基于小型商用車的懸架系統(tǒng)有限元分析及總成設(shè)計(jì)

基于小型商用車的懸架系統(tǒng)總成設(shè)計(jì)基于小型商用車的懸架系統(tǒng)總成設(shè)計(jì)目錄摘要3前言4第一章 懸架選型及布置71.1 懸架類型的選擇71.2整車參數(shù)確定101.3硬點(diǎn)參數(shù)111.4零件表131.5懸架布置13第二章 垂向運(yùn)動(dòng)學(xué)152.1偏頻的設(shè)計(jì)152.2撓度的設(shè)計(jì)162.3懸架上下跳動(dòng)行程的設(shè)計(jì)162.4螺旋彈簧的設(shè)計(jì)172.4.1懸架杠桿系數(shù)的設(shè)計(jì)182.4.2彈簧剛度的設(shè)計(jì)192.4.3空載彈簧長(zhǎng)度及彈簧上的載荷設(shè)計(jì)202.4.4彈簧在上下極限位置的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)202.4.5彈簧其他參數(shù)設(shè)計(jì)212.5減振器設(shè)計(jì)232.5.1減震器長(zhǎng)度設(shè)計(jì)232.5.2前減震器阻尼力設(shè)計(jì)242.5.3前減振器其他參數(shù)設(shè)計(jì)252.5.4后減震器阻尼力設(shè)計(jì)252.5.5其他參數(shù)設(shè)計(jì)262.5.6 減震器布置272.6限位塊設(shè)計(jì)27第三章 側(cè)傾運(yùn)動(dòng)學(xué)293.1 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)293.1.2靜強(qiáng)度校核303.1.3穩(wěn)定桿側(cè)傾剛度計(jì)算313.2懸架側(cè)傾剛度323.3整車側(cè)傾角計(jì)算323.3.1側(cè)傾中心及側(cè)傾軸線確定323.3.2整車側(cè)傾角計(jì)算34第四章 縱傾運(yùn)動(dòng)學(xué)35第五章 懸架幾何學(xué)365.1四輪定位參數(shù)設(shè)計(jì)365.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)365.3懸架幾何學(xué)385.3.1前束角385.3.2外傾角395.3.3主銷內(nèi)傾角395.3.4主銷后傾角40第六章 總結(jié)41參考文獻(xiàn)42摘要懸架是車輛重要的組成部分，布置于輪胎與車架之間，在車輛各系統(tǒng)中，懸架對(duì)整車性能，平順性及操縱穩(wěn)定性的影響最為直接，其中按照車輛的自由度來(lái)劃分，我們可以將車輛性能劃分為垂向運(yùn)動(dòng)、側(cè)傾運(yùn)動(dòng)、縱傾運(yùn)動(dòng)、橫擺運(yùn)動(dòng)以及側(cè)向移動(dòng)及縱向移動(dòng)；此外，懸架還涉及到懸架幾何學(xué)跟車輛動(dòng)力學(xué)，在實(shí)際的車輛研究中，對(duì)以上所述各部分都必須進(jìn)行研究，本次設(shè)計(jì)就是基于以上幾點(diǎn)，對(duì)車輛懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究。關(guān)鍵字 彈簧、穩(wěn)定桿、減震器、控制臂AbstractSuspension is an important part of the vehicle arrangement between the tire and the frame, the vehicles system, the suspension of performance, the influence of the ride comfort and handling stability is the most direct, which according to the degree of freedom of the vehicle, we can speak vehicle performance is divided into vertical movement, roll movement, trim, yawing motion and lateral and longitudinal movement; In addition, the suspension also involves the suspension geometry with the vehicle dynamics, in the study of the actual vehicle, all parts of the above research must be conducted, the design is based on the above points, for the vehicle suspension design and research.Keywords spring antiroll_bar damper control_arm前言車輛懸架的發(fā)展及運(yùn)用已經(jīng)有近百年的歷史了，其最初被發(fā)明出來(lái)的目的就是為了讓車輛在行駛的過(guò)程中，遇到凹凸不平的路面時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生太過(guò)明顯的顛簸，同時(shí)起初的懸架結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單，對(duì)其他各方面，包括尺寸配合、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞耐久等方面則沒有太過(guò)苛刻的要求，而在后期的發(fā)展中，則對(duì)懸架的要求越來(lái)越高，其不僅要能夠起到緩和沖擊、隔離振動(dòng)的功用，部分懸架零件還必須兼?zhèn)鋵?dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，比如鋼板彈簧懸架的鋼板彈簧，與此同時(shí)，在此期間懸架的結(jié)構(gòu)也不斷被改進(jìn)，不斷的發(fā)展，目前行業(yè)內(nèi)運(yùn)用到的主要懸架類型有以下幾種。按照左右車輪對(duì)彼此的影響特性，可分為非獨(dú)立懸架，獨(dú)立懸架及半獨(dú)立懸架，非獨(dú)立懸架的特點(diǎn)是由一根剛性車軸對(duì)左右車輪進(jìn)行連接，車輛行駛時(shí)，左右車輪之間會(huì)互相干擾，所以在凹凸不平的路面上行駛時(shí)，車輛的舒適性較差，同時(shí)大多數(shù)非獨(dú)立懸架占用的布置空間也比較大，一般在小型乘用車中配置較少；而獨(dú)立懸架剛好相反，左右車輪的運(yùn)動(dòng)基本是互不影響的，在凹凸不平的路面上行駛時(shí)，車輛的舒適性較好，同時(shí)所占用的布置空間較小，大多數(shù)小型車輛則比較青睞這種懸架；而半獨(dú)立懸架一般是一根變形量較大的扭梁來(lái)連接左右車輪，在車輛運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于扭梁會(huì)出現(xiàn)適度的扭轉(zhuǎn)特性，會(huì)對(duì)左右車輪的運(yùn)動(dòng)造成適當(dāng)?shù)挠绊?，但其舒適性比非獨(dú)立懸架要好，同時(shí)需要的布置空間也沒有那么多，成本較低，因此也被很多工程師選擇在后懸架上，明顯的代表則是法系的標(biāo)致系列。按照導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置形式，懸架可分為橫臂式懸架、縱臂式懸架及斜臂式懸架，橫臂式懸架一般都是獨(dú)立懸架，由于車輪運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)帶動(dòng)車輪在橫向平面內(nèi)擺動(dòng)，故成橫臂式懸架，這種懸架由于受懸架幾何學(xué)的影響，車輪的前束、外傾角變化較大，對(duì)輪胎壽命會(huì)有一定不同程度的影響，另外，對(duì)懸架的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向也影響較大，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)懸架幾何學(xué)的要求則比較高；同理，縱臂式懸架懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)帶動(dòng)車輪在縱向平面內(nèi)擺動(dòng)，這種懸架的前束及外傾角在車輪運(yùn)動(dòng)過(guò)程中基本不會(huì)變化，懸架跳動(dòng)對(duì)輪胎壽命則沒有任何損傷；斜臂式懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)基本都是斜置式，這種布置形式單獨(dú)出現(xiàn)的較少，斜臂一般會(huì)出現(xiàn)在多連桿獨(dú)立懸架中。按照懸架在受到路面沖擊時(shí)，隔離振動(dòng)的主動(dòng)特性，懸架又可分為主動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架及被動(dòng)懸架，對(duì)一般的車輛，在平整路面上直行時(shí)，由于沒有路面沖擊，懸架的軟硬對(duì)車輛的舒適性幾乎沒有影響，甚至說(shuō)車輛基本不需要隔振能力，此外在高速時(shí)，懸架越硬，車輛的穩(wěn)定性越好，而在凹凸不平的路面上行駛時(shí)，由于路面對(duì)車輪的沖擊較大，這是我們要求車輛有極好的隔振能力，而按照路面凹凸不平程度的大小，對(duì)懸架隔震能力的要求不盡相同，路面越為惡劣，需要的隔振能力越強(qiáng)；所以說(shuō)對(duì)于不同的路面，我們對(duì)懸架有不同的要求，但實(shí)際上，一個(gè)傳統(tǒng)懸架設(shè)計(jì)完成之后，其抗沖擊能力基本是固定的，也就是我們俗稱的軟硬程度已經(jīng)定了，軟懸架無(wú)法隔離大振動(dòng)，硬懸架無(wú)法隔離小振動(dòng)，此為被動(dòng)懸架，而主動(dòng)懸架則會(huì)配備一系列的傳感器來(lái)采集路面型號(hào)，之后將路面信號(hào)傳遞至控制器，控制器會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)懸架的抗沖擊能力，即一個(gè)懸架會(huì)擁有不同的隔振能力及特性，從而影響車輛性能，此為主動(dòng)懸架；而半主動(dòng)懸架則同樣配備了隔振能力可以變化的零件，與主動(dòng)懸架的區(qū)別在于缺少了采集路面信息的傳感器，車輛無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)懸架的隔振能力，這種車輛一般會(huì)對(duì)懸架的隔振能力設(shè)置成不同的檔位，通過(guò)人工手動(dòng)選擇不同的檔位使車輛擁有不同的減振能力，以上為主動(dòng)減震器型的主動(dòng)懸架，另一種比較典型的主動(dòng)懸架為空氣彈簧類的主動(dòng)懸架，其通過(guò)控制氣囊內(nèi)氣體的氣壓，來(lái)控制懸架亦即空氣彈簧的軟硬，從而根據(jù)路況及形式條件來(lái)控制車輛的行駛平順性和操控穩(wěn)定性，其中，典型的代表車型是曾經(jīng)的奧迪系列車型，奧迪所配備的空氣彈簧主動(dòng)懸架，是通過(guò)車輛的行駛速度、車輛轉(zhuǎn)彎等檢測(cè)傳感器，來(lái)控制其所搭配的空氣彈簧的軟硬剛度，當(dāng)車輛的形勢(shì)速度較快時(shí)，車輛就會(huì)通過(guò)算法判斷車輛所行駛的路面為平坦路況，此時(shí)，車輛會(huì)自動(dòng)增大空氣彈簧的剛度，使懸架變得比較硬，使得車輛高速行駛時(shí)，穩(wěn)定性較好，避免出現(xiàn)“發(fā)飄”等失穩(wěn)情況出現(xiàn)，同時(shí)，當(dāng)車輛行駛速度較低時(shí)，算法就會(huì)默認(rèn)車輛在顛簸路面行駛，此時(shí)，ECU控制單元會(huì)自動(dòng)降低空氣彈簧的剛度，使懸架變軟，以獲得良好的隔振能力，以使車輛具備優(yōu)秀的舒適性。此外，無(wú)論懸架類型為上述何種，其都是由彈性元件、阻尼元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和限位器，甚至，大多數(shù)懸架都會(huì)布置橫向穩(wěn)定器，其目的就是為了減小車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的車身的側(cè)傾角，增加懸架的抗側(cè)傾能力，另外，有些情況向下，某些零件既充當(dāng)彈性元件，又充當(dāng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，最典型的就是鋼板彈簧，在車輛駛過(guò)顛簸路面時(shí)，鋼板彈簧就會(huì)配合減震器起緩沖功用，隔離路面帶來(lái)的沖擊和振動(dòng)，另外，在車輛制動(dòng)點(diǎn)頭或加速仰頭時(shí)，則控制俯仰角的大小，此為導(dǎo)向功用，另外，我們知道，在鋼板彈簧非獨(dú)立懸架中，鋼板彈簧還決定著后橋（軸）的運(yùn)動(dòng)瞬心，亦即導(dǎo)向作用。以上，懸架的種類豐富多彩，其實(shí)遠(yuǎn)不止如上所述的幾種，如上所出現(xiàn)的幾種只是比較常見的幾種而已，此外，不得不提的一種懸架是麥弗遜式獨(dú)立懸架，其因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、占用的布置空間小和優(yōu)良的懸架性能而受到大多數(shù)中低端轎車、SUV、MPV和越野車等車型前懸架的青睞，而多數(shù)中高端轎車的前懸架選雙橫臂或多連桿的較多，相比麥?zhǔn)蠎壹?，此類懸架的操縱穩(wěn)定性則更好控制，舒適性更為優(yōu)良；輕型貨車一般會(huì)選擇鋼板彈簧懸架，其目的是使車輛具備較好的承載能力；中低端轎車和SUV后懸架多會(huì)選配扭力梁懸架，而五連桿非獨(dú)立懸架自五菱宏光車型脫胎而出之后，此懸架已成為了這種小型商用車的標(biāo)配，而部分越野車和SUV也有選用該懸架的，所以此次設(shè)計(jì)，基本會(huì)在如上所述的幾種類型中來(lái)選擇。第一章 懸架選型及布置1.1 懸架類型的選擇本次懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其所選用的設(shè)計(jì)對(duì)象為五座的小型商務(wù)車，對(duì)抗沖擊特性明顯要求不是太高，可謂一般，另外，由于車輛的用途為商務(wù)車，需要具備一定的承載能力，市場(chǎng)上比較常見的商用車有五菱宏光、榮光和之光系列，其懸架類型為前麥弗遜式獨(dú)立懸架，后五連桿非獨(dú)立懸架，寶駿730系列，其所配置的懸架類型為前麥弗遜式獨(dú)立懸架，后扭力梁式非獨(dú)立懸架，東風(fēng)風(fēng)光330，其所搭配的懸掛類型為前麥弗遜式獨(dú)立懸架，后五連桿式非獨(dú)立懸架，北汽銀翔幻速H2，其所搭配的懸掛類型為前麥弗遜式獨(dú)立懸架，后五連桿式非獨(dú)立懸架，此外，還有一些市場(chǎng)上常見的小型商務(wù)車，如北汽昌河M50、華晨金杯750等車型，其懸架類型基本也是前麥弗遜獨(dú)立懸架、后五連桿式非獨(dú)立懸架，可見這類小型商務(wù)車后懸架一般都會(huì)布置成非獨(dú)立懸架，目前汽車行業(yè)內(nèi)，非獨(dú)立懸架運(yùn)用比較多的有三大類，一是以五菱宏光為代表的五連桿非獨(dú)立懸架，二是以寶駿730為代表的扭力梁式非獨(dú)立懸架，三是以江鈴皮卡為代表的鋼板彈簧非獨(dú)立懸架，而此次設(shè)計(jì)則選擇螺旋彈簧五連桿非獨(dú)立懸架（圖1），該懸架因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載能力好、成本低而被大多數(shù)的小型商務(wù)車所選用；而前懸架基于舒適性考慮，則可布置成獨(dú)立懸架，獨(dú)立懸架最通用的莫過(guò)于麥弗遜獨(dú)立懸架了，其因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)省布置空間、低成本和較好的舒適性被大多數(shù)車輛所親睞，所以此次設(shè)計(jì)將前懸架設(shè)計(jì)成麥弗遜獨(dú)立懸架（圖2），以上，本次設(shè)計(jì)的懸掛類型我們選擇前懸架為麥弗遜式獨(dú)立懸架，后懸架類型我們選擇五連桿式非獨(dú)立懸架。圖1 五連桿非獨(dú)立懸架圖2 麥弗遜式獨(dú)立懸架 麥弗遜懸架（MacPherson），是現(xiàn)在非常常見的一種獨(dú)立懸架形式，大多應(yīng)用在車輛的前輪。簡(jiǎn)單地說(shuō)，麥弗遜式懸架的主要結(jié)構(gòu)即是由螺旋彈簧加上減震器以及A字下擺臂組成，減震器可以避免螺旋彈簧受力時(shí)向前、后、左、右偏移的現(xiàn)象，限制彈簧只能作上下方向的振動(dòng)，并且可以通過(guò)對(duì)減震器的行程、阻尼以及搭配不同硬度的螺旋彈簧對(duì)懸架性能進(jìn)行調(diào)校。 麥弗遜懸架最大的特點(diǎn)就是體積比較小，有利于對(duì)比較緊湊的發(fā)動(dòng)機(jī)艙布局。不過(guò)也正是由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)側(cè)向不能提供足夠的支撐力度，因此轉(zhuǎn)向側(cè)傾以及剎車點(diǎn)頭現(xiàn)象比較明顯。下面就為大家詳細(xì)的介紹一下麥弗遜懸架的構(gòu)造以及性能表現(xiàn)。 麥弗遜式懸架是應(yīng)前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)(ff)車型的出現(xiàn)而誕生的。ff車型不僅要求發(fā)動(dòng)機(jī)要橫向放置，而且還要增加變速箱、差速器、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)，以往的前懸架空間不得不加以壓縮并大幅刪掉，因此工程師才設(shè)計(jì)出節(jié)省空間、成本低的麥弗遜式懸架，以符合汽車需求。 麥弗遜（Macpherson）是這套懸架系統(tǒng)發(fā)明者的名字，他是美國(guó)伊利諾伊州人，1891年生。大學(xué)畢業(yè)后他曾在歐洲搞了多年的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，并于1924年加入通用汽車公司的工程中心。30年代，通用的雪佛蘭公司想設(shè)計(jì)一種真正的小型汽車，總設(shè)計(jì)師就是麥弗遜。他對(duì)設(shè)計(jì)小型轎車非常感興趣，目標(biāo)是將這種四座轎車的質(zhì)量控制在09噸以內(nèi)，軸距控制在274米以內(nèi)，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是懸架。麥弗遜一改當(dāng)時(shí)盛行的板簧與扭桿彈簧的前懸架方式，創(chuàng)造性地將減振器和螺旋彈簧組合在一起，裝在前軸上。實(shí)踐證明這種懸架形式的構(gòu)造簡(jiǎn)單，占用空間小，而且操縱性很好。后來(lái)，麥弗遜跳槽到福特，1950年福特在英國(guó)的子公司生產(chǎn)的兩款車，是世界上首次使用麥弗遜懸架的商品車。 麥弗遜式懸架由螺旋彈簧、減震器、A字形下擺臂組成，絕大部分車型還會(huì)加上橫向穩(wěn)定桿。麥弗遜式獨(dú)立懸架的物理結(jié)構(gòu)為支柱式減震器兼作主銷，承受來(lái)自于車身抖動(dòng)和地面沖擊的上下預(yù)應(yīng)力，轉(zhuǎn)向節(jié)（也可說(shuō)車輪，因?yàn)檗D(zhuǎn)向節(jié)作用于車輪）則沿著主銷轉(zhuǎn)動(dòng)；此外，其主銷可擺動(dòng)，特點(diǎn)是主銷位置和前輪定位角隨車輪的上下跳動(dòng)而變化，且前輪定位變化小，擁有良好的行駛穩(wěn)定性。 在麥弗遜式獨(dú)立懸架中，支柱式減震器除具備減震效果外，還要擔(dān)負(fù)起支撐車身的作用，所以它的結(jié)構(gòu)必須緊湊且剛度足夠，并且套上螺旋彈簧后還要能減震，而彈簧與減震器一起，構(gòu)成了一個(gè)可以上下運(yùn)動(dòng)的滑柱。還有一個(gè)關(guān)鍵部件-A字型下擺臂，它的作用是為車輪提供橫向支撐力，并能承受來(lái)自前后方向的預(yù)應(yīng)力。車輛在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，車輪所承受的所有方向的沖擊力量就要靠支柱減震器和A字型下托臂這兩個(gè)部件承擔(dān)。 從上面的構(gòu)造圖2可以看出，麥弗遜懸架的構(gòu)造其實(shí)非常簡(jiǎn)單，而這種簡(jiǎn)單帶來(lái)的最大好處就是其質(zhì)量很輕，并且體積很小，對(duì)于很多前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)的車輛來(lái)說(shuō)，車頭部分的大部分空間都要用來(lái)布置橫置的發(fā)動(dòng)機(jī)以及變速箱，留給懸架的空間并不大，因此麥弗遜懸架體積小質(zhì)量輕的優(yōu)勢(shì)就會(huì)表現(xiàn)的非常明顯。 而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單也是麥弗遜懸架最大的軟肋。與雙叉臂以及多連桿懸架相比，由于減震器和螺旋彈簧都是對(duì)車輛上下的晃動(dòng)起到支撐和緩沖，因此對(duì)于側(cè)向的力量沒有提供足夠的支撐力度。這樣就使得車輛在轉(zhuǎn)向的時(shí)候車身有比較明顯的側(cè)傾，并且在剎車的時(shí)候有比較明顯的點(diǎn)頭現(xiàn)象。很多采用麥弗遜懸架的小型車為了控制成本，也只能將這樣的缺陷保留。雖然通過(guò)增加防傾桿能減小車輛側(cè)傾，但是卻不能根治這種情況。不過(guò)象寶馬M3，保時(shí)捷911這樣的高性能車型上，通過(guò)調(diào)整彈性元件以及增加拉桿等調(diào)校，麥弗遜懸架也一樣可以變得非常強(qiáng)悍，但這也背離了麥弗遜懸架體積小，質(zhì)量輕，成本低的特點(diǎn)。麥弗遜懸架是非常常見的懸架類型，在全球汽車市場(chǎng)都有非常廣泛的應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，麥弗遜懸架也是眾多車型的首選懸架，其中最新應(yīng)用麥弗遜前懸架的車型有上海通用別克新君威、新君越、北京現(xiàn)代ix35、一汽大眾高爾夫6、比亞迪F0等車型。從這我們也能看出麥弗遜懸架應(yīng)用的廣泛，微型車、緊湊型車、中級(jí)車以及SUV車型上，都能見到麥弗遜懸架的身影。而德國(guó)跑車的代表保時(shí)捷911也同樣全系采用麥弗遜懸架，這足以表現(xiàn)出麥弗遜懸架應(yīng)用的廣泛。 螺旋彈簧五連桿非獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，通過(guò)一根硬軸將左右兩個(gè)車輪相連，再將硬軸與車身相連。早期的整體橋采用的是鋼板彈簧，現(xiàn)在則多數(shù)采用螺旋彈簧作為彈性元件。這種懸掛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受很大扭力，同時(shí)采用螺旋彈簧的整體橋懸掛具備更大的行程，在復(fù)雜的越野路面行駛時(shí)，可以讓四輪獲得更好的抓地力，所以延續(xù)了越野血統(tǒng)的車型大多依然采用后整體橋或者前后整體橋的結(jié)構(gòu)，比如奔馳G系列、路虎衛(wèi)士、吉普牧馬人等等。硬派的城市SUV如榮威W5、長(zhǎng)城H5、陸風(fēng)X8的后懸也是采用整體橋式懸掛。硬軸加螺旋彈簧的設(shè)計(jì)，是以牧馬人為代表的5連桿整體橋式懸掛設(shè)計(jì)，除了一個(gè)橫向的止推桿外，硬軸兩邊各需要兩根連桿，因此構(gòu)成了5連桿。1.2整車參數(shù)確定一般在懸架設(shè)計(jì)之前，必須先完成與懸架設(shè)計(jì)相關(guān)的整車參數(shù)的確定，包括軸荷、簧載質(zhì)量的質(zhì)心離地高度、輪距和軸距等，本次設(shè)計(jì)所需要的整車參數(shù)見下表1，表1所示的參數(shù)參考自市場(chǎng)銷量較好的某小型五座商務(wù)車。前后軸距/Lx2790mm輪距/B1450mm1470mm空載質(zhì)量M1468kg空載軸荷m1、m2739kg729kg滿載質(zhì)量G2068kg滿載軸荷m3、m4866kg1202kg非簧載質(zhì)量m1、 m284kg116kg空載簧載質(zhì)量655kg613kg滿載簧載質(zhì)量782kg1086kg空載簧上質(zhì)量質(zhì)心高度hg664mm輪胎型號(hào)205/50R16驅(qū)動(dòng)形式后驅(qū)座位數(shù)無(wú)座表1 整車參數(shù)表1.3硬點(diǎn)參數(shù)在懸架設(shè)計(jì)之前，彈性元件與阻尼元件在設(shè)計(jì)狀態(tài)下的長(zhǎng)度需要由整車布置及懸架硬點(diǎn)來(lái)決定，所謂懸架硬點(diǎn)，指的是懸架零部件安裝在車身或車架上或懸架內(nèi)部零部件互相連接時(shí)的整車坐標(biāo)位置；彈性元件與阻尼元件的力傳遞比也需要用到硬點(diǎn)參數(shù)來(lái)確定，另外，硬點(diǎn)參數(shù)與懸架幾何學(xué)、車輛動(dòng)力學(xué)等都是密不可分的，本次設(shè)計(jì)所用到的硬點(diǎn)參數(shù)如下表2XYZ前懸架減震器與車身安裝點(diǎn)38.297-551.393538.269擺臂與車架安裝前點(diǎn)-18.14-354.3-52.872擺臂與車架安裝后點(diǎn)315.66-395.4-55.872擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點(diǎn)-6.74-661.9-54.372輪心點(diǎn)0-731.730減震器與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點(diǎn)-28.04-611.268.928彈簧上安裝點(diǎn)32.86-554.3500.628彈簧下安裝點(diǎn)10.86-581.3355.728穩(wěn)定桿連接桿與減震器連接點(diǎn)-18.15-516.189251.845穩(wěn)定桿連接桿與穩(wěn)定桿連接點(diǎn)-39.925-521.7523.951穩(wěn)定桿與車架連接點(diǎn)182.735-381-0.519轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)點(diǎn)-126.5-365.5-30.6轉(zhuǎn)向拉桿外點(diǎn)-119.8-690.1-37.9后懸架縱臂與車身安裝點(diǎn)2246.188-518-121.233縱臂與后軸連接點(diǎn)2800.2-518-154.348斜拉桿與車身連接點(diǎn)2367.77-478.184-61.595斜拉桿與后軸連接點(diǎn)2786.002-399.95428.886推力桿與車身連接點(diǎn)2927.887512-43.894推力桿與后軸連接點(diǎn)2930.212-503.622-48.152后減震器與車身安裝點(diǎn)3079.444-568125.726后減震器與后軸連接點(diǎn)2851.178-568-176.778彈簧與車身連接點(diǎn)2639.212-510.578.428彈簧與縱臂連接點(diǎn)2662.119517.947-116.012后輪心點(diǎn)2797.49-739.3-56.385表2 懸架硬點(diǎn)參數(shù)表1.4零件表本次設(shè)計(jì)包括了前后懸架性能及零部件的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，零部件的設(shè)計(jì)則依賴于懸架性能的設(shè)計(jì)，懸架系統(tǒng)所包括得零部件有彈性元件（彈簧）、阻尼元件（減震器）、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)（控制臂）、橫向穩(wěn)定器、限位塊，本次設(shè)計(jì)所用到的零部件見下表3序號(hào)零件數(shù)量/單車前懸架1左右前減震器（包含限位塊）總成22左右前螺旋彈簧23左右前下控制臂總成24前橫向穩(wěn)定桿15前橫向穩(wěn)定桿連接桿2后懸架6左右后縱臂總成27左右后斜臂總成28橫向拉桿19后減震器總成210后螺旋彈簧211后限位塊2表3 零件表1.5懸架布置依據(jù)硬點(diǎn)參數(shù)，在CATIA軟件中用linestruction(線結(jié)構(gòu))代替零件，做成圖3所示懸架總成布置模型，其主要的目的是為了確定車輛在設(shè)計(jì)狀態(tài)（該設(shè)計(jì)為空載）下螺旋彈簧及減振器的長(zhǎng)度匹配關(guān)系。圖3 前后懸架線結(jié)構(gòu)布置模型圖第二章 垂向運(yùn)動(dòng)學(xué)所謂懸架的垂向運(yùn)動(dòng)學(xué)，是指懸架在豎直方向內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，一般車輛在通過(guò)不平滑的路面時(shí)，車輪總成會(huì)受到來(lái)自路面的沖擊，其對(duì)車輛的乘坐舒適性和行駛平順性有著至關(guān)重要的影響，一般在前期設(shè)計(jì)中，我們一般會(huì)依據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)通過(guò)對(duì)懸架偏頻的設(shè)計(jì)控制來(lái)達(dá)到基本的舒適性和平順性要求，另外，在垂向運(yùn)動(dòng)中，減振器配合彈簧，一同緩和沖擊，衰減振動(dòng)，另外，在懸架壓縮到底之前，限位塊也會(huì)起一定的緩沖作用，依據(jù)如上要求，我們對(duì)前后懸架的彈性元件（前后螺旋彈簧）、阻尼原件（前后減震器總成）和前后限位塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.1偏頻的設(shè)計(jì)偏頻的概念來(lái)自于單質(zhì)量單自由度系統(tǒng)，而單質(zhì)量單自由度系統(tǒng)又指不包含輪胎的四分之一懸架模型，對(duì)于車輛而言，偏頻是指簧上質(zhì)量的振動(dòng)頻率，而對(duì)于偏頻的大小，劉惟信、王霄峰、耶爾森.萊姆佩爾等中外著名學(xué)者或?qū)＜叶歼M(jìn)行過(guò)闡述，結(jié)果雖不盡相同，但卻又相差不遠(yuǎn)，對(duì)于滿載偏頻，一般定義在1.4Hz左右，原因是為了使簧載質(zhì)量的振動(dòng)頻率與人體的行走頻率盡量保持一致，使得人體能更加適應(yīng)車輛振動(dòng)，而人體的行走頻率則在11.6Hz之間，所以大多數(shù)車輛的偏頻基本都在這個(gè)范圍附件，對(duì)于轎車，因考慮到乘適性的要求，取偏下的范圍，一般滿載偏頻在1.0Hz左右，而載貨汽車，則考慮懸架承載能力的大小，滿載偏頻在1.8Hz左右；本次設(shè)計(jì)的車輛類型為軍用式越野車，對(duì)于軍用越野車，目前并沒有明確的偏頻范圍規(guī)定，但是考慮到行駛路況比較差，需要的抗沖擊能力較高，我們可以將偏頻范圍定義在轎車和貨車之間，對(duì)于前懸架，設(shè)計(jì)滿載偏頻在1.4Hz左右，后懸架1.5Hz左右?？紤]到需要較好的隔振能力，我們選取空載前懸偏頻為1.6Hz，則依據(jù)公式n=12Cm，C為懸架剛度；m為空載前懸單側(cè)簧載質(zhì)量，其值為空載單邊輪荷減去單邊非簧載質(zhì)量；前懸架剛度C1=42.n12.m1-m12=4*3.142*1.62*739-842=33.065N/mm為使前后懸架縱向角振動(dòng)盡量較小，前后懸架偏頻比一般在0.650.95之間，我們?nèi)】蛰d前后懸架偏頻比為0.86，則后懸架空載偏頻n2為n2=1.6*0.86=1.8605Hz同理算出后懸架懸架剛度C2=42.n12.m2-m22=41.842N/mm利用上述懸架剛度利用公式n=12Cm計(jì)算出前懸架滿載偏頻n3=1.464Hz，后懸架滿載偏頻n4=1.41Hz2.2撓度的設(shè)計(jì)懸架撓度分為靜撓度與動(dòng)撓度，懸架靜撓度是指車輛在滿載位置時(shí)，車輪在豎直方向位移的變化，可通過(guò)公式f=mgC來(lái)確定，則前懸架靜撓度f(wàn)1=m1-m12g.1C1=739-842*9.81*133.065=97.165mm同理，算出后懸架靜撓度f(wàn)2=m2-m22g.1C2=71.860mm 而懸架動(dòng)撓度則指的是懸架從滿載到極限位置時(shí)，車輪在豎直方向位移的變化量，動(dòng)撓度一般為靜撓度的1/22/3，同時(shí)懸架總行程耶爾森.萊姆佩爾懸架結(jié)構(gòu)及底盤力學(xué)一書中推薦不小于140mm，則我們?nèi)∏皯壹軇?dòng)撓度f(wàn)3=46mm，后懸架動(dòng)撓度f(wàn)4=70mm，則前懸架懸架總行程f1=f1+f3=97.165+46=143.165mm同理，后懸架懸架總行程f2=f2+f4=141.86mm.2.3懸架上下跳動(dòng)行程的設(shè)計(jì)前懸架空滿載行程變化值1=782-7392*33.065*9.81=6.38mm后懸架空滿載行程變化值2=1086-7292*41.842*9.81=41.85mm，依據(jù)耶爾森.萊姆佩爾懸架結(jié)構(gòu)及底盤力學(xué)對(duì)懸架行程的要求，即滿載懸架復(fù)原行程不小于50mm來(lái)滿足基本的懸架舒適性要求，則前后懸架在空載位置時(shí)的上下跳動(dòng)行程取值見下表4前懸架后懸架壓縮86mm98mm復(fù)原57mm44mm總行程143mm142mm表4 懸架上下跳動(dòng)行程表2.4螺旋彈簧的設(shè)計(jì)彈簧在懸架中最主要的功用是衰減來(lái)自車輪的沖擊，同時(shí)，在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，還提供側(cè)傾支撐，避免車輛出現(xiàn)過(guò)大的側(cè)傾角而出現(xiàn)側(cè)翻，另外，在車輛制動(dòng)和點(diǎn)頭時(shí)，又起到抗俯仰的功用，避免車輛在制動(dòng)或點(diǎn)頭時(shí)出現(xiàn)過(guò)大的俯仰角，使乘客不舒服；彈簧的種類比較多，有螺旋彈簧，鋼板彈簧，扭桿彈簧以及空氣彈簧，在乘用車中，最常見的是螺旋彈簧，相對(duì)于其他彈簧，螺旋彈簧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，所需要的布置空間小，行程較大，舒適性較好，但承載能力一般，且不如其他種類彈簧，由于以上特點(diǎn)，螺旋彈簧受到諸多轎車的青睞，而鋼板彈簧則受到諸多商用車的青睞，本次設(shè)計(jì)前后懸架彈簧都選擇螺旋彈簧，前懸架中，彈簧安裝在前減震器上，即下圖4，后懸架中，彈簧上端鏈接于車架上，下端與后縱臂連接，見下圖5。 圖4 前懸架螺旋彈簧布置圖圖 圖5 后懸架螺旋彈簧布置圖2.4.1懸架杠桿系數(shù)的設(shè)計(jì)一般我們所講的懸架剛度是指彈性元件和控制臂襯套集成到車輪中心的剛度，所以螺旋彈簧的剛度與懸架剛度之間存在位移傳遞比與力傳遞比，且在多數(shù)情況下，位移傳遞比與力傳遞比近似相等，力傳遞比與位移傳遞比具體數(shù)值的確定，我們可以參考耶爾森.萊姆佩爾懸架結(jié)構(gòu)及底盤力學(xué)中的計(jì)算公式，其中，麥弗遜懸架力傳遞比與位移傳遞比的計(jì)算公式為i=1+tan2-1+tan2(-1)式中：為主銷后傾角，1為前懸架彈簧軸線與YZ平面夾角，為主銷內(nèi)傾角，1為彈簧軸線與XZ平面夾角，具體數(shù)值見下圖6（注:四輪定位參數(shù)后面會(huì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，整車坐標(biāo)系為標(biāo)準(zhǔn)的ISO坐標(biāo)系）圖6 前懸架杠桿系數(shù)計(jì)算所需參數(shù)圖則前懸架杠桿系數(shù)i1=1+tan2-1+tan2-1=1+tan210.533-7.91+tan2(7.191-4.272)=1.044后懸架為縱臂式懸架，其力傳遞比與位移傳遞比的計(jì)算參考耶爾森.萊姆佩爾懸架結(jié)構(gòu)及底盤力學(xué)縱臂式懸架傳遞比的計(jì)算公式i=ab1+tan2+tan2)式中：a為縱臂長(zhǎng)度，b為縱臂前安裝點(diǎn)到彈簧下安裝點(diǎn)的距離，為彈簧軸線與YZ平面夾角，為彈簧軸線與XZ平面夾角，具體數(shù)值見下圖7圖7 后懸架杠桿系數(shù)參數(shù)圖則后懸架杠桿系數(shù)i2=ab1+tan2+tan2) =555.001416.6731+tan27.062=1.332.4.2彈簧剛度的設(shè)計(jì)懸架剛度與彈簧剛度之間的函數(shù)關(guān)系為C=ki2+C1，k為彈簧鋼度，C1為橡膠襯套所提供的剛度，一般為彈簧剛度的5%15%利用上述公式求得前彈簧剛度k1=31N/mm，后彈簧剛度k2=69N/mm，確定以上二值為前后懸架螺旋彈簧的設(shè)計(jì)剛度。2.4.3空載彈簧長(zhǎng)度及彈簧上的載荷設(shè)計(jì)利用表2懸架硬點(diǎn)，提取出空載時(shí)前后懸架的彈簧長(zhǎng)度H1=188mm,H2=197mm空載彈簧載荷F=mg*i，其中，mg為懸架單邊簧上質(zhì)量，i為力傳遞比，則前簧簧上載荷F1=m1-m12g*1.044=739-842*9.81*1.044=3354.137N后簧簧上載荷F2=m2-m22g*1.33=739-842*9.81*1.044=3999N2.4.4彈簧在上下極限位置的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)彈簧在上下極限位置的長(zhǎng)度與懸架上下跳動(dòng)行程相對(duì)應(yīng)，對(duì)于前懸架，我們利用CATIA軟件DMU運(yùn)動(dòng)模塊搭建運(yùn)動(dòng)學(xué)模型圖8，利用懸架行程跟彈簧行程一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，進(jìn)而確定在前懸架上下極限位置時(shí)彈簧的長(zhǎng)度；考慮到后懸架彈簧與車輪一并跟隨后縱臂繞前安裝點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用此特點(diǎn)確定在后懸架上下極限位置時(shí)彈簧的長(zhǎng)度見圖9，懸架行程見表4，前后螺旋彈簧在上下極限位置時(shí)的具體長(zhǎng)度數(shù)值結(jié)果見表5 圖8 前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 圖9 后懸架彈簧及減震器各位置長(zhǎng)度圖前懸架后懸架上極限長(zhǎng)度104mm123 mm空載長(zhǎng)度188 mm197 mm下極限長(zhǎng)度248 mm230 mm表5 彈簧各位置對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度表2.4.5彈簧其他參數(shù)設(shè)計(jì)參考劉惟信汽車設(shè)計(jì)，對(duì)彈簧其他參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì) 前簧，選取壽命約為10e+310e+6的類彈簧，優(yōu)先選取中徑與線徑，二值的選取主要依賴經(jīng)驗(yàn)及參考對(duì)標(biāo)，取中徑Dm=140mm，線徑d=13.7mm，材料選55CrSiA，其力學(xué)參數(shù)如下表6材料彈性模量泊松比抗拉強(qiáng)度許用剪應(yīng)力t55CrSiA2.06E+50.291570MPa1000MPa表6 55CrSiA的力學(xué)性能參數(shù)表彈簧工作圈數(shù)利用公式（G為剪切彈性模量，G=8.3E+4MPa）i=Gd4k.8Dm3=13.74x8.3x10431x8x1403=4.2為了防止彈簧端部在工作過(guò)程中發(fā)生并圈現(xiàn)象，我們選取兩端內(nèi)彎結(jié)構(gòu)的彈簧，如下圖9圖10 兩端內(nèi)彎彈簧式樣圖總?cè)?shù)n利用公式n=i+1.5計(jì)算，n=5.7壓并高度Hs利用公式Hs=1.01d(n=1.25)=61.57248mm，彈簧無(wú)脫出風(fēng)險(xiǎn)。旋繞比C=Dm/d=140/13.7=10.22曲度系數(shù)K”利用公式K”=4C-14C-4+0.615C=4x10.22-14x10.22-4+0.61510.22=1.14各載荷對(duì)應(yīng)的應(yīng)力利用公式T=8PCK”d2來(lái)計(jì)算上極限應(yīng)力T1=8PCK”d2=8*5958.137*10.22*1.143.14*13.72=942.29MPa1000=t空載應(yīng)力T2=8PCK”d2=8*3354.137*10.22*1.143.14*13.72=530.46MPa下極限應(yīng)力T3=8PCK”d2=8*1494.137*10.22*1.143.14*13.72=236.30MPa疲勞壽命利用公式nc=1.808Ke10.13，其中Ke=0.74*(T1-T3)1.48-(T1+T3)，=t0.63=10000.63=1587.3MPa則Ke=0.74*(T1-T3)1.48-(T1+T3)=0.74*(942.29-236.30)1.48*1587.3-(942.29+236.3)=0.4463 nc=1.808Ke10.13=1.8080.446310.13=4.71e+4，壽命在初始預(yù)估壽命10e+310e+6范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)合理。失穩(wěn)校核：為了防止彈簧在上下彈簧盤內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)出現(xiàn)異響等問(wèn)題，我們選擇兩端固定的安裝方式，依據(jù)GB/T1239.6，其不失穩(wěn)的前提是高徑比b=L/Dm5.3前簧高徑比b=L/ Dm =296.2/140=2.125.3，無(wú)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn) 后簧的設(shè)計(jì)過(guò)程與前簧同理，具體過(guò)程不作贅述，其各項(xiàng)參數(shù)如下表7參數(shù)項(xiàng)數(shù)值備注參數(shù)項(xiàng)數(shù)值備注中徑Dm109.5mm自有長(zhǎng)度L255mm無(wú)脫出風(fēng)險(xiǎn)線徑d14.5mm旋繞比C7.55工作圈數(shù)i5.25曲度系數(shù)K”1.196總?cè)?shù)n6.75上極限應(yīng)力T1996.28MPa小于t并圈高度Hs80.55無(wú)并圈風(fēng)險(xiǎn)空載應(yīng)力T2437.58MPa上極限載荷P19105N下極限應(yīng)力T3188.42MPa下極限載荷P21722N疲勞壽命nc1.6e+4設(shè)計(jì)合理高徑比b2.33無(wú)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)表7 后螺旋彈簧參數(shù)表2.5減振器設(shè)計(jì)減震器最主要的功能是配合彈簧，使車輛在不平路面出現(xiàn)的顛簸振動(dòng)快速衰減，彈簧雖然也有衰減振動(dòng)的作用，減震器與彈簧最大的區(qū)別是減震器可以做功，通過(guò)做功的形式將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而達(dá)到減震的目的，另外，在車輛轉(zhuǎn)彎或俯仰時(shí)，減震器也起到減小車輛側(cè)傾率的功用；減振器的種類比較多，可分為主動(dòng)、半主動(dòng)及被動(dòng)減振器，可分為單筒式、雙筒式減振器，也有雙向作用、單向作用減振器，本次設(shè)計(jì)前后懸架都選擇目前最常見的雙向作用筒式減振器，其工作原理是減振器油液通過(guò)在四個(gè)減振器閥壓縮閥、伸張閥、流通閥和補(bǔ)償閥在儲(chǔ)油筒內(nèi)流動(dòng)，繼而產(chǎn)生阻尼力來(lái)達(dá)到緩和沖擊的效果，本次設(shè)計(jì)前后懸架都選擇雙向作用筒式減振器。2.5.1減震器長(zhǎng)度設(shè)計(jì)減振器在各位置長(zhǎng)度的確定方法同彈簧是一樣的，空載位置處通過(guò)硬點(diǎn)來(lái)提取，上下極限位置處的長(zhǎng)度，前懸架依賴DMU運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，通過(guò)減震器行程與懸架行程一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系來(lái)確定，后懸架通過(guò)縱臂的運(yùn)動(dòng)形式來(lái)確定，需要注意的是，為了防止在懸架上跳過(guò)程中活塞與底閥撞擊，減振器最小長(zhǎng)度一般至少比懸架上極限位置對(duì)應(yīng)的減振器長(zhǎng)度小10mm，前后懸架各位置對(duì)應(yīng)的減振器長(zhǎng)度確定方法同彈簧，具體過(guò)程不作贅述，結(jié)果見下表8前懸架后懸架對(duì)應(yīng)減震器長(zhǎng)度減振器設(shè)計(jì)長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)減震器長(zhǎng)度減振器設(shè)計(jì)長(zhǎng)度上極限433mm423mm300mm290mm空載517mm517mm379mm379mm下極限577mm577mm424mm424mm表8 前后減振器在各位置時(shí)的長(zhǎng)度尺寸表2.5.2前減震器阻尼力設(shè)計(jì)減振器在低速段一般通過(guò)流通閥與補(bǔ)償閥來(lái)控制阻尼力，伸張閥與壓縮閥并不打開，只有速度達(dá)到開閥速度時(shí)，卸荷閥才會(huì)打開，另外，卸荷閥打開前與打開后的阻尼力曲線斜率各自都是穩(wěn)定的，開閥速度，一般都在0.10.3m/s之間，由減振器內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)控制，我們選取V1=0.25m/s，閉閥速度，一般選取V=1m/s，螺簧懸架相對(duì)阻尼比米奇克汽車動(dòng)力學(xué)一書的推薦值通常為=0.25。減振器阻尼比通過(guò)公式=*2C*mg-mg2*i來(lái)確定，i為力傳遞比，前懸架在計(jì)算彈簧時(shí)已計(jì)算得知i=1.044，后懸架屬于非獨(dú)立懸架，減振器與后橋相連，計(jì)算原理與后彈簧相同，計(jì)算得i=1.0205，C為懸架剛度，前面已經(jīng)計(jì)算出， C1=33.044N/mm，C2=41.842N/mm則前減阻尼比=*2C*mg-mg2*i=0.25*2C*739-842*9.81*1000*1.044=1717.75卸荷閥打開前的阻尼力利用公式F= V*來(lái)計(jì)算，V1=0.25m/s時(shí)的阻尼力F1=0.25*1717.75=429.4375N，卸荷閥打開后的阻尼力通過(guò)平安比（周長(zhǎng)城懸架設(shè)計(jì)）來(lái)設(shè)計(jì)，平安比指減振器卸荷閥打開前段與打開后段阻尼比的比值，選取拉伸段1.0的平安比，壓縮段0.5的平安比，則拉伸閥系工作段的阻尼比=1717.75*1=1717.75，壓縮工作段阻尼比=1717.75*0.5=858.875，據(jù)此計(jì)算出前減震器在各個(gè)速度下的阻尼力見下表9V/(m/s)00.130.250.390.521.0拉伸阻尼力F/N0223.3075429.4375669.9225893.231717.75壓縮阻尼力F/N0-223.308-429.438-549.68-661.334-1073.59表9 前減震器阻尼力依據(jù)表9繪制出前減震器的速度阻尼曲線見下曲線1曲線1 前懸架減震器速度阻尼曲線2.5.3前減振器其他參數(shù)設(shè)計(jì)缸桶直徑的設(shè)計(jì)利用公式D=4Frp(1-2)，其中Fr為拉伸段最大阻力，依據(jù)表9中Fr=1717.75N，p為最大工作缸允許壓力，取34Mpa，為連桿直徑與缸筒直徑之比，一般在0.40.5，據(jù)此計(jì)算前減工作缸直徑D=4Frp(1-2)=4*1717.753.14*3.5*(1-0.452)=27.99mm依據(jù)QC/T 491-1999，缸徑可選30m，材料選擇#30鋼管，此時(shí)儲(chǔ)油桶的最大外徑需小于48mm，我們?nèi)?5mm，材料選擇Q235鋼管，防塵罩最大外徑56mm，材料選取PP，活塞桿直徑取一半為15mm，材料選#45，同時(shí)表面需經(jīng)過(guò)鍍鉻處理來(lái)達(dá)到耐腐蝕性與高光滑性的目的。2.5.4后減震器阻尼力設(shè)計(jì)后減震器阻尼力設(shè)計(jì)過(guò)程與前減同理，相對(duì)阻尼比亦取=0.25，開閥速度V1=0.25m/s，閉閥速度V=1m/s，拉伸段1.0的平安比，壓縮段0.5的平安比，則計(jì)算得到后減阻尼比=1827.28，0.25時(shí)的阻尼力為F1=0.25*1827.28=456.82N，拉伸閥系工作段的阻尼比=1717.75*1.0=1827.28，壓縮工作段阻尼比=1827.28*0.5=913.64，計(jì)算的得到后減震器在各個(gè)速度下的阻尼力見下表10V/(m/s)00.130.250.390.521.0拉伸阻尼力F/N0237.5464456.82712.6392950.18561827.28壓縮阻尼力F/N0-237.546-456.82-584.73-703.503-1142.05表10 后減震器阻尼力依據(jù)表10繪制出后減震器的速度阻尼曲線見下曲線2曲線2 后懸架減震器阻尼曲線2.5.5其他參數(shù)設(shè)計(jì)工作缸直徑D=4Frp(1-2)= D=4*1827.283.14*4*(1-0.42)=26.32mm依據(jù)QC/T 491-1999，缸徑可選30m，材料選擇#30鋼管，此時(shí)儲(chǔ)油桶的最大外徑需小于48mm，我們?nèi)?5mm，材料選擇Q235鋼管，防塵罩最大外徑56mm，基于輕量化考慮，材料選取PP，活塞桿直徑取一半為15mm，材料選#45，同時(shí)表面需經(jīng)過(guò)鍍鉻處理。2.5.6 減震器布置前減震器上端與車架連接，下端與轉(zhuǎn)向節(jié)連接，具體見下圖10，在前懸架中，螺旋彈簧布置在減震器上，組成了支柱式減震器總成，同時(shí)，前螺旋彈簧跟前減震器軸線偏心布置，其主要目的是減小前減震器油封處的側(cè)向力，避免在車輛運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，油封處承受過(guò)大的測(cè)量力導(dǎo)致減震器出現(xiàn)漏油問(wèn)題；后減震器上端與車架連接，下端與驅(qū)動(dòng)橋連接，具體見下圖11。 圖10 前減震器 圖11 后減震器2.6限位塊設(shè)計(jì)耶爾森.萊姆佩爾懸架結(jié)構(gòu)及底盤力學(xué)一書推薦在懸架行程的最后3050mm需要設(shè)計(jì)限位塊起緩沖及限位作用，我們選擇限位塊的長(zhǎng)度為40mm，材料選擇橡膠，對(duì)于橡膠材料，其最大壓縮量一般取總長(zhǎng)度的1/2，所以最大壓縮量為20mm，對(duì)于前懸架，緩沖塊圖12設(shè)計(jì)在減震器內(nèi)部，與活塞桿同軸線，空載位置與儲(chǔ)油桶上端的間隙值t1可以通過(guò)彈簧的空載長(zhǎng)度減去跳動(dòng)上極限位置，再減去最大壓縮量20mm，t1=188-104-20=64mm，后懸架，緩沖塊圖13設(shè)計(jì)在彈簧內(nèi)部，上端與車身鏈接，后縱臂內(nèi)設(shè)置緩沖塊座以便在工作過(guò)程中與緩沖塊撞擊，自由長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為40mm，空載位置與緩沖塊座的間隙值t2=197-123=54mm 圖12 前懸架限位塊圖 圖13 后懸架限位塊圖第三章 側(cè)傾運(yùn)動(dòng)學(xué)車輛在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，由于受到離心力的作用，會(huì)出現(xiàn)向彎道外側(cè)傾斜的現(xiàn)象，我們稱其為側(cè)傾，日本汽車工程學(xué)會(huì)曾做過(guò)統(tǒng)計(jì)，車輛的側(cè)傾增益一般約為7deg/g，而工程計(jì)算中，一般會(huì)通過(guò)0.4g的側(cè)向強(qiáng)度來(lái)校核車輛的側(cè)傾角大小，要求其值一般在1.5deg4deg范圍內(nèi)，其中，在側(cè)傾運(yùn)動(dòng)中除了彈簧之外，另一個(gè)與之關(guān)系比較大的則是橫向穩(wěn)定桿。3.1 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)利用懸架硬點(diǎn)參數(shù)確定橫向穩(wěn)定桿與車架的連接位置和穩(wěn)定桿與穩(wěn)定桿連接桿的連接位置，穩(wěn)定桿連接桿另一端與減震器連接，通過(guò)控制輪胎在豎直方向的位移來(lái)起到抗側(cè)傾的功用。3.1.1桿徑與拐點(diǎn)設(shè)計(jì)一般來(lái)講，大多數(shù)車輛所使用的橫向穩(wěn)定桿直徑為1825mm之間，我們選擇桿徑d=22mm，拐點(diǎn)處一般是應(yīng)力集中位置及容易疲勞破壞的位置，所以拐角一般會(huì)設(shè)計(jì)大于90deg，我們?cè)O(shè)計(jì)為104dg，材料選擇比較常用的彈簧鋼60Si2MnA，利用上述參數(shù)確定橫向穩(wěn)定桿具體形狀圖12，并利用CAE軟件Hyperworks對(duì)靜強(qiáng)度進(jìn)行校核來(lái)驗(yàn)證拐點(diǎn)角度設(shè)計(jì)的合理性。圖12 橫向穩(wěn)定桿3.1.2靜強(qiáng)度校核對(duì)于橫向穩(wěn)定桿來(lái)說(shuō)，應(yīng)力最大的位置應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)在車輪一端上跳，一端下跳的工況中，因此，我們通過(guò)前懸架DMU模型，確定懸架行程對(duì)應(yīng)的橫向穩(wěn)定桿端部位移，原理同確定彈簧的極限位置長(zhǎng)度一樣，結(jié)果見下表11懸架行程穩(wěn)定桿端部位移壓縮8682.4拉伸5755表11 穩(wěn)定桿端部位移結(jié)果表利用Hyperworks對(duì)穩(wěn)定桿3D數(shù)模劃分網(wǎng)格圖，由于對(duì)有限元軟件的運(yùn)用能力一般，此次網(wǎng)格的類型選擇四面體網(wǎng)格，劃分方式為自動(dòng)生成，與六面體網(wǎng)格相比，四面體網(wǎng)格精度會(huì)相對(duì)差一點(diǎn)，但優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)格劃分相對(duì)比較簡(jiǎn)單，劃分速度較快，網(wǎng)格劃分完之后，賦予下表12所示的材料參數(shù)材料彈性模量泊松比密度拉斷強(qiáng)度60Si2MnA2.06E+50.297.74E-91570MPa表12 60Si2MnA材料參數(shù)表與車架連接處約束123三個(gè)移動(dòng)自由度，在端部加載上表所示的位移，具體見下圖12，圖12 穩(wěn)定桿網(wǎng)格及約束加載模擬一端上跳，一端下跳的工況，應(yīng)力云圖結(jié)果見圖13圖13 靜強(qiáng)度應(yīng)力云圖結(jié)果顯示，穩(wěn)定桿在工作過(guò)程中的最大應(yīng)力為1431MPa，小于60Si2MnA材料的抗拉強(qiáng)度1570MPa，該