汽車(chē)設(shè)計(jì)懸架系統(tǒng)

1、目錄第1章 懸架的結(jié)構(gòu)形式的選擇 第一節(jié) 懸架的構(gòu)成和類型 第二節(jié) 獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式分析 第三節(jié) 前后懸架的選擇第2章 懸架主要參數(shù)的選擇 第一節(jié) 懸架性能參數(shù)的選擇 第二節(jié) 懸架的自振頻率第三節(jié) 側(cè)傾角剛度第四節(jié) 懸架的靜動(dòng)撓度的選擇第3章 彈性元件的設(shè)計(jì)分析及計(jì)算 第一節(jié) 前懸架彈簧 第二節(jié) 后懸架彈簧第4章 獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析及計(jì)算 第一節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 第二節(jié) 麥弗遜獨(dú)立懸架示意圖 第三節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力分析 第四節(jié) 橫臂軸線布置方式 第五節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)第5章 減震器的設(shè)計(jì)分析及計(jì)算 第一節(jié)第1章 懸架的結(jié)構(gòu)形式的選擇1.1懸架的構(gòu)成和類型1.1.1 構(gòu)成 （1）彈性

2、元件具有傳遞垂直力和緩和沖擊的作用。常見(jiàn)的彈性元件有： 鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、空氣彈簧、油氣彈簧、橡膠彈簧等。 （2）導(dǎo)向裝置其作用是傳遞除彈性元件傳遞的垂直力以外的各種力和力矩。常見(jiàn)的導(dǎo)向裝置有：斜置單臂式、單橫臂式、雙橫臂式、雙縱臂式、麥弗遜式等。 （3）減震器具有衰減振動(dòng)的作用。常見(jiàn)的減震器有：簡(jiǎn)式減震器、充氣式減震器、阻力可調(diào)式減震器等。 （4）緩沖塊其作用是減輕車(chē)軸對(duì)車(chē)架的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過(guò)大的變形。 （5）橫向穩(wěn)定器其作用是減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)車(chē)身的側(cè)傾角和橫向角振動(dòng)。1.1.2 類型 懸架可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。 （1）非獨(dú)立懸架 非獨(dú)立懸架的特點(diǎn)是：左、右車(chē)輪用

3、一根整體軸連接，再經(jīng)過(guò)懸架與車(chē)架連接。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(chē)布置上的限制，鋼板彈簧不可能有足夠的長(zhǎng)度（特別是前懸架），使之剛度較大，所以汽車(chē)平順性較差。 簧下質(zhì)量較大。 在不平路面上行駛時(shí)，左、右車(chē)輪相互影響，并使車(chē)軸和車(chē)身傾斜。 當(dāng)兩側(cè)車(chē)輪不同步跳動(dòng)，車(chē)輪會(huì)左、右搖擺，使前輪容易產(chǎn)生擺振。 前輪跳動(dòng)時(shí)，懸架易與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。 汽車(chē)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(chē)軸上方要求有與彈簧行程相適應(yīng)的空間。然而由于非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)以及可以使用多種類型的彈性元件等優(yōu)點(diǎn)，非獨(dú)立懸架多用于載貨汽車(chē)和大客車(chē)的前、后懸架。 （2）

4、獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架的特點(diǎn)是：左、右車(chē)輪通過(guò)各自的懸架與車(chē)架連接。優(yōu)點(diǎn)是：簧下質(zhì)量小。 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(chē)身振動(dòng)頻率降低，改善了汽車(chē)行駛的平順性。 由于采用了斷開(kāi)式車(chē)軸，所以能降低發(fā)動(dòng)機(jī)的位置高度，使整車(chē)的質(zhì)心高度下降，改善了汽車(chē)行駛的穩(wěn)定性。 左、右車(chē)輪各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)互不影響，可減少車(chē)身的傾斜和振動(dòng)，同時(shí)在好的路面上能獲得良好的地面附著能力。缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、維修困難然而由于獨(dú)立懸架具有以上優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)代轎車(chē)多采用獨(dú)立懸架。1.2 獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式分析獨(dú)立懸架又可以分為雙橫臂式、單橫臂式、雙縱臂式、單縱臂式、單斜臂式、麥弗遜式和扭轉(zhuǎn)梁隨

5、動(dòng)臂式等。對(duì)于不同形式的獨(dú)立懸架，不僅結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，而且許多基本特性也有較大區(qū)別。評(píng)價(jià)時(shí)常從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：側(cè)傾中心高度 車(chē)輪定位參數(shù)的變化 懸架傾角剛度 橫向剛度 不同形式懸架的特點(diǎn) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)形式 特性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)傾中心高度比較低比較高比較低居單橫臂和單縱臂之間比較高比較高車(chē)輪相對(duì)車(chē)身跳動(dòng)時(shí)車(chē)輪定位參數(shù)變化車(chē)輪外傾角與主銷內(nèi)傾角均有變化車(chē)輪外傾角與主銷內(nèi)傾角變化大主銷內(nèi)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，故輪胎磨損速度慢變化大，故輪胎磨損速度快不變變化不大變化很小不變懸架側(cè)傾角剛度較小，需要有橫向穩(wěn)定器較大，可不裝橫向穩(wěn)定器較小

6、，需要用橫向穩(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的空間尺寸占用較多的空間占用較少的空間幾乎不占用高度空間占用的空間小1.3 前后懸架的選擇目前汽車(chē)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；前輪和后輪均采用獨(dú)立懸架。由于麥弗遜獨(dú)立懸架具有以下特性：車(chē)輪相對(duì)車(chē)身跳動(dòng)時(shí)車(chē)輪定位參數(shù)變化??；輪距變化很??；懸架側(cè)傾角剛度較大，可不裝橫向穩(wěn)定器；橫向剛度大；占用空間小。故此次設(shè)計(jì)前后輪均采用麥弗遜獨(dú)立懸架。第二章 懸架主要參數(shù)的選擇2.1 懸架性能參數(shù)的選擇懸架設(shè)計(jì)可大致分為結(jié)構(gòu)型式及主要

7、參數(shù)選擇和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，有時(shí)還要反復(fù)交叉進(jìn)行。由于懸架的參數(shù)影響到許多整車(chē)特性，并且涉及其他總成的布置，因而一般要與總布置共同協(xié)商確定。2.2 懸架的自振頻率懸架設(shè)計(jì)的主要目的之一是確保汽車(chē)有良好的行駛平順性。汽車(chē)行駛時(shí)振動(dòng)越劇烈，則平順性越差。由于個(gè)體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)千差萬(wàn)別，人們提出了各種各樣的平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)。n=/2=/2n-懸架的頻率M-簧載質(zhì)量K-懸架的剛度懸架頻率n隨簧載質(zhì)量的變化而變化，人體最舒適的頻率范圍為1.6Hz，如果要將汽車(chē)行駛過(guò)程中的頻率保持在11.6Hz內(nèi)。依據(jù)ISO2631人體承受全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)指南，轎車(chē)的自振頻率范圍為0.71.6Hz，對(duì)于簧載質(zhì)量大的車(chē)型取偏小的

8、方向，（大致為1Hz或更低）本設(shè)計(jì)選的范圍是0.71.6Hz。取n1=1.2Hz；懸架n1/n2=0.9所以n2=1.3Hz懸架的剛度Ka+b=1.25+1.35=2.6m前：a/a+b=1.25/2.6=0.48后：b/a+b=1.35/2.6=0.52m1=1650*0.52=856.7Kgm2=1650*0.48=793.3Kgms1=856.7 50=801.7Kgms2=793.3 65=728.3Kg依據(jù)懸架剛度公式可得：=（K / M）-懸架的角速度K-懸架的剛度m-簧上質(zhì)量即K = 2m2.3側(cè)傾角剛度 隨著汽車(chē)車(chē)速的不斷提高，所設(shè)計(jì)的懸架不僅應(yīng)該保持良好的行駛穩(wěn)定性，還應(yīng)該保

9、證良好的操作穩(wěn)定性。在懸架的性能參數(shù)中，以前后懸架的側(cè)傾角剛度的分配以及側(cè)傾中心高度值對(duì)操作穩(wěn)定有較大的影響。所以選擇懸架的主要參數(shù)時(shí)還要加以考慮。在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，為了使車(chē)身的側(cè)傾角不超過(guò)規(guī)定值（按規(guī)定總體設(shè)計(jì)要求，當(dāng)側(cè)向慣性力不超過(guò)車(chē)重的1/4時(shí)，車(chē)身的側(cè)傾角不大于6度7度）。懸架應(yīng)該有足夠的側(cè)傾角剛度。所謂的側(cè)傾角剛度的側(cè)傾力矩。側(cè)傾角剛度不足會(huì)使汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)由于側(cè)傾角過(guò)大使乘客有不穩(wěn)定的感覺(jué)。側(cè)傾角過(guò)大，會(huì)有減輕駕駛員的路感，防害他正確的掌握車(chē)速。所以，對(duì)側(cè)傾角剛度要選擇適當(dāng)。從汽車(chē)?yán)碚撝兄瑸榱吮ＷC良好的操作穩(wěn)定性，希望汽車(chē)有一些不足的轉(zhuǎn)向，而不希望有過(guò)多的轉(zhuǎn)向。而懸架的側(cè)傾角剛度會(huì)影響到

10、車(chē)輪的側(cè)傾角，前后懸架的側(cè)傾角剛度值的不同匹配就會(huì)改變前后輪的側(cè)傾角的比值，從而改變轉(zhuǎn)向特性。則前后懸架的單個(gè)彈簧的側(cè)傾角剛度值為：n1=/4=(n1*2)2 * ms1 /2=(1.2*6.28)2 *801.7/2=22765N/mn2=/4=(n2*2)2 * ms1 /2=(1.3*6.28)2 *728.3/2=24271N/m2.4 懸架的靜動(dòng)撓度的選擇 懸架的靜撓度f(wàn)c是汽車(chē)滿載靜止時(shí)懸架的載荷Fw與此時(shí)的懸架的剛度之比，即fc=Fw/c。汽車(chē)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(chē)的行駛平順性的主要參數(shù)之一。因現(xiàn)代汽車(chē)的質(zhì)量參數(shù)分配系數(shù)近似等于1，于是汽車(chē)前后軸

11、上方車(chē)身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系。對(duì)于剛度為常數(shù)的懸架，靜撓度f(wàn)c完全由所選擇的自振頻率所決定：fc=g/(2n)2由上式可知道，懸架的靜撓度f(wàn)c直接影響車(chē)身的偏振n。因此，欲保證汽車(chē)的良好的行駛平順性，必須正確的選擇懸架的靜撓度。在選擇前后懸架的靜撓度時(shí)，應(yīng)使之接近，并希望后懸架的靜撓度f(wàn)c2比前懸架的靜撓度f(wàn)c1小些，這有利于防止車(chē)身產(chǎn)生較大的縱向角擺動(dòng)。理論分析證明：若汽車(chē)以較高的車(chē)速行駛過(guò)單個(gè)路障，n1/n21時(shí)小故取值為 fc1=g/(2n1)2=9.8/(2*1.2)2=172.57173 fc2=g/(2n2)2=9.8/(2*1.3)2=147.88148轎車(chē)的靜撓度取值范圍如下：

12、fc=100300mm ，所以我的選擇滿足條件。懸架的動(dòng)撓度f(wàn)d是指懸架從滿載靜止平衡位置開(kāi)始?jí)嚎s到結(jié)構(gòu)容許的最大變形時(shí)，車(chē)輪中心相對(duì)于車(chē)架的垂直位移。要求懸架有足夠大撓度，以防止在壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰到緩沖塊。對(duì)于轎車(chē)懸架的動(dòng)撓度f(wàn)d可按下列范圍選?。篺d=（0.50.7）fc 所以我的選取為：fd1=0.6*173=104mmfd2=0.6*149=89mm動(dòng)撓度與靜撓度的總和為：fc1+ fd1=173+104=277 fc2+ fd2=149+89=238第三章 彈性元件的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 前懸架彈簧（1）彈簧中經(jīng)、鋼絲直徑、及結(jié)構(gòu)形式 定彈簧中經(jīng)Dm=90mm 鋼絲直徑d=10mm 結(jié)

13、構(gòu)形式：端部并緊、不磨平、支撐圈為1圈所選用的材料為硅錳彈簧鋼，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得=1600MpaG=80Gpa則=0.625=0.625*1600=1000Mpa（2）彈簧圈數(shù) 由前知fc1=0.174m 單側(cè)螺旋彈簧所受軸向載荷P為 P=mcos=400.8cos129.8 =3925N 其中m-前懸架單側(cè)彈簧質(zhì)量（400.8Kg） -前懸架減震器安裝角（12） 螺旋彈簧在P下的變形f為 f=fc/ cos=0.174/ cos120.177 螺旋彈簧的剛度C=P/f=3952/0.17722557N/m 由C=P/f=Gd4 /8Dm3i 得彈簧工作圈數(shù)i i= Gd4 /8Dm3C=81

14、010(10/1000)4/8(90/1000)322557 5.86 取i=6 又彈簧總?cè)?shù)n與有效圈數(shù)i關(guān)系為n=i+2 則彈簧總?cè)?shù)n=8（3）彈簧完全并緊時(shí)的高度 彈簧總?cè)?shù)n與有效圈數(shù)i以及彈簧完全并緊時(shí)的高度Hs間的關(guān)系如下： Hs1.01d(n-1)+2t=1.0110(8-1)+676.7 則Hs+ fc+ fd=76.7+173.6+80=330mm 則取彈簧的總高度H=300mm（4）應(yīng)力校核 所選螺旋彈簧的剪應(yīng)力為： =8PCK/d2 又C=Dm/d=90/10=9 K=（4C-1）/（4C-4）+0.615/C=（410-1）/（410-4）+0.615/101.16

15、則=8PCK/d2=8392591.16/3.14(10/1000)2 879Mpa=1000Mpa式中K-曲度系數(shù) C-彈簧指數(shù)3.2 后懸架彈簧（1）彈簧中經(jīng)、鋼絲直徑、及結(jié)構(gòu)形式 定彈簧中經(jīng)Dm=100mm 鋼絲直徑d=11mm 結(jié)構(gòu)形式：端部并緊、不磨平、支撐圈為1圈所選用的材料為硅錳彈簧鋼，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得=1600MpaG=80Gpa則=0.625=0.625*1600=1000Mpa（2）彈簧圈數(shù) 由前知fc2=0.147m 單側(cè)螺旋彈簧所受軸向載荷P為 P=mcos=364cos59.8 =3553N 其中m-前懸架單側(cè)彈簧質(zhì)量（364Kg） -前懸架減震器安裝角（5） 螺旋彈

16、簧在P下的變形f為 f=fc/ cos=0.147/ cos50.148 螺旋彈簧的剛度C=P/f=3553/0.14824006N/m 由C=P/f=Gd4 /8Dm3i 得彈簧工作圈數(shù)i i= Gd4 /8Dm3C=81010(10/1000)4/8(90/1000)324006 6.7 取i=7 又彈簧總?cè)?shù)n與有效圈數(shù)i關(guān)系為n=i+2 則彈簧總?cè)?shù)n=9（3）彈簧完全并緊時(shí)的高度 彈簧總?cè)?shù)n與有效圈數(shù)i以及彈簧完全并緊時(shí)的高度Hs間的關(guān)系如下： Hs1.01d(n-1)+2t=1.0111(9-1)+694.88 則Hs+ fc+ fd=94.88+1148+80=3323mm 則

17、取彈簧的總高度H=323mm（4）應(yīng)力校核 所選螺旋彈簧的剪應(yīng)力為： =8PCK/d2 又C=Dm/d=100/11=9.09 K=（4C-1）/（4C-4）+0.615/C=（410-1）/（410-4）+0.615/101.16 則=8PCK/d2=83553101.16/3.14(11/1000)2 765Mpa0.3;為避免懸架碰撞車(chē)架，取Y=0.5S對(duì)于本設(shè)計(jì)選用的懸架，取前0.3 后0.35.4 減震器阻尼系數(shù)減震器阻尼系數(shù)=2。因懸架系統(tǒng)固有頻率W=，所以理論上=2MW。實(shí)際上應(yīng)根據(jù)減震器的布置特點(diǎn)確定減震器的阻尼系數(shù)。例如，當(dāng)減震器如圖安裝時(shí)，減震器的阻尼系數(shù)為=（2MW）/c

18、os2所以 前=（2M1W1）/cos21 =（20.380121.23.14）/cos22 =3626.2（單邊）后=（2M2W2）/cos22=（20.372821.33.14）/cos25=3950（單邊）在下擺臂長(zhǎng)度不變的條件下，改變減震器下橫臂的上固定點(diǎn)位置或者減震器軸線與鉛直線之間的夾角，會(huì)影響減震器的阻尼系數(shù)的變化。5.5 最大卸荷力為減小傳到車(chē)身上的沖擊力，當(dāng)減震器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減震器打開(kāi)卸荷閥，此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度Vx。在減震器安裝如圖時(shí)，Vx=Awcos 式中A-車(chē)身振幅，取40mm w-懸架系統(tǒng)的固有頻率 Vx為卸荷速度，一般為0.150.30m/s Vx前= Awco