【正文】 學(xué) 號 2021002051** 姓 名 指導(dǎo)教師 2021 年 5 月 18 日 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計說明書 a 摘 要 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一， 它把車架（或車身）與車軸（或車輪）彈性的連接起來。 它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，緩和路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，以保證汽車的行駛平順性。所做的說明書中包括轎車前懸架的選型、減振器的選型及計算、彈性元件形式的選擇計算及選型、導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計，橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計計算和 車輪定位參數(shù)的確定 。 設(shè)計中 包括了減振器、彈性元件和橫向穩(wěn)定桿各項參數(shù)的確定，包括主要參數(shù)的選擇計算、受力情況、強度校核等。 設(shè)計中包括計算機輔助設(shè)計 CATIA 建模（零件圖、裝配圖），計算機輔助設(shè)計 CAD繪圖 (零件圖 )折合 張 A0圖紙，手繪一張 A1 圖紙，翻譯外文資料一份，編輯說明書一份。導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向桿系組成，用來決定車輪相對于車架 (或車身 )的運動特性，并傳遞除彈性元件傳遞的垂直力以外的各種力和力矩。緩沖塊用來減輕車軸對車架 (或車身 )的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過大的變形。 根據(jù)導(dǎo)向機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點，汽車懸架可分為非獨立懸架和獨立懸架兩大類。獨立懸架中沒有這樣的剛性梁，左右車輪各自 “ 獨立 ”地與車架或車身相連或構(gòu)成斷開式車橋，按結(jié)構(gòu)特點又可細(xì)分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等等。 為了完成 2 項功能，懸架使用了彈簧和減震器。減震器有多種形式，現(xiàn)在最常用的是筒式減震器。導(dǎo)向 桿系有多種形式，可單獨用其中的一種，也可將幾種配合起來使用。 為了減輕車軸對車架 (或車身 )的直接沖撞，采用了緩沖塊。 鋼板彈簧簡介 鋼板彈簧是 汽車懸架 中應(yīng)用最廣泛的一種彈性元件，它是由若干片等寬但不等長（厚度可以相等，也可以不相等）的合金彈簧片組合而成的一根近似等強度的彈性梁。這時， 車橋 和 車架 便相互靠近。 主片卷耳受力嚴(yán)重，是薄弱處，為改善主片卷耳的受力情況，常將第二片末廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計說明書 2 端也彎成卷耳，包在主片卷耳的外面，稱為包耳。有些懸架中的鋼板彈簧兩端不做成卷耳，而采用其他的支撐連接方式，如橡膠支撐墊。目前適用于中大型的貨卡車上 。產(chǎn)品質(zhì)量水平 剛 達(dá)到國外先進(jìn)國家 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，大多仍停留在簡單生產(chǎn)工藝的水平上，產(chǎn)品成本較高，難以參與國際市場競爭。國內(nèi)能夠同時生產(chǎn)客車、貨車、轎車懸架彈簧的廠家只有三個：一汽集團(tuán)遼陽汽車彈簧廠、東風(fēng)汽車懸架彈簧有限公司、山東汽車彈簧廠。我國汽車產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過半個世紀(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)重缺乏以及國際競爭加劇帶來的壓力。 所以為了適應(yīng)汽車產(chǎn)業(yè)的自主開發(fā)道路，對懸架進(jìn)行設(shè)計和強度計算并進(jìn)行推廣交流顯得尤為重要。 1 雙橫臂獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計 介紹雙橫臂導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計方法，確定雙橫臂主要參數(shù)的過程和結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程 。 3 最后以奧迪 R8 四驅(qū)車車型為例設(shè)計前懸架 —— 雙橫臂螺旋彈簧獨立懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計和強 度設(shè)計，并對其結(jié)構(gòu)強度分析。 懸架基本概念 懸架概念 保證車輪或車橋與汽車承載系統(tǒng) (車架或承載式車身 )之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱 。為此必須在車輪與車架或車身之間提供彈性連接，依靠彈性元件來傳遞車輪或車橋與車架或車身之間的載荷，并依靠其變形來吸收能量，達(dá)到緩沖的目的。為了迅速衰減不必要的振動，懸架中還必須包括阻尼元件，即減振器。導(dǎo)向機構(gòu)決定了 車輪跳動時的運動軌跡和車輪定位參數(shù)的變化，以及汽車前后側(cè)傾中心及縱傾中心的位置，從而在很大程度上影響了整車的操縱穩(wěn)定性和抗縱傾能力。 彈性元件受沖擊后會產(chǎn)生持續(xù)的振動，使乘坐不適，因此，設(shè)有減振器將振動迅速衰減，使振幅迅速減小。 為減少車軸對車架或車身的直接沖撞，一些汽車懸架上裝有緩沖塊，起限制移動行程。 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計說明書 4 懸架類型 [7] 1 根據(jù)導(dǎo)向機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點，汽車懸架可以分為非獨立懸架和獨立懸架兩大類： (1) 非獨立懸架是左、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，會直接影響另一側(cè)車輪。 2 按照彈性元件不同所分的種類： 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)計的領(lǐng)域 也相應(yīng)地分為兩大部分：一是對汽車平順性產(chǎn)生主要影響的懸架特性；另一是對汽車操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生主要影響的懸架特性 。 后一部分主 要是對懸架的導(dǎo)向機構(gòu)進(jìn)行工作，主要是研究在車輪與車身發(fā)生相對運動時，懸架導(dǎo)向機構(gòu)如何引導(dǎo)和約束車輪的運動 、 車輪定位及影響轉(zhuǎn)向運動的一些懸架參數(shù)的運動學(xué)特性?？紤]了彈性襯套等連接件對懸架性能的影響，則懸架運動學(xué)即為懸架彈性運動學(xué)。這樣懸架系統(tǒng)的運動學(xué)研究就包括了懸架運動學(xué)和彈性運動學(xué)兩個方面的內(nèi)容。該振動系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多零部件的動載，并進(jìn)而影響到這些零件的使用壽命。因而在設(shè)計懸架時必須考慮以下幾個方面的要求 [8]~ [9]： 1 通過合理設(shè)計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，具有較低的振動頻率、較小的振動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發(fā)生硬沖擊，同時還要保證輪胎具有足夠的接地能力； 2 合理設(shè)計導(dǎo)向機構(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。 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。 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。 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，對后文的分析和設(shè)計起基礎(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。 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。 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貨物的完整無損，而且還可以提高汽車的運輸生產(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。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。在一定隨機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)。 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）。 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。 從保持所運貨物完整性的觀點出發(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。 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。 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)計不選取一定措施，就會增大制動“點頭”角和轉(zhuǎn)彎側(cè)傾角，使空、滿載時車身高度的變化過大。 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。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。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。 因為 MC =dfdp (36) 可將上式改寫成 pdp=fdf (37) 積分得 ln P=cff +A (38) 因為當(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。 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。 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。 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。 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? 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。 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。 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 )。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)量較小的獨立是架更為有利。使其頻率接近 人體所習(xí)慣的步行時的身體上、下運動的頻率。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)慣的運動頻率。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。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)向桿系的運動協(xié)調(diào)性。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。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。 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。 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。所以，懸架的線剛度就等于兩個彈簧線剛度之和