懸架設(shè)計(jì)說明書

1、 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目： 桑塔納志俊汽車懸架設(shè)計(jì) 車勝男 學(xué)院 交通學(xué)院 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 機(jī)械本1105 學(xué)號(hào) 20112814545 指導(dǎo)教師 宏圖王昕彥 2013年11月25日 5懸架設(shè)計(jì) 5.1懸架的結(jié)構(gòu)形式1 5.2懸架彈性元件的設(shè)計(jì)與計(jì)算2 5. 2. 1布置方案2 5.2.2鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 3 5.3懸架對(duì)汽車主要性能的影響11 5.3.1 懸架對(duì)汽車平順性的影響 11 5.3.2 懸架對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的影響 12 參考文獻(xiàn) 13 第五章懸架設(shè)計(jì) 5.1懸架的結(jié)構(gòu)形式 懸架可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩類。 5.1.1獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)是

2、：簧下質(zhì)量??；懸架占用的空間小；彈性元件只承受垂直力，所 以可以用剛度小的彈簧，使車身振動(dòng)頻率降低，改善的汽車行駛的平順性；由于可能降 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穩(wěn)定性；左右車輪 各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)互不影響，可減少車身的震動(dòng)和傾斜，同時(shí)在起伏的路面上能獲得良好的 地面附著能力。獨(dú)立懸架的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維修困難。這種懸架主要用于 轎車和部分輕型貨車、客車及越野車上。 5.1.2非獨(dú)立懸架 以縱置鋼板彈簧為彈性元件兼做導(dǎo)向裝置的非獨(dú)立懸架，其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 制造容易，維修方便，工作可靠。缺點(diǎn)是由于整車布置上的限制，鋼板彈簧不可能有足 夠長(zhǎng)度（特別是前懸

3、架），使之剛度較大，所以汽車平順性較差；簧下質(zhì)量大；在不 平路面上行駛時(shí)，左右車輪相互影響，并使車軸（橋）和車身傾斜；當(dāng)汽車直線行駛在 凹凸不平的路面上時(shí)，由于左右兩側(cè)車輪反向跳動(dòng)或只有一側(cè)車輪跳動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不利 的軸轉(zhuǎn)向特性；汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，離心力也會(huì)產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性；車軸（橋）上方 要求有與彈簧行程相適應(yīng)的空間。這種懸架主要用在貨車、大客車的前后懸架以及某些 轎車的后懸架上。 目前汽車的前后懸架采用的方案有：前輪和后輪均采用非獨(dú)立懸架；前輪采用獨(dú)立 懸架，后輪采用非獨(dú)立懸架；前后輪均采用獨(dú)立懸架幾種。 非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是左右車輪用一跟整體軸連接，再經(jīng)過懸架與車身（或車身） 連接，如

4、圖5.1（a）所示；獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是左右車輪通過各自的懸架與車架（或 車身）連接，如圖5.1 （b）所示。 要正確的選擇懸架方案和參數(shù)，在車輪上下跳動(dòng)時(shí)，使主銷的定位角變化不大、車 輪運(yùn)動(dòng)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)壓迫協(xié)調(diào)，避免前輪擺振；汽車轉(zhuǎn)向時(shí)應(yīng)使之稍有不足轉(zhuǎn)向特性。 此桑塔納轎車懸架部分結(jié)構(gòu)形式選定為： （1）前懸采用麥弗遜式獨(dú)立懸架 （2）后懸采用復(fù)合扭轉(zhuǎn)梁式非獨(dú)立懸架 5.2懸架彈性元件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.2.1布置方案 懸架的主要任務(wù)是傳遞作用在車輪和車架（或車身）之間的一切力和力矩，并且緩 和路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的震動(dòng)，保證汽車行 駛的平順性；保證車輪在

5、路面不平和載荷變化時(shí)有理想的運(yùn)動(dòng)特征；保證汽車的操縱穩(wěn) 定性，使汽車獲得高速行駛能力。 懸架由彈性元件、導(dǎo)向裝置、減震器、緩沖塊和橫向穩(wěn)定器等組成。 導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向桿系組成，用來決定車輪相對(duì)于車架（或車身）的運(yùn)動(dòng)特性，并傳 遞出彈性元件傳遞的垂直力以外的各種力和力矩。當(dāng)用縱置鋼板彈簧彈性元件時(shí)，它兼 起到導(dǎo)向裝置的作用。緩沖塊用來減輕車軸對(duì)車架（或車身）的直接沖撞，防止彈性元 件產(chǎn)生過大的變形。裝有橫向穩(wěn)定器的汽車，能減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)車身的側(cè)傾角和橫向角 所引起的震動(dòng)2。 在對(duì)此桑塔納轎車的設(shè)計(jì)中，對(duì)其懸架提出的設(shè)計(jì)要求有: （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)能力；

6、（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?。?（7）可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩。 本設(shè)計(jì)是桑塔納轎車的懸架設(shè)計(jì)，故采用 ： （1）前懸：麥弗遜式獨(dú)立懸架 （2）后懸：復(fù)合扭轉(zhuǎn)梁式非獨(dú)立懸架 （3）輔助元件：減震器、緩沖塊 桑塔納志俊轎車弗遜式前懸架 通過減小懸架垂直剛度c，能降低車身震動(dòng)固有頻率n (nh.c/ms/2 n),達(dá)到改 C 善汽車平順性的目的。但因?yàn)閼壹艿膫?cè)傾角剛度 C和懸架垂直剛度c之間是正比例關(guān) C 系，所以減少垂直剛度 c的同時(shí)使

7、側(cè)傾角剛度C也減小，并使車廂側(cè)傾角增加，結(jié)果 車廂中的乘員會(huì)感到不舒服和降低了行車安全感。解決這一矛盾的主要方法是在汽車上 設(shè)置橫向穩(wěn)定器。有了橫向穩(wěn)定器，就可以做到在不增大懸架垂直剛度 c的條件下，增 大懸架的側(cè)傾角剛度C。 鋼板彈簧在汽車上可以縱置或者橫置。后者因?yàn)橐獋鬟f縱向力，必須設(shè)置附加的導(dǎo) 向傳力裝置，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量加大所以在在少數(shù)輕、微型車上應(yīng)用?？v置鋼板彈簧能 傳遞各種力和力矩，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故在汽車上得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用縱置鋼板彈 簧。縱置鋼板彈簧又分對(duì)稱式和不對(duì)稱式。鋼板彈簧中部在車軸(橋)上的固定中心至 鋼板彈簧兩端卷耳中心之間的距離若相等，則為對(duì)稱式鋼板彈簧；若不相

8、等為不對(duì)稱式 鋼板彈簧。多數(shù)情況下汽車采用對(duì)稱式鋼板彈簧，故本設(shè)計(jì)采用對(duì)稱式鋼板彈簧。 5.2.2鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 60Si2Mn熱軋彈簧鋼加熱成形，而后淬火、回火，還要經(jīng)過實(shí)效處理，以消除應(yīng)力。 材料的參數(shù)： 彎曲應(yīng)力: p 445MPa J 3 G 79 10 彈性模量: 3 E 206 10 使用溫度: 40 : 2000C 剪切應(yīng)力: b 1569MPa 據(jù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 冶金工業(yè) 表 25 5 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 在進(jìn)行鋼板彈簧計(jì)算之前，應(yīng)當(dāng)知道下列初始條件：滿載靜止時(shí)汽車前后軸（橋） 符合G1、G2和簧下部分荷重Gu1、Gu2，并根據(jù)此計(jì)算出單個(gè)鋼板彈簧的載荷：Fw1

9、: （Gl - Gu1）12和Fw2=（ G2-Gu2）12，懸架的靜擾度fc和動(dòng)擾度fd，汽車的軸距等。 滿載弧高fa 滿載弧高fa是指鋼板彈簧裝帶軸（橋）上，汽車滿載時(shí)鋼板彈簧主片上表面與兩端 （不包括卷耳孔半徑）連線間的最大高度差，如圖6.1所示：fa用來保證汽車具有給頂 的高度。當(dāng)fa為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 夠的動(dòng)擾度值，常取fa=10-20mm本設(shè)計(jì)取fa=20mm 圖6.1鋼板彈簧弧高示意圖 鋼板彈簧長(zhǎng)度L的確定 鋼板彈簧長(zhǎng)度L是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離。 增加鋼板彈簧長(zhǎng)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

10、平順性；在垂直剛度c給定 的條件下，又能明顯增加鋼板彈簧的縱向角剛度。鋼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)，能減少輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形；選用長(zhǎng)些的鋼板彈簧，會(huì)在汽車上布置時(shí)產(chǎn) 生困難。原則上在總布置可能的條件下，應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)一些。本設(shè)計(jì)采用 L=0.43 X軸距。L=1600X).437=668mm 鋼板斷面尺寸及片數(shù)的確定 鋼板斷面寬度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)支梁啊計(jì)算公式計(jì)算，但需要引入擾 度增大系數(shù)S加以修正 由于鋼板彈簧的主片有一部分要用著卷耳L = L-Ks 因此，

11、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 3 J0 (L kS) c 48E FW fC 3562.5N 60mm 59.37 N / mm (1086 0.5 76) 48 206 10 8911.205 r 1.04 (1 -) 59.37 1.282 S= 76 mm （ U型螺旋中心距） 1.282 （ 為撓度增大系數(shù)） 1.5 (1.04 0.5 ) ni1 n4 1.5 n1 與主片長(zhǎng)度相等的片數(shù) n0 總片數(shù) 33 E=206 10 N/ mm (彈性模量) 鋼板彈簧總截面系數(shù)W用下式計(jì)算 Fw (L ks) 4 w 1421 (688 0.5 76) 取 w0514

12、 4 450 513.13 _2 對(duì)于55SiMnVB或60Si2Mn等材料，表面經(jīng)噴丸處理后，推薦w在400550N/mm , 2 本設(shè)計(jì)選取w=450 N/mm 將公式 W0 Fw( L-ks)/4 w 帶入 hp 2Jc w。 2 562.171 514 2.187 mm hp hp 2.187mm 取hp 3mm 有了 hp之后，再選鋼板彈簧的片寬b,增大片寬，能增加卷耳強(qiáng)度，但當(dāng)車身受側(cè) 向里作用力傾斜時(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和彈簧的總厚。推薦片寬 與片厚的比值b/hp在610之間選取 Q =

13、6: 10 取值 得 b= 24mm hp 鋼板斷面形狀 矩形斷面鋼板彈簧（如圖6.2所示）的中性軸，在鋼板斷面的對(duì)稱位置上。工作時(shí) 一面受拉應(yīng)力，另一面受壓應(yīng)力作用，而且上下表面的名義拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的絕對(duì)值相 等。因材料抗拉性能低于抗壓性能，所以在受拉應(yīng)力作用的一面首先產(chǎn)生疲勞斷裂 鋼板彈簧片數(shù)n片數(shù)n少些有利于制造和裝配，并可以降低片間的干摩擦，改 善汽車行駛平順性。但片數(shù)少了將使鋼板彈簧與等強(qiáng)度梁的差別增大，材料利用率變壞 本設(shè)計(jì)選取n=4 厚度的確定 由前得Jo 562.171 QJ0 警 h3 轡 3 4 2：33 6 鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的確定 片厚不變寬度連續(xù)變化的單片鋼板彈簧是等強(qiáng)

14、度梁，形狀為菱形（兩個(gè)三角形）。 將由兩個(gè)三角形鋼板組成的鋼板彈簧分割成寬度相同的若干片，然后按照長(zhǎng)度大小不同 依次排列、疊放在一起，就形成接近實(shí)用價(jià)值的鋼板彈簧。實(shí)際上的鋼板彈簧不可能是 三角形，因?yàn)闉榱藢摪鍙椈芍胁抗潭ǖ杰囕S（橋）上和使兩卷耳處能可靠地傳遞力， 必須使它們有一定的寬度，因此應(yīng)該用中部為舉行的如圖6.3替代三角形鋼板彈簧才有 真正的實(shí)用意義 9 0 才 1 卜 7 y 才 1 7.- r才 J f * L 1 圖6.3雙梯形鋼板彈簧 這種鋼板彈簧個(gè)片具有相同的寬度，但長(zhǎng)度不同。鋼板彈簧各片長(zhǎng)度就是基于實(shí)際 鋼板各片展開圖接近梯形梁的形狀這一原則來作圖的。首先假設(shè)各片厚度不同

15、，則具體 進(jìn)行步驟如下: 先將個(gè)片厚度hi的立方值hi3按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪制在圖上再沿橫坐標(biāo)量出主 片長(zhǎng)度的一半L/2和U型螺栓中心距的一半S/2，得到A、B兩點(diǎn)，連接A、B即得到三 角形的鋼板彈簧展開圖（如圖6.4 ）。AB線與各葉片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長(zhǎng)度。如果 存在與主片同長(zhǎng)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)連一直線，此直線 與各片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長(zhǎng)度。各片長(zhǎng)度尺寸需經(jīng)調(diào)整后確定。 經(jīng)畫圖測(cè)量得：L2565 mm , 3=442 mm , L4356 mm 鋼板彈簧剛度驗(yàn)算 在此之前，有關(guān)擾度增大系數(shù)3、總慣性矩Jo、片長(zhǎng)和葉片端部形狀等的確定都不 能夠準(zhǔn)確，所以有

16、必要驗(yàn)算剛度。用共同曲率法計(jì)算剛度的前提是，假定同一截面上各 片曲率變化值相同，各片所承受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。剛度驗(yàn)算公式為 Kk 1 式中a jj b 1 =( h _ lk 1)； Yk=1/ 1 1 ； Yk 1 =1/ i 1 式中 a 為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，a=0.90 0.94 ; C = 6aE/ 3 ak 1 k 1 ( Yk-Yk 1 ) E為材料彈性模量，取E=2.lxl0Mpa ll、lk1為主片和第（k+1 ）片的一半長(zhǎng)度。 上公式中主片的一半L1,如果用中心螺栓到卷耳中心間的距離帶入，求得的剛度值 為鋼板彈簧總成自由剛度Cj

17、 ;如果用有效長(zhǎng)度，即h=（l-0.5ks ）帶度上公式求得的剛 度值是鋼板彈簧總成的夾緊剛度cz。 L1 668mmL2 565mm L3 442mm L4 356mm a2 L1 L2103mm83 L2 L3123mm a4 L3 L4 86mm J1 J3 J4 bh432 Y 1 J2 2.31 10 3 Y2 1 J 2 3 1.15 10 J3 4 5.79 10 Y4 J3 4 12.89 10 J 4 6aE n a：1(Yk YkJ k 1 42.14N / mm 剛度校核基本符合 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高 H 0鋼板彈簧

18、各片裝配后，在預(yù)壓縮和 U形 螺栓夾緊前，其主片上表面與兩端（不包括卷耳孔半徑）連線間的最大高度差稱為鋼板 彈簧在自由狀態(tài)下的弧高H，用下式計(jì)算2: H0=( 式中 為鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后引起的弧高變化, Ho Vf 96 mm 靜撓度 Vf 20 mm -滿載弧高 鋼板彈簧總成用 U型螺旋夾緊后弧高的變化量 U形螺栓中心距s=76mm L為鋼板彈簧主片長(zhǎng)度。 s(3L s)(fa fc) 2L2 (3 688 76) 6882 76 (3 688 76)(60 20) 2 2 688 12.77mm H。 (fc a ) 1 (60 20 12) 1 話(3L s) 76 106.6

19、8 取 =12mm 鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑 L26882 R)554.63 8H0 8 106.68mm 鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 因鋼板彈簧各片在自由狀態(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)下的曲率半徑 R。各片自由狀態(tài)下做成不同曲率半徑的目的是：使 各片厚度相同的鋼板彈簧裝配后能很好的貼緊， 減少主片的工作應(yīng)力，使各片壽命接近。 矩形截面鋼板彈簧裝配前各片的曲率半徑由下式確定 R= 用20鋼或20Cr鋼經(jīng)滲碳處理或用45高頻淬火 圖6.5鋼板彈簧主片卷耳受力圖 鋼板彈簧多數(shù)情況下采用 55SiMnVB鋼或60Si2Mn鋼制造。常采用表

20、面噴丸處理工 藝和減少表面脫碳層深度的措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) 力噴丸兩種，后者可使鋼板彈簧表面的殘余應(yīng)力比前者大的多。 5.3懸架對(duì)汽車主要性能的影響 懸架是保證車輪或車橋與汽車承載系統(tǒng)車架或承載式車身之間具有彈性聯(lián)系并能 傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動(dòng)以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱。 懸架最主要的功能是傳遞作用在車輪和車架或車身之間的一切力和力矩，并緩和汽車駛 過不平路面時(shí)所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證汽車的行駛平順 性。為此必須在車輪與車架或車身之間提供彈性聯(lián)接，依靠彈性元件來傳遞車輪或車橋 與車架或車身之間的垂向載荷，并依靠

21、其變形來吸收能量，達(dá)到緩沖的目的。采用彈性 聯(lián)接后，汽車可以看作是由懸掛質(zhì)量即簧載質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量即非簧載質(zhì)量和彈簧彈性 元件組成的振動(dòng)系統(tǒng)，承受來不平路面、空氣動(dòng)力及傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)。為了迅速 衰減不必要的振動(dòng)，懸架中還必須包括阻尼元件，即減振器。此外，懸架中確保車輪與 車架或車身之間所有力和力矩可靠傳遞并決定車輪相對(duì)于車架或車身的位移特性的連 接裝置統(tǒng)稱為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定了車輪跳動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡和車輪定位參數(shù)的變 化，以及汽車前后側(cè)傾中心及縱傾中心的位置，從而在很大程度上影響了整車的操縱穩(wěn) 定性和抗縱傾能力。在有些懸架中還有緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿。 5.3.1懸架對(duì)汽車平順性的影響 汽

22、車行駛平順性是指汽車在一般車速行駛時(shí)避免振動(dòng)和沖擊保持乘員舒適的能 力對(duì)于貨車還包括保持貨物在運(yùn)輸過程中完好性的能力。在汽車行駛過程中如果平順 性能差駕駛員就會(huì)因強(qiáng)烈的振動(dòng)而被迫降低汽車行駛速度從而使汽車的平均速度和 運(yùn)輸生產(chǎn)率下降。發(fā)動(dòng)機(jī)不能在最佳轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)又會(huì)使汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性變差。振動(dòng)產(chǎn) 生的動(dòng)載加速機(jī)件的磨損，由于動(dòng)載產(chǎn)生的交變應(yīng)力會(huì)造成機(jī)件的疲勞破壞，這些都 嚴(yán)重影響汽車的使用壽命。汽車振動(dòng)時(shí)，車輪相對(duì)于地面的跳動(dòng)又會(huì)使接地性變差，使 附著性能變壞，從而影響汽車的通過性操縱穩(wěn)定性，同時(shí)影響汽車的行駛安全性。隨著 人們對(duì)平順性的要求越來越高，汽車平順性研究的重要性也日益凸顯。減少汽車振動(dòng) 除了調(diào)整汽車結(jié)構(gòu)本身外，還有兩個(gè)重要途徑：一方面是改善路面,減少振動(dòng)來源。 532懸架對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的影響 現(xiàn)代汽車除了保證其基本性能，即行駛性、轉(zhuǎn)向性和制動(dòng)性等之外，目前正致力于 提高安全性與舒適性，向高附加價(jià)值、高性能和高質(zhì)量的方向發(fā)展。對(duì)此，尤其作為提 高操縱穩(wěn)定性、乘坐