麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)與校核

麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)與校核

0麥弗遜前懸架與扭矩梁后懸架的設(shè)計(jì)和校核懸掛是現(xiàn)代車輛的重要組成部分之一，它連接到車架（或車身）和車輛軸（或車架）之間的彈性。懸架是保證車輪或車橋與汽車承載系統(tǒng)(車架或承載式車身)之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動(dòng)以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱。麥弗遜前懸架與扭力梁后懸架設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算,主要對(duì)懸架的彈簧(包含空氣彈簧)和減震器以及橫向穩(wěn)定桿等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和校核。應(yīng)用CATIA軟件對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模,用分析模塊對(duì)懸架部分零件進(jìn)行有限元分析。1前懸掛結(jié)構(gòu)前懸架選擇麥弗遜式獨(dú)立懸架。麥弗遜懸掛通常由兩個(gè)基本部分組成:支柱式減震器和A字型托臂。1.1彈簧自振頻率及ke螺旋壓縮彈簧選用油淬回火硅錳彈簧鋼,初取D=120mm。圓柱螺旋彈簧直徑d,計(jì)算得到14mm,穩(wěn)定性,滿足要求。在彈簧兩端固定的情況下,彈簧的一階自振頻率為:其中:d為彈簧直徑;D為彈簧中徑;n為彈簧有效圈數(shù)。彈簧自振頻率與懸架及人體敏感區(qū)差別較大,符合要求。校核臺(tái)架試驗(yàn)的壽命:其中:nc為在臺(tái)架試驗(yàn)中,給點(diǎn)條件下的循環(huán)次數(shù)4.9×1013;Ke為壽命系數(shù)?？梢姀椈傻呐_(tái)架循環(huán)次數(shù)滿足預(yù)期。1.2器連連塔器連通器連連機(jī)缸徑比l螺旋彈簧懸架相對(duì)阻尼系數(shù)減震器阻尼系數(shù)最大卸荷力減震器連桿工作缸徑比L,選取λ=0.3,,根據(jù)國(guó)標(biāo)JB1459-1985對(duì)照,直徑選取40mm。貯油筒直徑的確定:選取Dc=1.4D=56mm,壁厚取2mm。1.3橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)剛度計(jì)算給出橫向穩(wěn)定桿簡(jiǎn)化模型如圖1所示。圖中a、b、c、L1、L2為橫向穩(wěn)定桿尺寸參數(shù)。考慮到汽車行駛舒適性和駕駛員的路感要求,給出橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)剛度:橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)參數(shù):L=1114mm;b=45mm;a=120mm;l2=180mm;l1=240mm;d取25mm。由于橫向穩(wěn)定桿主要承受扭矩作用,一般校核扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力;假設(shè)汽車受0.4g側(cè)向加速度時(shí)大部分的抗側(cè)傾力矩由橫向穩(wěn)定桿提供:d為橫向穩(wěn)定桿直徑,橫向穩(wěn)定桿采用與彈簧相同的材料制造,許用應(yīng)力取800MPa。1.4抗側(cè)力的計(jì)算當(dāng)汽車側(cè)傾角達(dá)到3°時(shí),懸架橫向穩(wěn)定桿和懸架可以產(chǎn)生的抗側(cè)傾力為:F=F1+F2;F1=2617N;F1為懸架的抗側(cè)傾力。當(dāng)懸架受到側(cè)向加速度0.4g時(shí),對(duì)應(yīng)的側(cè)向力矩為2.6MPa,小于懸架能提供的側(cè)傾角剛度4.6MPa,懸架的整體設(shè)計(jì)側(cè)傾角剛度是符合要求的。2扭轉(zhuǎn)梁式選取縱臂扭轉(zhuǎn)梁式半獨(dú)立懸架,由焊在扭轉(zhuǎn)梁上的兩根縱向臂組成,當(dāng)一側(cè)車輪向上跳動(dòng),另一側(cè)向下跳動(dòng),該扭轉(zhuǎn)梁兼起橫向穩(wěn)定桿的作用。扭轉(zhuǎn)梁式懸架的缺點(diǎn)是:在側(cè)向力的作用下易發(fā)生有利于過多轉(zhuǎn)向的懸架變形,需要采取專門的措施予以糾正;橫梁及其與縱臂的連接結(jié)構(gòu)對(duì)懸架性能影響大,其設(shè)計(jì)比較復(fù)雜,一般需要利用有限元分析方法進(jìn)行性能強(qiáng)度剛度分析,從而使懸架的性能符合受到強(qiáng)度的限制。2.1空氣彈簧的使用空氣彈簧是在柔性密閉空間容器中充入壓縮空氣,利用空氣的可壓縮性實(shí)現(xiàn)彈性作用的一種非金屬?gòu)椈?。用于車輛懸架裝置中可以明顯提高運(yùn)行舒適性。選用囊式空氣懸架?？諝鈴椈稍?51kPa的最大允許直徑ODmax=d-51=249mm。(1)空氣彈簧的初選初步選定1R8009空氣彈簧。由彈簧的動(dòng)態(tài)特性表,求彈簧在滿載下的固有頻率:根據(jù)差值結(jié)果:得fs=1.35Hz;滿足設(shè)計(jì)要求:1.1~1.6Hz。(2)彈簧滿載固有頻率的計(jì)算彈簧在滿載下的剛度:2.2卸荷及最大卸荷力(1)減震器阻尼系數(shù)(2)減震器最大卸荷力的確定為減少傳到車身的沖擊力,當(dāng)減震器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí),減震器的卸荷閥便被打開,減震器不再提供阻尼力,以限制減震器所提供的最大阻尼力,此時(shí)活塞速度成為卸荷速度,即:,A為車身振幅,取±40mm;vx為卸荷速度,取0.15到0.3m/s;因此只能取0.3m/s;ω為懸架系統(tǒng)的固有頻率。已知阻尼系數(shù)ξ=9123,則最大卸荷力為:F0=ξ·vx=2737N。(3)減震器工作缸徑的確定:貯油筒直徑的確定:一般的Dc取1.35到1.5D,本設(shè)計(jì)選取Dc=1.4D=91mm,壁厚取2mm。2.3側(cè)傾角剛度的計(jì)算在設(shè)計(jì)中,為了增強(qiáng)汽車的不足轉(zhuǎn)向,提高車輛的操控穩(wěn)定性,一般要求前懸架的側(cè)傾角剛度大于后懸架,同時(shí)也應(yīng)滿足在0.4g加速度下側(cè)傾不超過7°的最低條件。對(duì)于扭轉(zhuǎn)梁式后懸架,其側(cè)傾角剛度計(jì)算公式為:式中:C1為空氣彈簧滿載時(shí)側(cè)傾角剛度;C2為扭轉(zhuǎn)橫梁的側(cè)傾角剛度。式中:CS為空氣彈簧滿載時(shí)剛度,取32577。q是彈簧中心離懸架側(cè)傾中心的垂直投影距離410mm。k為將橫梁位置的側(cè)傾角剛度換算到車輪中心位置側(cè)傾角剛度的換算系數(shù),本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化計(jì)算,取值為1。G為材料剪切彈性模量,選取和螺旋彈簧一樣的材料60Si2MnA,其值為79000;J為扭轉(zhuǎn)常數(shù),其值取決于截面的形狀;L為扭轉(zhuǎn)橫梁長(zhǎng)度,給出設(shè)計(jì)尺寸1122mm。扭轉(zhuǎn)橫梁截面高度取60mm;截面展直后的長(zhǎng)度l=21mm。3米塞斯的材料對(duì)橫向穩(wěn)定桿的受力分析,選取工況為橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)載荷,當(dāng)汽車側(cè)傾角達(dá)到4°時(shí),懸架橫向穩(wěn)定桿產(chǎn)生的抗側(cè)傾力為1480N,穩(wěn)定桿的材料與彈簧相同。材料定義:鋼;彈性模量E=200GPa;泊松比0.3;穩(wěn)定桿兩端受Z向力,固定點(diǎn)只保留一個(gè)繞桿旋轉(zhuǎn)的自由度。米塞斯應(yīng)力圖如圖4所示。由米塞斯應(yīng)力圖可以看到,穩(wěn)定桿的危險(xiǎn)斷面主要集中在被固定的兩端,受力部位的應(yīng)力反而較小。4橫向穩(wěn)定桿有限元分析以某乘用車懸架為對(duì)象,進(jìn)行懸架系統(tǒng)的前懸架、壓縮彈簧、前減震器、橫向穩(wěn)定桿、后懸架、空氣彈簧、后減震器、扭轉(zhuǎn)橫梁設(shè)計(jì),并且建立了麥弗遜前懸架三維模型、扭力梁后懸架總成,同時(shí)進(jìn)行了橫向穩(wěn)定桿的有限元分析。通過