第六章懸架設(shè)計(jì)1

第六章懸架設(shè)計(jì)§7-1

概述一、懸架組成與功用彈性元件導(dǎo)向元件阻尼元件緩沖塊橫向穩(wěn)定器返回二、驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)要求1.保證汽車具有良好的行使平順性振動(dòng)頻率低一點(diǎn)好，振動(dòng)加速度符合ISO2631-1:1997(E)三個(gè)極限：2.具有合適的衰減振動(dòng)能力3.保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性返回?zé)o“點(diǎn)頭”、“后仰”現(xiàn)象4.制動(dòng)、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.可靠傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，零部件質(zhì)量輕且有足夠的強(qiáng)度和壽命返回§7-2

懸架結(jié)構(gòu)型式分析概述：分類：金屬的：空氣彈簧，橡膠彈簧，油氣彈簧單位質(zhì)量的儲能量（E/m）非金屬的：傳遞垂直載荷，緩和沖擊振動(dòng)→平順性鋼板彈簧，扭桿彈簧，螺旋彈簧彈性元件評價(jià)指標(biāo)：

彈性元件型式分析易獲得非線性特性非線性密封要好易老化緩沖塊衰減車身和車軸之間振動(dòng)，減少乘客疲勞和貨物損傷防止轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，車身側(cè)傾過大橫向穩(wěn)定器決定車輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，傳遞各種力和力矩限制彈簧最大變形導(dǎo)向機(jī)構(gòu)減振器非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)簡單,成本低,維修保養(yǎng)方便；離地間隙小,非簧載質(zhì)量大,用于前懸架則車輪高速時(shí)上下跳動(dòng)使主銷前傾角改變,導(dǎo)致前輪擺振特點(diǎn)：獨(dú)立懸架特點(diǎn)：非簧載質(zhì)量小→沖擊載荷小→振動(dòng)頻率↓平順性易保證，質(zhì)心↓，穩(wěn)定性↑，左右輪相互影響小，車身側(cè)傾減小，振動(dòng)減??；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修較困難，成本高一、懸架類型二、前、后懸架方案的選擇：3、前輪與后輪均采用獨(dú)立懸架。1、前輪和后輪均采用非獨(dú)立懸架；2、前輪采用獨(dú)立懸架，后輪采用非獨(dú)立懸架；返回獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)型式分析（1）獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)型式分析（2）§7-3

懸架主要參數(shù)的確定一、懸架偏頻n、靜撓度fc、動(dòng)撓度fd的確定①偏頻1.靜撓度fc定義：從空載開始加載到滿載時(shí)，車輪中心相對車架的垂直位移②靜撓度確定方法—前后部分車身的振動(dòng)頻率結(jié)論：頻率與剛度成正比！結(jié)論：撓度與剛度成反比！頻率與撓度成反比！返回懸架設(shè)計(jì)考慮根據(jù)行駛平順性要求確定n1、n2舒適性高，n取下限，振動(dòng)加速度↓，↓沖擊，路面附著性↑表明：推薦：實(shí)測貨車由（7-3）確定fc1、fc2選n原則空載時(shí)振動(dòng)嚴(yán)重返回研究表明：車輛高速越障時(shí)，n1/n2<1時(shí)的縱向角振動(dòng)比n1/n2>1時(shí)小推薦：懸架、彈性元件的靜撓度[fc]:cm返回①↑fc，可↓n,平順性↑,但懸架剛度c↓,會經(jīng)常碰緩沖塊2.動(dòng)撓度fd定義：懸架從滿載位置開始壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形時(shí)，車輪中心相對車架的垂直位移影響因數(shù)②↑fc,c↓,在制動(dòng)(加速)、轉(zhuǎn)彎時(shí)會“點(diǎn)頭”、“后仰”或側(cè)傾較大③↑fc，就要↑板簧長度（貨），布置困難，質(zhì)量↑推薦：路面好，fd/fc小一些路面差，fd/fc大一些選fd/fc原則：返回懸架偏頻n、靜撓度fc、動(dòng)撓度fd的確定返回二、n、fc、fd的相互關(guān)系返回三、懸架的彈性特性說明：1、緩沖塊復(fù)原點(diǎn)；8、額定載荷2、復(fù)原行程緩沖塊脫離支架3、主彈簧彈性特性曲線4、復(fù)原行程；5、壓縮行程6、緩沖塊壓縮期懸架彈性特性曲線7、緩沖塊壓縮時(shí)開始接觸彈性支架四、貨車后懸架主簧剛度Ca及副簧剛度Cm的分配貨車板簧為主、副簧結(jié)構(gòu)的彈性特性結(jié)構(gòu)型式：彈性特性1.基本原則：①在空載n0到滿載nc內(nèi)n的變化應(yīng)盡量地?、诟被善鹱饔们皀b與起作用后na相近，即n突變不要太大返回故：①只有主簧工作時(shí),F↑，c不變,n↓,變化規(guī)律如圖②副簧參加工作時(shí)，c突變，n亦變2.具體方法：①使并讓—滿、空載比—為比例中項(xiàng)②從n0、nc、nb、na相差不大出發(fā)，讓返回貨車后懸架主簧剛度Ca及副簧剛度Cm的分配比較3.方法比較：①用方法一確定的Fk，會使nb、na突變小些，但卻會使全部載荷變化范圍內(nèi)的頻率差變化大。適用于經(jīng)常半載或l值較小的車輛②用方法二使空、滿載范圍內(nèi)懸架系統(tǒng)振動(dòng)頻率變化不大，但副簧接觸托架前后的nb、na突變較大。適用于經(jīng)常滿載的運(yùn)輸部門車輛4.主、副簧應(yīng)力校核：由材力：式中：Fa、Fm—滿載時(shí)主、副簧分配到的載荷n、n’—主、副簧總片數(shù)L、L’—主、副簧工作長度W、W’—單片主、副簧抗彎截面模量[sa]=450~550N/mm2[sm]=200~250N/mm2考慮動(dòng)撓度后，smax≯1000N/mm2返回五、懸架側(cè)傾角剛度Cφ及其在前后軸上的分配(Cφ1、Cφ2)Cφ1>Cφ2

前軸輪胎側(cè)偏角δ1>后軸的δ2滿足汽車稍有不足轉(zhuǎn)向的要求§7-4

彈性元件的計(jì)算概述：分類與應(yīng)用：彈性元件的選擇傳遞垂直載荷，緩和沖擊振動(dòng)→平順性返回一、鋼板彈簧的計(jì)算

（一）鋼板彈簧布置方案確定返回（二）鋼板彈簧主要參數(shù)的確定

1、首先和總體設(shè)計(jì)人員協(xié)商確定下列參數(shù)已知整車布置軸距L0根據(jù)行使平順性確定nfcfd并參考推薦值討論：剛度c給定后，↑L,↓s及應(yīng)力幅度∵Cf∝L2，要求L長強(qiáng)度：

L的影響：縱向角剛度Cf

：

L受總布置限制，不宜取長幾種典型懸架簧載質(zhì)量mS與非簧載質(zhì)量mn的比例關(guān)系2、初算板簧總慣矩J0返回3.應(yīng)力計(jì)算許用應(yīng)力值[sc]：返回4、彈簧平均厚度hp步驟：

選定[sc]定義：→彈簧單位變形的應(yīng)力稱為比應(yīng)力5、比應(yīng)力推薦：從（三）鋼板彈簧的斷面尺寸及片數(shù)

1、寬度b6、最大應(yīng)力smax

(對應(yīng)最大動(dòng)行程)借助：①b太大，側(cè)向力使車傾斜時(shí)，彈簧的扭曲應(yīng)力↑影響因數(shù)②b太小,勢必↑片數(shù),→↑彈簧總厚度,↑彈簧片間摩擦推薦：步驟：由安裝尺寸初定片寬b根據(jù)我國型材規(guī)格確定b平均片厚hp板簧總截面系數(shù)W0彎曲應(yīng)力n0

J0比應(yīng)力fd極限應(yīng)力Yes(No)hp(Yes)END(Yes)(No)(No)方法1方法2返回2、厚度h的選擇注：表7—3(1)①通常各片厚度相等：hi=hp

②若各片厚度不等，則有hp=∑hi/n,且hmax/hmin<1.5(2)通常不改L及b

①各片厚度相等：則h選=（1±0.1）h計(jì)

②各片厚度不等原則：①≯3組；②hmax/hmin≯1.5③h1/h2≯1.25；④3.鋼板彈簧斷面形狀（a）矩形斷面（b）T形斷面（c）單面拋物線邊緣斷面（d）單面有雙槽的斷面返回（四）鋼板彈簧的斷面尺寸及片數(shù)

1、作圖法①使應(yīng)力在片間及沿長度的分布合理原則：②各片壽命接近確定板簧各片長度的作圖法（五）鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算共同曲率法：

板簧總成自由剛度Cj

板簧總成夾緊剛度Cz

①若l1’=中心螺栓到卷耳中心間距離其中：E—材料彈性模量l1’、l（k+1)——主片和第（k+1）片的一半長度返回（六）板簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H0及曲率半徑R0的計(jì)算板簧各片在自由狀態(tài)下的曲率半徑板簧總成在自由狀態(tài)下的弧高返回步驟：H0已知：fa、fc、S、LR0作圖得出第i片長度Li矩形斷面板簧裝配前各片曲率半徑Ri作圖得出第i片厚度hi由材料得彈性模量E第i片彈簧弧高Hi板簧總成弧高HIf：H≈H0公式1公式2公式3公式4END（Yes）（No）返回表7—4選取各片預(yù)應(yīng)力soi[Mpa]（七）鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算

1.板簧強(qiáng)度特點(diǎn)：該工況下，前板簧承受的載荷最大，在其后半段出現(xiàn)最大應(yīng)力緊急制動(dòng)工況：受力分析：推薦：返回汽車驅(qū)動(dòng)工況特點(diǎn)：該工況下，后板簧承受的載荷最大，在其前半段出現(xiàn)最大應(yīng)力受力分析：推薦：返回垂直力達(dá)到最大（越過凸起障礙最高時(shí)）受力分析：式中：車輪上載荷：—?jiǎng)虞d系數(shù)[s]=1000N/mm2返回汽車側(cè)滑工況特點(diǎn)：該工況下外側(cè)板簧應(yīng)力最大受力分析：推薦：返回鋼板彈簧應(yīng)力計(jì)算返回2.卷耳和彈簧銷強(qiáng)度核算卷耳處彎矩：應(yīng)力分析：[s]≤350N/mm2注：制動(dòng)時(shí)Fx可能很大，故安全系數(shù)較大彈簧銷及襯套擠壓應(yīng)力：（銷徑為d）推薦：卷耳、彈簧銷強(qiáng)度計(jì)算板簧主片卷耳受力圖3.葉片斷面形狀返回（八）少片彈簧

特點(diǎn)及應(yīng)用返回1.單片變斷面彈簧按拋物線變化時(shí)單片剛度：式中：x—修正系數(shù)，x=0.92;k=(h1/h2)3注：b—少片彈簧寬，b=75~100mm;h1≮8mm；h2=12~20mm返回按線性變化單片剛度：式中：危險(xiǎn)點(diǎn)位置：X=B’/A’處此時(shí)：hx=A’x+B’=2B’（九）提高鋼板彈簧壽命的措施表面噴丸處理球徑0.4~1.2mm,V=60~80m/s沖打凹面→殘余應(yīng)力1.一般噴丸：葉片在自由狀態(tài)下，550~650N/mm2表面脫碳→“軟點(diǎn)”→損壞起源點(diǎn)方法：2.應(yīng)力噴丸：葉片在預(yù)加變形狀態(tài)下,1100~1300N/mm23.低溫噴丸：-40°F

~-320°F減少表面脫碳層深度↓淬火加熱時(shí)間2.材料中加硼3.再滲碳4.6分，0.03~0.08mm>6分，0.2mm表面拋光二、扭桿彈簧計(jì)算

1.

扭桿彈簧型式返回?cái)嗝嫘螤罴跋嚓P(guān)參數(shù)2.扭桿懸架的剛度式中：G=7.7×104MPa扭桿彈簧與臂F3.扭桿主要尺寸式中：Mmax—扭桿承受的最大扭矩扭桿直徑dt—扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力，可取允許扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力代入計(jì)算扭桿的有效長度L式中：Cn—扭桿的扭轉(zhuǎn)剛度返回4.設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題頭部形狀、尺寸過渡段尺寸a=15°材料：三、螺旋彈簧計(jì)算

1.

靜應(yīng)力式中：i—彈簧工作圈數(shù)[tc]=500MPa2.動(dòng)應(yīng)力[td]=800~1000MPa返回3.

螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算1）、根據(jù)總體設(shè)計(jì)確定每副懸架上的載荷Fw；2）、根據(jù)行使平順性要求選取偏頻n；3）、由1、2算出彈簧剛度5）、參考同類型車初選彈簧中徑Dm，鋼絲直徑d及端部結(jié)構(gòu)型式；4）、根據(jù)總布置要求及懸架的具體結(jié)構(gòu)型式；6）、確定所用材料，并查出許用拉應(yīng)力[s]；7）、由解出彈簧工作圈數(shù)i，并由下表求出Hs返回螺旋彈簧不同端部結(jié)構(gòu)時(shí)的總?cè)?shù)n及并緊高度Hs8）、參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定臺架試驗(yàn)時(shí)伸張及壓縮極限位置相對于設(shè)計(jì)載荷位置的彈簧變形量f1、f2；并確定要達(dá)到的壽命nc（循環(huán)次數(shù)）9）、求出彈簧在完全壓緊時(shí)的載荷Fs，臺架試驗(yàn)伸張和壓縮極限位置對應(yīng)F1、F2及工作壓縮極限位置的載荷FmFs=Fw+Cs（Hi+Hs）F1=Fw－Csf1F2=Fw＋Csf2Fm=Fw＋Cs（Hi－Hm）返回11)、校核τmax＜0.63[σ]，①不成立則返回第5步重選d；②若余量很大，則視第11步壽命校核結(jié)果來決定是否重新取較小些的d；求出載荷F1、F2、Fs以及Fm所對應(yīng)的剪切應(yīng)力t1、t2、t

3、t

max；10）、運(yùn)用返回12）、校核臺架試驗(yàn)條件下的壽命：①若算出的nc小于預(yù)期的臺架壽命，則返回第5步重選d；②若有較大余量，則與第10步的結(jié)果綜合考慮是否選擇更小的d；13）、確定彈簧自由高度H0和最小工作高度Hn14）、校核穩(wěn)定性，若失穩(wěn)則返回第5步重新選取Dm或彈簧兩端的支撐方式。§7-5

獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)要求二、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)

1.

側(cè)傾中心W及側(cè)傾中心高度hw定義：在側(cè)向力作用下，車身在通過左、右車輪中心的橫向平面內(nèi)發(fā)生側(cè)傾時(shí)，相對于地面的瞬時(shí)擺動(dòng)中心求解方法：圖解法要求：讓側(cè)傾中心接近質(zhì)心，↓側(cè)傾力矩2.側(cè)傾中心高度hw的計(jì)算返回3.縱傾中心雙橫臂式懸架的縱傾中心滑柱擺臂式懸架的縱傾中心求解方法：圖解法4.

抗制動(dòng)縱傾性（抗制動(dòng)前俯角）5.

抗驅(qū)動(dòng)縱傾性（抗驅(qū)動(dòng)后仰角）要求：縱傾中心位置高于驅(qū)動(dòng)橋車輪中心以減少后輪驅(qū)動(dòng)車尾的下沉量或