127页PPT 汽车悬架 设计

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1、汽车悬架设计 第一节概述第二节悬架结构形式分析第三节悬架主要参数的确定第四节弹性元件计算第五节独立悬架导向机构的设计第六节减振器第七节悬架的结构元件 第一节概述 一 功用弹性连接车架 车身 与车轴 车轮 传递作用在车轮与车架 车身 之间的一切力和力矩缓和路面传给车架 车身 的冲击载荷 缓和振动 保证行驶平顺性保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性 保证汽车操纵稳定性 使汽车获得高速行驶能力 第一节概述 二 组成弹性元件 导向装置 减振器 缓冲块和横向稳定器 第一节概述 三 设计要求1 保证汽车有良好的行驶平顺性2 具有合适的衰减振动能力3 保证汽车有良好的操纵稳定性4 汽车制动或加速时

2、要保证车身稳定 减少车身纵倾 转弯时车身侧倾角要合适5 有良好的隔声能力6 结构紧凑 占用空间尺寸要小7 可靠地传递各种力和力矩 在满足零部件质量要小的同时 还要保证有足够的强度和寿命 第一节概述 四 分类 第一节概述 四 分类 独立悬架 第二节悬架结构形式分析 一 非独立悬架和独立悬架 第二节悬架结构形式分析 二 独立悬架结构方式分析 第二节悬架结构形式分析 二 独立悬架结构方式分析 侧倾中心位置高 它到车身质心距离短 则侧倾力臂及力矩小 车身侧倾角小 侧倾中心位置高 车身侧倾时轮距变化大 轮胎磨损 主销后倾角变化大转向轮易摆振 外倾角变化大影响直线行驶稳定性和轮距变化 轮胎磨损速度 轮距变

3、化影响轮胎磨损速度 悬架侧倾角刚度影响车厢侧倾角大小 悬架横向刚度小 转向轮容易摆振 占用空间大小影响发动机布置 拆装的方便性 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择1 前后悬架的匹配 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式1 前 后轮采用非独立悬架 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式1 前 后轮采用非独立悬架上述优缺点是指一副钢板弹簧而言 如果前后轴 桥 四个车轮都装有纵置钢板弹簧 对整车来说又有下述缺点 1 汽车转弯行驶有轴转向效应 对前轴增加不足转向趋势 对后桥增加过多转向趋势 为克服后者 轿车要求将后悬架的前吊耳位置布置低些

4、2 前悬架采用纵置钢板弹簧 前轮容易摆振 汽车操纵稳定性变坏 应用 中 重型货车 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式1 前 后轮采用非独立悬架 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式1 前 后轮采用非独立悬架 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式2 前轮独立 后轮非独立 1 目前轿车前轮多采用车轮上 下跳动时 车轮定位参数变化小的麦弗逊式悬架 因而可以保证前轮不易发生摆振现象 使汽车有良好的操纵稳定性 麦弗逊式悬架优 缺点见前述 除此之外 两前轮装上麦弗逊式悬架以后 当主销轴线的延长线与地面的交点位于轮胎胎冠印迹中心

5、外侧时 具有负主销偏移距rs 有利于制动稳定性 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式2 前轮独立 后轮非独立 2 前悬架采用双横臂式独立悬架 后悬架采用纵置钢板弹簧非独立悬架时 可通过将双横臂中的上横臂支承轴销的轴线布置成前高后低状 使悬架的纵向运动瞬心位于能减少制动前俯角处 使制动时车身纵倾减少 达到保持车身有良好的稳定性能 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式3 前 后轮独立轿车前轮用麦弗逊式悬架 后轮用扭转梁随动臂式后悬架 用的非常广泛 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式3 前 后轮独立 橡胶衬套因橡胶衬套横

6、截面方向上 按对角线方向开有楔形孔 结果在不同方向衬套的刚度不一样 即 在汽车纵轴线方向衬套的刚度小 衬套的纵向刚度大 衬套的总扭转刚度大b c两项大的原因是 转向行驶时 车轮与地面之间作用有侧向力FY1 FY2 简化作用到衬套上的力F1 F2和力矩M1 M2 在F1和F2作用下衬套内 外侧相对移动 同时处于橡胶衬套内径处的金属隔套突肩压紧橡胶衬套 使之纵向刚度 扭转刚度 减轻轴转向效应 操纵稳定性好 第二节悬架结构形式分析 四 弹性元件分析 第二节悬架结构形式分析 四 弹性元件分析 变厚少片簧比多片减少20 40 的质量 油气弹簧比多片钢板弹簧轻50 扭杆弹簧本身固定在车架上 簧下质量小 板

7、簧轴销处要求每天或行驶500公里保养一次 即加注润滑脂 板簧在交变应力作用下 并有污泥 浊水腐蚀 易产生细而深裂纹 疲劳裂纹 板簧寿命好路10 15万Km坏路1 1 5万Km一般4 5万Km空气弹簧气囊寿命是板簧四倍 第二节悬架结构形式分析 五 辅助元件分析1 横向稳定器通过减小悬架垂直刚度 能降低车身振动固有频率 达到改善平顺性的目的 但因为悬架侧倾角刚度和悬架垂直刚度之间是正比关系 所以减小垂直刚度同时会减小侧倾角刚度 并使车厢侧倾角增加 使乘员不舒服和降低了行车安全感 因此设置横向稳定器 在不增大垂直刚度条件下增大悬架侧倾角刚度 汽车转弯行驶时前后轴车轮负荷转移大小 主要取决于前后悬架的

8、侧倾角刚度 当前角刚度大于后角刚度时 前轴车轮负荷转移大于后轴 并使前轮侧偏角大于后轮侧偏角 以保证汽车有不足转向特性 第二节悬架结构形式分析 五 辅助元件分析2 缓冲块仅用来限制悬架最大行程的缓冲块 用半个椭圆形橡胶硫化到钢板上制成 兼有辅助弹性元件作用的缓冲块 用多孔聚氨脂制作 它的特点是强度高 耐磨 第三节悬架主要参数的确定 一 悬架静挠度fc1 定义 是指汽车满载静止时 悬架上的载荷FW与此时悬架刚度C之比 即fc FW C2 影响因素 第三节悬架主要参数的确定 一 悬架静挠度fc3 选取原则1 对轿车应保证有良好的平顺性 即n低 大客车次之 载货汽车最后 2 级别越高的轿车n应越小

9、3 fc21时小 设计时应使n1 n2 即fc2 fc1 第三节悬架主要参数的确定 一 悬架静挠度fc4 取值范围设计时 先从为了保证汽车有良好的平顺性 确定n 然后可算得fc n的选定范围见下表 第三节悬架主要参数的确定 二 悬架动挠度fd1 定义 从满载静平衡位置开始 悬架压缩到结构允许的最大变形时 车轮中心相对车架 车身 的垂直位移 2 影响因素 第三节悬架主要参数的确定 二 悬架动挠度fd3 选取fd的原则悬架刚度小 使用条件又不好的汽车 fd应取大 4 推荐fd的选取范围 第三节悬架主要参数的确定 三 悬架弹性特性1 定义 悬架受到的垂直外力F与由此所引起的车轮中心相对于车身位移f

10、悬架变形 的关系曲线 刚度 弹性特性曲线上某点的切线与水平坐标轴夹角的正切为该点刚度 第三节悬架主要参数的确定 三 悬架弹性特性2 线性的弹性特性特点 1 定义 悬架变形f与所受垂直外力F之间呈固定比例变化时 弹性特性为一直线 称之为线性弹性特性 2 特点 悬架的刚度为常数 使用中由于m的变化 空 半 超载等 引起n变化 空 半载时 n 平顺性变坏 超载时n 平顺性 悬架动容量定义 悬架从满载静载荷的位置起 变形到结构允许的最大变形为止 消耗的功 动容量大 悬架碰撞缓冲块的可能性愈小 具有线性特性的悬架 在n比较低的条件下与非线性特性悬架比较 当动容量相同时 其动挠度增加很多 碰撞车架 舒适性

11、 为不碰撞车架 可抬高车架 hg 汽车稳定性 第三节悬架主要参数的确定 三 悬架弹性特性3 非线性的弹性特性特点 1 定义 悬架变形f与所受垂直外力F之间 不呈固定比例变化时 弹性特性为曲线 2 特点 悬架的刚度C是变化的 要求C的变化规律如下 满载位置附近 点8 C要小 特性曲线平缓 平顺性 空载位置附近 点2到点1 C要大 特性曲线变陡 碰撞车架的机会 动载荷位置附近 点7以上 C要大 曲线变陡 击穿缓冲块的机会 图中两端 2 1和7以上 C大 在动容量不变的条件下fd 第三节悬架主要参数的确定 三 悬架弹性特性4 影响选取弹性特性的因素 第三节悬架主要参数的确定 四 后悬架主副簧刚度的分

12、配1 工作特点 两个阶段 1 空载及小载荷工况下 只有主簧工作 副簧不参与工作 从结构变形看 主簧仍是下凹状 随载荷增加向平的状态接近 随之副簧与托架之间的间隙逐渐减小 悬架的弹性特性是线性的 且刚度C较小 2 载荷增加到FK瞬间 副簧与托架之间间隙消除 从此 副簧与主簧共同承担作用在悬架上的载荷 刚度C增大 悬架的弹性特性曲线变陡 所以只有主簧或者是主副簧共同工作以后 单看这两段弹性特性都是线性的 合在一起是非线性的 第三节悬架主要参数的确定 四 后悬架主副簧刚度的分配2 载荷分配主副簧共同工作时 作用到主副簧上的载荷与它们的刚度成正比分配 3 刚度分配设计有副簧的悬架 需要确定两个参数 1

13、 主副簧之间的刚度分配 2 副簧开始参加工作时的载荷 考虑的原则是 使空载时频率n0 f0 满载时悬架的频率nc fc 副簧起作用前瞬间的振动频率nk fk 起作用后悬架的频率na fa 相差不大 即保证汽车满载和空载平顺性良好为基本出发点 第三节悬架主要参数的确定 四 后悬架主副簧刚度的分配5 第一种分配方法副簧开始起作用时的载荷等于空载与满载时悬架载荷的平均值 Fk 0 5 F0 FW 并使Fo和Fk间的平均载荷对应的频率与Fk和FW间平均载荷对应的频率相等 即图中f1 f2 第三节悬架主要参数的确定 四 后悬架主副簧刚度的分配5 第一种分配方法 1 只有主簧工作时 C不变 随F n 2

14、副簧参加工作瞬间C n 当F继续 时 n又 由图可知只要作到n0 nc nk na相近 汽车的平顺性在空 满载和副簧起作用前后等均良好 第三节悬架主要参数的确定 四 后悬架主副簧刚度的分配6 第二种分配方法 第三节悬架主要参数的确定 四 后悬架主副簧刚度的分配6 第二种分配方法 第三节悬架主要参数的确定 五 悬架侧倾角刚度及其在前后轴的分配1 悬架侧倾角刚度定义簧上质量产生单位侧倾角时悬架给车身的弹性恢复力矩 2 悬架侧倾角刚度对下列使用性能有影响 第三节悬架主要参数的确定 五 悬架侧倾角刚度及其在前后轴的分配3 车身侧倾角当侧向惯性力等于0 4倍车重时 车身侧倾角的范围4 前后悬架侧倾角刚度

15、前后悬架侧倾角刚度的分配影响前后轮侧偏角大小 要求汽车转弯行驶时 在0 4g侧向加速度作用下 1 2 10 30内 为满足不足转向特性要求 应使前悬架侧倾角刚度略大于后悬架的侧倾角刚度 轿车前后悬架侧倾角刚度比值为1 4 2 6 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 一 布置方案对称式 钢板弹簧中部在车轴 桥 上固定中心至两端卷耳中心距离相等不对称式 钢板弹簧中部在车轴 桥 上固定中心至两端卷耳中心距离不相等 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定由总体布置给出的初始条件 G1 G2 满载静止时 汽车前 后轴 桥 负荷Gu1 Gu2 簧下部分荷重板簧载荷 Fw1 G1

16、 Gu1 2 Fw2 G2 Gu2 2L 汽车轴距已选定的参数 fc fd 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定1 满载弧高fa1 定义 是指板簧装到车轴上 汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端 不含卷耳孔半径 连线间的最大高度差 2 影响选取fa的因素3 fa的推荐值10 20mm 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定2 钢板弹簧长度L1 定义 钢板弹簧伸直后 两卷耳中心之间的距离 2 影响选取L的因素 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定2 钢板弹簧长度L纵向角刚度C 的定义 钢板弹簧产生单位纵向转角时 作用到钢板弹簧上的纵向力矩 T 值 分析上式可知 在垂直刚度不变的条件下 C L2所以L增加的同时C 也上升 结果因扭转力矩T引起的变形减少 即r角减少 导致扭转力矩T产生的应力减少 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定2 钢板弹簧长度L3 选取原则 在总布置允许的条件下 L尽可能选长些 4 推荐L的选取范围 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定3 钢板断面尺寸及片