懸架設計開題報告

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1、一、本課題設計（研究）的目的： 本設計課題為CA1092A載貨汽車懸架系統(tǒng)設計 為了滿足車輛懸架設計中平順性與操縱穩(wěn)定性相互兼顧的需要，基于車輛多體動力學及優(yōu)化設計原理，在虛擬樣機下建立了重型汽車獨立懸架的三位數(shù)字化模型，并進行了優(yōu)化設計分析，提出了一種懸架系統(tǒng)參數(shù)及系統(tǒng)剛度匹配的懸架優(yōu)化設計方法。結(jié)果表明：采用該方法進行懸架的優(yōu)化設計，可有效地提高車輛懸架的動態(tài)特性；較好地控制懸架剛度隨車輪上跳的變化趨勢。載貨汽車的整體性能要求也隨之提高，特別是操縱性、舒適性、通過性、安全性等，故而對其懸架系統(tǒng)的性能也提出更高的要求，（1）保證汽車有良好的行駛平順性。（2）具有合適的衰減振動能力。（3）

2、保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。（4）汽車制動或加速時要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾；轉(zhuǎn)彎時車身側(cè)傾角要合適。（5）有良好的隔聲能力。（6）結(jié)構緊湊、占用空間尺寸要小。（7）可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，通過選用合適的制造材料和合理的結(jié)構設計，提高零部件強度和使用壽命，降低生產(chǎn)成本，從而使汽車具有良好的行駛平順性，進而改善汽車的行駛車速、燃油經(jīng)濟性和運營經(jīng)濟性，提高汽車的性價比。根據(jù)所給主要參數(shù)設計汽車懸架系統(tǒng)。通過帶有研究性質(zhì)的專題研究分析、設計報告，培養(yǎng)我們的開發(fā)和設計能力，提高綜合運用所學知識和技能去分析、解決實際問題的能力。 二、設計（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（文獻綜述）：

3、 汽車懸架現(xiàn)狀 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它把車架（或車身）與車軸（或車輪）彈性地連接起來，并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減震振動以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的稱車身位置等，都保證汽車行駛的平順性。盡管一百多年來汽車懸架從結(jié)構型式到作用原理一直不斷的演進，但從結(jié)構功能上、它都是有彈性元件、減振裝置和到導向機構三部分組成。 （一）汽車懸架一般可分為兩大類：非獨立懸架和獨立懸架。 1.非獨立懸架 結(jié)構特點：兩側(cè)車輪安裝在一根車軸的兩端，車軸通過彈性元件與車架或車身相連，當一側(cè)車輪因道路不平而跳動時，將影響另一側(cè)車輪的工作。 適用于：負荷大的客車和貨車 種類：(1)鋼板彈簧非獨立懸架 (2

4、)螺旋彈簧非獨立懸架[1]如圖1 圖1.非獨立懸架 優(yōu)點 ：結(jié)構簡單、制造容易、維修方便、工作可靠。. 缺點 ：汽車平順性較差、高速行駛時操穩(wěn)性差、轎車不利于發(fā)動機、行李艙的布置。 應用 ：貨車、大客車的前、后懸架以及某些轎車的后懸架。 2.非獨立懸架型式 1.鋼板彈簧式非獨立懸架 板簧式非獨立懸架主要由鋼板彈簧和減振器組成[6]。如圖2 ： 圖2 鋼板彈簧式非獨立懸架示意圖 2.螺旋彈簧式非獨立懸架 螺旋彈簧非獨立懸架由螺旋彈簧、減振器、縱向推力桿和橫向推力桿組成。常用于轎車的后懸架[6]。如圖3 ： 圖3 螺旋彈簧式非獨立懸架

5、 3.空氣彈簧式非獨立懸架 　 空氣彈簧非獨立懸架主要由囊式空氣彈簧、壓氣機、車身高度調(diào)節(jié)控制閥、控制桿 等組成。采用空氣彈簧懸架容易實現(xiàn)車身高度的自動調(diào)節(jié)[5] [7]。如圖4： 圖4 空氣彈簧非獨立懸架示意圖 4.空氣彈簧式非獨立懸架 　　油氣彈簧非獨立懸架主要由油氣彈簧（兼起減振器作用）、橫向推力桿、縱向推力桿等組成，推力桿起導向和傳力的作用[2] [7]。如圖5： 圖5 礦用自卸汽車油氣彈簧適宜圖 (三).獨立懸架型式 獨立懸架 結(jié)構特點：結(jié)構復雜，造價貴，乘坐舒適性和操作 穩(wěn)定性好，具有降低

6、汽車重心，減小汽車 造型受約束的效果 適用于：轎車 種類： （1）.雙叉式懸架 （2）.撐桿式懸架 a）全拖動臂式懸架 b）半拖動臂式懸架圖2 圖6.獨立懸架 優(yōu)點：簧下質(zhì)量小。懸架占用的空間小?？梢杂脛偠刃〉膹椈?、改善了汽車行駛平順性。由于有可能降低發(fā)動機的位置高度、使整車的質(zhì)心高度下 降、又改善了汽車的行駛穩(wěn)定性。左、右車輪各自獨立運動互不影響，可減少車身的傾斜和振動，同時在起伏的路面上能獲得良好的地面附著能。 缺點 ：結(jié)構復雜。成本較高。維修困難。 應用 ：轎車和部

7、分輕型貨車、客車及越野車。 1.橫臂式獨立懸架 　　其特點是當懸架變形時，車輪平面將產(chǎn)生傾斜而改變兩側(cè)車輪與路面接觸點間的距離——輪距，致使輪胎相對于地面?zhèn)认蚧?，破壞輪胎和地面的附著。此外，這種懸架用于轉(zhuǎn)向輪時，會使主銷內(nèi)傾角和車輪外傾角發(fā)生較大的變化，對于轉(zhuǎn)向操縱有一定影響，故目前在前懸架中很少采用[1] [2] [7]。如圖7： 圖7 戴姆勒-奔馳轎車單橫臂后獨立懸架示意圖 2.縱臂式獨立懸架[7]，如圖8： 圖8 圖8 縱臂扭轉(zhuǎn)梁式獨立懸架 3.斜臂式獨立懸架 單斜臂式獨立懸架的結(jié)構介于單橫臂和單縱臂之間，多用于后輪驅(qū)動汽車的后懸架上[7

8、]。如圖9： 圖9 福特Sierra轎車后懸架 (四). 多軸汽車平衡懸架 1.等臂式平衡懸架是三軸和四軸越野汽車上普遍采用的一種平衡懸架結(jié)構形式。鋼板彈簧的兩端自由地支承在中、后橋半軸套管上的滑板式支架內(nèi)。這樣，鋼板彈簧便相當于一根等臂平衡桿，它以懸架心軸為支點轉(zhuǎn)動，從而可保證汽車在不平道路上行駛時，各輪都能著地，且使中、后橋車輪的垂直載荷平均分配[6]。如圖10所示： 圖10 三軸汽車中后橋平衡懸架外觀 2.擺臂式平衡懸架主要用于62的貨車上[6]。如圖11： 圖11 擺臂式平衡懸架示意圖 （五）懸架的組成 組成：

9、彈性元件、導向裝置及減振器 一）東風EQ1092型汽車鋼板彈簧懸架 前懸架[6]如 圖12 圖12前懸架 后懸架[6]如 圖13 圖13 后懸架 二）減振器 作用：對懸架的上下運動施加適當?shù)淖枇?，使車身與車架的振動衰減，吸收一部分來自路面的沖擊，以改善汽車行駛時懸架系統(tǒng)中由于彈性元件受沖擊產(chǎn)生振動，為改善汽車行駛平順性，懸架中與彈性元件并聯(lián)安裝減振器，為衰減振動，汽車懸架系統(tǒng)中采用減振器多是液力減振器，其工作原理是當車架（或車身）和車橋間受振動出現(xiàn)相對運動時，減振器內(nèi)的活塞上下移動，減振器腔內(nèi)的油液便反復地從一

10、個腔經(jīng)過不同的孔隙流入另一個腔內(nèi)。此時孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內(nèi)摩擦對振動形成阻尼力，使汽車振動能量轉(zhuǎn)化為油液熱能，再由減振器吸收散發(fā)到大氣中。在油液通道截面和等因素不變時，阻尼力隨車架與車橋（或車輪）之間的相對運動速度增減，并與油液粘度有關。 減振器與彈性元件承擔著緩沖擊和減振的任務，阻尼力過大，將使懸架彈性變壞，甚至使減振器連接件損壞。因面要調(diào)節(jié)彈性元件和減振器這一矛盾。 (1) 在壓縮行程（車橋和車架相互靠近），減振器阻尼力較小，以便充分發(fā)揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊。這時，彈性元件起主要作用。 (2) 在懸架伸張行程中（車橋和車架相互遠離）

11、，減振器阻尼力應大，迅速減振。 (3) 當車橋（或車輪）與車橋間的相對速度過大時，要求減振器能自動加大液流量，使阻尼力始終保持在一定限度之內(nèi)，以避免承受過大的沖擊載荷。 在汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用的是筒式減振器，且在壓縮和伸張行程中均能起減振作用叫雙向作用式減振器，還有采用新式減振器，它包括充氣式減振器和阻力可調(diào)式減振器。 雙向作用筒式減振器工作原理說明。在壓縮行程時，指汽車車輪移近車身，減振器受壓縮，此時減振器內(nèi)活塞3向下移動。活塞下腔室的容積減少，油壓升高，油液流經(jīng)流通閥8流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞桿1占去了一部分空間，因而上腔增加的容積小于下腔減小

12、的容積，一部分油液于是就推開壓縮閥6，流回貯油缸5。這些閥對油的節(jié)約形成懸架受壓縮運動的阻尼力。減振器在伸張行程時，車輪相當于遠離車身，減振器受拉伸。這時減振器的活塞向上移動?；钊锨挥蛪荷撸魍ㄩy8關閉，上腔內(nèi)的油液推開伸張閥4流入下腔。由于活塞桿的存在，自上腔流來的油液不足以充滿下腔增加的容積，主使下腔產(chǎn)生一真空度，這時儲油缸中的油液推開補償閥7流進下腔進行補充。由于這些閥的節(jié)流作用對懸架在伸張運動時起到阻尼作用。 由于伸張閥彈簧的剛度和預緊力設計的大于壓縮閥，在同樣壓力作用下，伸張閥及相應的常通縫隙的通道載面積總和小于壓縮閥及相應常通縫隙通道截面積總和。這使得減振器的伸張行程

13、產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程的阻尼力，達到迅速減振的要求。 [2]如圖14 圖14 減振器 三）導向機構 在中型貨車中由于鋼板彈簧兼起彈性元件及導向機構的作用，所以不用單獨設計導向機構。 四）橫向穩(wěn)定桿 在汽車的前懸架中由于鋼板彈簧的剛度很大，變形小，抗側(cè)傾能力強，所以不必單獨設計橫向穩(wěn)定桿。 汽車懸架的發(fā)展趨勢 (一).主動懸架 主動懸架系統(tǒng)的剛度和阻尼特性能根據(jù)汽車的行駛條件進行動態(tài)自適應調(diào)節(jié)，是懸架系統(tǒng)始終處于最佳減振狀態(tài)。 1.電子控制主動懸架 電子控制的主動式液壓懸架能根據(jù)懸架的質(zhì)量和加速度等，利用

14、液壓部件主動地控制汽車的振動。主動式液壓懸架在轎車上的布置如圖所示，在汽車重心附近安裝有縱向、橫向加速度和橫擺陀螺儀傳感器，用來采集車身振動、車輪跳動、車身高度和傾斜狀態(tài)等信號，這些信號被輸入到控制單元ECU，ECU根據(jù)輸入信號和預先設定的程序發(fā)出控制指令，控制伺服電機并操縱前后四個執(zhí)行油缸工作[6]。如圖15： 如圖15 主動式液壓懸架控制圖 但是這種懸架不太適合載重汽車，成本太高，后期使用費用也很高，舒適性不是載重汽車的主要要求。 2.可變特性懸架，如圖16： 圖16 可變特性懸架示意圖 3.半主動懸架 　　半主動懸架與主動懸架的區(qū)別是

15、，半主動懸架用可控阻尼的減振器取代了執(zhí)行器。因此它不考慮改變懸架的剛度，而只考慮改變懸架的阻尼。半主動懸架無動力源，由可控的阻尼元件(減振器)和彈簧組成[6]。如圖17： 三、設計（研究）的重點與難點，擬采用的途徑（研究手段）： 設計的重點是確定汽車前后懸架結(jié)構形式及各部件的設計參數(shù)。 1.結(jié)構形式的選定； 2.根據(jù)已知汽車主要參數(shù)確定懸架主要參數(shù)（懸架靜撓度fc、懸架動撓度fd、懸架側(cè)傾角剛度及其在前后軸的分配）； 3.確定彈性元件（鋼板彈簧）主要參數(shù)①滿載弧高fa、②鋼板彈簧長度L、③鋼板斷面尺寸及片數(shù)（鋼板彈簧斷面寬度b、鋼板彈簧片厚h、鋼板斷面形狀、鋼板彈簧片數(shù)n）、④鋼板彈簧的剛度驗算、⑤鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算、⑥鋼板彈簧的強度驗算； 4. 根據(jù)已知汽車主要參數(shù)確定減振器的結(jié)構類型和主要參數(shù)。 設計的難點是： 1.使各組成部分的設計相協(xié)調(diào)以及使局部的設計符合整體性能的要求； 2.圖紙的繪制； 3. 減振器的結(jié)構類型和主要參數(shù)。 解決的主要途徑是： 深入了解汽車前懸架構造及工作原理；仔細研究設計原則；參考現(xiàn)有研究成果，并進行學習和分析，借鑒經(jīng)驗；認真學習機械制圖原則以及CAD軟件繪圖；發(fā)揮創(chuàng)造性思維并通過試驗最終確定方案