【文章內(nèi)容簡介】 架的主要特性 懸架的垂直彈性特性 汽車懸架的垂直彈性特性表示作用在懸架上的垂直載荷與在輪軸上方的變形之間的關(guān)系。 圖 21 懸架彈性特性曲線 彈性特性上任意點(diǎn)的懸架剛度 c，為： 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計說明書 6 KKdSdTc? (21) 當(dāng)簧下質(zhì)量固定不變時，而 又無減震器時，簧上質(zhì)量的自由振動偏頻 0n 僅與有效靜撓度有關(guān) CTTCgn ??? 212 00 ?? (22) 減振器的特性 減振器阻力 P與其活塞位移速度 y之間的關(guān)系。 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。在現(xiàn)有的減振器中，復(fù)原阻力系數(shù)比壓縮阻力系數(shù)要大 2— 6 倍。 減震器的 外特性 主要指的是 阻力 速度特性 [10]，特性圖如下圖。 圖 22 減震器的外特性 本章小結(jié) 本章通 過對懸架的一般基礎(chǔ)知識的介紹，對懸架有了初步的認(rèn)識，了解其分類，功能，設(shè)計要求，熟悉懸架的彈性特。熟悉本章內(nèi)容，對后文的分析和設(shè)計起基礎(chǔ)作用。 懸架是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力矩，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的振動，以保證汽車能平順行駛。 依靠彈性元件來傳遞車輪或車橋與車架或車身之間的垂向載荷，并依靠其變形來吸收能量，達(dá)到緩沖的目的。采用彈性聯(lián)接后，汽車可以看作是由懸掛質(zhì)量 (即簧載質(zhì)量 )、非懸掛質(zhì)量 (即非簧載質(zhì)量 )和彈簧 (彈性元件 )組成的振動系統(tǒng)，承受來自不平路面、空氣動力 及傳動系、發(fā)動機(jī)的激勵。 懸架設(shè)計可以大致分為結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)選擇和詳細(xì)設(shè)計兩個階段，有時還要反復(fù)交叉進(jìn)行。由于懸架的參數(shù)影響到許多整車特性，并且涉及其他總成的布置，因而一般要與總布置共同協(xié)商確定。 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計說明書 7 第 3章 懸架對汽車主要性能的影響 懸架型式、導(dǎo)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。為此從不同角度去分析汽車各種性能的影響 。 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(yùn)貨物的完整無損，而且還可以提高汽車的運(yùn)輸生產(chǎn)率、降低燃油消耗、 延長零件的使用壽命及提高零件的工作可靠性等。 目前主要參照國際標(biāo)準(zhǔn) ISO2631 來評價汽車平順性，它把乘員承受的疲勞 降低工效界限表示為振動加速度均方根值隨頻率變化的函數(shù)。對垂直振動而言，人體對 4— 8Hz的振動最敏感，所以這一頻帶的界限值最低。為使人體承受的振動不超過規(guī)定的界限值，主要靠懸架來降低車身振動加速度均方根值。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(zhì)量 m的大小有關(guān)。從下圖可以看出，當(dāng)車身固有頻率越低曲線越低，車身加速度均方根值越小。 圖 31 幅頻特性曲線 懸架彈性特性對汽車行駛平順性的影響 1)車身固有振動頻率 [11] ~[13] 若不考慮輪胎和減震器的影響，則車身固有頻率 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計說明書 8 0n = ?20w = ?21 MC Hz (31) 式中 0w — 固有角振動頻率， rad/s C— 懸架剛度， N/m M— 簧載質(zhì)量， kg 由于在靜載荷作用下懸架的靜撓度 cf = cMg (32) 則 0n = ?21cfg (33) 當(dāng)以每秒振動次數(shù)表示時， 0n =cf300 Hz (34) 式中 cf — 靜撓度（ cm）。是指汽車滿載靜止時懸架上的載荷 FW 與此時 的懸架剛度 c之比。 從上述公式中可見，車身振動的固有頻率 n0 由簧載質(zhì)量 M、懸架剛度 c或由懸架靜撓度 cf 決定。 由試驗(yàn)得知，為了保持汽車具有良好的平順性，車身振動的固有頻率應(yīng)接近人體所習(xí)慣的步行時的身體上、下運(yùn)動的頻率 1～ (60～ 85 次 /min)，振動的加速度的極限允許值為 ～ 。 從保持所運(yùn)貨物完整性的觀點(diǎn)出發(fā)，車身振動加速度也不能過大，如果車身加速度達(dá)到 1g，則未經(jīng)固定的貨物可能離開車廂底板。因此為保證所運(yùn) 貨物完整無損，振動加速度的極限值不應(yīng)超過 ～ 。 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(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，車輪中心相對車架 (或車身 )的垂直位移。 從圖 31可知，車身固有頻率 0n 低于 3Hz 就可以保證人體最敏感的 4～ 8Hz 處于減震區(qū)。 0n 值越低，車身加速度的均方根值越小。但在懸架設(shè)計時， 0n 值不能選得太低，這主要是 0n 值降低，懸架的動撓度 df 就增大，在布置上若不能保證足夠大小的限位行程，就會使限位塊撞擊的概率增加。另外， 0n 值選得過低，懸架設(shè)計不選取一定措施，就會增大制動“點(diǎn)頭”角和轉(zhuǎn)彎側(cè)傾角，使空、滿載時車身高度的變化過大。各種車型廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計說明書 9 車身固有頻率 0n 的實(shí)用范圍為：貨車 ～ 2Hz；旅行客車 ～ ；高級轎車 1～。 2 )彈性特性 在懸架設(shè)計中，通常把力和變形的關(guān)系曲線，即車輪受到的垂直外力與由此所引起的車輪中心相對于車身位移的關(guān)系曲線，稱為懸架的彈性特性曲線，曲線的斜率為懸架的剛度。 a、線性彈性特性 線性彈性特性，即懸架變形與所受載荷成比例地變化。其剛度 G 是常數(shù)。一般鋼板彈簧懸架即屬此類。 具有線性彈性特性的汽車，在使用中其車身振動的固有頻率將隨裝載的多少而改變，尤其是后懸架載荷變化很大的貨車和大客車，這種變化會使汽車前后懸架的頻率相差過大，結(jié)果導(dǎo)致汽車車身的猛烈顛簸 (縱向角振動 )，因而使汽車行駛平順性 變壞。 圖 32 彈性特性曲線 a—— 線性彈性特性 b—— 非線性彈性特性 b、非線性彈性特性 非線性彈性特性的懸架，即懸架的剛度可隨載荷的改變而變化，也稱變剛度懸架。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。這時，在曲線上任意點(diǎn) M，必須滿足 P／ MC =f= cf =常數(shù) (35) 式中 P— 特性曲線上任意點(diǎn) M 的載荷； MC — 任意點(diǎn) M 的懸架剛度； f— 求剛度 MC 時的次切矩 (不是懸架從原點(diǎn)的變形 )，也有人稱 f 為懸架的折算靜撓度； 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計說明書 10 cf — 在靜載荷 cp 時，為汽車獲得較為良好平順性所要求的懸架靜撓度。 因?yàn)? MC =dfdp (36) 可將上式改寫成 pdp=fdf (37) 積分得 ln P=cff +A (38) 因?yàn)楫?dāng) f= cf 時， P= cp ecff 1? 所以 A= ln cP 1 (39) 因此 P= cP 這就是說，不管載荷如何變，為保持車身固有頻率不變，當(dāng)載荷 P等于大于 cP 時，懸架的特性應(yīng)該是按指數(shù)函數(shù)的規(guī) 律變化。然而，這種較為理想的彈性特性的懸架是難于實(shí)現(xiàn)的。 目前，在懸架設(shè)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。 非線性的懸架彈性特性可以采用適當(dāng)?shù)膽壹芙Y(jié)構(gòu) (導(dǎo)向機(jī)構(gòu) )或彈性元件 (如加輔助彈簧、調(diào)節(jié)彈簧、空氣彈簧等 )來實(shí)現(xiàn)。 懸架系統(tǒng)中的阻尼對汽車行駛平順性的影響 減震器起衰減振動的作用 [14]~ [16]，對汽車平順性有影響，其主要參數(shù)為阻尼系數(shù)，阻尼系數(shù)的選取要根據(jù)具體汽車的型號來選取。下圖是減振器阻尼對車身振動衰減的曲線示圖。 圖 33 減震器阻尼對振動的衰減作用 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)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。 c―減振器的衰減能力很強(qiáng)的情況，車身沒有振動，車身的位移很快恢復(fù)到原位。 為了衰減車身由路面反饋來的自由振動和抑制車身、車輪、車架等的共振，以減小車身的垂直振動所引起的加速度和車輪垂直方向振動的振幅 (減小車輪對地面壓力的變化，防止車輪過于跳離地面 )，懸架系統(tǒng)中應(yīng)具有適當(dāng)?shù)淖枘帷? 當(dāng) ? 增大時，動撓度的幅頻特性｜ df /,q ｜在高、低兩個共振區(qū)幅值均顯著下降，在兩個共振區(qū)幅值之間變化很小。 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。 下圖示出了車身加速度、車輪相對動載荷和彈簧行程與阻尼比 (相對阻尼系數(shù) )之間的關(guān)系。 圖 34 ,aZ 、 dF 和 (Za bZ )與阻尼比的關(guān)系 圖中曲線走向表示，只是彈簧行程 (Za bZ )曲線是隨阻尼比單調(diào)變化，阻尼比愈大，所要求的彈簧行程愈小，相反，對于車身加速度和車輪動載而言，可找到一個最佳阻尼比值。然面對車身加速度和車輪動載的最佳阻尼比值也是不同的，前者為 ，后者為0． 4以上，故設(shè)計人員只能從中采取折中方案。 非簧載質(zhì)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(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 )。減小非懸掛質(zhì)量，使懸掛質(zhì)量與非懸掛質(zhì)量的比值較大，廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計說明書 12 可以減小高頻共振區(qū)車身振動加速度和減少車輪離開地面的機(jī)率。因此，在汽車設(shè)計中，為提高汽車行駛平順性，采用非簧載質(zhì)量較小的獨(dú)立是架更為有利。 改善平順性的主要措施 (1) 增大懸架靜撓度 (降低固有頻率 )。使其頻率接近 人體所習(xí)慣的步行時的身體上、下運(yùn)動的頻率。 (2) 盡量減少非簧載質(zhì)量。由頻率公式得到減少非 簧載質(zhì)量，進(jìn)而增大了簧載質(zhì)量，同樣有降低汽車固有頻率的效果，從而也有使頻率接近人體習(xí)慣的運(yùn)動頻率。 (3)配合適當(dāng)?shù)淖枘岷拖尬恍谐?。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。 懸架與汽車操縱穩(wěn)定性 所謂的汽車操縱穩(wěn)定性，是指汽車能正確地按照駕駛員通過操縱轉(zhuǎn)向系所確定的方向行駛，且在外力干擾下，能保持穩(wěn)定或經(jīng)過干擾后在一定時間內(nèi)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)工況的性能。影響操縱穩(wěn)定性的主要參數(shù)是車輪偏離角、前輪定位角、導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動協(xié)調(diào)性。 當(dāng)汽車曲線行駛時，在離心力的作用下，由于輪胎的橫向彈性和 前、后懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)特性，一般會使轉(zhuǎn)彎半徑發(fā)生變化。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 過度轉(zhuǎn)向。 汽車的側(cè)傾 1 )車身側(cè)傾軸線 車身相對地面轉(zhuǎn)動時的瞬時軸線稱為車身側(cè)傾軸線。該軸線通過車身在前、后軸處橫斷面上的瞬時轉(zhuǎn)動中心，這兩個瞬時中心稱為側(cè)傾中心。 側(cè)傾中心到地面的距離稱為側(cè)傾中心高度。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)傾角也會減小。但側(cè)傾中心過高會使車身傾斜時輪距變化大，加速輪胎的磨損。 2 )懸架的側(cè)傾角剛度 懸架的側(cè) 傾角剛度是指側(cè)傾時 (車輪保持在地面上 )，單位車身轉(zhuǎn)角時，懸架系統(tǒng)給車身總的彈性恢復(fù)力偶矩。 若令 T為懸架系統(tǒng)作用于車身的總彈性恢復(fù)力偶矩， r? 為車身轉(zhuǎn)角，則懸架的側(cè)傾角剛度為 ?K =rddT? 可以通過懸架的線剛度來計算側(cè)傾角剛度。 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)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(yùn)動時，單位車身位移時，懸架系統(tǒng)給車身的總彈性恢復(fù)力。 a 非獨(dú)立懸架 具有 非獨(dú)立懸架的汽車車身作垂直位移時所受到的彈性恢復(fù)力，就是彈簧直接作用于車身的彈性力。所以，懸架的線剛度就等于兩個彈簧線剛度之和。若一個彈簧的線剛度為 ks,則懸架的線剛度為 ： K=2ks (310) 圖 35 非獨(dú)立懸架 b 獨(dú)立懸架 具有獨(dú)立懸架的汽車車身作垂直位移時，在垂直方向上車身受到的隨位移而變的力包括兩部分： 彈簧直接作用