【正文】 懸架的功用和組成 舒適性是貨車最重要的使用性能之一。所以，汽車懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。因此，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術規(guī)格表，作為衡量轎車質量的指標之一。汽車懸架是車架（或車身）與車軸（或車輪）之間的彈性聯(lián)結裝置的統(tǒng)稱。保證貨物完好和人員舒適；衰減由于彈性系統(tǒng)引進的振動，使汽車行駛中保持穩(wěn)定的姿勢，改善操縱穩(wěn)定性；同時懸架系統(tǒng)承擔著傳遞垂直反力，縱向反力（牽引力和制動力）和側向抬反力以及這些力所造成的力矩作用到車架（或車身）上，以保證汽車行駛平順；并且當車輪相對車架跳動時，特別在轉向時，車輪運動軌跡要符合一定的要求，因此懸架還起使車輪按一定軌跡相 對車身跳動的導向作用。由此可見懸架系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車上是重要的組成之一。為此，汽車應有較低的振動頻率，乘員在車中承受的振動加速度應不超過國際標準 GB263178 規(guī)定的人體承受振動界限值。承受振動作用的時間長，容許的加速度值就小。1 概述 第 2 頁 共 40 頁 在設計中要考慮這一特點。它應與懸架的彈性特性很好匹配，保證車身和車輪在共振區(qū)的振幅小，振動衰減快。要正確地選擇懸架方案和參數(shù)，導向機構在車輪跳動時，應不使主銷定位參數(shù)變化過大，車輪運動與導向機構運動應協(xié)調，不出現(xiàn)擺振現(xiàn)象。 （ 4）汽車制動或加速時，要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾（即所謂“點 頭”或“后仰”）的可能性，轉彎時車身側傾角要合適。 （ 6）機構緊湊、占用空間尺寸要小。 現(xiàn)代汽車懸架盡管有各種不同的結構形式，但一般懸架由彈性元件、導向機構、減振器等組成。彈性元件種類包括鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、油氣彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧。導向機構用來傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時保持車輪按一定運動軌跡相對車身跳動，通常導向機構由控制擺臂式桿件組成。鋼板彈簧作為彈性元件時，可不另設導向機構，它本身兼起導向作用。 懸架結構形式的分析 懸架分為非獨立懸架和獨立懸架兩類。 （ 1） 非獨立懸架主要的優(yōu)點是：結構簡單，制造容易，維修方便，工作可靠。這種懸架主要用在貨車、大客車的前、后懸架以及某些轎車的后懸架上。獨立懸架的優(yōu)點：簧下質量??；懸架占用的空間小；彈性元件只承受垂直力，所以可以用剛度小的彈簧，使車身振動頻率降低，改善了汽車行駛平順性；由于有可能降低發(fā)動機的位置高度，使整車的質心高度下降，又改善了汽車的行駛穩(wěn)定性；左、右車輪各自獨立運動互不影響，可減少車身的傾斜和振動，同時在起伏的路面上能獲得良好的地面附 著能力。這種懸架主要用于轎車和部分輕型貨車、客車及越野車上。評價時常從以下幾個方面進行： (1)側傾中心高度汽車在側向力作用下，車身在通過左、右車輪中心的橫向垂直平面內發(fā)生側傾時，相對于地面的瞬時轉動中心稱之為側傾中心。側傾中心位置高，它到車身質心的距離縮短，可使側傾力臂及側傾力矩小些，車身的側傾角也會減小。 (2)車輪定位參數(shù)的變化車輪相對車身上、下跳動時，主銷內傾角、主銷后傾角、車輪外傾角及車輪前束等定位參數(shù)會發(fā)生變化。 (3)懸架側傾角剛度當汽車作穩(wěn)態(tài)圓周行駛時，在側向力作用下，車廂繞側傾軸線轉動，并將此轉動角度稱之為車廂側傾角。 (4)橫向剛度懸架的橫向剛度影響操縱穩(wěn)定性。不同形式的懸架占用的空間尺寸不同，占用橫向尺寸大的懸架影響發(fā)動機的布置和從車上拆裝發(fā)動機的困難程度；占用高度空間小的懸架，則允許行李箱寬敞，而且底部1 概述 第 4 頁 共 40 頁 平整，布置油箱容易。 懸架的設計方案 目前汽車的前、后懸架采用的方案有：前輪和后輪均采用非獨立懸架；前輪采用獨立懸架，后輪采用非獨立懸架；前輪與后輪均采用獨立懸架等幾種。對前軸，這種偏轉使汽車不足轉向趨勢增加；對后橋，則增加了汽車過多轉向趨勢 。 本次設計參考車型 LFJ3048，載重 ，總質量 4190kg，整備質量 2500kg，前懸架 簧上質量 1300kg，前 懸 架 簧下質量 140kg，后懸 架 簧上質量 2400kg，后懸 架 簧下質量 380kg，軸距 3400mm。因為 非獨立懸架具有結構簡單、成本低、強度高、保養(yǎng)容易、行車中前輪定位變化小的優(yōu)點 。而對平順性影響最為顯著的三個特征參數(shù)為：懸架的彈性特征、阻尼特性和非懸掛質量。 固有頻率 懸架固有頻率的選取主要依據(jù) ISO2631《人體承受全身振動的評價指南》，目前固有頻率的取值與人體步行時身體上下運動的頻率相近。初選 前懸 n1=， 后懸 n2=。 汽車前、后懸架與其簧上質量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性的主要參數(shù)之一。因此，汽車前、后部分車身的固有頻率 1n 和 2n 可用下式表示 )2/(/ 111 ?? m )2/(/ 222 ?? m （ 21） 當采用彈性特性為線性變化的懸架時，前懸架的靜撓度 1cf 與后懸架動撓度 2cf 可用下式表示 111c /cgmf ? 222c /cgmf ? 22） 2 懸架基本參數(shù)的確定 第 6 頁 共 40 頁 式中， g 為重力加速度， g=980cm/s， 1m 為前懸架的簧上質量， 2m 為后懸架的簧上質量（ kg）。 符合貨車靜撓度的變化范圍 。要求懸架應用足夠大的動撓度，以防在壞路面上行駛時經常碰撞緩沖 塊。這里取 前懸架 cm71d ?f ， 后懸架 ?f 。 mm/ 41 Nc ?? mm/ 42 Nc ?? 懸架彈性特性 懸架受到的垂直外力 F 與由此所引起的車輪中心相對于車身位移廠 (即懸架的變形 )的關系曲線稱為懸架的彈性特性。懸架的彈性特性有線性彈性特性和非線性彈性特性兩種。當懸架變形 f 與所受垂直外力 F 之間不呈固定比例變化時，彈性特性如圖所示。這樣可在有限的動撓度df 范圍內，得到比線性懸架 更多的動容量。懸架的動容量越大，對緩沖塊擊穿的可能性越小。 鋼板彈簧非獨立懸架的彈性特性可視為線性的，而帶有副簧的鋼板彈簧、空氣彈簧、油氣彈簧等，均為剛度可變的非線性彈性特性懸架。其懸架特性曲線如圖 22 所示。 確定副簧開始參加工作的載荷 kF 與主、副簧之間的剛度分配，受懸架的彈性特性和主、副簧載荷分配。這兩項要求不能同時滿足。代入數(shù)值，得 NF 5073k? ?? ?cc 用此法確定的主、副簧剛度的比值，能保證副簧起作用前、后懸架振動頻率變化不大。 圖 22 貨車主、副簧為鋼板彈簧結構的彈性特性 fK K FK FO O f o f a fa f F F 3 鋼板彈簧的設計 第 9 頁 共 40 頁 3 鋼板彈簧的設計 懸架是車架與車橋之間一切傳力連接裝置的總稱。本設計選擇非獨立懸架。本設計使用鋼板彈簧，其兼做導向機構。后者因為要傳遞縱向力，必須設置附加的導向傳 力裝置，使結構復雜，質量加大，所以只有極少數(shù)汽車上應用?？v置鋼板彈簧有對稱和不對稱之分。 鋼板彈簧形式的選擇：本車為 輕型貨車，選擇多片彈簧片數(shù) 初 定為 68/10 ?片。其許用彎曲應力 [ w? ]＝350～ 450Mpa。 /2( uw ）GGF ?? （ 31）代入數(shù)據(jù)， 前懸 1wF = 5684N ，后懸 2wF =9899N。它用來保證汽車給定的高度。考慮使用期間鋼板彈簧塑性變形的影響和為了在車架高度已限定時能得到足夠的動撓度值，常取 20mm~10a ?f，本設計取前懸 mmf 101a ? , 后懸 mmf 141a ? 。增加鋼板彈簧的長度，能顯著降低彈簧應力，提高使用壽命；降低彈簧剛度，改善汽車行駛平順性；在垂直剛度給定的條件下，又能明顯的增加鋼板彈簧的縱向角剛度。對其長度的選取在原則上，在總布置可能的條件下，應盡可能將鋼板彈簧取長一些。 本設計中，前鋼板彈簧長度暫定 mm1 0 ??L ， 后主鋼板彈簧長度暫定mm1 3 6 ??L ,副鋼板彈簧長度暫定 mm1 2 0 ??L 。對稱鋼板彈簧，總慣性矩為 ? ? ）（ 48E/)( 30 ?cKsLJ ?? （ 32） 式中， s 為Ｕ該螺栓中心距（ mm）； k 為考慮 U 形螺栓夾緊彈簧后的無效長度系數(shù) ； c 為鋼板彈簧垂直剛度（ N/mm）； ?為撓度增大系數(shù) ； Ｅ為材料的彈性模量（ MPa）。 本車的前懸鋼板彈簧選擇撓性夾緊， k=0；初選與主片等長的重疊片數(shù)為 1 片，總數(shù)為 10 片， ?＝ 0， ?? ； U 形螺栓中心距初取 s=90mm； E=。 后懸副鋼板彈簧選擇撓性夾緊， k=0；初選與主片等長的重疊片數(shù)為 1 片，總數(shù)為 6 片， ?＝ 0， ?? ； U 形螺栓中心距初取 s=100mm； E=。 對于 55SiMnVB 或 60Si2Mn 等材料，表面經噴丸處理后，推薦 [σw]在下列范圍內選?。呵皬椈珊推胶鈶壹軓椈蔀?350～ 450N／ mm2；后主簧為 450～ 550N／ mm2；后副簧為 220～ 250N／ mm2。 鋼板彈簧平均厚度 ? ? )6/()(/2 cw200p EfksLWJh ????? （ 34） 代入計算后得前懸 1 ?? , 后懸主簧 2 ?? ，后懸副簧 3 ?? 與一般要求在 6～ 12mm 的范圍相符。增大片寬，能增加卷耳強度，但當車身受側向力作用傾斜時，彈簧的扭曲應力增大。片寬選取過窄， 又得增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦和彈簧的總厚。 鋼板彈簧片數(shù) n 及厚度 h 的選擇 鋼板彈簧片數(shù)少有利于制造和裝配，并可以降低片間的干摩擦，改善汽車行駛平順性。多片鋼板彈簧一般在 14~6 片之間選，總質量超過 14t 的貨車可達 20 片 。后懸 鋼板彈簧 68n1 ?? （主鋼板為 8，副鋼板為 6）。一般地，鋼板彈簧各片厚 h 應在（ 1+） ?h 的范圍內選取。在一副彈簧中雖然可以選擇不同厚度，但不宜超過三組，為使葉片壽命接近，最厚片與最薄片之比應小于 。根據(jù)數(shù) ?h ，主片應取厚些，取為 12mm， 第二片取為 12mm,第三片到第十片取為 10mm。根據(jù) ?h ， 主片應取厚些，取為 12mm,第二片取為 12mm,第三片到第 8 片取為 10mm。根據(jù) ?h ，主片應取厚些，取為 12mm,第二片取為 12mm， 第三片到第 6 片取為 10mm。矩形斷面鋼板彈簧的中性軸，在鋼板斷面的對稱位置上。但矩形截面制造簡單，成本低廉，因此，選擇此種截面形式。首先假設各片厚度不同，則具體進行步驟如下 ： 先將各片厚度 ih 的立方值 3ih 按同一比例尺沿縱坐標繪制在圖上（圖 31），再沿3 鋼板彈簧的設計 第 13 頁 共 40 頁 橫坐標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，連接 A、 B 即得到三角形的鋼板彈簧展開圖。如果存在與主片等長的重疊片，就從 B 點到最后一個重疊片的上側邊端點連一直線，此直線與各片上側邊的交點即為各片長度。 圖 31 確定鋼板彈簧各片長 度的作圖法 用做圖法繪制的前鋼板彈簧長度表 31。 表 32 后鋼板彈簧個片長度 用 做圖法繪制的 后副 鋼板彈簧長度表 32。前提是，假定同一截面上各片曲率變化值相同，各片所承受的彎矩正比于其慣性矩，同時該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩。 其中主片的一半 1l ，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的自由剛度 jc ；如果用有效長度，即 ? ?39。 前懸架鋼彈簧的剛度驗算 。 后懸主鋼板彈簧的剛度驗算 。 a 單位（ mm） Y 單位（ mm） 2a 0 1Y ? 3a 3a 240 2Y ? 4310 3Y ? 5a 325 4Y ? 6a 405 5Y ? 7a 490 6Y ? 8a 570 7Y ? 8Y ? 3 鋼板彈簧的設計 第 17 頁 共 40 頁 后懸主鋼板彈簧的剛度驗算 。 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 0H 鋼板彈簧各片裝配后，在預壓縮和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，稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 H0（如圖 32 所示），前懸鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 01H ，后懸主鋼板 02H ，后懸副鋼板 03H ，用下式計算 3 鋼板彈簧的設計 第 18 頁 共 40 頁 圖 32 鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下的曲率半徑 fffH ac ????0