汽車設計懸架設計

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1、 懸 架 設 計 第 六 章 懸 架 設 計 6-1 概 述 6-2 懸 架 結 構 形 式 分 析 6-3 懸 架 主 要 參 數 的 確 定 6-4 彈 性 元 件 的 計 算 6-5 主 動 與 半 主 動 懸 架 系 統(tǒng) 6-1 概 述 一 主 要 作 用 傳 遞 車 輪 和 車 架 （ 或 車 身 ） 之 間 的 一 切 力 和 力 矩 ; 緩 和 、 抑 制 路 面 對 車 身 的 沖 擊 和 振 動 ； 保 證 車 輪 在 路 面 不 平 和 載 荷 變 化 時 有 理 想 的 運 動 特 性 。 保 證 汽 車 的 操 縱 穩(wěn) 定 性 。 二 對 懸 架 提 出 的 設 計 要

2、 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） 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 彎 時 車 身 側 傾 角 要 合 適 。5） 有 良 好 的 隔 聲 能 力 。6） 結 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 ， 在 滿 足 零 部 件 質 量 要 小 的 同 時 ， 還 要 保 證 有 足 夠 的

3、強 度 和 壽 命 。 6-2 懸 架 結 構 形 式 分 析 一 、 非 獨 立 懸 架 和 獨 立 懸 架 懸 架 非 獨 立 懸 架獨 立 懸 架 兩 類 左 、 右 車 輪 用 一 根 整 體 軸 連 接 ， 再 經 過懸 架 與 車 架 （ 或 車 身 ） 連 接 左 、 右 車 輪 通 過 各 自 的 懸 架 與 車 架 （ 或車 身 ） 連 接 非 獨 立 懸 架 獨 立 懸 架 1 非 獨 立 懸 架 優(yōu) 點 縱 置 鋼 板 彈 簧 為 彈 性 元 件 兼 作 導 向 裝 置 結 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

4、 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 獨 立 懸 架 優(yōu) 點 簧 下 質 量 小 ；懸 架 占 用 的 空 間 小 ；可 以 用 剛 度 小 的 彈 簧 ， 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 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

5、 和 振 動 ， 同 時 在 起 伏 的 路 面 上 能 獲 得 良 好 的 地 面 附 著 能 力 。 缺 點 結 構 復 雜成 本 較 高維 修 困 難應 用 ： 轎 車 和 部 分 輕 型 貨 車 、 客 車 及 越 野 車 二 、 獨 立 懸 架 結 構 形 式 分 析 分 類 雙 橫 臂 式單 橫 臂 式 、雙 縱 臂 式單 縱 臂 式單 斜 臂 式麥 弗 遜 式 和 扭 轉 梁 隨 動 臂 式 1 評 價 指 標 ： 1） 側 傾 中 心 高 度 側 傾 中 心 位 置 高 ， 它 到 車 身 質 心 的 距 離 縮 短 ， 可 使 側 傾 力 臂及 側 傾 力 矩 小 些 ， 車

6、 身 的 側 傾 角 也 會 減 小 。 但 側 傾 中 心 過 高 ，會 使 車 身 傾 斜 時 輪 距 變 化 大 ， 加 速 輪 胎 的 磨 損 。2） 車 輪 定 位 參 數 的 變 化 若 主 銷 后 傾 角 變 化 大 ， 容 易 使 轉 向 輪 產 生 擺 振 ； 若 車 輪 外 傾 角 變 化 大 ， 會 影 響 汽 車 直 線 行 駛 穩(wěn) 定 性 ， 同 時 也 會 影 響 輪 距 的變 化 和 輪 胎 的 磨 損 速 度 。 5） 懸 架 占 用 的 空 間 尺 寸 占 用 橫 向 尺 寸 大 的 懸 架 影 響 發(fā) 動 機 的 布 置 和 從 車 上 拆 裝 發(fā) 動機 的

7、 困 難 程 度 ； 占 用 高 度 空 間 小 的 懸 架 ， 則 允 許 行 李 箱 寬 敞 ， 而 且 底 部 平 整 ，布 置 油 箱 容 易 。 3） 懸 架 側 傾 角 剛 度 車 廂 側 傾 角 與 側 傾 力 矩 和 懸 架 總 的 側 傾 角 剛 度 大 小 有 關 ， 并 影 響汽 車 的 操 縱 穩(wěn) 定 性 和 平 順 性 。4） 橫 向 剛 度懸 架 的 橫 向 剛 度 影 響 操 縱 穩(wěn) 定 性 。 若 用 于 轉 向 軸 上 的 懸 架 橫 向 剛度 小 ， 則 容 易 造 成 轉 向 輪 發(fā) 生 擺 振 現(xiàn) 象 。 懸 架 雙 橫 臂 式 單 橫 臂 式 單 縱

8、臂 式 單 斜 臂 式 麥 弗 遜 式 扭 轉 梁 隨 動 臂 式側 傾 中 心 高 比 較 低 比 較 高 比 較 低 居 單 橫 臂 和單 縱 臂 之 間 比 較 高 比 較 低車 輪 定 位參 數 的 變 化 車 輪 外 傾 角與 主 銷 內 傾角 均 有 變 化 車 輪 外 傾 角與 主 銷 內 傾角 變 化 大 主 銷 后 傾 角變 化 大 有 變 化 變 化 小 左 、 右 輪 同 時 跳動 時 不 變輪 距 變 化 小 ， 輪胎 磨 損 速 度慢 變 化 大 ， 輪胎 磨 損 速 度快 不 變 變 化 不 大 變 化 很 小 不 變懸 架 側 傾 角剛 度 較 小 ， 需 用橫

9、向 穩(wěn) 定 器 較 大 ， 可 不裝 橫 向 穩(wěn) 定器 較 小 ， 需 用橫 向 穩(wěn) 定 器 居 單 橫 臂 式和 單 縱 臂 式之 間 較 大 ， 可 不 裝 橫 向 穩(wěn) 定 器 橫 向 剛 度 橫 向 剛 度 大 橫 向 剛 度 小 橫 向 剛 度 較 小 橫 向 剛 度 大占 用 空 間 尺 寸 占 用 較 多 占 用 較 少 幾 乎 不 占 用 高 度 空 間 占 用 的 空 間 小其 它 結 構 復 雜前 懸 架 用得 較 多 結 構 簡 單 、 成本 低 ， 前 懸 架上 用 得 少 結 構 簡 單 、 成 本 低 結 構 簡 單 、緊 湊 ， 轎 車上 用 得 較 多 結 構 簡

10、 單 ， 用 于發(fā) 動 機 前 置 前 輪驅 動 轎 車 后 懸 架 三 、 前 、 后 懸 架 方 案 的 選 擇采 用 的 方 案 前 輪 和 后 輪 均 采 用 非 獨 立 懸 架 ；前 輪 采 用 獨 立 懸 架 ， 后 輪 采 用 非 獨 立 懸 架 ；前 輪 與 后 輪 均 采 用 獨 立 懸 架 。 1 前 輪 和 后 輪 均 采 用 非 獨 立 懸 架 前 、 后 懸 架 均 采 用 縱 置 鋼 板 彈簧 非 獨 立 懸 架 的 汽 車 轉 向 行 駛時 ， 內 側 懸 架 處 于 減 載 而 外 側懸 架 處 于 加 載 狀 態(tài) ， 于 是 內 側懸 架 受 拉 抻 ， 外

11、側 懸 架 受 壓 縮 ，結 果 與 懸 架 固 定 連 接 的 車 軸（ 橋 ） 的 軸 線 相 對 汽 車 縱 向 中心 線 偏 轉 一 角 度 。 如 圖 a 對 前 軸 ， 這 種 偏 轉 使 汽 車 不 足 轉 向 趨 勢 增 加對 后 橋 ， 則 增 加 了 汽 車 過 多 轉 向 趨 勢 轎 車 將 后 懸 架 縱 置 鋼 板 彈 簧 的 前 部 吊耳 位 置 布 置 得 比 后 邊 吊 耳 低 ， 于 是 懸架 的 瞬 時 運 動 中 心 位 置 降 低 ， 與 懸 架連 接 的 車 橋 位 置 處 的 運 動 軌 跡 b所 示 ，即 處 于 外 側 懸 架 與 車 橋 連 接

12、 處 的 運 動軌 跡 是 oa段 ， 結 果 后 橋 軸 線 的 偏 離 不再 使 汽 車 具 有 過 多 轉 向 的 趨 勢 。 1.橫 向 穩(wěn) 定 器 通 過 減 小 懸 架 垂 直 剛 度 ， 能 降 低 車 身 振 動 固 有 頻率 n ， 達 到 改 善 汽 車 平 順 性 的 目 的 。 2/ smcn四 、 輔 助 元 件 2.緩 沖 塊 橡 膠 制 造 ， 通 過 硫 化 將 橡 膠與 鋼 板 連 接 為 一 體 ， 再 經 焊在 鋼 板 上 的 螺 釘 將 緩 沖 塊 固 定 到 車 架 （ 車 身 ） 或 其 它 部位 上 ， 起 到 限 制 懸 架 最 大 行程 的 作

13、 用 多 孔 聚 氨 指 制 成 ， 它 兼 有 輔 助 彈 性 元 件 的 作用 。 這 種 材 料 起 泡 時 就 形 成 了 致 密 的 耐 磨 外 層 ，它 保 護 內 部 的 發(fā) 泡 部 分 不 受 損 傷 。 由 于 在 該 材料 中 有 封 閉 的 氣 泡 ， 在 載 荷 作 用 下 彈 性 元 件 被壓 縮 ， 但 其 外 廓 尺 寸 增 加 卻 不 大 ， 這 點 與 橡 膠不 同 。 有 些 汽 車 的 緩 沖 塊 裝 在 減 振 器 上 。 6-3 懸 架 主 要 參 數 的 確 定 一 、 前 后 懸 架 的 靜 撓 度 、 動 撓 度 的 選 擇汽 車 滿 載 靜 止

14、 時 懸 架 上 的 載 荷 Fw與 此 時懸 架 剛 度 c之 比 ， 即 fc=Fw/c。 1、 概 念1)靜 撓 度 指 從 滿 載 靜 平 衡 位 置 開 始 懸 架 壓 縮 到 結構 允 許 的 最 大 變 形 （ 通 常 指 緩 沖 塊 壓 縮到 其 自 由 高 度 的 1/2或 2/3） 時 ， 車 輪中 心 相 對 車 回 （ 或 車 身 ） 的 垂 直 位 移 2)動 撓 度 1、 使 懸 架 系 統(tǒng) 由 較 低 的 固 有 頻 率汽 車 前 、 后 懸 架 與 其 簧 上 質 量 組 成 的 振 動 系 統(tǒng) 的 固 有 頻 率 ， 是影 響 汽 車 行 駛 平 順 性 的

15、主 要 參 數 之 一 因 現(xiàn) 代 汽 車 的 質 量 分 配 系 數 近 似 等 于 1， 于 是 汽 車 前 、 后 軸 上方 車 身 兩 點 的 振 動 不 存 在 聯(lián) 系 式 中 ， c 1、 c2為 前 、 后 懸 架 的 剛 度 （ N/cm） ； m1、 m2為 前 、 后 懸 架 的 簧 上 質 量 （ kg） 。 2/2/ 222111 mcnmcn 汽 車 前 、 后 部 分 的 車 身 的 固 有 頻 率 n1和 n2（ 亦 稱 偏 頻 ） 可 用 下 式 表 示 2、 選 擇 要 求 及 方 法 當 采 用 彈 性 特 性 為 線 性 變 化 的 懸 架 時 ， 前 、

16、 后 懸 架 的 靜 撓 度可 用 下 式 表 示 fc1=m1g/c1 fc2=m2g/c2 式 中 ， g為 重 力 加 速 度 （ g=981cm/s2） 。將 fc1、 fc2代 入 上 式 得 到 2211 /5/5 cc fnfn 希 望 fc1與 fc2要 接 近 ， 單 不 能 相 等 （ 防 止 共 振 ）希 望 fc1fc2 (從 加 速 性 考 慮 ， 若 fc2大 ， 車 身 的 振 動 大 ）2、 n1與 n2的 匹 配 要 合 適若 汽 車 以 較 高 車 速 駛 過 單 個 路 障 ， n1/n2 1時 的 車 身 縱 向 角 振動 要 比 n1/n2 1時 小

17、， 故 推 薦 取 fc2=（ 0.80.9） fc1?？?慮 到 貨 車 前 、 后 軸 荷 的 差 別 和 駕 駛 員 的 乘 坐 舒 適 性 ， 取 前 懸架 的 靜 撓 度 值 大 于 后 懸 架 的 靜 撓 度 值 ， 推 薦 fc2=（ 0.60.8） fc1。為 了 改 善 微 型 轎 車 后 排 乘 客 的 乘 坐 舒 適 性 ， 有 時 取 后 懸 架 的 偏頻 低 于 前 懸 架 的 偏 頻 。 v要 求 ：v方 法 ： 3、 fd要 合 適 ,根 據 不 同 的 車 在 不 同 路 面 條 件 造以 運 送 人 為 主 的 轎 車 對 平 順 性 的 要 求 最 高 ，

18、大 客 車 次 之 ， 載 貨 車 更 次 之 。對 普 通 級 以 下 轎 車 滿 載 的 情 況 ， 前 懸 架 偏 頻 要 求 1.001.45Hz， 后 懸 架 則 要 求 在 1.171.58Hz。原 則 上 轎 車 的 級 別 越 高 ， 懸 架 的 偏 頻 越 小 。對 高 級 轎 車 滿 載 的 情 況 ， 前 懸 架 偏 頻 要 求 在 0.801.15Hz， 后 懸 架 則 要 求 在 0.981.30Hz。貨 車 滿 載 時 ， 前 懸 架 偏 頻 要 求 在 1.502.10Hz， 而 后 懸 架 則 要 求 在 1.702.17Hz。選 定 偏 頻 以 后 ， 再 利

19、 用 上 式 即 可 計 算 出 懸 架 的 靜 撓 度 。 二 、 懸 架 的 彈 性 特 征懸 架 受 到 垂 直 外 力 F與 由 此 所 引 起 的 車 輪 中 心 相 對 于 在 車 身 位移 f（ 即 懸 架 的 變 形 ） 的 關 系 曲 線 。1)線 性 彈 性 特 性定 義 :當 懸 架 變 形 f與 所 受 垂 直 外 力 F之 間 呈 固 定 比 例 變 化 時 ， 彈 性 特 性 為 一 直 線 ， 此 時 懸 架 剛 度 為 常 數 。懸 架 的 彈 性 特 性 有 線 性 彈 性 特 性 和 非 線 性 彈 性 特 性 兩 種1、 定 義2、 分 類 特 點 ： 隨

20、 載 荷 的 變 化 ， 平 順 性 變 化 2)非 線 性 彈 性 特 性定 義 ： 當 懸 架 變 形 f與 所 受 垂 直 外 力 F之 間 不 呈 固 定 比 例 變 化 時 1緩 沖 塊 復 原 點 2復 原 行 程 緩 沖 塊 脫 離 支 架3主 彈 簧 彈 性 特 性 曲 線 4復 原 行 程 5壓 縮 行 程6緩 沖 塊 壓 縮 期 懸 架 彈 性 特 性 曲 線 7緩 沖 塊 壓 縮 時 開 始 接 觸 彈 性 支 架 8額 定 載 荷 特 點在 滿 載 位 置 （ 圖 中 點 8） 附 近 ， 剛 度 小 且 曲 線 變 化 平 緩 ，因 而 平 順 性 良 好 距 滿 載

21、 較 遠 的 兩 端 ， 曲 線 變 陡 ， 剛 度 增 大 作 用在 有 限 的 動 撓 度 fd范 圍 內 ， 得 到 比 線 性 懸 架 更 多 的 動 容 量 懸 架 的 運 容 量 系 指 懸 架 從 靜 載 荷 的 位 置 起 ， 變 形 到 結 構 允許 的 最 大 變 形 為 止 消 耗 的 功 （ 懸 架 的 運 容 量 越 大 ， 對 緩 沖塊 擊 穿 的 可 能 性 越 小 ） 三 、 貨 車 后 懸 的 主 、 副 簧 的 剛 度 匹 配車 身 從 空 載 到 滿 載 時 的 振 動 頻 率 變化 要 小 ， 以 保 證 汽 車 有 良 好 的 平 順 性 副 簧 參

22、加 工 作 前 、 后 的 懸 架 振 動 頻率 變 化 不 大 確 定 方 法 使 副 簧 開 始 起 作 用 時 的 懸 架 撓 度 fa等 于 汽 車 空 載 時 懸 架 的 撓 度 f0，而 使 副 簧 開 始 起 作 用 前 一 瞬 間 的 撓 度 fK等 于 滿 載 時 懸 架 的 撓 度 fc 。副 簧 、 主 簧 的 剛 度 比 為 使 副 簧 開 始 起 作 用 時 的 載 荷 等 于 空 載 與 滿 載 時 懸 架 載 荷 的 平 均 值 ，即 FK=0.5（ F0+FW） ， 并 使 F0和 FK間 平 均 載 荷 對 應 的 頻 率 與 FK和FW間 平 均 載 荷 對

23、 應 的 頻 率 相 等 ， 此 時 副 簧 與 主 簧 的 剛 度 比 為 c a/cm=（ 2-2） （ +3） Wma FFcc 01/ 四 、 懸 架 側 傾 角 剛 度 及 其 在 前 、 后 軸 的 分 配 重 點 ， 結 論 不 好 下 6-4 彈 性 元 件 的 計 算 一 、 鋼 板 彈 簧 的 計 算1、 鋼 板 彈 簧 主 要 參 數 的 確 定 1） 滿 載 弧 高 fa 滿 載 弧 同 fa是 指 鋼 板 彈 簧 裝 到 車 軸 （ 橋 ） 上 ， 汽 車 滿 載時 鋼 板 彈 簧 主 片 上 表 面 與 兩 端 （ 不 包 括 卷 耳 半 徑 ） 連 線 間的 最

24、大 高 度 差 f a用 來 保 證 汽 車 具 有 給 定 的 高 度 當 fa=0時 ， 鋼 板 彈 簧 在 對 稱 位 置 上 工 作 ， 為 了 在 車 架 高度 已 限 定 時 能 得 到 足 夠 的 支 撓 度 值 ， 常 fa=1020mm。 2） 鋼 板 彈 簧 長 度 L的 確 定鋼 板 彈 簧 長 度 L是 指 彈 簧 伸 直 后 兩 卷 耳 中 心 之 間 的 距 離在 總 布 置 可 能 的 條 件 下 ， 應 盡 可 能 將 鋼 板 彈 簧 取 長 些 。推 薦 在 下 列 范 圍 內 選 用 鋼 板 彈 簧 的 長 度 ： 轎 車 ： L=（ 0.400.55） 軸

25、 距 ； 貨 車 :前 懸 架 ： L=（ 0.260.35） 軸 距 ； 后 懸 架 ： L=（ 0.350.45） 軸 距 。 注 ： 應 盡 可 能 將 鋼 板 彈 簧 取 長 些 的 原 因增 加 鋼 板 彈 簧 長 度 L能 顯 著 降 低 彈 簧 應 力 ， 提 高 使 用 壽 命 降 低 彈 簧 剛 度 ， 改 善 汽 車 平 順 性 在 垂 直 剛 度 c給 定 的 條 件 下 ， 又 能 明 顯 增 加 鋼 板 彈 簧 的 縱 向 角 剛 度剛 板 彈 簧 的 縱 向 角 剛 度 系 指 鋼 板 彈 簧 產 生 單 位 縱 向 轉 角 時 ， 作 用 到 鋼 板 彈 簧 上

26、的 縱 向 力 矩 值 增 大 鋼 板 彈 簧 縱 向 角 剛 度 的 同 時 ， 能 減 少 車 輪 扭 轉 力 矩 所 引 起 的 彈 簧 變 形 3） 鋼 板 斷 面 尺 寸 及 片 數 的 確 定a.鋼 板 斷 面 寬 度 b的 確 定 有 關 鋼 板 彈 簧 的 剛 度 、 強 度 等 ， 可 按 等 截 面 簡 支 梁 的 計 算 公 式計 算 ， 但 需 引 入 撓 度 增 大 系 數 加 以 修 正 。 因 此 ， 可 根 據 修 正 后的 簡 支 梁 公 式 計 算 鋼 板 彈 簧 所 需 要 的 總 慣 性 矩 J0。 對 于 對 稱 鋼 板彈 簧 J0=（ K-ks） 3

27、c/48E式 中 ，s為 U形 螺 栓 中 心 距 （ mm） ；k為 考 慮 U形 螺 栓 夾 緊 彈 簧 后 的 無 效 長 度 系 數 （ 如 剛 性 夾 緊 ，取 k=0.5， 撓 性 夾 緊 ， 取 k=0） ； c為 鋼 板 彈 簧 垂 直 剛 度 （ N/mm） ， c=FW/fc； 鋼 板 彈 簧 總 截 面 系 數 W0用 下 式 計 算W0FW（ L-ks） /4W 式 中 ， W為 許 用 彎 曲 應 力 。對 于 55SiMnVB或 60Si2Mn等 材 料 ， 表 面 經 噴 丸 處 理 后 ， 推 薦 W在下 列 范 圍 內 選 取 ； 前 彈 簧 和 平 衡 懸

28、架 彈 簧 為 350-450N/mm2； 后 副 簧為 220-250N/mm2。為 撓 度 增 大 系 數 （ 先 確 定 與 主 片 等 長 的 重 疊 片 數 n1， 再 估計 一 個 總 片 數 n0,求 得 =n1/m0， 然 后 用 =1.5/1.04（ 1+0.5） 初 定 ）E為 材 料 的 彈 性 模 量 。 將 式 （ 6-6） 代 入 下 式 計 算 鋼 板 彈 簧 平 均 厚 度 hp有 了 hp以 后 ， 再 選 鋼 板 彈 簧 的 片 寬 b。c Wp EfksLWJh 6 )(/2 200 片 寬 b對 汽 車 性 能 的 影 響增 大 片 寬 ， 能 增 加

29、卷 耳 強 度 ， 但 當 車 身 受 側 向 力 作用 傾 斜 時 ， 彈 簧 的 扭 曲 應 力 增 大 。 前 懸 架 用 寬 的 彈 簧 片 ， 會 影 響 轉 向 輪 的 最 大 轉 角 。片 寬 選 取 過 窄 ， 又 得 增 加 片 數 ， 從 而 增 加 片 間 的 摩 擦彈 簧 的 總 厚 推 薦 片 寬 與 片 厚 的 比 值 b/hp在 610范 圍 內 選 取 。 b.鋼 板 彈 簧 片 厚 h的 選 擇 矩 形 斷 面 等 厚 鋼 板 彈 簧 的 總 慣 性 矩 J0用 下 式 計 算J0=nbh3/12 式 中 ， n為 鋼 板 彈 簧 片 數 。說 明 ：1、 改

30、 變 片 數 n、 片 寬 b和 片 厚 h三 者 之 一 ， 都 影 響 到 總 慣 性 矩J 0的 變 化 ；2、 總 慣 性 矩 J0的 改 變 又 會 影 響 到 鋼 板 彈 簧 垂 直 剛 度 c的 變 化 ，也 就 是 影 響 汽 車 的 平 順 性 變 化 。 其 中 ， 片 厚 h變 化 對 鋼 板 彈 簧總 慣 性 矩 J0影 響 最 大 。 片 厚 h選 擇 的 要 求增 加 片 厚 h， 可 以 減 少 片 數 n 鋼 板 彈 簧 各 片 厚 度 可 能 有 相 同 和 不 同 兩 種 情 況 ， 希 望盡 可 能 采 用 前 者 但 因 為 主 片 工 作 條 件 惡

31、劣 ， 為 了 加 強 主 片 及 卷 耳 ， 也常 將 主 片 加 厚 ， 其 余 各 片 厚 度 稍 薄 。 此 時 ， 要 求 一 副 鋼板 彈 簧 的 厚 度 不 宜 超 過 三 組 。 為 使 各 片 壽 命 接 近 又 要 求 最 厚 片 與 最 薄 片 厚 度 之 比 應小 于 1.5。鋼 板 斷 面 尺 寸 b和 h應 符 合 國 產 型 材 規(guī) 格 尺 寸 。 2、 鋼 板 彈 簧 各 片 長 度 的 確 定 將 各 片 厚 度 hi的 立 方 值 hi3按 同 一 比 例 尺 沿 縱 坐 標 繪 制 在圖 上沿 橫 坐 標 量 出 主 片 長 度 的 一 半 L/2和 U形

32、 螺 栓 中 心 距 的 一半 s/2， 得 到 A、 B兩 點 ， 連 接 A、 B即 得 到 三 角 形 的 鋼 板 彈簧 展 開 圖 。AB線 與 各 葉 片 上 側 邊 的 交 點 即 為 各 片 長 度 ， 如 果 存 在 與 主 片 等 長 的 重 疊 片 ， 就 從 B點 到 最 后 一 個 重 疊 片 的 上 側 邊 端點 一 直 線 ， 此 直 線 與 各 片 上 側 邊 的 交 點 即 為 各 片 長 度 。各 片 實 際 長 度 尺 寸 需 經 圓 整 后 確 定 。 3、 鋼 板 彈 簧 剛 度 驗 算 剛 度 驗 算 公 式 為其 中 式 中 ， a為 經 驗 修 正

33、 系 數 ， a=0.900.94； E為 材 料 彈 性 模 量 ； l 1、 lk+1為 主 片 為 第 （ k+1） 片 的 一 半 長 度 。 )(/6 11 3 1 kknk k YYaaEc )( 111 kk lla ki ik JY 1/1 111 /1 ki ik JY 用 共 同 曲 率 法 計 算 剛 度 的 前 提假 定 同 一 截 面 上 各 片 曲 率 變 化 值 相 同各 片 的 承 受 的 彎 矩 正 比 于 其 慣 性 矩同 時 該 截 面 上 各 片 的 彎 矩 和 等 于 外 力 所 引 起 的 彎 矩 4、 鋼 板 彈 簧 總 成 在 自 由 狀 態(tài) 下

34、 的 弧 高 及 曲 率 半 徑 計 算 1） 鋼 板 彈 簧 總 成 在 自 由 狀 態(tài) 下 的 弧 高 H0 定 義 ： 鋼 板 彈 簧 各 片 裝 配 后 ， 在 預 壓 縮 和 U形 螺 栓 夾 緊 前 ， 其主 片 上 表 面 與 兩 端 （ 不 包 括 卷 耳 孔 半 徑 ） 連 線 間 的 最 大 高 度 差（ 如 上 圖 ） ， 稱 為 鋼 板 彈 簧 總 成 在 自 由 狀 態(tài) 下 的 弧 高 H0，用 下 式 計 算H0=（ fc+fa+ f） 式 中 ， fc為 靜 撓 度 ； fa為 滿 載 弧 高 ； f為 鋼 板 彈 簧 總 成 用 U形 螺 栓 夾 緊 后 引 起

35、 的 弧 高 變 化 . 22 )(3( L ffsLsf ca s為 U形 螺 栓 中 心 距 ； L為 鋼 板 彈 簧 主 片 長 度 。 鋼 板 彈 簧 總 成 在自 由 狀 態(tài) 下 的 曲 率 半 徑 R0=L2/8H0（ 2） 鋼 板 彈 簧 各 片 自 由 狀 態(tài) 下 曲 率 半 徑 的 確 定 原 則 ： 因 鋼 板 彈 簧 各 片 在 自 由 狀 態(tài) 下 和 裝 配 后 的 曲 率 半 徑 不同 ， 裝 配 后 各 片 產 生 預 應 力 ， 其 值 確 定 了 自 由 狀 態(tài) 下 的 曲 率半 徑 Ri。 各 片 自 由 狀 態(tài) 下 做 成 不 同 曲 率 半 徑 的 目 的

36、 是 ： 使 各片 厚 度 相 同 的 鋼 板 彈 簧 裝 配 后 能 很 好 地 貼 緊 ， 減 少 主 片 工 作應 力 ， 使 各 片 壽 命 接 近 。 矩 形 斷 面 鋼 板 彈 簧 裝 配 前 各 片 曲 率 半 徑 由 下 式 確 定Ri=R0/1+(20iR0)/Ehi 式 中 ， Ri為 第 i片 彈 簧 自 由 狀 態(tài) 下 的 曲 率 半 徑 （ mm） ； R0為 鋼 板 彈 簧 總 成 在 自 由 狀 態(tài) 下 的 曲 率 半 徑 （ mm） ； 0i為各 片 彈 簧 的 預 應 力 （ N/mm2） ； E為 材 料 彈 性 模 量（ N/mm2） ， 取 E=2.1

37、105N/mm2； hi為 第 i片 的 彈 簧厚 度 （ mm） 。原 則 ： 在 已 知 鋼 板 彈 簧 總 成 自 由 狀 態(tài) 下 曲 率 半 徑 R0和 各 片 彈簧 預 加 應 力 0i的 條 件 下 ， 計 算 出 各 片 彈 簧 自 由 狀 態(tài) 下 的 曲 率半 徑 Ri。 選 取 各 片 彈 簧 預 應 力 時 ， 要 求 做 到 ： 裝 配 前 各 片 彈簧 片 間 間 隙 相 差 不 大 ， 且 裝 配 后 各 片 能 很 好 貼 和 ； 為 保 證 主片 及 一 其 相 鄰 的 長 片 有 足 夠 的 使 用 壽 命 ， 應 適 當 降 低 主 片 及與 其 相 鄰 的

38、長 片 的 應 力 。 這 此 ， 選 取 各 片 預 應 力 時 ， 可 分 為 下 列 兩 種 情 況 ：對 于 片 厚 相 同 的 鋼 板 彈 簧 ， 各 片 預 應 力 值 不 宜 選 取 過 大 ；對 于 片 厚 不 相 同 的 鋼 板 彈 簧 ， 厚 片 預 應 力 可 取 大 些 。推 薦 主 片 在 根 部 的 工 作 應 力 與 預 應 力 疊 加 后 的 合 成 應 力 在 300-350N/mm2內 選 取 。 1-4片 長 片 疊 加 負 的 預 應 力 ， 短 片 疊 加 正 的 預 應力 。 預 應 力 從 長 片 到 短 片 由 負 值 逐 漸 遞 增 至 正 值

39、 。0 1 ni iM在 確 定 各 片 預 應 力 時 ， 理 論 上 應 滿 足 各 片 彈 簧 在 根 部 處 預 應 力 所 造成 的 彎 矩 Mi之 代 數 和 等 于 零 ， 即 或 如 果 第 i片 的 片 長 為 Li， 則 第 i片 彈 簧 的 弧 高 為HiLi2/8Ri 01 0 ini iW5、 鋼 板 彈 簧 強 度 驗 算 （ 1） 緊 急 制 動 時 前 鋼 板 彈 簧 承 受 的 載 荷 最 大 ， 在 它 的 后 半 段 出 現(xiàn) 的 最 大 應 力 max用 下 式 計 算 max=G1m1 l2（ l1+ c） /（ l1+l2） W0 式 中 ， G1為

40、作 用 在 前 輪 上 的 垂 直 靜 負 荷 ； m1為 制 動 時 前 軸 負 荷 轉 移 系 數 ， 轎 車 ： m1=1.21.4， 貨 車 ： m 1=1.41.6； l1、 l2為 鋼 板 彈 簧 前 、 后 段 長 度 ； 道 路 附 著 系 數 ， 取 0.8； W0為 鋼 板 彈 簧 總 截 面 系 數 ； c為 彈 簧 固 定 點 到 路 面 的 距 離 max=G2m2 l1（ l2+ c） /（ l1+l2） W0+G2m2 /bh1 式 中 ， G2為 作 用 在 后 輪 上 的 垂 直 靜 負 荷 ； m2 為 驅 動 時 后 軸 負 荷 轉 移 系 數 ， 轎 車

41、 ： m2 =1.251.30， 貨 車 ： m2 =1.11.2； 為 道 路 附 著 系 數 ； b為 鋼 板 彈 簧 片 寬 ； h 1為 鋼 板 彈 簧 主 片 厚 寬 。 （ 2） 汽 車 驅 動 時 后 鋼 板 彈 簧 承 受 的 載 荷 最 大 ， 在 它 的 前 半 段 出 現(xiàn) 最 大 應 力max用 下 式 計 算 （ 3） 鋼 板 彈 簧 卷 耳 和 彈 簧 銷 的 強 度 核 算 鋼 板 彈 簧 主 片 卷 耳 受 力 如 圖 6-17所 示 。 卷 耳 所 受 應 力 是 由 彎 曲 應 力 和 拉 （ 壓 ） 應 力 合 成 的 應 力 =3F x（ D+h1） /b

42、h12+Fx/bh1 式 中 ， Fx為 沿 彈 簧 縱 向 作 用 在 卷 耳 中 心 線 上 的 力 ； D為 卷 耳 內 徑 ； b為 鋼 板 彈 簧 寬 度 ； h1為 主 片 厚 度 。 許 用 應 力 取 為 350N/mm2。對 鋼 板 彈 簧 銷 要 驗 算 鋼 板 彈 簧 受 靜 載 荷 時 鋼 板 彈 簧 銷 受 到 擠 壓 應 力 z=Fs/bd。其 中 ， Fs為 滿 載 靜 止 時 鋼 板 彈 簧 端 部 的 載 荷 ； b為 卷 耳 處 葉 片 寬 ； d為 鋼 板 彈 簧 銷 直 徑 。 用 30鋼 或 40鋼 經 液 體 碳 氮 共 滲 處 理 時 ， 彈 簧

43、銷 許 用 擠 壓 應 力 z取 為 3-4N/mm2； 用 20鋼 或 20Cr鋼 經 滲 碳 處 理 或 用 45鋼 經 高 頻 淬 火后 ， 其 許 用 應 力 z 7-9N/mm2。鋼 板 彈 簧 多 數 情 況 下 采 用 55SiMnVB鋼 或 60Si2Mn鋼 制 造 。 常 采用 表 面 噴 丸 處 理 工 藝 和 減 少 表 面 脫 碳 層 深 度 的 措 施 來 提 高 鋼 板 彈簧 的 壽 命 。 表 面 噴 丸 處 理 有 一 般 噴 丸 和 應 力 噴 丸 兩 種 ， 后 者 可 使鋼 板 彈 簧 表 面 的 殘 余 應 力 比 前 者 大 很 多 。 6-5 主 動

44、 與 半 主 動 懸 架 系 統(tǒng) 1 主 動 懸 架 系 統(tǒng) 主 動 懸 架 中 不 再 有 傳 統(tǒng) 意 義 上 的 “ 彈 簧 剛 度 ” 和 “ 阻 尼 特 性 ” ，懸 架 中 的 彈 簧 和 減 振 器 全 部 或 者 至 少 部 分 被 執(zhí) 行 元 件 所 取 代 ?；?本 原 理 是 靠 自 身 的 能 源 通 過 執(zhí) 行 元 件 對 振 動 進 行 “ 主 動 ” 干預 。分 類 ： 根 據 執(zhí) 行 元 件 的 響 應 帶 寬 可 分 為 寬 帶 主 動 懸 架 和 有 限帶 寬 主 動 懸 架 兩 種 ， 兩 種 懸 架 又 分 別 稱 為 全 主 動 懸 架 和 慢 主動 懸

45、 架 。 主 動 懸 架 動 畫 1） 全 主 動 懸 架概 念 ：全 主 動 懸 架 系 統(tǒng) 所 采 用 的 執(zhí) 行 元 件 具 有 較 寬 的 響 應 頻 帶 ， 以 便對 車 輪 的 高 頻 共 振 也 加 以 控 制 。執(zhí) 行 元 件 多 采 用 電 液 或 液 氣 伺 服 系 統(tǒng) ，控 制 帶 寬 一 般 應 至 少 覆 蓋 0 15Hz， 有 的 執(zhí) 行 元 件 響 應 帶 寬 甚至 高 達 100Hz。 全 主 動 懸 架 工 作 原 理 的 示 意 圖 (單 個 車 輪 ) A-執(zhí) 行 元 件 E-比 較 器 F-力 傳 感 器 P-電 位 器 V-控 制 閥1-懸 掛 質 量

46、 2-加 速 度 傳 感 器 3-信 號 處 理 器 4-控 制 單 元 5-進 油 6-出 油 7-非 懸 掛 質 量 8-路 面 輸 入 系 統(tǒng) 主 要 由 執(zhí) 行 元 件 、 各 種 必 要 的 傳 感 器 、 信 號 處 理 器和 控 制 單 元 等 組 成 ?？?制 單 元 根 據 檢 測 到 的 各 種 信 號 判 斷 汽 車 的 當 前 狀 態(tài) ，并 根 據 事 先 設 定 的 控 制 策 略 決 定 執(zhí) 行 元 件 該 輸 出 多 大 的 力 。系 統(tǒng) 內 部 靠 力 閉 環(huán) 控 制 保 證 執(zhí) 行 元 件 輸 出 的 力 滿 足 指 令要 求 。實 際 使 用 時 ， 還 必

47、 須 包 括 更 多 的 傳 感 器 以 檢 測 必 要 的 系統(tǒng) 狀 態(tài) 量 ， 比 如 轉 向 時 與 汽 車 運 動 相 關 的 橫 向 加 速 度 、 方向 盤 角 速 度 ， 還 有 汽 車 車 速 、 發(fā) 動 機 油 門 開 度 、 制 動 踏 板位 置 以 及 汽 車 車 身 高 度 等 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 量 。系 統(tǒng) 工 作 原 理 及 過 程 主 動 懸 架 布 置 圖 1-懸 架 位 移 傳 感 器 2-后 懸 架 執(zhí) 行 元 件3-車 門 開 關 傳 感 器4-隔 離 閥 5-前 懸 架 執(zhí) 行 元 件6-控 制 閥 7-液 壓 泵 8-油 門 位 置 傳 感 器 9-車

48、速 傳 感 器 10-控 制 踏 板 位 置 傳 感 器 11-方 向 盤 傳 感 器 12-中 央 控 制 單 元 性 能 指 標 評 價 標 準主 動 懸 架 的 性 能 指 標 可 以 用 多 個 系 統(tǒng) 輸 出 變 量 的 均 方 根 值 的 加權 和 來 表 征 。這 些 變 量 可 以 包 括 車 身 加 速 度 、 車 輪 與 地 面 間 的 動 載 、 車 輪 相對 于 車 身 的 位 移 以 及 執(zhí) 行 元 件 的 作 用 力 等 。 系 統(tǒng) 的 控 制 變 量 也 比 傳 統(tǒng) 的 被 動 懸 架 要 多 ， 并 且 參 數 的 選 擇范 圍 也 更 寬 。 主 動 懸 架

49、特 點 要 求 執(zhí) 行 元 件 所 產 生 的 力 能 夠 很 好 地 跟 蹤 任 何 力 控 制 信 號 因 此 ， 它 為 控 制 律 的 選 擇 提 供 了 一 個 廣 闊 的 設 計 空 間 ， 即如 何 確 定 控 制 律 以 使 系 統(tǒng) 能 夠 讓 車 輛 達 到 最 佳 的 總 體 性 能 。研 究 表 明 ， 主 動 懸 架 能 夠 在 不 同 路 面 及 行 駛 條 件 下 顯 著 地提 高 車 輛 性 能 。 2） 慢 主 動 懸 架 慢 主 動 懸 架 將 執(zhí) 行 元 件 的 頻 響 帶 寬 降 低 到 只 考 慮 車 身 的 垂 直 、 俯仰 和 側 傾 振 動 以 及

50、 汽 車 的 轉 向 反 應 ， 不 考 慮 車 輪 剛 度 所 對 應 的 頻率 ， 也 即 帶 寬 降 至 3 4Hz。它 與 前 述 的 主 動 懸 架 在 被 測 狀 態(tài) 量 和 控 制 實 施 等 方 面 都 有 類 似 ，唯 一 的 差 異 就 是 執(zhí) 行 元 件 帶 寬 的 降 低 。 一 類 為 當 其 不 起 作 用 (激 勵 頻 率 超 過 響 應 帶 寬 )時 可 以 像 普 通彈 簧 一 樣 工 作 ， 比 如 氣 壓 執(zhí) 行 元 件 ， 在 這 種 情 況 下 由 于 執(zhí)行 元 件 可 以 支 持 車 身 的 重 量 ， 所 以 系 統(tǒng) 中 可 以 不 加 彈 簧 或

51、并 聯(lián) 一 個 彈 簧 。另 一 類 為 不 起 作 用 時 變 為 剛 性 體 的 執(zhí) 行 元 件 ， 如 滑 閥 控 制 的 液 力 作 動 器 ， 在 這 種 情 況 下 系 統(tǒng) 中 必 須 串 聯(lián) 彈 性 元 件 在 慢 主 動 懸 架 中 ， 可 以 選 用 兩 類 執(zhí) 行 元 件 轎 車 用 慢 主 動 懸 架 原 理 圖 1-懸 掛 質 量2-空 氣 彈 簧3-阻 力 閥4-比 例 流 量 控 制 閥5-接 油 泵6-接 油 罐 7-輪 胎 剛 度8-非 懸 掛 質 量 9-執(zhí) 行 元 件 慢 主 動 懸 架 特 點由 于 慢 主 動 懸 架 執(zhí) 行 元 件 僅 需 在 一 窄

52、帶 頻 率 范 圍 內 工 作 ， 降 低了 系 統(tǒng) 的 成 本 及 復 雜 程 度 。比 全 主 動 懸 架 便 宜 得 多 。它 的 主 動 控 制 仍 然 覆 蓋 了 主 要 的 車 身 振 動 ， 包 含 縱 向 、 俯 仰 、側 傾 及 轉 向 控 制 等 要 求 的 頻 率 范 圍 ， 改 善 了 車 身 共 振 頻 率 附 近 的行 駛 性 能 ， 提 高 了 對 車 身 姿 態(tài) 的 控 制 。性 能 可 達 到 與 全 主 動 懸 架 系 統(tǒng) 很 接 近 的 程 度 。就 實 用 性 及 商 業(yè) 競 爭 力 而 言 ， 慢 主 動 懸 架 有 較 好 的 應 用 前 景 。半

53、主 動 懸 架 不 需 要 油 泵 、 過 濾 器 、 儲 油 器 、 冷 卻 器 及 輸 油 管 等附 件 ， 幾 乎 不 消 耗 發(fā) 動 機 功 率 ， 并 且 制 造 可 控 阻 尼 減 振 器 不 像 制造 電 液 伺 服 液 力 執(zhí) 行 元 件 那 樣 復 雜 ， 懸 架 系 統(tǒng) 的 制 造 成 本 和 運 行 成 本 可 大 大 降 低 。 2 半 主 動 式 懸 架 與 主 動 懸 架 的 比 較半 主 動 懸 架 與 主 動 懸 架 的 區(qū) 別 在 于 用 可 控 阻 尼 的 減 振 器 取代 了 執(zhí) 行 元 件 。可 控 阻 尼 減 振 器 所 起 的 作 用 與 主 動 懸

54、 架 中 執(zhí) 行 元 件 的 作 用類 似 ， 都 是 通 過 系 統(tǒng) 內 的 力 閉 環(huán) 控 制 實 現(xiàn) 控 制 單 元 提 出 的 力要 求 。所 不 同 的 是 執(zhí) 行 元 件 要 做 功 ， 而 減 振 器 則 是 通 過 調 節(jié) 阻 尼力 控 制 耗 散 掉 的 能 量 的 多 少 ， 幾 乎 不 消 耗 汽 車 發(fā) 動 機 的 能 量 。顯 然 ， 在 半 主 動 懸 架 中 ， 必 須 并 聯(lián) 彈 簧 以 支 持 懸 掛 質 量 ， 一般 情 況 下 該 彈 簧 剛 度 是 不 變 的 。 分 類半 主 動 懸 架 包 括 阻 尼 連 續(xù) 可 調 式 和 可 切 換 阻 尼 式

55、兩 類 ，前 者 的 阻 尼 系 數 在 一 定 的 范 圍 內 可 以 連 續(xù) 變 化 ，后 者 的 阻 尼 系 數 只 能 在 幾 個 離 散 的 阻 尼 值 之 間 進 行 切 換 。 各 自 特 點可 切 換 阻 尼 系 統(tǒng) 與 前 面 介 紹 的 阻 尼 可 調 自 適 應 懸 架 的 區(qū)別 在 于 阻 尼 值 停 留 在 特 定 設 置 的 時 間 長 短 不 同 。 阻 尼 可 調自 適 應 懸 架 在 每 一 設 置 上 停 留 的 時 間 較 長 (一 般 在 5s以 上 )而 可 切 換 阻 尼 式 懸 架 的 設 置 則 可 在 每 一 車 輛 振 動 周 期 變化 范

56、圍 內 在 頻 繁 地 改 變 (切 換 速 度 為 十 幾 毫 秒 )。 常 見 的 可 切 換 阻 尼 式 懸 架 一 般 設 置 2至 3個 檔 位 ， 阻 尼 系 數可 在 幾 檔 之 間 快 速 切 換 ， 切 換 的 時 間 通 常 為 10 20S。 控 制方 法 通 常 采 用 Karnopp等 提 出 的 算 法 ， 即 根 據 車 身 的 相 對 速度 和 絕 對 速 度 來 改 變 系 統(tǒng) 阻 尼 的 設 置 。以 兩 擋 切 換 系 統(tǒng) 為 例 ， 如 果 二 者 符 號 相 同 ， 阻 尼 為 硬 設 置 ；否 則 為 軟 設 置 。 可 切 換 阻 尼 懸 架 的

57、設 計 關 鍵 是 發(fā) 展 先 進 的 控 制 閥 技 術 ，保 證 切 換 時 間 能 足 夠 短 ， 以 便 使 復 雜 的 控 制 策 略 的 應 用 成為 可 能 。但 這 也 將 導 致 阻 尼 器 的 制 造 成 本 升 高 ， 目 前 這 種 快 速 切 換阻 尼 系 統(tǒng) 在 實 際 應 用 中 仍 不 多 見 。 可 切 換 阻 尼 式 懸 架 應 用 連 續(xù) 可 調 減 振 器 的 兩 種 基 本 結 構 形 式 一 種 是 通 過 調 節(jié) 減 振 器 節(jié) 流 閥 的 面 積 而 改 變 阻 尼 特 性 的 孔 徑 調節(jié) 式 ， 其 孔 徑 的 改 變 一 般 可 由 電 磁 閥 或 其 它 類 似 的 機 電 式 驅 動 閥來 實 現(xiàn) ；另 一 種 是 電 流 變 或 磁 流 變 可 調 阻 尼 器 ， 其 工 作 原 理 是 通 過 改 變電 場 或 磁 場 強 度 來 改 變 流 變 體 的 阻 尼 特 性 。兩 種 結 構 中 ， 前 者 技 術 較 為 成 熟 ， 后 者 屬 于 新 興 技 術 ， 隨 著 對這 項 技 術 的 研 究 和 突 破 ， 將 會 成 為 一 種 較 有 前 途 的 半 主 動 懸 架 。 back