越野車前懸架優(yōu)化設計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 第 1章 緒 論 根據(jù)導向機構的結構特點，汽車懸架可以分為非獨立懸架和獨立懸架。非獨立懸架兩側的車輪由一根整體式車橋相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架與車架連接。特點是當一側的車輪遇到路面沖擊而跳動時，必然導致另一側車輪在汽車橫向平面內擺動。非獨立懸架由于非簧載質量比較大，高速行駛時懸架受到?jīng)_擊載荷比較大，平順性較差。獨立懸架的車橋做成斷開的，每一側車輪可以單獨通過彈性懸架與車架連接。 結構較非獨立懸架復雜，但兩側的車輪單獨跳動時互不影響，可以提高乘坐的舒適性和平順性。獨立懸架使得發(fā)動機 可放低安裝，有利于降低汽車重心，并使結構緊湊。獨立懸架允許前輪有大的跳動空間，有利于轉向，便于選擇軟的彈簧元件使平順性得到改善。同時獨立懸架非簧載質量小，可提高汽車車輪的附著性。 按照彈性原件的種類，汽車懸架又可以分為鋼板彈簧懸架、螺旋彈簧懸架、扭桿彈簧懸架、空氣懸架以及油氣懸架等。鋼板彈簧又叫葉片彈簧，它是由若干不等長的合金彈簧片疊加在一起組合成一根近似等強度的梁。鋼板彈簧在載荷作用下變形，各片之間因相對滑動而產(chǎn)生摩擦，可促使車架的振動衰減。鋼板彈簧本身還兼起導向機構的作用，可不必單設導向裝置，使結構簡化 ，并且由于彈簧各片之間摩擦引起一定減振作用。螺旋彈簧是用彈簧鋼鋼棒料卷制而成，它們有剛度不變的圓柱形螺旋彈簧和剛度可變的圓錐形螺旋彈簧。螺旋彈簧大多應用在獨立懸架上，尤以前輪獨立懸架采用廣泛。由于螺旋彈簧只承受垂直載荷，它用做彈性元件的懸架要加設導向機構和減振器。它與鋼板彈簧相比具有不需潤滑，防污性強，占用縱向空間小，彈簧本身質量小的特點，因而現(xiàn)代轎車上廣泛采用。 按照作用原理，可以分為被動懸架、半主動懸架和主動懸架 1。目前多數(shù)汽車上都采用被動懸架，汽車姿態(tài)只能被動地取決于路面及行駛狀況和汽車的彈性元件 ，導向機構以及減振器這些機械零件。 半主動懸架根據(jù)簧上質量相對車輪的速度響應、加速度響應等反饋信號，按照一定的控制規(guī)律調節(jié)彈簧的阻尼力或者剛度。半主動懸架產(chǎn)生力的方式與被動懸架相似，但其阻尼或剛度系數(shù)可根據(jù)運行狀態(tài)調節(jié)，這和主動懸架極為相似。有級式半主動懸架是將阻尼分成幾級，阻尼級由駕駛員根據(jù) “ 路感 ” 選擇或由傳感器信號自動選擇。無級式半主動懸架根據(jù)汽車行駛的路面條件和行駛狀態(tài)，對懸架的阻尼在幾毫秒內由買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 小到最大進行無級調節(jié)。由于半主動懸架結構簡單，工作時不需要消耗車輛的動力，而且可取得與主動懸架相近的性 能，具有很好的發(fā)展前景。 主動懸架可以能動地控制垂直振動及其車身姿態(tài)，根據(jù)路面和行駛工況自動調整懸架剛度和阻尼。 前面已經(jīng)介紹了，汽車懸架按其振動的控制方式分為被動、半主動和主動懸架 3種基本類型，經(jīng)典隔振理論認為被動懸架采用了一種優(yōu)化折中方案，不能兼顧提高乘坐舒適性與行駛安全性要求，主動懸架能獲得一個優(yōu)質的隔振系統(tǒng)，實現(xiàn)理想懸架的控制目標，但耗能大、液壓裝置噪聲大、成本高、結構復雜；半主動懸架系統(tǒng)可以輸入少量的調節(jié)能量來局部改變懸架系統(tǒng)的動特性 (剛度或阻尼系數(shù) )，僅僅消耗振動能量，而且結構簡單，可靠性高。由 于半主動懸架諸多的良好性能，且半主動懸架研究所涉及的關鍵技術是設計，因此車輛半主動懸架控制系統(tǒng)的研究具有重要意義。 1934 年世界上出現(xiàn)了第一個由螺旋彈簧組成的被動懸架。被被動懸架的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗或優(yōu)化設計的方法確定，在行駛過程中保持不變它是一系列路況的折中，很難適應各種復雜路況，減振的效果較差。為了克服這種缺陷，采用了非線性剛度彈簧和車身高度調節(jié)的方法，雖然有一定成效，但無法根除被動懸架的弊端。被動懸架主要應用于中低檔轎車上，現(xiàn)代轎車的前懸架一般采用帶有橫向穩(wěn)定桿的麥弗遜式懸架，比如桑塔納 、夏利、賽歐等車，后懸架的選擇較多，主要有復合式縱擺臂懸架和多連桿懸架。 隨著道路交通的不斷發(fā)展，汽車車速有了很大的提高，被動懸架的缺陷逐漸成為提高汽車性能的瓶頸，為此人們開發(fā)了能兼顧舒適和操縱穩(wěn)定的主動懸架。主動懸架的概念是 1954 年美國通用汽車公司在懸架設計中率先提出的。 20 世紀 80 年代，世界各大著名的汽車公司和生產(chǎn)廠家競相研制開發(fā)這種懸架。 特點是乘坐非常舒服，但結構復雜、能耗高，成本昂貴，可靠性存在問題。 由于種種原因，我國的汽車絕大部分采用被動懸架。在半主動和主動懸架的研究方面起步晚，與國外的差 距大在西方發(fā)達國家，半主動懸架在 20 世紀 80 年代后期趨于成熟，福特公司和日產(chǎn)公司首先在轎車上應用，取得了較好的效果主動懸架雖然提出早，但由于控制復雜，并且牽涉到許多學科，一直很難有大的突破。進入 20 世紀90 年代，僅應用于排氣量大的豪華汽車，未見國內汽車產(chǎn)品采用此技術的報道，只有北京理工大學和同濟大學等少數(shù)幾個單位對主動懸架展開研究。主動懸架的平順性能最好。它采用許多新興的控制技術和使用大量電子器件，可使懸架的穩(wěn)定性得到保證因此，主動懸架的平順性和操縱穩(wěn)定性是最好的，是汽車懸架必然的發(fā)展方向。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 990 年，西 班牙學者 人用八自由度模型在時域和頻域分別進行了優(yōu)化研究，取得了與上述相似的結果。 被動懸架是傳統(tǒng)的機械結構 ， 剛度和阻尼都是不可調的 ， 依照隨機振動理論，它只能保證在特定的路況下達到較好效果。但它的理論成熟、結構簡單、性能可靠，成本相對低廉且不需額外能量，因而應用最為廣泛。在我國現(xiàn)階段，仍然有較高的 研究價值。 被動懸架性能的研究主要集中在三個 方面 :通過對汽車進行受力分析后，建立數(shù)學模型，然后再用計算機仿真技術或有限元法尋找懸架的最優(yōu)參數(shù)；研究可變剛度彈簧和可變阻尼的減振器，使懸 架在絕大部分路況上保持良好的運行狀 態(tài)； 研究導向機構，使汽車懸架在滿足平順性的前提下，穩(wěn)定性有大的提高。 主動懸架的概念早在 1954 年就被提出了。 20 世紀 60 年代， 善了主動懸架的基本構成和控制規(guī)律，證明了 “全主動 ”懸架對車輛性能的提高。 80 年代初，一些裝備主動懸架系統(tǒng)的試驗樣車被生產(chǎn)出來，驗證了主動懸架對車輛性能的提高。 主動懸架使用液壓或電動機械的作動器代替?zhèn)鹘y(tǒng)被動懸架中的彈簧和減振器，作動器根據(jù)主動懸架控制規(guī)律輸出作用力。全主動懸架能夠根據(jù)車輛的工作狀態(tài)和路面的狀況進行自適應調 節(jié)， 抑制車體的振動，但其結構復雜，用到較多的懸掛設備，而且工作時需要獨立的能源供應，耗費大量的能量，另外，使用全主動懸架系統(tǒng)時還會引起其它的負面問題，如非懸掛質量的共振現(xiàn)象，這就使得全主動懸架系統(tǒng)的應用受到限制。 主動懸架研究也集中在兩個方面 : 可靠性； 執(zhí)行器。由于主動懸架采用了大量的傳感器、單片機、輸出輸入電路和各種接口，元器件的增加降低了懸架的可靠性，所以加大元件的集成程度，是一個不可逾越的階段。執(zhí)行器的研究主要是用電動器件代替液壓器件卜電氣動力系統(tǒng)中的直線伺服電機和永磁直流直線伺服電機具有較多的優(yōu)點，今 后將會取代液壓執(zhí)行機構。運用電磁蓄能原理，結合參數(shù)估計自校正控制器，可望設計出高性能低功耗的電磁蓄能式自適應主動懸架，使主動懸架由理論轉化為實際應用。 1974 年， 于天棚阻尼的概念發(fā)明了半主動阻尼器。其生產(chǎn)應用始于 20 世紀 80 年代，但它對懸架性能的改善是有限的。 1975 年， M 人提出了 “開關 ”控制的半主動懸架，它能產(chǎn)生較大的阻尼力，這種懸架已應用到實際中。1986 年， 半主動懸架控制方法中引入了 法，改進了控制算法的穩(wěn)定性。 1988 年，日產(chǎn)公司研制了一種 “聲納 ”式半主動懸架，它可通過聲納裝置預測路面信息，懸架減振器有 “柔和 ”、 “適中 ”和 “穩(wěn)定 ”3種選擇狀態(tài)。 1994 年， 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 人使用了電流變和磁流變液體作為工作介質，研究了新型半主動懸架系統(tǒng)。美國司已經(jīng)利用磁流變液開發(fā)出半主動懸架系統(tǒng) 評為 1999 年世界 100 項重大發(fā)明之一。 2000 年，美國 司公布了它的商業(yè)磁流變材料()。 司也發(fā)布了它的磁流變減振器。半 主動懸架是指懸架彈性元件的剛度和減振器的阻尼系數(shù)之一可以根據(jù)需要進行調節(jié)控制的懸架。目前半主動懸架研究主要集中在調節(jié)減振器的阻尼系數(shù)方面，即將阻尼可控減振器作為執(zhí)行機構，通過傳感器檢測到的汽車行駛狀況和道路條件的變化以及車身的加速度，由 據(jù)控制策略發(fā)出脈沖控制信號，實現(xiàn)對減振器阻尼系數(shù)的無級可調。這種結構生產(chǎn)、使用、維護成本高；本文描述一種四級剛度減振彈簧，則是一種根據(jù)載荷狀況和道路條件自行調節(jié)剛度的一種新型結構，具有生產(chǎn)、使用、維護成本低的優(yōu)點。 半主動懸架的研究集中在兩個方面 : 執(zhí)行策略的研究； 執(zhí)行器的研究。阻尼可調減振器主要有兩種，一種是通過改變節(jié)流孔的大小調節(jié)阻尼，一種是通過改變減振液的粘性調節(jié)阻尼。節(jié)流孔的大小一般通過電磁閥或步進電機進行有級或無級的調節(jié)，這種方法成本較高，結構復雜。通過改變減振液的粘性來改變阻尼系數(shù)，具有結構簡單、成本低、無噪音和沖擊等特點，因此是目前發(fā)展的主要方向。在國外，改變減振液粘性的方法主要有電流變液體和磁流變液體兩種。北京理工大學的章一鳴教授進行了阻尼可調節(jié)半主動懸架的研究，林野進行了懸架自適應調節(jié)的控制決策研究，哈工大的陳卓如教授對車輛的自適應控制方面進行了研究 。執(zhí)行策略的研究是通過確定性能指標，然后進行控制器的設定。目前，模糊控制在這方面應用較多。 由于越野汽車大比例越野路面行駛要求，一般越野汽車采用非承載式車身結構，既車架和車身分開，有獨立的車架。 近年來隨著計算機虛擬設計、虛擬制造等一系列列新技術的應用和人們對越野汽車整車性能要求的不斷提高，中重型越野汽車獨立懸架技術逐漸被人們所重視。典型代表就是美國奧什科什 (司生產(chǎn)的 列，其采用雙橫臂獨立懸架系統(tǒng)，使懸架行程達到 400架性能得到了大幅提升，從而為第 三代越野汽車的設計研究指明方向。 我國的獨立懸架技術僅在輕型越野車及濟南汽車廠于 20 世紀 70 年代設計制造的8 中噸位軍用車上得到了應用，目前在重型越野車領域基本上屬于空白。因此國內主要越野車研發(fā)單位開始對中重型越野汽車獨立懸架技術進行研究，并取得了階段性成果。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 V 汽車懸架的設計是一個復雜的系統(tǒng)工程。其設計的成功與否決定著車輛的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性、舒適性等多方面的設計要求。這就對懸架設計人員提出較高的要求。利用 影響前懸架參數(shù)的兩側車輪同 向跳動和高速回正性及低速回正性三個試驗出發(fā)對前懸架參數(shù)進行優(yōu)化設計，能夠大大提高設計的效率和質量。 在我國傳統(tǒng)的設計方式中以手工繪圖或采用 制二維平面圖為主，無法滿足快速設計的需求，造成產(chǎn)品開發(fā)周期長、設計成本高。汽車產(chǎn)品開發(fā)工程正面臨三個重要方面的轉變 :從串行工程轉變到擴展企業(yè)范圍的并行工程；從零件的參數(shù)化建模轉變到產(chǎn)品的參數(shù)化建模；從基于二維工程圖紙的開發(fā)工程轉變到以三維實體模型為中心的開發(fā)過程。 傳統(tǒng)的汽車設計是由最初的設計 試驗 設計。在制造出樣品產(chǎn)品后，進行測試，測試合格，制造出產(chǎn)品 。如果不合格，重新設計，直到合格為止。在從設計到制造要經(jīng)過多次的重試，需要很長的時間，浪費了大量的人力和物力，并且延長了新產(chǎn)品的上市時間。隨著計算機技術的發(fā)展，人們改變了傳統(tǒng)的設計方法，特別是 種繪圖、分析軟件的推廣，使產(chǎn)品在設計開發(fā)階段，就將零部件設計和分析技術融合在一起，在計算機上建造出產(chǎn)品的整體模型，并對該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進行仿真分析，預測產(chǎn)品的整體性能，進而改進產(chǎn)品設計、提高產(chǎn)品性能?，F(xiàn)在汽車設計中大量采用虛擬樣機技術，大大提高了汽車的性能，提前了汽車的上市時間。 越野行駛最大平均車速是汽車越野機動性的核心技術指標，越野行駛最大平均車速越高汽車的機動性越高。但是越野路面最大平均車速的提升意味著地面對車輛的沖擊載荷的增大，意味著車輪接地性能 (車輛通過性 )的降低，意味著乘員舒適性的降低。怎樣在提升越野行駛最大平均車速，提高越野機動性的前提下，保證乘員的舒適性、車輛行駛安全性、車輛通過性、整車各主要部件可靠性、整車輕量化是越野汽車設計的重要工作。 明確獲得用戶需求和清晰地確定車輛實際使用環(huán)境是汽車研制核心工作。越野汽車與其他車輛最大的不同就是大比例地行駛在越野路面上，此時 整車扭轉變形大、扭轉載荷高。對這種大扭轉使用環(huán)境的設計也反映了越野汽車設計水平的高低。 懸架、車架、車身作為越野汽車主要承載和受力部件，起著承載整車部件和載荷，實現(xiàn)整車行駛和操控性能，吸收地面沖擊滿足乘員舒適性和貨物完好性要求等作用。三者的總質量占越野車總質量的 50%左右，因此三者對車輛承載能力、舒適性、通過性、輕量化和可靠性有著重要的影響。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2章 越野車懸架的初步設計 汽車懸架是車架 (或車身 ) 與車橋 (或車輪 )之間彈性連接的部件。主要州彈性元件、導向機構及減振器三個基本部分組成。此外，還可包括一些特 殊功能的部件，如緩沖塊和穩(wěn)定桿等?，F(xiàn)代汽車還采用了控制機構，形成可控式懸架。 汽車懸架把車身和車輪彈性地連接在一起。懸架的主要作用是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，比如支撐力、制動力和驅動力等，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動、保證乘員的舒適性、減小貨物和車輛本身的動載荷。 汽車懸架的工作原理是 : 當汽車輪胎受到?jīng)_擊時，彈性元件對沖擊進行緩沖，防止對汽車構件和人員造成損傷。但彈性件受到?jīng)_擊時會產(chǎn)生長時間持續(xù)的振動， 容易使駕駛員疲勞而發(fā)生車禍， 故減振元件必須快速衰減振動。當 車輪受到?jīng)_擊而跳動時， 使其運動軌跡符合一定的要求， 增加汽車的平順性和穩(wěn)定性。導向構件在傳力的同時，對方向進行控制。 懸架與汽車的多種使用性能有關，為滿足這些性能，懸架系統(tǒng)必須能滿足這些性能的要求 :首先，懸架系統(tǒng)要保證汽車有良好的行駛平順性，對以載人為主要目的的轎車來講，乘員在車中承受的振動加速度不能超過國標規(guī)定的界限值。其次，懸架要保證車身和車輪在共振區(qū)的振幅小，振動衰減快。再次，要能保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性，一方面懸架要保證車輪跳動時，車輪定位參數(shù)不發(fā)生很大的變化，另一方面要減小車輪的動載荷和車輪跳 動量。還有就是要保證車身在制動、轉彎、加速時穩(wěn)定，減小車身的俯仰和側傾。最后要保證懸架系統(tǒng)的可靠性，有足夠的剛度、強度和壽命。所以，汽車懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。同時，汽車懸架做為車架 (或車身 )與車軸 (或車輪 )之間作連接的傳力機件，又是保證汽車行駛安全的重要部件。因此，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術規(guī)格表，作為衡量轎車質量的指標之一。 與非獨立懸架相比，獨立懸架具有許多優(yōu)點：非懸掛質量小，懸架所受到并傳給車身的沖擊載荷小，有利于提高汽車的行駛平順性及輪胎的接地性能；左右車輪的跳動沒有直接的相 互影響，可減少車身的傾斜和振動；占用橫向空間少，便于發(fā)動機布置，可以降低發(fā)動機的安裝位置，從而降低汽車質心位置，有利于提高汽車的行駛穩(wěn)定性；易于實現(xiàn)驅動轉向等。所以此越野車前懸架采用獨立懸架。隨著高速公路網(wǎng)的快速發(fā)展，促使汽車速度不斷提高，使得非獨立懸架已不能滿足行駛平順性和操縱穩(wěn)定性等方面提出的要求。因此，獨立懸架獲得了很大的發(fā)展空間。獨立懸架的結構特買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 是，兩側的車輪各自獨立地與車架或車身彈性連接，因而具有很多優(yōu)點。獨立懸架中尤其是雙橫臂獨立懸架得到了廣泛的應用。 型和特點 式 這種懸架在車輪跳動時車輪傾角有顯著的變化，側滑量大、輪胎磨損嚴重，轉向輪采用這種懸架對轉向操縱有一定影響因此很少用于的前懸架。對后懸架來說汽車在小向心加速度行駛時車輪外傾角變化將增加汽車不足轉向因素而在大向心加速度時車身產(chǎn)生 “舉升 ”現(xiàn)象。單橫臂式懸架結構簡單、質量小、成本低，在早期轎車后懸架上采用得比較多，目前已很少使用。 單縱臂式懸架在車輪跳動時，車輪外傾角和前束不變，但后傾角變化較大，因此多用于不轉向的后輪。轉彎行駛時，由于車輪隨車身一起向外傾斜，后懸架采用這種懸架容易出現(xiàn)過多 轉向趨勢。單縱臂式懸架結構簡單、質量小，可以得到較大的室內空間，所以在前輪驅動汽車的后懸架上應用的比較多，目前被單斜臀式、麥弗遜式獨立懸架所代替。 介于單橫臂式和單縱臂式之間的一種懸架結構。擺臂的轉動軸線與汽車縱軸線所成角度在 0斜臂式懸架自 60 年代初問世以來，在后輪驅動汽車的后懸架上得到了廣泛應用。目前由于對汽車干順性和操縱穩(wěn)定性提出了更高要求，有些汽車采用了結構更復雜的雙橫臂式或多桿式獨立懸架。今后伴隨著后輪驅動汽的減少，單斜臂式懸架應用會逐漸減少。 這種 懸架主要優(yōu)點是，車輪運動特性比較好，左、右車輪在等幅正向或反向跳動時，車輪外傾角、前束及輪距無變化，汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。但這種懸梁在側向力作用時。呈過多轉向趨勢。另外，扭轉梁因強度關系，允許承受的載荷受到限制。扭轉梁式懸架結構簡單、成本低、在一些前置前驅動汽車的后懸架上應用得比較多。 雙橫臂式獨立懸架按其上、下橫臂的長短又分為等長雙橫臂式和不等長雙橫臂式兩種。等長雙橫臂式懸架在其車輪作上、下跳動時，可保持主銷傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會使輪胎磨損嚴重，故已很少采用，多為不等長雙橫臂 式懸架所取代。后一種形式的懸架在其車輪上、下跳動時，只要適當?shù)剡x擇上、下橫臂的長度，并合理布置，即可使輪距及車輪定位參數(shù)的變化量限定在允許的范圍內。這種不大的輪距買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 變，不引起車輪沿路面的側滑，而為輪胎的彈性變形所補償。因此，不等長雙橫臂獨立懸架能保證汽車有良好的行駛穩(wěn)定性，已為中高級轎車的前懸架所廣泛采用。 多桿式懸架主要優(yōu)點是，利用多桿控制車輪的空間運動軌跡，以便更好地控制車輪定位參數(shù)變化規(guī)律，得到更為滿意的汽車順從轉向特性，最大限度滿足汽車操縱性和平順性要求。缺點是零件數(shù)量多、結構復雜、要求 精度高。多桿式懸架是目前最為先進的懸架結構。 它可看成是上擺臂等效無限長的雙橫臂式獨立懸架。它的突出優(yōu)點是簡化了結構，減小了質量，節(jié)省了空間，有利于前部地板構造和發(fā)動機布置。它的缺點是：由于自由度少，懸架運動特性的可設計性不如雙橫臂懸架；振動通過上支點傳遞給汽車頭部，需采取相應的措施隔離振動、噪聲；減震器的活塞桿與導向套之間存在摩擦力，使得懸架的動剛度增加，彈性特性變差，小位移時這一影響更加顯著；對輪胎的不平衡性較敏感；減震器緊貼車輪布置，其空間很小，有些情況下不便于采用寬胎或加裝防滑鏈。 從上節(jié)中可知不等長雙橫臂式懸架可以通過合理選擇上、下橫臂的長度和布置方案，保證越野車有很好的行駛穩(wěn)定性，而且結構不是很復雜，因此本設計選用不等長雙橫臂獨立懸架，參考同類型車的整車參數(shù)，初步設定其整車參數(shù)為：前輪距 1500輪距 1500載質量 2106距 2630載前軸荷 848載后軸荷1258懸需彈簧剛度 懸所需彈簧剛度 懸非簧載質量 213胎規(guī)格為 0心高度 400 懸架靜撓度是指汽車滿載靜止時懸架上的載荷與此時懸架剛度 c 之比， 即： =/c （ 因現(xiàn)代汽車的質量分配系數(shù) 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。因此，汽車前、后部分車身的固有頻率可用下式表示： （ （ 當采用彈性特性為線性變化的懸架時： （ （ 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 式 ( ( ( (得： （ （ 式中： 為前、后懸架的剛度（ N/為前、后懸架（單邊）的簧上質量（ 一般對于采用鋼制彈簧的汽車，非常接近人體步行的自然頻率。越野汽車更大些。為了減少汽車的角振動，一般 汽車前、后懸架偏頻之比約為 =。 取 = 式 （ 和 （ 可得： 懸架動撓度是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，車輪中心相對車架（或車身）的垂直位移。要求懸架應有足夠大的動撓度，以防止在壞路面上行駛時經(jīng)常碰撞緩沖塊。對乘用車，取 =79客車，取 =58貨車取 =69這里，由于是越野車前 懸架，行駛工況惡劣，因此動撓度應取更大點 3，取 根據(jù)總布置要求及懸架的具體結構形式，得到設計載荷時彈簧的受力=g=彈簧高度 =235架在壓縮行程極限位置時彈簧高度 =175 初步選擇彈簧中徑 =95端碾細，根據(jù)工作條件，屬于 類載荷彈簧。選取汽車懸架 C 類油淬火回火彈簧（ 60絲，由汽車設計查得其切變模量 G=83 臺架試驗時伸張及壓縮極限位置相對于設計載荷位置的變形量 =113 初選鋼絲直 徑 d=14得其許用拉應力 =1569許用切應力： = （ 由得，因此： = 7 （ 式中： 彈簧中徑， d 彈簧鋼絲直徑， 簧工作圈數(shù)； G 彈簧材料的剪切模量，取 83000形量， 彈簧剛度。 總圈數(shù) n=+2=彈簧設計手冊應取 9。 完全并緊時載的彈簧高度： =2t= （ 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 X 式中： t=d/3 彈簧在完全壓緊時的載荷： =+()= （ 彈簧在臺架試驗伸張極限位置對應的載荷： =-=53440524N （ 彈簧在臺架試驗壓縮極限位置對應的載荷： =+= （ 彈簧在工作壓縮極限位置的載荷： =-)= （ 彈簧指數(shù)： C=/d= （ 曲度系數(shù)： =(4(4= （ = （ = （ = （ = （ 雖然 ，但是懸架工作時彈 簧設計對應的最大剪應力，對應懸架的極限壓縮狀態(tài)。 =)/ = （ 在給定條件下的循環(huán)次數(shù)： = （ 符合要求。 彈簧的自由高度： =+/= （ 取 =300 由 C=圖 13考文獻 3）的 =此彈簧最小工作高度=+d= =1；則 =+=于已經(jīng)設計出，易發(fā)現(xiàn)相對變形量 f/顯然比其臨界值小，因此彈簧穩(wěn)定。 器設計 減振器主要用來抑制彈簧吸震后反彈時的震蕩及來自路面的沖擊。在經(jīng)過不平路面時，雖然吸震彈簧可以過濾路面的震動，但彈簧自身還會有往復運動，而減震器就是買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 來抑制這種彈簧跳躍的。減震器太軟，車身就會上下跳躍，減震器太硬就會帶來太大的阻力，妨礙彈簧正常工作。 懸架用得最多的減震器是內部充有液體的液力式減震器。汽車車身和車輪振動時，減震器的液體 在流經(jīng)阻尼孔時的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動阻力，將振動能量轉變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍的空氣中去，達到迅速衰減振動的目的。如果能量的耗散僅僅是在壓縮行程或者是在伸張行程進行，這把這種減震器稱為單向作用式減震器；反之稱為雙向作用式減震器。本設計選用雙向作用式減震器。 根據(jù)結構形式不同，減震器分為搖臂式和筒式兩種筒式減震器又分為單筒式、雙筒式和充氣筒式三種。本設計選用雙筒式減震器。 我們用相對阻尼系數(shù)的大小來評定振動衰減的快慢程度。值大，振動能迅速衰減，同時又能將較大的路面沖擊力傳到車身 ；值小則反之。通常情況下，將壓縮行程時的相對阻尼系數(shù)取得小些，伸張行程時的相對阻尼系數(shù)取得大些。兩者之間保持有 =（ 關系。對于無內摩擦的彈性元件懸架，取 =于有內摩擦的彈性元件彈簧，值取小些。對于行駛路面條件較差的汽車，值應取大些，一般取 于是越野汽車，所以我取 =平均值）；為避免懸架碰撞車架，取。因此可計算出： = =減震器阻尼系數(shù)的確定 懸架系統(tǒng)固有振動頻率： = （ 式中： c 懸架系統(tǒng)的垂直剛度；簧上質量。因此可求得的減震器的阻尼系數(shù)： =2= （ 式中： n 雙 橫臂懸架的下臂長；減震器在下橫臂上的連接點到下橫臂在車身上鉸鏈點之間的距離。取 =；減震器軸線與鉛垂線之間的夾角，取。同理可算出伸張行程時的阻尼系數(shù) = 為求出減震器的最大卸荷力，先求出當減震器打開卸荷閥時活塞的速度即卸荷速度 =A=中：一般都在 A 車身振幅，取 40 因此 可求得在伸張時的最大卸荷力： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 = （ 的確定 根據(jù)伸張行程的最大卸荷力計算工作缸直徑： D= （ 式中： p工作缸最大允許壓力，取 34設計中取 桿直徑與缸筒直徑之比，雙筒式減震器取 =筒式減震器取 =設計中取 于減震器的工作缸直徑為 203040 45 5065幾種，本設計選 D=40料選 20 鋼，壁厚取 2 貯油筒直徑 =（ D，取 =6 橫臂的布置方案 雙橫臂式獨立懸架的側傾中心由圖 示方式得出。 圖 橫臂式獨立懸架側傾中心的確定 初選 =； =； =； c=450d=220a=18知 =450計算出側傾中心高度： =70 （ 式中 ： k=c （ =k+d=348 （ 所以側傾中心高度符合在獨立懸架中側傾中心高度前懸架 0120要求。 橫臂的布置方案 為了提高汽車的制動穩(wěn)定性和舒適性，一般希望主銷后傾角的變化規(guī)律是：在懸買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 彈簧壓縮時后傾角增大；在彈簧壓縮時后傾角減小，用以造成制動時因主銷后傾角變大而在控制臂支架上產(chǎn)生的防止制動前俯的力矩。 縱向平面內上、下橫臂有六種布置方案，如圖 示。 第 1、 2、 6 方案主銷后傾角的變化規(guī)律比較好，在現(xiàn)代汽車設計中被廣泛采用，這里我初選第 2 種方案， = 平面內上、下橫臂的布置方案 水平面的布置方案有三種，如圖 示。初取 =； = 橫臂長度的確定 汽車懸架設計時，希望輪距變化更小，以減少輪胎磨損，提高其使用生命，因此應選擇上、下橫臂長度之比在 近；為保證汽車具有更好的操縱穩(wěn)定性，希望前輪定 （ a） （ b） （ c） （ d） （ e） （ f） 圖 向平面內上、下橫臂軸布置方案 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 a） （ b） （ c） 圖 平面內上、下橫臂軸的布置方案 位角度的變化更小，這時應選擇上、下橫臂長度之比在 近。根據(jù)我國乘用車設計的經(jīng)驗，在初選尺寸 時取上、下橫臂長度之比為 宜。因此本設計初選尺寸下擺臂長度 =400=上擺臂長度 =260 本章通過對多種形式的獨立懸架的優(yōu)缺點的比較，確定了選用不等長雙橫臂獨立懸架作為越野車的前懸架，并參考了有關資料初步取得了越野車前懸架和整車的主要參數(shù)、結構形式和布置方案等。為進一步設計打下了基礎。買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3章 建立越野車懸架模型 原由美國 司 (開發(fā)，目前已被美國 司收購成為 最著名的虛擬樣機分析軟件。它使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)動力學模型，利用拉格朗日第一類方程建立系統(tǒng)最大量坐標動力學微分代數(shù)方程，求解器算法穩(wěn)定，對剛性問題十分有效，可以對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學、運動學和動力學分析，后處理程序可輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線以及動畫仿真 4。 件的仿真可用于預測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍 、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等。目前， 在汽車、飛機、鐵路、工程機械、一般機械、航天機械等領域得到廣泛應用，己經(jīng)被全世界各行各業(yè)的大多制造商采用。根據(jù) 1999 年機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計資料， 件占據(jù)了銷售總額近 8 千萬美元的 51%份額 5。 件由核心模塊、功能擴展模塊、專業(yè)模塊、工具箱和接口模塊 5 類模塊組成。 方面是虛擬樣機分析的應用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學、運動學和動力學分析 。另一方面，又是虛擬樣機分析開發(fā)工具，其開放性的程序結構和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發(fā)工具平臺。 下面對本設計涉及到的幾個模塊進行簡要介紹。 列產(chǎn)品的核心模塊之一， 是 品系列中處于心臟地位的仿真器。該軟件自動形成機械系統(tǒng)模型的動力學方程，提供靜力學、運動學和動力學的解算結果。 各種建模和求解選項，以便精確有效地解決各種工程應用問題。 后處理模塊 來 處理仿真結果數(shù)據(jù)、顯示仿真動畫等。 基于網(wǎng)頁技術的新模塊。利用該模塊，工程師可以方便地將仿真試驗結果置于 頁上，這樣，企業(yè)不同部門的人員 (設計工程師、試驗工程師、計劃 /采購 /管理 /銷售部門人員 )都可以共享分析成果，加速決策進程，最買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 限度地減少決策的風險。 應用 程師可以規(guī)劃和完成一系列仿真試驗，從而精確地預測所設計的復雜機械系統(tǒng)在各種工作條件下的性能，并提供了對試驗結果進行各種專業(yè)化統(tǒng)計分析的工具。 選裝模塊，既可以在 境中運行，也可脫離 境單獨運行。工程師在擁有這些工具后，就可以對任何一種仿真進行試驗方案設計，精確地預測設計的性能，得到高品質的設計方案 6。 轎車模塊（ 是 司與 公司合作開發(fā)的整車設計軟件包，集成了他們在汽車設計、開發(fā)方面的專家經(jīng)驗，能夠幫助工程師快速建造高精度的整車虛擬樣機，其中包括車身、懸架、傳動系 統(tǒng)、發(fā)動機、轉向機構、制動系統(tǒng)等，工程師可以通過高速動畫直觀地再現(xiàn)在各種試驗工況下 (例如：天氣、道路狀況、駕駛員經(jīng)驗 )整車的動力學響應，并輸出標志操縱穩(wěn)定性、制動性、乘坐舒適性和安全性的特征參數(shù)，從而減少對物理樣機的依賴，而仿真時間只是進行物理樣機試驗的幾分之一。 用的用戶化界面是根據(jù)汽車工程師的習慣而專門設計的。 包括整車動力學模塊 (懸架設計模塊 (其仿真工況包括：方問盤角階躍、斜坡和脈沖輸入 、蛇行穿越試驗、漂移試驗、加速試驗、制動試驗和穩(wěn)態(tài)轉向試驗等，同時還可以設定試驗過程中的節(jié)氣門開度、變速器檔位等。利用 以使工程師們的工作快速而精確，有更多時間集中精力去研究如何改進設計獲得理想的汽車性能。虛擬分析、試驗的優(yōu)勢有：在制造和測試實物樣機以前對處于設計階段的產(chǎn)品進行分析，了解其工作特性并指導設計的改進；與物理樣機的試驗相比，使用 價改進設計后的效果，快捷而且成本低廉；快速、方便地改變試驗的種類，無需重新裝置儀表、試驗設備；由于是在計算機上進行的仿真試驗，所以 無需擔心因儀器失敗和氣候的影響而耽擱時間；與真實試驗相比，虛擬試驗沒有任何危險 7。 件體系是指基于模板建立的虛擬產(chǎn)品。它由一系列的文件構成， 在有四種文件：屬性文件、模板、子系統(tǒng)和裝配組件。 屬性文件是定義部件參數(shù)的 式文件，可以使用任何文本編輯器進行編輯、修改和保存。模板是參數(shù)化的模型，在模板中含有標準模型組件的零件參數(shù)和拓撲結構。子系統(tǒng)是基于模板建立的、允許標準用戶修改模板參數(shù)的零部件組合，如懸掛、車輪、傳動系、車架等。用戶只能 在標準界面中才可以使用子系統(tǒng)。裝配組件是子系統(tǒng)和試驗臺的組合件。由于標準仿真都是試驗臺驅動，所以只有包含試驗臺的裝配組件才可以進行仿真分析。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 塊通常的建模程序是：設計人員首先在 “模板）下創(chuàng)建所需的模板，或對已有的模板進行修改以適應建模要求；然后根據(jù)建立的模板在 “標準界面）下建立子系統(tǒng)模型，并將子系統(tǒng)模型組裝成系統(tǒng)總成或整車模型；最后根據(jù)研究目標對組裝好的懸架或整車模型給出不同的分析命令，即可進行不同工況下的仿真分 析或優(yōu)化設計 8。 由于 板采用的是自下而上的建模順序 (即懸架整車總成模型都是建立于子系統(tǒng)模型基礎之上，而不同的子系統(tǒng)則需要建立不同的模板 )，因此，在 “建立模板是 真分析首要的關鍵步驟。 （ 1） 物理模型的簡化 根據(jù)物理模型中各零件之間的相對運動關系，定義出各零件的拓撲結構，把沒有相對運動關系的零件進行整合，定義為 “ （ 2）確定 “硬點 ) 硬點即為各零件間連接處的幾何定位點 ，確定硬點就是在模板坐標系內給出零件之間連接點的幾何位置。 （ 3）創(chuàng)建零件 根據(jù)硬點位置或零件質心的絕對坐標創(chuàng)建零件，并將實際零件的參數(shù)（如質量、轉動慣量、質心位置等）輸入到相應的對話框中。注意，零件的三個坐標軸方向必須與絕對坐標系的相應坐標軸平行。 （ 4）定義 “組裝） 系統(tǒng)總成或整車模型都是由多個子系統(tǒng)裝配而成，因而要在各子系統(tǒng)中定義“組裝），以方便各子系統(tǒng)模型之間的裝配連接。 （ 5）創(chuàng)建零件的 “幾何形體 ) 在硬點的基礎上建立零件的幾何形體。 由于零件的動力學參數(shù)已經(jīng)確定，因此幾何形體對動力學仿真結果實際上沒有影響 4。但在運動學分析中，零件的外形輪廓直接關系到機構的運動干涉?？紤]到模型的直觀性，零件的幾何形狀應盡可能地貼近實際結構。 （ 6）定義 “連接 ) 按照各個零件間的運動關系確定約束類型，通過 “約束）或 “襯套 )等將各零件連接起來，從而構成子系統(tǒng)模板的結構模型。定義連接是正確建模的重要步驟，它直接關系著系統(tǒng)自由度的合理性。 （ 7）定義 “參數(shù) 變量 ) 對不同的子系統(tǒng)模板，通常還需定義相應的參數(shù)變量，例如懸架模型中通常需對前買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 定位參數(shù)進行定義。 （ 8）定義、測試通訊器（ 創(chuàng)建、核對與外部連接的通訊器的類型、名稱、對稱性。 設懸架模型的絕對坐標系的坐標原點為兩側車輪接地印跡中心點連線之中點，車輛行駛方向為 x 軸負向， y 軸由坐標原點指向駕駛員右側， z 軸符合右手螺旋法則垂直向上。 假設前懸架關于整車縱向中心對稱面對稱，這樣在建模過程中將 為 需建立半個前懸架模型，另一半模型（ 包括零件、硬點、約束）可由 動生成。忽略導向桿件的柔性和變形，假設前懸架是一個多缸體系統(tǒng)，除了在減振器與車身及控制臂與副車架等連接處定義了 “襯套 )的彈性特性之外，系統(tǒng)各零件及車身均假定為缸體。假設所研究的越野車前后部符合不耦合力學條件，即前后懸架彈簧上質量的垂向運動相互獨立，無軸荷縱向轉移?；缮腺|量根據(jù)質心位置安比例分配與前、后車架上 9。 根據(jù)第二章中懸架橫臂在橫向平面、縱向平面、水平面內的布置方案及坐標系的位置可大致計算出各硬點的坐標，前懸架 左半邊硬點坐標如下： 表 硬點坐標 序號 硬點 x/mm y/mm z/ 驅動軸內支點 80 2 下控制臂前支點 169 33 3 下控