悬架设计总结.doc

悬架是现代汽车上重要总成之一，它把悬架与车轴弹性地连接起来。其主要任务是传递作用在车轮与车架之间的一切力与力矩，并且缓和路面传给车架的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性，保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。为满足上述功能，悬架系统设计需满足下述要求：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） 保证汽车具有良好的操纵稳定性。4） 汽车制动或加速时要保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合适。5） 结构紧凑、占用空间尺寸小。6） 可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，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。上述六点对悬架系统设计要求，都需先对悬架系统运动进行分析，了解在各种载荷状态及不同工况下悬架系统运动状态。问题解决过程： 我公司生产HFJ6350、HFJ6351B、HFJ6370、HFJ6380车前悬架为麦弗逊式独立悬架，后悬架为纵置板簧式非独立悬架。这是一种典型的组合之一。 麦弗逊式悬架的特点是减振器兼作转向主销，可在工作站上建立运动模型，运用运动模块，通过两端凑的方法，求出各种载荷状态下悬架姿态。钢板弹簧在整车上的布置情况，不仅影响整车的平顺性，而且也影响其操纵稳定性。以下用三种方法对比分析了钢板弹簧系统关键点轨迹和关键角的变化。一、 计算方法(附程序)如图1所示，假定主片长度L在钢板弹簧运动中不变，即长度L以外部分不参与变形；长度L段的变形是纯圆弧型的，不考虑钢板弹簧悬架系统中橡胶件变形的影响。而弧高Ha和角间的关系（参见图2）为：Ha=Rcos（/2-）-cos（/2）式中 R=/ = /所以 Ha=/cos（1/2- /）-cos（/2）由于、为已知，所以每给定一个Ha值，都有一个值与之对应，解此方程可用牛顿迭代法。上式需改写成：=2arcoscos（1/2-/ ）-Ha/PS图1图2钢板弹簧运动轨迹和主要角度计算如图3所示，主片厚为h，固定卷耳内径为R1，活动卷耳内径为R2，=R1+h/2， =R2+h/2，B点坐标XB、ZB及吊耳长已知，已知。1、钢板弹簧压平前的计算如图3所示：=-=R-（R1+h/2）= - = R-（R2+h/2）在ABC中式中XC、ZC分别为C点在X、Z轴的坐标吊耳后倾角为：式中XP、ZP分别为P点在X、Z轴的坐标式中 XS、ZS分别为S点在X、Z轴的坐标 当已知时，=/.已知,因而主片上点Q和车轮轮心E的坐标计算如下:MOP=OAG=OAC+GACXQ=XO-Rcos(MOP+)zQ=zO-Rsin(MOP+)式中 XQ、ZQ分别为Q点在X、Z轴的坐标XE、ZE分别为E点在X、Z轴的坐标XO、ZO分别为O点在X、Z轴的坐标2、钢板弹簧反弓后的计算如图4所示：关于、OAC、OCA、GAB、CAB、GAC、CBH以及XC、ZC的计算公式和钢板弹簧压平前的相同，在次不再赘述。MOP=OAG=OAC-GAC图4XQ=XO-Rcos(MOP+)zQ=zO-Rsin(MOP+)式中 3、后桥主动锥齿轮与传动轴铰点W及Q、E、W点运动轨迹。计算W点轨迹时，应知道其到轮心E的距离和WEQ（参见图4）。由于点E和点Q坐标已知，因而叫已知，所以有：以下是程序（数据为中意车数据）钢板弹簧压平前的计算10 X1 = 111 B = 50012 C = 99515 A = .000000145#16 EQ = 5217 TQ = 11721 H = 1023 R1 = 22.524 R2 = 1525 K = 726 BC = 7027 XB = 95128 ZB = 13729 WEQ = .65230 EW = 103.835 X2 = 4 * ATN(SQR(1 - COS(.5 - B / C) * X1) + H * X1 / C) / (1 + COS(.5 - B / C) * X1) - H * X1 / C)40 IF ABS(X2 - X1) A THEN 6045 R = C / X250 PRINT X2=; X2; R=; R51 Z = B * X1 / C55 GOTO 8060 X1 = X270 GOTO 3580 OA = C / X2 - (R1 + K / 2)90 OC = C / X2 - (R2 + K / 2)100 AC = SQR(OA 2 + OC 2 - 2 * OA * OC * COS(X2)105 AB = SQR(XB 2 + ZB 2)110 M = 2 * ATN(1 - SQR(1 - (OC / AC * SIN(X2) 2) / (OC / AC * SIN(X2)111 N = 2 * ATN(SQR(2 * AB * AC - AB 2 - AC 2 + BC 2) / (2 * AB * AC + AB 2 + AC 2 - BC 2)120 PRINT OA=; OA; OC=; OC; AC=; AC; M=; M * 180 / 3.1415926#; N=; N * 180 / 3.14; AB=; AB130 P = ATN(ZB / XB)140 Q = P - N150 XC = AC * COS(Q)160 ZC = AC * SIN(Q)170 S = ATN(XC - XB) / (ZB - ZC)180 PRINT CBH=; S * 180 / 3.14190 OAG = M + Q200 XO = OA * COS(OAG)210 ZO = OA * SIN(OAG)220 XQ = XO - R * COS(OAG + Z)230 ZQ = ZO - R * SIN(OAG + Z)240 XE = XO - (R - EQ) * COS(OAG + Z)250 ZE = ZO - (R - EQ) * SIN(OAG + Z)251 E = ATN(XQ - XE) / (ZE - ZQ)252 XW = XE - EW * SIN(WEQ - E)253 ZW = ZE - EW * COS(WEQ - E)254 XT = XO - (R - TQ) * COS(OAG + Z)255 ZT = ZO - (R - TQ) * SIN(OAG + Z)270 PRINT XQ=; 2203.5 + XQ; ZQ=; -21.73 + ZQ; XE=; 2203.5 + XE; ZE=; -21.73 + ZE; XO=; 2203.5 + XO; ZO=; -21.73 + ZO; XW=; 2203.5 + XW; ZW=; -21.73 + ZW; XT=; 2203.5 + XT; ZT=; -21.73 + ZT400 END钢板弹簧反弓后的计算程序：10 X1 = 111 B = 50012 C = 99515 A = .000000145#16 EQ = 5217 TQ = 11721 H = 6023 R1 = 22.524 R2 = 1525 K = 726 BC = 8327 XB = 95128 ZB = 13729 WEQ = .65230 EW = 103.835 X2 = 4 * ATN(SQR(1 - COS(.5 - B / C) * X1) + H * X1 / C) / (1 + COS(.5 - B / C) * X1) - H * X1 / C)40 IF ABS(X2 - X1) A THEN 6045 R = C / X250 PRINT X2=; X2; R=; R51 Z = B * X1 / C55 GOTO 8060 X1 = X270 GOTO 3580 OA = C / X2 + (R1 + K / 2)90 OC = C / X2 + (R2 + K / 2)100 AC = SQR(OA 2 + OC 2 - 2 * OA * OC * COS(X2)105 AB = SQR(XB 2 + ZB 2)110 M = 2 * ATN(1 - SQR(1 - (OC / AC * SIN(X2) 2) / (OC / AC * SIN(X2)111 N = 2 * ATN(SQR(2 * AB * AC - AB 2 - AC 2 + BC 2) / (2 * AB * AC + AB 2 + AC 2 - BC 2)120 PRINT OA=; OA; OC=; OC; AC=; AC; M=; M * 180 / 3.1415926#; N=; N * 180 / 3.14; AB=; AB130 P = ATN(ZB / XB)140 Q = P - N150 XC = AC * COS(Q)160 ZC = AC * SIN(Q)170 S = ATN(XC - XB) / (ZB - ZC)180 PRINT CBH=; S * 180 / 3.14190 OAG = M - Q200 XO = OA * COS(OAG)210 ZO = -1 * OA * SIN(OAG)220 XQ = XO - R * COS(OAG + Z)230 ZQ = ZO + R * SIN(OAG + Z)240 XE = XO - (R + EQ) * COS(OAG + Z)250 ZE = ZO + (R + EQ) * SIN(OAG + Z)251 P = ATN(XQ - XE) / (ZE - ZQ)252 XW = XE - EW * SIN(WEQ - P)253 ZW = ZE - EW * COS(WEQ - P)260 XT = XO - (R + TQ) * COS(OAG + Z)265 ZT = ZO + (R + TQ) * SIN(OAG + Z)270 PRINT XQ=; 2202.4 + XQ; ZQ=; -90 + ZQ; XE=; 2202.4 + XE; ZE=; -90 + ZE; XO=; 2202.4 + XO; ZO=; -90 + ZO; XT=; 2202.4 + XT; ZT=; -90 + ZT; XW=; 2202.5 + XW; ZW=; -90 + ZW400 END二、 作图法（以传动轴后万向节中心为例） 首先在侧视图上以一定比例画出汽车满载时车架、钢板弹簧、后桥壳和传动轴的位置。（见图5）满载位置可由上文中程序确定。对于对称的或不对称程度小于10%的钢板弹簧而言，弹簧主片中部与桥壳夹紧的一段与后桥壳一起在车轮上下跳动时作平移运动；弹簧主片中心点A的轨迹为一圆弧，其圆心O1的位置在纵向与卷耳中心C相距le/4（le为卷耳中心到前U型螺栓中心的距离）。在高度上与卷耳中心相距e/2（e为卷耳内径），由于后桥随着弹簧中部作平移运动，故后万向节中心B与主片中心A的连线也是作平移运动。因此平行四边形线可看作平行四边形的一条边，而把 线看作平行四边形的另一条边。这样，从O1点作直线平行线，从B点作直线平行。这两条直线相交于O2点，这样就形成一个平行四边形，其顶点O2即是B点的回转中心。以O2为圆心，O2B为半径画圆弧，此圆弧即为B点的运动轨迹。过B点作垂直车架的直线，在此线上分别取BF等于弹簧动挠度fd，等于弹簧静挠度fc以及等于反跳挠度0.1fc（相当于车轮遇坑下落到弹簧超过自由状态的情况。过F、F和F点作平行于车架的线段与B点的运动轨迹交于E、E、E三点。这三点分别相应于悬架处在被压紧、自由、和反跳三种工况下万向节中心的位置。连接DE、DEDE即得相应工况下传动轴的位置（D为传动轴前万向节中心。其中DE为传动轴上跳极限位置，而DE和DE为传动轴的下极限位置（视道路条件而定）。EDE和EDE为传动轴的最大摆角，此角度不超过40为宜（每边20）传动轴的最大长度等于DO2和O2B，其最短长度为DE和DE中较短的一个。汽车空载时的传动轴位置和夹角可用类似方法求得。图5三、 作图法（不需计算满载位置） 只要将钢板弹簧当作一根等应力梁，也就是说，在端部负荷作用下，沿片长各点的曲率变化值都相同。这样如果初始状态是平直的或任何整圆弧，则在垂直负荷作用下的任何变形位置，钢板弹簧也都是整圆弧的。从这个假设出发，演算中经略去高阶项，就可以求得钢板弹簧的运动轨迹。 图6 这里，我们只介绍最常见的对称半椭圆钢板弹簧，参加图9。当钢板弹簧主片处于平直位置，也就是主片与弹簧基线平行，如不考虑吊耳端的微小垂直移动，即当它只有平行于基线的移动时，这时主片中点（中心螺栓中心线与主片中性层的交点）相对于车架的运动轨迹是：沿着一个半径为R=3/8Le的圆弧运动，而这圆弧的圆心位置为 e=3/2r式中： R 轨迹圆弧的半径 Le=（L-KS）钢板弹簧的有效长度 e 轨迹圆弧的圆心至主片中心层的距离，偏向卷耳中心一侧 r 卷耳中心至主片中性层的距离这样，当弹簧处于平直状态时，轨迹圆弧半径与基线的夹角为 1=arcsin（e/r）当主片处于任何弧高Hp状态下，主片中心都位于这个轨迹圆弧上。这时轨