【正文】 .......... 8 3 懸架主要參數(shù)的確定 .................................................... 10 載貨汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù) ............................................... 10 懸架靜撓度 ....................................................... 10 懸架動(dòng)撓度 ....................................................... 11 懸架彈性特性 ..................................................... 11 4 彈性元件的設(shè)計(jì) ........................................................ 13 空氣彈簧力學(xué)性能 ................................................. 13 空氣彈簧剛度計(jì)算 ............................................ 13 空氣彈簧固有頻率的計(jì)算 ...................................... 15 空氣彈簧的剛度特性分析 ...................................... 16 高度控制閥 ....................................................... 18 5 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .................................................... 19 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的概述 ............................................... 19 橫向穩(wěn)定桿的選擇 ................................................. 19 側(cè)頃力臂的計(jì)算方法 ............................................... 20 穩(wěn)定桿的角剛度計(jì)算 ............................................... 22 懸架的側(cè)傾角校核 ................................................. 23 6 減振器機(jī)構(gòu)類型及主要參數(shù)的選擇計(jì)算 .................................... 24 分類 ............................................................. 24 主要參數(shù)的選擇計(jì)算 ............................................... 25 7 技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性分析 ...................................................... 30 8 結(jié)論 .................................................................. 31 2 參考文獻(xiàn) ................................................................ 32 致謝 .................................................................... 33 附錄 A 譯文 .............................................................. 34 附錄 B 外文原文 .......................................................... 41 附錄 C 維圖形 …………………………………………………………………………… .…………… ..51 3 1 緒論 懸架的概述 懸架是車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱。故懸架還應(yīng)當(dāng)具有減振作用，使振動(dòng)迅速衰減（振幅迅速減?。?。從而空氣彈簧的設(shè)計(jì)與研究也越來(lái)越受到車輛設(shè)計(jì)人員的青睞。導(dǎo)向裝置主要有以下幾點(diǎn)作用：①在車架或車橋之間傳遞力矩。 非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，左、右車輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過(guò)懸架和車價(jià)（或車身）連接；獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，左、右車輪通過(guò)各自的懸架與車架（或車身）連接。在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中，由于道路情況不同，運(yùn)輸?shù)陌踩?，守時(shí)性，靈活性以及運(yùn)輸?shù)膬r(jià)格和效率比直接關(guān)系到企業(yè)的命運(yùn)和存亡。因此，承載能力與平順性一直是載貨汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 — 對(duì)永恒的矛盾 ]2[ 。 隨著我國(guó)高速公路的迅速發(fā)展，公路運(yùn)輸量的增加，對(duì)汽車性能的要求也越來(lái)越高，空氣懸架憑著其自身的優(yōu)越性能在貨車上的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛。 (2)導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是承受汽車的縱向力、力矩及橫向力。但在功能好的同時(shí)也有其缺點(diǎn)：這種汽車懸架的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，而且成本非常高。所以對(duì)于囊式空氣彈簧來(lái)說(shuō)，適當(dāng)?shù)倪x擇空氣彈簧的有效面積變化率和輔助氣室容積，可以有效地降低振動(dòng)頻率。從而可以得到所需的彈性特性。②是車橋或車輪按一 定軌跡相對(duì)車身或車架跳動(dòng)。可以大大提高乘 9 坐的舒適性。其前懸架采用四連桿機(jī)構(gòu)空氣懸架系統(tǒng) , 空氣彈簧布置在橋的正上方 , 其作為彈性元件承受全部垂直載荷。 懸架靜撓度 懸架靜撓度 cf 是指汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷 WF 與此時(shí)懸架剛度 c之比，即cFf Wc /? 。因此，保證汽車有良好的行駛平順性，必須正確的選取懸架的靜撓度。對(duì)高級(jí)轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求在 ～ ，后懸架則要求在 ～。 本設(shè)計(jì)選取 1df =90mm， 2df =60mm。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。 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，從而提高了汽車的平順性。 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。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。 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)。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。 空氣彈簧的剛度特性分析 當(dāng)在充滿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 。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，多用于重型車的懸架。 不帶延遲機(jī)構(gòu)的高度閥工作原理：車體荷重增加時(shí)，車體下降，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。②使車橋 (或車輪 )按一定軌跡相對(duì)車身或車架跳動(dòng)。為此，現(xiàn)代汽車大多都裝有橫向穩(wěn)定桿來(lái)加大懸架的側(cè)傾角剛度以改善汽車的 20 行駛穩(wěn)定性。當(dāng)車身受到側(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)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。它對(duì)簧上質(zhì)量的側(cè)傾角有影響。 要求在側(cè)向慣性力等于 倍車重時(shí)，貨車車身側(cè)傾角不要超過(guò) ?? 7~6 。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。因此，有些 汽車 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。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 。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。 ? 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。 ? 減振器阻尼系數(shù) cm?? 2? 。此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度 xv 。 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為汽車車輪和減振器跳動(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。當(dāng)前，在發(fā)達(dá)國(guó)家， 100%的中型以上客車都用了空氣懸架系統(tǒng)， 40%以上的卡車、掛車和牽引車用了空氣懸架系統(tǒng)。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、車況和運(yùn)輸特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，和中國(guó)的路況、車況和運(yùn)輸特點(diǎn)不相匹配。 中國(guó)用了空氣懸架系統(tǒng)的中型以上客車在中型以上客車總量中所占的比例不足10%，用了空氣懸架系統(tǒng)的卡車、掛車和牽引車更是微乎其微。 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。 34 附錄 A 譯文 汽車懸架如何工作 By William Harris University of Michigan 當(dāng)人們思考汽車性能的時(shí)候，他們通常想到 的是馬力，扭矩和加速度 。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 。 接著，在向下的 重 力的作用下 ，車輪可以 大幅度 回 路面。這就是為什么汽車工程師在他們已經(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。 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 。 將空氣懸架應(yīng)用在卡車、掛車和牽引車上這個(gè)問(wèn)題有一個(gè)技術(shù)積累的過(guò)程，急不得。 第三類是有的企業(yè)以引進(jìn)消化吸收國(guó)外先進(jìn)的車用空氣懸架系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)，兼顧中國(guó)汽車狀況、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)用戶的具體車型進(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。用戶之所以愿意購(gòu)買(mǎi)裝配鋼板彈簧系統(tǒng)的汽車，就是因?yàn)檠b配鋼板彈簧系統(tǒng)的汽車可以讓用戶增加彈簧片滿足其超載的欲望。 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為汽車車輪和減振器跳動(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 =。 40mm， ? 為懸架振動(dòng)固有頻率。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)。 ? 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身； ? 值小則反之。 25 圖 6— 1 雙筒式液力減振器 1— 活塞 2— 工作缸筒 3— 貯油缸筒 4— 底閥座 5— 導(dǎo)向座 6— 回流孔活塞桿 7— 油封 8— 防塵罩 9— 活塞桿 主要參數(shù)的選擇計(jì)算 ? 減振器在卸荷閥打開(kāi)前，減振器中的阻力 F與減振器振動(dòng)速度 v 之間有如下關(guān)系 vF ?? (6－ 1) 式中， ? 為減振器阻尼系數(shù)。減振器在伸張行程時(shí)，車輪相當(dāng)于遠(yuǎn)離