礦用越野車懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)_圖文

1、第1章 緒 論1.1課題的背景和意義 目前，礦用防爆車是礦藏開(kāi)采行業(yè)迫切需要的生產(chǎn)設(shè)備之一，國(guó)內(nèi)大型礦藏井下運(yùn)輸車輛(包括人員運(yùn)送車、貨運(yùn)車輛)主要為4x2防爆車輛，還有3000輛以上非防爆車輛。從2008年4月起，國(guó)家安全監(jiān)督局己下文明令禁止井下使用非防爆車輛。由于井下道路狀況較差，形同越野路面，礦用越野防爆車對(duì)于提高井下勞動(dòng)效率，改善工人的勞動(dòng)條件和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度顯得尤為重要。我國(guó)目前尚未有此類產(chǎn)品，在用礦用越野車均為進(jìn)口產(chǎn)品，因此設(shè)計(jì)該款車在替代進(jìn)口，結(jié)束國(guó)外公司的壟斷，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的礦用越野車等方面具有重要的意義。國(guó)內(nèi)礦用井下越野車輛基本為澳大利亞的SMV及德國(guó)的PAUS壟斷，購(gòu)

2、買和維護(hù)費(fèi)用高昂，制約其大量推廣使用，自主開(kāi)發(fā)一款適合中國(guó)國(guó)情的，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的礦用越野車顯得迫在眉睫。本論文研究的特種防爆礦用越野車國(guó)產(chǎn)化程度高，無(wú)論在購(gòu)買成本和使用成本等方面都將大大低于進(jìn)口產(chǎn)品，設(shè)計(jì)針對(duì)性較強(qiáng)，在性能上將更加適應(yīng)我國(guó)井下作業(yè)，針對(duì)井下作業(yè)車這一細(xì)分市場(chǎng)其前景非?？春谩ｋm然國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)普通汽車懸架的設(shè)計(jì)己經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作，如多連桿獨(dú)立懸架、雙橫臂獨(dú)立懸架等。但對(duì)一些特種車輛的懸架設(shè)計(jì)研究很少，如該礦用作業(yè)越野防爆車的多連桿非獨(dú)立懸架。如果把普通汽車的懸架設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)套加在此特種汽車懸架設(shè)計(jì)的研究上，是不合適的。因此，有必要將其作為特殊對(duì)象來(lái)加以研究。該特種礦用作業(yè)車是應(yīng)

3、我國(guó)某礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)人員的強(qiáng)烈要求，為提高工作效率、減少安全事故專門開(kāi)發(fā)的4x4防爆車輛。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在國(guó)外，汽車懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究起步較早，幾乎是隨著獨(dú)立懸架的誕生就開(kāi)始了，而汽車懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究是在上世紀(jì)80年代興起的。德耶爾森.賴姆帕爾著的汽車底盤基礎(chǔ)對(duì)車輪定位參數(shù)做了準(zhǔn)確的定義，著重分析了車橋運(yùn)動(dòng)學(xué)和彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)時(shí)軸距、輪距、側(cè)傾軸線和前輪定位參數(shù)的變化對(duì)懸架性能的影響以及對(duì)整車操縱穩(wěn)定性的影響。阿達(dá)姆·措莫托著的汽車行駛性能和安培正人著的汽車的運(yùn)動(dòng)與操縱介紹了懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)汽車行駛性能的影響，并對(duì)懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析。德國(guó)Wolfga

4、ng Matschinsky編寫的車輛懸架從懸架的理論建模、橡膠支撐的模型出發(fā)對(duì)懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的理論分析作了較為深入的研究。在懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，將懸架簡(jiǎn)化成多連桿機(jī)構(gòu)，用圖解法來(lái)分析輪胎的跳動(dòng)所引起的懸架變形;在懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，則對(duì)懸架模型作了受力分析，推導(dǎo)出變形與力的關(guān)系，并將橡膠襯套鉸接的處理簡(jiǎn)化成三根兩兩垂直的彈簧。在國(guó)內(nèi)，近幾十年來(lái)才逐步開(kāi)展對(duì)汽車懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究。中國(guó)工程院院士郭孔輝所著汽車操縱穩(wěn)定性對(duì)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)作了最為系統(tǒng)的分析，并且在國(guó)內(nèi)首次提出了從側(cè)向力、縱向力轉(zhuǎn)向的角度研究懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)。吉林大學(xué)的林逸教授等人在90年代也先后在各報(bào)刊發(fā)表文章闡述了橡膠元件的基本性能，著

5、重分析了獨(dú)立懸架中橡膠元件對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的和平順性的影響，并提出了處理彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題的一般思路和方法。吉林大學(xué)工學(xué)博士楊樹(shù)凱發(fā)表博士論文橡膠襯套對(duì)懸架彈性運(yùn)動(dòng)與整車轉(zhuǎn)向特性影響的研究，重點(diǎn)分析了影響懸架彈性運(yùn)動(dòng)的因素及本質(zhì)原因(橡膠襯套變形)。在分析懸架橡膠襯套工況特點(diǎn)和傳統(tǒng)襯套模型不足的基礎(chǔ)上，基于有限元與模態(tài)綜合理論建立了面向結(jié)構(gòu)的橡膠襯套柔性體模型，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究。1.3課題研究的目的和內(nèi)容礦用越野車在我國(guó)應(yīng)用較廣，其中懸架是礦用越野車的的主要部件，其設(shè)計(jì)的成功與否決定著車輛的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性、舒適性等多方面的設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉的懸架系統(tǒng)，能大大降低整

6、車生產(chǎn)的總成本，推動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以本題設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)優(yōu)良的礦用越野車懸架系統(tǒng)具有一定的實(shí)際意義。本課題主要研究?jī)?nèi)容包括:(l)懸架系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，它包括對(duì)懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)和系統(tǒng)各零部件的總體布置設(shè)計(jì)。(2)懸架系統(tǒng)的彈簧元件性能設(shè)計(jì)和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)布置設(shè)計(jì)，根據(jù)整車總體布置方案對(duì)平順性提出的要求確定懸架系統(tǒng)彈性元件的剛度;根據(jù)行駛路面的狀況來(lái)確定懸架系統(tǒng)的動(dòng)撓度;根據(jù)整車行駛的姿態(tài)和要求來(lái)確定彈性元件的自由長(zhǎng)度等;根據(jù)懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)布置參數(shù);根據(jù)懸架總體布置方案來(lái)確定懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在汽車縱向平面、橫向平面以及水平面內(nèi)布置方案。第2章 懸架結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)及主要參數(shù)的確定2.

7、1懸架的概論懸架的形式根據(jù)其是用于可轉(zhuǎn)向的前橋，還是后橋，是用于驅(qū)動(dòng)橋，還是非驅(qū)動(dòng)橋而有所不同。按照導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式不同，懸架基本上可以分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩大類。屬于后者的有雙橫臂式懸架、麥弗遜式懸架、縱臂式懸架以及斜置單臂式懸架等。在所有非獨(dú)立懸架中，車橋在整個(gè)彈簧行程范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，為此必須提供車橋上方的空間。對(duì)于后橋來(lái)說(shuō)，這就要減小行李箱空間，并使備胎布置困難;而對(duì)于前橋來(lái)說(shuō)，車橋要布置在發(fā)動(dòng)機(jī)下方，為了獲得足夠的彈簧壓縮行程，即不可避免地要抬高發(fā)動(dòng)機(jī)或者是把它后移。由于這個(gè)原因，非獨(dú)立懸架用于前橋常常是在載貨汽車以及全輪驅(qū)動(dòng)的多用途轎車中汽車懸架包括彈性元件，減振器和傳力裝置等三部分，

8、這三部分分別起緩沖，減振和力的傳遞作用。從轎車上來(lái)講，彈性元件多指螺旋彈簧，它只承受垂直載荷，緩和及抑制不平路面對(duì)車體的沖擊，具有占用空間小，質(zhì)量小，無(wú)需潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)，但由于本身沒(méi)有摩擦而沒(méi)有減振作用。減振器指液力減振器，是為了加速衰減車身的振動(dòng)，它是懸架機(jī)構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機(jī)械件。傳力裝置是指車架的上下擺臂等叉形剛架、轉(zhuǎn)向節(jié)等元件，用來(lái)傳遞縱向力，側(cè)向力及力矩，并保證車輪相對(duì)于車架(或車身)有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2.2獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架的特點(diǎn)雙橫臂獨(dú)立懸架的特點(diǎn)是在汽車的每一側(cè)均有兩根橫臂，橫臂外端通過(guò)球鉸與轉(zhuǎn)向節(jié)軸連接。兩橫臂可使車輪的上下跳動(dòng)符合所需的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，并由橫臂傳力給車身。但是

9、側(cè)向力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加力矩，使得曲線行駛時(shí)汽車車身的側(cè)傾度增大，這是一個(gè)缺點(diǎn)。擺臂需用支座支承，這些支座會(huì)在載荷下變形，并影響懸架剛度；由于支座中的橡膠件的扭轉(zhuǎn)使得剛度增大，或是由于部件之間的相互滑動(dòng)增大了摩擦。因此，要盡可能的減小曲線行駛時(shí)車身的側(cè)傾。通過(guò)采用較硬的彈簧，附加橫向穩(wěn)定桿或是增大側(cè)傾中心的高度可以達(dá)到這一目的。不等臂雙橫臂上臂比下臂短。當(dāng)汽車車輪上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，上臂比下臂運(yùn)動(dòng)弧度小。這將使輪胎上部輕微地內(nèi)外移動(dòng)，而底部影響很小。這種結(jié)構(gòu)有利于減少輪胎磨損，提高汽車行駛平順性和方向穩(wěn)定性，如圖2.1所示。 圖2.1 雙橫臂式獨(dú)立懸架示意圖非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)車輪由一根剛性整體式車

10、橋相連，車輪連同車橋一起通過(guò)彈性懸架懸掛在車架的下面。其主要優(yōu)點(diǎn)是:(l)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，維修方便，工作可靠;(2)車輪同向跳動(dòng)時(shí)，輪距、前束和外傾角沒(méi)有變化，從而使得輪胎磨損小和具有良好的轉(zhuǎn)向安全性;(3)彎道行駛時(shí)車身側(cè)傾后也沒(méi)有車輪外傾角變化(忽略車軸的彈性變形)，即可保持輪胎傳遞側(cè)向力的能力不變;(4)側(cè)向力產(chǎn)生的力矩通過(guò)一根可布置在合適高度的橫臂來(lái)承受，并由此影響側(cè)向力引起的不足轉(zhuǎn)向或過(guò)多轉(zhuǎn)向性能。其主要缺點(diǎn)是:(1)縱向板簧式非獨(dú)立懸架由于其縱向長(zhǎng)度的限制，使之剛度較大，影響平順性;簧下質(zhì)量大;(2)在不平路面上行駛時(shí)，左、右車輪相互影響，并使車軸(橋)和車身側(cè)斜;(3)當(dāng)兩側(cè)

11、車輪不同步跳動(dòng)時(shí)，車輪會(huì)左、右搖擺，影響汽車操縱穩(wěn)定性;(4)前輪跳動(dòng)時(shí)，懸架容易與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉;(5)當(dāng)汽車直線行駛在凹凸不平的路段上時(shí)，由于左右兩側(cè)車輪反向跳動(dòng)，或者一側(cè)車輪跳動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生軸轉(zhuǎn)向特性，影響操縱穩(wěn)定性。2.3前后懸架方案的選擇本設(shè)計(jì)參考車型為SMV礦用越野車的技術(shù)參數(shù)，參數(shù)如下 表2.1 SMV礦用越野車參數(shù)總長(zhǎng)x總寬x總高(mm)5500x1800x2100軸距(mm)3300整車整備質(zhì)量(kg)4700滿載質(zhì)量(kg)7800空載前橋軸荷(kg)2320滿載前橋軸荷(kg)2380空載后橋軸荷(kg)2380滿載后拼軸荷(kg)5420車輪外傾(°)

12、 1主銷內(nèi)傾(°)8前輪距(mm)1575后輪距(mm)1575 最高車速(kmh) 50 滿載質(zhì)心高(mm) 1000圖2.2 SMV外形圖由于礦井下的路面環(huán)境惡劣，為了提高駕駛員的舒適性，前懸架采用上下不等長(zhǎng)的雙橫臂獨(dú)立懸架。如圖2.3所示。后懸架的軸載荷比較大，采用鋼板彈簧的非獨(dú)立懸架。圖2.3雙橫臂獨(dú)立懸架2.4懸架主要參數(shù)的確定 1.前后懸架的靜撓度懸架靜撓度f(wàn)c是指汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷Fw與此時(shí)懸架剛度k之比，即 fc=Fwk汽車前、后懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性的主要參數(shù)之一。因現(xiàn)代汽車的質(zhì)量分配系數(shù)近似等于1，于是汽車前、后軸上

13、方車身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系。且汽車前、后部分車身的固有頻率(也稱偏頻)n1和n2可用下式表示: =; = (2.1) 用途不同的汽車，對(duì)平順性要求亦不同。以運(yùn)送人為主的乘用車，對(duì)平順性的要求最高，客車次之，貨車更次之。貨車滿載時(shí)，前懸架偏頻要求在1.502.10Hz，而后懸架則要求在1.702.17Hz。選定偏頻以后便可以計(jì)算懸架的靜撓度，且希望前、后懸架的靜撓度接近的同時(shí)，后懸架的靜撓度比前懸架的靜撓度小一些，從而有利于防止車身產(chǎn)生較大的縱向角振動(dòng)。考慮到貨車前、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 =(0.60.8)。根據(jù)整車總體設(shè)計(jì)要求，取前、后

14、懸偏頻 =l.75Hz， =2Hz。將偏頻代入上述公式，即可算得該車前懸靜撓度=8.16cm，取靜撓度值為82mm;后懸靜撓度=6.25cln，取靜撓度值為63mm。 2.前后懸架的動(dòng)撓度懸架的動(dòng)撓度是指從滿載靜止平衡位置開(kāi)始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形時(shí)，車輪中心相對(duì)車架的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動(dòng)撓度，以防止在壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰撞緩沖塊對(duì)乘用車取58cm，對(duì)貨車取69cm。本設(shè)計(jì)取80mm。 3.前后懸架的彈性特性懸架受到的垂直外力F與由此引起的車輪中心相對(duì)于車身位移f（即懸架的變形）的關(guān)系曲線，稱為懸架的彈性特性。其切線的斜率是懸架的剛度。本文所選螺旋彈簧為線性螺旋簧，在動(dòng)撓度行

15、程內(nèi)，其彈簧剛度為線性。 4.前后懸架的側(cè)傾剛度及其在前后懸架的分配懸架側(cè)傾角剛度是指簧上質(zhì)量產(chǎn)生單位側(cè)傾角時(shí)，懸架給車身的彈性恢復(fù)力矩。側(cè)傾角過(guò)大或過(guò)小都不好。一般要求，當(dāng)汽車彎道行駛時(shí)，在0.4g的側(cè)向加速度作用下，貨車車身側(cè)傾角不超過(guò)67，轎車的車身側(cè)傾角在2.54。前、后懸架側(cè)傾角剛度的分配會(huì)影響前、后輪的側(cè)偏角的大小，從而影響車輛的操縱穩(wěn)定性。為滿足汽車稍有不足轉(zhuǎn)向特性要求，汽車在曲線行駛中，一般應(yīng)使前軸的輪胎側(cè)偏角略大于后軸的輪胎側(cè)偏角。為此，應(yīng)使前懸架具有的側(cè)傾角剛度略大于后懸架的側(cè)傾角剛度。另外，汽車設(shè)計(jì)上常常采用較硬的彈簧，附加橫向穩(wěn)定桿或增大側(cè)傾中心的高度，減小曲線行駛時(shí)車

16、身的側(cè)傾。因整車布置的原因，后軸軸荷較大，必須布置大剛度后懸彈簧，因此引起后懸側(cè)傾角剛度過(guò)大，造成前后懸側(cè)傾角剛度失配。由于懸架的側(cè)傾角剛度同時(shí)受懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)、剛度參數(shù)和彈性元件剛度、簧距的影響，所以可以通過(guò)設(shè)計(jì)合理的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來(lái)避免前、后懸架側(cè)傾角剛度比例不合理。本文所研究的特種車后懸導(dǎo)向結(jié)構(gòu)采用獨(dú)特的交叉縱臂結(jié)構(gòu)，當(dāng)車身傾斜時(shí)，不提供附加側(cè)傾剛度;前懸導(dǎo)向結(jié)構(gòu)采用兩個(gè)具有合適角度的斜置縱臂，當(dāng)車身傾斜時(shí)，提供較大的附加側(cè)傾剛度，實(shí)現(xiàn)前、后軸懸架側(cè)傾角剛度的合理分配。2.5本章小結(jié) 本章介紹了了懸架的基本結(jié)構(gòu)，介紹了獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架的特點(diǎn)，進(jìn)而根據(jù)該車的工作環(huán)境以及整車的總布置要求

17、完成了該特種車的懸架系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，根據(jù)前后軸荷的分配及其大小確定了前后懸架的結(jié)構(gòu)形式和總體布置方案。并且根據(jù)給定的參數(shù)確定了前后懸架的靜撓度和動(dòng)撓度，了解前后懸架的彈性特性，了解懸架的側(cè)傾角剛度及其再在前后懸架的分配。 第3章 前后懸架彈性元件的設(shè)計(jì)3.1前懸架彈性元件的設(shè)計(jì)彈性元件作為懸架的重要組成部分，對(duì)懸架的各項(xiàng)性能影響很大。為了滿足汽車具有良好的行駛平順性，要求由簧上質(zhì)量與彈性元件組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)在合適范圍，并盡可能低。3.1.1前懸架螺旋彈簧的計(jì)算由第2.4.1可知:前懸靜撓度=82mm，前橋軸空載質(zhì)量2320kg， 前橋滿載質(zhì)量2380kg，前輪距1575mm。 選擇彈

18、簧的類型為冷卷壓縮彈簧，材料為60Si2MnA C類 初選彈簧鋼絲直徑 初選旋繞比 彈簧中經(jīng) = 初選工作行程 1.螺旋彈簧剛度 = （3.1）式中： 彈簧最大工作載荷； 彈簧最小工作載荷。= 2.螺旋彈簧的工作圈數(shù) = （3.2）式中： 彈簧中經(jīng) mm d 彈簧鋼絲直徑 mm 彈簧工作圈數(shù) 彈簧材料的剪切彈性模量，取8.3MPa = =8.16取 3.彈簧的總?cè)?shù) 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) =i+2=8+2=10 4.彈簧在最小工作載荷下的變形量 = （3.3） = 5.彈簧最大工作載荷下的變形量 （3.4） 6.彈簧極限載荷下的變形量 （3.5）式中： 極限工作載荷 取 7.彈簧的并緊高度 8.彈簧

19、的自由高度 （3.6）式中： 彈簧壓并時(shí)的變形量，根據(jù)彈簧的工作區(qū)應(yīng)在全變形的20%80%。取 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 = 弧高 第六片葉片： 曲率半徑 （cm） =86.09cm 弧高 第七片葉片： 曲率半徑 （cm） =74.16cm 弧高 第八片葉片： 曲率半徑 （cm） =65.13cm 弧高 6.裝配后彈簧總成弧高的計(jì)算，見(jiàn)表后懸架鋼板彈簧的校核 1.滿載負(fù)荷的實(shí)際應(yīng)力 （3.28）式中： 葉片預(yù)應(yīng)力，； 由引起的葉片應(yīng)力，； = （3.29） 式中： 主片的端面模數(shù)，=0.15b=3.396 分配到各葉片上的彎矩，； = （3.30）式中： 滿載靜負(fù)荷的最大彎矩，；

20、（3.31）式中：q 板簧每端滿載靜負(fù)荷，N； 板簧的有效長(zhǎng)度之半，cm； 表3.5后彈簧總成弧高的計(jì)算片號(hào)/cm/10.910.91664356287496527.074.134.1320.911.82664356287496265.478.204.1330.912.73553025166375190.057.964.2840.913.6448.32332.89112678.6133.258.754.2350.914.5542176474088106.688.274.0560.915.4635.51239.0443614.286.097.203.4370.916.3731.5922.2531

21、255.974.166.693.2680.917.281728949130/cm/cm/cm/cm01014.13527.074.070.52.03516.615353.283.680.338275.504.559.49217.641.8611.05180.373.770.170.642.3112.53152.223.430.140.482.6415.88132.651.120.1250.145.3216.62116.53 注： 第k片葉片在自由狀態(tài)下的弧高，cm； 第k片葉片在貼合到上一片葉片后的弧高

22、，cm； 當(dāng)?shù)趉片葉片貼合于上一葉片后，使上一葉片的弧高增大的數(shù)值，cm； 當(dāng)?shù)趉片葉片貼合后彈簧的弧高（即裝配后的弧高），cm； 第k片葉片貼合于上一葉片后的曲率半徑，包括葉片本身的厚度，cm； 表中其他符號(hào)同表3.2 式中： 主片的端面模數(shù)，=0.15b=3.396 分配到各葉片上的彎矩，； = （3.30）式中： 滿載靜負(fù)荷的最大彎矩，； （3.31）式中：q 板簧每端滿載靜負(fù)荷，N； 板簧的有效長(zhǎng)度之半，cm； 第一片葉片： =24476.15 第二片葉片： =24501.15 第三片葉片： =20426.8 第四片葉片： =17962.9 第五片葉片： =15643 第六片葉片： =

23、13141.9 第七片葉片： =11789.7 第八片葉片： =6417.6 葉片的實(shí)際應(yīng)力均小于60%=15680060%=94080 故安全。 2.對(duì)鋼板彈簧銷的校核 對(duì)鋼板彈簧銷，要校核驗(yàn)算鋼板彈簧受靜載荷時(shí)它收到的擠壓力 （3.32）式中： 滿載靜止時(shí)鋼板彈簧端部載荷； 卷耳處葉片厚； 鋼板彈簧銷直徑。 本設(shè)計(jì)鋼板彈簧銷材料為40鋼經(jīng)液體碳氮共滲處理，彈簧銷的許用擠壓應(yīng)力取34MPa。<，符合要求。 3.2.3后懸架減振器的匹配 1.減震器的選擇 后懸架的減振器仍選雙向筒式減振器。 2.相對(duì)阻尼系數(shù) 取 （3.33） （3.34） 求得 y =0.227 s=0.453 3.減振

24、器阻尼系數(shù)的確定 后懸架系統(tǒng)固有振動(dòng)頻率 壓縮行程減震器的阻尼系數(shù) 取 ° 可求 同理可求拉伸時(shí)的阻尼系數(shù) 4.最大卸荷力的確定 伸張是的最大卸荷力 5.后懸架減振器工作缸直徑D的確定 取3.8MPa 取0.4 取貯油筒直徑，材料為20鋼，壁厚取2cm。 取D=65mm 貯油筒直徑 活塞桿直徑 3.3本章小結(jié) 本章根據(jù)給定的參數(shù)對(duì)前懸架的螺旋彈簧及后懸架的鋼板彈簧等彈性元件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。對(duì)螺旋彈簧的自由高度和并緊高度，彈簧的節(jié)距，彈簧的螺旋角，彈簧的曲度系數(shù)以及彈簧的最小切應(yīng)力和最大切應(yīng)力等參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算了彈簧在最小工作載荷和最大工作載荷以及極限載荷下的變形量。對(duì)鋼板彈簧的總

25、慣性矩，葉片的長(zhǎng)度、寬度、數(shù)目和厚度，鋼板彈簧的剛度、自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑等參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。完成了前后懸架彈簧的校核。對(duì)前后懸架的減振器進(jìn)行了匹配及其相關(guān)的計(jì)算。 第4章 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要作用是當(dāng)車輪相對(duì)于車架和車身跳動(dòng)時(shí)，使車輪的運(yùn)動(dòng)軌跡符合一定的要求，承擔(dān)著使車輪按一定軌跡相對(duì)于車架和車身跳動(dòng)的任務(wù)。對(duì)該特種車輛前后懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求是： （1）該車作業(yè)環(huán)境惡劣，工作載荷大，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，并能可靠的的傳送除垂直力以外的各種力和力矩。 （2）根據(jù)整車總體布置對(duì)整車車長(zhǎng)，車寬，車高的要求，設(shè)計(jì)懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸。 （3）汽車彎

26、道行駛時(shí)，應(yīng)使車身側(cè)傾角小，減小過(guò)多轉(zhuǎn)向效應(yīng)。 （4）制動(dòng)或者加速時(shí)，應(yīng)使車身有抗俯仰作用。4.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) 1.側(cè)傾中心 雙橫臂獨(dú)立懸架側(cè)傾中心由圖4.1所示方式得出。 圖4.1 雙橫臂獨(dú)立懸架側(cè)傾中心W的確定將上、下橫臂內(nèi)外傳動(dòng)點(diǎn)的連線延長(zhǎng)，以便得到幾點(diǎn)P，并同時(shí)獲得P點(diǎn)的高度。將P點(diǎn)與車輪接地點(diǎn)N連接，即可在汽車軸線上獲得側(cè)傾中心W。當(dāng)橫臂相互平行時(shí)，P點(diǎn)位于無(wú)窮遠(yuǎn)處。作出與其平行的通過(guò)N點(diǎn)的平行線，同樣可以獲得側(cè)傾中心W。雙橫臂是獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心高度為 （4.1）式中：前輪距，； 主銷長(zhǎng)度，； 主銷內(nèi)傾角， °； 上橫臂在汽車橫向平面的傾角，°； 下橫臂在

27、汽車橫向平面的傾角， =0°； 近似為滿載時(shí)最小離地間隙，?。?主銷偏移距，一般為4060mm，取。 = = 2.側(cè)傾軸線 在獨(dú)立懸架中，汽車前部與后部側(cè)傾中心的連線稱為側(cè)傾軸線，側(cè)傾軸線應(yīng)大致與地面平行，且盡可能離地面高些。平行是為了使在曲線行駛時(shí)前后軸上的軸荷變化接近相等，從而保證中性轉(zhuǎn)向特性；而盡可能高則是為了使車身的側(cè)傾限制在允許范圍內(nèi)。然而，前懸架的側(cè)傾中心高度受到允許的輪距變化限制，并且?guī)缀醪豢赡艹^(guò)150mm。此外，在前輪驅(qū)動(dòng)的汽車中，由于前橋軸荷大，且為驅(qū)動(dòng)橋，故應(yīng)盡可能使前輪輪荷變化小。因此，在獨(dú)立懸架（縱臂式懸架除外）中，前懸架0120mm，后懸架80150mm。

28、設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定（與輪距變化有關(guān)的）前懸架的側(cè)傾中心高度，然后確定后懸架的側(cè)傾中心高度。當(dāng)后懸架采用獨(dú)立懸架時(shí)，其側(cè)傾中心高度稍大些。如果用鋼板彈簧非獨(dú)立懸架時(shí)，后懸架的側(cè)傾中心高度要取得大些。 3.縱傾中心雙橫臂獨(dú)立懸架縱傾中心為兩橫臂轉(zhuǎn)動(dòng)軸延長(zhǎng)線的交點(diǎn)。 4.抗驅(qū)動(dòng)縱傾性 抗驅(qū)動(dòng)縱傾性可減小后輪驅(qū)動(dòng)汽車車尾的下沉量或前輪驅(qū)動(dòng)汽車車頭的抬高量。與抗制動(dòng)縱傾性不同的是，只有當(dāng)汽車單橋驅(qū)動(dòng)時(shí)，該性能才能起作用。對(duì)于獨(dú)立懸架而言，當(dāng)縱傾中心位置高于驅(qū)動(dòng)橋車輪中心時(shí)，這一性能方可實(shí)現(xiàn)。 5.懸架的定位角獨(dú)立懸架中的橫臂鉸鏈軸大多空間傾斜布置。為了描述方便，將橫臂空間定位角定義為：橫臂軸的水平斜置角，

29、懸架抗前俯角，懸架斜置初始角。4.3導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.3.1縱向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案為了提高汽車的制動(dòng)穩(wěn)定性和舒適性，一般希望主銷后傾角的變化規(guī)律是：在懸架彈簧壓縮時(shí)后傾角增大；在彈簧壓縮時(shí)后傾角減小，用以造成制動(dòng)時(shí)因主銷后傾角變大而在控制臂支架上產(chǎn)生的防止制動(dòng)前俯的力矩矩?？v向平面內(nèi)上、下橫臂有六種布置方案，如圖4.2所示。 （a） （b） （c） （d） （e） （f） 圖4.2 縱向平面內(nèi)上、下橫臂軸布置方案第1、2、6方案主銷后傾角的變化規(guī)律比較好，在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中被廣泛采用，這里我初選第2種方案。4.3.2 水平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案水平面的布置方案有三種，如圖4.3所示。

30、（a） （b） （c） 圖4.3 水平面內(nèi)上、下橫臂軸的布置方案下橫臂MM和上橫臂NN與縱軸線的夾角，分別用和來(lái)表示，稱為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上下橫臂軸的水平斜置角。一般規(guī)定，軸線前端遠(yuǎn)離汽車縱軸線的夾角為正，反之為負(fù)，與汽車縱軸線平行者，夾角為零。為了使車輪在遇到凸起路障時(shí)能夠使車輪一面上跳，一面向后退讓，以減少傳到車身上的沖擊力，還為了便于布置發(fā)動(dòng)機(jī)，大多數(shù)前置發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的懸架下橫臂軸MM的斜置角為正，而上橫臂軸NN的斜置角則有正直零值和負(fù)值三種布置方案。如圖所示。上下橫臂軸斜置角不同的組合方案，對(duì)車輪跳動(dòng)時(shí)前輪定位參數(shù)的變化規(guī)律有很大的影響。如車輪上跳，下橫臂軸斜置角為正，上橫臂軸斜置

31、角為負(fù)值或零值時(shí)，主銷后傾角隨車輪的上跳而增大。如組合方案為上下橫臂軸斜置角 都為正值，則主銷后傾角隨車輪的上跳有較少增加甚至減少。至于再用哪種方法好，要與上下橫臂在縱向平面內(nèi)的布置一起考慮。當(dāng)車輪上跳主銷后傾角變大時(shí)，車身上的懸架支承處會(huì)產(chǎn)生反力矩，有抑制制動(dòng)時(shí)的前俯作用。但主銷后傾角變得太大時(shí)，會(huì)使支承處反力矩過(guò)大，同時(shí)使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)側(cè)向力十分敏感，易造成車輪擺振或轉(zhuǎn)向盤上力的變化。因此，希望乘用車的主銷后傾角原始值為-1°+2°。當(dāng)車輪上跳時(shí)，懸架每壓縮10mm，主銷后傾角變化范圍為1040。 初取;。4.3.3上、下橫臂長(zhǎng)度的確定 雙橫臂式懸架上下橫臂長(zhǎng)度對(duì)車輪上下跳

32、動(dòng)時(shí)的定位參數(shù)影響很大?，F(xiàn)代乘用車所用的雙橫臂式前懸架，一般設(shè)計(jì)成上橫臂短，下橫臂長(zhǎng)。這一方面是考慮到布置發(fā)動(dòng)機(jī)方便，另一方面也是為了得到理想的懸架運(yùn)動(dòng)特性。汽車懸架設(shè)計(jì)時(shí)，希望輪距變化更小，以減少輪胎磨損，提高其使用生命，因此應(yīng)選擇上、下橫臂長(zhǎng)度之比在0.6附近；為保證汽車具有更好的操縱穩(wěn)定性，希望前輪定位角度的變化更小，這時(shí)應(yīng)選擇上、下橫臂長(zhǎng)度之比在1.0附近。根據(jù)我國(guó)乘用車設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，在初選尺寸時(shí)取上、下橫臂長(zhǎng)度之比為0.65為宜。因此本設(shè)計(jì)初選尺寸下擺臂長(zhǎng)度,，即上擺臂長(zhǎng)度。4.4本章小結(jié)本章說(shuō)明了該特種車前后懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，確定了該車的側(cè)傾中心、側(cè)傾軸線、抗驅(qū)動(dòng)性、懸架的定位

33、角等布置參數(shù)。根據(jù)懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，首先確定上下橫臂在縱向平面上的布置方案，然后確定上下橫臂在水平面上的布置方案，最后根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定懸架上下橫臂長(zhǎng)度之比以及上下橫臂的長(zhǎng)度。對(duì)懸架系統(tǒng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置方案完成設(shè)計(jì)。 結(jié) 論 隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)和文化的發(fā)展，人們對(duì)汽車行駛舒適性的要求越來(lái)越高。汽車懸架系統(tǒng)對(duì)整車行駛穩(wěn)定性和平順性有舉足輕重的影響，但汽車懸架系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的多體系統(tǒng)，其構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系十分復(fù)雜，所以開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)合理的汽車懸架系統(tǒng)是十分重要。本文以多體動(dòng)力學(xué)基本理論和方法為基礎(chǔ)，以某礦用越野防爆車的懸架系統(tǒng)為研究對(duì)象，進(jìn)行了彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的研究。其主要參數(shù)為：軸

34、距3300mm，滿載質(zhì)量7800kg，整車整備質(zhì)量4700kg，空載前橋軸荷2320kg，滿載前橋軸荷2380kg，空載后橋軸荷2380kg，滿載后橋軸荷5420kg，前輪距1575mm，后輪距1575mm，最高車速50。根據(jù)本文所完成的工作，現(xiàn)作如下總結(jié): （1）懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分。本文根據(jù)整車總布置要求，完成了該特種車懸架系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，前懸架為雙橫臂獨(dú)立懸架，后懸架為鋼板彈簧非獨(dú)立懸架;完成了懸架主要參數(shù)的確定和彈性元件的設(shè)計(jì)，根據(jù)整車平順性要求確定了前、后懸架的靜撓度和彈性元件的剛度;完成了導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，根據(jù)其設(shè)計(jì)要求確定了其布置參數(shù)(側(cè)傾中心、側(cè)傾軸線、縱傾中心)。并確定了導(dǎo)向機(jī)

35、構(gòu)在整車縱向平面、水平面內(nèi)布置方案。 （2）強(qiáng)度校核部分。根據(jù)校核的結(jié)果可以確定前后懸架的設(shè)計(jì)安全系數(shù)較為合理。結(jié)合本文所做工作，可以做以下一些改進(jìn)和深入工作： （1）參數(shù)化設(shè)計(jì)。進(jìn)一步提高整車的參數(shù)化程度，例如懸架彈性襯套的特性文件設(shè)計(jì)，根據(jù)連接運(yùn)動(dòng)副調(diào)整彈性襯套特性時(shí)，可以匹配一系列不同材料、不同尺寸、各向不同剛度的彈性襯套。 （2）優(yōu)化結(jié)構(gòu)。優(yōu)化桿系連接支架的結(jié)構(gòu)，控制其不同工況下，最大工作應(yīng)力值都低于材料的屈服極限，提高零部件的強(qiáng)度安全系數(shù)，并對(duì)比分析其結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。 （3）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。該車道路實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行，由于時(shí)間關(guān)系，無(wú)法從道路實(shí)驗(yàn)方面驗(yàn)證本文分析的結(jié)果，應(yīng)結(jié)合道路試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)比分析該

36、懸架性能對(duì)整車操作穩(wěn)定性、制動(dòng)穩(wěn)定性的影響，為以后該車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供參考。 參考文獻(xiàn) 1 劉惟信. 上海發(fā)展汽車工業(yè)教育基金會(huì)資助項(xiàng)目. 汽車設(shè)計(jì)，清華大學(xué)出版社，2001，431-517. 2 王望予. 汽車設(shè)計(jì). 機(jī)械工業(yè)出版社，2004，174-218. 3 陳家瑞，馬天飛. 汽車構(gòu)造(下冊(cè)). 人民交通出版社，2006，221-258. 4轎車故障速查手冊(cè)編委會(huì). 本田雅閣系列轎車故障速查手冊(cè). 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.2：216-238. 5 林秉華. 最新汽車設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè). 黑龍江人民出版社，2005，1158-1263. 6 余志生. 汽車?yán)碚? 機(jī)械工業(yè)出版社，2006，13

37、0-175. 7汽車工程手冊(cè)編輯委員會(huì). 汽車工程手冊(cè) 設(shè)計(jì)篇. 人民交通出版社，2001.6，782-847. 8 阮愛(ài)仙、俞德孚、李鈾英. 中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)QC/T491-1999.汽車筒式減振器 尺寸系列及技術(shù)條件 9 催俊山、馬振挺. 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1358-93. 圓柱螺旋彈簧尺寸系列. 10 恒盛杰資訊. PROE NX4中文版 從入門到精通. 中國(guó)青年出版社，2007. 11 寧忠翼. 雙橫臂懸架運(yùn)動(dòng)分析和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)斷開(kāi)點(diǎn)最佳位置的確定.華中科技大學(xué)，2005.10. 12. 李巖. 多體運(yùn)動(dòng)學(xué)在雙橫臂獨(dú)立懸架分析與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.合肥工業(yè)大學(xué)，2002.

38、 13 華健. 轎車減振器工作缸ANASYS有限元強(qiáng)度校核. 2003.3. 14 戴旭文. 雙橫臂獨(dú)立懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì).北京理工大學(xué)，2002. 15MSC.ADAMS技術(shù)與工程分析實(shí)例，中國(guó)水利水電出版社。2010。 16 Peng Shuang, Song Jian.State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy, Tsinghua University, Post Code 100084 17 KeiichiM otoyam a,Ph.D and TakashiYam anaka.A Study of

39、Suspension Design Using Optim ization Technique and DOEC.M echanical Dynam ics,Inc.International ADAMS User Conference.2000.致 謝在本文即將完成之際，首先感謝我的指導(dǎo)老師王永梅老師，從選題到設(shè)計(jì)的展開(kāi)到設(shè)計(jì)的完成，一直得到王老師的支持和鼓勵(lì)，她淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度都給我留下了深刻的印象。通過(guò)這次的設(shè)計(jì)，我更深刻地了解了機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造的各方面知識(shí)，對(duì)汽車設(shè)計(jì)有了全新且比較全面的深刻認(rèn)識(shí)，達(dá)到了前所未有的高度，并鍛煉了獨(dú)立思考解決問(wèn)題的能力。再次向王老師表示衷心的感

40、謝！感謝幫助我的所有老師和同學(xué)，他們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中給我提出了寶貴建議和CAD的指導(dǎo)。感謝宿舍的朋友一直以來(lái)對(duì)我的關(guān)心和支持。感謝汽車工程系所有老師和同學(xué)的幫助和勉勵(lì)。同窗之誼，終生難忘！感謝我的家人多年來(lái)對(duì)我無(wú)微不至的關(guān)懷、始終如一的支持，感謝他們對(duì)我的鼓勵(lì)和生活上的諸多照顧，感謝他們督促我接受良好的教育。最后，向參加設(shè)計(jì)審閱、答辯的專家和老師表示感謝。附 錄A 外文文獻(xiàn)The structural characteristics of non-independent suspension on both sides of the wheel is an integral frame conne

41、cted by the wheels together with the adoption of flexible suspension bridge hanging in the frame or body of the following. Non-independent suspension has a simple structure, low cost, high strength, easy maintenance, driving changes in the small front wheel alignment advantages, but because of its c

42、omfort and handling stability are poor, largely in the modern car is no longer in use more used in trucks and large passenger on. Independent suspension on each side of the wheel is individually through the elastic suspension is hanging in the frame or body below. The advantages are: light weight, r

43、educed body shocks, and improve adhesion of the wheels on the ground; available small soft spring stiffness, improve vehicle comfort; can reduce engine position, car center of gravity is reduced, thereby improve the car's driving stability; about beating the wheel alone, independent of each othe

44、r, can reduce the body's tilt and vibration. However, there are complex independent suspension, high cost and maintenance problem of inaccessibility. Modern cars are mostly used independent suspension, according to the different structure, independent wishbone suspension can be divided into long

45、itudinal arm, multi-link, candle and McPherson suspension and so on. Arm Suspension means the horizontal plane in the car wheel independent suspension swing, according to the number of how many arm is divided into wishbone and single-arm suspension. Single-Arm has a simple structure, roll center hei

46、ght, with a strong anti-roll capability advantages. But with the increased speed of modern vehicles, roll center is too high will cause the wheel tread beats changes, tire wear increased, and in a sharp turn around the wheel vertical force when the transfer is too large, resulting in increased rear

47、extraversion. Reduce rear-wheel cornering stiffness, resulting in a serious condition high-speed drift. Single-wishbone independent suspension in the rear suspension on a multi-application, but can not meet the requirements of high speed, the current limited application. Multi-link suspension are co

48、mbined by the root pole position change control of the wheel suspension. Multi-link can wheel around the axis line with the vehicle at an angle within the swing axis is horizontal arm and vertical arm of the compromise, choose the right arm with the motor axis into a vertical line of the angle, can be varying degrees of access to wishbone suspension with the advantages of