汽車設計(懸架部分)

安徽工程大學07級前言本小組程設計的課題是懸架的設計。在選擇車型時我們參考以下幾個要求：可靠，堅固，耐用，使用成本較低，油耗處于國內中等水平，為當前主流技術水平，車型新穎等等。所以，懸架的設計宜選用成熟技術，零部件，徹底的貫徹“三化”原則，較為合理的成本控制。選擇參考車型為日產NV200。懸架是現(xiàn)代汽車的重要組成部分之一。因而懸架設計成功與否，極大的影響汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性，對整車性能有著重要的影響。在汽車市場競爭日益加劇的今天，人們對汽車的性能的認識更多的靠更為直接的感觀感受，而這種感官感受都是由汽車懸架傳遞給駕駛者的，人們對汽車懸架的設計也是越來越重視。因此，對汽車操縱穩(wěn)定性﹑平順性的提升成為了各大汽車廠商的共識。與此關系密切的懸架系統(tǒng)也被不斷改進，主動半主動懸架等具有反饋的電控系統(tǒng)在高端車輛上的應用日趨廣泛。無論定位高端市場，還是普通家庭的經濟型轎車，沒有哪個廠家敢忽視懸架系統(tǒng)及其在整車中的作用。這一切，都是因為懸架系統(tǒng)對乘員的主觀感受密切聯(lián)系。懸架系統(tǒng)的優(yōu)劣，乘員在車上可以馬上感受到。現(xiàn)在懸架的設計也是國內汽車廠商一個重要提升的方向。以前對汽車的要求相對較低，國人更注重外觀和汽車配置方面的要求，因此對汽車懸架的概念及要求并沒有很高的要求。隨著現(xiàn)在人們對汽車操縱穩(wěn)定性﹑平順性越來越重視，人們不僅需要一輛好看配置高的車，更需要一輛好開乘坐舒適的車。因此現(xiàn)在國內出現(xiàn)很多汽車廠商將新汽車的懸架設計及調校交給國外一些有實力汽車廠商，這也實實在在的提升了自身車型的市場競爭力，不過從另一方面也反映出國內懸架設計及調校所存在的問題，也使我們知道懸架設計的重要性，從而讓我們對汽車懸架設計更加重視。懸架從無到有，是人們對汽車穩(wěn)定性﹑平順性不斷追求下誕生。懸架從簡單到復雜，是人們對更高的汽車穩(wěn)定性﹑平順性和操縱穩(wěn)定性的不斷追求。所以對懸架設計的重視，就能使整車性能得以提升，從而提高車型的競爭力，贏得更好的表現(xiàn)。而懸架設計涉及到部件與整體的關系。一句話：整體離不開部件，部件也成不了整體。整體可以提供部件提供不了的功能，反過來部件又對整體有著重要影響。正因為懸架在現(xiàn)代汽車上的重要重要作用，應該重視汽車懸架的設計。只有認真，嚴謹?shù)脑O計才能確保其與整車的完美匹配。而要做到這一點，就必須，查閱大量相關書籍，圖冊，行業(yè)和國家標準。這些是對我們這些將來要從事汽車設計，制造工作的工科出身的大學生的必須經歷的一個必不可少的訓練。沒有經過嚴格的訓練的洗禮，是不可能具備這種專業(yè)精神和素質的。通過這樣的設計讓我們對汽車整體及局部有更好更深的認識，使我們在今后的學習及工作道路上有更好的適應性，從而提高自身實力。安徽工程大學07級安徽工程大學07級汽車質量參數(shù)整車整備質量m0=1290Kg汽車總質量mamam065nan(參考《汽車設計》選擇a=10）故ma12906551051665kg安徽工程大學07級目錄前言----------------------------------------------------------------------------------------------------------1參考汽車參數(shù)----------------------------------------------------------------------------------------------2第一章懸架系統(tǒng)的功用組成及設計要求----------------------------------------71.1功用-------------------------------------------------------------------71.2組成-------------------------------------------------------------------71.3設計要求---------------------------------------------------------------9第二章懸架的類型及其特點--------------------------------------------------102.1非獨立懸架的類型及特點------------------------------------------------102.1.1非獨立懸架的分類---------------------------------------------------102.1.2非獨立懸架的總體特點-----------------------------------------------112.2獨立懸架的類型及特點--------------------------------------------------112.2.1獨立懸架的分類-----------------------------------------------------112.2.2獨立懸架的總體特點-------------------------------------------------14第三章懸架形式的選擇------------------------------------------------------153.1總評-----------------------------------------------------------------153.2前后懸架的確定-------------------------------------------------------153.2.1前獨立懸架的選擇---------------------------------------------------153.2.2后懸架的選擇-------------------------------------------------------16第四章懸架主要參數(shù)的確定---------------------------------------------------184.1影響平順性的參數(shù)-------------------------------------------------------184.1.1懸架的彈性特性和工作行程-------------------------------------------184.1.2懸架的阻尼特性------------------------------------------------------194.1.3.懸架的非簧載質量---------------------------------------------------204.2影響操縱穩(wěn)定性的參數(shù)主要考慮懸架的側傾中心和側傾角剛度。---------------204.2.1.側傾中心-----------------------------------------------------------204.2.2.側傾角剛度---------------------------------------------------------214.3影響縱向穩(wěn)定性的參數(shù)-------------------------------------------------23第五章前懸架的設計技算----------------------------------------------------254安徽工程大學07級5.1.前懸架螺旋彈簧的設計計算----------------------------------------------255.1.1.前懸架靜、動撓度和螺旋彈簧靜、動撓度的關系-------------------------255.2..螺旋彈簧基本參數(shù)的選擇-----------------------------------------------255.3螺旋彈簧端部形狀和材料的選擇------------------------------------------265-4.螺旋彈簧強度校核-----------------------------------------------------26第六章后懸架的設計計算---------------------------------------------------286.1彈性元件的選擇-------------------------------------------------------286.2鋼板彈簧參數(shù)的設計計算-----------------------------------------------296.2.1初選滿載弧高-------------------------------------------------------296.2.2各片長度的確定----------------------------------------------------296.2.3斷面高度及片數(shù)的確定----------------------------------------------296.2.4厚度的確定--------------------------------------------------------306.2.5鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下得弧高及其曲率半徑------------------------306.3鋼板彈簧的強度校驗---------------------------------------------------316.3.1驅動時，后板簧承受的最大載荷時，前半段出現(xiàn)的最大應力--------------316.3.2板簧自由振動頻率--------------------------------------------------31第七章獨立懸架導向機構的設計----------------------------------------------327.1.設計要求-------------------------------------------------------------327.2前輪定位參數(shù)與主銷軸的布置------------------------------------------327.2.1.主銷偏移距--------------------------------------------------------327.2.2四個前輪定位參數(shù)的初步選取----------------------------------------327.2.3麥弗遜懸架受力情況與螺旋彈簧斜置-----------------------------------327.3橫臂軸的選型與布置---------------------------------------------------357.3.1.導向機構橫臂軸的選型----------------------------------------------357.3.2.導向機構橫臂軸的布置方式------------------------------------------36第八章減振器的設計------------------------------------------------------398.1減振器相對阻尼系數(shù)-------------------------------------------------398.2減振器阻尼系數(shù)d的確定-----------------------------------------------408.3最大卸荷力F0的確定---------------------------------------------------418.4筒式減振器工作缸直徑D的確定------------------------------------------425安徽工程大學07級第九章橫向穩(wěn)定器的作用和設計-------------------------------------------439.1.橫向穩(wěn)定器的作用---------------------------------------------------439.2橫向穩(wěn)定桿的設計-----------------------------------------------------44小結--------------------------------------------------------------------46參考文獻-----------------------------------------------------------------47安徽工程大學07級第一章懸架系統(tǒng)的功用組成及設計要求1.1功用懸架，其名源于西方。在英語里懸架系統(tǒng)對應的是單詞――Suspension.顧名思義，它是將車輪通過彈簧連接在車體上，并與其它部件構成可動的機構。懸架是車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間彈性連接裝置的總稱。1.傳遞它們之間一切的力（反力）及其力矩（包括反力矩）。2.緩和，抑制由于不平路面所引起的振動和沖擊，以保證汽車良好的平順性，操縱穩(wěn)定性。3.迅速衰減車身和車橋的振動。懸架系統(tǒng)的在汽車上所起到的這幾個功用是緊密相連的。要想迅速的衰減振動、沖擊，乘坐舒服，就應該降低懸架剛度。但這樣，又會降低整車的操縱穩(wěn)定性。必須找到一個平衡點，即保證操縱穩(wěn)定性的優(yōu)良，又能具備較好的平順性。懸架結構形式和性能參數(shù)的選擇合理與否，直接對汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。由此可見懸架系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車上是重要的總成之一。1.2組成現(xiàn)代汽車，特別是乘用車的懸架，形式，種類，會因不同的公司和設計單位，而有不同形式。但是，懸架系統(tǒng)一般由彈性元件、減振器和傳力裝置,部緩沖塊、橫向穩(wěn)定器等幾部分組成等(如圖1-1所示）。它們分別起到緩沖、減振、力的傳遞、限位和控制車輛側傾角度的作用。7安徽工程大學07級彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，現(xiàn)代轎車懸架多采用螺旋彈簧，個別高級轎車則使用空氣彈簧。螺旋彈簧只承受垂直載荷，緩和及抑制不平路面對車體的沖擊，具有占用空間小，質量小，無需潤滑的優(yōu)點，但由于本身沒有摩擦而沒有減振作用。減振器是為了加速衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動，減振器有筒式減振器，阻力可調式新式減振器，充氣式減振器。它是懸架機構中最精密和復雜的機械件。導向機構用來傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時保持車輪按一定運動軌跡相對車身跳動，通常導向機構由控制擺臂式桿件組成。種類有單桿式或多連桿式的。鋼板彈簧作為彈性元件時，可不另設導向機構，它本身兼起導向作用。有些轎車和客車上，為防止車身在轉向等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在懸架系統(tǒng)中加設橫向穩(wěn)定桿，目的是提高橫向剛度，使汽車具有不足轉向特性，改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性?，F(xiàn)代汽車懸架的發(fā)展十分快，不斷出現(xiàn)，嶄新的懸架裝置。按控制形式不同分為被動式懸架和主動式懸架。目前多數(shù)汽車上都采用被動懸架，也就是說汽車姿態(tài)（狀態(tài)）只能被動地取決于路面及行駛狀況和汽車的彈性元件，導向機構以及減振器這些機械零件。20世紀80年代以來主動懸架開始在一部分汽車上應用，并且目前還在進一步研究和開發(fā)中。主動懸架可以能動地控制垂直振動及其車身安徽工程大學07級姿態(tài)，根據(jù)路面和行駛工況自動調整懸架剛度和阻尼。1.3設計要求1）保證汽車有良好的行駛平順性。2）具有合適的衰減振動能力。3）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。4）汽車制動或加速時要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾；轉彎時車身側傾角要合適。5）有良好的隔聲能力。6）結構緊湊、占用空間尺寸要小。7）可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件質量要小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。安徽工程大學07級第二章懸架的類型及其特點汽車的懸架從大的方面來看，可以分為兩類：非獨立懸架和獨立懸架系統(tǒng)。2.1非獨立懸架的類型及特點圖2-1非獨立懸架前部與車身或車架鉸接，后端則通過吊耳或滑板連接在車身或車架之上。減振器上端于車身或車架鉸接，下端鉸接與車橋。圖3-1是非獨立懸架的示意圖。2.1.1非獨立懸架的分類⒈鋼板彈簧式非獨立懸架在這種懸架中，鋼板彈簧被用做非獨立懸架的彈性元件。這種形式的懸架技術成熟，結構簡單，成本低廉。廣泛應用于貨車的前、后懸架中。也常見于中低擋的確乘用車輛的后懸架。它中部用U型螺栓將鋼板彈簧固定在車橋上。懸架前端為固定鉸鏈，也叫死吊耳。它由鋼板彈簧銷釘將鋼板彈簧前端卷耳部與鋼板彈簧前支架連接在一起，前端卷耳孔中為減少摩損裝有襯套。后端卷耳通過鋼板彈簧吊耳銷與后端吊耳與吊耳架相連，后端可以自由擺動，形成活動吊耳。當車架受到沖擊彈簧變形時兩卷耳之間的距離有變化的可能。為了提高汽車的平順性，有些輕型貨車采用主簧下加裝副簧，實現(xiàn)漸變剛度鋼板彈簧。如南京汽車工業(yè)公司引進的依維柯后懸架。其主簧由厚度為9mm的4片（或3片）和副簧厚度為15mm的2片（或3片）組成幾種車型漸變剛度鋼板彈簧。⒉螺旋彈簧非獨立懸架因為螺旋彈簧作為彈性元件，只能承受垂直載荷，所以其懸架系統(tǒng)要加設導10安徽工程大學07級向機構和減振器。⒊空氣彈簧非獨立懸架空氣彈簧只承受垂直載荷，因而必加設減振器，其縱向力和橫向力及其力矩由懸架中的縱向推力桿和橫向推力桿來傳遞。對于轎車要求在好路上降低車身高度，提高車速行駛；在壞路上提高車身，可以增大通過能力。因而要求車身高度隨使用要求可以調節(jié)?？諝鈴椈煞仟毩壹芸梢詽M足要求。2.1.2非獨立懸架的總體特點優(yōu)點：1.結構簡單、成本低廉，易于維護，對汽車廠家比較有利，2.承載能力強，鋼板彈簧做彈性元件的非獨立懸架，可承載達幾十噸的負荷。中、重載車輛常常采用非獨立懸架。缺點：1.由于是用一根桿件直接剛性地連接在兩側車輪上，一側車輪受到的沖擊、振動必然要影響另一側車輪。操縱穩(wěn)定性、平順性不理想。.2.由于左右兩側車輪的互相影響，容易影響車身的穩(wěn)定性，在轉向的時,側傾較大，容易側翻。2.2獨立懸架的類型及特點圖2-2獨立懸架的車軸分成兩段（如圖2-2），每只車輪用螺旋彈簧獨立地，彈性地連接安裝在車架(或車身)下面，當一側車輪受沖擊，其運動不直接影響到另一側車輪，獨立懸架所采用的車橋是斷開式的。2.2.1獨立懸架的分類安徽工程大學07級現(xiàn)在，前懸架基本上都采用獨立懸架系統(tǒng)，最常見的有雙橫臂式和滑柱擺臂式（又稱麥弗遜式）。⒈雙橫臂式工作原理：由上短下長兩根橫臂連接車輪與車身，通過選擇比例合適的長度，可使車輪和主銷的角度及輪距變化不大圖2-3雙橫臂式獨立前懸架這種獨立懸架被廣泛應用在轎車前輪上。雙橫臂的臂有做成A字形或V字形，V形臂的上下2個V形擺臂以一定的距離，分別安裝在車輪上，另一端安裝在車架上。優(yōu)點：結構比較復雜，但經久耐用，同時減振器的負荷小，壽命長?？梢猿休d較大負荷，多用于輕型﹑小型貨車的前橋。缺點：因為有兩個擺臂，所以占用的空間比較大。所以，乘用車的前懸架一般不用此種結構形式。⒉麥弗遜式（滑柱連桿式）安徽工程大學07級圖2-4麥弗遜式獨立前懸架工作原理：這種懸架目前在轎車中采用很多。這種懸架將減振器作為引導車輪跳動的滑柱，螺旋彈簧與其裝于一體。這種懸架將雙橫臂上臂去掉并以橡膠做支承，允許滑柱上端作少許角位移。內側空間大，有利于發(fā)動機布置，并降低車子的重心。車輪上下運動時，主銷軸線的角度會有變化，這是因為減振器下端支點隨橫擺臂擺動。以上問題可通過調整桿系設計布置合理得到解決。圖2-5奧迪100型轎車弗遜式前懸架麥弗遜獨立懸架的特點：優(yōu)點：技術成熟，結構緊湊，響應速度快，占用空間少，便于裝車及整車布局，多13安徽工程大學07級用于中低檔乘用車的前橋。缺點：由于結構過于簡單，剛度小，穩(wěn)定性較差，轉彎側傾明顯，必須加裝橫向穩(wěn)定器，加強剛度。2.2.2獨立懸架的總體特點優(yōu)點：（1）發(fā)動機可放低安裝，有利于降低汽車重心，并使之結構緊湊。（2）允許前輪有大的跳動空間，有利于轉向，便于選擇軟的彈簧元件使平順性得到改善。（3）非簧載質量小，可提高汽車車輪的附著性。缺點：（1）由于在轉向時由于受離心力的作用內側車輪要比外側車輪受到的力大得多，極端情況下，是危險區(qū)域（2）某些特殊情況下(如轉速過快、側向風較大、路況較差等)，側傾較大，乘員感到不適。安徽工程大學07級第三章懸架形式的選擇3.1總評通過上一章的分析，比較，可以知道當前汽車懸架的前沿技術是帶反饋的閉環(huán)自控懸架系統(tǒng)統(tǒng)。比如，主動，半主動懸架系統(tǒng)，已經在一些高檔轎車上得以應用。普通乘用車所使用的仍舊是傳統(tǒng)的機械式的懸架系統(tǒng)，發(fā)展趨勢是，四輪全部采用獨立懸架系統(tǒng)。目前，乘用車上應用的懸架系統(tǒng)，五花八門，全部采用非獨立，全部獨立，抑或是將二者結合，這主要源于汽車廠商的不同市場定位，市場策略。不管在一輛車上采用何種技術對比，目的只有一個--提供一臺操縱穩(wěn)定性，平順性，舒適性兼顧的車子。以盡可能低的成本制造出技術性能盡可能好的產品是每一個汽車設計人員的最大追求。這也是與車場利益相吻合的。這次我的課程設計課題是汽車車懸架系統(tǒng)的設計，選的車型是日產的nv200，由于本車總成本在7-10萬人民幣，這個區(qū)位的汽車市場，集中了大量車型，競爭激烈。為了增強本車的市場競爭力，在保持各項技術達標的前提下，應盡可能的壓縮成本。雖然，采用四輪全獨立懸架的轎車操縱穩(wěn)定性，平順性及舒適性都比較理想。從設計角度來講，傾向于采用。但是，相對來說，總成本比較高，不適和本車的實際情況。出于綜合考慮，經過慎重思考，選定了本車的懸架系統(tǒng)：前獨立懸架+后整體式懸架。3.2前后懸架的確定3.2.1前獨立懸架的選擇通過前一章的分析、對比，認為，到滑柱連桿式獨立前懸比較適合本車的設計要求。因為,它既能很好的滿足舒適性的要求,又能使車輛的技術指標符合設計任務的規(guī)定.所以,前懸決定選用麥弗遜式獨立前懸架。麥克弗遜懸架是以福特汽車公司的工程師EarleS.McPherson的名字命名的。麥克弗遜懸架是以福特汽車公司的工程師EarleS.McPherson的名字命名15安徽工程大學07級的。典型的結構如圖3-1所示。麥弗遜懸架相對雙橫臂懸架而言，它不僅簡化了結構，減小空間，有利于車身前部地板的構造和發(fā)動機布置，這一點在用于緊湊型轎車的前懸架時，具有無可比擬的優(yōu)勢。麥弗遜懸架的另外一些優(yōu)點包括：鉸接點的數(shù)目較少；上下鉸點與車輪接地點之間的距離較小，這對減小鉸點處的受力有利；彈簧行程較大、另外，當車輪跳動時，其輪距、前束及車輪外傾角等均改變不大，減輕了輪胎的磨損，也使汽車具有良好的行駛穩(wěn)定性。圖3-1麥克弗遜式前懸架結構簡圖3.2.2后懸架的選擇為了有效的降低本車的制造，使用,維護,購買的成本。后懸架決定采用普通的鋼板彈簧整體式懸架(如圖3-2所示)。雖然,普通鋼板彈簧式非獨立后懸架在乘用車上來看,技術不夠先進,平順性也沒獨立懸架優(yōu)良,但是它可以合理的照顧整車成本,壽命長且使用期間維護簡單,成本低，堅固,可靠，耐用。如此，既可兼顧技術的主流性，易于被客戶接受,又可降低制造成本，增強市場競爭力。畢竟，就目前的形勢來說，國產車在與國外巨頭競爭中，手中的牌不多，價格是最為有效和殺傷力的一張。只有用好這張牌，才有可能在不遠的將來打一個漂亮的防守反攻。最終使民族品牌成為國內乃至全球的強勢汽車品牌。圖3-2縱置鋼板彈簧非獨立懸架結構簡圖安徽工程大學07級安徽工程大學07級第四章懸架主要參數(shù)的確定4.1影響平順性的參數(shù)4.1.1懸架的彈性特性和工作行程對于大多數(shù)汽車而言，其懸掛質量分配系數(shù)ab=0.8~1.2，因而可以近似地認為e=1，即前后橋上方車身部分的集中質量的垂向振動是相互獨立的，并用偏頻n1，n2表示各自的自由振動頻率，偏頻越小，則汽車的平順性越好。一般對于采用鋼制彈簧的轎車，n1約為1—1.3Hz(60—80次/min），n2約為1.17~1.5Hz非常接近人體步行時的自然頻率。載貨汽車的偏頻略高于轎車，前懸架約為1.3Hz，后懸架則可能超過1.5Hz。為了減小汽車的角振動，一般汽車前、后懸架偏頻之比約為n1/n2=0.85~0.95。具體的偏頻選取可參考表4-2：表4-1汽車懸架的偏頻、靜撓度和動撓度由上表選取貨車滿載時前后懸架的偏頻分別為：n1=1.4Hz，n2=1.5Hz所以n1/n2=1.4/1.5=0.93，滿足要求。當1時，汽車前、后橋上方車身部分的垂向振動頻率n1、n2與其相應的懸架剛度Cs1和Cs2以及懸掛質量ms1和ms2之間有如下關系：n1n2式中g——重力加速度，g=9810mm/s2；Cs1,Cs2——前、后懸架剛度，N/mm；s1G,Gs2——前、后懸架簧載重力，N。為了求出前后懸架的垂直剛度，必須先求出前后懸架的簧載質量ms1和ms2。而18安徽工程大學07級ms1和ms2可以通過滿載時前后輪的軸荷減去前后非簧載質量得到。即：ms1=1/2(m前輪軸荷-m前輪非簧載質量）ms2=1/2(m后輪軸荷-m后輪非簧載質量）（式4-5）為了獲得良好的平順性和操縱性，非簧載質量應盡量小些。根據(jù)同類車型類比，取前懸架的非簧載質量為50kg，后懸架的非簧載質量為100kg。將數(shù)據(jù)代入式4-5得出：ms1=1/2(0.645t-0.05t)=0.2975tMs2=1/2(0.645-0.1t)=0.2725t將計算所得的ms1和ms2代入式4-4，得到：前、后懸架的剛度分別為：Cs1=23N/mm；Cs2=24.2N/mm。由于懸架的靜撓度fcmsg/Cs，因而式4-4又可表達為：n2n1式中f1c,f2c的單位為mm。所以由式4-6求出前、后懸架的靜撓度分別為：fc1=126.9mmfc2=110.5mm。懸架的動撓度fd是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結構允許的最大變形（通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的1/2或1/3）時，車輪中心相對車架（或車身）的垂直位移。為了防止汽車行駛過程中頻繁撞擊限位塊，應當有足夠的動撓度，對于轎車fd/fc的值應不小于0.5，大客車應不小于0.75，載貨汽車1.0。所以選取貨車前后懸架的動撓度等于靜撓度，即fd1=0.5fc1=63.45mmfd2=0.5fc2=55.25mm。此時懸架總的工作行程即靜撓度fc和動撓度fd之和等于：f1=190mm，f2=166mm4.1.2懸架的阻尼特性當汽車懸架僅有彈性元件而無摩擦或減振裝置時，汽車懸掛質量的振動將會延續(xù)19安徽工程大學07級很長的時間，因此，懸架中一定要有減振的阻尼力。對于選定的懸架剛度，只有恰當?shù)剡x擇阻尼力才能充分發(fā)揮懸架的緩沖減振作用。對于一個帶有線性阻尼減振器的懸架系統(tǒng)或彈簧—質量—阻尼系統(tǒng)，可用相對阻尼比來評價阻尼的大小或振動衰減的快慢程度。相對阻尼比可表達為：式中Cs——彈簧剛度；ms——懸掛部分的質量。上式表明，減振器的阻尼作用除與其阻尼系數(shù)k有關外，也與懸架的剛度及懸掛質量有關。不同剛度和不同質量的懸架系統(tǒng)匹配時會產生不同的阻尼效果。為了獲得良好的平順性，典型的相對阻尼比如表4-2表4-2汽車懸架的偏頻及相對阻尼比4.1.3.懸架的非簧載質量前懸架為麥弗遜獨立懸架，其非簧載質量包括車輪和轉向節(jié)的質量等；后懸架為縱置鋼板彈簧非獨立懸架，其非簧載質量包括車輪和轉向節(jié)的質量以及連接左右車輪的從動橋的整個剛性梁，包括主減速器、差速器以及半軸的質量，還有傳動軸的部分質量。由上述的分析中，已知了懸架的非簧載質量取為50kg，后懸架的非簧載質量為100kg。4.2影響操縱穩(wěn)定性的參數(shù)主要考慮懸架的側傾中心和側傾角剛度。4.2.1.側傾中心取車身的質心高度為40%車身高度=74cm。根據(jù)SAEJ670e的定義，側傾中心為通過左右車輪中心的垂直橫斷面上的一點，安徽工程大學07級在該點向懸掛質量上施加一個橫向作用力不會引起懸架的側傾變形。側傾中心的高度變化實質上并不改變由懸掛質量離心力以及側傾后質心偏移所帶來的輪荷轉移量，它改變的是在輪荷轉移過程中側傾力矩的大小和由彈性元件、傳力桿系所分擔的力的比例。側傾中心越高，則側傾力矩越小；在一定側傾角剛度下車身的側傾角越小，由彈簧及橫向穩(wěn)定桿傳遞的力越小，而由傳力桿系所傳遞的力就越大，反之亦然。獨立懸架的側傾中心太高的話可能導致車輪跳動時輪距變化過大，加劇輪胎磨損。綜合考慮以上因素，選取懸架的側傾中心高度為74cm。4.2.2.側傾角剛度1.前懸架麥弗遜懸架的側傾角剛度c根據(jù)總體設計要求在側傾慣性力等于0.4倍車重時，貨車車身側傾角不超過60-70。首先繪圖畫出前懸架側傾時的側傾中心，如圖4-2：圖4-2麥弗遜式懸架側傾角剛度圖作過減振器的上支點做減振器中心線的垂線，延長轉向節(jié)的下支點和下擺臂的端點的連線，從而使其與前一條線相交，交點為M，N，將M，N點分別與兩邊輪胎的接地點連接，從而與汽車的側傾中心線相交一點O，此O點即為汽車的側傾中心。而麥弗遜懸架的側傾角剛度通過下式可求出：msC2Csn221安徽工程大學07級其中d和a可以通過幾何關系求出:m956.57有下文導向機構的設計中，可以知道s715mm，n1032mm。將上述數(shù)據(jù)代入式4-8，得到麥弗遜懸架的側傾角剛度為：715956.572msC2Cs223()2.02107Nmm1032n2.后懸架鋼板彈簧的側傾角剛度cc2dm12csqd2同樣地，首先繪出鋼板彈簧懸架在側傾時的側傾中心示意圖，如圖4-3。式中M——懸架抵抗側傾的彈性恢復力矩，它與車身所受側傾力矩等值異號；cs——鋼板彈簧垂直剛度；q——兩側鋼板彈簧的中心距。圖4-3非獨立懸架側傾中心示意圖前面已經求出鋼板彈簧的垂直剛度為cs214.58N/mm；；兩側鋼板彈簧的中心距為：q=1200mm；代入上式求出鋼板彈簧的側傾角剛度為：c11csq2214.58120021.5410822安徽工程大學07級3，驗證側傾角剛度的可靠性在確定懸架的側傾角剛度時，應當使前、后懸架的側傾角剛度之和cc足夠大，以保證汽車轉彎行駛時車身的側傾角不致過大，通常在0.4g橫向加速度下車身側傾角應小于6o這里假設汽車的懸架質量ms由兩部分組成，即位于前懸架上的質點ms1和位于后懸架上的質點ms2，ms1和ms2的分配及位置剛好符合ms質心位置,ms1和ms2之間通過無質量，扭轉剛度無限大的縱向平面連接以保證有同樣的側傾角。這樣在橫向加速度ay作用下，離心力Ms1ms1ay和Ms2ms2ay，分別向前、后懸架的側傾中心處簡化得Ms1ms1ayd1和Ms2ms2ayd2623102.代入數(shù)據(jù)得到，Ms1ms1ayd9.8956.5715950.4Ms2ms2ayd25450.49.87353.555106Ms1Ms22.4881063.555106所以，總的側傾角為0.02561.47678cs1cs28.27101.5410可見，剛度滿足側傾角要求。4.3影響縱向穩(wěn)定性的參數(shù)汽車在制動或加速行駛時，由于慣性力的作用會造成軸荷轉移，并伴隨前、后懸架的變形，表現(xiàn)為制動時的“抬頭抬尾”和驅動加速時的“仰頭垂尾”現(xiàn)象。懸架設計時應考慮采取相應的措施減小或消除制動及驅動時懸架的變形。4.3.1.前、后懸架縱傾中心前懸架：麥弗遜式獨立懸架的縱傾中心，可由E點做減振器運動方向的垂直線。該垂直線與橫臂軸D延長線的交點O即為縱傾中心，如圖4-4所示：后懸架：縱置鋼板彈簧非獨立懸架結構，縱傾中心近似位于鋼板彈簧前卷耳中心O2處，如圖4-5所示。安徽工程大學07級圖4-4麥弗遜式獨立懸架的縱傾中心2，抗制動縱傾性（抗制動前俯角）抗制動縱傾性可使制動過程中汽車車頭的下沉量及車尾的抬高量減小。只有在前、后懸架的縱傾中心位于兩根車橋（軸）之間時，這一性能才能實現(xiàn)，如圖4-5所示。第五章前懸架的設計技算5.1.前懸架螺旋彈簧的設計計算安徽工程大學07級5.1.1.前懸架靜、動撓度和螺旋彈簧靜、動撓度的關系麥弗遜懸架在振動時，由于彈簧與車體并不垂直，所以懸架的靜撓度并不等于螺旋彈簧的靜撓度?？梢酝ㄟ^振動時螺旋彈簧位置的改變來尋找?guī)缀侮P系根據(jù)已知的懸架靜撓度來求出螺旋彈簧的靜撓度，如圖4-8所示：圖中fc——前懸架的靜撓度，已知fc=126.9mm；fc1——螺旋彈簧的靜撓度。由圖中的幾何關系可以到下式解三角形ABC:4002126.92(400f2cos4c)2400126.9----------------(式5-1)fc1126.4mm圖4-8前懸架振動示意圖同理，可以求出螺旋彈簧的動撓度為：fd1=0.5fc1=63.2mm5.2..螺旋彈簧基本參數(shù)的選擇(1)彈簧中徑D和鋼絲直徑d:初步取D=90mmd=10mm。(2)工作圈數(shù)i可按下式求得：iGd48cD3----------------(式5-2)式中G——彈簧材料的剪切彈性模量，取G8.3104MPa;；c——螺旋彈簧剛度。安徽工程大學07級對于螺旋彈簧的剛度可以由螺旋彈簧的靜撓度反求出,因為fc=126.4解得n=1.4故可求出螺旋彈簧剛度為c=23N/mm，將數(shù)據(jù)帶入5-2解得：i=6圈(3)彈簧的剛度、動靜撓度由上面的分析，已知了彈簧的剛度為c=23N/mm，彈簧的動、靜撓度為：fc1=126.4mmfd1=63.2mm5.3螺旋彈簧端部形狀和材料的選擇首先，采用彈性特性為線性的等節(jié)距螺旋彈簧，由于鋼絲直徑d=10mm，所以在熱處理工藝上需要成形后淬火并回火，即熱成形彈簧。在端部形狀的選擇上采取兩端碾細的端部結構，這種結構節(jié)約材料，占用垂向空間小，特別是由于兩端都平整，安裝時可以任意轉動，因而設計時彈簧的圈數(shù)可以去任意值，不必限于整數(shù)。螺旋彈簧材料的選擇可參考下表5-1表4-4部分彈簧鋼種在汽車上的應用這里選用彈簧的材料為：5-4.螺旋彈簧強度校核fc1Gd螺旋彈簧的扭轉應力可以表示為：cD2ifd1Gd動載荷下的扭轉應力表示為：dD2i將已知數(shù)據(jù)代入上式，其中動、靜撓度fc1=126.9mmfd1=63.45mm剪切彈性模量：G=8.3×104MPa，螺旋彈簧中徑：D=120mm，鋼絲直徑：d=18mm，工作圈數(shù)為：i=8圈。安徽工程大學07級126.98.310410解得c690N902663.458.310410d345.1N2906選取彈簧許用扭轉應力時，應根據(jù)懸架結構型式和工作特點來確定，一般推薦滿載需用扭轉應力為500~700MPa，彈簧最大扭轉應力在980~1078MPa范圍內?？梢娺@里計算所得的扭轉應力c=419.2MPa<700MPa，d=345.1<980MPa故強度可靠。第六章后懸架的設計計算6.1彈性元件的選擇安徽工程大學07級本車后懸架決定采用鋼板彈簧作為彈性元件的非獨立懸架。鋼板彈簧即是后懸架的彈性元件，又起到導向機構的作用，可不必單設導向裝置，使結構簡化，并且由于彈簧各片之間摩擦引起一定減振作用。鋼板彈簧是這種形式非獨立懸架的最重要的部件。鋼板彈簧一般選用60Si2Mn6.1.1加工要求：熱軋彈簧鋼加熱成形，而后淬火﹑回火，還要經過實效處理，以消除內應力?！?.1.2材料的參數(shù)：彎曲應力：P445MPa,G7910，彈性模量：E20610使用溫度：40200C033剪切應力：b1569MPa-------據(jù)《機械零件設計手冊》大都是專業(yè)的鋼鐵公司軋制，裝配好，以鋼板彈簧總成的形式出現(xiàn)。鋼板彈簧又叫葉片彈簧，它是由若干不等長的合金材料的彈簧片疊加在一起組合成一根近似等強度的梁。如圖下右側所示。鋼板彈簧3的第一片（最長的一片）稱為主片，其兩端彎成卷耳1，內裝青銅或塑料或橡膠。粉沫冶金、制成的襯套，用彈簧銷與固定在車架上的支架、或吊耳作鉸鏈連接。鋼板彈簧的中間用U形螺栓與后橋固定。1-卷耳2-彈簧夾3-鋼板彈簧主片4-中心螺栓圖6-1中心螺栓4用來連接各彈簧片，并保證各片的裝配時的相對位置。中心螺栓到兩端卷耳中心的距離可以相等，也可以不相等如下圖所示。為了增加主片卷耳的強度，將第二片末端也彎成半卷耳，包在主片卷耳和外面，且留有較大的間隙，使得彈簧在變形時，各片間有相對滑動的可能。6.2鋼板彈簧參數(shù)的設計計算安徽工程大學07級6.2.1初選滿載弧高滿載弧同fa是指鋼板彈簧裝到車軸（橋）上，汽車滿載時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（圖6-2）.fa用來保證汽車具有給定的高度當fa=0時，鋼板彈簧在對稱位置上工作，為了在車架高度已限定時能得到足夠的動撓度(P181)值，常fa=10~20mm。初選滿載弧高fa20mm6.2.2各片長度的確定乘用車鋼板彈簧主片長度L＝（0.40－0.55）軸距初選L=0.43軸距0.432725mm1172mm；依靠作圖法求其余各片長度（如圖所示）。圖6-2（作圖法定各片長度）得L2920mm,L3=720mm,L4580mmL為主片長度6.2.3斷面高度及片數(shù)的確定（1）鋼板斷面寬度b的確定：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J0鋼板的垂直剛度：cFw6459.8Nafmm57.2N/mmc60U型螺栓中心距：S＝76mm（U型螺旋中心距）求：（為撓度增大系數(shù)）n1..........與主片長度相等的片數(shù)n0..........總片數(shù)n1n1,041.5(1.040.5)1.51.04(111.154)E=206103N/mm3（彈性模量）取k＝0.5總慣性矩J0：安徽工程大學07級J[(LkS)3c]048E[(11720.576)357.21.15]482061039701.2鋼板彈簧總截面系數(shù)w0wFw(L-ks)04w6321(11720.576)45003584取w03584計算鋼板彈簧的平均厚度hphJ02p2W9701.25.4mm03584hph'p5.4mm,hp5mmbh＝610取值取b＝8求得b＝40mmphp6.2.4厚度的確定由前得J09701.2Jnbh3012h9mm6.2.5鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下得弧高及其曲率半徑1.弧高的計算H0fcfaffc110.5mm――――靜撓度fa20mm―――－滿載弧高f――――――鋼板彈簧總成用U型螺旋夾緊后弧高的變化量安徽工程大學07級fS(3LS)(fafc)2L276(3117276)(110.520)21172212.4mmH0110.52012.4mm＝142.9mm2.曲率半徑的計算L211722mmR01201.5mm8H08142.9mm――――――――L是板簧主片長度，前已取得；6.3鋼板彈簧的強度校驗6.3.1驅動時，后板簧承受的最大載荷時，前半段出現(xiàn)的最大應力maxG2m2'l1(l2c)G2m'2c(ll)W(bh)12013160.51.255865860.82763160.55860.84095865863584448.7MP1000MP【G23160.5N，（為滿載時后軸軸荷），取m2＝1.2，（m2＝1.21.4乘用車，）取c＝0.8，l1＝l2＝586mm；W0＝3584mm，h1＝9mm；c＝276mm，b＝40mm?！抗蕪姸确弦?后懸架的自振頻率：''n2116.19次/分后懸自振頻率值：n2105130次/分fC25080mm}后懸架剛度：c2Z3562.559.375fC260第七章獨立懸架導向機構的設計31安徽工程大學07級7.1.設計要求獨立懸架的導向機構承擔著懸架中除垂向力之外的所有作用力和力矩，并且因此，在設計獨立懸架決定了懸架跳動時車輪的運動軌跡和車輪定位角的變化。的導向機構時，應使其滿足以下要求：(1)形成恰當?shù)膫葍A中心和側傾軸線；(2)形成恰當?shù)目v傾中心；(3)各鉸鏈點處受力盡量小，減小橡膠元件的彈性變形，以保證導向精確；(4)保證車輪定位參數(shù)及其隨車輪跳動的變化能滿足要求;(5)具有足夠的疲勞強度和壽命。7.2前輪定位參數(shù)與主銷軸的布置筒式減振器上鉸鏈的中心與橫擺臂外端的球鉸鏈中心的連線為麥弗遜懸架的主銷軸線。此結構也為無注銷結構。7.2.1.主銷偏移距圖7-1所示為麥弗遜式前懸架，當主銷軸線的延長線與地面的交點位于輪胎胎冠印跡中心線外側時，具有負的主銷偏移距rs，可以保證汽車制動穩(wěn)定性。在這里也選取負主銷的偏移距，令主銷軸線與車輪縱向中心線的夾角為12°。安徽工程大學07級圖7-1麥弗遜懸架的主銷偏移距7.2.2四個前輪定位參數(shù)的初步選取如下表7-1：圖7-2主銷后傾圖7-3主銷內傾角圖7-47.2.3麥弗遜懸架受力情況與螺旋彈簧斜置分析如圖4-21所示的麥弗遜獨立懸架受力簡圖可知：作用在導向套上的橫向前輪外傾角圖7-5前輪前束33安徽工程大學07級力F3，可根據(jù)圖上的布置尺寸求得，F(xiàn)3式中F1——單側前輪簧載質量；F1ad------（式7-1）cbdc橫向力3F越大，則作用在導向套上的摩擦力3Ff越大（f為摩擦因數(shù)），這對汽車平順性有不良的影響。為了減小摩擦力，在導向套和活塞表面應用了減磨材料和特殊工藝。由式(4-34)可知，為了減小F3，要求尺寸c+b越大越好，或者減小尺寸a。增大前者會使懸架占用的空間增加，在布置上產生困難；若采用增加減振器軸線傾斜度的方法，可達到減小a的目的，但也存在布置困難的問題。為此，在保持減振器軸線不變的條件下，常將圖中的G點外伸至車輪內部，既可以達到縮短尺寸a的目的，又可獲得較小的甚至是負的主銷偏移距，提高制動穩(wěn)定性。移動G點后的主銷軸線不再與減振器軸線重合。HYPERLINK"/retype/zoom/b89eef51ad02de80d4d840d0?pn=34&x=0&y=1275&raww=920&rawh=528&o=png_6_0_0_196_503_580_332_892.979_1262.879&type=pic&aimh=275.4782608695652&md5sum=b837bb15eebffc06c029f1616dc4d54d&sign=78efdee4d2&zoom=&png=639