【文章內(nèi)容簡介】 獨立懸架中多采用螺旋彈簧，因而對于側(cè)向力，垂直力以及縱向力需加設(shè)導(dǎo)向裝置即采用桿件來承受和傳遞這些力。因而一些轎車上為減輕車重和簡化結(jié)構(gòu)采用多桿式懸架。 彈性元件的特定分析比較 懸架的彈性元件的種類繁多，如鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、氣體彈簧 (空氣彈簧、油氣彈簧 )、橡膠彈簧等 ， 在此不作一一介紹 。 彈性元件的選擇主要是根據(jù)懸架的結(jié)構(gòu)和性能的要求進行。選用不同的彈性元件可以具有不同的懸架結(jié) 構(gòu)形式。同一種懸架結(jié)構(gòu)中也可以采用不同的彈性元件。同一種彈性元件又可以與不同的導(dǎo)向機構(gòu)組合成非獨立懸架和獨立懸架。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 本次商務(wù)車懸架結(jié)構(gòu)為前獨立懸架，前懸架采用雙橫臂式獨立懸架， 圓截面螺旋 彈簧，帶橫向穩(wěn)定桿。主要結(jié)構(gòu)如 圖 24 圖 24 雙橫臂 螺旋 彈簧獨立懸架 該懸架 上下橫臂均采用 V型 結(jié)構(gòu)，這樣便于前置發(fā)動機 的安裝及車身的布置。其主要特點是主銷內(nèi)傾角 (前輪胎外傾角 )及前束在車輪上下運動時是隨時間變化的，而主銷后傾角在運動中是保持不變的。主銷后傾角在運動中保持不變可以使汽車在制動時保持適當(dāng)?shù)目骨案┞剩硗庖部杀苊馇拜啍[振及減小轉(zhuǎn)向盤上的變化。 何建勛： 雙橫臂獨立懸架設(shè)計 10 第三章 螺旋彈簧懸架設(shè)計 懸架基本參數(shù)的選定 懸架靜撓度 懸架靜撓度是指汽車滿載時懸架上的載荷與此時懸架剛度之比。汽車前后懸架與其簧載質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率是影響汽車行駛平順性的主要參數(shù)之一。因現(xiàn)代汽車的質(zhì)量分配系數(shù)接近 1，于是汽車前后軸上 方車身兩點的振動不存在聯(lián)系。因此，前后部分的車身的固有頻率為： n= ?21 mc (31) 此處 c為懸架的剛度 (N/cm)； m為簧上質(zhì)量 (kg)。采用懸架彈性特性為線性變化的懸架時，前后懸架的靜撓度可用下式表示 fc = cmg (32) 式中， g為重力加速度 (g=981cm/s2)。 將式 32代入式 31得 n=cf5 (33) 由上式可知， 懸架的靜撓度直接影響車身振動的偏頻。因此，欲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 乘用車，一般前懸架要求偏頻為 1～ ，后懸架為 ～ ，且汽車的級別越高，則 n越小。此處取 n1=，則 fc1=174mm。在選擇前、后懸架的靜撓度時，應(yīng)當(dāng)使之接近，并希望后懸架的靜撓度比前懸架的靜撓度小些，這有利于防止車身產(chǎn)生較大的縱向角振動。對乘用車，一般 fc2=(～ )fc1。此處取 fc2= fc1=139mm。 一般情況下動撓度 fd=(～ )fc，取 fd=90mm。 降低懸架系統(tǒng)的振動頻率和增大懸架的靜撓度可以提高汽車行駛的平順性，但需要說明的是，增 大懸架的靜撓度會帶來一些新的矛盾，主要有以下幾點： 靜撓度增大后，為使汽車不經(jīng)常碰撞緩沖塊，就要求相應(yīng)地增加動撓度，這就勢必抬高車架上各總成的高度，提高汽車的重心，同時，在汽車振動時和載荷增減時，汽車高度將會顯著的變化，這些都對汽車行駛穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。 靜撓度增大后，彈簧顯得很軟，在緊急制動時會產(chǎn)生嚴(yán)重的汽車 “ 點頭 ” 現(xiàn)象；在轉(zhuǎn)彎時，由于懸架側(cè)傾剛度的降低，會使車身產(chǎn)生較大的側(cè)傾角，這些對乘坐舒適性都是不利的。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 靜撓度和動撓度增大后，車輪垂直位移增大，對行駛穩(wěn)定性不利。 增大靜撓度對縱置鋼 板彈簧而言，要增大彈簧長度，使布置發(fā)生困難，同時增加彈簧重量。 上下橫臂長度的確定 雙橫臂式獨立懸架的上、下臂長度對車輪上、下跳動時前輪的定位參數(shù)影響很大?，F(xiàn)代轎車所用的雙橫臂式前懸架，一般設(shè)計成上橫臂短、下橫臂長。這一方面考慮到布置發(fā)動機方便，另一方面也是為了得到理想的懸架特性?，F(xiàn)代轎車設(shè)計時， l2/l1取為 ～ 間。美國克萊斯勒和通用汽車公司分別認(rèn)為，上下橫臂長度之比取 。根據(jù)我國汽車設(shè)計經(jīng)驗，在初選尺寸時， l2/l1取 。 下表是國外一些轎車的上 下臂長及球銷距的尺寸： 表 31 國外轎車獨立懸架的一些參數(shù) 車牌名 上臂長 A， mm 下臂長 C， mm 球銷距 B， mm CA BA 奔馳 600(西德 ) 伏爾加 (蘇 ) 雷諾 (法 ) 王子 (日 ) 伏克斯豪爾 (英 ) 雪佛蘭 (美 ) 330 200 215 245 250 190 479 445 350 305 380 330 256 250 200 200 200 215 由同類汽車類比，此處取 l1=326mm， l2=212mm。 上下橫臂鉸點間距離為 200mm。 簧載質(zhì)量的確定 按照本次設(shè)計汽車的參數(shù)知：汽車總質(zhì)量為 1430kg， 參照《汽車設(shè)計》 劉惟信主編 簧載質(zhì)量取 82% ，約為 ，前軸約占總質(zhì)量的45%~50%，本設(shè)計中取 48%約 563千克。 其他參數(shù)的確定 主銷內(nèi)傾角β是主銷軸線和地面垂直線在汽車橫向斷面內(nèi)的夾角，如圖 31所示。主銷內(nèi)傾角的作用能使前輪自動回正、轉(zhuǎn)向操縱輕便和減小作用在轉(zhuǎn)向盤上的沖擊力。過去規(guī)定，一般主銷內(nèi)傾角不大于 8176。，取值范圍 6～ 8176。，主銷偏移距 c一般為 40～ 60mm。而現(xiàn)代汽車這兩個參數(shù)的數(shù)值變化很大，研究表明，主銷偏移距為零或少量的負值是可取的。所以主銷內(nèi)傾角變化范圍有明顯增大的趨勢，一般取值為 2～ 12176。本文采用的主銷內(nèi)傾何建勛： 雙橫臂獨立懸架設(shè)計 12 角為 8176。 。 圖 31 主銷內(nèi)傾角與車輪外傾角 前輪外傾角α是通過車輪中心的汽車橫向平面與車輪平面的交線與地面垂線之間的夾角，如圖 31所示。一般α取 1176。左右， 為了盡量減少車 輪相對車身跳動時的外傾角的變化，希望在常見車輪跳動范圍內(nèi)，其變化量在177。 1176。以內(nèi)。 螺旋彈簧的選擇 螺旋彈簧 (如圖 32所示 )廣泛應(yīng)用于獨立懸架中，它與鋼板彈簧相比，有質(zhì)量小，無需潤滑，所占縱向空間小，不怕泥污等優(yōu)點。但它只能承受垂直方向力，而且不足有減振作用，因此在懸架中必須要有導(dǎo)向機構(gòu)和減振器。 圖 32 圓柱螺旋彈簧 空載時彈簧受力為 F1=2815N。 滿載時彈簧受力為 F2=3600N。 初選彈簧 查《機械零件手冊》選取彈簧的旋繞比 C=6，選擇簧條截面為圓形的圓柱壓縮螺旋彈簧，材料為熱軋彈 簧鋼。其基本參數(shù)如下： 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 簧條直徑 d=5～ 80mm 切變模量 G=78179。 103 Mpa 彈性模量 E=197179。 103 Mpa 許用切應(yīng)力 p? =590Mpa 由公式 p2388 ???? ??? dKCFdKD F (34) K=CCC 14 ??? (35) 得 d=PKCF? (36) 式中： ? —— 切應(yīng)力， Mpa； F—— 工作載荷， N； D—— 彈簧中徑， mm； d—— 簧條直徑， mm； C—— 旋繞比， C=D/d； K—— 曲度系數(shù)； k—— 彈簧剛度， N/mm； f—— 工作載荷下的變形量， mm。 代入數(shù)據(jù) C=6， F=F 2 =3600N， p? =590Mpa， 得 d=15mm， 根據(jù)表 32彈簧直徑系列選取d=16mm。 表 32 普通圓柱螺旋彈簧的尺寸系列 彈簧絲直徑 d/mm 第一系列 0． 3 1 2 3 4 5 6 8 12 16 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 第二系列 7 9 11 14 18 22 28 32 38 42 55 65 彈簧中徑 D/mm 2 3 4 5 6 8 9 10 12 14 16 18 20 22 25 28 30 35 38 40 42 45 48 50 52 55 58 60 65 70 80 85 90 95 100 105 10 115 120 125 130 135 140 145 150 160 170 180 90 200 有效圈壓縮彈簧 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 16 18 20 22 25 28 30 何建勛： 雙橫臂獨立懸架設(shè)計 14 數(shù) n/圈 拉伸彈簧 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 25 28 30 35 40 45 50 55 60 65 70 80 90 100 自由高度0H /mm 壓縮彈簧 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 24 26 28 30 32 35 38 40 42 45 48 50 52 55 58 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 130 140 150 160 170 180 190 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 450 480 500 520 550 580 600 根據(jù)彈簧直徑查《機械設(shè)計 手冊》 GB1222選取圓柱螺旋彈簧，其基本參數(shù)如下 : d=16mm， C=6， D=95mm， p? =740Mpa， Fs=12529N， fsd=， k=745N/mm，Dx=73mm， DT=117mm。 彈簧的有效圈數(shù) n= 9536008 34334 ??? ????FD fGd，取 n=4。 壓縮圈數(shù)取為 n2=2，則總?cè)?shù) n1=n+ n2=4+2=6。 減 振 器的選擇 減 振 器類型的選擇 汽車懸架系統(tǒng)最初采用搖臂式液阻減振器，第二次世界大戰(zhàn)期間美軍吉普車上 采用了筒式液阻減振器并在戰(zhàn)場上獲得成功，此后筒式液阻減振器很快成為主流產(chǎn)品。它具有工藝性好、成本低、壽命長、質(zhì)量輕等優(yōu)點，主要零件采用了沖壓、粉末冶金及精密拉管等高效工藝，適于大批量生產(chǎn)。我國在 20世紀(jì) 60年代生產(chǎn)的 BJ21 NJ230汽車上開始采用筒式液阻減振器， 70年代初解放牌汽車也改用了筒式液阻減振器。 筒式液阻減振器最初采用雙筒式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)目前仍是懸架減振器中最常見的形式，其優(yōu)點是工藝簡單、成本低廉，缺點是散熱困難，且安裝角度受到限制。雙筒式減振器發(fā)展初期不在補償室內(nèi)設(shè)置背壓，在復(fù)原行程中油液依 靠其自身重力和壓縮室負壓由補償室流人壓縮室。這類減振器的顯著缺點是在高速工況下會出現(xiàn)補償室向壓縮室充油不及時的問題，從而導(dǎo)致減振器工作特性發(fā)生畸變，不但影響減振效果，還會導(dǎo)致沖擊和噪聲。 20世紀(jì) 50年代單筒式充氣減振器技術(shù)蓬勃發(fā)展起來，它 采用了浮動活塞結(jié)構(gòu)，在浮動活塞與缸筒的一端之間形成的補償室內(nèi)充 入 一定量的高壓 ( MPa～ MPa)氮氣，壓縮室內(nèi)油液體積的變化由這部分氣體補償 。 單筒充氣式液力減振器與雙筒式液力減振器的制造工藝相對比較成熟，所以我在這兩種方案中選擇。前者與后者相比，具有以下優(yōu)點 ： ，冷卻效果好； ，可采用大直徑活塞，活塞面積可增大將近一倍，從而華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 降低工作油壓； ，油液不會乳化，保證了小振幅高頻振動時的減振效果； 、氣隔開，因而減振器的布 置與安裝方向可以不受限制。其缺點在于： ，要求制造精度高； ； ； 壓力作用，活塞桿上大約承受 190N～ 250N的推出力，當(dāng)工作溫度為 100℃時，這一值會高達 450N，因此若與雙筒式減振器換裝，則最好同時換裝不同 高度的彈簧?，F(xiàn)在市場上比較流行雙向作用的減振器，所以本設(shè)計方案也采用雙向作用式減振器。 減 振 器主要參數(shù)的選擇 相對阻尼系數(shù) 減振器在卸荷閥打開前，減振器中的阻力 F與減振器振動速度 v之間有如下關(guān)系： vF ??