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輕型貨車懸架系統的設計

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更新時間：2015-05-08
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1.1 汽車懸架概述
懸架由彈性元件、導向裝置、減振器、緩沖塊和橫向穩定器等組成。導向裝置由導向桿系組成，用來決定車輪相對對于車架(或車身)的運動特性，并傳遞除彈性元件傳遞的垂直力以外的各種力和力矩。當用縱置鋼板彈簧作彈性元件時，它兼起導向裝置作用。緩沖塊用來減輕車軸對車架(或車身)的直接沖撞，防止彈性元件產生過大的變形。裝有橫向穩定器的汽車，能減少轉彎行駛時車身的側傾角和橫向角振動。
根據導向機構的結構特點，汽車懸架可分為非獨立懸架和獨立懸架兩大類。非獨立懸架的鮮明特色是左、右車輪之間由一剛性梁或非斷開式車橋聯接，當單邊車輪駛過凸起時，會直接影響另一側車輪[1]。獨立懸架中沒有這樣的剛性梁，左右車輪各自“獨立”地與車架或車身相連或構成斷開式車橋，按結構特點又可細分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等等，
它的主要功用如下：
1 緩和、抑制由于不平路面所引起的振動和沖擊，以保證汽車的行駛平順性；
2 迅速衰減車身和車橋(或車輪)的振動；
3 傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的各種力(驅動力、制動力、橫向力)和力矩(制動力矩和反作用力矩)；
4 保證汽車行駛穩定性。
為了完成1、2項功能，懸架使用了彈簧和減震器。汽車懸架常用的彈性元件有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、橡膠彈簧及空氣彈簧等。減震器有多種形式，現在最常用的是筒式減震器。
為了完成3、4項功能，懸架采用了適當的導向干系把車架(車身)與車軸(車輪)聯接起來。導向桿系有多種新式，可單獨用其中的一種，也可將幾種配合起來使用。鋼板彈簧懸架中的鋼板彈簧不僅用作彈性元件而且兼起導向的作用。
為了減輕車軸對車架(或車身)的直接沖撞，采用了緩沖塊。為了減小車身的側傾角，有的汽車還裝有橫向穩定桿[2]。
鋼板彈簧簡介
鋼板彈簧是汽車懸架中應用最廣泛的一種彈性元件，它是由若干片等寬但不等長（厚度可以相等，也可以不相等）的合金彈簧片組合而成的一根近似等強度的彈性梁。
當鋼板彈簧安裝在汽車懸架中，所承受的垂直載荷為正向時，各彈簧片都受力變形，有向上拱彎的趨勢。這時，車橋和車架便相互靠近。當車橋與車架互相遠離時，鋼板彈簧所受的正向垂直載荷和變形便逐漸減小，有時甚至會反向。
主片卷耳受力嚴重，是薄弱處，為改善主片卷耳的受力情況，常將第二片末端也彎成卷耳，包在主片卷耳的外面，稱為包耳。為了使得在彈性變形時各片有相對滑動的可能，在主片卷耳與第二片包耳之間留有較大的空隙。有些懸架中的鋼板彈簧兩端不做成卷耳，而采用其他的支撐連接方式，如橡膠支撐墊[3]。
扁平長方形的鋼板呈彎曲形，以數片疊成的底盤用彈簧，一端以梢子安裝在吊架上，另一端使用吊耳連接到大梁上，使彈簧能伸縮。目前適用于中大型的貨卡車上。
1.2 我國汽車懸架發展的現狀
現代汽車懸架的發展十分快，不斷出現嶄新的懸架裝置。懸架技術的每次跨越，都和相關學科的發展密切相關計算機技術、自動控制技術、模糊控制、神經網絡、先進制造技術、運動仿真等為懸架的進一步發展提供了有力的保障。懸架的發展也給相關學科提出更高的理論要求，使人類的認識邁向新的、更高的境界。
汽車懸架按導向機構可分為獨立懸架和非獨立懸架兩大類。非獨立懸架主要用于貨車和客車前、后懸架。隨著高速公路網的快速發展，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定性等方面提出的要求。因此，獨立懸架獲得了很大的發展空間。獨立懸架的結構特點是，兩側的車輪各自獨立地與車架或車身彈性連接，因而具有很多優點。獨立懸架中尤其是雙橫臂獨立懸架得到了廣泛的應用。
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。20世紀80年代以來主動懸架開始在一部分汽車上應用，并且目前還在進一步研究和開發中。我國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達國家，福特公司和日產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幾個單位對主動懸架展開研究。研究證明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，可使懸架的穩定性得到保證因此，主動懸架的平順性和操縱穩定性是最好的，是汽車懸架必然的發展方向。由于種種原因，我國的汽車絕大部分采用被動懸架。被動式懸架汽車姿態（狀態）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[4]。 1934年世界上出現了第一個由螺旋彈簧組成的被動懸架。被動懸架的參數根據經驗或優化設計的方法確定，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，現代轎車的前懸架一般采用帶有橫向穩定桿的麥弗遜式懸架，比如桑塔納、夏利、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。被動懸架是傳統的機械結構，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[5]。在我國現階段，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:①通過對汽車進行受力分析后，建立數學模型，然后再用計算機仿真技術或有限元法尋找懸架的最優參數;②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;③研究導向機構，使汽車懸架在滿足平順性的前提下，穩定性有大的提高。
1.3 研究的背景及意義
自主開發是中國汽車產業持續發展的保障。我國汽車產業在經過半個世紀的發展，已經初具規模，但是面臨著能源緊張、技術落后、自主品牌嚴重缺乏以及國際競爭加劇帶來的壓力[6]。我國的汽車產業要加速、持續和健康的發展，并成為我國國民經濟的支柱產業，必須堅持產業創新，選擇面向自主發展具有中國特色的產業創新模式，推動汽車產業結構的升級、技術的進步、以及民族品牌的崛起。
輕型貨車在我國應用較廣，其中懸架是輕型貨車的的主要部件，其設計的成功與否決定著車輛的行駛平順性和操縱穩定性、舒適性等多方面的設計要求。設計出結構簡單、工作可靠、造價低廉的懸架系統，能大大降低整車生產的總成本，推動汽車經濟的發展。所以本題設計一款結構優良的輕型貨車懸架系統具有一定的實際意義。

1.4 研究的主要內容
確定懸架總體結構，彈性元件設計，導向機構設計，減振器結構設計，主要參數的確定,對主要參數進行強度校核，驗證設計的合理性。 ...

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