【正文】 片由負(fù)值逐漸遞增至正值 。 推薦主片在根部的工作應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力疊加后的合成應(yīng)力在 300～ 350N/mm2內(nèi)選取 。 選取各片彈簧預(yù)應(yīng)力時(shí) ， 要求做到 ： 裝配前各片彈簧片間間隙相差不大 ， 且裝配后各片能很好貼和 ； 為保證主片及與其相鄰的長片有足夠的使用壽命 ， 應(yīng)適當(dāng)降低主片及與其相鄰的長片的應(yīng)力 。 圖 鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑 矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定 ： 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 22 ? ?00021 REhRR iii ??? ??? ???????????????? ???? ? （ ） 式中 ， Ri為第 i 片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑 (mm)； R0為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑 (mm)； σ 0i為各片彈簧的預(yù)應(yīng)力 (N/mm2)； E 為材料彈性模量 (N/mm2)， 取 E= 105N/mm2； hi為第 i 片的彈簧厚度 (mm)。 （ 2）鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 因鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下和裝配后的曲率半徑不同 (圖 )， 裝配后各片產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力 ， 其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑 Ri。 則 H0=+15mm+=。 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的 弧高計(jì)算 （ 1） 鋼板彈 簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 H0 鋼板彈簧各片裝配后 ， 在預(yù)壓縮和 U 形螺栓夾緊前 ， 其主片上表面與兩端 (不包括卷耳孔半徑 )連線間的最大高度差 (圖 )， 稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 H0， 用下式計(jì)算 ： 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 21 ? ?fffH ac ????0 ???????????????????? ??? （ ） 式中 ， fc為靜撓度 （ fc=FW/c=9500N/106N/mm=） ； fa為滿載弧高 （ fa=15mm）； Δf 為鋼板彈簧總成用 U 形螺栓夾緊后引起的弧高變化 ， Δ f=s(3Ls)(fa+fc)/(2L2)； 式中， S 為 u 形螺栓中心距 （ s=76mm） ； L 為鋼板彈簧主片長度 （ L=1450mm） 。 因?yàn)楦鹘孛娴男螤钕嗤?，所以? J1=J2=J3=J4=J5=J6=J7=J8=J=1154mm4。 本文校核鋼板彈簧總成的自由剛度 cj。 式 ()中主片的一半 l1， 如果用中心螺栓到卷耳中心間的距離代 入， 求得的剛度值為鋼板彈簧總成自由剛度 cj； 如果用有效長度 ， 即l139。 剛度驗(yàn)算公式為 ： ?????? ?? ?? ??nk kkkYYaEc1 13 1 )(6? ???????????????? ???? （ ） 其中， )( 111 ?? ?? kk lla ； ??? ki ik JY 11； ???? ? 111 1 ki ik JY。 圖 雙梯形鋼板彈簧 圖 確定鋼板彈簧各片長度的作圖法 本文各片長度用上述方法確定并經(jīng)圓整后結(jié)果如下： L1=1450mm L2=1405mm L3=1170mm 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 19 L4=990mm L5=820mm L6=640mm L7=460mm L8=280mm 鋼板彈簧剛度驗(yàn)算 在此之前 ,有關(guān)撓度增大系數(shù) δ ， 總慣性矩 J0， 片長和葉片端部形狀等的確定都不夠準(zhǔn)確 ， 所以有必要驗(yàn)算剛度 。 如果存在與主片等長的重疊片 ， 就從 B點(diǎn)到最后一個(gè)重疊片的上側(cè)邊端點(diǎn)連一直線 ， 此直線與各片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長度 。首先假設(shè)各片厚度不同，則具體進(jìn)行步驟如下： 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 18 先將各片厚度 hi的立方值 hi3按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪制在圖上 （圖） ， 再沿橫坐標(biāo)量出主片長度的一半 L/2和 U形螺栓中心距的一半 s/2，得到 A、 B 兩點(diǎn) ， 連接 A、 B 即得到三角形的鋼板彈簧展開圖 。這種鋼板彈簧各片具有相同的寬度，但長度不同。將由兩個(gè)三角形鋼板組成的鋼板彈簧分割成寬度相同的若干片，然后按照長度大小不同依次排列、疊放到 一起，就形成接近實(shí)用價(jià)值的鋼板彈簧。多片鋼板彈簧一般片數(shù)在 6～ 14 片之間選取，本文選取鋼板彈簧的片數(shù)為 8 片。改善汽車行駛平順性。本文采用 （圖 ） 的截面形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)。因材料抗拉性能低于抗壓性能，所以在受拉應(yīng)力作用的一面首先產(chǎn)生疲勞斷裂。 （ 3）鋼板斷面形狀的確定 矩形斷面鋼 板彈簧的中性軸，在鋼板斷面的對(duì)稱位置上 （圖 ） 。為使各片壽命接近又要求最厚片與最薄片厚度之比應(yīng)小于 。為了加強(qiáng)主片及卷耳，也常將主片加厚，其余各片厚度稍薄。增加片厚 h，可以減少片數(shù) n。 由式（ ）可 知，改變片數(shù) n、片寬 b 和片厚 h 三者之一，都影響到總慣性距 J0的變化；再結(jié)合式（ ）可知，總慣性距 J0的 改變又會(huì)影上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 16 響到鋼板彈簧垂直度 c 的變化，也就是影響汽車的平順性變化。 （ 2）鋼板彈簧片厚的 h 的選擇 矩形斷面等厚鋼板彈簧的總慣性距 J0用下式計(jì)算： 1230 nbhJ ? ? ?????????????????????? ? ? （ ） 式中， n 為鋼板彈簧片數(shù)。推薦片寬與片厚的比值 b/hP在 6～ 10 范圍內(nèi)選取。前懸架用寬的彈簧片，會(huì)影響轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角。 將各參數(shù)代入式（ ）得 W0≥ 將式（ ）代入下式計(jì)算鋼板彈簧平均厚度 hP： hP=2J0/W0=2 有了 hP以后，再選鋼板彈簧的片寬 b。 對(duì)于 55SiMnVB 或 60Si2Mn 等材料，表面經(jīng)噴丸處理后，推薦 [δ W]在下列范圍內(nèi)取值：前彈簧和平衡懸架彈簧為 350～ 450N/mm2；后主簧為450～ 550N/mm2；后副簧為 220～ 250N/mm2。 本論文對(duì)式（ ）中各參數(shù)取值如下： S=76mm； L=1400mm； K=； C=106N/mm； δ =（ n1=2， n0=8）； E= 105Mpa。 對(duì)于對(duì)稱鋼板彈簧 ? ?? ? EcksLJ 4830 ??? ?? ?????????????????? ? ? （ ） 式中， s 為 U 形螺栓中心距 (mm)； k 是為考慮 U 形螺栓夾緊彈簧后的無效長度系數(shù)（如剛性夾緊，取k=，撓性夾緊，取 k=0）； c 為鋼板彈簧垂直剛度（ N/mm）。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 14 3）鋼板斷面尺寸及片數(shù)的確定 （ 1）鋼板斷面寬度 b 的確定 有關(guān)鋼板彈簧的剛度、強(qiáng)度等，可按等截面簡(jiǎn)支梁的計(jì)算公式計(jì)算，但需引入撓度增大系數(shù)δ加以修正。推薦在下列范圍內(nèi)選用鋼板彈簧的長度：轎車： L=（ ～ ） 軸距；貨車前懸架： L=（ ～ ） 軸距，后懸架： L=（ ～ ） 軸距。增大鋼板彈簧縱向角剛度 的同時(shí)，能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形；選用長 些的鋼板彈簧，會(huì)在汽車上布置時(shí)產(chǎn)生困難。增加鋼板彈簧 L 的長度能顯著降低彈簧應(yīng)力，提高使用壽命；降低彈簧剛度，改善汽車平順性；在垂直剛度 c 給定的條件下，又能明顯增加鋼板彈簧的縱向角剛度。 本論文取 fa=15mm。 圖 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 當(dāng) fa=0 時(shí)，鋼板彈簧在對(duì)稱位置上工作。 1）滿載弧高 fa 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 13 滿載弧高 fa 是指鋼板彈簧裝到車軸（橋）上，汽車滿載時(shí)鋼板彈簧主片上表面與兩端（不包括卷耳孔半徑）連線間的最大高度差 （圖 ） 。 彈簧上載荷 FW 它總是總體設(shè)計(jì)給定的軸荷減去估算的非簧載部分荷重，然后再求得每副彈簧上的載荷 FW。本文采用縱置對(duì)稱式。多數(shù)情況下汽車采用對(duì)稱式鋼板彈簧。 縱置鋼板彈簧又有對(duì)稱式和不對(duì)稱式之分。后者 因?yàn)橐獋鬟f縱向力，必須設(shè)置附加的導(dǎo)向傳力裝置，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量加大，所以只在少數(shù)輕、微型車上應(yīng)用。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 12 2 懸架的設(shè)計(jì) 鋼板彈簧的設(shè)計(jì) 鋼板彈簧的布置方案 本文對(duì)貨車前懸架進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是車橋做成 斷開的，每一側(cè)的車輪可以單獨(dú)地通過彈性懸架與車架 (或車身 )連接，兩側(cè)車輪可以單獨(dú)跳動(dòng)，互不影響，故稱為獨(dú)立懸架。當(dāng)一側(cè)車輪因道路不平而發(fā)生跳動(dòng)時(shí)，必然引起另一側(cè)車輪在汽車橫向平面內(nèi)擺動(dòng)，故稱為非獨(dú)立懸架。 懸架的分類 根據(jù)汽車兩側(cè)車輪是否相關(guān)聯(lián)，分為非獨(dú)立懸架與獨(dú)立懸架兩種。為減少傾斜并提高剛性，通常設(shè)置橫向穩(wěn)定桿。如上、下擺臂和縱向、橫向穩(wěn)定器等。因此，有些汽車的減振器是可調(diào)式的，將阻尼分成兩級(jí)或三級(jí)，根據(jù)傳感器信號(hào)自動(dòng)選擇所需要的阻尼級(jí)。阻尼力會(huì)將車身的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，并被油液和殼體所吸收。當(dāng)汽車在不平坦的道路上行駛，車身會(huì)發(fā)生振動(dòng)，減振器 能迅速衰減車身的振動(dòng)，利用本身的油液流動(dòng)的阻力來消耗振動(dòng)的能量。減振器是懸架的阻尼元件，它可將車輪與車身相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能部分地轉(zhuǎn)變?yōu)橛鸵夯蚰Σ帘砻娴臒崮懿⑸l(fā)出去。減振器的上端與車身或者車架相連，下端與車橋相連。雙筒充氣液力減振器具有工作性能穩(wěn)定、干摩擦阻力小、噪音低、總長度短等優(yōu)點(diǎn)，在乘用車上得到越來越多的應(yīng)用。雖然搖臂式減振器能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上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 10 受活塞磨損和工作溫度變化的影響而淘汰 ，筒式減振器工作壓力雖然僅為～ 5MPa，但是因?yàn)楣ぷ餍阅芊€(wěn)定而在現(xiàn)代汽車上得到廣泛應(yīng)用。后者因減振作用比前者好而得到廣泛的應(yīng)用。汽車車身和車輪振動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時(shí)的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動(dòng)阻力，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍的空氣中去，達(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的。 減振器 減振器具有衰減振動(dòng)的作用，懸架中用的最多的是內(nèi)部充有液體的液力式減振器。但是它也有存在易老化、怕油污和行程小的缺點(diǎn)。 （ 4） 扭桿彈簧：將用彈簧桿做成的扭桿一端固定于車架，另一端通過擺臂與車輪相連利用車輪跳動(dòng)時(shí)扭桿的扭轉(zhuǎn)變形起到緩沖作用，適用于獨(dú)立懸掛使用。 （ 3） 油氣彈簧：以氣體作為彈性介質(zhì)， 液體作為傳力介質(zhì)。 （ 2） 螺旋彈簧：只具備緩沖作用，多用于轎車獨(dú)立懸掛裝置。安裝好后兩端自然向上彎曲。傳力裝置是指車架的上下擺臂等叉形剛架、 轉(zhuǎn)向節(jié)等元件，用來傳遞縱向力，側(cè)向力及力矩，并保證車輪相對(duì)于車架（或車身）有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。轎車上來講，彈性元件多采用螺旋彈簧，它只承受垂直載荷，緩和 不平路面對(duì)車體的沖擊，具有占用空間小、質(zhì)量小、無需潤滑的優(yōu)點(diǎn)，但沒有減振作用，在車架（或車身）與車橋（或車輪）之間作彈性聯(lián)系，起到承受沖擊的作用。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在輕型汽車中，也是連接車架（或車身）與車橋（或車輪）的結(jié)構(gòu)，除了傳 遞作用力外，還能夠使車架（或車身）隨車輪按照一定的軌跡運(yùn)動(dòng)。其工 作原理為當(dāng)路面激勵(lì)頻率較低時(shí)，由計(jì)算機(jī)對(duì)控制閥的線圈施加 一 電流使針閥打開，在控制閥的出口處即產(chǎn)生一個(gè)與之成比例的輸出油壓，通過控制油壓缸內(nèi)的油壓以控制汽車的振動(dòng)；當(dāng)路面激勵(lì)頻率適中時(shí)，上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ汽車懸架 系統(tǒng) 的仿真與優(yōu)化 8 主要由滑閥的機(jī)械反饋功能對(duì)油壓缸內(nèi)的油壓進(jìn)行伺服控制，從而進(jìn)行車體減振；當(dāng)激勵(lì)頻率較高時(shí)，則利用與油壓缸連通的氣體彈簧室吸收振動(dòng)能量而達(dá)到減振。主動(dòng)懸架系統(tǒng)通常有兩種形式，即由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣式懸架和由電磁閥驅(qū)動(dòng)的油氣式懸架。力發(fā)生器的作用在于改進(jìn)系統(tǒng)中能源的消耗和供給系統(tǒng)以能量，該裝置的 控制目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)一個(gè)優(yōu)質(zhì)的隔振系統(tǒng)，而又不需要對(duì)系統(tǒng)做出較大的變化。 主動(dòng)懸架 主動(dòng) 控制懸架的最初裝置是由通用公司基于氣液懸架發(fā)展的一種機(jī)械系統(tǒng)。這種無級(jí)變化阻尼系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)上模擬計(jì)算得到了滿意的結(jié)果，但很少見到較好的應(yīng)用實(shí)例，它比全自動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)越的方面是不需要外加能量系統(tǒng)，所需傳感器較多，成本較高。它可采用轉(zhuǎn)閥予以實(shí)現(xiàn)。 半主動(dòng)懸架 半主動(dòng)懸架的研究工作始于 1974 年，半主動(dòng)懸架在產(chǎn)生力的方向近似于被動(dòng)懸架，但是半主動(dòng)懸架的阻尼系數(shù)或剛度系數(shù)是可以改變的。因此人們總是從改變減振器阻尼入 手，將阻尼分為兩級(jí)和三級(jí)，可由司機(jī)選擇或根據(jù)傳感器信號(hào)自動(dòng)選擇所需阻尼級(jí)，后來通過研究與發(fā)展又將阻尼級(jí)分為更多級(jí)，這樣可以擴(kuò)大選擇的范圍，提高安全性 10%，提高平順性 7%左右。 半被動(dòng)懸架 從行駛平順性和安全性出發(fā)，人們希望彈簧鋼度和減振器的阻尼系數(shù)能隨汽車行駛姿態(tài)而變化，使懸架性能總是處在最優(yōu)狀態(tài)附近。被動(dòng)懸架很難滿足不同激勵(lì)（頻率）的要求。其次，相對(duì)阻尼系數(shù)為定值時(shí)，被動(dòng)懸架不能同時(shí)優(yōu)化高