【文章內(nèi)容簡介】 對于轎車的非驅(qū)動橋，其非簧載質(zhì)量約為 （ 50~90） kg之間，采用獨立懸架時約為下限，采用非獨立懸架時約為上限，采用復(fù)合縱臂式后支持橋懸架時約為中間值。轎車的驅(qū)動橋，獨立懸架的非簧載質(zhì)量約為 （ 60~100） kg，而非獨立懸架由于帶有主減速器、差速器和剛體橋殼，非簧載質(zhì)量可達(dá) （ 100~140） kg。 螺旋彈簧的設(shè)計計算 螺旋 彈簧作為彈性元件，由于其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便及有高的比能容量，因此在現(xiàn)代輕型以下汽車的懸架中應(yīng)用相當(dāng)普遍，特別是在轎車中，由于要求良好的乘用舒適性和懸架導(dǎo)向機構(gòu)在大擺動量下仍具有保持車輪定位角的能力，本設(shè)計中小型觀光本科生畢業(yè)設(shè)計 14 旅游車選用螺旋彈簧作為其彈性元件。 螺旋彈簧 計算 公式 （ 1） 應(yīng)力公式 38DPKd? ?? （ ） 式中 ： ? —— 彈簧鋼絲表面的剪 應(yīng)力 ， MPa； P —— 彈簧載荷 ， N； D —— 彈簧中徑 ， mm； d —— 鋼絲直徑 ， mm； K —— 應(yīng)力修正 系數(shù) 4 1 6544CK CC???? （ ） 式中： C 為彈簧指數(shù)。 （ 2） 彈簧鋼度公式 （ 或撓度公式 ） 438Gdk nD? （ ） 348nD PGd?? （ ） 式中 ： k—— 彈簧鋼度 ， N/mm； n—— 彈簧工作 圈數(shù) ； ?—— 彈簧撓度 ， mm。 對彈簧鋼、硬 鋼絲、琴鋼絲、油回火鋼絲等材料，不管其鋼絲直徑粗細(xì)，原則上都取剪切彈性模數(shù) G=83000MPa。 （ 3） 固有頻率公式 0 1 1 12 2 2k k g gf mP? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ ） 式中： 0f —— 懸掛質(zhì)量的固有頻率 ， Hz； g —— 重力加速度 ， 9800mm/s2。 本科生畢業(yè)設(shè)計 15 （ 4） 阻尼公式（臨界阻尼系數(shù)公式） gPkmkC c r /22 ?? （ ） 式中： Ccr 臨界阻尼系數(shù) ,是決定減 振 器阻尼力的基礎(chǔ)。 對應(yīng)力公式來說，在應(yīng)力計算中有四個變量，其中包含應(yīng)力修正系數(shù) K、彈簧鋼絲直徑的三次方計算等。計算起來很麻煩，而且當(dāng)計算結(jié)果應(yīng)力過大時還要改變 d、 D值，反復(fù)多次才能算好。而實際上是先決定許用應(yīng)力，在許用應(yīng)力的范圍內(nèi)尋求 d、 D值。 對彈簧鋼度的計算也是如此。但是，在這些計算公式中，預(yù)先決定許用應(yīng)力、彈簧鋼度，然后定出 d、 D 值中的一個，再求出另一個是相當(dāng)費事的 。 由 公式 （ ） 變形 得 328 2 / 2 2/2D P K D K P d CP K KCPd d A A? ?? ?? ? ? ? （ ） 故 應(yīng)力計算公式 變形 為： 2KC SP A A? ?? （ ） 式中： K—— 應(yīng)力修正 系數(shù)， 4 1 6544CK CC???? ； A—— 彈簧鋼絲截面積 , 24Ad?? （ mm2） ； S—— 由彈簧指數(shù) C 決定的值 。 S=2KC （ ） AS P??? （ ） 將 C 作為待求的量，改變上式得彈簧指數(shù) 計算公式 0 . 2 5 [ ( 0 . 7 3 ) ( 8 . 1 9 ) 1 . 2 7 ]C S S S? ? ? ? ? （ ） 由 公式 （ ） 變形 得 4333888 ( )G d G d G dk Dn D n Cn d? ? ? （ ） 設(shè) 0k 為每一圈彈簧的鋼度，則 0 38dGk k n C? ? ? （ ） 取 G=83000Mpa，則 本科生畢業(yè)設(shè)計 16 30 1 0 0 0 /k k n d C? ? ? （ ） 螺旋 彈簧的計算 由于彈簧需要承受的沖擊載荷較大，因此需要彈簧有較高的強度。 在此選取60Si2Mn 為懸架彈簧材料 。 滿載 靜 平衡 時彈簧載荷 P=1637N， 從汽車平順性考慮 取固有頻率 0f =。 初選彈簧鋼絲直徑 d=8mm， 查表得許用拉應(yīng)力 1520][ ?? Mpa， 則 許用切應(yīng)力 5 7][][ ?? ?? Mpa。 當(dāng)懸架彈簧經(jīng)噴丸處理時，最大載荷剪切應(yīng)力應(yīng)控制在 [ ] ? ? Mpa 以下。作用在彈簧上的負(fù)荷倍數(shù) n 一般取 左右。由于采用橡膠緩沖塊等故可防止過載，靜載荷時把應(yīng)力控制在 600 Mpa 以下為好。（即當(dāng)載荷倍數(shù) n= 時，使最大載荷時的應(yīng)力不超過 [ ] ? ? Mpa，同時為以后改進(jìn)設(shè)計留有增加的重量的余地）。 在此選取靜載荷 時應(yīng)力 580?? Mpa。 由 d=8mm 可算出鋼絲截面積 8 444Ad?? ? ? ? mm2 由 式 （ ） 解得 58 0 50 .2 4 17 .81637AS P? ??? ? ? 將 S 帶入式 （ ） 得 0 . 2 5 [ ( 1 7 . 8 0 . 7 3 ) ( 1 7 . 8 8 . 1 9 ) 1 7 . 8 1 . 2 7 ] 7 . 5C ? ? ? ? ? ? ? 由式 C=D/d 得 7 .5 6 6 0D C d? ? ? ? ?mm 把 C、 d 帶入式 （ ） 得 0 338 8 3 0 0 0 1 8 9 .6 38 8 7 .5dGk C ?? ? ??N/mm 根據(jù) 式 （ ） 求得彈簧鋼度和靜撓度 2 20( 2 ) ( 2 3 . 1 4 1 . 3 5 ) 1 6 3 7 309810fPk g? ? ? ?? ? ?N/mm 220 9810 135( 2 ) ( 2 4 5 )g f? ?? ? ???mm 根據(jù)式 （ ） 求得 彈簧的有效圈數(shù) 本科生畢業(yè)設(shè)計 17 0 630kn k? ? ? 壓并高度 )( ????? dnH s mm。 為了保證彈簧有足夠大的動撓度，取載荷指數(shù)為 ，即彈簧最大工作載荷 F2=? 1637= 最大行程 m a x 1 .5 1 .5 1 3 5 2 0 5??? ? ? ?mm。 動撓度 m a x 2 0 5 1 3 5 7 0dcff?? ? ? ? ?mm，在允許范圍內(nèi)。 彈簧的自由高度可由彈簧壓并高度和最大行程決定，即 maxfsHH???。 但為了避免全壓縮，使自由高度 fH 高出一段距離 ? 更安全 ， ? 取 5mm。 因此 彈簧 自由高度 m a x 60 20 5 5 27 0fsHH ??? ? ? ? ? ? ?mm。 對彈簧鋼絲直徑進(jìn)行校核， 因為彈簧指數(shù) C=，則曲度系數(shù) 4 1 0 .1 6 5 4 7 .5 1 0 .1 6 5 1 .1 9 74 4 4 7 .5 4 7 .5CK CC? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ][8 2 ?? ????? ?? CKFd j jd 小于原 設(shè) 定的值，取 d=8mm。 長徑比 0 270 4. 5 5. 360HD? ? ? ? ?， 不失穩(wěn) （ 合格 ） 。 減振 器 的 計算 （ 1） 相對阻尼系數(shù) 在選擇時應(yīng)考慮到 ? 的取值較大，能使系統(tǒng)振動迅速衰減，但會使較大的不平路面的沖擊力傳到車身 ； ? 選得過小，振動衰減過慢，不利于行駛平順性。對于內(nèi)無摩擦彈性元件 （ 螺旋彈簧 ） 懸架，取 ?? 。 （ 2） 主要尺寸參數(shù)的選擇 工作缸筒常由低炭無縫鋼管支撐，其壁厚一般取 )~( mm。單筒式減振器為防止外物撞擊而產(chǎn)生變形，應(yīng)取 2mm。貯油筒直徑 ? ， 壁厚取 2mm， 材料選本科生畢業(yè)設(shè)計 18 取 20 鋼， 活塞桿直徑 d 一般取 （ ~） D，工作缸筒長度的長度一般設(shè)計為減振器工作行程的 2~3 倍， D 為筒式減振器工作直徑 。 為了能以最少產(chǎn)品型號滿足各類汽車的需要，我國己制訂了汽車筒式減振器標(biāo)準(zhǔn)，由專業(yè)廠進(jìn)行系列化生產(chǎn)。筒式減振器以工作缸直徑制定系列，國家標(biāo)準(zhǔn)確定了工作缸徑的系列為 ： 50、 6 80（ mm） 。 所計算得到的工作缸徑，要在系列尺寸中找出相近的缸徑作為最后確定尺寸。 （ 3） 減振器阻尼系數(shù) 2 ssr C m?? （ ） 式中： sC —— 懸架剛度 ， N/m； sm —— 簧載質(zhì)量 ， kg。 式中 167?sm kg， 11990sC ? N/m， ?? 。 2 2 0 . 3 1 1 9 9 0 1 6 7 1 2 9 7 . 6ssr C m?? ? ? ? ? ?KN/ms1 為滿足減 振 器阻尼特性，伸張行程 相對 阻尼系數(shù)與壓縮行程 相對 阻尼系數(shù)之間的關(guān)系 應(yīng)滿足 式 （ ） 和 （ ） 的要求 ? ?12sy? ? ??? （ ） ??? （ ） 解式 （ ） 和 （ ） 得 ? ? ， ? ? ， 滿足式 （ ） 中要求， 則 減 振 器壓縮 行程 阻尼 系數(shù)： 2 7 4 8 .7 8y y s sr C m???KN/ms1 減振器伸張 行程 阻尼 系數(shù)： 2 2 4 9 5 .0 3s s s sr C m???KN/ms1 （ 4） 卸荷速度 為減少傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動速度達(dá)到一定值時，減振器應(yīng)打開卸荷閥。打開卸荷閥瞬時的減振器活塞速度稱為卸荷速度 v 。 一般 v 為 ~（ 5） 筒式減振器工作直徑的 確定 24[ ] (1 )epD p??? ? （ ） 本科生畢業(yè)設(shè)計 19 4 2 4 9 5 .7 8 0 .2 1 7 .8 33 .1 4 4 0 .7 5?????? mm 取標(biāo)準(zhǔn)值 D=20mm。 式 中 ： []p —— 缸內(nèi)最大容許壓力，取 2[ ] 4 /p N mm? ； ep —— 為最大卸荷力 （ 伸張過程 ） ， esp rv? ； sr —— 為伸張阻力系數(shù) ， KN/ms1； ? —— 為缸筒直徑與連桿直徑之比，取 ?? 。 （ 6） 筒式減振器外形尺寸的確定 選取減 振 器基長 150l? mm， 工作行程 135S? mm； 工作缸長度 27013521 ???l mm； 減 振 器 貯油筒直徑 1 .5 1 .5 2 0 3 0cDD? ? ? ?mm； 選取 活塞桿直徑 0 .5 2 0 1 0dD?? ? ? ? ?mm； 減 振 器最大長度 m a x 2 1 5 0 2 1 3 5 4 2 0L l S? ? ? ? ? ?mm； 減 振 器最小長度 m i n 1 5 0 1 3 5 2 8 5L l S? ? ? ? ?mm。 懸架導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計 分析 圖 麥弗遜式懸架結(jié)構(gòu)簡圖 懸架 導(dǎo)向機構(gòu)空間位置的 分析 麥弗遜式懸架由橫擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、減振器 和車身構(gòu)成機構(gòu)組成部分。 如 圖 為麥弗遜式左 1/2 懸架的結(jié)構(gòu)示意圖 ,其中 BD 為主銷中心線， MN 為下擺臂旋轉(zhuǎn)軸線，本科生畢業(yè)設(shè)計 20 DE 為減振器中心線， P 點為拉臂球頭中心， F