重型汽车悬架系统设计

2.4悬架的主要特性2.4.1 悬架的垂直弹性特性汽车悬架的垂直弹性特性表示作用在悬架上的垂直载荷与在轮轴上方的变形之间的关系。图2-1 悬架弹性特性曲线弹住特性上任意点的悬架刚度c，为： (2-1)当簧下质量固定不动时，而又无减震器时，簧上质量的自由振动偏频仅与有效静挠度有关 (2-2)2.4.2 减振器的特性减振器阻力P与其活塞位移速度y之间的关系。经常用的是双向作用的，具有非对称特性及卸荷阀的减振器。在现有的减振器中，复原阻力系数比压缩阻力系数要大26倍。减震器的外特性主要指的是阻力-速度特性10，特性图如下图。图2-2 减震器的外特性3 汽车板簧的设计 （1）一般性要求 汽车钢板簧应符合中华人民共和国汽车行业标准的要求，并且能够按照经该规定批准审核的图样以及技术要求进行加工生产，如果碰到有特殊情况的，在设计汽车钢板簧前应和生产厂家另订协定，还要在产品图样上标明。 汽车弹簧片不能存在在使用过程中出现过热过少等缺陷。 汽车板弹簧片在拉伸表面，按照ZB To6 001标准进行表面喷丸。 汽车板弹簧片的摩擦表面上，在装配前，应将石墨润滑脂（片间有垫片的除外）涂抹在表面上。 汽车板簧总装后应该在表面涂漆。不过卷耳衬套（除装橡胶衬套的外），不能涂漆，此处采其用他防锈方法。 （2）材料 汽车板弹簧片的材料是在GB 1222的标准下挑选的热轧弹簧钢。 汽车板弹簧片要经过热处理，硬度范围是HB 375-444. 汽车板弹簧片的金相组织，必须符合JB 3782中的有关规定。 表一规定了对汽车钢板弹簧片每边总的脱碳层（炭素体+过渡层）深度的要求。（3）板簧尺寸精度 衬套中的汽车板弹簧卷轴线的倾斜（如图1图2的两个方向上），其偏差不大于1%。3.1 汽车板簧的抗疲劳检验项目以及检验方法 对汽车板簧的抗疲劳强度检验的方法主要分为三种：程序抗疲劳检验法、标准检验法、随机抗疲劳检验法。 (1)程序抗疲劳检验法，能够很真实清楚的反应出模拟板簧所受到的应力，这种检验方法能够在各种情况下加载不同的应力载荷，并且能够建立室内的程序抗疲劳强度载荷的加载谱。 （2）标准板簧抗疲劳强度检验法，也叫做等幅抗疲劳强度检验法，这种方法是采用循环脉动装置，来模拟汽车在运动情况下，带给板簧的载荷，它能够以一种固定的频率加载载荷，并且用疲劳试验次数作为检验结果。 （3）随机抗疲劳检验法，这里的随机并不是完全意义上的随机，而是在某种特定的条件下进行的随机检验，这种方法是用可变的载荷进行检验的，那第一种与之比较有点落后，因为这种方法的载荷平均值以及幅值能够随意的变化，其检验次数也是任意可变的，综上所述，这种方法比较接近于汽车在实际状况中所受应力的情况。 以上对汽车板簧抗疲劳强度的检验方法，各有优缺点，那第二种来说，第二种检验方法是最早期的检验方法，也是最简单的方法，因为检验的标准一样，从而让检验具有了可比性，比如不同厂家或者不同车间再或者同一试件在技术改进前后，都可进行比较，可以直观的看出其优劣性。上面涉及到的方法一和三，是近几年才出现的比较新的检验方法，他们的优点就是先进，因为这两种方法可以将试件在一种虚拟的真实情况下进行检验，就拿程序抗疲劳强度检验法法来说，这种方法的6级检验程序每一个循环，就代表汽车在试车场跑了半圈，通过这种方法，就可以比较真实的将板簧寿命与汽车行驶的里程联系起来。3.2 汽车板簧抗疲劳强度检验方法汽车钢板弹簧的检验方法上面也介绍了很多，这里是本次设计中所采用的对于汽车钢板弹簧的检验方法，下面是具体的介绍：汽车板簧的抗疲劳强度实验、板簧在垂直负荷下的永久变形实验，其中抗疲劳强度实验包括：垂直负荷下的永久变形试验、汽车板簧的特性试验、垂直负荷下的疲劳试验。1）试验中的支撑与夹持措施图3所示的为带有卷耳的汽车板簧。如图所示，板簧的固定是用销将卷耳固定在小车上，其他地方应参照图纸与规定支撑。 3 悬架对汽车主要性能的影响悬架型式、导向杆系的布置以及悬架参数的选择等对汽车性能的影响，并不是孤立的，而是存在着一定的内在联系。为此从不同角度去分析汽车各种性能的影响。3.1悬架对汽车平顺性的影响良好的汽车行驶平顺性不仅能保证乘员的舒适与所运货物的完整无损，而且还可以提高汽车的运输生产率、降低燃油消耗、延长零件的使用寿命及提高零件的工作可靠性等。目前主要参照国际标准ISO2631来评价汽车平顺性，它把乘员承受的疲劳-降低工效界限表示为振动加速度均方根值随频率变化的函数。对垂直振动而言，人体对48Hz的振动最敏感，所以这一频带的界限值最低。为使人体承受的振动不超过规定的界限值，主要靠悬架来降低车身振动加速度均方根值。在一定随机路面不平度的输入下，车身加速度的均方根值的大小，取决于车身加速度对路面不平度g的幅频特性“/g”，与车身在悬架上振动的固有频率n、非周期性系数及非簧载质量m的大小有关。从下图可以看出，当车身固有频率越低曲线越低，车身加速度均方根值越小。图3-1 幅频特性曲线3.1.1悬架弹性特性对汽车行驶平顺性的影响1车身固有振动频率11 13若不考虑轮胎和减震器的影响，则车身固有频率 = Hz (3-1)式中 固有角振动频率，rad/s C悬架刚度，N/m M簧载质量，kg由于在静载荷作用下悬架的静挠度= (3-2)则 = (3-3)当以每秒振动次数表示时， = Hz (3-4)式中静挠度，cm。是指汽车满载静止时悬架上的载荷F与此时的悬架刚度c之比。从上述公式中可见，车身振动的固有频率由簧载质量M、悬架刚度c或由悬架静挠度决定。由试验得知，为了保持汽车具有良好的平顺性，车身振动的固有频率应接近人体所习惯的步行时的身体上、下运动的频率11.4Hz(6085次/min)，振动的加速度的极限允许值为0.30.4g。从保持所运货物完整性的观点出发，车身振动加速度也不能过大，如果车身加速度达到1g，则未经固定的货物可能离开车厢底板。因此为保证所运货物完整无损，振动加速度的极限值不应超过0.60.7g。悬架的动挠度是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形(通常指缓冲块压缩到其自由高度的12或23)时，车轮中心相对车架(或车身)的垂直位移。从图3-1可知，车身固有频率低于3Hz就可以保证人体最敏感的48Hz处于减震区。值越低，车身加速度的均方根值越小。但在悬架设计时，值不能选得太低，这主要是值降低，悬架的动挠度就增大，在布置上若不能保证足够大小的限位行程，就会使限位块撞击的概率增加。另外，值选得过低，悬架设计不选取一定措施，就会增大制动“点头“角和转弯侧倾角，使空、满载是车身高度的变化过大。各种车型车身固有频率的实用范围为：货车1.52Hz；旅行客车1.21.8Hz；高级轿车11.3Hz。2 弹性特性在悬架设计中，通常把力和变形的关系的关系曲线，即车轮受到的垂直外力与由此所引起的车轮中心相对于车身位移的关系曲线，称为悬架的弹性特性曲线，曲线的斜率为悬架的刚度。a、线性弹性特性线性弹性特性，即悬架变形与所受载荷成比例地变化。其刚度G是常数。一般钢板弹簧悬架即属此类。具有线性弹性特性的汽车，在使用中其车身振动的固有频率将随装载的多少而改变，尤其是后悬架载荷变化很大的货车和大客车，这种变化会使汽车前后悬架的频率相差过大，结果导致汽车车身的猛烈颠簸(纵向角振动)，因而使汽车行驶平顺性变坏。图3-2 弹性特性曲线a线性弹性弹性 b非线性弹性特性b、非线性弹性特性非线性弹性特性的悬架，即悬架的刚度可随载荷的改变而变化，也称变刚度悬架。由于刚度c随载荷而改变，可以使得在载荷变化时，保持车身振动的固有频率不变，从而获得良好的汽车行驶平顺性。这时，在曲线上任意点M，必须满足P=f=常数 (3-5)式中 P特性曲线上任意点M的载荷； 任意点M的悬架刚度；f求刚度时的次切矩(不是悬架从原点的变形)，也有人称f为悬架的折算静挠度； 在静载荷时，为汽车获得较为良好平顺性所要求的悬架静挠度。因为 = (3-6)可将上式改写成 = (3-7)积分得 ln P=+A (3-8)因为当f=时，P=所以 A= ln-1 (3-9)因此 P=这就是说不管载荷如何变，为保持车身固有频率不变，当载荷P等于大于时，悬架的特性应该是按指数函数的规律变化。然而，这种较为理想的弹性特性的悬架是难于实现的。目前，在悬架设计中，只不过是力求减小固有频率随载荷而变化的幅度(或范围)，从而不同程度地改善汽车行驶平顺性。非线性的悬架掸性特性可以采用适当的悬架结构(导向机构)或弹性元件(如加辅助弹簧、调节弹簧、空气弹簧等)来实现。7