懸架設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、一、本課題設(shè)計(jì)（研究）的目的：本設(shè)計(jì)課題為ca1092a載貨汽車(chē)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了滿足車(chē)輛懸架設(shè)計(jì)中平順性與操縱穩(wěn)定性相互兼顧的需要，基于車(chē)輛多體動(dòng)力學(xué)及優(yōu)化設(shè)計(jì)原理，在虛擬樣機(jī)下建立了重型汽車(chē)獨(dú)立懸架的三位數(shù)字化模型，并進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，提出了一種懸架系統(tǒng)參數(shù)及系統(tǒng)剛度匹配的懸架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。結(jié)果表明：采用該方法進(jìn)行懸架的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可有效地提高車(chē)輛懸架的動(dòng)態(tài)特性；較好地控制懸架剛度隨車(chē)輪上跳的變化趨勢(shì)。載貨汽車(chē)的整體性能要求也隨之提高，特別是操縱性、舒適性、通過(guò)性、安全性等，故而對(duì)其懸架系統(tǒng)的性能也提出更高的要求，（1）保證汽車(chē)有良好的行駛平順性。（2）具有合適的衰減振動(dòng)能力。（3）保證汽車(chē)

2、具有良好的操縱穩(wěn)定性。（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；轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)身側(cè)傾角要合適。（5）有良好的隔聲能力。（6）結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小。（7）可靠地傳遞車(chē)身與車(chē)輪之間的各種力和力矩，通過(guò)選用合適的制造材料和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高零部件強(qiáng)度和使用壽命，降低生產(chǎn)成本，從而使汽車(chē)具有良好的行駛平順性，進(jìn)而改善汽車(chē)的行駛車(chē)速、燃油經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性，提高汽車(chē)的性價(jià)比。根據(jù)所給主要參數(shù)設(shè)計(jì)汽車(chē)懸架系統(tǒng)。通過(guò)帶有研究性質(zhì)的專題研究分析、設(shè)計(jì)報(bào)告，培養(yǎng)我們的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)能力，提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。二、設(shè)計(jì)（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（文獻(xiàn)綜述）： 汽車(chē)懸架現(xiàn)狀 懸架

3、是現(xiàn)代汽車(chē)上的重要總成之一，它把車(chē)架（或車(chē)身）與車(chē)軸（或車(chē)輪）彈性地連接起來(lái)，并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減震振動(dòng)以及調(diào)節(jié)汽車(chē)行駛中的稱車(chē)身位置等，都保證汽車(chē)行駛的平順性。盡管一百多年來(lái)汽車(chē)懸架從結(jié)構(gòu)型式到作用原理一直不斷的演進(jìn)，但從結(jié)構(gòu)功能上、它都是有彈性元件、減振裝置和到導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。（一）汽車(chē)懸架一般可分為兩大類：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。1.非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩側(cè)車(chē)輪安裝在一根車(chē)軸的兩端，車(chē)軸通過(guò)彈性元件與車(chē)架或車(chē)身相連，當(dāng)一側(cè)車(chē)輪因道路不平而跳動(dòng)時(shí)，將影響另一側(cè)車(chē)輪的工作。適用于：負(fù)荷大的客車(chē)和貨車(chē)種類：(1)鋼板彈簧非獨(dú)立懸架(2)螺旋彈簧非獨(dú)立懸架1如圖1圖1.非獨(dú)立懸架優(yōu)點(diǎn)

4、：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、維修方便、工作可靠。. 缺點(diǎn) ：汽車(chē)平順性較差、高速行駛時(shí)操穩(wěn)性差、轎車(chē)不利于發(fā)動(dòng)機(jī)、行李艙的布置。應(yīng)用 ：貨車(chē)、大客車(chē)的前、后懸架以及某些轎車(chē)的后懸架。 2.非獨(dú)立懸架型式 1.鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架板簧式非獨(dú)立懸架主要由鋼板彈簧和減振器組成6。如圖2 ： 圖2 鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架示意圖2.螺旋彈簧式非獨(dú)立懸架螺旋彈簧非獨(dú)立懸架由螺旋彈簧、減振器、縱向推力桿和橫向推力桿組成。常用于轎車(chē)的后懸架6。如圖3 ：圖3 螺旋彈簧式非獨(dú)立懸架 3.空氣彈簧式非獨(dú)立懸架 空氣彈簧非獨(dú)立懸架主要由囊式空氣彈簧、壓氣機(jī)、車(chē)身高度調(diào)節(jié)控制閥、控制桿 等組成。采用空氣彈簧懸架容易實(shí)現(xiàn)車(chē)身高

5、度的自動(dòng)調(diào)節(jié)5 7。如圖4：圖4 空氣彈簧非獨(dú)立懸架示意圖4.空氣彈簧式非獨(dú)立懸架油氣彈簧非獨(dú)立懸架主要由油氣彈簧（兼起減振器作用）、橫向推力桿、縱向推力桿等組成，推力桿起導(dǎo)向和傳力的作用2 7。如圖5：圖5 礦用自卸汽車(chē)油氣彈簧適宜圖 (三).獨(dú)立懸架型式獨(dú)立懸架 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)貴，乘坐舒適性和操作 穩(wěn)定性好，具有降低汽車(chē)重心，減小汽車(chē) 造型受約束的效果適用于：轎車(chē)種類： （1）.雙叉式懸架（2）.撐桿式懸架 a）全拖動(dòng)臂式懸架 b）半拖動(dòng)臂式懸架圖2 圖6.獨(dú)立懸架優(yōu)點(diǎn)：簧下質(zhì)量小。懸架占用的空間小。可以用剛度小的彈簧、改善了汽車(chē)行駛平順性。由于有可能降低發(fā)動(dòng)機(jī)的位置高度、使整車(chē)

6、的質(zhì)心高度下 降、又改善了汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性。左、右車(chē)輪各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)互不影響，可減少車(chē)身的傾斜和振動(dòng)，同時(shí)在起伏的路面上能獲得良好的地面附著能。缺點(diǎn) ：結(jié)構(gòu)復(fù)雜。成本較高。維修困難。應(yīng)用 ：轎車(chē)和部分輕型貨車(chē)、客車(chē)及越野車(chē)。 1.橫臂式獨(dú)立懸架其特點(diǎn)是當(dāng)懸架變形時(shí)，車(chē)輪平面將產(chǎn)生傾斜而改變兩側(cè)車(chē)輪與路面接觸點(diǎn)間的距離輪距，致使輪胎相對(duì)于地面?zhèn)认蚧?，破壞輪胎和地面的附著。此外，這種懸架用于轉(zhuǎn)向輪時(shí)，會(huì)使主銷內(nèi)傾角和車(chē)輪外傾角發(fā)生較大的變化，對(duì)于轉(zhuǎn)向操縱有一定影響，故目前在前懸架中很少采用1 2 7。如圖7：圖7 戴姆勒-奔馳轎車(chē)單橫臂后獨(dú)立懸架示意圖2.縱臂式獨(dú)立懸架7，如圖8：圖8 圖8 縱臂

7、扭轉(zhuǎn)梁式獨(dú)立懸架3.斜臂式獨(dú)立懸架單斜臂式獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)介于單橫臂和單縱臂之間，多用于后輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的后懸架上7。如圖9：圖9 福特sierra轎車(chē)后懸架 (四). 多軸汽車(chē)平衡懸架 1.等臂式平衡懸架是三軸和四軸越野汽車(chē)上普遍采用的一種平衡懸架結(jié)構(gòu)形式。鋼板彈簧的兩端自由地支承在中、后橋半軸套管上的滑板式支架內(nèi)。這樣，鋼板彈簧便相當(dāng)于一根等臂平衡桿，它以懸架心軸為支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可保證汽車(chē)在不平道路上行駛時(shí)，各輪都能著地，且使中、后橋車(chē)輪的垂直載荷平均分配6。如圖10所示： 圖10 三軸汽車(chē)中后橋平衡懸架外觀2.擺臂式平衡懸架主要用于6×2的貨車(chē)上6。如圖11：圖11 擺臂式平衡懸架示

8、意圖 （五）懸架的組成 組成：彈性元件、導(dǎo)向裝置及減振器一）東風(fēng)eq1092型汽車(chē)鋼板彈簧懸架前懸架6如 圖12圖12前懸架 后懸架6如 圖13圖13 后懸架二）減振器作用：對(duì)懸架的上下運(yùn)動(dòng)施加適當(dāng)?shù)淖枇?，使?chē)身與車(chē)架的振動(dòng)衰減，吸收一部分來(lái)自路面的沖擊，以改善汽車(chē)行駛時(shí)懸架系統(tǒng)中由于彈性元件受沖擊產(chǎn)生振動(dòng)，為改善汽車(chē)行駛平順性，懸架中與彈性元件并聯(lián)安裝減振器，為衰減振動(dòng)，汽車(chē)懸架系統(tǒng)中采用減振器多是液力減振器，其工作原理是當(dāng)車(chē)架（或車(chē)身）和車(chē)橋間受振動(dòng)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的活塞上下移動(dòng)，減振器腔內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)腔經(jīng)過(guò)不同的孔隙流入另一個(gè)腔內(nèi)。此時(shí)孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內(nèi)摩

9、擦對(duì)振動(dòng)形成阻尼力，使汽車(chē)振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為油液熱能，再由減振器吸收散發(fā)到大氣中。在油液通道截面和等因素不變時(shí)，阻尼力隨車(chē)架與車(chē)橋（或車(chē)輪）之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度增減，并與油液粘度有關(guān)。 減振器與彈性元件承擔(dān)著緩沖擊和減振的任務(wù)，阻尼力過(guò)大，將使懸架彈性變壞，甚至使減振器連接件損壞。因面要調(diào)節(jié)彈性元件和減振器這一矛盾。 (1) 在壓縮行程（車(chē)橋和車(chē)架相互靠近），減振器阻尼力較小，以便充分發(fā)揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊。這時(shí)，彈性元件起主要作用。 (2) 在懸架伸張行程中（車(chē)橋和車(chē)架相互遠(yuǎn)離），減振器阻尼力應(yīng)大，迅速減振。 (3) 當(dāng)車(chē)橋（或車(chē)輪）與車(chē)橋間的相對(duì)速度過(guò)大時(shí)，要求減振器能自動(dòng)加大液流量，

10、使阻尼力始終保持在一定限度之內(nèi)，以避免承受過(guò)大的沖擊載荷。 在汽車(chē)懸架系統(tǒng)中廣泛采用的是筒式減振器，且在壓縮和伸張行程中均能起減振作用叫雙向作用式減振器，還有采用新式減振器，它包括充氣式減振器和阻力可調(diào)式減振器。雙向作用筒式減振器工作原理說(shuō)明。在壓縮行程時(shí)，指汽車(chē)車(chē)輪移近車(chē)身，減振器受壓縮，此時(shí)減振器內(nèi)活塞3向下移動(dòng)?；钊虑皇业娜莘e減少，油壓升高，油液流經(jīng)流通閥8流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞桿1占去了一部分空間，因而上腔增加的容積小于下腔減小的容積，一部分油液于是就推開(kāi)壓縮閥6，流回貯油缸5。這些閥對(duì)油的節(jié)約形成懸架受壓縮運(yùn)動(dòng)的阻尼力。減振器在伸張行程時(shí)，車(chē)輪相當(dāng)于遠(yuǎn)離車(chē)身，減振器

11、受拉伸。這時(shí)減振器的活塞向上移動(dòng)。活塞上腔油壓升高，流通閥8關(guān)閉，上腔內(nèi)的油液推開(kāi)伸張閥4流入下腔。由于活塞桿的存在，自上腔流來(lái)的油液不足以充滿下腔增加的容積，主使下腔產(chǎn)生一真空度，這時(shí)儲(chǔ)油缸中的油液推開(kāi)補(bǔ)償閥7流進(jìn)下腔進(jìn)行補(bǔ)充。由于這些閥的節(jié)流作用對(duì)懸架在伸張運(yùn)動(dòng)時(shí)起到阻尼作用。 由于伸張閥彈簧的剛度和預(yù)緊力設(shè)計(jì)的大于壓縮閥，在同樣壓力作用下，伸張閥及相應(yīng)的常通縫隙的通道載面積總和小于壓縮閥及相應(yīng)常通縫隙通道截面積總和。這使得減振器的伸張行程產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程的阻尼力，達(dá)到迅速減振的要求。 2如圖14 圖14 減振器三）導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 在中型貨車(chē)中由于鋼板彈簧兼起彈性元件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，所

12、以不用單獨(dú)設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。四）橫向穩(wěn)定桿 在汽車(chē)的前懸架中由于鋼板彈簧的剛度很大，變形小，抗側(cè)傾能力強(qiáng)，所以不必單獨(dú)設(shè)計(jì)橫向穩(wěn)定桿。汽車(chē)懸架的發(fā)展趨勢(shì)(一).主動(dòng)懸架 主動(dòng)懸架系統(tǒng)的剛度和阻尼特性能根據(jù)汽車(chē)的行駛條件進(jìn)行動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，是懸架系統(tǒng)始終處于最佳減振狀態(tài)。1.電子控制主動(dòng)懸架電子控制的主動(dòng)式液壓懸架能根據(jù)懸架的質(zhì)量和加速度等，利用液壓部件主動(dòng)地控制汽車(chē)的振動(dòng)。主動(dòng)式液壓懸架在轎車(chē)上的布置如圖所示，在汽車(chē)重心附近安裝有縱向、橫向加速度和橫擺陀螺儀傳感器，用來(lái)采集車(chē)身振動(dòng)、車(chē)輪跳動(dòng)、車(chē)身高度和傾斜狀態(tài)等信號(hào)，這些信號(hào)被輸入到控制單元ecu，ecu根據(jù)輸入信號(hào)和預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出控制指令，

13、控制伺服電機(jī)并操縱前后四個(gè)執(zhí)行油缸工作6。如圖15：如圖15 主動(dòng)式液壓懸架控制圖但是這種懸架不太適合載重汽車(chē)，成本太高，后期使用費(fèi)用也很高，舒適性不是載重汽車(chē)的主要要求。2.可變特性懸架，如圖16： 圖16 可變特性懸架示意圖3.半主動(dòng)懸架半主動(dòng)懸架與主動(dòng)懸架的區(qū)別是，半主動(dòng)懸架用可控阻尼的減振器取代了執(zhí)行器。因此它不考慮改變懸架的剛度，而只考慮改變懸架的阻尼。半主動(dòng)懸架無(wú)動(dòng)力源，由可控的阻尼元件(減振器)和彈簧組成6。如圖17：三、設(shè)計(jì)（研究）的重點(diǎn)與難點(diǎn)，擬采用的途徑（研究手段）：設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是確定汽車(chē)前后懸架結(jié)構(gòu)形式及各部件的設(shè)計(jì)參數(shù)。1.結(jié)構(gòu)形式的選定；2.根據(jù)已知汽車(chē)主要參數(shù)確定懸架主要參數(shù)（懸架靜撓度f(wàn)c、懸架動(dòng)撓度f(wàn)d、懸架側(cè)傾角剛度及其在前后軸的分配）；3.確定彈性元件（鋼板彈簧）主要參數(shù)滿載弧高fa、鋼板彈簧長(zhǎng)度l、鋼板斷面尺寸及片數(shù)（鋼板彈簧斷面寬度b、鋼板彈簧片厚h、鋼板斷面形狀、鋼板彈簧片數(shù)n）、鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的