低速載貨汽車車架和懸架的設計本科生畢業(yè)設計論文-文庫吧

【正文】 它很難適應各種復雜路況，減振的效果較差。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(wěn)定桿的麥弗遜式懸架，比如桑塔納、夏利、賽歐等車，后懸架主要有復合式縱擺臂懸架和多連桿懸架等。半主動懸架的研究工作開始于1973 年， 首先提出，現仍具有很好的發(fā)展前景。隨著道路交通的不斷發(fā)展，汽車車速的提高，被動懸架的缺陷逐漸成為提高汽車性能的瓶頸。1954 年,美國通用汽車公司在懸架設計中率先提出了主動懸架的概念。它在被動懸架的基礎上,增加可調節(jié)剛度和阻尼的控制裝置，控制裝置通常由測量系統、反饋控制系統、能源系統等組成，可以使汽車的懸架在任何路面上保持最佳的運行狀態(tài)。20 世紀80年代，世界各大著名的汽車公司和生產廠家競相研制開發(fā)這種懸架，豐田、洛特斯、沃爾沃、奔馳等在汽車上進行了較為成功的試驗。裝備主動懸架的汽車，行駛中車身非常平穩(wěn)，輪胎的噪音小，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，我國的汽車在半主動和主動懸架的研究方面起步晚，與國外的差距大，絕大部分采用被動懸架。在西方發(fā)達國家，半主動懸架在80 年代后期趨于成熟，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。主動懸架由于控制復雜，到上世紀90 年代，仍僅應用于排氣量大的豪華汽車。由于汽車行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性的要求，具有安全、智能和清潔的綠色智能懸架將是今后汽車懸架發(fā)展的趨勢。(1)被動懸架是傳統的機械結構，剛度和阻尼都是不可調的，但由于其性能可靠、成本相對低廉且不需額外能量，在我國現階段仍然有較高的研究價值。研究主要集中在三個方面：①尋找懸架的最優(yōu)參數；②研究可變剛度彈簧和可變阻尼的減振器；③研究導向機構，使汽車懸架在滿足平順性的前提下，穩(wěn)定性有較大的提高。半主動懸架的研究集中在兩個方面：①執(zhí)行策略的研究；②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。通過改變減振液的粘性來改變阻尼系數，具有結構簡單、成本低、無噪音和沖擊等特點。主動懸架研究也集中在兩個方面:①可靠性。②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，元器件較多，降低了懸架的可靠性，因此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氣動力系統中的直線伺服電機和永磁直流直線伺服電機逐漸取代液壓執(zhí)行機構。運用電磁蓄能原理，結合參數估計自校正控制器，可望設計出高性能、低功耗的電磁蓄能式自適應主動懸架，使主動懸架由理論研究轉化為實際應用。懸架技術的每次跨越，都和相關學科的發(fā)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(fā)展提供了有力的。同時，懸架的發(fā)展也給這些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。第2章 總體方案論證 設計選型原則根據縱梁的結構特點，車架可分為以下幾種方案X形車架，,它是由二根縱梁及X型橫梁組成的X型車架實質上是邊梁式車 1的改進，其目的在于提高車架的抗扭剛度。X型車架之所以能達到這一目的，是因為當車架受扭時，X型橫梁能將扭矩轉換成彎矩的緣故。 但是狹而長的車架采用X型橫梁并無明顯優(yōu)點，這是因X型橫梁太長時,受壓的一根可能喪失穩(wěn)定,失去抵抗能力因此，X型橫梁的優(yōu)點僅對短 而寬的車架較有效，最適宜于小客車。梯形車架，梯形車架是由兩根相互平行的縱梁和若干根橫梁組成。其彎曲剛度較大，而當承受扭矩時，各部分同時產生彎曲和扭轉。其優(yōu)點是便于安裝車身、車箱和布置其他總成，易于汽車的改裝和變型，因此被廣泛地用在載貨汽車、越野汽車、特種車輛和用貨車底盤改裝的大客車上； 梯形車架中粱式車架；中梁式車架，或稱脊骨式車架: 它只有一根位于中央且貫穿汽車全長的縱梁。中央 縱梁可以是圓管狀的，也可以是箱形斷面的。中梁的前端做成伸出支架，用以固定發(fā)動機。傳動軸在中粱內穿過。主傳動器通常是固定在中梁的尾端，而形成斷開式的驅動橋。在中梁上固定有橫梁，用以支承汽車車身。綜合式車架；是中梁式車架的變型，它的一部分為管或梁,而其余部分成叉形。采用中梁式或綜合式車架，可以獲得很強的抗扭能力。但是它們也存在很多缺點I如車身等其總成在車架上面的連結是比較復雜的,而且橫梁懸臂較長,彎矩較大，使橫梁與中梁的連接處容易損壞。因此，目前尚未獲得廣泛的采用。結合生產實際及設計要求，選用方案2。2. 懸架的設計方案a．前輪和后輪均采用非獨立懸架；b．前輪采用獨立懸架，后輪采用非獨立懸架；c．前后輪均采用獨立懸架；非獨立懸架的結構特點是，左右車輪用一根整體軸連接再經過懸架與車架（或車身）連接；獨立懸架的結構特點是左右車輪通過各自的懸架與車架（車身）連接。結合生產實際及設計要求，選用方案a。由于是載貨汽車，前后懸架均采用縱置半橢圓形鋼板彈簧，當采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(wěn)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。綜合上述兩方案確定了整體設計方案：梯形車架和前后懸架均采用縱置半橢圓形鋼板彈簧非獨立懸架。2．2 設計內容a．參與總體設計；b．車架、懸架結構型式分析和主要參數的確定；c．車架、懸架結構設計。第3章 主要尺寸參數的選定參考車型及其參數參考車型：歐鈴ZB5040XXYBSC3S運輸車詳細參數：發(fā)動機型號：SD4W583U 發(fā)動機功率：58 kw發(fā)動機排量：2156ML 發(fā)動機類型：柴油發(fā)動機外形尺寸（長寬高）：515016952660 mm貨箱欄板內尺寸：239015851700 mm總質量：3770 Kg 整備質量：1780 Kg額定載質量：1665 Kg 接近角/離去角：21/16前懸/后懸：1010/1105 mm 軸距：2700 mm軸荷：1260/2510 N 最高車速：90 km/h前輪距：1240 mm 后輪距：1360 mm底盤型號：ZB5040XXYBSC3S 軸數：2 底盤尺寸（長寬高）：481016051990彈簧片數：6/5+4 外廓尺寸我國對低速載貨汽車的限制尺寸是：；總寬不大于2米；總長不大于6米。 質量參數 裝載質量按要求取=1700kg 整備質量汽車的裝載量與整備質量之比/稱為汽車的整備質量利用系數。它表明單位汽車整備質量所承受的汽車裝載質量。參考國內外同類型同級別的汽車整備質量利用系數和查《汽車設計》表210，所以： =/=2125㎏在輕型載貨汽車之列,所以滿足設計要求取=2100。 ma=mG+m0=3800kg車架寬度是指左右縱梁腹板外側面之間的寬度。在總體設計中，整車寬度確定后，車架前后部分寬度就可以根據前輪最大轉向角、輪距、鋼板彈簧片寬、裝在車架內側的發(fā)動機外廓寬度及懸置等尺寸確定。從提高整車的橫向穩(wěn)定性以及減小車架縱梁外側裝置件的懸伸長度來看，車架盡量寬些，同時前后部分寬度應相等。以便簡化制造工藝和避免縱梁寬度變化處產生應力集中。我國汽車專業(yè)標準（汽13259載重汽車車架寬度標準）規(guī)定“車架寬度標準為865 177。5毫米”。由（汽車設計）表2－25取的車架寬860mm。由總體設計取軸距2700mm。第4章 車架總成設計4．1 車架的結構設計車架是支撐、連接汽車備總成的零部件，并承受來自車內外的各種載荷的基礎構件。傳統的梯形車架由于其所起到的緩沖、隔振、降低噪聲、延長車身使用壽命等特點及生產上的繼承性、工藝性等原因仍廣泛應用在大型掛車上。貨車車架應具有足夠的強度和適當的剛度。同時要求其質量盡可能小。此外，車架應布置得離地面近一些，以降低整車重心位置，有利于提高汽車行駛的穩(wěn)定性。 圖41 車架結構示意圖 縱梁形式的確定縱梁是車架的主要承載部件，在汽車行駛中受較大的彎曲應力。車架縱梁根據截面形狀分有工字梁和槽形梁。由于槽形梁具有強度高、工藝簡單等特點，因此在載貨汽車設計中選用槽形梁結構。另外為了滿足低速載貨汽車使用性能的要求，縱梁采用直線形結構。這樣既可降低縱梁的高度，減輕整車自身重量，降低成本，亦可保證強度。材料選用16Mn低合金鋼，16Mn低合金鋼在強度,塑性,可焊性方面能較好地滿足剛結構，是應用最廣泛的低合金鋼，綜合機械性能良好,正火可提高塑性，韌性及冷壓成型性能。 橫梁形式的確定橫梁是車架中用來連接左、右縱梁，構成車架的主要構件。橫梁本身的抗扭性能的好壞及其分布，直接影響著縱梁的內應力大小及其分布 合理設計橫梁，可以保證車架具有足夠的扭轉剛度。從早期通過試驗所得出的一些結論可以看出，若加大橫梁的扭轉剛度，可以提高整個車架的扭轉剛度，但與該橫梁連接處的縱梁的扭轉應力會加大；如果不加大橫梁，而是在兩根橫梁間再增加橫梁，其結果是增加了車架的扭轉剛度，同時還降低了與橫梁連接處的縱梁扭轉應力在橫梁上往往要安裝汽車上的一些主要部件和總成，所以橫梁形狀以及在縱梁上的位置應滿足安裝上的需要。橫、縱梁的斷面形狀、橫梁的數量以及兩者之間的連接方式，對車機架的扭轉剛度有大的影響。縱、橫梁材料的選用有以下三種：車架A：箱型縱梁、管型橫梁，橫、縱梁間采用焊接連接，扭轉剛度最大。車架B：槽型縱梁、槽型橫梁，橫、縱梁間采用鉚接連接，扭轉剛度適中。車架C：槽型縱梁、工字型橫梁，橫、縱梁間采用鉚接連接，扭轉剛度最小。從以上三種車架的對比可以看出：低速載貨汽車應該選用車架B。 本設計共有六根橫梁，有前橫梁，第二橫梁，第三橫梁，第四橫梁，第五橫梁，第六橫梁。 縱梁與橫梁的連接橫梁和縱梁多數是用搭接板通過鉚釘連接，也 有些車架是采用焊接或用螺釘連接（螺釘連接易生 銹）的。左圖是縱與橫梁的幾種連接方式；搭接 板多數是固定在縱梁的上、下翼面上和縱梁的腹板上，也有連接在縱梁的腹板上和一個翼面上的。（如圖）轎車車架的縱、橫梁采用焊接方式連接，而貨車則多以鉚釘連接（見下圖）。鉚釘連接具有一定彈性，有利于消除峰值應力，改善應力狀況，這對于要求有一定扭轉彈性的貨車車架有重要意義。圖42 車架鉚接示意圖鉚接設計注意事項：；；；，將鉚釘交錯排列； 4．2 車架的技術要求，而在車架前橫梁及轉向器范圍內應為860。，且在轉向器固定處。，駕駛室后支點與前支點高度差為10。，左右對稱的前后鋼板彈簧支架及吊耳支架其銷孔中心線應在同一直線上，且與車架中心線垂直，偏差不大于1000：，左右對稱支架的相對位置尺寸應符合要求。，且具有正確形狀不允許有傾斜，呲牙等缺陷。，鉚后零件上不得有裂縫，若有裂縫須更換重鉚。g. 車架總成車架第二橫梁連接的螺母應裝置于車架的內部。第5章 車架的設計計算 車架的計算 縱梁彎曲應力彎矩M可用彎矩差法或多邊形法求得。對于載重汽車，可假定空車簧上重量Gs均布在縱梁全長上，載重Ge均布在車箱中，空車時簧上負荷 (對4X2貨車可取=2)整備質量。圖51縱梁彎曲應力由上圖得： （51） （52） （53）a=1010mm，b=1105mm，=2700mm，L=4815mm，c=1500mm，c=2200mm，c=3700mm。將已知量代入上式得：Rf=［22100／3()+3800（）］／4／=5723Nx=［2572322100／3／+3800()／］／(22100／3／+3800)=M=23800／4(++) ［()+］+3800(+)［(+)2］=相鄰兩橫梁如果都同縱梁翼緣連接,扭矩T作用于該段縱梁的中點,則在開口斷面梁中扇性應力可按下式計算： (54)式中 Iw—扇性慣性矩；W—扇性坐標；對于槽形斷面 (55) 由材料力學表B4熱軋槽鋼（GB/T7071988）查得h=80mm,b=43mm,d=,t=則mm 車架扭轉時縱梁應力如橫梁同縱梁翼緣相連，則在節(jié)點附近，縱梁的扇性應力： (56)式中 E—彈性模量，對低碳鋼和16Mn鋼：E=；—車架軸間扭角；L—軸距；節(jié)點間距；a系數，當kL=0時，a=6；kL=1~2時，a=。車架扭轉時，縱梁還將出現彎曲應力，須和相加。 車架載荷分析汽車的使用條件復雜，其受力情況十分復雜，因此車架上的載荷變化也很大，其承受的載荷大致可分為下面幾類： 靜載荷車架所承受的靜載荷是指汽車靜止時，懸架彈簧以上部分的載荷。即為車架質量、車身質量、安裝在車架的各總成與附屬件的質量以及有效載荷（客車或貨物的總質量）的總和。 對稱的垂直動載荷這種載荷是當汽車在平坦的道路上以較高車速行駛時產生的。其大小與垂直振動加速度有關，與作用在車架上的靜載荷及其分布有關，路面的作用力使車架承受對稱的垂直動載荷。這種動載使車架產生彎曲變形。 斜對稱的動載荷這種載荷是當汽車在崎嶇不平的道路上