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1、 目 錄 第1章 緒論 3 1.1 概述 3 第2章 懸架結(jié)構(gòu)形式分析 4 2.1非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架 4 2.2前后懸架懸架方案的選擇 5 2.3 輔助元件 5 第3章1042型汽車(chē)前懸架主要參數(shù)的選擇 6 3.1前后懸架靜撓度和動(dòng)撓度的選擇 6 3.1.1選擇要求及方法 6 3.1.2懸架靜撓度 7 3.1.3懸架動(dòng)撓度 7 3.2懸架的彈性特性 7 3.3懸架側(cè)傾角剛度及前后軸的分配 8 第4章 彈性元件的計(jì)算 9 4.1鋼板彈簧的布置方案的選擇 9 4.2鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 9 4.2.1滿

2、載弧高 9 4.2.2鋼板彈簧長(zhǎng)度的確定 10 4.2.3鋼板斷面尺寸及片數(shù)的確定 10 4.3鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算 13 4.4鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算 14 4.5彈簧的最大應(yīng)力點(diǎn)及最大應(yīng)力 15 4.6彈簧卷耳和彈簧銷(xiāo)的強(qiáng)度核算 16 第5章 減振器的設(shè)計(jì)計(jì)算 17 5.1減振器的分類(lèi) 17 5.2主要性能參數(shù)的選擇 18 5.2.1相對(duì)阻尼系數(shù) 18 5.2.2減振器阻尼系數(shù)的確定 19 5.2.3最大卸荷力的確定 19 5.3筒式減振器主要尺寸參數(shù)的確定 19 摘 要 汽車(chē)懸架是汽車(chē)的車(chē)架與車(chē)橋或車(chē)輪之間的一切傳力連接裝置的總稱(chēng),其

3、作用是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架之間的力和力扭,并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車(chē)架或車(chē)身的沖擊力,并衰減由此引起的震動(dòng),以保證汽車(chē)能平順地行駛。典型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減震器等組成,個(gè)別結(jié)構(gòu)則還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式,而現(xiàn)代轎車(chē)懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧,個(gè)別高級(jí)轎車(chē)則使用空氣彈簧。汽車(chē)懸架性能是影響汽車(chē)行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和行駛速度的重要因素。因此,研究汽車(chē)振動(dòng),設(shè)計(jì)新型懸架系統(tǒng),將振動(dòng)控制到最低水平是提高現(xiàn)代汽車(chē)質(zhì)量的重要措施。 關(guān)鍵詞:彈性元件;鋼板彈簧;緩沖塊 全套CAD圖紙,加1360715675 各專(zhuān)業(yè)

4、都有 ABSTRACT Automotive vehicle suspension frame and axle or the wheel of all transmission between the general term for connecting devices, and its role is to transfer the role at the wheel and frame and between the torsional force, and uneven pavement from the buffer Biography to

5、the frame or body of the impact, and the attenuation caused by vibration, to ensure the vehicle can travel smoothly. A typical structure of a flexible suspension components, shock absorbers and other agencies, as well as orientation of the individual block structure is also a buffer, such as horizon

6、tal Stabilizer. Elastic components and leaf springs, air springs, coil spring, as well as the form of torsion bar spring, and the use of many modern cars suspension coil spring and torsion bar springs, individual car use advanced air springs. Suspension performance is the impact of motor vehicles to

7、 motor cars and ride comfort, handling and stability and an important factor in speed. Therefore, the research vehicle vibration, the design of the new suspension system to the minimum level of vibration control is to improve the quality of Hyundai Motor important measures. Key words:Elasti

8、c element;Leaf Spring;Block buff 第1章 緒論 概述 汽車(chē)懸架是汽車(chē)的車(chē)架與車(chē)橋或車(chē)輪之間的一切傳力連接裝置的總稱(chēng),其作用是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架之間的力和力扭,并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車(chē)架或車(chē)身的沖擊力,并衰減由此引起的震動(dòng),以保證汽車(chē)能平順地行駛。典型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減震器等組成,個(gè)別結(jié)構(gòu)則還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式,汽車(chē)懸架性能是影響汽車(chē)行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和行駛速度的重要因素。因此,研究汽車(chē)振動(dòng),設(shè)計(jì)新型懸架系統(tǒng),將振動(dòng)控制到最低水平是提高現(xiàn)代汽車(chē)質(zhì)量的重要措施。

9、懸架與汽車(chē)的多種使用性能有關(guān),在懸架設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足這些性能的要求,其要點(diǎn)如下: 1)保證汽車(chē)有良好的行駛平順性。為此,汽車(chē)應(yīng)有較低的振動(dòng)頻率,乘員在車(chē)中承受的振動(dòng)加速度應(yīng)不超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)2631-78規(guī)定的人體承受振動(dòng)界限值。振動(dòng)加速度的界限值是振動(dòng)頻率和人承受振動(dòng)作用時(shí)間的函數(shù)。承受振動(dòng)作用的時(shí)間長(zhǎng),容許的加速度值就小。而頻率的影響表現(xiàn)在某一頻段(對(duì)于垂直振動(dòng),此頻率為4?8Hz容許振動(dòng)加速度為最小;而在其余頻段內(nèi),振動(dòng)加速度與頻率成線性關(guān)系。在設(shè)計(jì)中要考慮這一特點(diǎn)。 2)具有合適的衰減振動(dòng)的能力。它應(yīng)與懸架的彈性特性很好匹配,保證車(chē)身和車(chē)輪在共振區(qū)的振幅小,振動(dòng)衰減快。 3)

10、保證汽車(chē)有良好的操縱穩(wěn)定性。要正確地選擇懸架方案和參數(shù),導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在車(chē)輪跳動(dòng)時(shí),應(yīng)不使主銷(xiāo)定位參數(shù)變化過(guò)大,車(chē)輪運(yùn)動(dòng)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)應(yīng)協(xié)調(diào),不出現(xiàn)擺振現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向時(shí)整車(chē)應(yīng)有一些不足轉(zhuǎn)向特性。 4)汽車(chē)制動(dòng)或加速時(shí),要保證車(chē)身穩(wěn)定,減少車(chē)身縱傾(即所謂“點(diǎn)頭”或“后仰”)的可能性,轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)身側(cè)傾角要合適。 5)有良好的隔振能力。 6)機(jī)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小。 7)可靠的傳遞車(chē)身與車(chē)輪之間的各種力和力矩,在滿足零部件質(zhì)量要小的同時(shí),還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。 衡量懸架性能好壞的主要指標(biāo)是汽車(chē)行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性,但這兩個(gè)方面是相互排斥的性能要求,往往不能同時(shí)滿足。

11、怎樣在二者之間取得合理的平衡以達(dá)到最好的效果,一直是工程師們的研究課題。 平順性一般通過(guò)車(chē)體或車(chē)身某個(gè)部位如車(chē)底板、駕駛員座椅處的加速度響應(yīng)來(lái)評(píng)價(jià),操縱穩(wěn)定性則可以通過(guò)車(chē)輪的動(dòng)載來(lái)度量。例如,若降低彈簧的剛度,則車(chē)體加速度減少使平順性變好,但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致車(chē)體位移的增加。由此產(chǎn)生車(chē)體重心的變動(dòng)將引起輪胎負(fù)荷變化的增加,對(duì)操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響;另一方面,增加彈簧剛度會(huì)提高操縱穩(wěn)定性,但硬的彈簧將導(dǎo)致汽車(chē)對(duì)路面不平度很敏感,使平順性降低。所以,理想的懸架應(yīng)該在不同的使用條件下具有不同的彈簧剛度和減振器阻尼,既能滿足平順性要求又能滿足操縱穩(wěn)定性要求。 第2章 懸架結(jié)構(gòu)形式分析 2.1 非獨(dú)

12、立懸架和獨(dú)立懸架 汽車(chē)的懸掛系統(tǒng)分為非獨(dú)立懸掛和獨(dú)立懸掛兩種,非獨(dú)立懸掛的車(chē)輪裝在一根整體車(chē)軸的兩端,當(dāng)一邊車(chē)輪跳動(dòng)時(shí),另一側(cè)車(chē)輪也相應(yīng)跳動(dòng),使整個(gè)車(chē)身振動(dòng)或傾斜;獨(dú)立懸掛的車(chē)軸分成兩段,每只車(chē)輪由螺旋彈簧獨(dú)立安裝在車(chē)架下面,當(dāng)一邊車(chē)輪發(fā)生跳動(dòng)時(shí),另一邊車(chē)輪不受影響,兩邊的車(chē)輪可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng),提高了汽車(chē)的平穩(wěn)性和舒適性。(如圖2.1) 圖2.1 非獨(dú)立懸架以縱置式鋼板彈簧為彈性元件兼起導(dǎo)向裝置,其主要特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造容易,維修方便,工作可靠。缺點(diǎn)是:由于整車(chē)布置上的限制,鋼板彈簧不可能有足夠的長(zhǎng)度(特別是前懸架),使之剛度較大,所以汽車(chē)平順性較差;簧下質(zhì)量大;在不平路面上行駛時(shí),

13、左、右車(chē)輪相互影響,并使車(chē)軸和車(chē)身傾斜;當(dāng)兩側(cè)車(chē)輪不同步跳動(dòng)時(shí),車(chē)輪會(huì)左、右搖擺,使前輪容易產(chǎn)生擺振。當(dāng)輪跳動(dòng)時(shí),懸架易于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉;當(dāng)汽車(chē)直線行駛在凹凸不平的路段上時(shí),由于左右兩側(cè)車(chē)輪反向跳動(dòng)或只有一側(cè)車(chē)輪跳動(dòng)時(shí),不僅車(chē)輪外傾角有變化,還會(huì)產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性;汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),離心力也會(huì)產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向性;所以汽車(chē)高速行駛時(shí)操作穩(wěn)定性差。非獨(dú)立懸架常用在貨車(chē),大客車(chē)的前,后懸架以及某些轎車(chē)的后懸架。 獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)的車(chē)輪各自獨(dú)立地與車(chē)架或車(chē)身彈性連接。與非獨(dú)立懸架相反,獨(dú)立懸架很少用鋼板彈簧作為彈性元件,而多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧作為彈性元件,因而具有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

14、。與非獨(dú)立懸架相比,獨(dú)立懸架具有更多優(yōu)點(diǎn):①懸架彈性元件的變形在一定的范圍內(nèi),兩側(cè)車(chē)輪可以單獨(dú)運(yùn)動(dòng)而互不影響,這樣可減少車(chē)架和車(chē)身在不平道路上行駛時(shí)的振動(dòng),而且有助于消除轉(zhuǎn)向輪不斷偏擺的現(xiàn)象。②減輕了汽車(chē)上非簧載質(zhì)量,從而減小了懸架所受到的沖擊載荷,可以提高汽車(chē)的平均行駛速度。③由于采用斷開(kāi)式車(chē)橋,發(fā)動(dòng)機(jī)位置可降低和前移并使汽車(chē)重心下降,有利于提高汽車(chē)行駛的穩(wěn)定性。同時(shí)能給予車(chē)輪較大的上下運(yùn)動(dòng)空間,懸架剛度可設(shè)計(jì)得較小,使車(chē)身振動(dòng)頻率降低,以改善行駛平順性。④可保證汽車(chē)在不平道路上行駛時(shí),車(chē)輪與路面有良好的接觸,增大了驅(qū)動(dòng)力。⑤具有特殊要求的某些越野汽車(chē)采用獨(dú)立懸架后,可增大汽車(chē)的離地間隙,提

15、高了汽車(chē)的通過(guò)性能。獨(dú)立懸架與斷開(kāi)式車(chē)橋配用。獨(dú)立懸架的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高,維修困難。這種懸架主要用于乘用車(chē)和部分輕型貨車(chē),客車(chē)以及越野車(chē)。 2. 2 前、后懸架方案的選擇 目前汽車(chē)的前、后懸架采用的方案有:前輪和后輪均采用非獨(dú)立懸架、前輪采用獨(dú)立懸架、后輪采用非獨(dú)立懸架、前后輪都采用獨(dú)立懸架等幾種。 前、后懸架均采用縱置鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的汽車(chē)轉(zhuǎn)向行駛時(shí),內(nèi)側(cè)懸架處于減載而外側(cè)懸架處于加載狀態(tài),于是內(nèi)側(cè)懸架縮短,外側(cè)懸架因受壓而伸長(zhǎng),結(jié)果與懸架固定連接的車(chē)軸的軸線相對(duì)汽車(chē)縱向中心線偏轉(zhuǎn)一角度a。對(duì)前軸,這種偏轉(zhuǎn)使汽車(chē)不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)增加;對(duì)后橋,則增加了汽車(chē)過(guò)多轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。乘用

16、車(chē)將后懸架縱置鋼板彈簧的前部吊耳位置布置得比后部吊耳低,于是懸架的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心位置降低,結(jié)果后橋軸線的偏離不再使汽車(chē)具有過(guò)多轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)(如圖2.2) 圖2.2 前置前輪驅(qū)動(dòng)的乘用車(chē),常采用麥弗遜式前懸架和扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式后懸架。乘用車(chē)后懸架采用縱置鋼板彈簧非獨(dú)立懸架,而前懸架采用雙橫臂式獨(dú)立懸架時(shí),能夠通過(guò)將上橫臂支承銷(xiāo)軸線在縱向垂直平面上的投影設(shè)計(jì)成前高后低狀,使懸架的縱向運(yùn)動(dòng)瞬心位于有利于減少制動(dòng)前俯角處,使制動(dòng)時(shí)車(chē)身縱傾減少,保持車(chē)身具有良好的穩(wěn)定性能。 2.3 輔助元件 橫向穩(wěn)定器:通過(guò)減小懸架剛度c,能降低車(chē)身振動(dòng)固有頻率n,達(dá)到改善汽車(chē)平順性的

17、目的。但因?yàn)閼壹艿膫?cè)傾角剛度也減小,并使車(chē)廂側(cè)傾角增加,結(jié)果車(chē)廂中的乘員會(huì)感到不舒適和降低了行車(chē)安全感。解決這一矛盾的主要方法就是在汽車(chē)上設(shè)置橫向穩(wěn)定器。有了橫向穩(wěn)定器,就可以做到在不增大懸架垂直剛度c的條件下,增大懸架的傾斜角剛度。 緩沖塊: 有些由橡膠制造(如圖a),通過(guò)硫化將橡膠與鋼板連接為一體,再經(jīng)焊在鋼板上的螺釘將緩沖塊固定到車(chē)架(車(chē)身)或其它部位上,起到限制懸架最大行程的作用, 還有些由多孔聚氨指制成(如圖b) ,它兼有輔助彈性元件的作用。這種材料起泡時(shí)就形成了致密的耐磨外層,它保護(hù)內(nèi)部的發(fā)泡部分不受損傷。由于在該材料中有封閉的氣泡,在載荷作用下彈性元件被壓縮,但其外廓尺寸

18、增加卻不大,這點(diǎn)與橡膠不同。有些汽車(chē)的緩沖塊裝在減振器上。 圖2.3 第3章1042型汽車(chē)前懸架主要參數(shù)的確定 3.1 前后懸架的靜撓度、動(dòng)撓度的選擇 3.1.1選擇要求及方法 1、使懸架系統(tǒng)由較低的固有頻率 汽車(chē)前、后懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率,是影響汽車(chē)行駛平順性的主要參數(shù)之一 , 因現(xiàn)代汽車(chē)的質(zhì)量分配系數(shù)ε近似等于1,于是汽車(chē)前、后軸上方車(chē)身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系。 2、與的匹配要合適 要求希望與要接近,單不能相等(防止共振)希望 從加速性考慮,若大,車(chē)身的振動(dòng)大) 若汽車(chē)以較高車(chē)速駛過(guò)單個(gè)路障,/<1時(shí)的車(chē)身縱向角振動(dòng)要比/>1

19、時(shí)小,故推薦取(0.8~0.9)。 考慮到貨車(chē)前、后軸荷的差別和駕駛員的乘坐舒適性,取前懸架的靜撓度值大于后懸架的靜撓度值,推薦(0.6~0.8)。 為了改善微型轎車(chē)后排乘客的乘坐舒適性,有時(shí)取后懸架的偏頻低于前懸架的偏頻 3、要合適,根據(jù)不同的車(chē)在不同路面條件造 以運(yùn)送人為主的轎車(chē)對(duì)平順性的要求最高,大客車(chē)次之,載貨車(chē)更次之。對(duì)普通級(jí)以下轎車(chē)滿載的情況,前懸架偏頻要求, 后懸架則要求在。原則上轎車(chē)的級(jí)別越高,懸架的偏頻越小。對(duì)高級(jí)轎車(chē)滿載的情況,前懸架偏頻要求在,后懸架則要求在。貨車(chē)滿載時(shí),前懸架偏頻要求在,而后懸架則要求在。 3.1.2 懸架靜撓度 靜撓

20、度:汽車(chē)滿載靜止時(shí)懸架上的載荷與此時(shí)懸架剛度c之比,即。 由已知參數(shù)可知72mm, 頻率1.85Hz. 載簧質(zhì)量1150Kg 由公式 可知 3.1.3懸架的動(dòng)撓度 動(dòng)撓度:從滿載靜平衡位置開(kāi)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(chē)輪中心相對(duì)車(chē)回(或車(chē)身)的垂直位移 對(duì)乘用車(chē),取7~9cm; 對(duì)客車(chē),取5~8cm;對(duì)貨車(chē),取6~9cm 這里取8cm. 3.2 懸架彈性特性 懸架受到的垂直外力F與由此所引起的車(chē)輪中心相對(duì)于車(chē)身位移廠即懸架的變形的關(guān)系曲線稱(chēng)為懸架的彈性特性。其切線的斜率是懸架的剛度。懸架的彈性特性有線性彈性特性和

21、非線性彈性特性?xún)煞N。當(dāng)懸架變形f與所受垂直外力F之間呈固定比例變化時(shí),彈性特性為一直線,稱(chēng)為線性彈性特性,此時(shí)懸架剛度為常數(shù)。當(dāng)懸架變形f與所受垂直外力F之間不呈固定比例變化時(shí),彈性特性如圖所示。此時(shí),懸架剛度是變化的,其特點(diǎn)是在滿載位置圖中點(diǎn)8附近,剛度小且曲線變化平緩,因而平順性良好;距滿載較遠(yuǎn)的兩端,曲線變陡,剛度增大。這樣可在有限的動(dòng)撓度 范圍內(nèi),得到比線性懸架更多的動(dòng)容量。懸架的動(dòng)容量系指懸架從靜載荷的位置起,變形到結(jié)構(gòu)允許的最大變形為止消耗的功。懸架的動(dòng)容量越大,對(duì)緩沖塊擊穿的可能性越小?？蛰d與滿載時(shí)簧上質(zhì)量變化大的貨車(chē)和客車(chē),為了減少振動(dòng)頻率和車(chē)身高度的變化,應(yīng)當(dāng)選用剛度可變的非

22、線性懸架二轎車(chē)簧上質(zhì)量在使用中雖然變化不大,但為了減少車(chē)軸對(duì)車(chē)架的撞擊,減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的側(cè)傾與制動(dòng)時(shí)的前俯角和加速時(shí)的后仰角,也應(yīng)當(dāng)采用剛度可變的非線性懸架。 鋼板彈簧非獨(dú)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。 圖3.1 3. 3 懸架側(cè)傾角剛度及在前、后軸的分配 懸架側(cè)傾角剛度系指簧上質(zhì)量長(zhǎng)生單位側(cè)傾角時(shí),懸架給車(chē)身的彈性恢復(fù)力矩。它對(duì)簧上質(zhì)量的側(cè)傾角有影響。側(cè)傾角過(guò)大或過(guò)小都不好。乘坐側(cè)傾角剛度過(guò)小而側(cè)傾角過(guò)大的汽車(chē),乘員缺乏舒適感和安全感。側(cè)傾角剛度過(guò)大而側(cè)傾角過(guò)小的汽車(chē)又缺乏汽車(chē)發(fā)生側(cè)翻的感覺(jué),同時(shí)

23、使輪胎側(cè)偏角增大。如果發(fā)生在后輪,會(huì)使汽車(chē)增加了過(guò)多轉(zhuǎn)向的可能。要求在側(cè)向慣性力等于0.4倍車(chē)重時(shí),乘用車(chē)車(chē)身側(cè)傾角在,貨車(chē)車(chē)身側(cè)傾角不超過(guò)6~7。 此外,還要求汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),在0.4g的側(cè)向加速度作用下,前、后側(cè)偏角之差1σ-2σ應(yīng)當(dāng)在1~范圍內(nèi)。而前、后懸架側(cè)傾角剛度的分配會(huì)影響前、后輪的側(cè)偏角大小,從而影響轉(zhuǎn)向特性,所以設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮懸架側(cè)傾角剛度在前、后軸上的分配。為滿足汽車(chē)稍有不足轉(zhuǎn)向特性的要求,應(yīng)使汽車(chē)前軸的輪胎側(cè)偏角略大于后軸的輪胎側(cè)偏角剛度。對(duì)乘用車(chē),前、后懸架側(cè)傾角度的比值一般為1.4~2.6 第4章 彈性元件的計(jì)算 4. 1 鋼板彈簧的布置方案的選擇 鋼

24、板彈簧在汽車(chē)上可以縱置也可以橫置, 縱向布置時(shí)還具有導(dǎo)向傳力的作用,并有一定的減震作用,連得因而使的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。而橫向布置時(shí)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,所以只在極少數(shù)汽車(chē)上應(yīng)用。如下圖所示,它中部用U型螺栓將鋼板彈簧固定在車(chē)橋上。懸架前端為固定鉸鏈,也叫死吊耳。它由鋼板彈簧銷(xiāo)釘將鋼板彈簧前端卷耳部與鋼板彈簧前支架連接在一起,前端卷耳孔中為減少摩損裝有襯套。后端卷耳通過(guò)鋼板彈簧吊耳銷(xiāo)與后端吊耳與吊耳架相連,后端可以自由擺動(dòng),形成活動(dòng)吊耳。當(dāng)車(chē)架受到?jīng)_擊彈簧變形時(shí)兩卷耳之間的距離有變化的可能。 圖4.1 4. 2 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 EQ

25、1042輕型貨車(chē)相關(guān)參數(shù)∶懸架靜撓72mm,懸架動(dòng)撓度80mm,軸距Z3300mm, 單個(gè)鋼板彈簧的載荷 4. 2. 1 滿載弧高 滿載弧高是指鋼板彈簧裝到車(chē)軸(橋)上,汽車(chē)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。常取10~20mm,這里取10mm.。 4. 2. 2鋼板彈簧長(zhǎng)度L的確定 鋼板彈簧長(zhǎng)度L是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離,在總布置可能的條件下,應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些。 在下列范圍內(nèi)選用鋼板彈簧的長(zhǎng)度: 轎車(chē):L(0.40~0.55)軸距; 貨車(chē):前懸架:L(0.26~0.35)軸距; 后懸架:L(0.35~0

26、.45)軸距。 應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些,原因如下: 1,增加鋼板彈簧長(zhǎng)度L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(chē)平順性。 2,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。 3,剛板彈簧的縱向角剛度系指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向轉(zhuǎn)角時(shí),作用到鋼板彈簧上的縱向力矩值。 4,增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時(shí),能減少車(chē)輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形。 本設(shè)計(jì)中L0.353300mm1155mm 4.2.3 鋼板斷面尺寸及片數(shù)的確定 a.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

27、系數(shù)δ加以修正。因此,可根據(jù)修正后的簡(jiǎn)支梁公式計(jì)算鋼板彈簧所需要的總慣性矩。對(duì)于對(duì)稱(chēng)鋼板彈簧: 式中,s為U形螺栓中心距(mm);k為考慮U形螺栓夾緊彈簧后的無(wú)效長(zhǎng)度系數(shù)(如剛性?shī)A緊,取k0.5,撓性?shī)A緊,取k0);c為鋼板彈簧垂直剛度(N/mm),;δ為撓度增大系數(shù)(先確定與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù),再估計(jì)一個(gè)總片數(shù),求得,然后用初定δ)E為材料的彈性模量。 , 總慣性矩 鋼板彈簧總截面系數(shù)W0用下式計(jì)算 式中,為許用彎曲應(yīng)力。對(duì)于55SiMnVB或60Si2Mn等材料,表面經(jīng)噴丸處理后,推薦在下列范圍內(nèi)選取;前彈簧和平衡懸架彈簧為350-450;后副簧為220-250,這里取45

28、0,所以 鋼板彈簧的平均厚度: 有了以后,再選鋼板彈簧的片寬b 片寬b對(duì)汽車(chē)性能的影響: 1.增大片寬,能增加卷耳強(qiáng)度,但當(dāng)車(chē)身受側(cè)向力作用傾斜時(shí),彈簧的扭曲應(yīng)力增大。 2.前懸架用寬的彈簧片,會(huì)影響轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角。片寬選取過(guò)窄,又得增加片數(shù),從而增加片間的摩擦彈簧的總厚 3.推薦片寬與片厚的比值b/在6~10范圍內(nèi)選取。本設(shè)計(jì)中取b60mm b.鋼板彈簧片厚h的選擇 矩形斷面等厚鋼板彈簧的總慣性矩J0用下式計(jì)算 式中,n為鋼板彈簧片數(shù),取n3所以可得到 片厚h選擇的要求: 1.增加片厚h,可以減少片數(shù)n 2.鋼板彈簧各片厚

29、度可能有相同和不同兩種情況,希望盡可能采用前者但因?yàn)橹髌ぷ鳁l件惡劣,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。此時(shí),要求一副鋼板彈簧的厚度不宜超過(guò)三組。 3.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1.5。 4.鋼板斷面尺寸b和h應(yīng)符合國(guó)產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。 本設(shè)計(jì)中取h14mm c.鋼板斷面形狀 鋼板斷面形狀 矩形斷面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造容易,變截面少片鋼板彈簧多采用矩 形斷面結(jié)構(gòu) d.葉片的端部結(jié)構(gòu) 葉片的端部可以按其形狀和加工方式分為矩形(片端切角)、橢圓形(片端壓延)和片端壓延切斷四種。其中矩形為制造成本最低的一種(由于對(duì)片端部作任何加

30、工)。本設(shè)計(jì)中采用矩形端部結(jié)構(gòu)。 e.鋼板彈簧片數(shù)n 片數(shù)n少些有利于制造和裝配,并可以降低片間的干摩擦,改善汽車(chē)行駛平順性。但片數(shù)少了將使鋼板彈簧與等強(qiáng)度梁的差別增大,材料利用率變壞。多片鋼板彈簧一般片數(shù)在6~14片之間選取,重型貨車(chē)可達(dá)20片。用變截面少片簧時(shí),片數(shù)在1~4片之間選取。n3 f.鋼板彈簧端部的支承型式 以板簧端部的支承型式而言,可以大致分為卷耳和滑板兩大類(lèi)?；逍褪蕉嘁?jiàn)于兩極式主副簧懸架中副簧的支承和平衡懸架中板簧的支承。卷耳根據(jù)其相對(duì)板簧上平面的位置可以分為上卷耳、平卷耳和下卷耳三類(lèi)。本設(shè)計(jì)中采用上卷耳。 g.吊耳及鋼板彈簧銷(xiāo)的結(jié)構(gòu) 大多數(shù)板簧的支

31、承方式為一端采用固定的卷耳,另一端采用擺動(dòng)的吊耳。擺動(dòng)吊耳的結(jié)構(gòu)可以用C形、叉形以及分體式等。彈簧銷(xiāo)的支承、潤(rùn)滑可用螺紋式、自潤(rùn)滑式、滑動(dòng)軸承、橡膠支承或者將板簧支承在橡膠座內(nèi)。自潤(rùn)滑式多用于轎車(chē)及輕型載貨汽車(chē),具有不必加潤(rùn)滑脂及噪聲小的優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中采用自潤(rùn)滑式彈簧銷(xiāo)結(jié)構(gòu)。 h.少片彈簧 少片彈簧在輕型車(chē)和轎車(chē)上得到越來(lái)越多的應(yīng)用。其特點(diǎn)是葉片由等長(zhǎng)、等寬、變截面的1~3片葉片組成。利用變厚斷面來(lái)保持等強(qiáng)度特性,并比多片彈簧減少20%~40%的質(zhì)量。片間放有減摩作用的塑料墊片,或做成只在端部接觸以減少片間摩擦。如圖4.2所示單片變截面彈簧的端部段和中間夾緊部分段是厚度為和的等截面形

32、,段為變厚截面。 段厚度可按拋物線形或線性變化。 圖4.2 4. 3 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算 圖4.3 1 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 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(如圖4.3),稱(chēng)為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 用下式計(jì)算: 式中,為靜撓度;為滿載弧高;為鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后引起的弧高變化. ,s為U形螺栓中心距;L為鋼板彈簧主片長(zhǎng)度。鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑. 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

33、裝配后的曲率半徑不同,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。各片自由狀態(tài)下做成不同曲率半徑的目的是:使各片厚度相同的鋼板彈簧裝配后能很好地貼緊,減少主片工作應(yīng)力,使各片壽命接近。 矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定 式中,為第i片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑(mm);為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑(mm);為各片彈簧的預(yù)應(yīng)力();E為材料彈性模量(),取;為第i片的彈簧厚度(mm)。 在已知鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下曲率半徑和各片彈簧預(yù)加應(yīng)力的條件下,計(jì)算出各片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑。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

34、,且裝配后各片能很好貼和;為保證主片及其相鄰的長(zhǎng)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(zhǎng)片的應(yīng)力。這此,選取各片預(yù)應(yīng)力時(shí),可分為下列兩種情況:對(duì)于片厚相同的鋼板彈簧,各片預(yù)應(yīng)力值不宜選取過(guò)大;對(duì)于片厚不相同的鋼板彈簧,厚片預(yù)應(yīng)力可取大些。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。1-4片長(zhǎng)片疊加負(fù)的預(yù)應(yīng)力,短片疊加正的預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力從長(zhǎng)片到短片由負(fù)值逐漸遞增至正值。 4. 4 鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算圖4.4單片變截面彈簧的一半 變截面鋼板彈簧的尺寸如圖4.4所示,此時(shí)厚度隨長(zhǎng)度的變化規(guī)律為,式中,;。單片鋼板彈簧剛度用下式計(jì)算 式中,E

35、為材料的彈性模量;ξ為修正系數(shù),取O.92;,如圖4.4所示;,其中b為鋼板寬 , 式中,,, 所以 所以,梯形葉片彈簧的剛度為: 4. 5 彈簧的最大應(yīng)力點(diǎn)及最大應(yīng)力 圖4.4中梯形彈簧的BC直線方程為:, 如果彈簧端部厚度,則便可求出梯形葉片等厚部分的理論長(zhǎng)度值 當(dāng)時(shí),彈簧最大應(yīng)力點(diǎn)發(fā)生在處,此處,其應(yīng)力值。 當(dāng)時(shí),最大應(yīng)力點(diǎn)發(fā)生在B點(diǎn),其值。 由于, 即 所以,彈簧的最大應(yīng)力點(diǎn)不是出現(xiàn)在B點(diǎn),應(yīng)出現(xiàn)在的區(qū)段內(nèi), 彈簧最大應(yīng)力為: 滿足要求 4. 6 彈簧卷耳和彈簧銷(xiāo)的強(qiáng)度核算 鋼板彈簧主片卷耳受力如上圖所示。卷耳處所受應(yīng)力σ是由彎曲應(yīng)力和壓

36、應(yīng)力合成的應(yīng)力 式中,為沿彈簧縱向作用在卷耳中心線上的力;D為卷耳內(nèi)徑;b為鋼板彈簧寬度;為主片厚度。許用應(yīng)力[σ]取為350N/。 滿足要求 對(duì)鋼板彈簧銷(xiāo)要驗(yàn)算鋼板彈簧受靜載荷時(shí)鋼板彈簧銷(xiāo)受到的擠壓應(yīng)力。其中,為滿載靜止時(shí)鋼板彈簧端部的載荷;b為卷耳處葉片寬;d為鋼板彈簧銷(xiāo)直徑 滿足要求 用30鋼或40鋼經(jīng)液體碳氮共滲處理時(shí),彈簧銷(xiāo)許用擠壓應(yīng)力[]取為3~4N/;用20鋼或20Cr鋼經(jīng)滲碳處理或用45鋼經(jīng)高頻淬火后,其許用應(yīng)力[]≤7~9N/。鋼板彈簧多數(shù)情況下采用55SiMnVB鋼或60Si2Mn鋼制造。常采用表面噴丸處理工藝和減少表面脫碳

37、層深度的措施來(lái)提高鋼板彈簧的壽命。表面噴丸處理有一般噴丸和應(yīng)力噴丸兩種,后者可使鋼板彈簧表面的殘余應(yīng)力比前者大很多 第5章 減振器的設(shè)計(jì)計(jì)算 5. 1 減振器的分類(lèi) 減振器是車(chē)輛懸架系統(tǒng)中的重要部件,其性能的好壞對(duì)車(chē)輛的舒適性以及車(chē)輛及懸架系統(tǒng)的使用壽命等有較大影響。汽車(chē)在受到來(lái)自不平路面的沖擊時(shí),其懸架彈簧可以緩和這種沖擊,但同時(shí)也激發(fā)出較長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng),使乘坐不適。與彈性元件并聯(lián)安裝的減振器可很快衰減這種振動(dòng),改善汽車(chē)的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。 汽車(chē)懸架中廣泛采用液壓減振器。液壓減振器按其結(jié)構(gòu)可分為搖臂式和筒式;按其工作原理可分為單向作用式和雙向作用式。筒式減振器由于質(zhì)量

38、輕、性能穩(wěn)定、工作可靠、易于大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),成為了汽車(chē)減振器的主流。筒式減振器又可分為雙筒式、單筒式和充氣筒式,其中以雙筒式應(yīng)用最多。充氣筒式減振器在筒式減振器中充以一定壓力的氣體,改善了高速時(shí)的減振性能,并有利于消除減震器產(chǎn)生的噪聲,但由于成本及使用維修問(wèn)題,使其推廣應(yīng)用受到一定限制。本設(shè)計(jì)中,選用雙向作用筒式減振器。 5. 2 主要性能參數(shù)的選擇 5.2.1 相對(duì)阻尼系數(shù)ψ 在減振器卸荷閥打開(kāi)前,其中的阻力F與減振器振動(dòng)速度v之間的關(guān)系為: ,式中,σ為減振器阻尼系數(shù)。 圖5.1所示為減振器的阻力??速度特性。該圖具有如下特點(diǎn):阻力??速度特性由四段近似直線線段組成,其

39、中壓縮行程和伸張行程的阻力??速度特性各占兩段;各段特性線的斜率是減振器的阻尼系數(shù)σF/u,所以減振器有四個(gè)阻尼系數(shù)。在沒(méi)有特別指明時(shí),減振器的阻尼系數(shù)是指卸荷閥開(kāi)啟前的阻尼系數(shù)。通常壓縮行程的阻尼系數(shù)與伸張行程的阻尼系數(shù)不等。 汽車(chē)懸架有阻尼以后,簧上質(zhì)量的振動(dòng).式周期衰減振動(dòng),用相對(duì)阻尼系數(shù)ψ的大小來(lái)評(píng)定振動(dòng)衰減的快慢速度。ψ的表達(dá)式為: 式中,c為懸架系統(tǒng)的垂直剛度,c266 N/mm前面已經(jīng)計(jì)算;為簧上質(zhì)量,1150 Kg 上式表明,相對(duì)阻尼系數(shù)ψ的物理意義是:減振器的阻尼作用在于不同剛度c和不同簧上質(zhì)量的懸架系統(tǒng)匹配時(shí),會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。ψ值大,振動(dòng)能迅速衰減,同時(shí)又能

40、將較大的路面沖擊力傳到車(chē)身;ψ值小則相反;通常情況下,將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得小些,伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得大些。兩者之間保持有(0.25~0.50)的關(guān)系。設(shè)計(jì)時(shí),現(xiàn)選取與的平均值ψ。對(duì)于無(wú)內(nèi)摩擦的彈性元件懸架,取ψ0.25~0.35;對(duì)于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架,ψ值取小些。對(duì)于行駛路面條件較差的汽車(chē),ψ值應(yīng)取大些,一般取;為避免懸架碰撞車(chē)架,取0.5。 本設(shè)計(jì)中,ψ取0.25,0.33,0.17 5.2.2 減振器阻尼系數(shù)的確定 減振器阻尼系數(shù),不同懸架因?qū)驒C(jī)構(gòu)杠桿比不同,懸架阻尼系數(shù)應(yīng)具體計(jì)算。 式中, k??杠桿比, α??減振器安

41、裝角, α 3o 所以, 5. 2. 3 最大卸荷力的確定 為了減少傳給車(chē)身的沖擊力,當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)一定值時(shí),減振器應(yīng)打開(kāi)卸荷閥,此時(shí)活塞速度稱(chēng)為卸荷速度,一般為, 式中, A為車(chē)身振幅,取; 為懸架固有頻率。 若伸張行程時(shí)的阻尼系數(shù)為,則最大卸荷力為: 5. 3 筒式減振器主要尺寸參數(shù)的確定 筒式減振器工作缸直徑D可由最大卸荷力和缸內(nèi)允許壓力[p]來(lái)近似求得: 式中,[p]??缸內(nèi)最大允許壓力,取; 為缸筒直徑與連桿直徑比,雙筒式減振器;單筒式減振器 計(jì)算出D后,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)將缸

42、徑圓整為20、30、40、50、65 mm , 圓整后取D65 mm 儲(chǔ)油筒直徑, 壁厚為2 mm。 參考文獻(xiàn) [1] 谷正氣. 汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)[M]. 北京: 人民交通出版社, 2005: 171- 172. Gu Zhengqi. Automobile aerodynamics [M]. Beijing: China Communications Press, 2005: 171- 172. [2] 余志生. 汽車(chē)?yán)碚揫M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2003: 132- 145. Yu Zhisheng. Automo

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