汽車懸架設(shè)計(jì)課件學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1汽車汽車(qch)懸架設(shè)計(jì)課件懸架設(shè)計(jì)課件第一頁，共68頁。 傳遞車輪和車架（或車身）之間的一切力和力矩; 緩和、抑制路面對(duì)車身的沖擊和振動(dòng)； 保證車輪在路面不平和載荷變化時(shí)有理想的運(yùn)動(dòng)特 性。保證汽車(qch)的操縱穩(wěn)定性。第1頁/共68頁第二頁，共68頁。二二 對(duì)懸架提出對(duì)懸架提出(t ch)(t ch)的的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 1）保證汽車有良好的行駛平順性。2）具有合適的衰減振動(dòng)(zhndng)能力。3）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。4）汽車制動(dòng)或加速時(shí)要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾；轉(zhuǎn)彎 時(shí)車身側(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）可靠地傳遞車身與

2、車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。第2頁/共68頁第三頁，共68頁。6-2 6-2 懸架結(jié)構(gòu)懸架結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)形式分析形式分析 一、非獨(dú)立一、非獨(dú)立(dl)懸架和獨(dú)立懸架和獨(dú)立(dl)懸架懸架 懸架 非獨(dú)立(dl)懸架獨(dú)立(dl)懸架兩類 左、右車輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過懸架與車架（或車身）連接 左、右車輪通過各自的懸架與車架（或車身）連接 第3頁/共68頁第四頁，共68頁。 非獨(dú)立(dl)懸架 獨(dú)立(dl)懸架第4頁/共68頁第五頁，共68頁。第5頁/共68頁第六頁，共68頁。第6頁/共68頁第七頁，共68頁。1 1 非獨(dú)立非獨(dú)

3、立(dl)(dl)懸架懸架 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(yudin) 縱置鋼板(gngbn)彈簧為彈性元件兼作導(dǎo)向裝置 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造容易維修方便工作可靠 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 汽車平順性較差高速行駛時(shí)操穩(wěn)性差轎車不利于發(fā)動(dòng)機(jī)、行李艙的布置應(yīng)用應(yīng)用 ：貨車、大客車的前、后懸架以及某些轎車的后懸架貨車、大客車的前、后懸架以及某些轎車的后懸架第7頁/共68頁第八頁，共68頁。2 獨(dú)立獨(dú)立(dl)懸架懸架 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(yudin) 簧下質(zhì)量小；懸架占用的空間小；可以用剛度小的彈簧，改善了汽車行駛(xngsh)平順性；由于有可能降低發(fā)動(dòng)機(jī)的位置高度，使整車的質(zhì)心高度下 降，又改善了汽車的行駛(xngsh)穩(wěn)定性；左、右車輪各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)

4、互不影響，可減少車身的傾斜和 振動(dòng)，同時(shí)在起伏的路面上能獲得良好的地面附著能力。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本較高維修困難應(yīng)用應(yīng)用 ：轎車和部分輕型貨車、客車及越野車轎車和部分輕型貨車、客車及越野車 第8頁/共68頁第九頁，共68頁。二、獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式二、獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式(xngsh)分析分析 分類分類(fn li)雙橫臂式單橫臂式、雙縱臂式單縱臂式單斜臂式麥弗遜式和扭轉(zhuǎn)(nizhun)梁隨動(dòng)臂式第9頁/共68頁第十頁，共68頁。第10頁/共68頁第十一頁，共68頁。第11頁/共68頁第十二頁，共68頁。第12頁/共68頁第十三頁，共68頁。1 1 評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)(pngji)(pngji)指標(biāo)指標(biāo)：

5、1）側(cè)傾中心(zhngxn)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)傾力臂及側(cè)傾力矩小些，車身的側(cè)傾角(qngjio)也會(huì)減小。但側(cè)傾中心過高，會(huì)使車身傾斜時(shí)輪距變化大，加速輪胎的磨損。2）車輪定位參數(shù)的變化）車輪定位參數(shù)的變化 若主銷后傾角變化大，容易使轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生擺振；若車輪外傾角變化大，會(huì)影響汽車直線行駛穩(wěn)定性，同時(shí)也會(huì)影響輪距的變化和輪胎的磨損速度。第13頁/共68頁第十四頁，共68頁。5）懸架占用的空間）懸架占用的空間(kngjin)尺寸尺寸 占用橫向尺寸大的懸架影響發(fā)動(dòng)機(jī)的布置和從車上拆裝發(fā)動(dòng)機(jī)的困難程度； 占用高度空間小的懸架，則允許(ynx)行李箱寬敞，而且底部平整，

6、布置油箱容易。 3）懸架側(cè)傾角）懸架側(cè)傾角(qngjio)剛剛度度 車廂側(cè)傾角與側(cè)傾力矩和懸架總的側(cè)傾角剛度大小有關(guān)，并影響汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性。4）橫向剛度）橫向剛度懸架的橫向剛度影響操縱穩(wěn)定性。若用于轉(zhuǎn)向軸上的懸架橫向剛度小，則容易造成轉(zhuǎn)向輪發(fā)生擺振現(xiàn)象。第14頁/共68頁第十五頁，共68頁。懸架雙橫臂式單橫臂式單縱臂式單斜臂式麥弗遜式扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式側(cè)傾中心高比較低比較高比較低居單橫臂和單縱臂之間比較高比較低車輪定位參數(shù)的變化車輪外傾角與主銷內(nèi)傾角均有變化車輪外傾角與主銷內(nèi)傾角變化大主銷后傾角變化大有變化變化小左、右輪同時(shí)跳動(dòng)時(shí)不變輪距變化小，輪胎磨損速度慢變化大，輪胎磨損速度快不變變

7、化不大變化很小不變懸架側(cè)傾角剛度較小，需用橫向穩(wěn)定器較大，可不裝橫向穩(wěn)定器較小，需用橫向穩(wěn)定器居單橫臂式和單縱臂式之間較大，可不裝橫向穩(wěn)定器橫向剛度橫向剛度大橫向剛度小 橫向剛度較小橫向剛度大占用空間尺寸 占用較多占用較少幾乎不占用高度空間占用的空間小其它結(jié)構(gòu)復(fù)雜前懸架用得較多結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，前懸架上用得少結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，轎車上用得較多結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)轎車后懸架第15頁/共68頁第十六頁，共68頁。采用采用(ciyng)的方案的方案 前輪和后輪均采用(ciyng)非獨(dú)立懸架；前輪采用(ciyng)獨(dú)立懸架，后輪采用(ciyng)非獨(dú)立懸架；前輪與后輪均采用(c

8、iyng)獨(dú)立懸架。 第16頁/共68頁第十七頁，共68頁。1 前輪和后輪均采用前輪和后輪均采用(ciyng)非獨(dú)非獨(dú)立懸架立懸架前、后懸架均采用縱置鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，內(nèi)側(cè)懸架處于減載而外側(cè)(wi c)懸架處于加載狀態(tài)，于是內(nèi)側(cè)懸架受拉抻，外側(cè)(wi c)懸架受壓縮，結(jié)果與懸架固定連接的車軸（橋）的軸線相對(duì)汽車縱向中心線偏轉(zhuǎn)一角度。如圖a第17頁/共68頁第十八頁，共68頁。對(duì)前軸，這種偏轉(zhuǎn)使汽車不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)(qsh)增加對(duì)后橋，則增加了汽車過多轉(zhuǎn)向趨勢(shì)(qsh) 轎車將后懸架縱置鋼板彈簧的前部吊耳位置布置得比后邊(hu bian)吊耳低，于是懸架的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心位置降低，與懸

9、架連接的車橋位置處的運(yùn)動(dòng)軌跡b所示，即處于外側(cè)懸架與車橋連接處的運(yùn)動(dòng)軌跡是oa段，結(jié)果后橋軸線的偏離不再使汽車具有過多轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)。 1.橫向橫向(hn xin)穩(wěn)定器穩(wěn)定器通過減小懸架垂直剛度，能降低車身振動(dòng)固有頻率n ，達(dá)到改善汽車平順性的目的。 2/smcn 四、輔助元件四、輔助元件第18頁/共68頁第十九頁，共68頁。2.緩沖緩沖(hunchng)塊塊 橡膠制造(zhzo)，通過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架（車身）或其它部位上，起到限制懸架最大行程的作用 多孔聚氨指制成 ，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)

10、泡部分不受損傷。由于在該材料中有封閉的氣泡(qpo)，在載荷作用下彈性元件被壓縮，但其外廓尺寸增加卻不大，這點(diǎn)與橡膠不同。有些汽車的緩沖塊裝在減振器上。 第19頁/共68頁第二十頁，共68頁。6-3 6-3 懸架主要參數(shù)的確定懸架主要參數(shù)的確定(qudng) (qudng) 一、前后懸架的靜撓度一、前后懸架的靜撓度(nod)、動(dòng)撓度、動(dòng)撓度(nod)的選擇的選擇汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷Fw與此時(shí)(c sh)懸架剛度c之比，即fc=Fw/c。 1、概念、概念1)靜撓度靜撓度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（通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的1/2或2/3）時(shí)，車輪中心相對(duì)車回（或

11、車身）的垂直位移 2)動(dòng)撓度動(dòng)撓度第20頁/共68頁第二十一頁，共68頁。1、使懸架系統(tǒng)、使懸架系統(tǒng)(xtng)由較低的固有由較低的固有頻率頻率汽車前、后懸架與其簧上質(zhì)量(zhling)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(zhling)分配系數(shù)近似等于1，于是汽車前、后軸上方車身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系 式中，c1、c2為前、后懸架的剛度(n d)（N/cm）； m1、m2為前、后懸架的簧上質(zhì)量（kg）。2/2/222111mcnmcn汽車前、后部分的車身的固有頻率n1和n2（亦稱偏頻）可用下式表示2、選擇要求及方法、選擇要求及方法第21頁/共68頁第二

12、十二頁，共68頁。當(dāng)采用彈性特性為線性變化(binhu)的懸架時(shí)，前、后懸架的靜撓度可用下式表示fc1=m1g/c1 fc2=m2g/c2 式中， g為重力(zhngl)加速度（g=981cm/s2）。將fc1、fc2代入上式得到(d do)2211/5/5ccfnfn第22頁/共68頁第二十三頁，共68頁。希望fc1與fc2要接近，單不能相等（防止(fngzh)共振）希望fc1fc2 (從加速性考慮，若fc2大，車身的振動(dòng)大）2、n1與與n2的匹配的匹配(ppi)要合適要合適若汽車以較高車速駛過單個(gè)路障，n1/n21時(shí)的車身縱向角振動(dòng)要比n1/n21時(shí)小，故推薦取fc2=（0.80.9）fc

13、1?？紤]到貨車前、后軸荷的差別和駕駛員的乘坐(chn zu)舒適性，取前懸架的靜撓度值大于后懸架的靜撓度值，推薦fc2=（0.60.8）fc1。為了改善微型轎車后排乘客的乘坐(chn zu)舒適性，有時(shí)取后懸架的偏頻低于前懸架的偏頻。 v要求：要求：v方法：方法：第23頁/共68頁第二十四頁，共68頁。3、 fd要合適要合適,根據(jù)根據(jù)(gnj)不同的車在不同路面不同的車在不同路面條件造條件造以運(yùn)送人為主的轎車對(duì)平順性的要求最高，大客車次之，載貨車更 次之。對(duì)普通級(jí)以下轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求1.001.45Hz， 后懸架則要求在1.171.58Hz。原則上轎車的級(jí)別越高，懸架的偏頻越小。

14、對(duì)高級(jí)轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求在0.801.15Hz，后懸 架則要求在0.981.30Hz。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(yhu)，再利用上式即可計(jì)算出懸架的靜撓度。 第24頁/共68頁第二十五頁，共68頁。二、懸架的彈性二、懸架的彈性(tnxng)特征特征懸架受到垂直外力F與由此所引起的車輪中心(zhngxn)相對(duì)于在車身位移f（即懸架的變形）的關(guān)系曲線 。1)線性彈性線性彈性(tnxng)特性特性定義定義: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，此時(shí)懸架剛度為常數(shù) 。懸架的彈性特性

15、有線性彈性特性和非線性彈性特性兩種1、定義、定義2、分類、分類特點(diǎn)特點(diǎn)：隨載荷的變化，平順性變化第25頁/共68頁第二十六頁，共68頁。2)非線性彈性非線性彈性(tnxng)特性特性定義：當(dāng)懸架變形定義：當(dāng)懸架變形f與所受垂直外力與所受垂直外力F之間不呈固定比例之間不呈固定比例(bl)變化時(shí)變化時(shí) 1緩沖塊復(fù)原點(diǎn) 2復(fù)原行程緩沖塊脫離支架3主彈簧彈性(tnxng)特性曲線 4復(fù)原行程 5壓縮行程6緩沖塊壓縮期懸架彈性(tnxng)特性曲線 7緩沖塊壓縮時(shí)開始接觸彈性(tnxng)支架8額定載荷第26頁/共68頁第二十七頁，共68頁。特點(diǎn)特點(diǎn)(tdin)在滿載位置(wi zhi)（圖中點(diǎn)8）附近

16、，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 作用作用(zuyng)在有限的動(dòng)撓度fd范圍內(nèi)，得到比線性懸架更多的動(dòng)容量 懸架的運(yùn)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 （懸架的運(yùn)容量越大，對(duì)緩沖塊擊穿的可能性越小 ）第27頁/共68頁第二十八頁，共68頁。三、貨車三、貨車(huch)后懸的主、副簧的剛后懸的主、副簧的剛度匹配度匹配車身從空載到滿載時(shí)的振動(dòng)頻率變化要小，以保證汽車(qch)有良好的平順性 副簧參加工作前、后的懸架振動(dòng)頻率變化不大 第28頁/共68頁第二十九頁，共68頁。確定確定(qudng)(qudng)方法方法 使副

17、簧開始起作用時(shí)的懸架撓度fa等于汽車空載(kn zi)時(shí)懸架的撓度f0，而使副簧開始起作用前一瞬間的撓度fK等于滿載時(shí)懸架的撓度fc 。副簧、主簧的剛度比為 使副簧開始起作用時(shí)的載荷等于空載(kn zi)與滿載時(shí)懸架載荷的平均值，即FK=0.5（F0+FW），并使F0和FK間平均載荷對(duì)應(yīng)的頻率與FK和FW間平均載荷對(duì)應(yīng)的頻率相等，此時(shí)副簧與主簧的剛度比為 ca/cm=（2-2）（+3） WmaFFcc01/四、懸架側(cè)傾角剛度四、懸架側(cè)傾角剛度(n d)及其在前、后及其在前、后軸的分配軸的分配 重點(diǎn)，結(jié)論不好下第29頁/共68頁第三十頁，共68頁。6-4 6-4 彈性元件的計(jì)算彈性元件的計(jì)算(j

18、 sun) (j sun) 一、鋼板一、鋼板(gngbn)彈簧彈簧的計(jì)算的計(jì)算1、鋼板(gngbn)彈簧主要參數(shù)的確定 1）滿載弧高fa 滿載弧同fa是指鋼板彈簧裝到車軸（橋）上，汽車滿載時(shí)鋼板彈簧主片上表面與兩端（不包括卷耳半徑）連線間的最大高度差 fa用來保證汽車具有給定的高度 當(dāng)fa=0時(shí)，鋼板彈簧在對(duì)稱位置上工作 ，為了在車架高度已限定時(shí)能得到足夠的支撓度值，常fa=1020mm。第30頁/共68頁第三十一頁，共68頁。2）鋼板彈簧長度(chngd)L的確定鋼板彈簧長度L是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離在總布置(bzh)可能的條件下，應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長些。推薦在下列范圍內(nèi)選用鋼板

19、推薦在下列范圍內(nèi)選用鋼板(gngbn)彈簧的長度：彈簧的長度： 轎車：轎車：L=（0.400.55）軸距；）軸距； 貨車貨車:前懸架：前懸架：L=（0.260.35）軸距；）軸距； 后懸架：后懸架：L=（0.350.45）軸距。）軸距。第31頁/共68頁第三十二頁，共68頁。注：應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長些的原因增加鋼板彈簧長度L能顯著降低彈簧應(yīng)力，提高使用壽命 降低彈簧剛度，改善汽車平順性 在垂直(chuzh)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 增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時(shí)，能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所

20、引 起的彈簧變形 第32頁/共68頁第三十三頁，共68頁。3）鋼板斷面尺寸(ch cun)及片數(shù)的確定a.鋼板斷面寬度(kund)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，但需引入撓度增大系數(shù)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J0。對(duì)于(duy)對(duì)稱鋼板彈簧J0=（K-ks）3c/48E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），c=FW/fc；第33頁/共68頁第三十四頁，共68頁。鋼板彈簧總截面系數(shù)W0用下式計(jì)算W

21、0FW（L-ks）/4W 式中，W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W在下列范圍內(nèi)選取(xunq)；前彈簧和平衡懸架彈簧為350-450N/mm2；后副簧為220-250N/mm2。為撓度增大系數(shù)（先確定與主片等長的重疊片數(shù)n1，再估計(jì)(gj)一個(gè)總片數(shù)n0,求得=n1/m0，然后用=1.5/1.04（1+0.5）初定）E為材料的彈性模量。第34頁/共68頁第三十五頁，共68頁。將式（6-6）代入下式計(jì)算鋼板彈簧平均厚度(hud)hp有了hp以后，再選鋼板彈簧的片寬b。cWpEfksLWJh6)(/2200片寬b對(duì)汽車性能(xngnng)的影響增

22、大片寬，能增加卷耳強(qiáng)度，但當(dāng)車身受側(cè)向力作用傾斜時(shí)，彈簧的扭曲應(yīng)力增大。 前懸架用寬的彈簧片，會(huì)影響轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角。片寬選取過窄，又得增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦彈簧的總厚 推薦片寬與片厚的比值(bzh)b/hp在610范圍內(nèi)選取。 第35頁/共68頁第三十六頁，共68頁。b.鋼板(gngbn)彈簧片厚h的選擇 矩形斷面等厚鋼板(gngbn)彈簧的總慣性矩J0用下式計(jì)算J0=nbh3/12 式中，n為鋼板(gngbn)彈簧片數(shù)。說明說明(shumng)：1、改變片數(shù)、改變片數(shù)n、片寬、片寬b和片厚和片厚h三者之一，都影響到總慣性矩三者之一，都影響到總慣性矩J0的變的變化；化；2、總慣性矩、總

23、慣性矩J0的改變又會(huì)影響到鋼板彈簧垂直剛度的改變又會(huì)影響到鋼板彈簧垂直剛度c的變化，也就是的變化，也就是影響汽車的平順性變化。其中，片厚影響汽車的平順性變化。其中，片厚h變化對(duì)鋼板彈簧總慣性矩變化對(duì)鋼板彈簧總慣性矩J0影影響最大。響最大。 第36頁/共68頁第三十七頁，共68頁。片厚h選擇(xunz)的要求增加片厚h，可以減少片數(shù)n 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?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三組。 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。鋼板斷面尺寸(ch c

24、un)b和h應(yīng)符合國產(chǎn)型材規(guī)格尺寸(ch cun)。 第37頁/共68頁第三十八頁，共68頁。2、鋼板彈簧各片長度(chngd)的確定 將各片厚度hi的立方值hi3按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪制在圖上沿橫坐標(biāo)量出主片長度的一半L/2和U形螺栓中心距的一半s/2，得到(d do)A、B兩點(diǎn)，連接A、B即得到(d do)三角形的鋼板彈簧展開圖。AB線與各葉片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長度，如果存在與主片等長的重疊片，就從B點(diǎn)到最后一個(gè)重疊片的上側(cè)邊端點(diǎn)一直線，此直線與各片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長度。各片實(shí)際長度尺寸需經(jīng)圓整后確定。第38頁/共68頁第三十九頁，共68頁。3、鋼板、鋼板(gngbn)彈簧剛度驗(yàn)算彈

25、簧剛度驗(yàn)算 剛度驗(yàn)算公式為其中 式中，a為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，a=0.900.94； E為材料(cilio)彈性模量； l1、lk+1為主片為第（k+1）片的一半長度。)(/61131kknkkYYaaEc)(111kkllakiikJY1/1111/1kiikJY第39頁/共68頁第四十頁，共68頁。用共同曲率法計(jì)算(j sun)剛度的前提假定同一截面上各片曲率變化值相同各片的承受(chngshu)的彎矩正比于其慣性矩同時(shí)該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩 4 4、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑(bnjng)(bnjng)計(jì)算計(jì)算第40頁/

26、共68頁第四十一頁，共68頁。1）鋼板彈簧總成(zn chn)在自由狀態(tài)下的弧高H0 定義：鋼板彈簧各片裝配后，在預(yù)壓縮和定義：鋼板彈簧各片裝配后，在預(yù)壓縮和U形螺栓夾緊前，其主片上形螺栓夾緊前，其主片上表面與兩端（不包括卷耳孔表面與兩端（不包括卷耳孔(r kng)半徑）連線間的最大高度差（半徑）連線間的最大高度差（如上圖），稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高如上圖），稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H0，用下式計(jì)算用下式計(jì)算H0=（fc+fa+f） 式中，式中，fc為靜撓度；為靜撓度； fa為滿載弧高；為滿載弧高； f為鋼板彈簧總成用為鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后引起的弧高變化形螺栓夾緊后

27、引起的弧高變化. 第41頁/共68頁第四十二頁，共68頁。22)(3(LffsLsfcas為U形螺栓中心距；L為鋼板彈簧主片長度。鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)(zhungti)下的曲率半徑R0=L2/8H0（2）鋼板彈簧(tnhung)各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 原則：因鋼板彈簧原則：因鋼板彈簧(tnhung)各片在自由狀態(tài)下和裝配后的曲率各片在自由狀態(tài)下和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)下的曲率半徑徑Ri。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。各片自由狀態(tài)下做成不同曲率半徑的目的是：使各片厚

28、度相同的鋼板彈簧同的鋼板彈簧(tnhung)裝配后能很好地貼緊，減少主片工作應(yīng)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。力，使各片壽命接近。第42頁/共68頁第四十三頁，共68頁。矩形(jxng)斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定Ri=R0/1+(20iR0)/Ehi 式中，Ri為第i片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）；R0為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）；0i為各片彈簧的預(yù)應(yīng)力（N/mm2）；E為材料彈性模量（N/mm2），取E=2.1105N/mm2；hi為第i片的彈簧厚度（mm）。原則：在已知鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下曲率半徑原則：在已知鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下曲

29、率半徑R0和各片彈簧和各片彈簧預(yù)加應(yīng)力預(yù)加應(yīng)力0i的條件下，計(jì)算出各片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半的條件下，計(jì)算出各片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑徑Ri。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。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間間隙相差(xin ch)不大，且裝配后各片能很好貼和；為不大，且裝配后各片能很好貼和；為保證主片及一其相鄰的長片有足夠的使用壽命，應(yīng)適當(dāng)降低主保證主片及一其相鄰的長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片的應(yīng)力。片及與其相鄰的長片的應(yīng)力。第43頁/共68頁第四十四頁，共68頁。這此，選取(xunq)各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，可分為下列兩種情況：對(duì)

30、于片厚相同的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不宜選取(xunq)過大；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(xunq)。1-4片長片疊加負(fù)的預(yù)應(yīng)力，短片疊加正的預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力從長片到短片由負(fù)值逐漸遞增至正值。01niiM在確定各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，理論上應(yīng)滿足各片彈簧(tnhung)在根部處預(yù)應(yīng)力所造成的彎矩Mi之代數(shù)和等于零，即第44頁/共68頁第四十五頁，共68頁。或 如果(rgu)第i片的片長為Li，則第i片彈簧的弧高為HiLi2/8Ri 010iniiW5、鋼板彈簧、鋼板彈簧(tnhung)強(qiáng)度驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算 （1）

31、緊急制動(dòng)時(shí) 第45頁/共68頁第四十六頁，共68頁。前鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的后半段出現(xiàn)的最大應(yīng)力max用下式計(jì)算max=G1m1l2（l1+c）/（l1+l2）W0 式中， G1為作用在前輪上的垂直靜負(fù)荷； m1為制動(dòng)時(shí)前軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)， 轎車：m1=1.21.4， 貨車(huch)：m1=1.41.6； l1、l2為鋼板彈簧前、后段長度； 道路附著系數(shù)，取0.8； W0為鋼板彈簧總截面系數(shù)； c為彈簧固定點(diǎn)到路面的距離 第46頁/共68頁第四十七頁，共68頁。max=G2m2l1（l2+c）/（l1+l2）W0+G2m2/bh1 式中，G2為作用在后輪上的垂直靜負(fù)荷； m2為驅(qū)動(dòng)時(shí)后

32、軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)， 轎車：m2=1.251.30， 貨車：m2=1.11.2； 為道路(dol)附著系數(shù)； b為鋼板彈簧片寬； h1為鋼板彈簧主片厚寬。 （2）汽車(qch)驅(qū)動(dòng)時(shí) 后鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的前半段出現(xiàn)(chxin)最大應(yīng)力max用下式計(jì)算第47頁/共68頁第四十八頁，共68頁。（3）鋼板彈簧(tnhung)卷耳和彈簧(tnhung)銷的強(qiáng)度核算 鋼板(gngbn)彈簧主片卷耳受力如圖6-17所示。卷耳所受應(yīng)力是由彎曲應(yīng)力和拉（壓）應(yīng)力合成的應(yīng)力=3Fx（D+h1）/bh12+Fx/bh1 第48頁/共68頁第四十九頁，共68頁。式中， Fx為沿彈簧縱向作用(zuyng)在

33、卷耳中心線上的力； D為卷耳內(nèi)徑； b為鋼板彈簧寬度； h1為主片厚度。 許用應(yīng)力取為350N/mm2。對(duì)鋼板彈簧銷要驗(yàn)算鋼板彈簧受靜載荷時(shí)鋼板彈簧銷受到擠壓應(yīng)力z=Fs/bd。其中， Fs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為鋼板彈簧銷直徑。第49頁/共68頁第五十頁，共68頁。用30鋼或40鋼經(jīng)液體碳氮共滲處理時(shí)，彈簧銷許用擠壓應(yīng)力(yngl)z取為3-4N/mm2；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(yngl)z7-9N/mm2。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層深度的措

34、施來提高鋼板彈簧的壽命。表面噴丸處理有一般噴丸和應(yīng)力(yngl)噴丸兩種，后者可使鋼板彈簧表面的殘余應(yīng)力(yngl)比前者大很多。第50頁/共68頁第五十一頁，共68頁。6-5 6-5 主動(dòng)主動(dòng)(zhdng)(zhdng)與半主動(dòng)與半主動(dòng)(zhdng)(zhdng)懸架系統(tǒng)懸架系統(tǒng) 1 主動(dòng)主動(dòng)(zhdng)懸架系統(tǒng)懸架系統(tǒng) 主動(dòng)懸架中不再(b zi)有傳統(tǒng)意義上的“彈簧剛度”和“阻尼特性”，懸架中的彈簧和減振器全部或者至少部分被執(zhí)行元件所取代?；驹砘驹硎强孔陨淼哪茉赐ㄟ^執(zhí)行元件對(duì)振動(dòng)進(jìn)行“主動(dòng)”干預(yù)。分類：分類：根據(jù)執(zhí)行元件的響應(yīng)帶寬可分為寬帶主動(dòng)懸架和有限帶寬主動(dòng)懸架兩種，兩種懸架

35、又分別稱為全主動(dòng)懸架和慢主動(dòng)懸架。主動(dòng)懸架動(dòng)畫第51頁/共68頁第五十二頁，共68頁。1） 全主動(dòng)全主動(dòng)(zhdng)懸架懸架概念：概念：全主動(dòng)懸架系統(tǒng)所采用的執(zhí)行元件具有較寬的響應(yīng)全主動(dòng)懸架系統(tǒng)所采用的執(zhí)行元件具有較寬的響應(yīng)(xingyng)頻帶頻帶，以便對(duì)車輪的高頻共振也加以控制。，以便對(duì)車輪的高頻共振也加以控制。執(zhí)行元件多采用電液或液氣伺服系統(tǒng)，執(zhí)行元件多采用電液或液氣伺服系統(tǒng)，控制帶寬一般應(yīng)至少覆蓋控制帶寬一般應(yīng)至少覆蓋015Hz，有的執(zhí)行元件響應(yīng)，有的執(zhí)行元件響應(yīng)(xingyng)帶寬甚至高達(dá)帶寬甚至高達(dá)100Hz。 第52頁/共68頁第五十三頁，共68頁。全主動(dòng)懸架工作(gngzu

36、)原理的示意圖(單個(gè)車輪) A-執(zhí)行元件 E-比較器 F-力傳感器 P-電位器 V-控制閥1-懸掛質(zhì)量 2-加速度傳感器 3-信號(hào)處理器 4-控制單元 5-進(jìn)油 6-出油 7-非懸掛質(zhì)量 8-路面(lmin)輸入 第53頁/共68頁第五十四頁，共68頁。系統(tǒng)主要由執(zhí)行元件、各種必要的傳感器、信號(hào)處理器和控制單元等組成?？刂茊卧鶕?jù)檢測(cè)到的各種信號(hào)判斷汽車的當(dāng)前狀態(tài)，并根據(jù)事先設(shè)定的控制策略決定執(zhí)行元件該輸出多大的力。系統(tǒng)內(nèi)部(nib)靠力閉環(huán)控制保證執(zhí)行元件輸出的力滿足指令要求。實(shí)際使用時(shí)，還必須包括更多的傳感器以檢測(cè)必要的系統(tǒng)狀態(tài)量，比如轉(zhuǎn)向時(shí)與汽車運(yùn)動(dòng)相關(guān)的橫向加速度、方向盤角速度，還有汽

37、車車速、發(fā)動(dòng)機(jī)油門開度、制動(dòng)踏板位置以及汽車車身高度等系統(tǒng)狀態(tài)量。系統(tǒng)(xtng)工作原理及過程第54頁/共68頁第五十五頁，共68頁。主動(dòng)(zhdng)懸架布置圖 1-懸架位移傳感器 2-后懸架執(zhí)行元件3-車門開關(guān)傳感器4-隔離閥 5-前懸架執(zhí)行元件6-控制閥 7-液壓泵 8-油門位置傳感器 9-車速傳感器 10-控制踏板位置傳感器 11-方向盤傳感器 12-中央(zhngyng)控制單元 第55頁/共68頁第五十六頁，共68頁。性能指標(biāo)評(píng)價(jià)性能指標(biāo)評(píng)價(jià)(pngji)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)主動(dòng)懸架的性能指標(biāo)可以用多個(gè)系統(tǒng)(xtng)輸出變量的均方根值的加權(quán)和來表征。這些變量可以包括車身加速度、車輪與地面間

38、的動(dòng)載、車輪相對(duì)于車身的位移以及執(zhí)行元件的作用力等。 系統(tǒng)(xtng)的控制變量也比傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架要多，并且參數(shù)的選擇范圍也更寬。 第56頁/共68頁第五十七頁，共68頁。主動(dòng)(zhdng)懸架特點(diǎn) 要求執(zhí)行元件所產(chǎn)生的力能夠(nnggu)很好地跟蹤任何力控制信號(hào) 因此，它為控制律的選擇提供了一個(gè)廣闊的設(shè)計(jì)空間，即如何確定控制律以使系統(tǒng)能夠讓車輛達(dá)到最佳的總體性能。研究表明，主動(dòng)懸架能夠在不同路面及行駛(xngsh)條件下顯著地提高車輛性能。 第57頁/共68頁第五十八頁，共68頁。2） 慢主動(dòng)慢主動(dòng)(zhdng)懸架懸架 慢主動(dòng)懸架將執(zhí)行元件的頻響帶寬降低到只考慮車身的垂直、俯仰和側(cè)傾振動(dòng)以

39、及汽車的轉(zhuǎn)向反應(yīng)，不考慮車輪剛度所對(duì)應(yīng)的頻率，也即帶寬降至34Hz。它與前述的主動(dòng)懸架在被測(cè)狀態(tài)量和控制實(shí)施等方面都有類似，唯一(wi y)的差異就是執(zhí)行元件帶寬的降低。 一類為當(dāng)其不起作用(激勵(lì)頻率超過響應(yīng)帶寬)時(shí)可以像普通彈簧一樣工作，比如氣壓執(zhí)行元件，在這種情況下由于執(zhí)行元件可以支持車身(ch shn)的重量，所以系統(tǒng)中可以不加彈簧或并聯(lián)一個(gè)彈簧。另一類為不起作用時(shí)變?yōu)閯傂泽w的執(zhí)行元件，如滑閥控制的液力作動(dòng)器，在這種情況下系統(tǒng)中必須串聯(lián)彈性元件 在慢主動(dòng)懸架中，可以選用兩類執(zhí)行元件第58頁/共68頁第五十九頁，共68頁。轎車(jioch)用慢主動(dòng)懸架原理圖 1-懸掛質(zhì)量2-空氣彈簧3-阻力閥4-比例流量(liling)控制閥5-接油泵6-接油罐 7-輪胎剛度8-非懸掛質(zhì)量 9-執(zhí)行元件 第59頁/共68頁第六十頁，共68頁。慢主動(dòng)(zhdng)懸架特點(diǎn)由于慢主動(dòng)懸架執(zhí)行元件僅需在一窄帶頻率范圍內(nèi)工作，降低了系統(tǒng)的成本及復(fù)雜程度。比全主動(dòng)懸架便宜得多。它的主動(dòng)控制仍然覆蓋了主要的車身振動(dòng)