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1、懸架設(shè)計(jì),第六章 懸架設(shè)計(jì),6-1 概 述 6-2 懸架結(jié)構(gòu)形式分析 6-3 懸架主要參數(shù)的確定 6-4 彈性元件的計(jì)算 6-5 主動(dòng)與半主動(dòng)懸架系統(tǒng),6-1 概 述,一 主要作用,傳遞車(chē)輪和車(chē)架（或車(chē)身）之間的一切力和力矩; 緩和、抑制路面對(duì)車(chē)身的沖擊和振動(dòng)； 保證車(chē)輪在路面不平和載荷變化時(shí)有理想的運(yùn)動(dòng)特 性。保證汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性。,二 對(duì)懸架提出的設(shè)計(jì)要求,1）保證汽車(chē)有良好的行駛平順性。 2）具有合適的衰減振動(dòng)能力。 3）保證汽車(chē)具有良好的操縱穩(wěn)定性。 4）汽車(chē)制動(dòng)或加速時(shí)要保證車(chē)身穩(wěn)定，減少車(chē)身縱傾；轉(zhuǎn)彎 時(shí)車(chē)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。
2、7）可靠地傳遞車(chē)身與車(chē)輪之間的各種力和力矩，在滿(mǎn)足零部 件質(zhì)量要小的同時(shí)，還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。,6-2 懸架結(jié)構(gòu)形式分析,一、非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架,懸架,非獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架兩類(lèi),左、右車(chē)輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過(guò)懸架與車(chē)架（或車(chē)身）連接,左、右車(chē)輪通過(guò)各自的懸架與車(chē)架（或車(chē)身）連接,非獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架,1 非獨(dú)立懸架,優(yōu)點(diǎn),縱置鋼板彈簧為彈性元件兼作導(dǎo)向裝置,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造容易 維修方便 工作可靠,缺點(diǎn),汽車(chē)平順性較差 高速行駛時(shí)操穩(wěn)性差 轎車(chē)不利于發(fā)動(dòng)機(jī)、行李艙的布置,應(yīng)用 ：貨車(chē)、大客車(chē)的前、后懸架以及某些轎車(chē)的后懸架,2 獨(dú)立懸架,優(yōu)點(diǎn),簧下質(zhì)量小； 懸架占用的空間小； 可以
3、用剛度小的彈簧，改善了汽車(chē)行駛平順性； 由于有可能降低發(fā)動(dòng)機(jī)的位置高度，使整車(chē)的質(zhì)心高度下 降，又改善了汽車(chē)的行駛穩(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)在起伏的路面上能獲得良好的地面附著能力。,缺點(diǎn),結(jié)構(gòu)復(fù)雜 成本較高 維修困難,應(yīng)用 ：轎車(chē)和部分輕型貨車(chē)、客車(chē)及越野車(chē),二、獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式分析,分類(lèi),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)梁隨動(dòng)臂式,1 評(píng)價(jià)指標(biāo)：,1）側(cè)傾中心高度,側(cè)傾中心位置高，它到車(chē)身質(zhì)心的距離縮短，可使側(cè)傾力臂及側(cè)傾力矩小些，車(chē)身的側(cè)傾角也會(huì)減小。但側(cè)傾中心過(guò)高，會(huì)使車(chē)身傾斜時(shí)輪距變化大，加速輪胎的磨損。,
4、2）車(chē)輪定位參數(shù)的變化,若主銷(xiāo)后傾角變化大，容易使轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生擺振；若車(chē)輪外傾角變化大，會(huì)影響汽車(chē)直線(xiàn)行駛穩(wěn)定性，同時(shí)也會(huì)影響輪距的變化和輪胎的磨損速度。,5）懸架占用的空間尺寸,占用橫向尺寸大的懸架影響發(fā)動(dòng)機(jī)的布置和從車(chē)上拆裝發(fā)動(dòng)機(jī)的困難程度； 占用高度空間小的懸架，則允許行李箱寬敞，而且底部平整，布置油箱容易。,3）懸架側(cè)傾角剛度,車(chē)廂側(cè)傾角與側(cè)傾力矩和懸架總的側(cè)傾角剛度大小有關(guān)，并影響汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性和平順性。,4）橫向剛度,懸架的橫向剛度影響操縱穩(wěn)定性。若用于轉(zhuǎn)向軸上的懸架橫向剛度小，則容易造成轉(zhuǎn)向輪發(fā)生擺振現(xiàn)象。,三、前、后懸架方案的選擇,采用的方案,前輪和后輪均采用非獨(dú)立懸架； 前輪
5、采用獨(dú)立懸架，后輪采用非獨(dú)立懸架； 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,前、后懸架均采用縱置鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的汽車(chē)轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，內(nèi)側(cè)懸架處于減載而外側(cè)懸架處于加載狀態(tài)，于是內(nèi)側(cè)懸架受拉抻，外側(cè)懸架受壓縮，結(jié)果與懸架固定連接的車(chē)軸（橋）的軸線(xiàn)相對(duì)汽車(chē)縱向中心線(xiàn)偏轉(zhuǎn)一角度。如圖a,對(duì)前軸，這種偏轉(zhuǎn)使汽車(chē)不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)增加 對(duì)后橋，則增加了汽車(chē)過(guò)多轉(zhuǎn)向趨勢(shì),轎車(chē)將后懸架縱置鋼板彈簧的前部吊耳位置布置得比后邊吊耳低，于是懸架的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心位置降低，與懸架連接的車(chē)橋位置處的運(yùn)動(dòng)軌跡b所示，即處于外側(cè)懸架與車(chē)橋連接處的運(yùn)動(dòng)軌跡是oa段，結(jié)果后橋軸線(xiàn)的偏離不再使汽車(chē)具有過(guò)多轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)。
6、,1.橫向穩(wěn)定器,通過(guò)減小懸架垂直剛度，能降低車(chē)身振動(dòng)固有頻率n ，達(dá)到改善汽車(chē)平順性的目的。,四、輔助元件,2.緩沖塊,橡膠制造，通過(guò)硫化將橡膠與鋼板連接為一體，再經(jīng)焊在鋼板上的螺釘將緩沖塊固定到車(chē)架（車(chē)身）或其它部位上，起到限制懸架最大行程的作用,多孔聚氨指制成 ，它兼有輔助彈性元件的作用。這種材料起泡時(shí)就形成了致密的耐磨外層，它保護(hù)內(nèi)部的發(fā)泡部分不受損傷。由于在該材料中有封閉的氣泡，在載荷作用下彈性元件被壓縮，但其外廓尺寸增加卻不大，這點(diǎn)與橡膠不同。有些汽車(chē)的緩沖塊裝在減振器上。,6-3 懸架主要參數(shù)的確定,一、前后懸架的靜撓度、動(dòng)撓度的選擇,汽車(chē)滿(mǎn)載靜止時(shí)懸架上的載荷Fw與此時(shí)懸架剛度
7、c之比，即fc=Fw/c。,1、概念,1)靜撓度,指從滿(mǎn)載靜平衡位置開(kāi)始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)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2/3）時(shí)，車(chē)輪中心相對(duì)車(chē)回（或車(chē)身）的垂直位移,2)動(dòng)撓度,1、使懸架系統(tǒng)由較低的固有頻率,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)行駛平順性的主要參數(shù)之一 因現(xiàn)代汽車(chē)的質(zhì)量分配系數(shù)近似等于1，于是汽車(chē)前、后軸上方車(chē)身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系,式中，c1、c2為前、后懸架的剛度（N/cm）； m1、m2為前、后懸架的簧上質(zhì)量（kg）。,汽車(chē)前、后部分的車(chē)身的固有頻率n1和n2（亦稱(chēng)偏頻）可用下式表示,2、選擇要求及方法,當(dāng)采用彈性特性為
8、線(xiàn)性變化的懸架時(shí)，前、后懸架的靜撓度可用下式表示,fc1=m1g/c1 fc2=m2g/c2 式中， g為重力加速度（g=981cm/s2）。,將fc1、fc2代入上式得到,希望fc1與fc2要接近，單不能相等（防止共振） 希望fc1fc2 (從加速性考慮，若fc2大，車(chē)身的振動(dòng)大）,2、n1與n2的匹配要合適,若汽車(chē)以較高車(chē)速駛過(guò)單個(gè)路障，n1/n21時(shí)的車(chē)身縱向角振動(dòng)要比n1/n21時(shí)小，故推薦取fc2=（0.80.9）fc1。 考慮到貨車(chē)前、后軸荷的差別和駕駛員的乘坐舒適性，取前懸架的靜撓度值大于后懸架的靜撓度值，推薦fc2=（0.60.8）fc1。 為了改善微型轎車(chē)后排乘客的乘坐舒適性
9、，有時(shí)取后懸架的偏頻低于前懸架的偏頻。,要求：,方法：,3、 fd要合適,根據(jù)不同的車(chē)在不同路面條件造,以運(yùn)送人為主的轎車(chē)對(duì)平順性的要求最高，大客車(chē)次之，載貨車(chē)更 次之。 對(duì)普通級(jí)以下轎車(chē)滿(mǎn)載的情況，前懸架偏頻要求1.001.45Hz， 后懸架則要求在1.171.58Hz。 原則上轎車(chē)的級(jí)別越高，懸架的偏頻越小。 對(duì)高級(jí)轎車(chē)滿(mǎn)載的情況，前懸架偏頻要求在0.801.15Hz，后懸 架則要求在0.981.30Hz。 貨車(chē)滿(mǎn)載時(shí)，前懸架偏頻要求在1.502.10Hz，而后懸架則要求 在1.702.17Hz。 選定偏頻以后，再利用上式即可計(jì)算出懸架的靜撓度。,二、懸架的彈性特征,懸架受到垂直外力F與由
10、此所引起的車(chē)輪中心相對(duì)于在車(chē)身位移f（即懸架的變形）的關(guān)系曲線(xiàn) 。,1)線(xiàn)性彈性特性,定義:當(dāng)懸架變形f與所受垂直外力F之間呈固定比例變化時(shí)，彈 性特性為一直線(xiàn)，此時(shí)懸架剛度為常數(shù) 。,懸架的彈性特性有線(xiàn)性彈性特性和非線(xiàn)性彈性特性?xún)煞N,1、定義,2、分類(lèi),特點(diǎn)：隨載荷的變化，平順性變化,2)非線(xiàn)性彈性特性,定義：當(dāng)懸架變形f與所受垂直外力F之間不呈固定比例變化時(shí),1緩沖塊復(fù)原點(diǎn) 2復(fù)原行程緩沖塊脫離支架 3主彈簧彈性特性曲線(xiàn) 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(xiàn) 7緩沖塊壓縮時(shí)開(kāi)始接觸彈性支架 8額定載荷,特點(diǎn),在滿(mǎn)載位置（圖中點(diǎn)8）附近，剛度小且曲線(xiàn)變化平緩，因而平順性良好
11、 距滿(mǎn)載較遠(yuǎn)的兩端，曲線(xiàn)變陡，剛度增大,作用,在有限的動(dòng)撓度f(wàn)d范圍內(nèi)，得到比線(xiàn)性懸架更多的動(dòng)容量 懸架的運(yùn)容量系指懸架從靜載荷的位置起，變形到結(jié)構(gòu)允許的最大變形為止消耗的功 （懸架的運(yùn)容量越大，對(duì)緩沖塊擊穿的可能性越小 ）,三、貨車(chē)后懸的主、副簧的剛度匹配,車(chē)身從空載到滿(mǎn)載時(shí)的振動(dòng)頻率變化要小，以保證汽車(chē)有良好的平順性 副簧參加工作前、后的懸架振動(dòng)頻率變化不大,確定方法,使副簧開(kāi)始起作用時(shí)的懸架撓度f(wàn)a等于汽車(chē)空載時(shí)懸架的撓度f(wàn)0，而使副簧開(kāi)始起作用前一瞬間的撓度f(wàn)K等于滿(mǎn)載時(shí)懸架的撓度f(wàn)c 。副簧、主簧的剛度比為 使副簧開(kāi)始起作用時(shí)的載荷等于空載與滿(mǎn)載時(shí)懸架載荷的平均值，即FK=0.5（F
12、0+FW），并使F0和FK間平均載荷對(duì)應(yīng)的頻率與FK和FW間平均載荷對(duì)應(yīng)的頻率相等，此時(shí)副簧與主簧的剛度比為 ca/cm=（2-2）（+3）,四、懸架側(cè)傾角剛度及其在前、后軸的分配,重點(diǎn)，結(jié)論不好下,6-4 彈性元件的計(jì)算,一、鋼板彈簧的計(jì)算,1、鋼板彈簧主要參數(shù)的確定,1）滿(mǎn)載弧高fa,滿(mǎn)載弧同fa是指鋼板彈簧裝到車(chē)軸（橋）上，汽車(chē)滿(mǎn)載時(shí)鋼板彈簧主片上表面與兩端（不包括卷耳半徑）連線(xiàn)間的最大高度差 fa用來(lái)保證汽車(chē)具有給定的高度 當(dāng)fa=0時(shí)，鋼板彈簧在對(duì)稱(chēng)位置上工作 ，為了在車(chē)架高度已限定時(shí)能得到足夠的支撓度值，常fa=1020mm。,2）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
13、兩卷耳中心之間的距離 在總布置可能的條件下，應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些。,推薦在下列范圍內(nèi)選用鋼板彈簧的長(zhǎng)度： 轎車(chē)：L=（0.400.55）軸距； 貨車(chē):前懸架：L=（0.260.35）軸距； 后懸架：L=（0.350.45）軸距。,注：應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些的原因 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(chē)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 剛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)，能減少車(chē)輪扭轉(zhuǎn)力矩所引 起的彈簧變形,3）鋼板斷面尺寸及片數(shù)的確定,a.
14、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)支梁的計(jì)算公式計(jì)算，但需引入撓度增大系數(shù)加以修正。因此，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J0。對(duì)于對(duì)稱(chēng)鋼板彈簧 J0=（K-ks）3c/48E,式中， s為U形螺栓中心距（mm）； k為考慮U形螺栓夾緊彈簧后的無(wú)效長(zhǎng)度系數(shù)（如剛性?shī)A緊，取k=0.5，撓性?shī)A緊，取k=0）； c為鋼板彈簧垂直剛度（N/mm），c=FW/fc；,鋼板彈簧總截面系數(shù)W0用下式計(jì)算 W0FW（L-ks）/4W 式中，W為許用彎曲應(yīng)力。 對(duì)于55SiMnVB或60Si2Mn等材料，表面經(jīng)噴丸處理后，推薦W在下列范圍內(nèi)選??；前彈簧和平衡懸架
15、彈簧為350-450N/mm2；后副簧為220-250N/mm2。,為撓度增大系數(shù)（先確定與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù)n1，再估計(jì)一個(gè)總片數(shù)n0,求得=n1/m0，然后用=1.5/1.04（1+0.5）初定） E為材料的彈性模量。,將式（6-6）代入下式計(jì)算鋼板彈簧平均厚度hp 有了hp以后，再選鋼板彈簧的片寬b。,片寬b對(duì)汽車(chē)性能的影響,增大片寬，能增加卷耳強(qiáng)度，但當(dāng)車(chē)身受側(cè)向力作用傾斜時(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(guò)窄，又得增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦彈簧的總厚 推薦片寬與片厚的比值b/hp在610范圍內(nèi)選取。,b.鋼板彈簧片厚h的選擇,矩形斷面等厚
16、鋼板彈簧的總慣性矩J0用下式計(jì)算 J0=nbh3/12 式中，n為鋼板彈簧片數(shù)。,說(shuō)明： 1、改變片數(shù)n、片寬b和片厚h三者之一，都影響到總慣性矩J0的變化； 2、總慣性矩J0的改變又會(huì)影響到鋼板彈簧垂直剛度c的變化，也就是影響汽車(chē)的平順性變化。其中，片厚h變化對(duì)鋼板彈簧總慣性矩J0影響最大。,片厚h選擇的要求,增加片厚h，可以減少片數(shù)n 鋼板彈簧各片厚度可能有相同和不同兩種情況，希望盡可能采用前者 但因?yàn)橹髌ぷ鳁l件惡劣，為了加強(qiáng)主片及卷耳，也常將主片加厚，其余各片厚度稍薄。此時(shí)，要求一副鋼板彈簧的厚度不宜超過(guò)三組。 為使各片壽命接近又要求最厚片與最薄片厚度之比應(yīng)小于1.5。 鋼板斷面尺寸b
17、和h應(yīng)符合國(guó)產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。,2、鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的確定,將各片厚度hi的立方值hi3按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪制在圖上 沿橫坐標(biāo)量出主片長(zhǎng)度的一半L/2和U形螺栓中心距的一半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(kāi)圖。 AB線(xiàn)與各葉片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長(zhǎng)度，如果存在與主片等長(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)一直線(xiàn)，此直線(xiàn)與各片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長(zhǎng)度。 各片實(shí)際長(zhǎng)度尺寸需經(jīng)圓整后確定。,3、鋼板彈簧剛度驗(yàn)算,剛度驗(yàn)算公式為 其中 式中，a為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，a=0.900.94； E為材料彈性模量； l1、lk+1為主片為第（k+1）片的一半長(zhǎng)度。,用共同曲率法計(jì)
18、算剛度的前提,假定同一截面上各片曲率變化值相同 各片的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,4、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算,1）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H0,定義：鋼板彈簧各片裝配后，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(xiàn)間的最大高度差（如上圖），稱(chēng)為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H0， 用下式計(jì)算 H0=（fc+fa+f） 式中，fc為靜撓度； fa為滿(mǎn)載弧高； f為鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后引起的弧高變化.,s為U形螺栓中心距；L為鋼板彈簧主片長(zhǎng)度。鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑R0=L2/8H0
19、,（2）鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定,原則：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Ri。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地貼緊，減少主片工作應(yīng)力，使各片壽命接近。,矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定 Ri=R0/1+(20iR0)/Ehi 式中，Ri為第i片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）；R0為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）；0i為各片彈簧的預(yù)應(yīng)力（N/mm2）；E為材料彈性模量（N/mm2），取E=2.1105N/mm2；hi為第i片的彈簧厚度（mm）。
20、,原則：在已知鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下曲率半徑R0和各片彈簧預(yù)加應(yīng)力0i的條件下，計(jì)算出各片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri。選取各片彈簧預(yù)應(yīng)力時(shí)，要求做到：裝配前各片彈簧片間間隙相差不大，且裝配后各片能很好貼和；為保證主片及一其相鄰的長(zhǎng)片有足夠的使用壽命，應(yīng)適當(dāng)降低主片及與其相鄰的長(zhǎng)片的應(yīng)力。,這此，選取各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，可分為下列兩種情況： 對(duì)于片厚相同的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不宜選取過(guò)大； 對(duì)于片厚不相同的鋼板彈簧，厚片預(yù)應(yīng)力可取大些。 推薦主片在根部的工作應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力疊加后的合成應(yīng)力在300-350N/mm2內(nèi)選取。1-4片長(zhǎng)片疊加負(fù)的預(yù)應(yīng)力，短片疊加正的預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力從長(zhǎng)片到短片由負(fù)值逐漸遞增
21、至正值。,在確定各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，理論上應(yīng)滿(mǎn)足各片彈簧在根部處預(yù)應(yīng)力所造成的彎矩Mi之代數(shù)和等于零，即,或 如果第i片的片長(zhǎng)為L(zhǎng)i，則第i片彈簧的弧高為 HiLi2/8Ri,5、鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算,（1）緊急制動(dòng)時(shí),前鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的后半段出現(xiàn)的最大應(yīng)力max用下式計(jì)算 max=G1m1l2（l1+c）/（l1+l2）W0 式中， G1為作用在前輪上的垂直靜負(fù)荷； m1為制動(dòng)時(shí)前軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)， 轎車(chē)：m1=1.21.4， 貨車(chē)：m1=1.41.6； l1、l2為鋼板彈簧前、后段長(zhǎng)度； 道路附著系數(shù)，取0.8； W0為鋼板彈簧總截面系數(shù)； c為彈簧固定點(diǎn)到路面的距離,max=G2m2l
22、1（l2+c）/（l1+l2）W0+G2m2/bh1 式中，G2為作用在后輪上的垂直靜負(fù)荷； m2為驅(qū)動(dòng)時(shí)后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)， 轎車(chē)：m2=1.251.30， 貨車(chē)：m2=1.11.2； 為道路附著系數(shù)； b為鋼板彈簧片寬； h1為鋼板彈簧主片厚寬。,（2）汽車(chē)驅(qū)動(dòng)時(shí),后鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的前半段出現(xiàn)最大應(yīng)力max用下式計(jì)算,（3）鋼板彈簧卷耳和彈簧銷(xiāo)的強(qiáng)度核算,鋼板彈簧主片卷耳受力如圖6-17所示。卷耳所受應(yīng)力是由彎曲應(yīng)力和拉（壓）應(yīng)力合成的應(yīng)力 =3Fx（D+h1）/bh12+Fx/bh1,式中， Fx為沿彈簧縱向作用在卷耳中心線(xiàn)上的力； D為卷耳內(nèi)徑； b為鋼板彈簧寬度； h1為
23、主片厚度。 許用應(yīng)力取為350N/mm2。 對(duì)鋼板彈簧銷(xiāo)要驗(yàn)算鋼板彈簧受靜載荷時(shí)鋼板彈簧銷(xiāo)受到擠壓應(yīng)力z=Fs/bd。 其中， Fs為滿(mǎn)載靜止時(shí)鋼板彈簧端部的載荷； b為卷耳處葉片寬； d為鋼板彈簧銷(xiāo)直徑。,用30鋼或40鋼經(jīng)液體碳氮共滲處理時(shí)，彈簧銷(xiāo)許用擠壓應(yīng)力z取為3-4N/mm2；用20鋼或20Cr鋼經(jīng)滲碳處理或用45鋼經(jīng)高頻淬火后，其許用應(yīng)力z7-9N/mm2。 鋼板彈簧多數(shù)情況下采用55SiMnVB鋼或60Si2Mn鋼制造。常采用表面噴丸處理工藝和減少表面脫碳層深度的措施來(lái)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)力比前者大很多。,6-5
24、主動(dòng)與半主動(dòng)懸架系統(tǒng),1 主動(dòng)懸架系統(tǒng),主動(dòng)懸架中不再有傳統(tǒng)意義上的“彈簧剛度”和“阻尼特性”，懸架中的彈簧和減振器全部或者至少部分被執(zhí)行元件所取代。,基本原理是靠自身的能源通過(guò)執(zhí)行元件對(duì)振動(dòng)進(jìn)行“主動(dòng)”干預(yù)。,分類(lèi)：根據(jù)執(zhí)行元件的響應(yīng)帶寬可分為寬帶主動(dòng)懸架和有限帶寬主動(dòng)懸架兩種，兩種懸架又分別稱(chēng)為全主動(dòng)懸架和慢主動(dòng)懸架。,主動(dòng)懸架動(dòng)畫(huà),1） 全主動(dòng)懸架,概念： 全主動(dòng)懸架系統(tǒng)所采用的執(zhí)行元件具有較寬的響應(yīng)頻帶，以便對(duì)車(chē)輪的高頻共振也加以控制。 執(zhí)行元件多采用電液或液氣伺服系統(tǒng)， 控制帶寬一般應(yīng)至少覆蓋015Hz，有的執(zhí)行元件響應(yīng)帶寬甚至高達(dá)100Hz。,全主動(dòng)懸架工作原理的示意圖(單個(gè)車(chē)輪)
25、,A-執(zhí)行元件 E-比較器 F-力傳感器 P-電位器 V-控制閥 1-懸掛質(zhì)量 2-加速度傳感器 3-信號(hào)處理器 4-控制單元 5-進(jìn)油 6-出油 7-非懸掛質(zhì)量 8-路面輸入,系統(tǒng)主要由執(zhí)行元件、各種必要的傳感器、信號(hào)處理器和控制單元等組成。 控制單元根據(jù)檢測(cè)到的各種信號(hào)判斷汽車(chē)的當(dāng)前狀態(tài)，并根據(jù)事先設(shè)定的控制策略決定執(zhí)行元件該輸出多大的力。 系統(tǒng)內(nèi)部靠力閉環(huán)控制保證執(zhí)行元件輸出的力滿(mǎn)足指令要求。 實(shí)際使用時(shí)，還必須包括更多的傳感器以檢測(cè)必要的系統(tǒng)狀態(tài)量，比如轉(zhuǎn)向時(shí)與汽車(chē)運(yùn)動(dòng)相關(guān)的橫向加速度、方向盤(pán)角速度，還有汽車(chē)車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)開(kāi)度、制動(dòng)踏板位置以及汽車(chē)車(chē)身高度等系統(tǒng)狀態(tài)量。,系統(tǒng)工作原理
26、及過(guò)程,主動(dòng)懸架布置圖,1-懸架位移傳感器 2-后懸架執(zhí)行元件 3-車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)傳感器 4-隔離閥 5-前懸架執(zhí)行元件 6-控制閥 7-液壓泵 8-油門(mén)位置傳感器 9-車(chē)速傳感器 10-控制踏板位置傳感器 11-方向盤(pán)傳感器 12-中央控制單元,性能指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),主動(dòng)懸架的性能指標(biāo)可以用多個(gè)系統(tǒng)輸出變量的均方根值的加權(quán)和來(lái)表征。 這些變量可以包括車(chē)身加速度、車(chē)輪與地面間的動(dòng)載、車(chē)輪相對(duì)于車(chē)身的位移以及執(zhí)行元件的作用力等。 系統(tǒng)的控制變量也比傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架要多，并且參數(shù)的選擇范圍也更寬。,主動(dòng)懸架特點(diǎn),要求執(zhí)行元件所產(chǎn)生的力能夠很好地跟蹤任何力控制信號(hào),因此，它為控制律的選擇提供了一個(gè)廣闊的設(shè)計(jì)空間
27、，即如何確定控制律以使系統(tǒng)能夠讓車(chē)輛達(dá)到最佳的總體性能。 研究表明，主動(dòng)懸架能夠在不同路面及行駛條件下顯著地提高車(chē)輛性能。,2） 慢主動(dòng)懸架,慢主動(dòng)懸架將執(zhí)行元件的頻響帶寬降低到只考慮車(chē)身的垂直、俯仰和側(cè)傾振動(dòng)以及汽車(chē)的轉(zhuǎn)向反應(yīng)，不考慮車(chē)輪剛度所對(duì)應(yīng)的頻率，也即帶寬降至34Hz。 它與前述的主動(dòng)懸架在被測(cè)狀態(tài)量和控制實(shí)施等方面都有類(lèi)似，唯一的差異就是執(zhí)行元件帶寬的降低。,一類(lèi)為當(dāng)其不起作用(激勵(lì)頻率超過(guò)響應(yīng)帶寬)時(shí)可以像普通彈簧一樣工作，比如氣壓執(zhí)行元件，在這種情況下由于執(zhí)行元件可以支持車(chē)身的重量，所以系統(tǒng)中可以不加彈簧或并聯(lián)一個(gè)彈簧。 另一類(lèi)為不起作用時(shí)變?yōu)閯傂泽w的執(zhí)行元件，如滑閥控制的液力
28、作動(dòng)器，在這種情況下系統(tǒng)中必須串聯(lián)彈性元件,在慢主動(dòng)懸架中，可以選用兩類(lèi)執(zhí)行元件,轎車(chē)用慢主動(dòng)懸架原理圖,1-懸掛質(zhì)量 2-空氣彈簧 3-阻力閥 4-比例流量控制閥 5-接油泵 6-接油罐 7-輪胎剛度 8-非懸掛質(zhì)量 9-執(zhí)行元件,慢主動(dòng)懸架特點(diǎn),由于慢主動(dòng)懸架執(zhí)行元件僅需在一窄帶頻率范圍內(nèi)工作，降低了系統(tǒng)的成本及復(fù)雜程度。 比全主動(dòng)懸架便宜得多。 它的主動(dòng)控制仍然覆蓋了主要的車(chē)身振動(dòng)，包含縱向、俯仰、側(cè)傾及轉(zhuǎn)向控制等要求的頻率范圍，改善了車(chē)身共振頻率附近的行駛性能，提高了對(duì)車(chē)身姿態(tài)的控制。 性能可達(dá)到與全主動(dòng)懸架系統(tǒng)很接近的程度。 就實(shí)用性及商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力而言，慢主動(dòng)懸架有較好的應(yīng)用前景。 半
29、主動(dòng)懸架不需要油泵、過(guò)濾器、儲(chǔ)油器、冷卻器及輸油管等附件，幾乎不消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率，并且制造可控阻尼減振器不像制造電液伺服液力執(zhí)行元件那樣復(fù)雜，懸架系統(tǒng)的制造成本和運(yùn)行成本可大大降低。,2 半主動(dòng)式懸架,與主動(dòng)懸架的比較,半主動(dòng)懸架與主動(dòng)懸架的區(qū)別在于用可控阻尼的減振器取代了執(zhí)行元件。 可控阻尼減振器所起的作用與主動(dòng)懸架中執(zhí)行元件的作用類(lèi)似，都是通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)的力閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)控制單元提出的力要求。 所不同的是執(zhí)行元件要做功，而減振器則是通過(guò)調(diào)節(jié)阻尼力控制耗散掉的能量的多少，幾乎不消耗汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的能量。顯然，在半主動(dòng)懸架中，必須并聯(lián)彈簧以支持懸掛質(zhì)量，一般情況下該彈簧剛度是不變的。,分類(lèi),半主動(dòng)懸架包括
30、阻尼連續(xù)可調(diào)式和可切換阻尼式兩類(lèi)， 前者的阻尼系數(shù)在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)變化， 后者的阻尼系數(shù)只能在幾個(gè)離散的阻尼值之間進(jìn)行切換。,各自特點(diǎn),可切換阻尼系統(tǒng)與前面介紹的阻尼可調(diào)自適應(yīng)懸架的區(qū)別在于阻尼值停留在特定設(shè)置的時(shí)間長(zhǎng)短不同。阻尼可調(diào)自適應(yīng)懸架在每一設(shè)置上停留的時(shí)間較長(zhǎng)(一般在5s以上) 而可切換阻尼式懸架的設(shè)置則可在每一車(chē)輛振動(dòng)周期變化范圍內(nèi)在頻繁地改變(切換速度為十幾毫秒)。,常見(jiàn)的可切換阻尼式懸架一般設(shè)置2至3個(gè)檔位，阻尼系數(shù)可在幾檔之間快速切換，切換的時(shí)間通常為1020S?？刂品椒ㄍǔ２捎肒arnopp等提出的算法，即根據(jù)車(chē)身的相對(duì)速度和絕對(duì)速度來(lái)改變系統(tǒng)阻尼的設(shè)置。 以?xún)蓳跚袚Q
31、系統(tǒng)為例，如果二者符號(hào)相同，阻尼為硬設(shè)置；否則為軟設(shè)置。 可切換阻尼懸架的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是發(fā)展先進(jìn)的控制閥技術(shù)，保證切換時(shí)間能足夠短，以便使復(fù)雜的控制策略的應(yīng)用成為可能。 但這也將導(dǎo)致阻尼器的制造成本升高，目前這種快速切換阻尼系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中仍不多見(jiàn)。,可切換阻尼式懸架應(yīng)用,連續(xù)可調(diào)減振器的兩種基本結(jié)構(gòu)形式,一種是通過(guò)調(diào)節(jié)減振器節(jié)流閥的面積而改變阻尼特性的孔徑調(diào)節(jié)式，其孔徑的改變一般可由電磁閥或其它類(lèi)似的機(jī)電式驅(qū)動(dòng)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)； 另一種是電流變或磁流變可調(diào)阻尼器，其工作原理是通過(guò)改變電場(chǎng)或磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)改變流變體的阻尼特性。 兩種結(jié)構(gòu)中，前者技術(shù)較為成熟，后者屬于新興技術(shù)，隨著對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究和突破，將會(huì)成為一種較有前途的半主動(dòng)懸架。,back,
汽車(chē)設(shè)計(jì)懸架設(shè)計(jì)
