载重车悬架设计开题报告.doc

杭州电子科技大学毕业设计（论文）开题报告题 目载重车悬架系统设计学 院信息工程学院专 业机械设计制造及其自动化姓 名唐云飞班 级11090111学 号11901122指导教师赵骆伟一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1.1课题的设计意义：随着汽车在生活中的越来越广泛的应用，它已经不再只是人们代步的工具，它在社会发展中也起着非常重要的作用。它为人们的生产效率带来了提高。特别是在公路运输中。作为载人的工具之一，舒适性是不可忽略的一个条件。悬架也就应允而生。现在的小轿车的悬架系统已经发展到非常成熟了，并可以使长途的驾驶者带来更多的舒适性，减轻了驾驶者和乘客的疲劳程度。但是，载货货车却远远达不到这样的效果。同时货车却常常在长途的路途上行走，为驾驶者带大的疲劳程度，也不利于在行车安全。因此货车的悬架系统尽可能地设计到更好的舒适性，减轻架驶者的行车过程中的疲劳程度。悬架是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。并且随着研究的进一步深入，发现悬架的性能还影响着整车的很多性能，包括行驶平顺性，行驶车速，燃油经济性和运营经济性等。特别是在工业中应用较多的运输车辆的悬架系统的设计，对于用车单位十分重要。悬架系统的制造成本要低，要便于维护、保养，并且工作可靠，使用寿命长1。1.2悬架国内外研究动态:半主动悬架的研究工作开始于1973 年，由 D.A.Crosby和 D.C.Karnopp首先提出。半主动悬架以改变悬架的阻尼为主，一般较少考虑改变悬架的刚度。工作原理是：根据簧上质量相对车轮的速度响应、加速度响应等反馈信号， 按照一定的控制规律调节弹簧的阻尼力或者刚度。半主动悬架产生力的方式与被动悬架相似，但其阻尼或刚度系数可根据运行状态调整，这和主动悬架极为相似。有级式半主动悬架是将阻尼分成几级，阻尼级由驾驶员根据 “路感”选择或由传感器信号自动选择； 无级式半主动悬架根据汽车行驶的路面条件和行驶状态，对悬架的阻尼在几毫秒内由最小到最大进行无级调节。由于半主动悬架结构较简单，工作时不需要消耗车辆的动力，而且可取得与主动悬架相近的性能，具有广阔的发展空间2。随着道路交通的不断发展，汽车车速有了很大的提高，被动悬架的缺陷逐渐成为提高汽车性能的瓶颈，为此人们开发了能兼顾舒适和操纵稳定的主动悬架。主动悬架的概念是1954年美国通用汽车公司在悬架设计中率先提出的。它在被动悬架的基础上，增加可调节刚度和阻尼的控制装置，使汽车的悬架在任何路面上保持最佳的运行状态。控制装置通常由测量系统、反馈控制系统、能源系统等组成。20世纪80年代，世界各大著名的汽车公司和生产厂家竞相研制开发这种悬架。奔驰、沃尔沃、洛特斯、丰田等在汽车上进行了较为成功的试验。装备主动悬架的汽车，在不良路面高速行驶时，车身非常平稳，轮胎的噪音小，转向和制动时车身保持水平。其特点是乘坐非常舒服，但不同程度存在着结构复杂、能耗高、成本昂贵、可靠性问题3。由于种种原因，我国的汽车绝大部分采用被动悬架。在半主动和主动悬架的研究方面起步晚，与国外的差距大。在西方发达国家，半主动悬架在20世纪80年代后期趋于成熟，福特公司和日产公司首先在轿车上应用，取得了较好的效果。主动悬架虽然提出早，但由于控制复杂，并且牵涉到许多学科，一直很难有大的突破。进入20世纪90年代，仍仅应用于排气量大的豪华汽车。未见国内汽车产品采用此技术的报道，只有北京理工大学和同济大学等少数几个研究机构对主动悬架展开研究4。1.3悬架的发展趋势：由于汽车行驶的平顺性和操纵稳定性的要求，具有安全、智能和清洁的绿色智能悬架将是今后汽车悬架发展的趋势。(1)被动悬架是传统的机械结构，刚度和阻尼都是不可调的，依照随机振动理论， 它只能保证在特定的路况下达到较好效果。但它的理论成熟、结构简单、 性能可靠、 成本相对低廉且不需额外能量， 因而应用最为广泛。在我国现阶段， 仍然有较高的研究价值。被动悬架性能的研究主要集中在三个方面：通过对汽车进行受力分析后，建立数学模型，然后再用计算机仿真技术或有限元法寻找悬架的最优参数；研究可变刚度弹簧和可变阻尼的减振器，使悬架在绝大部分路况上保持良好的运行状态；研究导向机构，使汽车悬架在满足平顺性的前提下，稳定性有较大的提高。(2)半主动悬架的研究集中在两个方面：执行策略的研究；执行器的研究。阻尼可调减振器主要有两种，一种是通过改变节流孔的大小调节阻尼；一种是通过改变减振液的粘性调节阻尼。节流孔的大小一般通过电磁阀或步进电机进行有级或无级的调节，这种方法成本较高，结构复杂。通过改变减振液的粘性来改变阻尼系数，具有结构简单、成本低、无噪音和冲击等特点，因此是目前发展的主要方向。(3)主动悬架研究也集中在两个方面：可靠性；执行器。由于主动悬架采用了大量的传感器、单片机、输出输入电路和各种接口，由于元器件较多，降低了悬架的可靠性，所以，加大元件的集成程度，是一个不可逾越的阶段。执行器的研究主要是用电动器件代替液压器件。电气动力系统中的直线伺服电机和永磁直流直线伺服电机具有较多的优点，今后将会取代液压执行机构。运用电磁蓄能原理，结合参数估计自校正控制器，可望设计出高性能低功耗的电磁蓄能式自适应主动悬架，使主动悬架由理论研究转化为实际应用5。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：2.1基本研究内容悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架（或车身）与车轴（或车轮）弹性地连接起来，并能传递载荷、缓和冲击、衰减震振动以及调节汽车行驶中的称车身位置等，都保证汽车行驶的平顺性。本课题是载重车的悬架系统设计，大多数的载重车悬架类型都是钢板弹簧式非独立悬架如图1，从结构功能上、钢板弹簧式非独立悬架都是有弹性元件、减振装置和到导向机构三部分组成。所以本课题的主要研究内容如下6图1钢板弹簧式非独立悬架示意图1钢板弹簧参数确定和钢板弹簧的结构设计2减振器的结构设计,减振器参数确定和减振器的安装3导向机构（性能曲线）2.2主要研究问题1.本课题设计的载重车悬架系统在一方面要满足保持载重车的稳定性同时要起到传递载荷.缓和冲击,衰减振动一级调节汽车行驶中的车身位置2在满足悬架功能的同时也要保证悬架结构的稳定性,所以要对钢板弹簧和减震器的载重校核,疲劳校核等3考虑到载重车的制造成本所以对载重车的悬架系统制造成本也要限制三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：3.1设计的重点是确定汽车前后悬架结构形式及各部件的设计参数1.结构形式的选定；2.根据已知汽车主要参数确定悬架主要参数（悬架静挠度fc、悬架动挠度fd、悬架侧倾角刚度及其在前后轴的分配）；3.确定弹性元件（钢板弹簧）主要参数满载弧高fa、钢板弹簧长度L、钢板断面尺寸及片数（钢板弹簧断面宽度b、钢板弹簧片厚h、钢板断面形状、钢板弹簧片数n）、钢板弹簧的刚度验算、钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算、钢板弹簧的强度验算；4. 根据已知汽车主要参数确定减振器的结构类型和主要参数。设计的难点是：1.使各组成部分的设计相协调以及使局部的设计符合整体性能的要求；2.图纸的绘制；3. 减振器的结构类型和主要参数。解决的主要途径是：深入了解汽车前悬架构造及工作原理；仔细研究设计原则；参考现有研究成果，并进行学习和分析，借鉴经验；认真学习机械制图原则以及CAD软件绘图；发挥创造性思维并通过试验最终确定方案3.2钢板弹簧的设计步骤钢板弹簧参数的确定1前后悬架的静绕度动绕度的选择2.钢板弹簧满载弧高的选择3.钢板弹簧长度的选择4.悬架主副钢板弹簧的刚度分配钢板弹簧的设计及其校核钢板弹簧总成在自由状态下的弧高和曲率半径计算图2钢板弹簧的设计流程图四、设计（研究）进度计划：序号时间内容12014/9/12014/9/25毕业实习收集设计材料22014/9/252014/10/20编写设计开题报告32014/10/22014/11/26计算各设计参数42014/11/272014/12/6绘制前悬架系统的总体布置图（零号图纸）52014/12/72014/12/30绘制钢板弹簧元件装配图及零部件图62015/1/12015/1/10编写设计说明书72015/1/10毕业答辩五、参考文献1车辆悬架设计及其理论/周长城著.北京：北京大学出版社，2011.8：167-1832汽车悬架：第二版/（德）赖姆帕尔著；李旭东译.北京：机械工业出版社，2013.43王望予.汽车设计M北京：机械工业出版社，2003：133-1654陈家瑞. 汽车构造上下册M. 机械工业出版社，2002:下册41-67.5张炳力.汽车设计.合肥工业大学出版社，2010.6：187-2236周长城，赵雷雷，车辆悬架弹性力学解析计算理论.北京：机械工业出版社，2012.2：前言7机械原理/郑文纬.吴克坚编；第七版， 北京：高等教育出版社.2012.128理论力学.I/哈尔滨工业大学理论力学教研室编.第七版北京：高等教育出版社，2009.79汽车构造.下册/臧杰，阎岩主编.第二版.北京：机械工业出版社，2010.810汽车悬架构件的设计计算/彭莫，刁增祥著.北京：机械工业出版社，2012.911DEL J M. Castillo and others，Optimization for Vehicle Suspension: Frequency Domain Vehic