懸架設(shè)計(jì)開題報(bào)告

一、本課題設(shè)計(jì)（研究）的目的：本設(shè)計(jì)課題為CA1092A載貨汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了滿足車輛懸架設(shè)計(jì)中平順性與操縱穩(wěn)定性相互兼顧的需要，基于車輛多體動(dòng)力學(xué)及優(yōu)化設(shè)計(jì)原理，在虛擬樣機(jī)下建立了重型汽車獨(dú)立懸架的三位數(shù)字化模型，并進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，提出了一種懸架系統(tǒng)參數(shù)及系統(tǒng)剛度匹配的懸架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。結(jié)果表明：采用該方法進(jìn)行懸架的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可有效地提高車輛懸架的動(dòng)態(tài)特性；較好地控制懸架剛度隨車輪上跳的變化趨勢(shì)。載貨汽車的整體性能要求也隨之提高，特別是操縱性、舒適性、通過性、安全性等，故而對(duì)其懸架系統(tǒng)的性能也提出更高的要求，（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。（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、占用空間尺寸要小。（7）可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，通過選用合適的制造材料和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高零部件強(qiáng)度和使用壽命，降低生產(chǎn)成本，從而使汽車具有良好的行駛平順性，進(jìn)而改善汽車的行駛車速、燃油經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性，提高汽車的性價(jià)比。根據(jù)所給主要參數(shù)設(shè)計(jì)汽車懸架系統(tǒng)。通過帶有研究性質(zhì)的專題研究分析、設(shè)計(jì)報(bào)告，培養(yǎng)我們的開發(fā)和設(shè)計(jì)能力，提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去分析、解決實(shí)際問題的能力。二、設(shè)計(jì)（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（文獻(xiàn)綜述）： 汽車懸架現(xiàn)狀 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它把車架（或車身）與車軸（或車輪）彈性地連接起來，并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減震振動(dòng)以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的稱車身位置等，都保證汽車行駛的平順性。盡管一百多年來汽車懸架從結(jié)構(gòu)型式到作用原理一直不斷的演進(jìn)，但從結(jié)構(gòu)功能上、它都是有彈性元件、減振裝置和到導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。（一）汽車懸架一般可分為兩大類：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。1.非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩側(cè)車輪安裝在一根車軸的兩端，車軸通過彈性元件與車架或車身相連，當(dāng)一側(cè)車輪因道路不平而跳動(dòng)時(shí)，將影響另一側(cè)車輪的工作。適用于：負(fù)荷大的客車和貨車種類：(1)鋼板彈簧非獨(dú)立懸架(2)螺旋彈簧非獨(dú)立懸架1如圖1圖1.非獨(dú)立懸架優(yōu)點(diǎn) ：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、維修方便、工作可靠。. 缺點(diǎn) ：汽車平順性較差、高速行駛時(shí)操穩(wěn)性差、轎車不利于發(fā)動(dòng)機(jī)、行李艙的布置。應(yīng)用 ：貨車、大客車的前、后懸架以及某些轎車的后懸架。 2.非獨(dú)立懸架型式 1.鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架板簧式非獨(dú)立懸架主要由鋼板彈簧和減振器組成6。如圖2 ： 圖2 鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架示意圖2.螺旋彈簧式非獨(dú)立懸架螺旋彈簧非獨(dú)立懸架由螺旋彈簧、減振器、縱向推力桿和橫向推力桿組成。常用于轎車的后懸架6。如圖3 ：圖3 螺旋彈簧式非獨(dú)立懸架 3.空氣彈簧式非獨(dú)立懸架 空氣彈簧非獨(dú)立懸架主要由囊式空氣彈簧、壓氣機(jī)、車身高度調(diào)節(jié)控制閥、控制桿 等組成。采用空氣彈簧懸架容易實(shí)現(xiàn)車身高度的自動(dòng)調(diào)節(jié)5 7。如圖4：圖4 空氣彈簧非獨(dú)立懸架示意圖4.空氣彈簧式非獨(dú)立懸架油氣彈簧非獨(dú)立懸架主要由油氣彈簧（兼起減振器作用）、橫向推力桿、縱向推力桿等組成，推力桿起導(dǎo)向和傳力的作用2 7。如圖5：圖5 礦用自卸汽車油氣彈簧適宜圖 (三).獨(dú)立懸架型式獨(dú)立懸架 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)貴，乘坐舒適性和操作 穩(wěn)定性好，具有降低汽車重心，減小汽車 造型受約束的效果適用于：轎車種類： （1）.雙叉式懸架（2）.撐桿式懸架 a）全拖動(dòng)臂式懸架 b）半拖動(dòng)臂式懸架圖2 圖6.獨(dú)立懸架優(yōu)點(diǎn)：簧下質(zhì)量小。懸架占用的空間小?？梢杂脛偠刃〉膹椈?、改善了汽車行駛平順性。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。缺點(diǎn) ：結(jié)構(gòu)復(fù)雜。成本較高。維修困難。應(yīng)用 ：轎車和部分輕型貨車、客車及越野車。 1.橫臂式獨(dú)立懸架其特點(diǎn)是當(dāng)懸架變形時(shí)，車輪平面將產(chǎn)生傾斜而改變兩側(cè)車輪與路面接觸點(diǎn)間的距離輪距，致使輪胎相對(duì)于地面?zhèn)认蚧疲茐妮喬ズ偷孛娴母街?。此外，這種懸架用于轉(zhuǎn)向輪時(shí)，會(huì)使主銷內(nèi)傾角和車輪外傾角發(fā)生較大的變化，對(duì)于轉(zhuǎn)向操縱有一定影響，故目前在前懸架中很少采用1 2 7。如圖7：圖7 戴姆勒-奔馳轎車單橫臂后獨(dú)立懸架示意圖2.縱臂式獨(dú)立懸架7，如圖8：圖8 圖8 縱臂扭轉(zhuǎn)梁式獨(dú)立懸架3.斜臂式獨(dú)立懸架單斜臂式獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)介于單橫臂和單縱臂之間，多用于后輪驅(qū)動(dòng)汽車的后懸架上7。如圖9：圖9 福特Sierra轎車后懸架 (四). 多軸汽車平衡懸架 1.等臂式平衡懸架是三軸和四軸越野汽車上普遍采用的一種平衡懸架結(jié)構(gòu)形式。鋼板彈簧的兩端自由地支承在中、后橋半軸套管上的滑板式支架內(nèi)。這樣，鋼板彈簧便相當(dāng)于一根等臂平衡桿，它以懸架心軸為支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可保證汽車在不平道路上行駛時(shí)，各輪都能著地，且使中、后橋車輪的垂直載荷平均分配6。如圖10所示： 圖10 三軸汽車中后橋平衡懸架外觀2.擺臂式平衡懸架主要用于62的貨車上6。如圖11：圖11 擺臂式平衡懸架示意圖 （五）懸架的組成 組成：彈性元件、導(dǎo)向裝置及減振器一）東風(fēng)EQ1092型汽車鋼板彈簧懸架前懸架6如 圖12圖12前懸架 后懸架6如 圖13圖13 后懸架二）減振器作用：對(duì)懸架的上下運(yùn)動(dòng)施加適當(dāng)?shù)淖枇?，使車身與車架的振動(dòng)衰減，吸收一部分來自路面的沖擊，以改善汽車行駛時(shí)懸架系統(tǒng)中由于彈性元件受沖擊產(chǎn)生振動(dòng)，為改善汽車行駛平順性，懸架中與彈性元件并聯(lián)安裝減振器，為衰減振動(dòng)，汽車懸架系統(tǒng)中采用減振器多是液力減振器，其工作原理是當(dāng)車架（或車身）和車橋間受振動(dòng)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的活塞上下移動(dòng)，減振器腔內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)腔經(jīng)過不同的孔隙流入另一個(gè)腔內(nèi)。此時(shí)孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內(nèi)摩擦對(duì)振動(dòng)形成阻尼力，使汽車振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為油液熱能，再由減振器吸收散發(fā)到大氣中。在油液通道截面和等因素不變時(shí)，阻尼力隨車架與車橋（或車輪）之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度增減，并與油液粘度有關(guān)。 減振器與彈性元件承擔(dān)著緩沖擊和減振的任務(wù)，阻尼力過大，將使懸架彈性變壞，甚至使減振器連接件損壞。因面要調(diào)節(jié)彈性元件和減振器這一矛盾。 (1) 在壓縮行程（車橋和車架相互靠近），減振器阻尼力較小，以便充分發(fā)揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊。這時(shí)，彈性元件起主要作用。 (2) 在懸架伸張行程中（車橋和車架相互遠(yuǎn)離），減振器阻尼力應(yīng)大，迅速減振。 (3) 當(dāng)車橋（或車輪）與車橋間的相對(duì)速度過大時(shí)，要求減振器能自動(dòng)加大液流量，使阻尼力始終保持在一定限度之內(nèi)，以避免承受過大的沖擊載荷。 在汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用的是筒式減振器，且在壓縮和伸張行程中均能起減振作用叫雙向作用式減振器，還有采用新式減振器，它包括充氣式減振器和阻力可調(diào)式減振器。雙向作用筒式減振器工作原理說明。在壓縮行程時(shí)，指汽車車輪移近車身，減振器受壓縮，此時(shí)減振器內(nèi)活塞3向下移動(dòng)。活塞下腔室的容積減少，油壓升高，油液流經(jīng)流通閥8流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞桿1占去了一部分空間，因而上腔增加的容積小于下腔減小的容積，一部分油液于是就推開壓縮閥6，流回貯油缸5。這些閥對(duì)油的節(jié)約形成懸架受壓縮運(yùn)動(dòng)的阻尼力。減振器在伸張行程時(shí)，車輪相當(dāng)于遠(yuǎn)離車身，減振器受拉伸。這時(shí)減振器的活塞向上移動(dòng)?；钊锨挥蛪荷?，流通閥8關(guān)閉，上腔內(nèi)的油液推開伸張閥4流入下腔。由于活塞桿的存在，自上腔流來的油液不足以充滿下腔增加的容積，主使下腔產(chǎn)生一真空度，這時(shí)儲(chǔ)油缸中的油液推開補(bǔ)償閥7流進(jìn)下腔進(jìn)行補(bǔ)充。由于這些閥的節(jié)流作用對(duì)懸架在伸張運(yùn)動(dòng)時(shí)起到阻尼作用。 由于伸張閥彈簧的剛度和預(yù)緊力設(shè)計(jì)的大于壓縮閥，在同樣壓力作用下，伸張閥及相應(yīng)的常通縫隙的通道載面積總和小于壓縮閥及相應(yīng)常通縫隙通道截面積總和。這使得減振器的伸張行程產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程的阻尼力，達(dá)到迅速減振的要求。 2如圖14 圖14 減振器三）導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 在中型貨車中由于鋼板彈簧兼起彈性元件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，所以不用單獨(dú)設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。四）橫向穩(wěn)定桿 在汽車的前懸架中由于鋼板彈簧的剛度很大，變形小，抗側(cè)傾能力強(qiáng)，所以不必單獨(dú)設(shè)計(jì)橫向穩(wěn)定桿。汽車懸架的發(fā)展趨勢(shì)(一).主動(dòng)懸架 主動(dòng)懸架系統(tǒng)的剛度和阻尼特性能根據(jù)汽車的行駛條件進(jìn)行動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，是懸架系統(tǒng)始終處于最佳減振狀態(tài)。1.電子控制主動(dòng)懸架電子控制的主動(dòng)式液壓懸架能根據(jù)懸架的質(zhì)量和加速度等，利用液壓部件主動(dòng)地控制汽車的振動(dòng)。主動(dòng)式液壓懸架在轎車上的布置如圖所示，在汽車重心附近安裝有縱向、橫向加速度和橫擺陀螺儀傳感器，用來采集車身振動(dòng)、車輪跳動(dòng)、車身高度和傾斜狀態(tài)等信號(hào)，這些信號(hào)被輸入到控制單元ECU，ECU根據(jù)輸入信號(hào)和預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出控制指令，控制伺服電機(jī)并操縱前后四個(gè)執(zhí)行油缸工作6。如圖15：如圖15 主動(dòng)式液壓懸架控制圖但是這種懸架不太適合載重汽車，成本太高，后期使用費(fèi)用也很高，舒適性不是載重汽車的主要要求。2.可變特性懸架，如圖16： 圖16 可變特性懸架示意圖3.半主動(dòng)懸架半主動(dòng)懸架與主動(dòng)懸架的區(qū)別是，半主動(dòng)懸架用可控阻尼的減振器取代了執(zhí)行器。因此它不考慮改變懸架的剛度，而只考慮改變懸架的阻尼。半主動(dòng)懸架無動(dòng)力源，由可控的阻尼元件(減振器)和彈簧組成6。如圖17：三、設(shè)計(jì)（研究）的重點(diǎn)與難點(diǎn)，擬采用的途徑（研究手段）：設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是確定汽車前后懸架結(jié)構(gòu)形式及各部件的設(shè)計(jì)參數(shù)。1.結(jié)構(gòu)形式的選定；2.根據(jù)已知汽車主要參數(shù)確定懸架主要參數(shù)（懸架靜撓度fc、懸架動(dòng)撓度fd、懸架側(cè)傾角剛度及其在前后軸的分配）；3.確定彈性元件（鋼板彈簧）主要參數(shù)滿載弧高fa、鋼板彈簧長(zhǎng)度L、鋼板斷面尺寸及片數(shù)（鋼板彈簧斷面寬度b、鋼板彈簧片厚h、鋼板斷面形狀、鋼板彈簧片數(shù)n）、鋼板彈簧的剛度驗(yàn)算、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算、鋼板彈簧的強(qiáng)度驗(yàn)算； 4. 根據(jù)已知汽車主要參數(shù)確定減振器的結(jié)構(gòu)類型和主要參數(shù)。 設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是：1.使各組成部分的設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)以及使局部的設(shè)計(jì)符合整體性能的要求；2.圖紙的繪制； 3. 減振器的結(jié)構(gòu)類型和主要參數(shù)。解決的主要途徑是：深入了解汽車前懸架構(gòu)造及工作原理；仔細(xì)研究設(shè)計(jì)原則；參考現(xiàn)有研究成果，并進(jìn)行學(xué)習(xí)和分析，借鑒經(jīng)驗(yàn)；認(rèn)真學(xué)習(xí)機(jī)械制圖原則以及CAD軟件繪圖；發(fā)揮創(chuàng)造性思維并通過試驗(yàn)最終確定方案