重型汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計

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2.4懸架的主要特性 2.4.1 懸架的垂直彈性特性 汽車懸架的垂直彈性特性表示作用在懸架上的垂直載荷與在輪軸上方的變形之間的關(guān)系。 圖2-1 懸架彈性特性曲線 彈住特性上任意點的懸架剛度c，為： (2-1) 當簧下質(zhì)量固定不動時，而又無減震器時，簧上質(zhì)量的自由振動偏頻僅與有效靜撓度有關(guān) (2-2) 2.4.2 減振器的特性 減振器阻力P與其活塞位移速度y之間的關(guān)系。 經(jīng)常用的是雙向作用的，具有非對稱特性及卸荷閥的減振器。在現(xiàn)有的減振器中，復原阻力系數(shù)比壓縮阻力系數(shù)要大2—6倍。 減震器的外特性主要指的是阻力-速度特性[10]，特性圖如下圖。 圖2-2 減震器的外特性 3 汽車板簧的設(shè)計 （1）一般性要求 ①汽車鋼板簧應(yīng)符合中華人民共和國汽車行業(yè)標準的要求，并且能夠按照經(jīng)該規(guī)定批準審核的圖樣以及技術(shù)要求進行加工生產(chǎn)，如果碰到有特殊情況的，在設(shè)計汽車鋼板簧前應(yīng)和生產(chǎn)廠家另訂協(xié)定，還要在產(chǎn)品圖樣上標明。 ②汽車彈簧片不能存在在使用過程中出現(xiàn)過熱過少等缺陷。 ③汽車板彈簧片在拉伸表面，按照ZB To6 001標準進行表面噴丸。 ④汽車板彈簧片的摩擦表面上，在裝配前，應(yīng)將石墨潤滑脂（片間有墊片的除外）涂抹在表面上。 ⑤汽車板簧總裝后應(yīng)該在表面涂漆。不過卷耳襯套（除裝橡膠襯套的外），不能涂漆，此處采其用他防銹方法。 （2）材料 ①汽車板彈簧片的材料是在GB 1222的標準下挑選的熱軋彈簧鋼。 ②汽車板彈簧片要經(jīng)過熱處理，硬度范圍是HB 375-444. ③汽車板彈簧片的金相組織，必須符合JB 3782中的有關(guān)規(guī)定。 ④表一規(guī)定了對汽車鋼板彈簧片每邊總的脫碳層（炭素體+過渡層）深度的要求。 （3）板簧尺寸精度 ①襯套中的汽車板彈簧卷軸線的傾斜（如圖1圖2的兩個方向上），其偏差不大于1%。 3.1 汽車板簧的抗疲勞檢驗項目以及檢驗方法 對汽車板簧的抗疲勞強度檢驗的方法主要分為三種：程序抗疲勞檢驗法、標準檢驗法、隨機抗疲勞檢驗法。 (1)程序抗疲勞檢驗法，能夠很真實清楚的反應(yīng)出模擬板簧所受到的應(yīng)力，這種檢驗方法能夠在各種情況下加載不同的應(yīng)力載荷，并且能夠建立室內(nèi)的程序抗疲勞強度載荷的加載譜。 （2）標準板簧抗疲勞強度檢驗法，也叫做等幅抗疲勞強度檢驗法，這種方法是采用循環(huán)脈動裝置，來模擬汽車在運動情況下，帶給板簧的載荷，它能夠以一種固定的頻率加載載荷，并且用疲勞試驗次數(shù)作為檢驗結(jié)果。 （3）隨機抗疲勞檢驗法，這里的隨機并不是完全意義上的隨機，而是在某種特定的條件下進行的隨機檢驗，這種方法是用可變的載荷進行檢驗的，那第一種與之比較有點落后，因為這種方法的載荷平均值以及幅值能夠隨意的變化，其檢驗次數(shù)也是任意可變的，綜上所述， 這種方法比較接近于汽車在實際狀況中所受應(yīng)力的情況。 以上對汽車板簧抗疲勞強度的檢驗方法，各有優(yōu)缺點，那第二種來說，第二種檢驗方法是最早期的檢驗方法，也是最簡單的方法，因為檢驗的標準一樣，從而讓檢驗具有了可比性， 比如不同廠家或者不同車間再或者同一試件在技術(shù)改進前后，都可進行比較，可以直觀的看出其優(yōu)劣性。上面涉及到的方法一和三，是近幾年才出現(xiàn)的比較新的檢驗方法，他們的優(yōu)點就是先進，因為這兩種方法可以將試件在一種虛擬的真實情況下進行檢驗，就拿程序抗疲勞強度檢驗法法來說，這種方法的6級檢驗程序每一個循環(huán)，就代表汽車在試車場跑了半圈， 通過這種方法，就可以比較真實的將板簧壽命與汽車行駛的里程聯(lián)系起來。 3.2 汽車板簧抗疲勞強度檢驗方法 汽車鋼板彈簧的檢驗方法上面也介紹了很多，這里是本次設(shè)計中所采用的對 于汽車鋼板彈簧的檢驗方法，下面是具體的介紹：汽車板簧的抗疲勞強度實驗、 板簧在垂直負荷下的永久變形實驗，其中抗疲勞強度實驗包括：垂直負荷下的永久變形試驗、汽車板簧的特性試驗、垂直負荷下的疲勞試驗。 1）試驗中的支撐與夾持措施圖3所示的為帶有卷耳的汽車板簧。如圖所示，板簧的固定是用銷將卷耳固定在小車上，其他地方應(yīng)參照圖紙與規(guī)定支撐。 3 懸架對汽車主要性能的影響 懸架型式、導向桿系的布置以及懸架參數(shù)的選擇等對汽車性能的影響，并不是孤立的，而是存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系。為此從不同角度去分析汽車各種性能的影響。 3.1懸架對汽車平順性的影響 良好的汽車行駛平順性不僅能保證乘員的舒適與所運貨物的完整無損，而且還可以提高汽車的運輸生產(chǎn)率、降低燃油消耗、延長零件的使用壽命及提高零件的工作可靠性等。 目前主要參照國際標準ISO2631來評價汽車平順性，它把乘員承受的疲勞-降低工效界限表示為振動加速度均方根值隨頻率變化的函數(shù)。對垂直振動而言，人體對4—8Hz的振動最敏感，所以這一頻帶的界限值最低。為使人體承受的振動不超過規(guī)定的界限值，主要靠懸架來降低車身振動加速度均方根值。在一定隨機路面不平度的輸入下，車身加速度的均方根值的大小，取決于車身加速度對路面不平度g的幅頻特性“｜/g｜”，與車身在懸架上振動的固有頻率n、非周期性系數(shù)及非簧載質(zhì)量m的大小有關(guān)。從下圖可以看出，當車身固有頻率越低曲線越低，車身加速度均方根值越小。 圖3-1 幅頻特性曲線 3.1.1懸架彈性特性對汽車行駛平順性的影響 1車身固有振動頻率[11] ~[13] 若不考慮輪胎和減震器的影響，則車身固有頻率 == Hz (3-1) 式中 —固有角振動頻率，rad/s C—懸架剛度，N/m M—簧載質(zhì)量，kg 由于在靜載荷作用下懸架的靜撓度 = (3-2) 則 = (3-3) 當以每秒振動次數(shù)表示時， = Hz (3-4) 式中—靜撓度，cm。是指汽車滿載靜止時懸架上的載荷F與此時的懸架剛度c之比。 從上述公式中可見，車身振動的固有頻率由簧載質(zhì)量M、懸架剛度c或由懸架靜撓度決定。 由試驗得知，為了保持汽車具有良好的平順性，車身振動的固有頻率應(yīng)接近人體所習慣的步行時的身體上、下運動的頻率1～1.4Hz(60～85次/min)，振動的加速度的極限允許值為0.3～0.4g。 從保持所運貨物完整性的觀點出發(fā)，車身振動加速度也不能過大，如果車身加速度達到1g，則未經(jīng)固定的貨物可能離開車廂底板。因此為保證所運貨物完整無損，振動加速度的極限值不應(yīng)超過0.6～0.7g。 懸架的動撓度是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)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，車輪中心相對車架(或車身)的垂直位移。 從圖3-1可知，車身固有頻率低于3Hz就可以保證人體最敏感的4～8Hz處于減震區(qū)。值越低，車身加速度的均方根值越小。但在懸架設(shè)計時，值不能選得太低，這主要是值降低，懸架的動撓度就增大，在布置上若不能保證足夠大小的限位行程，就會使限位塊撞擊的概率增加。另外，值選得過低，懸架設(shè)計不選取一定措施，就會增大制動“點頭“角和轉(zhuǎn)彎側(cè)傾角，使空、滿載是車身高度的變化過大。各種車型車身固有頻率的實用范圍為：貨車1.5～2Hz；旅行客車1.2～1.8Hz；高級轎車1～1.3Hz。 2 彈性特性 在懸架設(shè)計中，通常把力和變形的關(guān)系的關(guān)系曲線，即車輪受到的垂直外力與由此所引起的車輪中心相對于車身位移的關(guān)系曲線，稱為懸架的彈性特性曲線，曲線的斜率為懸架的剛度。 a、線性彈性特性 線性彈性特性，即懸架變形與所受載荷成比例地變化。其剛度G是常數(shù)。一般鋼板彈簧懸架即屬此類。 具有線性彈性特性的汽車，在使用中其車身振動的固有頻率將隨裝載的多少而改變，尤其是后懸架載荷變化很大的貨車和大客車，這種變化會使汽車前后懸架的頻率相差過大，結(jié)果導致汽車車身的猛烈顛簸(縱向角振動)，因而使汽車行駛平順性變壞。 圖3-2 彈性特性曲線 a——線性彈性彈性 b——非線性彈性特性 b、非線性彈性特性 非線性彈性特性的懸架，即懸架的剛度可隨載荷的改變而變化，也稱變剛度懸架。由于剛度c隨載荷而改變，可以使得在載荷變化時，保持車身振動的固有頻率不變，從而獲得良好的汽車行駛平順性。這時，在曲線上任意點M，必須滿足 P／=f==常數(shù) (3-5) 式中 P—特性曲線上任意點M的載荷； —任意點M的懸架剛度； f—求剛度時的次切矩(不是懸架從原點的變形)，也有人稱f為懸架的折算靜撓度； —在靜載荷時，為汽車獲得較為良好平順性所要求的懸架靜撓度。 因為 = (3-6) 可將上式改寫成 = (3-7) 積分得 ln P=+A (3-8) 因為當f=時，P= 所以 A= ln-1 (3-9) 因此 P= 這就是說．不管載荷如何變，為保持車身固有頻率不變，當載荷P等于大于時，懸架的特性應(yīng)該是按指數(shù)函數(shù)的規(guī)律變化。然而，這種較為理想的彈性特性的懸架是難于實現(xiàn)的。 目前，在懸架設(shè)計中，只不過是力求減小固有頻率隨載荷而變化的幅度(或范圍)，從而不同程度地改善汽車行駛平順性。 非線性的懸架撣性特性可以采用適當?shù)膽壹芙Y(jié)構(gòu)(導向機構(gòu))或彈性元件(如加輔助彈簧、調(diào)節(jié)彈簧、空氣彈簧等)來實現(xiàn)。 7