福田轻型货车悬架系统设计Word格式.docx

福田轻型货车悬架系统设计Word格式.docx

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钢板弹簧；

平顺性；

货车

Abstract

WiththedevelopmentoftheAutomobileindustry,peoplehavebeenpromotingtherequirementforthesafetyandridecomfortqualityofthevehicle.Asaresult,thereisahigherdemandonthesuspensionandtheshockabsorbersystemofthevehicle.ThetitleofthisthesisisthedesignoffrontandrearsuspensionsystemsofFukudaltruck.

Thefrontsuspensionsystemistheleafspring,dependentsuspension.Therearsuspensionsystemconsistsofthemainspringandthehelperspringanditisalsotheleafspring,dependentsuspension.Intheprocedureofthedesignwemadecertainthestructuralstyleofthesuspensionsysteminthefirst,thenwemadecertainthemainparameters.Inthedesignofthefrontsuspensionwedesignedtheleafspringfirstly,includingtheselectionofsectionshapeofleafspring,materialandallowablestressandthedesignofscheme,moreoverthedesignofshockabsorber.Inthedesignofrearsuspensionwecarriedoutthedesignofthemainspringandthehelperspring.

Inthefinaldesignstage,theMATLABsoftwareisusedtoanalyzetheridecomfortofthesuspensionsystembyprogramming.Theaimiswhethersuspensionridequalitymeetstotheperformancerequirement.Theresultsindicatethatthereisnouncomfortablenessforthecaronroad.Therefore,itishelpfulforthedynamical,economicalandhandlingperformancesofthevehicle.

Keywords:

SuspensionDesign;

Leafspring;

RideComfort;

Truck

第1章绪论

悬架是汽车的车架与车桥之间的一切传力连接装置的总称。

它的作用是弹性地连接车桥和车架，缓和行驶中车辆受到的冲击力。

保证货物完好和人员舒适，使汽车在行驶中保持稳定的姿势，改善操纵稳定性；

同时悬架系统承担着传递垂直反力，纵向反力和侧向反力以及这些力所造成的力矩，以保证汽车行驶平顺；

并且当车轮相对车架跳动时，特别在转向时，车轮运动轨迹要符合一定的要求，因此悬架还起使车轮按一定轨迹相对车身跳动的导向作用。

悬架是汽车中的一个重要组成部分，它把车架与车轮弹性地连接起来，关系到汽车的多种使用性能。

悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成，这是因为悬架既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两方面又是互相对立的。

比如，为了取得良好的舒适性，需要大大缓冲汽车的震动，这样弹簧就要设计得软些，但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及左右侧倾严重的不良倾向，不利于汽车的转向，容易导致汽车操纵不稳定等。

现代汽车悬架的发展迅速，不断出现崭新的悬架装置。

按控制形式不同分为被动式悬架和主动式悬架。

目前多数汽车上都采用被动悬架，汽车姿态只能被动地取决于路面及行驶状况和汽车的弹性元件，导向机构以及减振器这些机械零件。

20世纪80年代以来主动悬架开始在一部分汽车上应用，并且目前还在进一步研究和开发中。

主动悬架可以能动地控制垂直振动及其车身姿态，根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼

现代汽车对平顺性和操纵稳定性和舒适性的要求越来越高，已成为衡量汽车性能好坏的标准。

悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。

由此可见悬架系统在现代汽车上是重要的组成之一。

汽车的固有频率是衡量汽车平顺性的重要参数，它由悬架刚度和簧载质量所决定。

人体所习惯的垂直振动频率约为1～1.6Hz。

车身振动的固有频率应接近或处于人体适应的频率范围，才能满足舒适性要求。

在悬架垂直载荷一定时，悬架刚度越小，固有频率就越低，但悬架刚度越小，载荷一定时悬架垂直变形就越大。

这样若没有足够大的限位行程，就可能会撞击限位块。

若固有频率选取过低，很可能会出现制动点头，转弯侧倾角大，空载和满载车身高度变化过大。

一般货车固有频率是1.5～2Hz，旅行客车1.2～1.8Hz，高级轿车1～1.3Hz。

另外，当悬架刚度一定时，簧载质量越大，悬架垂直变形也越大，而固有频率越低。

空车时的固有频率要比满载时的高。

簧载质量变化范围大，固有频率变化范围也大。

为了使空载和满载固有频率保持一定或很小变化，需要把悬架刚度做成可变或可调的。

影响汽车平顺性的另一个悬架指标是簧载质量。

簧载质量分为簧上质量与簧下质量两部分，由弹性元件承载的部分质量，如车身、车架及其它所有弹簧以上的部件和载荷属于簧上质量m。

车轮、非独立悬架的车轴等属于簧下质量，也叫非簧载质量M。

如果减小非簧载质量可使车身振动频率降低，而车轮振动频率升高，这对减少共振，改善汽车的平顺性是有利的。

非簧载质量对平顺性的影响，常用非簧载质量和簧载质量之比m/M进行评价。

影响汽车平顺性的另一重要指标是阻尼比，此值取大，能使振动迅速衰减，但会把路面较大的冲击传递到车身，值取小，振动衰减慢，受冲击后振动持续时间长，使乘客感到不舒服。

为充分发挥弹簧在压缩行程中作用，常把压缩行程的阻尼比设计得比伸张小。

悬架的侧倾角刚度及前后匹配是影响汽车操纵稳定性的重要参数。

当汽车受侧向力作用发生车身侧倾，若侧倾角过大，乘客会感到不安全，不舒适，如侧倾角过小，车身受到横向冲击较大，乘客也会感到不适，司机路感不好。

所以，整车侧倾角刚度应满足：

当车身受到0.4g侧向加速度时，其侧倾角在2.5°

～4°

范围内，汽车有一定不足转向特性，前悬架侧倾角刚度应大于后悬架侧倾角刚度。

一般前悬架侧倾角刚度与后悬架侧倾角刚度比应在1.4～2.6范围内，如前后悬架本身不能满足上述要求，可在前后悬架中加装横向稳定杆，提高汽车操纵稳定性。

第2章

悬架系统的结构与分析

悬架的功能和组成

悬架系统主要功能：

（1）对不平路面所造成的冲击和振动等，具有缓和和衰减的作用，从而保证乘客的舒适和货物的完好，并提高驾驶稳定性。

（2）将路面与车轮之间的摩擦所产生的驱动力和制动力传输到底盘和车身。

（3）支承车桥上的车身，并使车身与车轮之间保持适当的几何关系。

典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。

弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧，货车常采用钢板弹簧。

汽车悬架的分类

为适应不同车型和不同类型车桥的需要，悬架有分为独立悬架和非独立悬架。

独立悬架是两侧车轮分别独立地与车架弹性地连接，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮，独立悬架所采用的车桥是断开式的。

这样使得发动机可放低安装，有利于降低汽车重心，并使结构紧凑。

独立悬架允许前轮有大的跳动空间，有利于转向，便于选择软的弹簧元件使平顺性得到改善。

同时独立悬架非簧载质量小，可提高汽车车轮的附着性。

但独立悬架成本高，结构复杂。

非独立悬架特点是两侧车轮安装于一整体式车桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上，当车轮上下跳动时定位参数变化小。

若采用钢板弹簧作弹性元件，它可兼起导向作用，使结构大为简化，降低成本。

目前广泛应用于货车和大客车上，有些轿车后悬架也有采用的。

非独立悬架由于非簧载质量比较大，高速行驶时悬架受到冲击载荷比较大，平顺性较差。

其主要特点是：

（1）组成悬架的构件少，结构简单，便于维修，经济性好。

（2）坚固耐用，适合重载。

（3）转弯时车身倾斜度小。

（4）车轮定位几乎不因其上下运动而改变，所以轮胎磨损较少。

（5）侧倾中心位置较高，有利于减小转向时车身的侧倾角。

所以本次设计中福田轻型货车选用的是非独立悬架。

悬架的设计要求

悬架与汽车的多种使用性能有关，在悬架的设计中应该满足以下性能要求：

（1）保证汽车有良好的行驶平顺性。

（2）具有合适的衰减振动能力。

（3）保证汽车具有良好的操纵稳定性。

（4）汽车制动或加速时能保证车身稳定，减少车身纵倾，即点头或后仰；

转弯时车身侧倾角要合适。

（5）结构紧凑、占用空间小。

（6）可靠的传递车身与车轮之间的各种力和力矩。

在满足零部件质量小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。

悬架主要参数

根据悬架在整车中的作用和整车的性能要求，悬架首先应保证有良好的行驶平顺性，这是确定悬架主要性能参数的重要依据。

汽车的前、后悬架与簧载质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车行驶平顺性主要参数之一。

悬架固有频率选取的主要依据是“ISO2631《人体承受全身振动的评价指南》”，固有频率取值与人步行时身体上下运动的频率接近。

此外，前后悬架的固有频率接近可以避免产生较大的车身角振动，的汽车高速通过单个路障时引起的车身角振动小于的汽车。

故本次设计选取的汽车前后部分的车身固有频率、分别为,

已知设计参数：

整车质量：

满载：

，空载：

质心位置：

非簧载质量:

轮距：

由已知参数确定初始条件：

空载静止时汽车前、后轴（桥）负荷、；

满载静止时汽车前、后轴（桥）负荷、；

簧下部分荷重、。

满载时单个钢板弹簧的载荷：

满载时单个钢板弹簧的簧载质量：

悬架的静挠度及刚度

悬架的静挠度是指满载静止时悬架上的载荷与此时悬架刚度之比，即