轎車懸架系設(shè)計系列2

1、3.懸架系統(tǒng)與整車的匹配1. 獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)的要求：1. 車輪跳動時，輪距變化不超過土 4mm以防止輪胎早期磨損。2. 車輪跳動時，前輪定位角變化特性合理。3. 轉(zhuǎn)彎時，車身在0.4g側(cè)向加速度作用下，車身側(cè)傾角不大 于34°，并保證車輪與車身傾斜同向，以增加不足轉(zhuǎn)向效 應(yīng)。4. 制動及加速時，車身應(yīng)有“抗點頭”及“抗后坐”效應(yīng)。5. 應(yīng)具有足夠的強度，以可靠地承受及傳遞除垂直力以外的力 和力矩。2. 側(cè)傾中心與側(cè)傾軸側(cè)傾中心是指在橫向垂直平面內(nèi)，汽車在橫向力（例如轉(zhuǎn)彎離心力） 作用下，車身在前、后軸處側(cè)傾的瞬時迴轉(zhuǎn)中心。前后、軸的側(cè)傾中心 距地面的高度，被稱

2、之為側(cè)傾中心高度 hg，如圖1所示。圖1前懸架側(cè)傾中心高度hg可按圖1中各參數(shù)計算獲得 在前面計算懸架偏頻時已知：m=150S =5.36 °P=2428B=740求hg在厶EOM,OW=PSin S =2428Sin5.36 ° =226.8EW=PCosS =2428Cos5.36° =2417.4OQ=OW+m=226.8+150=376.8QT=EW+m tg =2417.4+150 tg11 ° =2446.56 OQ/hg=QT/B P/QT=k/B hg=376.8 X 740/2446.56=114 mmk=PB/QT=2428 X 74

3、0/2446.56=734.7mm而后懸架采用縱置擺臂式非獨立懸架，如圖2所示圖2此類縱置擺臂式非獨立懸架的側(cè)傾中心， 一般都大約在車軸中心處。如圖3示前側(cè)傾中心后側(cè)傾中心圖3側(cè)傾軸：將前、后軸側(cè)傾中心連接成一條軸線，此軸線位于汽車橫向 對稱中心面上，并與汽車重心在同一平面內(nèi)。如圖3所示。車身在側(cè)向力（側(cè)風(fēng)、轉(zhuǎn)彎離心力等）作用下圍繞側(cè)傾軸線的轉(zhuǎn)角©稱為車身側(cè)傾角。側(cè)傾角©直接影響到汽車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向效應(yīng)。側(cè)傾角過警告信號。大，乘客感到不安全、不舒服；側(cè)傾角過小，則懸架的側(cè)傾角剛度過大， 單輪遇到障礙物時，車身會受到強烈沖擊，平順性差。側(cè)傾角過小會使 駕駛員失去汽車將要發(fā)生側(cè)滑、

4、側(cè)翻的3側(cè)傾角l汽車作穩(wěn)態(tài)圓周行駛時，側(cè)傾力矩 皿除以懸架總角剛度 Ci （前、后懸架），即得側(cè)傾角ll =M / C i4側(cè)傾力矩M側(cè)傾力矩M由三部分組成:1）懸架質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩 Ml i汽車作勻速圓周行駛時，懸架質(zhì)量的離心力為F y=Gb / gR懸架重量 kg車速2m/sFy為a b L h h h重力加速度9.8m/s轉(zhuǎn)彎半徑my h懸架質(zhì)量的質(zhì)心至側(cè)傾軸線的距離 懸架質(zhì)量的質(zhì)心至前軸線的距離 懸架質(zhì)量的質(zhì)心至前軸線的距離 軸距m前軸側(cè)傾中心至地面的距離 m 后軸側(cè)傾中心至地面的距離 m 懸架質(zhì)量的質(zhì)心至地面的距離 mhs- （hi bs+ h2 as ） /L側(cè)傾后，懸架質(zhì)

5、量引起的側(cè)傾力矩 M2如圖4所示。圖42=Ge Gh©3）獨立懸架中，非懸架質(zhì)量的離心力引起的側(cè)傾力矩 M 3汽車作穩(wěn)態(tài)圓周運動時，其側(cè)傾力矩為：M© = M© 計 MU 2+M> 3為簡化計算，一般取M ©- M©i5側(cè)傾角剛度G懸架的側(cè)傾角剛度 G等于前、后懸架（C© +G©）及前、后橫向穩(wěn)定桿 （Gb +Cb）的側(cè)傾角剛度之和。C© =G © +C2© + Ci b +C2b懸架的側(cè)傾角剛度 G的大小，及其在前后輪的分配比例，對車輛側(cè)傾 角的大小、側(cè)傾時前、后軸及左、右車輪的載荷再分

6、配，以及車輛的穩(wěn) 態(tài)響應(yīng)特性有一定的影響。1 ）求前懸架側(cè)傾角剛度 G©:在麥?zhǔn)溪毩壹苤?，已知車輪上的懸架?度為Ci （具體驗算見偏頻計算實例），如圖5所示。圖5前懸架側(cè)傾角剛度可按下式計算2C© 1=2 （uk / p ） Ci將偏頻計算實例中的參數(shù)結(jié)果，代入上式后得出前懸架角剛度2G 1=2 (2331X 734.7 / 2428 ) X 22.08=21970317N.mm=21970 N.m/rad2）求后懸架角剛度Q由于后懸架為扭梁式非獨立懸架結(jié)構(gòu)，其懸架角剛度 C2,計算方法與縱向擺臂式非獨立懸架相同，可按下式計算：如圖6所示已知：S= 1134后彈簧剛度C

7、S=24.25 N /mmm=398mmn=322 mm空載單輪懸架質(zhì)量G2=1430 N滿載單輪懸架質(zhì)量G2= 2980 N驗算：其懸架剛度C2=C(n/m)2=24.25(322/398)2=15.87 N/mm空載撓度 f 02= GJC2=1430/15.87=106mm=10.6cm 滿載撓度 f 2= G02/C2=2980/15.87=188mm=18.8cm 空載偏頻n 02=300 / Vf°2 =300 / V 10.6=92 次/ 分滿載偏頻n2=300 / Vf2 =300 / V 18.8=69 次/分懸架角剛度Go =§G / 2= 1.134

8、2X 15870 / 2=10204 N.m/rad3.求前穩(wěn)定桿角剛度Gb如圖7、8所示圖7圖8 已知：B=670mmm=256 mmd=18 mm車輪上跳撓度S=100mm穩(wěn)定桿連接點上行撓度S2=96mm由作圖得知，穩(wěn)定桿最大工作扭轉(zhuǎn)角為書=22° =0.384rad 驗算：前穩(wěn)定桿角剛度 Cb = n d4G / 32B N.mm/rad32前穩(wěn)定桿扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 t =16M / n d N/mm式中G剪切彈性模數(shù)G=75460 N /mmd穩(wěn)定桿直徑 mmM作用在穩(wěn)定桿上的扭矩N.mmB穩(wěn)定桿有效工作長度mm將已知數(shù)代入后得 :前穩(wěn)定桿角剛度 Gb = n d4G / 32B=

9、 nX 18* 75460 / 32 X 670=1160732 N.mm/rad=1160.7 N.m / rad作用在穩(wěn)定桿上的扭矩M=Gb =1160732X 0.384=445721N.mm=445.7 N.m前穩(wěn)定桿扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 t =16M / n d3=16X 445721 / n 183=389.2 N/mm24懸架系統(tǒng)減震器的匹配4 1. 減震器的工作特性根據(jù)前述單自由度振動方程：質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動是由懸架質(zhì)量 M彈簧剛度C、減震器阻尼系數(shù)S 組成。該系統(tǒng)的自由振動可由以下齊次方程來描述：Mz+ S z + Cz= 0令2n = S /M ,3 o2 =C/M后可以置代為下式&#

10、39;' 2z''+2nz + 3 02z = 0該微分方程的解為：-n t221/2z = AeSin(3 o - n ) t +a-n t221/2z = AeSin(3 o - n ) t +a將上式繪制成 A-t (振幅時間)曲線,如圖 9 所示。曲線指出：有阻尼自由振動時，質(zhì)量 M以圓頻率(3 o2 - n2 ) 1/2振動， 其振幅按 e-nt 衰減。式中 n= S /2M 有阻尼自由振動時的固有頻率3 d=(3 02 - n2 ) 1/2 ，若改寫為 3 d=( 3 02 - n2 )1/2=3 0(1-2)1/2 ( 1)式中起名為相對阻尼系數(shù)3 o=V

11、C/M稱之為無阻尼自由振動的固有圓頻率rad/s（轉(zhuǎn)換為的固有頻率0=3 02 n =1/2n XV C/Mc/s 或 Hz)由（1）式中，相對阻尼系數(shù)書=n 3 0=n/ （VC/M）將n= S /2M代入并整理后得：書=S /2 VCMC懸架剛度 N/mmM懸架質(zhì)量 kg.s 2/9800mmS減震器阻尼系數(shù)N.s/mm減震器的性能常用 阻力一位移、阻力一速度 特性來描述。前者稱為“示功圖”，后者稱為“速度特性圖” 。3減震器阻尼系數(shù)的物 理意義是：懸架在自由振動的條件下，如果減震器活塞速度 V與阻力F之 間的特性關(guān)系是線性的，換句話說是直線關(guān)系，即F=S VS是該直線的比例常數(shù)，即斜率。

12、如果減震器速度特性是非線性的即曲線關(guān)系，則F=S vi減震器阻尼系數(shù)S仍然代表曲線的斜率。在懸架小幅度振動范圍內(nèi)，速 度特性可視為線性的關(guān)系。這樣一來指數(shù) i在減震器卸荷閥打開時i =1 此時稱為線性阻尼特性，如圖10所示。圖10速度特性HOOr Xmln亡 5mlri100伸張|二V (m/s)壓縮壓縮伸張圖11示功圖圖11表示減震器行程為100mn以每分鐘100次、25次振動測得的 阻力一位移特性（示功圖）。通常減震器的試驗速度 V,常選定在0.05m/s、0.1 m/s、0.3 m/s、0.52 m/s、 0.6m/s的范圍內(nèi)進行。4-2減震器相對阻尼系數(shù)®的確定由上節(jié)得知：相

13、對阻尼系數(shù)書=S /2 VCM 實踐中，常常通過所測得的 A T （振幅一時間）曲線如圖1所示，根據(jù)兩 個相鄰振幅的比值m=AI A來求出相對阻尼系數(shù)書值。然后再算出減震器 阻尼系數(shù)S的大小。具體計算公式如下：書=1/ （1+4 n 2/ln 2m） 1/2m=A 1 I A 2ln自然對數(shù)相對阻尼系數(shù)書的物理意義是指減震器的阻尼作用，同樣大小的減震器阻 尼系數(shù)在與不同剛度、不同質(zhì)量的懸架系統(tǒng)匹配時，會產(chǎn)生不同的阻 尼效果。一般減震器的書值在01之間選擇，書值越大，運動性質(zhì)就越接 近非周期性（即不等時性），故書也稱為非周期性系數(shù)。相對阻尼系數(shù)書值取得大，能使振動迅速衰減，但會給車身帶來較強烈

14、的路面沖擊力，書值取得小，振蕩衰減慢，平順性變差。通常在壓縮行程選擇較小的書值，在伸張行程選擇較大的書值。但是當(dāng)代轎車由于廣泛采用前置前驅(qū)動結(jié)構(gòu)， 前軸負(fù)荷較重且離地間隙較小， 為避免汽車行駛在不平路面上底盤與地相刮碰，往往采取相反的措施， 將伸張行程的書值大于壓縮行程的書值，例如花冠轎車就是這樣的。通常書=0.25-0.5，對于無內(nèi)摩擦的彈性元件懸架（如麥?zhǔn)蠎壹埽?0.25-0. 5 ;對于有內(nèi)摩擦的鋼板彈簧懸架，書值可取小些。對于越 野車，書值應(yīng)當(dāng)取大些，且書值大于 0.3。 為迅速衰減汽車振動又不把大的路面沖擊傳遞到車身上，一般把減震器 拉伸和壓縮阻力按8： 26： 4的比例關(guān)系分

15、配。4-3減震器阻尼系數(shù)s的確定減震器阻尼系數(shù)S =2 VCM由于存在導(dǎo)向機構(gòu)的杠桿比關(guān)系（圖12），懸架阻尼系數(shù)S可由下式計算：S = (CM) i 7cos2ai =n / b a 減震器安裝角圖124-4計算實例以某款轎車前減震器為例，4-4- 1已知：滿載前單輪懸架質(zhì)量G=308kg懸架彈簧剛度C=22.08N/mm減震器試驗速度V=0.3m/s時 拉伸阻力Fr=684N壓縮阻力Fp=640N V=0.6m/s時 拉伸阻力Fr=925N壓縮阻力Fp=950N4 4 2計算：根據(jù)前述，減震器阻尼系數(shù)S代表速度（V）阻力（F）曲 線的斜率（導(dǎo)數(shù)），因此，拉伸行程時的阻尼系數(shù) SS=dF /

16、dV =（925-684） /（0.6-0.3） 相對阻尼系數(shù)書=S /2 VCMC懸架剛度 N/mmM懸架質(zhì)量 kg.s /9800mmS減震器阻尼系數(shù)N.s/mm拉伸行程的相對阻尼系數(shù)書=S /2 V CM = 0.8 /2 V22.08 X 308/9800=0.48同樣方法可將壓縮行程的減震器阻尼系數(shù)S和相對阻尼系數(shù)書值。S =（ 950-640）/（0.6-0.3）書=5 /2 VCM = 1.033 /2 V22.08 X 308/9800=0.62由于存在導(dǎo)向機構(gòu)的杠桿比關(guān)系，懸架相對阻尼系數(shù)®可由下式計算：22書0= 5 cos a / (2®VCM ) i

17、i =n / b=398/361=1.1a=110拉伸行程的懸架相對阻尼系數(shù)® 0=0.8cos2110 /(2 V22.08 X 308/9800)1.1 2=0.38該計算值符合推薦值 書=0.25-0. 5 范圍內(nèi)。443 減震器缸內(nèi)工作油壓 p 的計算已知:缸徑 d=25mmV=0.6m/s 時 拉伸阻力 Fr=925N壓縮阻力 Fp=950N拉伸時, F r=0.78d2pr2 2 2p r= Fr/ 0.78d 22=190 N/cm2 壓縮時, F P=0.78d2pPp p= Fr/ 0.78d 22=195N/cm24-4-4最大卸荷力F。的確定為了減少傳給車身的沖

18、擊力， 當(dāng)減震器活塞振動速度達到一定值時， 減震器 應(yīng)打開卸荷閥，此時活塞速度稱為卸荷速度 VxVx=A3 cos a / i車身振幅 取± 40mmVx卸荷速度 一般為0.15-0.3 m / s3 懸架固有圓頻率 rad/s 若伸張行程時的阻尼系數(shù)為S °,則最大卸荷力Fo=S o Vx4 4-5減震器工作缸直徑D的確定減震器工作缸直徑D可由最大卸荷力F°和缸內(nèi)允許壓力p近似求得:2 1/2D=4F° / n p（1-入 2） 缸內(nèi)允許壓力p =3-4 N/mm 2入工作缸直徑D與活塞桿直徑d之比 入=D / d = 0.3-0.35D 值應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)缸徑值：20、30、40、50、65 mm工作缸筒用低碳無縫鋼管制成，壁厚為1.5-2mm。貯油筒直徑 D= （1.35-1.5 ） D,壁厚為1.5-2mm。5.懸架緩沖塊的應(yīng)用為了防止懸架被“擊穿”所造成的撞擊，在車輪上跳到一定行程時，與 主彈性元件（如螺旋彈簧）并聯(lián)一個非線性程度很強的彈性元件，這就是緩沖 塊。用它來限制懸架行程，以吸收從車輪傳到車身上的沖擊載荷，如圖13