本科畢業(yè)設計（論文）重型汽車懸架系統(tǒng)的設計學 院 機械工程學院 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 提交日期 2016 年 月 日 華南理工大學廣州學院學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。學位論文作者簽名： 日期：2016 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人完全了解華南理工大學廣州學院關于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，即：按照有關要求提交學位論文的印刷本和電子版本；華南理工大學廣州學院圖書館有權(quán)保存學位論文的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；可以采用復印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的的前提下，可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。學位論文作者簽名： 日期：2016 年 月 日指導教師簽名： 日期：2016 年 月 日作者聯(lián)系電話： 電子郵箱： I摘 要懸架是重型汽車的重要組成部分之一，也是作為連接車架和車軸的關鍵連接件，在汽車行駛過程中，因為有了懸架，汽車才能在凹凸不平的里面上面行駛，而沒有過多的振動?？梢哉f，懸架是緩沖汽車行駛過程中的沖擊載荷的必要元件，因為有了它，才能保證汽車的平穩(wěn)行駛而沒有振動劇烈的感覺。本次設計的重型汽車懸架系統(tǒng)主要是由橫擺臂、壓縮彈簧、轉(zhuǎn)向節(jié)、減震器等部分組成，通過設計出重型汽車懸架系統(tǒng)，對其中主要組成部件例如彈簧、橫擺臂進行強度校核，才能夠設計出滿足汽車行走工況的懸架系統(tǒng)。 關鍵詞：懸架 振動 橫擺臂 減震器IIAbstractThe suspension system is one of an important part of the heavy duty truck, as well as the connection frame and axle key connector, in the car, because of the suspension, vehicle can in uneven inside above driving, but not too much vibration. It can be said that the suspension is the necessary element to cushion the impact load in the process of vehicle driving, because of it, to ensure the smooth running of the vehicle without the feeling of intense vibration. The design of heavy vehicle suspension system is mainly by transverse swing arm, a compression spring, steering knuckle, shock absorber parts, through the design of heavy vehicle suspension system, of which mainly composed of components, such as a spring, a horizontal swing arm strength check, in order to design to meet the automobile running conditions of the suspension system. Key words: suspension vibration swing arm shock absorber III目 錄1 緒 論 11.1 課 題 的 來 源 與 研 究 的 目 的 和 意 義 .11.2 本 課 題 研 究 的 內(nèi) 容 .31.3 重 型 汽 車 懸 架 系 統(tǒng) 概 述 .31.4 重 型 汽 車 懸 架 系 統(tǒng) 的 作 用 .32 重 型 汽 車 懸 架 系 統(tǒng) 總 體 結(jié) 構(gòu) 的 設 計 42.1 懸 架 基 本 概 念 62.1.1 懸 架 概 念 62.1.2 懸 架 最 主 要 的 功 能 72.1.3 懸 架 基 本 組 成 82.1.4 懸 架 類 型 .102.2 懸 架 系 統(tǒng) 研 究 與 設 計 的 領 域 .112.3 懸 架 設 計 要 求 .112.4 懸 架 的 主 要 特 性 .122.4.1 懸 架 的 垂 直 彈 性 特 性 132.4.2 減 振 器 的 特 性 143 鋼 板 彈 簧 的 設 計 153.1 鋼 板 斷 面 寬 度 b 的 確 定 .163.2 鋼 板 彈 簧 片 厚 h 的 選 擇 .163.3 鋼 板 斷 面 形 狀 .173.4 鋼 板 彈 簧 片 數(shù) n .17 3.5 鋼 板 彈 簧 端 部 的 支 承 型 式 .183.6 確 定 各 片 鋼 板 長 度 .183.7 鋼 板 彈 簧 剛 度 驗 算 .184 懸 架 對 汽 車 主 要 性 能 的 影 響 194.1 懸 架 對 汽 車 平 順 性 的 影 響 .204.1.1 懸 架 彈 性 特 性 對 汽 車 行 駛 平 順 性 的 影 響 .214.1.2 懸 架 系 統(tǒng) 中 的 阻 尼 對 汽 車 行 駛 平 順 性 的 影 響 .224.1.3 非 簧 載 質(zhì) 量 對 汽 車 行 駛 平 順 性 的 影 響 .234.1.4 改 善 平 順 性 的 主 要 措 施 .244.2 懸 架 與 汽 車 操 縱 穩(wěn) 定 性 .254.2.1 汽 車 的 側(cè) 傾 26IV結(jié) 論 27參 考 文 獻 .28致 謝 2911 緒論1.1 課題的來源與研究的目的和意義本論文主要重型汽車懸架系統(tǒng)進行設計。通過重型汽車懸架系統(tǒng)進行設計，來了解重型汽車懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及以后的發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀。我國生產(chǎn)的重型汽車懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡陋，穩(wěn)定系數(shù)始終不高，雖然經(jīng)過幾十年的發(fā)展，近期產(chǎn)品的質(zhì)量較早期有所提高。但受國產(chǎn)配套件質(zhì)量及設計水平等的影響，我國目前生產(chǎn)的重型汽車懸架系統(tǒng)的總體水平與進口產(chǎn)品及港口用戶的要求仍有較大差距，重型汽車懸架系統(tǒng)的生產(chǎn)也是如此，為滿足市場需求，開發(fā)出一種新型的重型汽車懸架系統(tǒng)勢在必行！本文運用大學所學的知識，提出了重型汽車懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設計中所必須的理論計算和相關強度校驗，構(gòu)建了重型汽車懸架系統(tǒng)總的指導思想，從而得出了該重型汽車懸架系統(tǒng)的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟，并且校正質(zhì)量高，運行平穩(wěn)的結(jié)論。通過設計重型汽車懸架系統(tǒng)，要求學生掌握大學四年所學到的知識，了解機械原理，機械設計，以及傳動機構(gòu)設計等方面的知識，綜合運用繪圖軟件重型汽車懸架系統(tǒng)進行設計。通過本次畢業(yè)設計，綜合提高學生的實際應用水平和設計能力。相信此種重型汽車懸架系統(tǒng)的出現(xiàn)將會大大提高重型汽車懸架系統(tǒng)的穩(wěn)定性和質(zhì)量，為企業(yè)的生產(chǎn)的年產(chǎn)能方面，以及經(jīng)濟效益方面能夠帶來顯著的進步，同時也在某種程度上推進了汽車工業(yè)的不斷發(fā)展。1.2 本課題研究的內(nèi)容本次設計主要針重型汽車懸架系統(tǒng)進行設計，從重型汽車懸架系統(tǒng)的整體方案出發(fā)，然后具體細化出具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個方面：（1）通過網(wǎng)絡和圖書館查找各種關于重型汽車懸架系統(tǒng)的相關資料，重型汽車懸架系統(tǒng)進行方案的比較和預定。（2）分析重型汽車懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)（3）確定設計總體方案2（4）確定具體設計方案（5）重型汽車懸架系統(tǒng)圖紙的繪制。（6）說明書的整理1.3 重型汽車懸架系統(tǒng)概述懸架系統(tǒng)是指車身、車架和車輪之間的一個連接系統(tǒng)，而這種結(jié)構(gòu)體系包括懸架系統(tǒng)、車身、車架和車輪，而結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包含減震器、懸架彈簧、防卷桿、懸架側(cè)梁、縱向桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、橡膠襯套和桿件。當汽車在路面上由于受振動和沖擊的變化，所產(chǎn)生的沖擊強度會被輪胎所吸收，但大部分都是依靠輪胎與車身之間的懸掛裝置來吸收的。減震器、彈簧、防傾桿、懸架副車架，手臂的控制下，縱桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、橡膠襯套和連桿組件。當汽車在路面上由于受振動和沖擊的變化，所產(chǎn)生的沖擊強度會被輪胎所吸收，但大部分都是依靠輪胎與車身之間的懸掛裝置來吸收的。1.4 重型汽車懸架系統(tǒng)的作用懸架是汽車的重要總成之一,它是身體和車輪柔性連接在一起。懸架的主要功能是傳遞函數(shù)的輪子和身體之間的力和力矩,比如支持力量,剎車力和驅(qū)動力,并減輕由不平路面?zhèn)鬟f給身體的沖擊載荷,衰減引起的振動、保證乘員舒適,減少貨物和車輛動載荷。汽車懸架和各種性能,以滿足這些性能,懸架系統(tǒng)必須能滿足性能需求:首先,懸架系統(tǒng),以確保汽車具有良好的行駛舒適為主要目的的載人的車,車的主人在振動加速度不能超過國家標準的邊界值。其次,暫停,以確保身體和車輪在共振區(qū)域的小振幅,振動衰減快。再一次,以確保汽車具有良好的處理和穩(wěn)定,一方面,暫停,以確保車輪,車輪定位參數(shù)不發(fā)生巨大的變化和其他方面為了減少車輪動態(tài)輪加載和跳動。是確保車輛制動,轉(zhuǎn)向,加速和穩(wěn)定,減少身體俯仰和滾。最后,為了確保懸架系統(tǒng)的可靠性,有足夠的剛度、強度和壽命。因此,汽車懸架是一個重要組成部分,確保運行舒適感。同時,汽車懸架之間連接力量傳輸部分的框架(或主體)與車軸(或車輪),是保證行車安全的一個重要組成部分。因此,汽車懸架往往列為重要組成部分的汽車的技術規(guī)格表,作為衡量汽車的質(zhì)量,指標之一。汽車懸架包括三個部分,如彈性元件、減振器和力傳動裝置。3三個部分分別墊、振動和力傳播。垂直力是通過彈性元件,沖擊和振動引起的路面粗糙度是緩解。在車里,彈性元件指的螺旋彈簧,它只承受豎向荷載,凹凸不平的道路面對身體的放松和抑制的影響,小空間的優(yōu)勢占領,低質(zhì)量,不需要潤滑,但因為沒有摩擦和阻尼效應。振動阻尼器是指液壓減振器,是加速身體的振動的衰減,這是最精確和復雜的懸架的機械零件。力傳動裝置框架下臂叉架,轉(zhuǎn)向節(jié)元素,用于傳遞縱向力、橫向力和力矩,保證車輪對確定的相對運動幀(或身體)?，F(xiàn)代汽車懸架一般用于小質(zhì)量、穩(wěn)定和可靠的汽缸減震器的性能。當路上的汽車并不順利,身體會振動,振動阻尼器可以快速減弱身體的振動,使用油流的流動阻力消耗振動能量。框架和軸相對運動時,減震器油將通過一些狹窄的孔和裂縫通道重復從一室流向另一個室,當孔壁之間的摩擦力和流體摩擦和石油液體的分子間形成車身振動阻力。這種阻力工程阻尼力說。車輛的振動能量的身體可以被轉(zhuǎn)換成熱能,并吸收石油和殼牌。人們?yōu)榱烁玫匾庾R到車車的穩(wěn)定性和安全性,阻尼系數(shù)不固定在一個特定的值,但可以用汽車運行狀態(tài)變化,懸架的性能總是附近的最優(yōu)狀態(tài)。因此,一些汽車的振動阻尼可調(diào)阻尼被分成兩個或三個,根據(jù)傳感器信號來自動選擇所需的阻尼水平。為了提高汽車的舒適,現(xiàn)代汽車懸架的垂直剛度設計值很低,與普通詞匯是一個“軟”,因此,盡管舒適性,但汽車轉(zhuǎn)彎時,由于離心力的作用會產(chǎn)生更大的身體的傾斜角度,直接影響的穩(wěn)定控制。為了提高狀態(tài),許多汽車的前后懸架添加橫向穩(wěn)定性桿,當身體傾斜,兩岸的懸架變形不均,橫向穩(wěn)定極點將發(fā)揮類似的杠桿,這左右兩邊的彈簧變形密切協(xié)議,以減少身體的傾斜和振動,提高汽車行駛穩(wěn)定性的外表看似簡單的懸掛,包含各種各樣的合作,決定著汽車的穩(wěn)定性、舒適性和安全性,是現(xiàn)代汽車的一個關鍵部分。目前市面上的汽車懸架產(chǎn)品圖如下圖 1,2,3 所示：4圖 15圖 2圖 362 重型汽車懸架系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設計2.1 懸架基本概念2.1.1 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裝置的總稱。 2.1.2 懸架最主要的功能懸架的主要功能是傳遞車輪和框架的作用(或主體)之間的力和力矩,并緩和汽車駛過不平路面時生成的影響,軸承系統(tǒng)的振動引起的衰減,以確保車輛的平順性。必須和車輪之間的幀或身體提供靈活的耦合,依靠彈性元件傳輸輪之間的負載或軸和幀或身體,和依賴于變形吸收能量,緩沖。使用彈性聯(lián)軸器,汽車可以作為振動系統(tǒng)由簧載質(zhì)量,非簧載質(zhì)量(即。非簧載質(zhì)量)和彈簧(彈性元件),遭受不平的路面,氣動力和電力傳輸和發(fā)動機激勵。為了迅速衰減不必要的振動,懸掛也必須包括阻尼元件,即減震器。此外,確保懸架和車輪之間的幀或身體所有的力和力矩的可靠傳輸和決定車輪相對于連接裝置框架的位移或身體的特征被稱為指導機制。面向決策的機構(gòu)在車輪彈跳軌跡和前輪定位參數(shù)的變化,和汽車前后輥中心和垂直傾向于中心位置,因此在很大程度上影響了車輛處理和穩(wěn)定性和抗剪能力。2.1.3 懸架基本組成懸架主要由彈性元件、導向機制和減震器。彈性組件受到?jīng)_擊時,可以生成連續(xù)的振動,所以騎是不合適的,因此,減震器的阻尼器提供快速衰減振動,振幅迅速降低。引導機制是用來確定車輪的運動幀或身體,和傳輸各種力量和時刻的力和力矩。為了減少直接影響軸的框架或身體,一些車輛懸架系統(tǒng)提供一個緩沖塊,這是限制將中風。水平穩(wěn)定器的作用是減少當滾動體,并改善輪胎的附著在地面上。72.1.4 懸架類型根據(jù)導向機構(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，當單邊車輪駛過凸起時，會直接影響另一側(cè)車輪。(2) 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)特點又可細分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等等。 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。2.2 懸架系統(tǒng)研究與設計的領域汽車懸架系統(tǒng)的研究和設計是主要提高操縱穩(wěn)定性和行駛舒適的汽車。車輛懸架系統(tǒng)的研究和設計相應的分為兩個部分:汽車行駛舒適的懸掛特性產(chǎn)生重大影響;另一個是懸架車輛操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生主要影響的特征。第一部分主要是懸架的彈性元件和阻尼元件特征開始工作,主要是路面、輪胎、非彈簧負載質(zhì)量,懸掛,彈簧質(zhì)量的研究和設計作為一個整體,因為它的主要研究路面激勵的反應力,影響汽車行駛舒適彈性元件和阻尼元件的力學性能因此可以稱為懸架系統(tǒng)動力學研究。后懸架的部分主要是指導機制主要是在車輪和車身相對運動,懸架的運動指導機制如何引導和限制車輪,車輪的位置和旋轉(zhuǎn)運動的影響懸架參數(shù)的運動學特征研究。這部分的研究稱為懸架的運動學。考慮彈性襯套和其他關節(jié)的影響懸架的性能,懸架運動學是懸架彈性運動學。懸架彈性運動學的解釋主要懸掛參數(shù)的變化特征,如力和轉(zhuǎn)矩引起的輪胎和路面。懸架的運動學系統(tǒng)包括兩個方面的懸架運動學和彈性運動學。2.3 懸架設計要求如前所述,懸架彈簧質(zhì)量,非彈簧質(zhì)量構(gòu)成振動系統(tǒng),振動系統(tǒng)的特性,在很8大程度上決定了汽車行駛舒適,并進一步影響到汽車行駛速度、燃油經(jīng)濟性和經(jīng)濟的操作。振動系統(tǒng)也決定了車輛系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)負載的許多地方,從而影響零件的使用壽命。此外,懸架車輛的操縱穩(wěn)定性,但在抗俯仰能力也起著決定性的作用。因此在懸架的設計必須考慮以下幾方面的需求。1通過合理設計懸架的彈性和阻尼特性保證汽車具有良好的行駛舒適,較低的振動頻率、振動加速度和合適的減振性能,并且可以避免暫停壓縮拉伸行程極限點硬的影響,但也確保輪胎有足夠的能力;2為了確保引導機制的合理設計和車輪之間的幀或身體力量和可靠傳遞。3指導的運動機制應與轉(zhuǎn)向連桿運動協(xié)調(diào),避免發(fā)生干涉,否則可能會導致方向盤振動;4輥中心距中心位置正確,汽車轉(zhuǎn)向反輥能力、制動和加速身體的能保持穩(wěn)定,避免汽車在制動和加速身體的縱向坡度(所謂的“點頭”和“落后”);5懸掛質(zhì)量的成員尤其是小簧下質(zhì)量部分必須盡可能小;6容易安排7所有組件應該有足夠的強度和使用壽命;8低制造成本;9易于維修和保養(yǎng)。懸架設計大致可以分為兩個階段,結(jié)構(gòu)類型和主要參數(shù)選擇和詳細設計,有時重復交叉。因為許多車輛懸架的參數(shù)影響的特點,和其他涉及裝配布局,因此普遍認為總體布局。2.4 懸架的主要特性2.4.1 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系。9圖 2-1 懸架彈性特性曲線彈住特性上任意點的懸架剛度 c，為：(2-1)KdSTC?當簧下質(zhì)量固定不動時，而又無減震器時，簧上質(zhì)量的自由振動偏頻 僅與有效靜撓0n度有關(2-2)CTgn??210?2.4.2 減振器的特性減振器阻力 P 與其活塞位移速度 y 之間的關系。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。在現(xiàn)有的減振器中，復原阻力系數(shù)比壓縮阻力系數(shù)要大 2—6 倍。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。圖 2-2 減震器的外特性103 鋼板彈簧的設計3.1 鋼板斷面寬度 b 的確定有關鋼板彈簧 的剛度、強度等，可按等截面簡支梁的計算公式計算，但需引入撓度增大系數(shù) δ 加以修正。因此，可根據(jù)修正后的簡支梁公式計算鋼板彈簧所需要的總慣性矩。對于對稱鋼板彈簧：0J????3048JLkscE???????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效長度系數(shù)（如剛性夾緊，取 k=0.5，撓性夾緊，取 k=0）；c 為鋼板彈簧垂直剛度（N/mm）， ；δ/wcFf?為撓度增大系數(shù)（先確定與主片等長的重疊片數(shù) ，再估計一個總片數(shù) ,求得 ，1n0n10n?然后用 初定 δ）E 為材料的彈性模量。??1.504.????????，其中， ，取 ，則 ，將其代入求得)]105.(04.1[5n??? 1?n092.5?；03427mJ?= ；])[/('WLF? 3120)450/(298mMPamN??初取 ，取 b=8 =150mm.Jhp 6.130.47/240??ph片寬 b 對汽車性能的影響：1.增大片寬，能增加卷耳強度，但當車身受側(cè)向力作用傾斜時，彈簧的扭曲應力增大。2.前懸架用寬的彈簧片，會影響轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角。片寬選取過窄，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。本設計中取 b=60mmph3.2 鋼板彈簧片厚 h 的選擇根據(jù) 得： ；1230nbJ? mnbJ204.510372330???11片厚 h 選擇的要求：1）.增加片厚 h，可以減少片數(shù) n 2）.鋼板彈簧各片厚度可能有相同和不同兩種情況，希望盡可能采用前者但因為主片工作條件惡劣，為了加強主片及卷耳，也常將主片加厚，其余各片厚度稍薄。此時，要求一副鋼板彈簧的厚度不宜超過三組。 3.）為使各片壽命接近又要求最厚片與最薄片厚度之比應小于 1.5。4.）鋼板斷面尺寸 b 和 h 應符合國產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。 查表確定 b 和 h 的值，使其符合國產(chǎn)型材規(guī)格尺寸，又因為 的厚度一般不MnASi260超過 9.5mm，故取 b=70mm , h=9mm。鋼板彈簧圖如下：3.3 鋼板斷面形狀 鋼板斷面形狀 矩形斷面結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，變截面少片鋼板彈簧多采用矩 形斷面結(jié)構(gòu) 3.4 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，改善汽車行駛平順性。但片數(shù)少了將使鋼板彈簧與等強度梁的差別增大，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，重型貨車可達 20 片。用變截面少片簧時，片數(shù)在 1～4 片之間選取。n=33.5 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?；逍褪蕉嘁娪趦蓸O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)其相對板簧上平面的位置可以分為上卷耳、平卷耳和下卷耳三類。本設計中采用上卷耳。3.6 確定各片鋼板長度12鋼板彈簧長度 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，應盡可能將鋼板彈簧取長些。在下列范圍內(nèi)選用鋼板彈簧的長度：轎車：L=（0.40~0.55）軸距；貨車:前懸架：L=（0.26~0.35）軸距； 后懸架：L=（0.35~0.45）軸距。鋼板彈簧應采取盡可能長。原因如下:1,增加鋼板彈簧的長度 L 可以顯著降低彈簧壓力,提高使用壽命,降低彈簧剛度,,提高車輛的乘坐舒適性。2,在給定條件下的垂直剛度 C,縱向角鋼板彈簧的剛度可以明顯增加。3、縱向角剛度的剛性板彈簧的縱向力矩是鋼板彈簧時,鋼板彈簧。4,增加縱向角剛度鋼板彈簧可以減少彈簧的變形引起的車輪的扭矩。本設計中 L=0.357×3300mm=1180mm 設主簧片長為 ，按鋼板疊放順序他們的長度依次 、 、 … ，則由于 = ，1l 1l23l101l2且各簧片等厚，其長度成等差數(shù)列，即 ， 。其中 ，aili)(2??],[?i as??將 代入得 ， ，則各板長mls80,702?ma37091l35810度為： =1600mm、 =1400mm、 = 、 = 、 = 、 =1 3l4l5m246l、3263.7 鋼板彈簧剛度驗算，其中 ；其中，])([6113?????nkkYaEc? 9.0,1),(211?????? ?kikk JYla]56)34(8)23(7)12()672()5 )21()424[8 333 31 Xaaaa abhYknk ???????? ????裝配剛度時 X=9a，代入數(shù)據(jù)可求得裝配剛度 c=217 ;mN//9180?檢驗剛度時 X= ,代入數(shù)據(jù)可求得檢驗剛度 c=192 .1l134 懸架對汽車主要性能的影響懸架型式、導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。為此從不同角度去分析汽車各種性能的影響。4.1 懸架對汽車平順性的影響好車駕駛光滑性不僅可以保證乘員舒適和運輸貨物的完好無損,但也可以提高汽車運輸生產(chǎn)率,降低燃料消耗,延長零件的使用壽命和提高工作可靠性的部分。目前主要是根據(jù)國際標準 ISO2631 評價車輛行駛舒適、乘員疲勞減少軸承效率極限價值函數(shù)變化的頻率振動加速度均方根。垂直振動而言,人體是最敏感的振動 4 - 8 赫茲,所以這個頻段的閾值是最低的。為了讓身體承受振動不超過規(guī)定的限制,主要依靠懸掛來減少車身振動加速度均方根值。在隨機路面不平度輸入下,身體的加速度均方根值的大小,取決于車身加速度在路上不是 g 的幅頻特征粗糙度/ g,“懸架振動固有頻率和身體的 N,非周期系數(shù)和非彈簧負載質(zhì)量大小有關。從圖可以看出,當身體低固有頻率曲線的下半身,均方根加速度很小。圖 3-1 幅頻特性曲線4.1.1 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= = Hz (3-1)0n?2w1MC式中 —固有角振動頻率，rad/s0wC—懸架剛度，N/m14M—簧載質(zhì)量，kg由于在靜載荷作用下懸架的靜撓度= (3-2)cfMg則 =(3-3)0n?21cf當以每秒振動次數(shù)表示時，= Hz (3-4)0cf3式中 —靜撓度， cm。是指汽車滿載靜止時懸架上的載荷 F 與此時的懸架剛度 c 之比。cf W從上述公式中可見，車身振動的固有頻率 由簧載質(zhì)量 M、懸架剛度 c 或由懸架靜撓n0度 決定。cf由試驗得知，為了保持汽車具有良好的平順性，車身振動的固有頻率應接近人體所習慣的步行時的身體上、下運動的頻率 1～1.4Hz(60～85 次 /min)，振動的加速度的極限允許值為 0.3～0.4g。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，如果車身加速度達到 1g，則未經(jīng)固定的貨物可能離開車廂底板。因此為保證所運貨物完整無損，振動加速度的極限值不應超過 0.6～0.7g。懸架的動撓度 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df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。從圖 3-1 可知，車身固有頻率 低于 3Hz 就可以保證人體最敏感的 4～8Hz 處于減震0n區(qū)。 值越低，車身加速度的均方根值越小。但在懸架設計時， 值不能選得太低，這0n 0n主要是 值降低，懸架的動撓度 就增大，在布置上若不能保證足夠大小的限位行程，df就會使限位塊撞擊的概率增加。另外， 值選得過低，懸架設計不選取一定措施，就會增0大制動“點頭“角和轉(zhuǎn)彎側(cè)傾角，使空、滿載是車身高度的變化過大。各種車型車身固有頻率 的實用范圍為：貨車 1.5～2Hz；旅行客車 1.2～1.8Hz；高級轎車 1～1.3Hz。0n2 彈性特性在懸架設計中，通常把力和變形的關系的關系曲線，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。a、線性彈性特性線性彈性特性，即懸架變形與所受載荷成比例地變化。其剛度 G 是常數(shù)。一般鋼板彈簧懸架即屬此類。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。15圖 3-2 彈性特性曲線a——線性彈性彈性 b——非線性彈性特性b、非線性彈性特性非線性彈性特性的懸架，即懸架的剛度可隨載荷的改變而變化，也稱變剛度懸架。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。這時，在曲線上任意點 M，必須滿足P／ =f= =常數(shù) (3-5)Ccf式中 P—特性曲線上任意點 M 的載荷；—任意點 M 的懸架剛度；Cf—求剛度 時的次切矩(不是懸架從原點的變形)，也有人稱 f 為懸架的折算靜撓度；—在靜載荷 時，為汽車獲得較為良好平順性所要求的懸架靜撓度。cfcp因為 = (3-6)MCdfp可將上式改寫成 = (3-7)f積分得 ln P= +A (3-8)cf因為當 f= 時， P=cfcpef1?所以 A= ln -1 (3-9)cP因此 P=這就是說．不管載荷如何變，為保持車身固有頻率不變，當載荷 P 等于大于 時，懸c架的特性應該是按指數(shù)函數(shù)的規(guī)律變化。然而，這種較為理想的彈性特性的懸架是難于實現(xiàn)的。16目前，在懸架設計中，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。非線性的懸架撣性特性可以采用適當?shù)膽壹芙Y(jié)構(gòu)(導向機構(gòu)) 或彈性元件(如加輔助彈簧、調(diào)節(jié)彈簧、空氣彈簧等)來實現(xiàn)。4.1.2 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。下圖是減振器阻尼對車身振動衰減的曲線示圖圖 3-3 減震器阻尼對振動的衰減作用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。c―減振器的衰減能力很強的情況，車身沒有振動，車身的位移很快恢復到原位。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)中應具有適當?shù)淖枘帷．?增大時，動撓度的幅頻特性｜ / ｜在高、低兩個共振區(qū)幅值均顯著下降，在?df,q兩個共振區(qū)幅值之間變化很小。隨阻尼比 增大，在低頻共振區(qū)幅頻特性｜ / ｜峰值下降， 車身加速度均方根值，,2z提高平順性。下圖示出了車身加速度、車輪相對動載荷和彈簧行程與阻尼比(相對阻尼系數(shù)) 之間的關系。17圖 3-5 、 和( Z - )與阻尼比的關系,adFab圖中曲線走向表示，只是彈簧行程(Z - )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。然面對車身加速度和車輪動載的最佳阻尼比值也是不同的，前者為 0.18，后者為0．4 以上，故設計人員只能從中采取拆衷方案。4.1.3 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)。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)車身振動加速度和減少車輪離開地面的機率。因此，在汽車設計中，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。4.1.4 改善平順性的主要措施(1) 增大懸架靜撓度(降低固有頻率 )。使其頻率接近人體所習慣的步行時的身體上、下運動的頻率。(2) 盡量減少非簧載質(zhì)量。由頻率公式得到減少非簧載質(zhì)量，進而增大了簧載質(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慣的運動頻率。(3)配合適當?shù)淖枘岷拖尬恍谐?。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。4.2 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)過干擾后在一定時間內(nèi)恢復穩(wěn)態(tài)工況的性能。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、導向桿系與轉(zhuǎn)向桿系的運動協(xié)調(diào)性。18當汽車曲線行駛時，在離心力的作用下，由于輪胎的橫向彈性和前、后懸架導向機構(gòu)特性，一般會使轉(zhuǎn)彎半徑發(fā)生變化。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。4.2.1 汽車的側(cè)傾1 車身側(cè)傾軸線車身相對地面轉(zhuǎn)動時的瞬時軸線稱為車身側(cè)傾軸線。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)傾中心到地面的距離稱為側(cè)傾中心高度。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。但側(cè)傾中心過高會使車身傾斜時輪距變化大，加速輪胎的磨損。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力偶矩。若令T為懸架系統(tǒng)作用于車身的總彈性恢復力偶矩， 為車身轉(zhuǎn)角，則懸架的側(cè)傾角r?剛度為 =?Krd可以通過懸架的線剛度來計算側(cè)傾角剛度。(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力。a 非獨立懸架 具有非獨立懸架的汽車車身作垂直位移時所受到的彈性恢復力，就是彈簧直接作用于車身的彈性力。所以，懸架的線剛度就等于兩個彈簧線剛度之和。若一個彈簧的線剛度為 ks,則懸架的線剛度為 ：K=2ks (3-10)圖 3-6 非獨立懸架b 獨立懸架具有獨立懸架的汽車車身作垂直位移時，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向桿系約束反力在垂直方向的分19量。若能求出車身作垂直位移Δ 時地面作用于輪胎的反作用力Δ ，就可以求出懸架tSZF的線剛度。即：Δ ／Δ (3-11)ZFtS(2) 懸架的側(cè)傾角剛度 [19]車身側(cè)傾時受到懸架的彈性恢復力偶矩，可以用等效彈簧的概念來進行分析。車身上一側(cè)受到的彈性恢復力，相當于一個上端固定于車身，下端固定于輪胎接地點且垂直于地面，具有懸架線剛度的螺旋彈簧施加于車身的彈性力。這個相當?shù)膹椈煞Q為等效彈簧。圖 3-7 等效彈簧參照上圖 3-7，當車廂發(fā)生小側(cè)傾角 d 時，等效彈簧的變形量為 d ,故車廂受r??2Br?到的彈性恢復力偶矩為 dT=d r懸架側(cè)傾角剛度為 = (3-12)?K21kB式中 一側(cè)懸架的線剛度；B—為輪距。1k若已知懸架的線剛度，即可算出該懸架的側(cè)傾角剛度。例如，單橫臂獨立 懸架的側(cè)傾角剛度為= (3-13)?K21sk2)(nBm應該指出，上面的計算只適用于小傾角，而且在分析中沒有考慮導向桿系中鉸接點處彈性村套的影響。實際轎車的前側(cè)傾角剛度為 300-1200Nm／（0），后側(cè)傾角剛度為 180-700Nm／（0）204.2.2 側(cè)傾時垂直載荷對穩(wěn)態(tài)響應的影響在正常條件下,汽車,車輪垂直載荷是大致相等的。但開車時曲線,傾覆力矩,前后車軸上左和右輪垂直反應部隊,將固定垂直造成的反應力和輥垂直的反應力和動量。這將使垂直輪加載在左和右車輪不等于(外車輪垂直反力力增加,在車輪內(nèi)側(cè)的減少垂直反作用力),會影響輪胎轉(zhuǎn)彎特性,導致車輛穩(wěn)態(tài)響應的變化。甚至有一個汽車轉(zhuǎn)向不足和轉(zhuǎn)向過度。垂直載荷的變化對輪胎側(cè)偏特性有顯著影響 [20]~ [22]。如下圖 3-8 所示：圖 3-8 垂直載荷對輪胎側(cè)偏特性的影響垂直載荷增大后，側(cè)偏剛度隨垂直載荷的增加而加大；但垂直載荷過大時，輪胎與地面接觸區(qū)的壓力變得極不均勻，使輪胎側(cè)偏剛度反而有所減小。無側(cè)向力作用時，令 為車軸左、右車輪的垂直載荷， 為每個車輪的側(cè)偏剛度0w0k有側(cè)向力作用時，設左、右車輪垂直載荷沒有發(fā)生變化，則相應的側(cè)偏角 為0?= (3-14)0?2kFY實際上，在側(cè)向力作用下，左、右車輪垂直載荷均發(fā)生變化。內(nèi)側(cè)車輪減少 ΔW，外側(cè)車輪增加 ΔW，兩個車輪的側(cè)偏剛度隨之變?yōu)?、 。由于左、右車輪的側(cè)偏角相等，1r故有= α+ α (3-15)YF1kr或 α= (3-16)rYk?1若令 = ，'0k21r21為垂直載荷重新分配后每個車輪的平均側(cè)偏剛度，則兩個車輪的側(cè)偏角為'0kα= (3-17)'02kFY圖 3-9 左右車輪垂直載荷再分配時側(cè)偏剛度由上圖 3-9 可知，平均側(cè)偏剛度 即為梯形 abcd 中線 ef 的高度。顯然 ，即'0k 0k'α 。進一步分析可知，左、右車輪垂直載荷差別越大，平均側(cè)偏剛度越小。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量較大，汽車趨向于增加不足轉(zhuǎn)向量；若后鈾左、右車輪垂直載荷變動量較大，汽車趨于減少不足轉(zhuǎn)向量一般應使汽車有適度的不足轉(zhuǎn)向特性。汽車前軸及后軸左、右車輪載荷變動量決定于：前、后懸架的側(cè)傾角剛度、懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量、質(zhì)心位置以及前、后懸架側(cè)傾中心位置等一系列參數(shù)的數(shù)值。垂直載荷 W側(cè)偏剛度Krk0'1w22結(jié) 論時間過得真快啊，轉(zhuǎn)眼間四年時間都過去了，在這四年中，我學到了許多專業(yè)知識，就拿這次的畢業(yè)設計來說吧，我查閱了《機械設計手冊》，《汽車懸架結(jié)構(gòu)設計》，使我充分掌握了重型汽車懸架系統(tǒng)的設計方法和步驟，更重要的復習所學專業(yè)的知識，以前總認為學這些專業(yè)知識沒用，那是我太天真了，當這次的畢業(yè)設計，它幫了我不少的忙，特別是《機械設計》這課對我的畢業(yè)設計幫助特別大，都怪上課沒認真聽講，導致做畢業(yè)設計時要問比我學的好的同學，通過這次做畢業(yè)設計讓我認識到學習不是個壞事，是為了自己的，還有學習這些知識精通的話對我們找個好工作有大大的幫助，總之我除了感謝我的老師和幫助過我的同學外更要感謝自己的?？傊@次畢業(yè)設計讓我受益良多，以后更加努力把工作做好。23致 謝當我寫到這里的時候，我心里是別提有多么的開心，不管前面的對與錯，總之，我覺得自己做到這里已不錯了，感謝老師和幫助我的同學一起到圖書館查資料的那些同學們，要不是你們恐怕我現(xiàn)在真不知道自己能做到哪里，首先您不僅在學習學業(yè)上對我以精心的指導，同時還在我改寫論文時給我鼓勵和支持，從這點看出老師當初選你當我的老師我是明智的，而且，通過這次寫論文我知道遇到什么事總要靠別人來完成，現(xiàn)在我覺得這種想法是我錯啦，也許自己做的比那些人做的會更好，同時，我要把這種態(tài)度放到工作當中，我相信我自己一定可以比別人做的出色。說實話，我從開始認真做畢業(yè)設計的時候，才領悟到知識確實是種強大的工具，我現(xiàn)在想來前面失去的，我想在通過在工作中補回來，想到這里自己說了句“呵呵”，但是話說回來，這次的畢業(yè)設計我花了挺大的功夫，雖然是苦，但心里挺開心的，我想如果大學這四年我好好來利用它的話，我的畢業(yè)設計不談在班里第一個交，最少也在前十個人之前交，最后在這里衷心的對所有關心我?guī)椭业谋磉_我由衷敬意，謝謝各位同學的幫助。24參考文獻[1] 張華 機械設備設計 北京：科學出版社，2004.5[2] 李念 重型汽車懸架系統(tǒng)概述 北京：機械工業(yè)出版社，2005.1[3] 張棟 重型汽車懸架系統(tǒng)的創(chuàng)新設計.高等教育出版社，2004.3[4] 姜繼海，宋錦春，高常識. 重型汽車懸架系統(tǒng)工作原理.高等教育出版社，2002.8[5] 張春林，曲繼方，張美麟.機械創(chuàng)新設計.機械工業(yè)出版社，2001.4[6] 錢平.機械設計應用技術 機械工業(yè)出版社，2005.1[7] 張遼遠. 重型汽車懸架系統(tǒng)的設計與實現(xiàn). 機械工業(yè)出版社，2002.8[8] 基恩士傳感器選擇手冊 2010 版本[9] 黃長藝，嚴普強.機械工程測試技術基礎. 機械工業(yè)出版社，2001.1[10] 張桓，陳作模.機械原理.高等教育出版社，2000.8[11] 王昆，何小柏，汪信遠. 重型汽車懸架系統(tǒng)原理.高等教育出版社，1995.12[12] 徐錦康.機械設計. 高等教育出版社，2004.4[13] 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