毕业设计（论文）-重型汽车悬架系统设计（全套图纸）.pdf

本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 重型汽车悬架系统的设计重型汽车悬架系统的设计 学学 院院 机械工程学院机械工程学院 专业班级专业班级 学生姓名学生姓名 学生学号学生学号 指导教师指导教师 提交日期提交日期 2016 年年 月月 日日 华南理工大学广州学院华南理工大学广州学院 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：2016 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本人完全了解华南理工大学广州学院关于收集、保存、使用学位 论文的规定，即：按照有关要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 华南理工大学广州学院图书馆有权保存学位论文的印刷本和电子版， 并提供目录检索与阅览服务；可以采用复印、数字化或其它复制手段 保存论文；在不以赢利为目的的前提下，可以公布论文的部分或全部 内容。 学位论文作者签名： 日期：2016 年 月 日 指导教师签名： 日期：2016 年 月 日 作者联系电话： 电子邮箱： I 摘摘 要要 悬架是重型汽车的重要组成部分之一，也是作为连接车架和车轴的关键连接 件，在汽车行驶过程中，因为有了悬架，汽车才能在凹凸不平的里面上面行驶， 而没有过多的振动。可以说，悬架是缓冲汽车行驶过程中的冲击载荷的必要元件， 因为有了它，才能保证汽车的平稳行驶而没有振动剧烈的感觉。 本次设计的重型汽车悬架系统主要是由横摆臂、压缩弹簧、转向节、减震器 等部分组成，通过设计出重型汽车悬架系统，对其中主要组成部件例如弹簧、横 摆臂进行强度校核，才能够设计出满足汽车行走工况的悬架系统。 关键词：关键词：悬架 振动 横摆臂 减震器 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 II Abstract The suspension system is one of an important part of the heavy duty truck, as well as the connection frame and axle key connector, in the car, because of the suspension, vehicle can in uneven inside above driving, but not too much vibration. It can be said that the suspension is the necessary element to cushion the impact load in the process of vehicle driving, because of it, to ensure the smooth running of the vehicle without the feeling of intense vibration. The design of heavy vehicle suspension system is mainly by transverse swing arm, a compression spring, steering knuckle, shock absorber parts, through the design of heavy vehicle suspension system, of which mainly composed of components, such as a spring, a horizontal swing arm strength check, in order to design to meet the automobile running conditions of the suspension system. Key words: suspension vibration swing arm shock absorber III 目目 录录 1 绪论 . 1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 . 1 1.2 本课题研究的内容 . 1 1.3 重型汽车悬架系统概述 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.4 重型汽车悬架系统的作用 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2 重型汽车悬架系统总体结构的设计 . 4 2.1 悬架基本概念 . 6 2.1.1 悬架概念 . 6 2.1.2 悬架最主要的功能 . 7 2.1.3 悬架基本组成 . 8 2.1.4 悬架类型 . 10 2.2 悬架系统研究与设计的领域 . 11 2.3 悬架设计要求 . 11 2.4 悬架的主要特性 . 12 2.4.1 悬架的垂直弹性特性 . 13 2.4.2 减振器的特性 . 14 3 钢板弹簧的设计 . 13 3.1 钢板断面宽度 b 的确定 . 13 3.2 钢板弹簧片厚 h 的选择 . 13 3.3 钢板断面形状 . 13 3.4 钢板弹簧片数 n . 13 3.5 钢板弹簧端部的支承型式 . 13 3.6 确定各片钢板长度 . 13 3.7 钢板弹簧刚度验算 . 13 4 悬架对汽车主要性能的影响 . 13 4.1 悬架对汽车平顺性的影响 . 13 4.1.1 悬架弹性特性对汽车行驶平顺性的影响 . 13 4.1.2 悬架系统中的阻尼对汽车行驶平顺性的影响 . 22 4.1.3 非簧载质量对汽车行驶平顺性的影响 . 23 4.1.4 改善平顺性的主要措施 . 24 4.2 悬架与汽车操纵稳定性 . 25 4.2.1 汽车的侧倾 . 26 IV 结 论 . 27 参考文献 . 28 致 谢 . 29 1 1 绪论 1.1 课题的来源与研究的目的和意义课题的来源与研究的目的和意义 本论文主要重型汽车悬架系统进行设计。通过重型汽车悬架系统进行设计， 来了解重型汽车悬架系统的结构组成、工作原理以及以后的发展趋势和现状。 我国生产的重型汽车悬架系统结构简陋，稳定系数始终不高，虽然经过几十 年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等 的影响， 我国目前生产的重型汽车悬架系统的总体水平与进口产品及港口用户的 要求仍有较大差距，重型汽车悬架系统的生产也是如此，为满足市场需求，开发 出一种新型的重型汽车悬架系统势在必行！本文运用大学所学的知识，提出了重 型汽车悬架系统的结构组成、 工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计 算和相关强度校验，构建了重型汽车悬架系统总的指导思想，从而得出了该重型 汽车悬架系统的优点是高效，经济，并且校正质量高，运行平稳的结论。 通过设计重型汽车悬架系统，要求学生掌握大学四年所学到的知识，了解机 械原理，机械设计，以及传动机构设计等方面的知识，综合运用绘图软件重型汽 车悬架系统进行设计。通过本次毕业设计，综合提高学生的实际应用水平和设计 能力。 相信此种重型汽车悬架系统的出现将会大大提高重型汽车悬架系统的稳定 性和质量， 为企业的生产的年产能方面， 以及经济效益方面能够带来显著的进步， 同时也在某种程度上推进了汽车工业的不断发展。 1.2 本课题研究的内容 本次设计主要针重型汽车悬架系统进行设计， 从重型汽车悬架系统的整体方 案出发， 然后具体细化出具体内部结构， 其具体内部结构主要包括以下几个方面： （1）通过网络和图书馆查找各种关于重型汽车悬架系统的相关资料，重型汽车 悬架系统进行方案的比较和预定。 （2）分析重型汽车悬架系统的结构与参数 （3）确定设计总体方案 （4）确定具体设计方案 （5）重型汽车悬架系统图纸的绘制。 2 （6）说明书的整理 1.3 重型汽车悬架系统概述 悬架系统是指车身、车架和车轮之间的一个连接系统，而这种结构体系包括 悬架系统、车身、车架和车轮，而结构系统包含减震器、悬架弹簧、防卷杆、悬 架侧梁、纵向杆、转向节臂、橡胶衬套和杆件。当汽车在路面上由于受振动和冲 击的变化，所产生的冲击强度会被轮胎所吸收，但大部分都是依靠轮胎与车身之 间的悬挂装置来吸收的。减震器、弹簧、防倾杆、悬架副车架，手臂的控制下， 纵杆、转向节臂、橡胶衬套和连杆组件。当汽车在路面上由于受振动和冲击的变 化， 所产生的冲击强度会被轮胎所吸收，但大部分都是依靠轮胎与车身之间的悬 挂装置来吸收的。 1.4 重型汽车悬架系统的作用 悬架是汽车的重要总成之一,它是身体和车轮柔性连接在一起。 悬架的主要 功能是传递函数的轮子和身体之间的力和力矩,比如支持力量,刹车力和驱动力, 并减轻由不平路面传递给身体的冲击载荷,衰减引起的振动、 保证乘员舒适,减少 货物和车辆动载荷。 汽车悬架和各种性能,以满足这些性能,悬架系统必须能满足 性能需求:首先,悬架系统,以确保汽车具有良好的行驶舒适为主要目的的载人的 车,车的主人在振动加速度不能超过国家标准的边界值。其次,暂停,以确保身体 和车轮在共振区域的小振幅,振动衰减快。 再一次,以确保汽车具有良好的处理和 稳定,一方面,暂停,以确保车轮,车轮定位参数不发生巨大的变化和其他方面为 了减少车轮动态轮加载和跳动。是确保车辆制动,转向,加速和稳定,减少身体俯 仰和滚。最后,为了确保悬架系统的可靠性,有足够的刚度、强度和寿命。因此, 汽车悬架是一个重要组成部分,确保运行舒适感。 同时,汽车悬架之间连接力量传 输部分的框架(或主体)与车轴(或车轮),是保证行车安全的一个重要组成部分。 因此,汽车悬架往往列为重要组成部分的汽车的技术规格表,作为衡量汽车 的质量,指标之一。汽车悬架包括三个部分,如弹性元件、减振器和力传动装置。 三个部分分别垫、振动和力传播。垂直力是通过弹性元件,冲击和振动引起的路 面粗糙度是缓解。在车里,弹性元件指的螺旋弹簧,它只承受竖向荷载,凹凸不平 的道路面对身体的放松和抑制的影响,小空间的优势占领,低质量,不需要润滑, 3 但因为没有摩擦和阻尼效应。振动阻尼器是指液压减振器,是加速身体的振动的 衰减,这是最精确和复杂的悬架的机械零件。 力传动装置框架下臂叉架,转向节元 素,用于传递纵向力、横向力和力矩,保证车轮对确定的相对运动帧(或身体)。现 代汽车悬架一般用于小质量、稳定和可靠的汽缸减震器的性能。当路上的汽车并 不顺利,身体会振动,振动阻尼器可以快速减弱身体的振动,使用油流的流动阻力 消耗振动能量。框架和轴相对运动时,减震器油将通过一些狭窄的孔和裂缝通道 重复从一室流向另一个室,当孔壁之间的摩擦力和流体摩擦和石油液体的分子间 形成车身振动阻力。这种阻力工程阻尼力说。车辆的振动能量的身体可以被转换 成热能,并吸收石油和壳牌。 人们为了更好地意识到车车的稳定性和安全性,阻尼系数不固定在一个特定 的值,但可以用汽车运行状态变化,悬架的性能总是附近的最优状态。因此,一些 汽车的振动阻尼可调阻尼被分成两个或三个,根据传感器信号来自动选择所需的 阻尼水平。 为了提高汽车的舒适,现代汽车悬架的垂直刚度设计值很低,与普通词 汇是一个“软”,因此,尽管舒适性,但汽车转弯时,由于离心力的作用会产生更 大的身体的倾斜角度,直接影响的稳定控制。 为了提高状态,许多汽车的前后悬架 添加横向稳定性杆,当身体倾斜,两岸的悬架变形不均,横向稳定极点将发挥类似 的杠杆,这左右两边的弹簧变形密切协议,以减少身体的倾斜和振动,提高汽车行 驶稳定性的外表看似简单的悬挂,包含各种各样的合作,决定着汽车的稳定性、 舒 适性和安全性,是现代汽车的一个关键部分。目前市面上的汽车悬架产品图如下 图 1,2,3 所示： 4 图 1 5 图 2 图 3 6 2 重型汽车悬架系统总体结构的设计 2.1 悬架基本概念 2.1.1 悬架概念 保证车轮或车桥与汽车承载系统(车架或承载式车身)之间具有弹性联系并 能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的 总称。 2.1.2 悬架最主要的功能 悬架的主要功能是传递车轮和框架的作用(或主体)之间的力和力矩,并缓和 汽车驶过不平路面时生成的影响,轴承系统的振动引起的衰减,以确保车辆的平 顺性。必须和车轮之间的帧或身体提供灵活的耦合,依靠弹性元件传输轮之间的 负载或轴和帧或身体,和依赖于变形吸收能量,缓冲。使用弹性联轴器,汽车可以 作为振动系统由簧载质量,非簧载质量(即。 非簧载质量)和弹簧(弹性元件),遭受 不平的路面,气动力和电力传输和发动机激励。 为了迅速衰减不必要的振动,悬挂 也必须包括阻尼元件,即减震器。 此外,确保悬架和车轮之间的帧或身体所有的力 和力矩的可靠传输和决定车轮相对于连接装置框架的位移或身体的特征被称为 指导机制。面向决策的机构在车轮弹跳轨迹和前轮定位参数的变化,和汽车前后 辊中心和垂直倾向于中心位置,因此在很大程度上影响了车辆处理和稳定性和抗 剪能力。 2.1.3 悬架基本组成 悬架主要由弹性元件、导向机制和减震器。弹性组件受到冲击时,可以生成 连续的振动,所以骑是不合适的,因此,减震器的阻尼器提供快速衰减振动,振幅 迅速降低。引导机制是用来确定车轮的运动帧或身体,和传输各种力量和时刻的 力和力矩。为了减少直接影响轴的框架或身体,一些车辆悬架系统提供一个缓冲 块,这是限制将中风。 水平稳定器的作用是减少当滚动体,并改善轮胎的附着在地 面上。 7 2.1.4 悬架类型 根据导向机构的结构特点，汽车悬架可以分为非独立悬架和独立悬架两大 类。 (1) 非独立悬架是左、右车轮之间由一刚性梁或非断开式车桥联接，当单边 车轮驶过凸起时，会直接影响另一侧车轮。 (2) 独立悬架中没有这样的刚性梁，左右车轮各自“独立”地与车架或车身 相连或构成断开式车桥，按结构特点又可细分为横臂式、纵臂式、斜臂式等等。 2 按照弹性元件的种类， 钢板弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹簧悬架、空气悬架以及油气悬架等。 2.2 悬架系统研究与设计的领域 汽车悬架系统的研究和设计是主要提高操纵稳定性和行驶舒适的汽车。 车辆 悬架系统的研究和设计相应的分为两个部分:汽车行驶舒适的悬挂特性产生重大 影响;另一个是悬架车辆操纵稳定性产生主要影响的特征。 第一部分主要是悬架的弹性元件和阻尼元件特征开始工作,主要是路面、轮 胎、非弹簧负载质量,悬挂,弹簧质量的研究和设计作为一个整体,因为它的主要 研究路面激励的反应力,影响汽车行驶舒适弹性元件和阻尼元件的力学性能因此 可以称为悬架系统动力学研究。 后悬架的部分主要是指导机制主要是在车轮和车身相对运动,悬架的运动指 导机制如何引导和限制车轮,车轮的位置和旋转运动的影响悬架参数的运动学特 征研究。这部分的研究称为悬架的运动学。考虑弹性衬套和其他关节的影响悬架 的性能,悬架运动学是悬架弹性运动学。悬架弹性运动学的解释主要悬挂参数的 变化特征,如力和转矩引起的轮胎和路面。悬架的运动学系统包括两个方面的悬 架运动学和弹性运动学。 2.3 悬架设计要求 如前所述,悬架弹簧质量,非弹簧质量构成振动系统,振动系统的特性,在很 大程度上决定了汽车行驶舒适,并进一步影响到汽车行驶速度、燃油经济性和经 济的操作。振动系统也决定了车辆系统和驱动系统的动态负载的许多地方,从而 8 影响零件的使用寿命。 此外,悬架车辆的操纵稳定性,但在抗俯仰能力也起着决定 性的作用。因此在悬架的设计必须考虑以下几方面的需求。 1通过合理设计悬架的弹性和阻尼特性保证汽车具有良好的行驶舒适,较低 的振动频率、振动加速度和合适的减振性能,并且可以避免暂停压缩拉伸行程极 限点硬的影响,但也确保轮胎有足够的能力; 2为了确保引导机制的合理设计和车轮之间的帧或身体力量和可靠传递。 3指导的运动机制应与转向连杆运动协调,避免发生干涉,否则可能会导致方 向盘振动; 4辊中心距中心位置正确,汽车转向反辊能力、 制动和加速身体的能保持稳定, 避免汽车在制动和加速身体的纵向坡度(所谓的“点头”和“落后”); 5悬挂质量的成员尤其是小簧下质量部分必须尽可能小; 6容易安排 7所有组件应该有足够的强度和使用寿命; 8低制造成本; 9易于维修和保养。 悬架设计大致可以分为两个阶段,结构类型和主要参数选择和详细设计,有 时重复交叉。 因为许多车辆悬架的参数影响的特点,和其他涉及装配布局,因此普 遍认为总体布局。 2.4 悬架的主要特性 2.4.1 悬架的垂直弹性特性 汽车悬架的垂直弹性特性表示作用在悬架上的垂直载荷与在轮轴上方的变形之间的关 系。 9 图 2-1 悬架弹性特性曲线 弹住特性上任意点的悬架刚度 c，为： K K dS dT C = (2- 1) 当簧下质量固定不动时，而又无减震器时，簧上质量的自由振动偏频 0 n仅与有效静挠 度有关 CT T Cg n 2 1 2 0 0 = (2- 2) 2.4.2 减振器的特性 减振器阻力 P 与其活塞位移速度 y 之间的关系。 经常用的是双向作用的，具有非对称特性及卸荷阀的减振器。在现有的减振器中，复原 阻力系数比压缩阻力系数要大 26 倍。 减震器的外特性主要指的是阻力- 速度特性10，特性图如下图。 图 2-2 减震器的外特性 10 3 钢板弹簧的设计 3.1 钢板断面宽度 b 的确定 有关钢板弹簧 的刚度、强度等，可按等截面简支梁的计算公式计算，但需引入挠度增 大系数加以修正。因此，可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯性矩 0 J。 对于对称钢板弹簧： ()() 3 0 48JLkscE = 式中，s 为 U 形螺栓中心距（mm）；k 为考虑 U 形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数（如刚性 夹紧，取 k=0.5，挠性夹紧，取 k=0）；c 为钢板弹簧垂直刚度（N/mm），/ wc cFf=； 为挠度增大系数（先确定与主片等长的重叠片数 1 n，再估计一个总片数 0 n,求得 1 0 n n =， 然后用 () 1.5 1.04 10.5 = + 初定）E 为材料的弹性模量。 ， 其中， ) 10 5 . 01 (04. 1 5 . 1 1 n + = ，取1 1 =n，则 092 . 1 5 . 1 =，将其代入求得 4 0 3 . 40327 mmJ =； ) 4/( 0WWL FW= 3 12320)4504/(112019800mmMPammN=； 初取mm mm mm WJhp6 . 6 12320 3 . 40327 /2 3 4 00 =，取 b=8 p h=150mm. 片宽 b 对汽车性能的影响： 1.增大片宽，能增加卷耳强度，但当车身受侧向力作用倾斜时，弹簧的扭曲应力增大。 2.前悬架用宽的弹簧片，会影响转向轮的最大转角。片宽选取过窄，又得增加片数，从 而增加片间的摩擦弹簧的总厚 3.推荐片宽与片厚的比值 b/ p h在 610 范围内选取。本设计中取 b=60mm 3.2 钢板弹簧片厚 h 的选择 根据 12 3 0 nbh J =得：mm nb J h20 4 . 5210 3 . 403271212 33 0 =； 片厚 h 选择的要求： 11 1）.增加片厚 h，可以减少片数 n 2） .钢板弹簧各片厚度可能有相同和不同两种情况， 希望尽可能采用前者但因为主片工作条 件恶劣，为了加强主片及卷耳，也常将主片加厚，其余各片厚度稍薄。此时，要求一副钢板 弹簧的厚度不宜超过三组。 3.）为使各片寿命接近又要求最厚片与最薄片厚度之比应小于 1.5。 4.）钢板断面尺寸 b 和 h 应符合国产型材规格尺寸。 查表确定 b 和 h 的值，使其符合国产型材规格尺寸，又因为MnASi260的厚度一般不 超过 9.5mm，故取 b=70mm , h=9mm。 钢板弹簧图如下： 3.3 钢板断面形状 钢板断面形状 矩形断面结构简单，制造容易，变截面少片钢板弹簧多采用矩 形断面结构 3.4 钢板弹簧片数 n 片数 n 少些有利于制造和装配，并可以降低片间的干摩擦，改善汽车行驶平顺性。但片 数少了将使钢板弹簧与等强度梁的差别增大，材料利用率变坏。多片钢板弹簧一般片数在 614 片之间选取，重型货车可达 20 片。用变截面少片簧时，片数在 14 片之间选取。n=3 3.5 钢板弹簧端部的支承型式 以板簧端部的支承型式而言， 可以大致分为卷耳和滑板两大类。 滑板型式多见于两极式 主副簧悬架中副簧的支承和平衡悬架中板簧的支承。 卷耳根据其相对板簧上平面的位置可以 分为上卷耳、平卷耳和下卷耳三类。本设计中采用上卷耳。 3.6 确定各片钢板长度 钢板弹簧长度 L 是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离,在总布置可能的条件下，应尽 可能将钢板弹簧取长些。 12 在下列范围内选用钢板弹簧的长度： 轿车：L=（0.400.55）轴距； 货车:前悬架：L=（0.260.35）轴距； 后悬架：L=（0.350.45）轴距。 钢板弹簧应采取尽可能长。原因如下: 1,增加钢板弹簧的长度 L 可以显著降低弹簧压力,提高使用寿命,降低弹簧刚度,提高 车辆的乘坐舒适性。 2,在给定条件下的垂直刚度 C,纵向角钢板弹簧的刚度可以明显增加。 3、纵向角刚度的刚性板弹簧的纵向力矩是钢板弹簧时,钢板弹簧。 4,增加纵向角刚度钢板弹簧可以减少弹簧的变形引起的车轮的扭矩。 本设计中L=0.3573300mm=1180mm 设主簧片长为 1 l，按钢板叠放顺序他们的长度依次 1 l、 2 l、 3 l 10 l，则由于 1 l= 2 l，且 各簧片等厚，其长度成等差数列，即ailli)2( 2 =，10, 0i。其中asl+= 10 ，将 mmlmms1180,70 2 =代入得mmmma 3 370 9 1110 =，mml 3 580 10 =， 则各板长度为： 1 l=1600mm、 2 l=1400mm、 3 l=mm 3 3170 、 4 l=mm 3 2800 、 5 l=mm 3 2430 、 6 l=mm 3 2060 、 3.7 钢板弹簧刚度验算 )(6 1 1 3 1 = + = n k kkk YYaEc，其中9 . 0, 1 ),( 2 1 1 111 = = + k i i kkk J Ylla；其中， 5 6 ) 5 6 3 4 ()8() 3 4 2 3 ()7() 2 3 7 12 ()6() 7 12 2()5( )2 5 12 ()4() 5 12 3()3() 34()2()46( 8 1 )( 33333 3333 3 1 1 3 1 Xaaaa aaaa bh YYa kk n k k + += + = + 装配刚度时 X=9a，代入数据可求得装配刚度 c=217mmN /mmN / 94 19800 ; 检验刚度时 X= 1 l,代入数据可求得检验刚度 c=192mmN /. 4 悬架对汽车主要性能的影响 13 悬架型式、导向杆系的布置以及悬架参数的选择等对汽车性能的影响，并不是孤立的， 而是存在着一定的内在联系。为此从不同角度去分析汽车各种性能的影响。 4.1 悬架对汽车平顺性的影响 好车驾驶光滑性不仅可以保证乘员舒适和运输货物的完好无损,但也可以提高汽车运输 生产率,降低燃料消耗,延长零件的使用寿命和提高工作可靠性的部分。 目前主要是根据国际标准 ISO2631 评价车辆行驶舒适、 乘员疲劳减少轴承效率极限价值 函数变化的频率振动加速度均方根。垂直振动而言,人体是最敏感的振动 4 - 8 赫兹,所以这 个频段的阈值是最低的。为了让身体承受振动不超过规定的限制,主要依靠悬挂来减少车身 振动加速度均方根值。 在随机路面不平度输入下,身体的加速度均方根值的大小,取决于车身 加速度在路上不是 g 的幅频特征粗糙度/ g,“悬架振动固有频率和身体的 N,非周期系数和 非弹簧负载质量大小有关。 从图可以看出,当身体低固有频率曲线的下半身,均方根加速度很 小。 图 3-1 幅频特性曲线 4.1.1 悬架弹性特性对汽车行驶平顺性的影响 1 车身固有振动频率11 13 若不考虑轮胎和减震器的影响，则车身固有频率 0 n= 2 0 w = 2 1 M C Hz (3- 1) 式中 0 w固有角振动频率，rad/s C悬架刚度，N/m M簧载质量，kg 由于在静载荷作用下悬架的静挠度 c f= c Mg (3- 2) 14 则 0 n= 2 1 c f g (3- 3) 当以每秒振动次数表示时， 0 n= c f 300 Hz (3- 4) 式中 c f静挠度，cm。是指汽车满载静止时悬架上的载荷 FW与此时的悬架刚度 c 之比。 从上述公式中可见，车身振动的固有频率n0由簧载质量 M、悬架刚度 c 或由悬架静挠 度 c f决定。 由试验得知， 为了保持汽车具有良好的平顺性， 车身振动的固有频率应接近人体所习惯 的步行时的身体上、下运动的频率 11.4Hz(6085 次/min)，振动的加速度的极限允许值 为 0.30.4g。 从保持所运货物完整性的观点出发， 车身振动加速度也不能过大， 如果车身加速度达到 1g，则未经固定的货物可能离开车厢底板。因此为保证所运货物完整无损，振动加速度的极 限值不应超过 0.60.7g。 悬架的动挠度 d f是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形(通常指 缓冲块压缩到其自由高度的 12 或 23)时，车轮中心相对车架(或车身)的垂直位移。 从图 3- 1 可知， 车身固有频率 0 n低于 3Hz 就可以保证人体最敏感的 48Hz 处于减震区。 0 n值越低，车身加速度的均方根值越小。但在悬架设计时， 0 n值不能选得太低，这主要是 0 n值降低，悬架的动挠度 d f就增大，在布置上若不能保证足够大小的限位行程，就会使限 位块撞击的概率增加。另外， 0 n值选得过低，悬架设计不选取一定措施，就会增大制动“点 头“角和转弯侧倾角，使空、满载是车身高度的变化过大。各种车型车身固有频率 0 n的实 用范围为：货车 1.52Hz；旅行客车 1.21.8Hz；高级轿车 11.3Hz。 2 弹性特性 在悬架设计中， 通常把力和变形的关系的关系曲线， 即车轮受到的垂直外力与由此所引 起的车轮中心相对于车身位移的关系曲线， 称为悬架的弹性特性曲线， 曲线的斜率为悬架的 刚度。 a、线性弹性特性 线性弹性特性，即悬架变形与所受载荷成比例地变化。其刚度 G 是常数。一般钢板弹簧 悬架即属此类。 具有线性弹性特性的汽车， 在使用中其车身振动的固有频率将随装载的多少而改变， 尤 其是后悬架载荷变化很大的货车和大客车， 这种变化会使汽车前后悬架的频率相差过大， 结 果导致汽车车身的猛烈颠簸(纵向角振动)，因而使汽车行驶平顺性变坏。 15 图 3-2 弹性特性曲线 a线性弹性弹性 b非线性弹性特性 b、非线性弹性特性 非线性弹性特性的悬架，即悬架的刚度可随载荷的改变而变化，也称变刚度悬架。由于 刚度 c 随载荷而改变，可以使得在载荷变化时，保持车身振动的固有频率不变，从而获得良 好的汽车行驶平顺性。这时，在曲线上任意点 M，必须满足 P M C=f= c f=常数 (3- 5) 式中 P特性曲线上任意点 M 的载荷； M C任意点 M 的悬架刚度； f求刚度 M C时的次切矩(不是悬架从原点的变形)，也有人称 f 为悬架的折算静挠 度； c f在静载荷 c p时，为汽车获得较为良好平顺性所要求的悬架静挠度。 因为 M C= df dp (3- 6) 可将上式改写成 p dp = f df (3- 7) 积分得 ln P= c f f +A (3- 8) 因为当 f= c f时，P= c p e c f f 1 所以 A= ln c P-1 (3- 9) 因此 P= c P 这就是说不管载荷如何变，为保持车身固有频率不变，当载荷 P 等于大于 c P时，悬 架的特性应该是按指数函数的规律变化。 然而， 这种较为理想的弹性特性的悬架是难于实现 的。 16 目前，在悬架设计中，只不过是力求减小固有频率随载荷而变化的幅度(或范围)，从而 不同程度地改善汽车行驶平顺性。 非线性的悬架掸性特性可以采用适当的悬架结构(导向机构)或弹性元件(如加辅助弹簧、 调节弹簧、空气弹簧等)来实现。 4.1.2 悬架系统中的阻尼对汽车行驶平顺性的影响 减震器起衰减振动的作用14 16，对汽车平顺性有影响，其主要参数为阻尼系数，阻尼 系数的选取要根据具体汽车的型号来选取。下图是减振器阻尼对车身振动衰减的曲线示图 图 3-3 减震器阻尼对振动的衰减作用 a振动完全没有衰减的曲线，车身按悬架的固有振动频率不断振动； b有衰减的情况，车身振动的振幅逐渐减小。 c减振器的衰减能力很强的情况，车身没有振动，车身的位移很快恢复到原位。 为了衰减车身由路面反馈来的自由振动和抑制车身、车轮、车架等的共振，以减小车身 的垂直振动所引起的加速度和车轮垂直方向振动的振幅(减小车轮对地面压力的变化，防止 车轮过于跳离地面)，悬架系统中应具有适当的阻尼。 当增大时，动挠度的幅频特性 d f/ , q在高、低两个共振区幅值均显著下降，在两 个共振区幅值之间变化很小。 随阻尼比增大，在低频共振区幅频特性 , , 2z / , q峰值下降，车身加速度均方根值， 提高平顺性。 下图示出了车身加速度、车轮相对动载荷和弹簧行程与阻尼比(相对阻尼系数)之间的关 系。 17 图 3-5 , , a Z 、 d F和(Za- b Z)与阻尼比的关系 图中曲线走向表示，只是弹簧行程(Za- b Z)曲线是随阻尼比单调变化，阻尼比愈大，所 要求的弹簧行程愈小，相反，对于车身加速度和车轮动载而言，可找到一个最佳阻尼比值。 然面对车身加速度和车轮动载的最佳阻尼比值也是不同的， 前者为 0.18， 后者为 0 4 以上， 故设计人员只能从中采取拆衷方案。 4.1.3 非簧载质量对汽车行驶平顺性的影响 由悬架支承的部件、总成等称为簧载质量(或悬挂质量)，不是由悬架支承的部分称为非 簧载质量(或非悬挂质量)。减小非悬挂质量，使悬挂质量与非悬挂质量的比值较大，可以减 小高频共振区车身振动加速度和减少车轮离开地面的机率。因此，在汽车设计中，为提高汽 车行驶平顺性，采用非簧载质量较小的独立是架更为有利。 4.1.4 改善平顺性的主要措施 (1) 增大悬架静挠度(降低固有频率)。使其频率接近人体所习惯的步行时的身体上、下 运动的频率。 (2) 尽量减少非簧载质量。由频率公式得到减少非簧载质量，进而增大了簧载质量，同 样有降低汽车固有频率的效果，从而也有使频