淺談微型載貨汽車懸架系統(tǒng)的匹配分析

王志明

（河北長安汽車有限公司 河北 定州 073000）

1 微型載貨汽車懸架系統(tǒng)基本介紹

微型載貨汽車的前懸架一般采用麥弗遜式獨立懸架，由前減震器和螺旋彈簧等零部件組成，后懸架一般采用縱置鋼板彈簧式非獨立懸架，由鋼板彈簧、筒式后減震器、緩沖塊等零部件組成。

2 前懸架系統(tǒng)偏頻的計算

人體所習(xí)慣的垂直振動頻率是步行時身體上下運動的頻率，約為1～1.6Hz，所以車身固有頻率應(yīng)當盡可能地處于或接近這一頻率范圍。前后懸架固有頻率的匹配應(yīng)合理，對微型載貨汽車要的偏頻高些，一般在1.6～2.2Hz。

前懸架偏頻計算公式為：

式中，C為懸架剛度（N/cm）；m為前懸架簧上質(zhì)量。代入空、滿載整車的參數(shù)后可得出前懸空載和前懸滿載的偏頻是否符合要求。

3 減振器相對阻尼系數(shù)的校核

汽車的懸架中安裝減振裝置的作用是衰減車身的振動保證整車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。下面僅考慮由減振器引起的振動衰減，不考慮其他方面的影響，以方便對減振器參數(shù)的計算。

減振器中的阻尼力F和速度v之間的關(guān)系可以用下式表示：

式中：δ為減振器阻尼系數(shù)；

i是常數(shù)，常用減振器的i值在卸荷閥打開前等于1。

根據(jù)汽車理論，帶線性阻尼減振器的質(zhì)量懸架系統(tǒng)作自由衰減振動時，評定振動衰減快慢程度的是一個稱為相對阻尼比ψ的數(shù)值。表達式為：

式中：C、m、δ分別為懸架系統(tǒng)的剛度、簧載質(zhì)量和阻尼系數(shù)。

根據(jù)以上公式，舉例輸入前減振器的參數(shù)如表1進行計算。

表1

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知F與V取線性關(guān)系

實驗速度V=0.05m/s時：拉伸阻力Fr=245N；

壓縮阻力Fp=175N；

實驗速度V=1m/s時：拉伸阻力Fr=1670N；

壓縮阻力Fp=690N。

減振器阻尼系數(shù)δ代表速度（V）—阻力（F）曲線的斜率，因此，拉伸行程時的阻尼系數(shù)δR：

式中C值在本次計算中按55N／cm，計算，M值按369.25/ 9800計算。

同樣方法可以求的壓縮行程時的減振器阻尼系數(shù)δp和相對阻尼系數(shù)ψp：

滿載時，拉伸行程相對阻尼系數(shù)：

微型載貨汽車的車輪處的阻尼力始終隨減震器運動，因此此處不存在杠桿比。只是減震器存在一個安裝角度。計算得前懸架的相對阻尼比為

式中：n表示懸架系統(tǒng)的偏頻

m表示懸架系統(tǒng)的簧載質(zhì)量

i為常數(shù)，為減振器的杠桿比

α為減振器的空間安裝角（本次計算角度按7.5°）

δ為減振器阻尼系數(shù)

代入式中，可計算出：

拉伸行程時懸架相對阻尼系數(shù)：ψR=δRcos2a/(2)i2=0.38

壓縮行程時懸架相對阻尼系數(shù)：ψp=δPcos2a/(2)i2=0.13

前減震器總結(jié)

減振器的阻尼作用在與不同剛度C和不同簧上質(zhì)量M的懸架系統(tǒng)匹配時，會產(chǎn)生不同的阻尼效果。通常情況下，將壓縮行程時的相對阻尼系數(shù)ψp取的小些，伸張行程時的相對阻尼系數(shù)ψR取的大些。兩者之間保持ψp=（0.25-0.5）ψR的關(guān)系。經(jīng)計算，前懸架減震器的相對阻尼系數(shù)在推薦的范圍之內(nèi)。

4 后懸架系統(tǒng)偏頻的計算

按偏頻計算公式可計算出后懸架空載和后懸架滿載的偏頻是否符合要求。

前后懸架總結(jié)

懸架的偏頻直接關(guān)系到靜撓度，影響著整車的行駛平順性。前后懸架的偏頻應(yīng)當接近，并且兩者之比約為0.85～0.95，這樣有利于防止車身產(chǎn)生較大的縱向角振動。根據(jù)計算結(jié)果可校核空載時前后懸架的偏頻比值和滿載時前后懸架的偏頻比值是否符合要求。

5 后減振器相對阻尼系數(shù)校核

根據(jù)后減震器的輸入?yún)?shù)可分別計算出拉伸行程時懸架相對阻尼系數(shù)和壓縮行程時懸架相對阻尼系數(shù)：

5.1 后減震器總結(jié)

壓縮行程時的相對阻尼系數(shù)ψp與伸張行程時的相對阻尼系數(shù)ψR兩者之間保持ψp=（0.25-0.5）ψR的關(guān)系。通過計算結(jié)果可判斷后懸架減震器的相對阻尼系數(shù)是否在推薦的范圍之內(nèi)。

5.2 緩沖塊的校核

5.2.1 最大壓縮行程

當汽車在滿載狀態(tài)下行駛在不平的路面上時，通常要滿足車輪（或下擺臂球頭）上下跳動的動行程.在跳動范圍內(nèi)，彈簧不應(yīng)出現(xiàn)并圈的狀態(tài)，否則，汽車在不平道路上行駛時，會造成硬性撞擊，導(dǎo)致機件損壞，緩沖塊則起著限制最大壓縮動行程的作用。

滿載時，下擺臂球頭處的相應(yīng)最大壓縮動行程

fm為滿載時，彈簧壓縮至并圈后的最大變形量

β為彈簧中心線與地面垂線的夾角

5.2.2 緩沖塊的計算

緩沖塊的設(shè)計原則是：在汽車滿載的工況下，保證車輪最大上跳動行程時螺旋彈簧不會產(chǎn)生并圈而導(dǎo)致撞擊（通稱懸架擊穿）。根據(jù)參數(shù)計算出緩沖塊壓縮量不應(yīng)超過緩沖塊的2/3。

例如：滿載時，緩沖塊上端面與減振器的筒體上端面距離為49.2mm

緩沖塊高為41mm

緩沖塊下端面與減振器的筒體上端面距離為8.2mm

當緩沖塊被壓縮2/3（28mm）時，彈簧還將壓縮f=8.2+28= 36.2mm

此時彈簧的壓縮力為 P=Pm+f×C=3618.7+36.2×55= 5609.7N

這力將反作用在緩沖塊上。

現(xiàn)在使用的緩沖塊在5609.7N時變形23mm，根據(jù)曲線情況，5609.7N時緩沖塊被壓量是22mm，緩沖塊壓縮量滿足要求。

［1］劉大維，主編.汽車工程概論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

［2］余志生，主編.汽車理論[M].5版.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

［3］王望予，主編.汽車設(shè)計[M].4版.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

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