【正文】 和車架 (或車身 )之間的一切力和力矩，并緩和汽車駛過不平路面時所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，以保證汽 車的行駛平順性。 2 對螺旋彈簧進行結構強度分析 介紹鋼板彈簧懸架結構強度分析方法和過程。我國的汽車產(chǎn)業(yè)要加速、持續(xù)和健康的發(fā)展，并成為我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，必須堅持產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，選擇面向自主發(fā)展具有中國特色的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新模式，推動汽車產(chǎn)業(yè)結構的升級、技術的進步 、以及民族品牌的崛起。國內(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：一汽集團遼陽汽車彈簧廠、東風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 國內(nèi)汽車懸架彈簧生產(chǎn)企業(yè) 160 余家，遍布全國各地，具有規(guī)模的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè) (生產(chǎn)規(guī)模在 萬噸以上 )約 80 余家。為了使得在彈性變形時各片有相對滑動的可能，在主片卷耳與第二片包耳之間留有較大的空隙。 當鋼板彈簧安裝在汽車懸架中，所承受的垂直載荷為正向時，各彈簧片都受力變形，有向上拱彎的趨勢。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，當單邊車輪駛過凸起時，會直接影響另一側車輪。當用 縱置鋼板彈簧作彈性元件時，它兼起導向裝置作用。在 最后，對本次設計做出總結。 本文是在 奧迪 R8 FSI quattro 2021 款 轎車前懸架基礎上設計的，目的是為了考察大學四年的學習成果并為將來走向工作崗位打下堅實的基礎。 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，以保證 汽車的行駛平順性。 設計中 包括了減振器、彈性元件和橫向穩(wěn)定桿各項參數(shù)的確定，包括主要參數(shù)的選擇計算、受力情況、強度校核等。導向裝置由導向桿系組成，用來決定車輪相對于車架 (或車身 )的運動特性，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)導向機構的結構特點，汽車懸架可分為非獨立懸架和獨立懸架兩大類。 為了完成 2 項功能，懸架使用了彈簧和減震器。導向 桿系有多種形式，可單獨用其中的一種，也可將幾種配合起來使用。 鋼板彈簧簡介 鋼板彈簧是 汽車懸架 中應用最廣泛的一種彈性元件，它是由若干片等寬但不等長（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度的彈性梁。 主片卷耳受力嚴重，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（籌） 2021屆畢業(yè)設計說明書 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，大多仍停留在簡單生產(chǎn)工藝的水平上，產(chǎn)品成本較高，難以參與國際市場競爭。我國汽車產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，已經(jīng)初具規(guī)模，但是面臨著能源緊張、技術落后、自主品牌嚴重缺乏以及國際競爭加劇帶來的壓力。 1 雙橫臂獨立懸架導向機構設計 介紹雙橫臂導向機構的設計方法，確定雙橫臂主要參數(shù)的過程和結構的設計過程 。 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、衰減振動以及調節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關裝置的總稱 。為了迅速衰減不必要的振動，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產(chǎn)生持續(xù)的振動，使乘坐不適，因此，設有減振器將振動迅速衰減，使振幅迅速減小。 廣西科技大學（籌） 2021屆畢業(yè)設計說明書 4 懸架類型 [7] 1 根據(jù)導向機構的結構特點，汽車懸架可以分為非獨立懸架和獨立懸架兩大類： (1) 非獨立懸架是左、右車輪之間由一剛性梁或非斷開式車橋聯(lián)接，當單邊車輪駛過凸起時，會直接影響另一側車輪。汽車懸架系統(tǒng)的研究 與設計的領域 也相應地分為兩大部分：一是對汽車平順性產(chǎn)生主要影響的懸架特性；另一是對汽車操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生主要影響的懸架特性 ?？紤]了彈性襯套等連接件對懸架性能的影響，則懸架運動學即為懸架彈性運動學。該振動系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多零部件的動載，并進而影響到這些零件的使用壽命。 懸架設計可以大致分為結構 型式及主要參數(shù)選擇和詳細設計兩個階段，有時還要反復交叉進行。 經(jīng)常用的是雙向作用的，具有非對稱特性及卸荷閥的減振器。熟悉本章內(nèi)容，對后文的分析和設計起基礎作用。 懸架設計可以大致分為結構型式及主要參數(shù)選擇和詳細設計兩個階段，有時還要反復交叉進行。 懸架對汽車平順性的影響 良好的汽車行駛平順性不僅能保證乘員的舒適與所運貨物的完整無損，而且還可以提高汽車的運輸生產(chǎn)率、降低燃油消耗、 延長零件的使用壽命及提高零件的工作可靠性等。在一定隨機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 對路面不平度 g 的幅頻特性“｜ Z /g｜”，與車身在懸架上振動的固有頻率 n、非周期性系數(shù) ? 及非簧載質量 m的大小有關。 從上述公式中可見，車身振動的固有頻率 n0 由簧載質量 M、懸架剛度 c或由懸架靜撓度 cf 決定。 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，車輪中心相對車架 (或車身 )的垂直位移。另外， 0n 值選得過低，懸架設計不選取一定措施，就會增大制動“點頭”角和轉彎側傾角，使空、滿載時車身高度的變化過大。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，保持車身振動的固有頻率不變，從而獲得良好的汽車行駛平順性。 目前，在懸架設計中，只不過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 減震器阻尼對振動的衰減作用 廣西科技大學（籌） 2021屆畢業(yè)設計說明書 11 a―振動完全沒有衰減的曲線，車身按懸架的固有振動頻率不斷振動； b―有衰減的情況，車身振動的振幅逐漸減小。 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。 非簧載質量對汽車行駛平順性的影響 由懸架支承的部件、總成等稱為簧載質量 (或懸掛質量 )，不是由懸架支承的部分稱為非簧載質量 (或非懸掛質量 )。使其頻率接近 人體所習慣的步行時的身體上、下運動的頻率。通過減震器來吸收路面?zhèn)鞯杰嚿系恼駝幽芰?，使汽車振動得到衰減。在離心力的作用下，使轉彎半徑變大的特性稱為不足轉向，反之，稱為 過度轉向。側傾中心位置高，它到車身質心的距離縮短，可使側向力臂及側傾力矩小些，車身的側傾角也會減小。 廣西科技大學（籌） 2021屆畢業(yè)設計說明書 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 ,車身作垂直運動時，單位車身位移時，懸架系統(tǒng)給車身的總彈性恢復力。 若能求出車身作 垂直位移 Δ tS 時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（籌） 2021屆畢業(yè)設計說明書 14 圖 36 等效彈簧 參照上圖 37，當車廂發(fā)生小側傾角 dr? 時，等效彈簧的變形量為 ? 2B dr? ,故車廂受到的彈性恢復力偶矩為 dT=dr? 懸架側傾角剛度為 ?K = 21 1k 2B (312) 式中 1k 一側懸架的線剛度； B— 為輪距。），后側傾角剛度為180700Nm／（176。有的汽車甚至會從不足轉向變?yōu)檫^多轉向。內(nèi)側車輪減少Δ W，外側車輪增加Δ W，兩個車輪的側偏剛度隨之變?yōu)?1k 、 rk 。02kFY (317) 廣西科技大學（籌） 2021屆畢業(yè)設計說明書 16 圖 38 左右車輪垂直載荷再分配時側偏剛度 由上圖 39 可知，平均側偏剛度 39。進一步分析可知，左、右車輪垂直載荷差別越大，平均側偏剛度越小。 架型式、導向桿系的布置以及懸架參數(shù)的選擇等對汽車性能的影響，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，對平順性的要求是不一樣的。 懸架的工作行程由靜撓度與動撓度之和組成。一般：動撓度，轎車： 7～ 9 cm； 大客車： 5～ 8cm； 貨 車： 6～ 9cm 。 廣西科技大學（籌） 2021屆畢業(yè)設計說明書 18 懸架剛度計算 本次設計車型參考奧迪 R8，發(fā)動機中置四驅。 2） 懸 架上載荷變化時，前輪定位參數(shù)要有合理的變化特性，車輪不應該產(chǎn)生縱向加速度。并使車輪與車身的傾斜同向，以增強不足轉向效應。此外，導向機構還應有足夠強度，并可靠地傳遞除垂直力以外的各種力和 力矩。當橫臂相互平行時， P 點位于無窮遠 處。側傾軸線應大致與地面平 行，且盡可能離地面高些。 設計時首先要確定 (與輪距變化有關的 )前懸架的側傾中心高度，然后確定后懸架的側傾中心高度。自鉸接點 E和 G作擺臂轉動軸 C和 D的平行線，兩線的交點即為縱傾中心。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的曲線。 1 方案：彈簧壓縮后傾角增大，拉伸時減??； 2 方案：彈簧壓縮后傾角增大，拉伸時減??； 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，所得側傾中心位置也不 同，這樣就可根據(jù)對側傾中心位置的要求來設計上、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)動機，多數(shù)前置發(fā)動機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。運用此圖的步驟如下： 先根據(jù)設計的允許前俯角 (在 O． 5g 時為 1186。此圖適用于軸距 ～ ，質心高為 ～ 的轎車。這一方面是考慮到布置發(fā)動機方便，另一方面也是為了得到理想的懸架運動特性。美國克萊斯勒和通用汽車分司分別認為， 上、下擺臂長度之比取 和 為最佳。此結構也為無主銷結構。 廣西科技大學（籌） 2021屆畢業(yè)設計說明書 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（籌） 2021屆畢業(yè)設計說明書 28 第 6章 彈性元件的計算 彈性元件是懸架的最主要部件，因為懸架最根本的作用是減緩地面不平度對車身造成的沖擊，即將短暫的大加速度沖擊化解為相對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，由于存在諸多設計不足之處，現(xiàn)逐步被其它種類彈性元件所取代，本設計選擇螺旋彈簧。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 由于設計彈簧為兩端圈磨平，因此彈簧自由高度為： 取 錯誤 !未找到引用源。 扭轉應力公式：imKfGdD 2?? ? (67) 式中 39。 ???? ??????? CCCK 43 ?????FwN 滿載時有： 彈簧動撓度： dDFfG imWds 438? (610) 帶入數(shù)據(jù)得： 843668 1210 90 443 ??? ????f ds 彈簧最大扭轉應 : 90 102 42 ??? ?????? imGdDKf dsd ??N/ (611) 帶入數(shù)據(jù)得 ??d N/ [錯誤 !未找到引用源。彈簧自由高度 228mm，彈簧總圈數(shù) n=。此時，孔與油液見的摩擦力及液體分子內(nèi)摩擦便行程對振動的阻尼力，使車身和車架的振動能量轉換為熱能，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，其兩種主要的結構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