雙橫臂獨立懸架設計計算說明書

圖4車輪定位參數(shù)所示。在現(xiàn)代轎車中，主銷內(nèi)傾角=6~14°，主銷偏移距=-18~+30mm。主銷后傾角CasterAngle主銷后傾角是指轉(zhuǎn)向節(jié)主銷中心線在汽車縱向平面上的投影與過車輪中心的垂直線之間的夾角?？扇?12，主銷后傾角一般變化很小。前輪前束角（ToeAngel）為了不因輪胎的側(cè)偏而使磨損加劇、滾動阻力增大以及直線行駛能力受到損害，無論在車輪上跳還是下跳時都不想出現(xiàn)前束值變化，但這是理想的情況，實際允許與理想形式有較小的偏差。在懸架運動時，前束角的變化應使汽車具有不足轉(zhuǎn)向的性能。即，使車輪上跳時，前束角向負值方向變化，而車輪下跳時，前束角向正值方向變化（運用橫拉桿的內(nèi)外側(cè)球鉸的高度差，可實現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向的措施），前束角變化的最大值在1左右。車輪接地點側(cè)向滑移量（SidewaysDisplacement）左右前輪中心面接地點之距即為輪距。車輪上下跳動時，輪距隨之變化。一般來說，在滿足對側(cè)傾中心要求的前提下，應盡量使車輪上下跳動時，輪距變化量最?。ㄒ话阋髥蝹?cè)輪距在5mm/50mm5mm/50mm范圍內(nèi)）。上、下橫臂長度雙橫臂懸架上、下橫臂的長度對車輪跳動時的定位參數(shù)影響很大?，F(xiàn)代乘用車所用的雙橫臂式前懸架，一般設計成上橫臂短、下橫臂長。這一方面是考慮到不知發(fā)動機方便，另一方面也是為了得到理想的懸架運動特性。大量實驗數(shù)據(jù)證明，當上、下橫臂長度比在0.6附近時，輪距變化較小，從而可以減少輪胎磨損，提高其使用壽命；當上、下橫臂長度比在1.0附近時，前輪定位角的變化較小，從而可以保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。綜上所述，雙橫臂懸架的上、下橫臂長度比應在0.6~1.0范圍內(nèi)。根據(jù)我國乘用車設計經(jīng)驗，在初選尺寸時上、下橫臂長度比取0.65為宜。結(jié)合以上各點，得出一些常見的雙橫臂導向機構布置方式如圖5所示，其中○標記為推薦布置方式，△標記為非推薦布置方式，×標記為需避免布置方式。圖5雙橫臂導向機構布置圖2、雙橫臂懸架受力分析及剛度與阻尼參數(shù)計算圖6雙橫臂懸架導向機構與轉(zhuǎn)向梯形機構示意圖懸架系統(tǒng)剛度直接影響汽車平順性。汽車的固有頻率是衡量汽車平順性的重要參數(shù)，它由懸架剛度和懸架彈簧支承的質(zhì)量（簧載質(zhì)量）所決定。人體所習慣的垂直振動頻率約為1～1.6Hz。一般貨車固有頻率是1.5～2Hz，旅行客車1.2～1.8Hz，高級轎車1～1.3Hz。車身振動的固有頻率應接近或處于人體適應的頻率范圍，才能滿足舒適性要求。單輪簧載質(zhì)量為W(kg)，本題中取滿載時整車總質(zhì)量為m=1000kg，假定單輪簧載質(zhì)量W=250kg，取f=1.4。為了衰減車身自由振動和抑制車身、車輪的共振，以減小車身的垂直振動加速度和車輪的振幅(減小車輪對地面壓力的變化，防止車輪跳離地面)，懸架系統(tǒng)中應具有適當?shù)淖枘帷＿@里取相對阻尼比。根據(jù)功能原理，可以導出線性螺旋彈簧剛度與懸架等效剛度、減振器阻尼系數(shù)與懸架等效阻尼系數(shù)之間的非線性關系。另，圖6所示的機構受力平衡關系可求得上、下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)之間聯(lián)接球鉸B、C處的反力FB、FC。據(jù)此，研制成便捷、準確的設計計算工具“雙橫臂獨立懸架受力及剛度阻尼特性非線性分析輔助軟件，以方便課程設計的計算與分析。根據(jù)工程實際，取Q與K點重合、R與J點重合，以簡化結(jié)構圖7雙橫臂懸架受力分析及剛度與阻尼參數(shù)計算軟件運行結(jié)果得到，符合的要求，得到了最終的優(yōu)化結(jié)果。通過軟件可以得出：單輪懸架剛度kP=19344(N/m)懸架垂向阻尼系數(shù)CP=1759.3彈簧剛度Ks=17267.1N/m臨界阻尼系數(shù)Cr=2911.7（N*s/m）平衡位置減振器長度KJ0=266.76mm平衡位置彈簧初始量L0=358mm車輪跳動減振器最大長度Kjmax=325.9mm車輪跳動減振器最小長度Kjmin=182.6mm軟件輸出參數(shù)如下表：αψφδcFBFCF(N)-30-17,62377739101,6324358243,2247292432,8329487832,0771332959,2785468-27-16,26770499102,1899616244,8851897474,8178133996,77746361118,103985-24-14,87143656102,7594243246,2332197516,24330391170,2095111280,943154-21-13,44045825103,3378947247,344689557,83170311352,022671447,607946-18-11,97977717103,9226274248,27318600,16747341541,9271521617,849613-15-10,49398771104,511029249,0576418643,74808951739,6842891791,375807-12-8,987327566105,100631249,7271512689,01495371945,0950131967,85688-9-7,463725199105,6890656250,3039667736,37278622157,9875762146,926123-6-5,926839933106,2740457250,8055435786,20191072378,2047222328,176422-3-4,380095807106,8533461251,2458995838,86584532605,5901842511,1546870-2,826710028107,4247875251,6365607894,71553532839,974272695,3548633-1,269716714107,9862226251,9872317954,09095663081,1582552880,21004960,288013486108,535523252,30627831017,3204643328,8972883065,08408691,843757431109,070568252,60108181084,718043582,8815773249,262959123,394926787109,5892344252,8783011156,5784513842,7156523431,946333154,939058268110,0893872531702714107,8955893612,239587186,473806493110,5688699253,40413691314,7266284377,7842243789,146779217,996939227111,0254988253,66398871401,4335924651,5845213961,565028249,506334737111,4570527253,92891491493,4160864928,3114624128,280892710,99998102111,8612668254,20407051590,7213085206,763084287,9693713012,47597666112,2358241254,49451051693,299715485,4915274439,196257圖8汽車橫向垂直平面內(nèi)雙橫臂懸架導向機構及受力分析模型如圖8所示，此時上橫臂可視為二力桿，球鉸B處的反力FB應沿AB方向，它與地面反力F的力作用線相交于G點。按三力匯交于一點的力平衡關系，下橫臂CD通過球鉸C作用于轉(zhuǎn)向節(jié)CB的力FC應沿CG連線方向。以懸架上跳至最大位置時考慮，此時彈簧處于壓縮最大量狀態(tài)，不考慮減振器的影響，此時懸架下橫臂處于最危險工況，以此工況來校核。根據(jù)軟件計算所得參數(shù)：下橫臂上R點處安裝承載彈簧，承受彈簧力FR和球鉸反力FC的其同作用，不考慮車輪縱向力和側(cè)向力時，在汽車橫向垂直面內(nèi)的最大彎矩Mmax發(fā)生在懸架彈簧支承處R點處。根據(jù)軟件的計算結(jié)果，當時，，，三、雙橫臂懸架下擺臂結(jié)構的強度設計下臂受力如下圖:當時，圖8中δc=254.5，ψ=12.5，φ=100.5，此時的與懸架的夾角為δc-180-ψ=62同時可以由與下橫臂的夾角為100.5-12.5-90=-2由這些數(shù)據(jù)，根據(jù)杠桿平衡原理可以計算得到可以計算得到R點處存在最大彎矩，為以兩根圓管以一定角度焊接成A字形，選用碳素結(jié)構鋼Q235，安全系數(shù)1.5，選用外徑D＝30mm，壁厚t＝5mm鋼管進行強度校核。式中，Mmax－彎矩；Wz－抗彎模量；D－鋼管外徑；t－鋼管壁厚?？傻?38.6MPa<156.7MPa下橫臂校核合格，可以選用Q235材料，外徑D＝30mm，壁厚t＝5mm鋼管。上橫臂選用直徑為20mm，厚度為1.5mm的兩根圓管組成A型結(jié)構四、全浮式半軸計算及輪轂軸承選擇由于是前輪為驅(qū)動，當汽車處于急加速工況時，半軸所承受扭矩最大。而汽車處于緊急制動工況時，半軸并不承受扭矩（由制動鉗傳承受并車身），故無需考慮制動狀況下的半軸受力校核。全浮式半軸的計算載荷可按車輪附著轉(zhuǎn)矩計算：這里計算時，忽略載荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，并設前后軸承受最大靜載荷相同。滿載時重1000kg。故M使，故不妨取d=20mm另需滿足扭轉(zhuǎn)剛度要求，其中，選用半軸材料選用40Cr，40Cr的屈服極限σs=785MPa，常溫20度時的彈性模量E=211GPa，切變模量因此要求故d=20mm滿足要求據(jù)此選取花鍵：（GB1144-87）其參數(shù)為：小徑23，大徑26，規(guī)格：NxdxDxB=6x23x26x6，鍵數(shù)6，齒寬6設t=7則d1=d+2t=26+14=40軸承選取：DAC4007237，其參數(shù)為d=40,D=72,B=C=37軸承單元型號外形尺寸dDB和CDAC3006037306037DAC3506837356837DAC35