【《汽车悬架主要参数的确定计算案例》3200字】

目录 11.1悬架静挠度 11.2悬架的动挠度 31.3悬架弹性特性 31.4后悬架螺旋弹簧刚度及应力计算 31.4.1螺旋弹簧刚度及应力计算 41.4.2弹簧端部形状 4表3-1.螺旋弹簧不同端部结构时的总圈数及并紧高度 51.4.3螺旋弹簧的设计计算 51.1悬架静挠度汽车满载静止时悬架上的载荷与此时悬架刚度c之比叫作悬架静挠度，即。由汽车前后悬架及其悬架质量组成的振动系统的固有频率是影响汽车驾驶舒适性的主要参数之一。由于现代汽车的质量分配系数大约等于1，因此与汽车前后轴上方的两个点处的振动无关。因此，汽车的前部的、后部的车身的固有频率和(亦称偏频)可用下式表示（3－1）（3－2）式中，、为前、后悬架的刚度(N／cm)；、为前、后悬架的簧上质量(kg)。当采用弹性特性为线性变化的悬架时，前、后悬架的静挠度可用下式表示式中，g为重力加速度(g＝981cm／)。将、代人式(3—1)得到(3-3)（3－4）从上式的理解，可以知道，车身振动的偏转频率n直接受到悬架的静挠度的影响。因此，为确保汽车的良好驾驶舒适性，“悬架的静挠度”REF_Ref4811\r\h[5]必须正确。对于前、后悬架的静挠度值和的选取，应当接近，并希望后悬架的静挠度小于前悬架的静挠度，这样可以有效防止车身的较大的纵向角振动的发生。理论分析证明：如果汽车以较高的速度通过单个路障，/时的车身纵向角振动要比/时小，故推荐取＝（0.8～0.9）。考虑到卡车的前后轴上的载荷与驾驶员的驾驶舒适性因素，认为前悬架的静态挠度值应大于后悬架的静态挠度值，推荐＝（0.6～0.8）。为了提高微型车的后排乘客的驾驶舒适性，后悬架的低于前悬架的偏频。不同用途的汽车对驾驶舒适性有不同的要求。对平顺性的要求最高的是以运送人为主的轿车，其次是大客车，载货车。对普通级以下轿车满载：前悬架偏频=1.00到1.45Hz，后悬架=1.17到1.58Hz。原则上，轿车的等级越高，悬架的偏频越小。满载的高级轿车：前悬架偏频=0.80到1.15Hz，后悬架=0.98到1.30Hz。满载的货车：前悬架偏频=1.50到2.10Hz，而后悬架=1.70到2.17Hz。确定偏移频率后，再通过公式(3—2)计算出悬架的静挠度。1.2悬架的动挠度悬架的动挠度是指将悬架从全负载下的静态平衡位置压缩到结构所允许的最大变形（通常，缓冲块被压缩到其自由状态的1/2或2/3），车轮的中心相对于底盘（或相对于车身的垂直位移）。悬架必须具有足够的动挠度，以避免在恶劣的道路上行驶时经常与缓冲块发生碰撞。轿车：=7～9cm；大客车：=5～8cm；货车：=6～9cm,本设计的动挠度=7～9cm。1.3悬架弹性特性悬架的弹性特性是指悬架受到的垂直外力F和因此产生的的车轮中心相对于车身位移量(即悬架形变)的关系曲线。其切线的斜率是悬架的刚度。悬架的弹性特性包括线性弹性特性和非线性弹性特性。当悬架应变量与所接收的垂直外力F之间存在恒定的比例变化时，称为线性弹性特性（弹性特性为直线），悬架的刚度恒定。如果悬架变形与垂直外力F的比率不变，则悬架的刚度会不断变化。弹性曲线显示出低刚度和在满负荷位置附近曲线变化缓慢的特征，因此具有良好的乘坐舒适性。在距满负荷最远的两端，曲线变陡，刚度增加。这样，在有限的动态偏转范围内，与线性悬架相比，可以获得更大的动态能力。悬架的动态容量是指悬架从静态载荷位置到结构的最大允许应变所必须消耗的功。悬架的动态容量越高，缓冲块发生故障的可能性就越小。由于卡车和客车的悬架质量在空载和满载时会发生很大变化，因此，为了减少车辆的振动频率和高度变化，使用非悬架线性可变刚度可以减少车辆的变化高度，并降低振动频率。尽管汽车的悬挂质量在使用过程中变化不大，但为了减少车轴对车架的影响，减小制动时的侧倾角和前下垂角以及转弯加速时的后仰角，应使用了以改变自身刚度非线性悬架。钢板弹簧非独立悬架的弹性特性，可看作是线性的，而带有副簧的钢板弹簧、空气弹簧、油气弹簧等，都是刚度可变的非线性弹性特性悬架。1.4后悬架螺旋弹簧刚度及应力计算作为一种弹性元件，螺旋弹簧由于具有较高的比能容量并且结构简单，制造方便，因此被广泛应用在现代轻型以下的汽车悬架中，特别是在对于乘坐舒适性要求很高的在轿车中，它要求悬架导向机构在大摆动量下仍然可以保持车轮定位角，因此钢板弹簧很早就被螺旋弹簧悬架所取代。为了使结构更加紧凑，悬架中的螺旋弹簧中可以安装减振器，行程限位器或导向柱。可以通过采用可变节距和直径的弹簧钢丝缠绕制作，来实现可变刚度的特性。1.4.1螺旋弹簧刚度及应力计算螺旋弹簧在其轴向载荷P作用下变形F（3-5）式中：弹簧中径，160mmD：弹簧钢丝直径，14mmI：弹簧工作圈数,5；G：弹簧材料的剪切弹性量=。弹簧在压缩时工作方式与扭杆相似，都是靠材料的剪切变形吸收能量，弹簧钢丝表面的剪应力为（3-6）式中C：弹簧指数（旋绕比），；：曲率系数是考虑到簧圈曲率对强度的影响的系数，对于上述的直扭杆，表面上的剪切应力均匀地分布，而螺旋弹簧丝的表面上的剪切应力相对复杂。在静态载荷下，该部分的应力分布不均匀可以忽略不计，但是在承受动态载荷时，由于弹簧内部较高的应力水平和应力变化的幅度，仍然会发生内测螺旋弹簧故障。修正系数的引入，是出于设计时对内侧应力的增大的考虑。通常来说，弹簧钢的许用剪应力与许用拉应力成一定的比例，通常情况下，=0.63。1.4.2弹簧端部形状螺旋弹簧的端部可以碾细，并紧，直角切割或向内弯曲。a是两端碾细型。卷绕后，其端部的厚度约大约为钢丝直径的1/3，卷绕后，该端部的一端几乎紧贴所连接的另一弹簧。如有必要，应将两端都弄平。这种结构具有节省材料和减少垂直空间使用的特点，特别是因为它具有平坦的端部，可以在安装过程中旋转360度，因此弹簧圈数的设计可以随意选择，并且不必要取整数。不利的一面是，磨削需要特殊的程序和设备，这会增加制造成本。b是直角切割型，其一端紧密地形成在垂直于弹簧轴线的平面上。这种结构的特征在于简单的缠绕和低成本。其缺点是增加了垂直尺寸和材料消耗。在安装过程中需要一定的方向和相应的弹簧座。如果两端不齐平，则在修改设计时，应以整数增加或减少弹簧的匝数。c为末端向内弯曲并形成一个垂直于弹簧轴线的平面。长期以来，这种结构一直用于与弹簧座一起作定位。如果两端都向内弯曲，则需要专用设备。表3-1列出了不同端部结构时弹簧总圈数n与有效圈数i以及弹簧完全并紧时的高度公式中的系数1.01。为考虑螺旋角的补偿关系，t为端部碾细时的末端厚度。表3-1.螺旋弹簧不同端部结构时的总圈数及并紧高度总圈数n完全并紧时的高度两端碾细i+21.01d(n-1)+2t两端切断i+1.331.01d(n+1)两端内弯i+1.501.01d(n-1.25)一端碾细一端切断i+1.671.01dn+t一端碾细一端内弯i+1.751.01dn(n-1)+t一端切断一端内弯i+1.421.01dn1.4.3螺旋弹簧的设计计算螺旋弹簧的设计计算分以下几个步骤：根据总体布局要求和特定的悬架结构，找到设计载荷期间的弹簧刚度，弹簧的受力和弹簧高度，以及悬架处于压缩冲程极限位置时的弹簧高度。对弹簧中径进行初选，还有两端的结构和材料。C、请参考相关标准，以确定在试验台架上延伸和压缩极限位置相对于设计载荷位置的弹簧变形，并确定所需的寿命（循环次数）。D、对钢丝直径d初选，并由参考材料查出标准的许用拉应力。E、依照式（3-6）来解出i，用表3-1中的对应公式求的值。F、再用，，及的值就可以求出弹簧被完全压缩时的载荷的值。G、通过及的表达式求得，并且求得，，以及所对应的，，，（以及，>，但是悬架工作时弹簧对应的最大剪应力，与悬架的极限压缩状态相对应）。H、校核与=0.63的大小关系，若前者不小于后者，重择钢丝直径d；若余量很大，则根据寿命校核结果来确定是否重新选取更小一点的直径d。I、在台架实验条件下对寿命进行校核。在已给的实验条件下的循环次数依照下面的公式进行估算：（3-7）式中如果预期寿命<预期台架寿命，重选d；如若仍有较大余量，然后再详细考虑，是否有必要选择较小的d达到节省材料和降低质量的效果。J、在获得合适的d之后