參數(shù)的確定，包括主要參數(shù)的選擇計(jì)算、受力情況、強(qiáng)度校核等。導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向桿系組成，用來(lái)決定車輪相對(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。 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。 為了完成 2 項(xiàng)功能，懸架使用了彈簧和減震器。導(dǎo)向 桿系有多種形式，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。 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，常將第二片末廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2 端也彎成卷耳，包在主片卷耳的外面，稱為包耳。目前適用于中大型的貨卡車上 。其中真正形成大規(guī)模、大批量生產(chǎn)的企業(yè)為數(shù)不多，大多仍停留在簡(jiǎn)單生產(chǎn)工藝的水平上，產(chǎn)品成本較高，難以參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。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。 1 雙橫臂獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 介紹雙橫臂導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，確定雙橫臂主要參數(shù)的過(guò)程和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程 。 懸架基本概念 懸架概念 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(dòng)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 。為了迅速衰減不必要的振動(dòng)，懸架中還必須包括阻尼元件，即減振器。 彈性元件受沖擊后會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的振動(dòng)，使乘坐不適，因此，設(shè)有減振器將振動(dòng)迅速衰減，使振幅迅速減小。 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 4 懸架類型 [7] 1 根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，汽車懸架可以分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩大類： (1) 非獨(dú)立懸架是左、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。汽車懸架系統(tǒng)的研究 與設(shè)計(jì)的領(lǐng)域 也相應(yīng)地分為兩大部分：一是對(duì)汽車平順性產(chǎn)生主要影響的懸架特性；另一是對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生主要影響的懸架特性 。考慮了彈性襯套等連接件對(duì)懸架性能的影響，則懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)即為懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)。該振動(dòng)系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多零部件的動(dòng)載，并進(jìn)而影響到這些零件的使用壽命。 懸架設(shè)計(jì)可以大致分為結(jié)構(gòu) 型式及主要參數(shù)選擇和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，有時(shí)還要反復(fù)交叉進(jìn)行。 經(jīng)常用的是雙向作用的，具有非對(duì)稱特性及卸荷閥的減振器。熟悉本章內(nèi)容，對(duì)后文的分析和設(shè)計(jì)起基礎(chǔ)作用。 懸架設(shè)計(jì)可以大致分為結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)選擇和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，有時(shí)還要反復(fù)交叉進(jìn)行。 懸架對(duì)汽車平順性的影響 良好的汽車行駛平順性不僅能保證乘員的舒適與所運(yùn)貨物的完整無(wú)損，而且還可以提高汽車的運(yùn)輸生產(chǎn)率、降低燃油消耗、 延長(zhǎng)零件的使用壽命及提高零件的工作可靠性等。在一定隨機(jī)路面不平度的輸入下，車身加速度的均方根值的大小，取決于車身加速度 Z 對(duì)路面不平度 g 的幅頻特性“｜ Z /g｜”，與車身在懸架上振動(dòng)的固有頻率 n、非周期性系數(shù) ? 及非簧載質(zhì)量 m的大小有關(guān)。 從上述公式中可見，車身振動(dòng)的固有頻率 n0 由簧載質(zhì)量 M、懸架剛度 c或由懸架靜撓度 cf 決定。 懸架的動(dòng)撓度 df 是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(shí)，車輪中心相對(duì)車架 (或車身 )的垂直位移。另外， 0n 值選得過(guò)低，懸架設(shè)計(jì)不選取一定措施，就會(huì)增大制動(dòng)“點(diǎn)頭”角和轉(zhuǎn)彎側(cè)傾角，使空、滿載時(shí)車身高度的變化過(guò)大。其剛度 G 是常數(shù)。由于剛度 c隨載荷而改變，可以使得在載荷變化時(shí)，保持車身振動(dòng)的固有頻率不變，從而獲得良好的汽車行駛平順性。 目前，在懸架設(shè)計(jì)中，只不過(guò)是力求減小固有頻率隨載荷而變化的幅度 (或范圍 )，從而不同程度地改善汽車行駛平順性。 圖 33 減震器阻尼對(duì)振動(dòng)的衰減作用 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 11 a―振動(dòng)完全沒(méi)有衰減的曲線，車身按懸架的固有振動(dòng)頻率不斷振動(dòng)； b―有衰減的情況，車身振動(dòng)的振幅逐漸減小。 隨阻尼比 ? 增大，在低頻共振區(qū)幅頻特性｜ ,2z /,q ｜ 峰值下降， 車身加速度均方根值，提高平順性。 非簧載質(zhì)量對(duì)汽車行駛平順性的影響 由懸架支承的部件、總成等稱為簧載質(zhì)量 (或懸掛質(zhì)量 )，不是由懸架支承的部分稱為非簧載質(zhì)量 (或非懸掛質(zhì)量 )。使其頻率接近 人體所習(xí)慣的步行時(shí)的身體上、下運(yùn)動(dòng)的頻率。通過(guò)減震器來(lái)吸收路面?zhèn)鞯杰嚿系恼駝?dòng)能量，使汽車振動(dòng)得到衰減。在離心力的作用下，使轉(zhuǎn)彎半徑變大的特性稱為不足轉(zhuǎn)向，反之，稱為 過(guò)度轉(zhuǎn)向。側(cè)傾中心位置高，它到車身質(zhì)心的距離縮短，可使側(cè)向力臂及側(cè)傾力矩小些，車身的側(cè)傾角也會(huì)減小。 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 13 (1) 懸架的線剛度 [17] ~[18] 懸架的線剛度指的是車輪保持在地面上 ,車身作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，單位車身位移時(shí)，懸架系統(tǒng)給車身的總彈性恢復(fù)力。 若能求出車身作 垂直位移 Δ tS 時(shí)地面作用于輪胎的反作用力 Δ ZF ，就可以求出懸架的線剛度。 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 14 圖 36 等效彈簧 參照上圖 37，當(dāng)車廂發(fā)生小側(cè)傾角 dr? 時(shí)，等效彈簧的變形量為 ? 2B dr? ,故車廂受到的彈性恢復(fù)力偶矩為 dT=dr? 懸架側(cè)傾角剛度為 ?K = 21 1k 2B (312) 式中 1k 一側(cè)懸架的線剛度； B— 為輪距。），后側(cè)傾角剛度為180700Nm／（176。有的汽車甚至?xí)牟蛔戕D(zhuǎn)向變?yōu)檫^(guò)多轉(zhuǎn)向。內(nèi)側(cè)車輪減少Δ W，外側(cè)車輪增加Δ W，兩個(gè)車輪的側(cè)偏剛度隨之變?yōu)?1k 、 rk 。02kFY (317) 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 16 圖 38 左右車輪垂直載荷再分配時(shí)側(cè)偏剛度 由上圖 39 可知，平均側(cè)偏剛度 39。進(jìn)一步分析可知，左、右車輪垂直載荷差別越大，平均側(cè)偏剛度越小。 架型式、導(dǎo)向桿系的布置以及懸架參數(shù)的選擇等對(duì)汽車性能的影響，并不是孤立的，而是存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系。用途不同的汽車，對(duì)平順性的要求是不一樣的。 懸架的工作行程由靜撓度與動(dòng)撓度之和組成。一般：動(dòng)撓度，轎車： 7～ 9 cm； 大客車： 5～ 8cm； 貨 車： 6～ 9cm 。 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 18 懸架剛度計(jì)算 本次設(shè)計(jì)車型參考奧迪 R8，發(fā)動(dòng)機(jī)中置四驅(qū)。 2） 懸 架上載荷變化時(shí)，前輪定位參數(shù)要有合理的變化特性，車輪不應(yīng)該產(chǎn)生縱向加速度。并使車輪與車身的傾斜同向，以增強(qiáng)不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)。此外，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)還應(yīng)有足夠強(qiáng)度，并可靠地傳遞除垂直力以外的各種力和 力矩。當(dāng)橫臂相互平行時(shí)， P 點(diǎn)位于無(wú)窮遠(yuǎn) 處。側(cè)傾軸線應(yīng)大致與地面平 行，且盡可能離地面高些。 設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定 (與輪距變化有關(guān)的 )前懸架的側(cè)傾中心高度，然后確定后懸架的側(cè)傾中心高度。自鉸接點(diǎn) E和 G作擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)軸 C和 D的平行線，兩線的交點(diǎn)即為縱傾中心。圖 55給出了六種可能布置方案的主銷后傾角值隨車輪跳動(dòng)的曲線。 1 方案：彈簧壓縮后傾角增大，拉伸時(shí)減??； 2 方案：彈簧壓縮后傾角增大，拉伸時(shí)減小； 3方案：主銷后傾角基本不變化，但抗前俯的作用也最小，現(xiàn)代汽車中采用的較少。 橫向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 比較圖 56 a、 b、 c三圖可以清楚地看到，上、下橫臂布置不同，所得側(cè)傾中心位置也不 同，這樣就可根據(jù)對(duì)側(cè)傾中心位置的要求來(lái)設(shè)計(jì)上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置方案。 為了使得車輪在遇到凸起路障時(shí)能夠使車輪一面上跳，一面后退，以減少傳到車身上的沖擊力，還為了便于布置發(fā)動(dòng)機(jī)，多數(shù)前置發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的懸架下橫臂軸線 MM 的斜置角α 1 為正，而上橫臂軸 NN 的斜置角 α 2 則有正、有零或有負(fù)值三中布置方案；如圖中的 a、 b、 c所示。至于采取哪種方案好，要與上下橫臂在縱平面內(nèi)的布置一起考慮。 ~+2176。運(yùn)用此圖的步驟如下： 先根據(jù)設(shè)計(jì)的允許前俯角 (在 O． 5g 時(shí)為 1186。此圖適用于軸距 ～ ，質(zhì)心高為 ～ 的轎車。這一方面是考慮到布置發(fā)動(dòng)機(jī)方便，另一方面也是為了得到理想的懸架運(yùn)動(dòng)特性。美國(guó)克萊斯勒和通用汽車分司分別認(rèn)為， 上、下擺臂長(zhǎng)度之比取 和 為最佳。此結(jié)構(gòu)也為無(wú)主銷結(jié)構(gòu)。 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 27 圖 511 主銷后傾角 圖 512 主銷內(nèi)傾角 圖 513 前輪外傾角 圖 514前輪前束（角） 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 28 第 6章 彈性元件的計(jì)算 彈性元件是懸架的最主要部件，因?yàn)閼壹茏罡镜淖饔檬菧p緩地面不平度對(duì)車身造成的沖擊，即將短暫的大加速度沖擊化解為相對(duì)緩慢的小加速度沖擊。鋼板彈簧是汽車最早使用的彈性元件，由于存在諸多設(shè)計(jì)不足之處，現(xiàn)逐步被其它種類彈性元件所取代，本設(shè)計(jì)選擇螺旋彈簧。則α =10176。 =8+=10 彈簧節(jié)距： t=(— )Dm —— GB/T1239[1692]圓柱螺旋彈簧 取 t== 90=27mm 彈簧間距：δ =td —— GB/T1239[1692]圓柱螺旋彈簧 δ =2712=15mm 由于設(shè)計(jì)彈簧為兩端圈磨平，因此彈簧自由高度為： 取 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力公式：imKfGdD 2?? ? (67) 式中 39。 ???? ??????? CCCK 43 ?????FwN 滿載時(shí)有： 彈簧動(dòng)撓度： dDFfG imWds 438? (610) 帶入數(shù)據(jù)得： 843668 1210 90 443 ??? ????f ds 彈簧最大扭轉(zhuǎn)應(yīng) : 90 102 42 ??? ?????? imGdDKf dsd ??N/ (611) 帶入數(shù)據(jù)得 ??d N/ [錯(cuò)誤 !未找到引用源。彈簧自由高度 228mm，彈簧總?cè)?shù) n=。此時(shí)，孔與油液見的摩擦力及液體分子內(nèi)摩擦便行程對(duì)振動(dòng)的阻尼力，使車身和車架的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為熱能，被油液 所吸收，然后散到大氣中。液力減振器首次出現(xiàn)于 1901 年，其兩種主要的結(jié)構(gòu)型式分別為搖臂式和筒式。 雙筒式液力減振器工作原理 雙筒式液力減振器雙筒式液力減振器的工作原理如圖 7