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独立悬架设计手册.doc

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独立 悬架 设计 手册
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设计手册 悬架篇-- 独立悬 架部 份 一、 概述 1 、 什么是 独立 悬架 2 、 独立悬 架的 优缺 点 二、 扭杆悬 架 1、 扭杆悬 架的 典型 结构 2、 扭杆悬 架的 特点 3、 扭杆悬 架的 刚度 特性 4、 扭杆悬 架的 运动 特性 5、 悬架与 整车 的关 系 三、 扭杆悬 架设 计 1、 主要性 能参 数的 确定 2、 悬架刚 度( 悬架 刚度 不同 于扭杆 刚度 的概 念) 3 、 系统阻 尼(系 统阻 尼不同 于减振 阻尼的 概念 ) 4、 悬架设 计 计算 5、 扭杆 的设计 四、 装调中 的控 制要 素 1 、 整车姿 态的调 整与 控制 2 、 前轮定 位的调 整与 控制 3 、 轮胎气压 的调 整与 控 制 五、 故障处 理案 例 1、 回正性 差 2、 轮胎偏 磨 第一章 概述 独立悬 架是 相 对 于非 独立 悬架而 言的 , 其 特点 是左 、 右两 车轮 之间 各自 “独 立” 地 与车 架或车 身相 联, 构成 断开 式车桥 ,当 单边 车轮 驶过 凸起时 ,不 会影 响到 另一 侧车轮 。 独立悬 架由 于其 导向 机构 措综复 杂, 结构 型式 很多 , 但主 流结 构主 要有 : 双 横臂式 , 纵 臂式, 麦弗 逊式 、多 连杆 式等。 双横臂 式独 立悬 架又 细分 为等长 双横 臂式 和不 等长 双横臂 式。 一般 用于 轿车 的前、 后悬 架,轻 型载 货汽 车的 前悬 架或要 求高 通过 性的 越野 车的前 、后 悬架 。 纵臂式 独立 悬架 以平 行于 汽车行 驶方 向的 纵臂 承担 导向和 传力 作用 , 常用 于非 驱动桥 的 后悬架 。 麦弗逊 式, 其突 出特 点在 于将导 向机 构与 减振 装 置 合到一 起, 将多 个元 零件 集成在 一个 单元内 。不 公简 化了 结构 ,减轻 了质 量, 还节 省了 空间, 较多 应用 于紧 凑型 轿车的 前 悬 架 。 与非独 立悬 架相 比, 独立 悬架的 诸多 优点 : 1 、 非悬挂 质量 小, 悬架 所受 到并传 给车 身的 冲击 载荷 小, 有 利于 提高 汽车 的行 驶平 顺 性及轮 胎接 地性 能; 2 、 左右车 轮的 跳动 没有 直接 的相互 影响 ,可 减少 车身 的倾斜 和振 动; 3 、 占用横 向空 间小 , 便 于发 动机布 置可 以降 低发 动机 的安装 位置 , 从 而降 低汽 车质 心 位置, 有利 于提 高汽 车行 驶稳定 性; 4 、 易于实 现驱 动轮 转向 。 我 公司 目前 所采 用的 前独立 悬架 均为 不等 长双 横臂式 扭杆 悬架 , 如 BJ1027A 皮卡 车型、 BJ1032 小 卡车 型和 BJ6486 轻客 车型 等。 第二章 扭杆悬 架 扭杆式 双横 臂独 立悬 架, 用扭杆 作为 弹性 元件 ,简 称为扭 杆悬 架。 2.1 扭杆 悬架 的典 型结 构 2 .1.1 悬 架的 导向 机构 悬架的 导向 机构 是一 种四 连杆机 构, 四连 杆机 构由 上摆臂 、下 摆臂 及主 销构 成。 图 2-1 为悬 架系 统结 构简 图, 三角 型 DEF 为悬架上 摆臂 , DE 为 上 摆臂 轴; 三角 型 ABC 为 悬架 下摆 臂 , AB 为 下摆 臂轴 ; F 为上 球头 销、 C 为下 球头 销 FC 构 成转 向桥 的主 销 车轮跳 动过 程中 , 上 摆臂 、下摆 臂各 自绕 它们的 摆臂 轴进 行摆 动。 M、N 分别 为转 向梯 型上 的 两点,M 为 转向 梯型断 开点 ,N 为转 向节 臂与转 向拉 杆的 连接点 。 图 2-1 摆臂结 构有 两种 :A 形臂 和 一字臂 , 呈A 字 形或 三角 形的摆 臂 为 A 形 臂; 呈一 字形的 摆 臂为一 字臂 。上 摆臂 一般 都是 A 形臂 。 上下 摆臂 均为A 形 臂的 称 为双 A 形臂 结构 , 四 驱的 车辆或 四驱 平台 上的 两驱 车辆一 般采 用双 A 形 臂, 如: 长丰 猎 豹、BJ2027 皮卡 ;一 般 SUV 车因 考虑 越 野 性能 ,其 前悬架 大多 采用双A 形臂, 如: 长 城赛 弗、 五 十铃竞 技者、 海拉 克斯、 华 泰特 拉卡 等。 采 用双 A 形臂 的 车 辆不带 推力 杆。 另一 种布 置结 构为 : 上 摆 臂是A 形臂 ,下 摆臂 为一 字臂。 两驱 车辆 一般 采用 该种结构。 如 BJ1027 皮卡 、长城 皮 卡 、田野 皮卡 等。 该种 结构 因 下摆 臂为 一字 臂必 须设 置推力 杆。 2.1.2 上 置扭 杆与 下置 扭杆 扭杆的 安装 型式 主要 有两 种, 一 种 为 上 置 扭 杆 , 一 种 为 下 置 扭 杆,见 图 2-2。 扭 杆 的 上 置 与 下 置 主 要 与 整 车及发 动机 布置 有关, 主要 看它的 布 置 空 间 。 采 用 上 置 扭 杆 的 有 : BJ6486 轻客 、长 城赛弗 、 金杯海 狮等 ; 采 用下 置扭 杆的 有: BJ1027 皮卡、 长城 皮卡 、江 铃皮 卡、庆 铃皮 卡等 。 图 2-2 2.。 1 。3 双横 臂轴 的布 置 为了获 得优 良的 性能 , 双 横臂轴 线在 纵平 面内 和水 平面内 都有 可能 布置 夹角 , 双横 臂轴 线在纵平面内形成的夹角为刹车点头角,在水平面内形成的夹角为斜置角。图 2-3 列 出了 BJ1032 、BJ0127 、BJ6486 的双横 臂轴 线的 布置 及其 特点: 图 2-3 图中 M-M 为上 摆臂 轴线 ,N-N 为 下摆 臂轴 线 。 BJ1032 采用 的布 置方 式较 为简单 ,双 横臂 轴线 在纵 平面内 和水 平面 内均 是平 行的, 该 种布置 方式 在皮 卡 和 SUV 车上 应用 较多 ,如 庆铃 皮卡、 猎 豹 SUV 、BJ2027 皮卡 等。 该种 布置方 式较 为简 单, 在车 轮上下 运动 过程 中后 倾角 变化不 大, 但抗 点头 效应 较差。 BJ1027 采 用的 布置 方式 是 在纵平 面内 上摆 臂轴 线有 个 5 °角 ,该 角度 与水 平 方向的 下 摆臂轴 线上 在纵 平面 内形 成了一 个刹 车点 头角 , 使 车辆形 成了 一定 的抗 点头 效应, 使车 辆在 制动或 加减 速时 显得 比较 柔和。 BJ1086 采用 的布 置方 式比 较复杂 ,上 下摆 臂轴 线不 论在纵 平面 内还 是在 水平 面内都 有夹角 。 该 种布 置不仅 有一 定的抗 点头 效应 , 还 有一 定的抗 冲击 性 。 但在 车轮 上下运 动过 程 中 各种定 位角 度的 变化 较大 。 具体采 用哪 种布 置结 构, 要看车 辆的 性能 要求 , 结 合整车 的布 置以 及悬 架与 车轮的 运动 特性而 定。 2.2 扭杆悬 架的 特点 扭杆悬 架的特 点是 车身高 度可调 。 车辆在 设计 时 , 要 求有 一 个整车 姿态 。 对于 扭杆 悬 架的车 辆 , 为 了保 证正 确 的整车 姿态 , 必须进 行车 身高 度调 整, 即空车 高度 。其 方法 是调 整扭杆 ,使 前悬 架高 度达 到一个 规定 值 。 空车高 度调 整必 须在 前轮 定位调 整之 前进 行, 由于 车辆在 装配 以后 , 前 桥 、 悬架及 球销 中的 各种间 隙还 没有 完全 消除 , 整车 姿 态 仍然 处于 不稳 定状态 , 这 时调 出来 的前 轮定位 参数 则是 不准确 的 。 所 以装车 以后 一般是 先进 行一 段路 程的 颠波 , 然 后再 将车身 用力 的晃动 几下 , 调 准空车 高度 后方 可进 行前 轮定位 调整 。 2.3 扭杆 悬架 的刚 度特 性 扭杆悬 架的刚 度特 性是悬 架刚度 为非线 性的 。 扭杆刚 度不 等于 悬架 刚度 。扭杆 刚度 为线 性的 ,悬 架刚度 为非 线性 的。 扭杆 刚度取 决 于扭杆 的结 构尺 寸, 而悬 架刚度 由于 其导 向机 构的 缘固而 变得 较为 复杂 , 悬 架刚度 指的 是车 轮的垂 向位 移与 车轮 所受 的反力 之间 的关 系曲 线 , 由 于车轮 的垂 向位 移与 扭杆 的扭角 不呈 线 性关系 ,故 悬架 刚度 为非 线性的 。 如 果扭 杆刚 度为 Ct , 则悬架 刚度 为: C = dZ ds t= M d 2 θ ds 2 t+ Ct ( dθds t) 2 式中: Z —— 作用 在车 轮上的 垂直 反力 ds t —— 车轮 在 Z 作用下 的微 量垂 直位 移 d θ—— 扭杆在 M 作用 下的 微量 转角 Ct —— 扭杆 刚度 M —— 作用 在扭 杆上的 扭矩 对于双 横臂 独立 悬架 其悬 架刚度 计算 比 较 复杂 ,现 已有计 算软 件, 这里 不再 熬述。 2.4 扭杆 悬架 的运 动特 性 由 于扭 杆悬 架的 导向 机构为 四连 杆机 构, 所 以, 在运动 过程中, 前轮 定位 的参数 值是变 化的 。 如何 使前 轮参 数的 变化值 在合 理范 围内 , 以 确保车 辆性 能 , 这 就要 看 四连杆 机构 的如 何设计 。 分析案 例 1 : BJ1032 独 立悬 架设 计。 按 整车设 计要 求, 选用 小东 风悬架 ,看 前轮 参数 值的 变化。 已知条 件: (参 照图 2-1) 车轮外 倾α 0 °10 ′ 主销内 倾β 9 °20 ′ 主销后 倾γ 0 °25 ′ 下横臂 与水 平线 夹角 θ 13 °15 ′ 上横臂 长 度 AD=220 mm 下横臂 长 度 BC=363 mm 主销长 度 DC=250 mm 主销上 段长 度 DP=149 悬架安 装点 坐标 : 下摆臂 摆动 轴线 上 B 点 Bx: 50.000 By: 257.000 Bz: -194.000 下摆臂 摆动 轴线 上 A 点 Ax: -50.000 Ay: 257.000 Az: -194.000 上摆臂 摆动 轴线 上 E 点 Ex: 109.500 Ey: 363.000 Ez: 46.000 上摆臂 摆动 轴线 上 D 点 Dx: -118.500 Dy: 363.000 Dz: 46.000 转向梯 形断 开 点 M(mm) Mx: 145.000 My: 260.000 Mz: -182.000 悬架平 衡位 置转 向节 下球 销中 心 C0(mm) C0x: 0.000 C0y: 611.500 C0z: -276.800 悬 架 平 衡 位 置 转 向 节 上 球 销 中 心 F0(mm) F0x: 4.500 F0y: 571.500 F0z: -30.000 转向梯 形断 开 点 M 到 转向 节臂球 销中 心 N 的距 离 MN(mm) MN: 349.000 转向节 下球 销中 心 C 转 向 节上球 销中 心 F 的距离 FC(mm) FC: 250.000 转向节 下球 销中 心 C 到 转 向节臂 球销 中 心 N 的 距离 CN(mm) CN: 173.000 转向节 上球 销中 心 F 到转 向节臂 球销 中 心 N 的 距离 FN(mm) FN: 217.000 转向节 臂球 销中 心 N 到轮 胎中 心 G 的 距离 NG(mm) NG: 173.000 主销轴 线与 转向 节轴 线交 点 P 到轮 胎中 心 G 的 距离 PG(mm) PG: 105.000 P 点 到转 向节 上.下 球销 中 心 F 和 C 的距 离之 比 FP/CP( 定值) FP_PC: 1.463 转向 节下 球销 中心 C 到轮 胎中 心 G 的 距离 CG(mm) CG: 133.000 车轮 半径 R(mm) R: 325.000 用软件 计算 结果 (见 表 2-1): 表 2-1 状态 空载 满载 平 衡 位 置 车 轮 上 下 跳 动 40mm 时的参数 变化范 围 变 化 幅 度 平衡位 置 车轮上下 跳动 40mm 时的参数 变化范 围 变化幅 度 主销后倾 角 1.045 1.043---1.050 0.007 主销内倾 角 9.265 8.448---10.877 2.429 车轮外倾 角 0.563 -1.097---1.461 2.558 前束 0 -3.360---4.122 7.482 1/2 轮距 变 化 0 -3.538---2.776 6.314 前束 及 1/2 轮 距变 化不 太 理想, 其他 前轮 参数 值的 变化可 以满 足要 求。 悬架是 以已 确定 的状 态为 平衡位 置进 行运 动的 。悬 架的运 动还 应考 虑缓 冲块 的合理 设置 。 分析示 例 2 :BJ1027A 皮 卡前悬 架的 运动 图 2-4 为皮 卡前 悬架 空载 时的运 动图 , 从图 2-5 中看出 : 空 载时 , 上横 臂与 水平线 夹角 为 0.56 °下 横臂 与水 平线 夹角 为 0.21 °, 上横 臂与 上缓冲 块间 隙 22 mm, 下横臂与下 缓冲 块 间隙 16 mm, 该状态为 悬架 在空载 时的 平衡 位置 ,那 么在空 载状 态下 ,悬 架将 以此为 平衡 位 置上下 摆动 ,当 车轮 上 跳 42mm 时下横臂与 下缓 冲 块接触, 车 轮回 弹 56.5mm 时上横 臂与 上 缓冲块 接触 。 满载时,由于轴荷增加,车身 高 度下降, 悬架的状态发生变化, 平 衡位置 也随 之改 变。 对 于汽 卡柴卡 两种机 型, 满载 轴荷 不一 样, 相 差 90 kg , 车 身 高 度 下 沉 量 不 一 样, 因 而 , 平 衡 位 置 也 略 有 不 同 。 表 2-2 列出了配 装两种 机型 ,491 机 和 BJ493Q2 机的 悬架 状态 : 图 2-4 表 2-2 悬架状 态 上 横 臂 与 水 平 线 夹 角 下横臂与 水平线夹 角 上横臂与 上缓冲块 间隙 下横臂与 下缓冲块 间隙 车 轮 上 跳 时 与 缓 冲 块 接 触 情 况 车 轮 回 弹 时 与 缓 冲 块 接 触 情 况 配装 491 机 空载 控制尺 寸 A=248 0.56° 0.21° 22 16 车轮上 跳 42 时 与 下 缓 冲 块 接 触 车 轮 回 弹 56.5 时 与 上 缓 冲 块 接触 配装 491 机 满载 A=233 (下 降 15 ) 3.9° 2.4° 29.8 7.2 车轮上 跳 27 时 与 下 缓 冲 块 接 触 车 轮 回 弹 71,5 时 与 上 缓 冲 块 接触 配装 BJ493Q2 机 空载 控制尺 寸 A=248 0.56° 0.21° 22 16 车轮上 跳 42 时 与 下 缓 冲 块 接 触 车 轮 回 弹 56.5 时 与 上 缓 冲 块 接触 配装 BJ493Q2 机 满载 A=231 (下 降 17 ) 4.7° 2.7° 30.6 6.3 车轮上 跳 25 时 与 下 缓 冲 块 接 触 车 轮 回 弹 73.5 时 与 上 缓 冲 块 接触 从表 2-2 中看出: 两 种机型 在满 载时, 由 于车 身 高度下 沉量 不一 样, 与缓 冲块接 触情 况 也有所 不同 , 对 于汽 卡, 满载时 , 车 轮上 跳 27mm 时, 撞 击下 缓冲 块; 对 于 柴卡, 满载 时, 车轮上 跳 25mm 时, 撞击 下缓冲 块 , 相 差不 大 , 在 车轮上 跳 40mm 时, 两种 机型压 缩缓 冲 块约 在 10 mm 左右, 不 到 缓冲块 压缩 量 的 1/3 , 符合 悬架的 运 动 要求 。 相比 之 下, 柴卡 撞击 缓冲块 的机 会较 汽卡 略多 。 综上所 述, 正确 的空 车高 度, 可 以得 到理 想的 悬架 状态, 从而 保证 悬架 的运 动精度 , 使 车辆有 一个 比较 理想 的行 驶性能 。 轴荷 不同 , 悬 架 的平衡 位置 不同 , 悬 架的 运动将 存在 一些 差异。 对于 不同 的车 型, 可以通 过扭 杆调 整量 , 使 悬架满 足不 同状 态的 性能 要求。 当然 , 如 果轴荷 发生 了较 大变 化, 对性能 造成 较大 影响 时, 则应考 虑缓 冲块 的重 新设 置或悬 架高 度的 控制尺 寸。 2. 5 悬架 与整 车的 动态 关系 悬架与 整车 有着 密切 的联 系, 悬架 状态 决定了 整车 姿态 。 车 辆是 运动的 , 悬 架也是 运动 的, 因 而整 车姿 态是 动态 的。 在 悬 架 与整 车的 动态 关系中 , 一 个关 键要 素就 是空车 高度 , 空 车高度 决定 了悬 架状 态 , 同 时也保 证了 整车 姿态 , 正确 的空车 高度 保证 了前 轮定 位的准 确性 , 保证了 了悬 架的 性能 。 2. 5 .1 空车 高度 的定 义 对于扭 杆式 双横 臂独 立悬 架的车 型 , 在 前轮定 位调 整之前 , 要进 行车身 高度 调整 , 以 达到 整 车 姿态 的 设 计要 求 一般 是 在 空车 状 态 下进 行车 身高度 调整 ,也 可称 为空 车高度 。 对于空车高度的控 制一般 是在车身上指定一 控 制 点 , 控制 该 点 的离 地 高度 。 前 悬架 空 车 高度 指的 是 下 横 臂轴 中 心 点的 离 地面 高 度 ,后 悬 架 空车 高度 指的是板簧前吊耳中心离地面高度。图 2-5 为 BJ1027A 皮 卡前悬 架空 载 时的状 态图 , 图中 尺寸 248 即为前 悬架 空车 高度 。 2.5.2 空车 高度 与整 车 姿态 为了 保证 车辆 的动 力性, 车身通 常相 对于 路面 有一个 倾角 ,一 般 为 0.5 °-1.5°,这 一状 态也 称为 整车姿 态。 图 2-5 以 BJ1027A 皮卡 为例 ,在 前轮定 位调 整之 前必 须进 行空车 高度 调整 ,其 方法 是调整 扭 杆, 使 前悬 架高 度达 到 248mm , (下横臂 轴中 心离 地 面高度 ) , 按 制造 要求 为 285 mm 这样, 就确定 了空 车状 态下 的整 车姿态 。 对于 满载 , 根 据 轴荷分 配及 前后 悬架 刚度 特性 , 可 以分 别 得出 :前 悬架 高度 为 233 mm ,后悬架高 度, 满载 状 态下的 整车 姿态 自然 形成 。同 样, 对于 不同载 荷及 其分 布, 都有 一个不 同的 整车 姿态 与其 对应。 因而 , 保 证了 正确 的空车 高度 , 就 可以保 证车 辆有 一个 正确 的整车 姿态 ,以 及所 有车 辆在出 厂时 整车 姿态 的一 致性。 第三章 扭 杆悬 架设 计 悬架的 设计 与整 车的 总布 置设计 密切 相关 , 悬 架的 参数影 响到 许多 整车 的特 性, 并 且涉 及其他 总成 的布 置, 因而 一般要 与总 布置 设计 师共 同协商 确定 , 以 保证 与整 车设计 良好 的匹 配性。 同时 , 应 使得 整车 具有良 好的 操纵 稳定 性和 行驶平 顺性 , 提 高零 部件 的标准 化、 通用 化和系 列化 水平 。 3 .1 独立悬 架结 构选型 和 参数的 确定 3 .1.1 独 立悬 架结 构选 型 根据产 品概 念 、 设计 函及 整车设 计师 的要 求, 明确 所开发 车型 用途 、 承 载以 及所应 用 地 区的道 路等 情况 , 选 定前 后悬架 的结 构型 式。 一般 载货汽 车及 部分 商务 用车 都采用 “ 前独 后 非”的 悬架 匹配 方式 。对 于扭杆 悬架 ,主 要确 定如 下结构 型式 : 1 ) 、摆 臂结 构型 式 2 ) 、扭 杆安 装方 式 3 ) 、摆 臂轴 布置 型式 3 .1.2 参 数的 确定 确定以 下参 数: 1 ) 、悬 架振 动频 率及 悬架 刚度 2 ) 、 四 连杆 结构 尺寸 ; 包 括上下 横臂 的长 度、 主 销 长度及 主销 上下 部分 长度 比, 上 下横 臂与车 架的 安装 尺寸 等。 3 ) 、前 轮定 位参 数 3 . 2 悬架刚度计 算 3.2.1 扭杆 悬架 的受 力分 析 独立悬 架的 刚度 与扭 杆的 扭转刚 度不 同 , 扭 杆的 扭 转刚度 是线 性的 , 通过 上 下摆臂 的四 联杆机 构作 用于 整个 悬架 的, 最 终转 换为 悬架 的垂 向刚度 。 由 于车 轮的 垂向 位移与 扭杆 的扭 转角不 呈线 性关 系以 及垂 向作用 力力 臂的 变化 ,悬 架的垂 向刚 度特 性为 非线 性变化 。 根据所 开发 车辆 的用 途选 定的悬 架偏 频, 一般 货车 前悬架 满载 时选 取 n=1.5~2.2 左 右。 按公 式 n=1/2 π gc/f 得出 悬架 的 垂向刚 度 C 。 悬 架的 受力 较为 复杂 ,下面 以 BJ1027 皮 卡为 例 进行受 力分 析。 图 3 为悬 架的受 力图 , 地 面 的 支承反力通 过 上 下 摆 臂 及 球 销 将力传 至扭 杆。 因该 悬架 为下置 扭杆 , 所以上摆臂可看成为二力 杆,Q 即为 上 摆 臂 的 作 用 力 , 其 方 向 沿 上 摆 臂 方 向 一 致 。 那 么 , 根 据 力 的 平 衡 原 理 可 以 得 出 下 摆 臂 的 受 力 方 向 , 用 平 行 四 边形作 图法 从而 求出 扭杆 扭矩。 满载时地面支承反力N=4295N, 根 据作图 法可 以得 出作 用力P=4677N ;P 到 下 摆 臂 铰接 点 的作 用 力距 为A=324. 3mm 。从而得出 扭 杆扭 矩 :Mn=P ×A =1516.7 Nm , 按 公 式θ=Mn/Ct 即可 得出扭 杆转 角及 应力 。 表 1 列 出了 所需 计算 得出 的数据 : 图 3 表1 扭 杆转 角及 应力 产品 型号 项目 参数 计算公 式或 选取 参数 扭杆直 径d (mm) 扭杆长 度L (mm) 扭杆有 效长 度L1 (mm) 扭杆刚 度Ct (Nm/ °) 扭杆扭 矩Mn (Nm) 扭杆转 角θ( °) 剪应力 τ(Mpa) 振幅40 mm 时的转角变 化 值θ1( °) Mpa 振幅40 mm 时的应力幅 值 Mpa 最大剪 应力Mpa 许用剪 应力[ τ] (Mpa ) 3 .3 扭杆的 设计 1 ) 扭杆主 要尺 寸的 确定 扭杆 主要 尺寸 是杆 径 D 和 长度 L 。 杆径 D 和 长度 L 决定了 扭杆 刚度, 长度 L 与总布 置 有关, 依据 总布 置而 定。 刚度计 算公 式:K= πd 4 G/32L 计算结 果:K=103.3 (剪切 弹性 模量 取值 :G=7.6 ×10 4 N/mm 2 ) 2 ) 扭杆结 构 扭杆 的结构 很简单 ,一根杆 ,有三 部分组 成。两 头是 花键, 中间是 杆部, 在杆 部与花 键之间 有一 过渡 圆弧 ,如 图 1 所 示。 花键一 般为 三角 花键, 花 键带盲 齿或 不带 盲 齿, 现多 数不 带盲 齿; 中 间杆部 是受 扭部 分, 杆 部截面 可以 是圆 形的、 环 形的、 矩 形的, 大多 数 为圆形。 因杆 部与 花键 之间 的过渡 圆弧 段也 承受 扭矩, 因而 ,扭 杆的 有效 长度包 含一 段圆 弧段。 扭杆的 具体 结构 一般 根据 供应商 的条 件而 定。 图 3-3 根 据计算 1027AEF1 扭杆在 满 载时 应力 为 553 .1Mpa , 因车 轮在 运动 时上 下摆动 ,当 车 轮 继 续 向 上 运动 时 , 扭 杆转 角 还 有 所 增加 , 所 以 ,应 考 虑 这 部 分的 应 力 叠 加。 一 般 以 振幅 40 mm 进行计算, 从表 1 中看出 , 在振 幅 40 mm 时扭杆的 最大 应力 为 618 .7 Mpa , 小于 许 用剪应 力 800 Mpa , 满足 可靠性 要求 。 5 )扭 杆的 材料 选用 扭杆采 用的 材料 有 50CrV A 、60Si2Mn 、42CrMo 、60CrA 、45CrNiMoV A 等 。 这些材 料 含碳量 高, 具有 较高 的抗 拉强度 、 抗 扭转 疲劳 强度 , 有很 好的 弹性 和一 定的 冲击韧 性, 许用 剪应力[ τ]都在 800Mpa 以 上,有 的达 到 1400-1500 Mpa , 疲劳 可达 50 万 次以 上。 50CrV A 是一种 较高 的弹 簧钢, 热处 理后可 达到 高 的韧性 、强 度、弹 性极 限 ,由于 该材 料 中含 有 Cr 和 V ,因 而钢 的热敏 感性 较低 ,脱 碳较 少,所 以它 又具 有高 的疲 劳强度 。我 公 司的 6486 轻客 用的 就是 这 种材料 。 45CrNiMoV A 为 高强 度结 构合金 钢, 该钢 除了 具有 较高的 抗拉 强度 、抗 扭转 疲劳强 度 , 有很好 的弹 性外 , 还 具有 很好的 淬透 性 , 一般 在淬 火后中 温回 火状 态下 使用 , 其 金相 组织 为 回火屈 氏体 。但 价格 昂贵 ,坦克 扭杆 大多 采用 该种 材料。 42CrMo 是近 年应 用较 为 广泛的 扭杆 材料 ,此 材料 具有较 高的 抗拉 强度 、抗 扭转疲 劳强 度,具 有较 好的 淬透 性、 淬硬性 。价 格适 中, 我公 司的 1027A 系列 皮卡 采用 的就是 这种 材 料。 扭 杆 的材 质不 同 , 热处 理方 式 也不 相同 。45CrNiMoV A 和 50CrV A 采 用整 体淬 火 ,而 42CrMo 必 须采 用感 应淬 火。对 于 42CrMo , 由于 扭杆弹 簧经 常在 扭转 状态 下工作 ,表 面剪 应力较 大, 而心 部应 力较 小 , 从心 部到 表面 的应 力呈 线 性增加 , 感 应淬 火可 使扭 杆 表面硬 化, 提高疲 劳极 限 。 因 近两 年来 扭杆的 感应 淬火 工艺 日渐 成熟 , 目 前采 用该 种材 料扭 杆的车 型有 : 江铃皮 卡 、 庆 铃皮卡 、 依 维 科 等 。 扭杆 的材料 选用 应根据 供应 商的 工艺 条件 和热处 理方 式而 定。 6)扭 杆的 失效 型式 扭杆的 失效 型式 主要 有两 种, 断 裂与 塑变。 这主 要 与扭杆 材料 和热 处理 方式 有关, 感应 淬火 的 42CrMo 扭杆 失效 以塑变 为多 ,而 整体 淬火 的 50CrV A 扭 杆失 效一 般 是断裂 。 扭杆的 断裂 失效 皮 卡、 客车、 高档 载货 汽车 疲 劳受 命 为 50 万次 以 上。 如 果扭 杆发 生断 裂, 将引起 车辆 前 端倒地 甚至 翻车 。断 裂失 效的主 要原 因有 : 1) 、材 质问 题 2) 、材 料有 裂纹 3) 、预 扭不 当 4) 、喷 丸不 当 5) 、淬 火控 制不 当 淬 火是 扭杆 制造 中最 为 关键的 工艺 。 50CrV A 采用的 是整 体淬 火, 一 般是 整筐扭 杆一 起放 在淬 火炉内 , 优 点是 生产 效率 高; 缺 点是 硬度 不好 掌 握, 表层 硬度 均匀 性较 差 , 心部硬 度较 高, 控 制 不当容 易发 生脆 裂。 扭杆 的断 裂 一般 在杆 部与 花键之 间的 圆弧 过渡 处, 该处的 应力 较大 , 且 有 一定的 应力 集中 , 图 4 为 扭杆断 裂时 的照 片。 扭 杆 的 塑 变 失 效 图 3-1 塑变失 效可 以引 起车 辆的 前端下 沉 , 影 响车 辆的 前 轮定位 参数 , 对整 车的 操 稳与轮 胎的 正常磨 损也 有一 定的 影响 。 塑变 失效 主要 是淬 火控 制不当 、 预 扭控 制不 当或 超载等 问题 造成 的。 塑变 失效 在感应 淬火 的热处 理方 式中 较易 出现 , 要 避免 该种 失效发 生 , 这主要 看对 这种 热处理 技术 的掌 握。 在感 应淬火 中 , 如 果感应 圈的 速度控 制不 当 , 或感 应圈 电流控 制不 当 都 可 能 导 致 扭 杆的 感 应 层 深度 和 表 层 硬 度不 够 , 这 些有 可 能 引 起 扭杆 在 使 用 中产 生 较 大 的塑 变。 3 .4 系统阻 尼计算 减振器 阻尼 力的 匹配 可按 下列公 式验 证: 如表 1。 项目 参数值 计算公 式 减振器 阻尼 力N Pf= Py= v=0.52m/s 时 减振器 阻尼c (Ns/m) 平均阻尼 c=(Py+Pf)/2v 减振器 安装 角α 减振器 杠杆 比i 一般为 无借 助杠 杆传 力机 构,杠 杆比 为 1 系统 阻 尼 比 ψ 空载 ψ= c*cos 2 α/2i 2* 2 KM 3 .5 悬架布 置参 数 及前 轮 定位参 数 表 2: 悬架 布置 参数 及前 轮定位 参数 参数 空载 满载 车轮外 倾α (deg ) 主销内 倾β (deg ) 主销后 倾( 对地 面) γ(deg ) 车身高 度 (mm ) 上横臂 与水 平线 夹角 θ1 (deg ) 下横臂 与水 平线 夹角 θ2 (deg ) 上横臂 长 度 AD (mm ) 下横臂 长 度 BC (mm ) 主销长 度 DC (mm ) 主销上 段长 度 DP (mm ) 3 .6 侧倾校 核 ( 满 载状 态) 侧倾中 心高 度( 满载 、悬 架平衡 位置): 前悬架 :h1=36 ( 利用 合 肥工大 软件 得 出 ,见 附 图 3) 后悬架 :h2=468 ( 后簧 主 片离地 高度) 簧上质 量质 心高 度:h3=775 簧上质 量质 心距 前轴 距离 :a=1606 侧倾力 臂:h=h3-h1-a* (h2-h1)/L=472.2 侧倾刚 度:C=0.5(K1*B1 2 +K2*D2 2 )=0.5(48.6*1410 2 +209*1000 2 )=15.3*10 7 Nmm/rad式中:K2 — 后簧 刚度 ,D2--- 后簧托距 侧倾角 度: 当侧向 加速 度 ay=0.4g 时 ,离心 力 Fy=0 。4*Gs=0.4*2684=107306N 侧倾力 矩:M= Fy* h 侧倾角 度: α=M/C= Fy* h/C=0.0331rad=1.9 ° 悬架系 统运 动分 析 可 以 通过 手 工 作 图 的方 式 , 画 出 悬 架 在 不同 的跳 动 高 度 范 围 内 的 摆臂 及相 关 联 件 的 位 置, 校核 动动 件与固 定件 的运动 间隙 和零 部件 运动 协调性 和干 涉问 题。 目前 , 利 用计 算机 编 制的软 件能 够较 方便 地分 析出各 零部 件运 动协 调性 和干涉 问题 。 六、 装调中 的控制 要素 扭杆式 独立 悬架 的控 制要 素主要 有前 悬架 高度 (即 摆臂角 度) 及前 轮定 位参 数的 控 制 。 6 .1 前悬 架高 度的 控制 通常, 在悬 架扭 杆设 计时 ,就在 两端 花键 处设 计出悬 架摆 臂和 调整 臂的 装配角 度标 识槽 。在 前悬 架装配 过程 当中 ,按 照扭 杆设计 安装 标识 正确 装配 摆 臂 和 调整 臂 。 在进 行 前悬 架 高 度的 调 整 前, 应先 检查轮 胎气 压正 确, 然后 专用测 量工 具 是通过调整扭杆的 预紧角 度来实现的。如下 图 所示: 3、 前轮定 位的 调整 与控 制 前 轮定 位的 调整 , 一 般要在 四轮 定位 仪上 进行 。 前 束 的 调整 , 是 通过 调 整左 右 转 向横 拉 杆 的长 度来 实现的 ; 车 轮内、 外倾 角的 调整是 通过 同时 增加 或减 少悬架 同一 侧上 摆臂 垫片 的多少 来实 现 的; 如果 需要 调整主 销后 倾角 , 则 调整 悬架同 一侧 上摆臂 前后 垫片 的高 度差 , 使 上摆 臂产 生 一个向 后的 倾角 来实 现的 。 4、 轮胎气 压的 调整 与控 制 在进行整车高度和前轮定位调整前, 一定要按技术要求将车轮的气压调整到 规定数值, 否则将会影响到整车高度及前轮定位的调整。 如果长期让轮胎处于不 符合规定的气压范围内,还将会影响到转向力和轮胎的早期磨损。 第五章 故障处 理案 例 5.1 转向 回正 性差 案例 :BJ6486 轻 客转 向回 正性差 问题 处理 故 障 模 式 : 转 向 沉 、 回 位 性 差 、 感 觉 转 向 盘有阻 尼、 路感 较差 。 解决思 路 : 影 响 转 向 回 位 的 因 素 主 要 有 两 种 : 一 是转向回 正力 矩问 题造 成回 位性差 ,二 是转 向系 统阻 尼问题 造成 转向 盘操 纵费 力。 要素分 析: 1)、 在 整车 装调 过程 中, 空车高 度的 调整与 前 轮定 位的调 整一 样, 非常 重要 。 在所 提供 给我 们进行 分析 的故 障样 车中 , 很少 有空 车高 度调 整到 位的情 况, 这说 明空 车高 度调整 没有 引起 高度重 视。6486 轻 客前 悬 架空车 高度 为 277 mm (下横臂轴 中心 点离 地面 高度 ) ,后悬 架空 车高度 为 292 mm (板簧前 吊耳中 心离 地面 高度 ) 。 我 们在试 验发 现, 车辆 按正 确的空 车高 度调整 以后 ,再 进行 前轮 定位调 整, 多数 故障 样车 的回位 性能 明显 好转 。 2) 、 影响 转向 回正力 矩的 主要参 数是 后倾 角, 后倾 角偏小 可能 使转 向回 正力 矩不够 , 但简 单 的改变 后倾 角有 可能 使其 他定位 参数 产生 影响 , 增大 后倾角 也有 可能 使转 向 发 沉。 在试 验中 , 我们进 行了 多次 尝试 ,将 后倾角 由 1 °15 ′增 大到 2 °30′ 较为 合适 。 3) 、 多 数转 向器 支架 不符 合设计 要求 , 对 安装 精度 及传动 效率 影响 较大 。 此 外, 根 据车 身三 坐标测 量结 果, 安装 转向 器及转 向器 支架 部位 的坐 标点也 有较 大误 差, 这是 产生转 向系 统阻 尼力的 主要 因素 。 4)、 6486 轻客 转向 系统 安 装较为
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