【正文】 山東汽車彈簧廠 。產(chǎn)品質(zhì)量水平 剛 達(dá)到國(guó)外先進(jìn)國(guó)家 90 年代水平。其中真正形成大規(guī)模、大批量生產(chǎn)的企業(yè)為數(shù)不 多，大多仍停留在簡(jiǎn)單生產(chǎn)工藝的水平上，產(chǎn)品成本較高，難以參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。國(guó)內(nèi)能夠同時(shí)生產(chǎn)客車、貨車、轎車懸架彈簧的廠家只有三個(gè)：一汽集團(tuán)遼陽(yáng)汽車彈簧廠、東風(fēng)汽車懸架彈簧有限公司、山東汽車彈簧廠。我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)初 具規(guī)模，但是面臨著能源緊張、技術(shù)落后、自主品牌嚴(yán)重缺乏以及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)加劇帶來的壓力。 所以為了適應(yīng)汽車產(chǎn)業(yè)的自主開發(fā)道路，對(duì)懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算并進(jìn)行推廣交流顯得尤為重要 畢業(yè)論文研究?jī)?nèi)容 本文主要對(duì)小型商用車 —— 微卡的后懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 4 圖 11 2 對(duì)鋼板彈簧進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析 介紹鋼板彈簧懸架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析方法和過程。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 5 第 2章 汽車懸架概述 懸架是汽車的車架與車橋或者車輪之間的一切傳力、連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力矩，并且緩沖 衰減 由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊，以保證汽車能平順行駛。 懸架最主要的功能 懸架最主要的功能是傳遞作用在車輪和車架 (或車身 )之間的一切力和力矩，并緩和汽車駛過不平路面時(shí)所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證汽車的行駛平順性。采用彈性聯(lián)接后，汽車可以看作是由懸掛質(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(dòng)系統(tǒng)，承受來自不平路面、空氣動(dòng)力及傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)。此外，懸架中確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩可靠傳遞并決定車輪相對(duì)于車架或車身的位移特性的連接裝置統(tǒng)稱為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。 懸架 基本 組成 [4]~ [6] 懸架主要由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和減振器組成，有些懸架中還有緩沖塊哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 6 和橫向穩(wěn)定桿。 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來確定車輪相對(duì)于車架或車身的運(yùn)動(dòng)，傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。橫向穩(wěn)定桿的作用是減少轉(zhuǎn)彎時(shí)車身的側(cè)傾，并提高輪胎 對(duì)地面的附著力。 (1) 非獨(dú)立懸架是左、右車輪之間由一剛性梁或非斷開式車橋聯(lián)接，當(dāng)單邊車輪駛過凸起時(shí)，會(huì)直接影響另 一側(cè)車輪 。 2 按照彈性元件的種類， 鋼板彈簧懸架、螺旋彈簧懸架、扭桿彈簧懸架、空氣懸架以及油氣懸架等 。汽車懸架系統(tǒng)的研究 與設(shè)計(jì)的領(lǐng)域 也相應(yīng)地分為兩大部分：一是對(duì)汽車平順性產(chǎn)生主要影響的懸架特性；另一是對(duì)汽車操縱穩(wěn)定產(chǎn)生主要影響的懸架特性 。 后一部分主要是對(duì)懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，主要是研究在車輪與車身哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 7 發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如何引導(dǎo)和約束車輪的運(yùn)動(dòng) 、 車輪定位及影響轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的一些懸架參數(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。考慮了彈性襯套等連接件對(duì)懸架性能的影響，則懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)即為懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)。這樣懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究就包括了懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)和彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)兩個(gè)方面的內(nèi)容。該振動(dòng)系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多零部件的動(dòng)載，并進(jìn)而影響到這些零件的使用壽命。因而在設(shè)計(jì)懸架時(shí)必須考慮 以下幾個(gè)方面的要求 [8]~ [9]： 1 通過合理設(shè)計(jì)懸架的彈性特性及阻尼特性確保汽車具有良好的行駛平順性，具有較低的振動(dòng)頻率、較小的振動(dòng)加速度值和合適的減振性能，并能避免在懸架的壓縮伸張行程極限點(diǎn)發(fā)生硬沖擊，同時(shí)還要保證輪胎具有足夠的接地能力； 2 合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以確保車輪與車架或車身之間力和力矩可靠傳遞 。 懸架設(shè)計(jì)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(jì)兩個(gè)階段，有時(shí)還要反復(fù)交叉進(jìn)行。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 8 懸架的主要特性 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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 9 經(jīng)常用的是雙向作用的，具有非對(duì)稱特性及卸荷閥的減振器。 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 。熟悉本章內(nèi)容，對(duì)后文的分析和設(shè)計(jì)起基礎(chǔ)作用。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。 懸架設(shè)計(jì)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(jì)兩個(gè)階段，有時(shí)還要反復(fù)交叉進(jìn)行。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 10 第 3章 懸架對(duì)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(duì)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。 懸架對(duì)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(zhǎng)零件的使用壽命及提高零件的工作可靠性等。對(duì)垂直振動(dòng)而言，人體對(duì) 4— 8Hz 的振動(dòng)最敏感，所以這一頻帶的界限值最低。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(duì)路面不平度 g 的幅頻特性“｜ Z /g｜”，與車身在懸架上振動(dòng)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)。 圖 31 幅頻特性曲線 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 11 懸架彈性特性對(duì)汽車行 駛平順性的影響 1 車身固有振動(dòng)頻率 [11] ~[13] 若不考慮輪胎和減震器的影響，則車身固有頻率 0n = ?20w = ?21 MC Hz (31) 式中 0w — 固有角振動(dòng)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(dòng)次數(shù)表示時(shí)， 0n =cf300 Hz (34) 式中 cf — 靜撓度， cm。 從上述公式中可見，車身振動(dòng)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。 從保持所運(yùn)貨物完整性的觀點(diǎn)出發(fā)，車身振動(dòng)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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 12 懸架的動(dòng)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(shí)，車輪中心相對(duì)車架 (或車身 )的垂直位移。 0n 值越低，車身加速度的均方根值越小。另外， 0n值選得過低，懸架設(shè)計(jì)不選取一定措施，就會(huì)增大制動(dòng)“點(diǎn)頭“角和轉(zhuǎn)彎側(cè)傾角，使空、滿載是車身高度的變化過大。 2 彈性特性 在懸架設(shè)計(jì)中，通常把力和變形的關(guān)系的關(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(duì)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。其剛度 G是常數(shù)。 具有線性彈性特性的汽車，在使用中其車身振動(dòng)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(huì)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(dòng) )，因而使汽車行駛平順性變壞。由于剛度 c隨載荷而改變，可以使得在載荷變化時(shí)，保持車身振動(dòng)的固有頻率不變，從而獲得良好的汽車行駛平順性。 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(shí)， 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(shí)，懸架的特性應(yīng)該是按指數(shù)函數(shù)的規(guī)律變化。 目前，在懸架設(shè)計(jì)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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 14 懸架系統(tǒng)中的阻尼對(duì)汽車行駛平順性的影響 減震器起衰減振動(dòng)的作用 [14]~ [16]，對(duì)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(hào)來選取。 c―減振器的衰減能力很強(qiáng)的情況，車 身沒有振動(dòng)，車身的位移很快恢復(fù)到原位。 當(dāng) ? 增大時(shí)，動(dòng)撓度的幅頻特性｜ df /,q ｜在高、低兩個(gè)共振區(qū)幅值均顯著下降，在兩個(gè)共振區(qū)幅值之間變化很小。 下圖示出了車身加速度、車輪相對(duì)動(dòng)載荷和彈簧行程與阻尼比 (相對(duì)阻尼系數(shù) )之間的關(guān)系。然面對(duì)車身加速度和車輪動(dòng)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(jì)人員只能從中采取拆衷方案。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，可以減小高頻共振區(qū)車身振動(dòng)加速度和減少車輪離開地面的機(jī)率。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 16 改善平順性的主要措施 (1) 增大懸架靜撓度 (降低固有頻率 )。 (2) 盡量減少非簧載質(zhì)量。 (3)配合適當(dāng)?shù)淖枘岷拖尬恍谐獭? 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(shí)間內(nèi)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)工況的性能。 當(dāng)汽車曲線行駛時(shí)，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(huì)使轉(zhuǎn)彎半徑發(fā)生變化。 汽車的側(cè)傾 1 車身側(cè)傾軸線 車身相對(duì)地面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)軸線稱為車身側(cè)傾軸線。 側(cè)傾中心到地面的距離稱為側(cè)傾中心高度。但側(cè)傾中心過高會(huì)使車身傾斜時(shí)輪距變化大，加速輪胎的磨損。 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，則哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 17 懸架的側(cè)傾角剛度為 ?K =rddT? 可以通過懸架的線剛度來計(jì)算側(cè)傾角剛度。 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(shí)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。若一個(gè)彈簧的線剛度為 ks,則懸架的線剛度為 ： K=2ks (310) 圖 36 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(shí)，在垂直方向上車身受到的隨位移而變的力包括兩部分： 彈簧直接作用于車身的彈性力在垂直方向的分量 和 導(dǎo)向桿系約束反力在垂直方向的分量。即： Δ ZF ／ Δ tS (311) (2) 懸架的側(cè)傾角剛度 [19] 車身側(cè)傾時(shí)受到懸架的彈性恢復(fù)力偶矩，可以用等效彈簧的概念來進(jìn)行分析。這個(gè)相當(dāng)?shù)膹椈煞Q為等效彈簧。 若已知懸架的線剛度，即可算出該懸架的側(cè)傾角剛度。實(shí)際轎車的前側(cè)傾角剛度為 3001200Nm／（ 0），后側(cè)傾角剛度為 180700Nm／（ 0） 側(cè)傾時(shí)垂直載荷對(duì)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響 在正常工作狀態(tài)下，汽車左、有車輪的垂直載荷大體上是相等的。這將使車輪垂直載荷在左、右車輪上是不相等（外側(cè)車輪是增加垂 直反力的，而在內(nèi)側(cè)車輪則是減少垂直反力的），將影響輪胎的側(cè)偏特性，導(dǎo)致汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)發(fā)生變化。 垂直載荷的變化對(duì)輪胎側(cè)偏特性有顯著影響 [20]~ [22]。 無側(cè)向力作用時(shí)， 令 0w 為 車軸左、右車輪的垂直載荷 ， 0k 為 每個(gè)車輪的側(cè)偏剛度 有側(cè)向力作用時(shí)，設(shè)左、右車輪垂直載荷沒有發(fā)生變化，則相應(yīng)的側(cè)偏角 0? 為 0? =02kFY (314) 實(shí)際上，在側(cè)向力作用下，左、右車輪垂直載荷均發(fā)生變化。由于左、右車輪的側(cè)偏角相等，故有 YF =1k α +rk α (315) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 20 或 α =rYkkF?1 (316) 若令 39。0k 為垂直載荷重新分配后每個(gè)車輪的平均側(cè)偏剛度，則兩個(gè)車輪的側(cè)偏角為 α =39。0k 即為梯形 abcd 中線 ef 的高度。0k ，即α 0? 。 由此可知，在側(cè)向力作用下，若汽車前軸左、右車輪垂直載荷變動(dòng)量較大，汽車趨向于增加不足轉(zhuǎn)