汽车悬架试验装置的结构设
汽车悬架试验装置的结构设[20200408211801]
摘要
本文主要设计一个汽车悬架试验装置，结构简单，操作方便，便于收集信息、数据，更好地完成对悬架的性能的测试。由于现在对现代汽车普遍要求是汽车的行驶稳定性和乘坐的舒适性，这就要求汽车悬架的性能要不断地提高。悬架是汽车行驶稳定性和乘坐舒适性的关键构件，其主要部件为弹簧和减震器，主要功能是在汽车在行驶过程中对方向的调节和减少来自地面的冲击。
汽车悬架试验装置的结构主要有三个部分：整个架体、加载装置和路面模拟的输入装置。通过大体框架的设计、尺寸计算、零件选择、强度校核，最后画出装配图、结构焊接图以及主要的零件图。
摘要
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:悬架1/4车辆试验台
目录
1.绪论 1
1.1 悬架的功用 1
1.2 悬架的组成 1
1.3 悬架的种类 3
1.4 悬架的未来趋势 6
2. 汽车悬架性能的检测 8
2.1 悬架系统性能测试方法 8
2.2 悬架系统性能检测的意义 9
2.3 课题研究的内容 9
3. 架体的结构设计 12
3.1 架体总体结构的设计 12
3.2 架体的形状和尺寸 13
4. 加载装置的选择设计 14
4.1 气缸的选择 14
4.2 加载装置的装配关系示意 17
5. 路面模拟输入装置的结构设计 18
5.1 电机的选择 18
5.2 轴的设计与校核 19
5.2.1 轴的设计 19
5.2.2 轴的校核 21
5.3 带传动的设计 23
5.4 路面不平度输入装置的装配关系 27
总结 30
参考文献 32
致谢 33
1.绪论
1.1 悬架的功用
悬架即是汽车车架与车轮之间的一切传力连接装置的总称。它是用来弹性地连接车桥与车身的装置，在行驶过程减缓车辆所受到的冲击，使乘员舒适以及保证货物完好；减缓由于弹性系统造成的振动，在行驶过程中使汽车保持平稳的状态，并且改善了操纵稳定性；还承受垂直方向的力并且传递力矩到车身上，从而使汽车能够平稳行驶；在转向时，车轮会相对车身跳动，它可以使车轮按照符合要求的轨迹运动。虽然现在悬架有着许多种的结构，但是都少不了三个部件：弹性元件、减震器和导向机构，如图1.1所示。
图1.1 悬架系统结构
1.2 悬架的组成
一般悬架由弹性元件、减振器、导向机构和稳定器组成。
1．弹性元件
弹性元件用来承受并传递垂直力，减缓来自路面不平引起的对车身的冲击。弹性元件有许多种类种类，例如：钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧和橡胶弹簧等。
1）钢板弹簧：由多个不相等的长度和不相等的曲率的钢板相互重叠和固定。安装完毕后，自然弯曲。钢板弹簧不进具有缓冲减震的作用，在竖直布置时还可以起着传递力的作用，非独立悬架大部分采用钢板弹簧做弹性元件，代替了导向装置和减震器，使结构更为简单。
2）螺旋弹簧：只能够减缓冲击，多用于轿车独立悬架装置。因为没有减震和传力的作用，所以需要增加减震器和导向元件。
3）油气弹簧：以气体作为弹性介质，液体作为传力介质，它不仅具有缓冲和缓震的作用，还可以调节汽车的高度，适合货车和大客车使用。
4）扭杆弹簧；将弹簧杆做成的扭杆的一端固定于车架，另一端通过摆臂与车轮相连，利用车轮跳动时扭杆的扭转变形起到减缓冲击作用，适合于独立悬架使用。
2．减震器
减震器用来衰减由于弹性系统引起的振动，减震器的类型有筒式减振器，阻力可调式新式减震器，充气式减震器。如图1.2所示。
图1.2 减震器
3．导向机构
导向机构是用来传递车轮与车身间的力和力矩的，同时使车轮按一定运动轨迹相对车身跳动，一般导向机构是由控制摆臂式杆件组成。种类有单杆式和多连杆式的。使用钢板弹簧时就不需要导向机构，因为钢板弹簧可以引导力的传递。。
1.3 悬架的种类
悬架的种类有很多种方法。按导向机构的不同可以分为独立与非独立悬架；按阻尼元件的不同，可以分为阻尼系数固定和阻尼系数可调悬架；按弹性元件的不同可分为钢板弹簧悬架、橡胶弹簧悬架、油气弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹簧悬架等;按悬架参数是否可控，可将悬架分为被动悬架、主动悬架和半主动悬架。这里主要介绍最后一分类。
1. 被动悬架
被动悬架即传统意义上的悬架，主要由弹簧、减震器和导向机构等组成。其中弹簧主要起缓冲的作用，减震器主要起减震作用。随着长期的使用研发，被动悬架低消耗、结构简单、生产廉价等优点，使它在车辆上一直得到广泛应用。目前国内不少的车辆还是采用被动悬架。被动悬架只能借助弹性元和减震器来削减汽车受到的冲击和振动，所以它不能实时调节汽车行驶时所遇到的情况，因此只适用在某些特定的路况上。其结构示意图如图1.3所示。
图1.3 被动悬架示意图
2．主动悬架
主动悬架相比较被动悬架来说，具有可变的阻尼特性和弹簧特性使用了力作动器，取消了弹性元件和减震器。主动悬架使用的是外界能量，并能控制能量的大小。根据作动器响应带宽的不同，主动悬架又被分为宽带主动悬架和有限带宽主动悬架，也可称为全主动悬架和慢主动悬架。
采用闭环控制系统的宽带主动悬架是由可控的作动器组成的，通常是一个气动或液动油缸在宽频率范围的作动器，控制信号可以控制力的生成和大小。作为动态响应带宽频率范围通常包括车辆中经常遇到的0-15hz，作动器响应带宽可以达到100Hz，为了减少能量消耗，通常使用一个弹簧与之并联，来承受静负载。结构示意图如图1.4所示。
有限带宽主动悬架通常响应速度稍慢的作动器和一个普通弹簧相串联,再与一个被动阻尼器并联构成。结构示意图如图 1.5所示。只有在一个低频范围(频带宽1一6Hz)内有限带宽主动悬架才能进行主动控制。由于有限带宽主动悬架作动器工作范围小，所以它比宽带主动悬架成本更低廉、结构更简单。当激励在一定频率范围内，有限带宽主动悬架由于对车轮的振动减少了限制，使能量消耗大大减少，达到接近宽带主动悬架的控制水平，但当上限频率以后，就会对汽车的乘坐舒适性产生不良影响，需要采取一定的预防措施。
图1.4 宽带主动悬架示意图 图1.5 有限带宽主动悬架示意图
3.半主动悬架
半主动悬架处于主动悬架和被动悬架之间，可以随着路况和行驶状况的不断改变弹簧刚度或减振器的阻尼系数在一定范围内变化。它的工作原理是，根据反馈信号（簧载质量的加速度响应等）收集的信息，以一定的规律调节弹簧刚度或减振器的阻尼来适应的中路况，使汽车行驶平稳。结构示意图如图1.6所示。
图1.6 半主动悬架示意图
对于承载车身的静载荷的弹性元件来看，在半主动悬架中控制刚度要比控制阻尼困难得多，目前主要将阻尼可调减振器作为执行机构，根据传感器收集的车况和路况，由电子控制单元（ECU）发出控制信号对减振器阻尼系数的有级或无级的调节。
半主动悬架又可分为可切换半主动悬架和连续可调半主动悬架。可切换半主动悬架只是阻尼系数能在仅有的几个离散阻尼值之间进行切换。该系统通常有2-3阻尼值设定，可切换阻尼悬架可以快速切换几档开关，开关切换时间一般是10ms-20ms范围。可切换半主动悬架实际上是在减振器结构中使用在最大、中等或最小之间有级调节通流面积的比较简单的控制阀。连续可调半主动悬架的阻尼系数可以在规定范围内可以连续调节。阻尼调节一般使用以下两种方式:
(1) 调节节流孔径
一般使用电机或电磁阀驱动减振器的阀杆，持续调节节流阀的通流面积来改变其阻尼特性。如果调节通流面积的速度过快，就会造成严重的脉动流量，导致控制效果受到影响，并且其结构比较复杂，生产成本比较高。
摘要
本文主要设计一个汽车悬架试验装置，结构简单，操作方便，便于收集信息、数据，更好地完成对悬架的性能的测试。由于现在对现代汽车普遍要求是汽车的行驶稳定性和乘坐的舒适性，这就要求汽车悬架的性能要不断地提高。悬架是汽车行驶稳定性和乘坐舒适性的关键构件，其主要部件为弹簧和减震器，主要功能是在汽车在行驶过程中对方向的调节和减少来自地面的冲击。
汽车悬架试验装置的结构主要有三个部分：整个架体、加载装置和路面模拟的输入装置。通过大体框架的设计、尺寸计算、零件选择、强度校核，最后画出装配图、结构焊接图以及主要的零件图。
摘要
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:悬架1/4车辆试验台
目录
1.绪论 1
1.1 悬架的功用 1
1.2 悬架的组成 1
1.3 悬架的种类 3
1.4 悬架的未来趋势 6
2. 汽车悬架性能的检测 8
2.1 悬架系统性能测试方法 8
2.2 悬架系统性能检测的意义 9
2.3 课题研究的内容 9
3. 架体的结构设计 12
3.1 架体总体结构的设计 12
3.2 架体的形状和尺寸 13
4. 加载装置的选择设计 14
4.1 气缸的选择 14
4.2 加载装置的装配关系示意 17
5. 路面模拟输入装置的结构设计 18
5.1 电机的选择 18
5.2 轴的设计与校核 19
5.2.1 轴的设计 19
5.2.2 轴的校核 21
5.3 带传动的设计 23
5.4 路面不平度输入装置的装配关系 27
总结 30
参考文献 32
致谢 33
1.绪论
1.1 悬架的功用
悬架即是汽车车架与车轮之间的一切传力连接装置的总称。它是用来弹性地连接车桥与车身的装置，在行驶过程减缓车辆所受到的冲击，使乘员舒适以及保证货物完好；减缓由于弹性系统造成的振动，在行驶过程中使汽车保持平稳的状态，并且改善了操纵稳定性；还承受垂直方向的力并且传递力矩到车身上，从而使汽车能够平稳行驶；在转向时，车轮会相对车身跳动，它可以使车轮按照符合要求的轨迹运动。虽然现在悬架有着许多种的结构，但是都少不了三个部件：弹性元件、减震器和导向机构，如图1.1所示。
图1.1 悬架系统结构
1.2 悬架的组成
一般悬架由弹性元件、减振器、导向机构和稳定器组成。
1．弹性元件
弹性元件用来承受并传递垂直力，减缓来自路面不平引起的对车身的冲击。弹性元件有许多种类种类，例如：钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧和橡胶弹簧等。
1）钢板弹簧：由多个不相等的长度和不相等的曲率的钢板相互重叠和固定。安装完毕后，自然弯曲。钢板弹簧不进具有缓冲减震的作用，在竖直布置时还可以起着传递力的作用，非独立悬架大部分采用钢板弹簧做弹性元件，代替了导向装置和减震器，使结构更为简单。
2）螺旋弹簧：只能够减缓冲击，多用于轿车独立悬架装置。因为没有减震和传力的作用，所以需要增加减震器和导向元件。
3）油气弹簧：以气体作为弹性介质，液体作为传力介质，它不仅具有缓冲和缓震的作用，还可以调节汽车的高度，适合货车和大客车使用。
4）扭杆弹簧；将弹簧杆做成的扭杆的一端固定于车架，另一端通过摆臂与车轮相连，利用车轮跳动时扭杆的扭转变形起到减缓冲击作用，适合于独立悬架使用。
2．减震器
减震器用来衰减由于弹性系统引起的振动，减震器的类型有筒式减振器，阻力可调式新式减震器，充气式减震器。如图1.2所示。
图1.2 减震器
3．导向机构
导向机构是用来传递车轮与车身间的力和力矩的，同时使车轮按一定运动轨迹相对车身跳动，一般导向机构是由控制摆臂式杆件组成。种类有单杆式和多连杆式的。使用钢板弹簧时就不需要导向机构，因为钢板弹簧可以引导力的传递。。
1.3 悬架的种类
悬架的种类有很多种方法。按导向机构的不同可以分为独立与非独立悬架；按阻尼元件的不同，可以分为阻尼系数固定和阻尼系数可调悬架；按弹性元件的不同可分为钢板弹簧悬架、橡胶弹簧悬架、油气弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹簧悬架等;按悬架参数是否可控，可将悬架分为被动悬架、主动悬架和半主动悬架。这里主要介绍最后一分类。
1. 被动悬架
被动悬架即传统意义上的悬架，主要由弹簧、减震器和导向机构等组成。其中弹簧主要起缓冲的作用，减震器主要起减震作用。随着长期的使用研发，被动悬架低消耗、结构简单、生产廉价等优点，使它在车辆上一直得到广泛应用。目前国内不少的车辆还是采用被动悬架。被动悬架只能借助弹性元和减震器来削减汽车受到的冲击和振动，所以它不能实时调节汽车行驶时所遇到的情况，因此只适用在某些特定的路况上。其结构示意图如图1.3所示。
图1.3 被动悬架示意图
2．主动悬架
主动悬架相比较被动悬架来说，具有可变的阻尼特性和弹簧特性使用了力作动器，取消了弹性元件和减震器。主动悬架使用的是外界能量，并能控制能量的大小。根据作动器响应带宽的不同，主动悬架又被分为宽带主动悬架和有限带宽主动悬架，也可称为全主动悬架和慢主动悬架。
采用闭环控制系统的宽带主动悬架是由可控的作动器组成的，通常是一个气动或液动油缸在宽频率范围的作动器，控制信号可以控制力的生成和大小。作为动态响应带宽频率范围通常包括车辆中经常遇到的0-15hz，作动器响应带宽可以达到100Hz，为了减少能量消耗，通常使用一个弹簧与之并联，来承受静负载。结构示意图如图1.4所示。
有限带宽主动悬架通常响应速度稍慢的作动器和一个普通弹簧相串联,再与一个被动阻尼器并联构成。结构示意图如图 1.5所示。只有在一个低频范围(频带宽1一6Hz)内有限带宽主动悬架才能进行主动控制。由于有限带宽主动悬架作动器工作范围小，所以它比宽带主动悬架成本更低廉、结构更简单。当激励在一定频率范围内，有限带宽主动悬架由于对车轮的振动减少了限制，使能量消耗大大减少，达到接近宽带主动悬架的控制水平，但当上限频率以后，就会对汽车的乘坐舒适性产生不良影响，需要采取一定的预防措施。
图1.4 宽带主动悬架示意图 图1.5 有限带宽主动悬架示意图
3.半主动悬架
半主动悬架处于主动悬架和被动悬架之间，可以随着路况和行驶状况的不断改变弹簧刚度或减振器的阻尼系数在一定范围内变化。它的工作原理是，根据反馈信号（簧载质量的加速度响应等）收集的信息，以一定的规律调节弹簧刚度或减振器的阻尼来适应的中路况，使汽车行驶平稳。结构示意图如图1.6所示。
图1.6 半主动悬架示意图
对于承载车身的静载荷的弹性元件来看，在半主动悬架中控制刚度要比控制阻尼困难得多，目前主要将阻尼可调减振器作为执行机构，根据传感器收集的车况和路况，由电子控制单元（ECU）发出控制信号对减振器阻尼系数的有级或无级的调节。
半主动悬架又可分为可切换半主动悬架和连续可调半主动悬架。可切换半主动悬架只是阻尼系数能在仅有的几个离散阻尼值之间进行切换。该系统通常有2-3阻尼值设定，可切换阻尼悬架可以快速切换几档开关，开关切换时间一般是10ms-20ms范围。可切换半主动悬架实际上是在减振器结构中使用在最大、中等或最小之间有级调节通流面积的比较简单的控制阀。连续可调半主动悬架的阻尼系数可以在规定范围内可以连续调节。阻尼调节一般使用以下两种方式:
(1) 调节节流孔径
一般使用电机或电磁阀驱动减振器的阀杆，持续调节节流阀的通流面积来改变其阻尼特性。如果调节通流面积的速度过快，就会造成严重的脉动流量，导致控制效果受到影响，并且其结构比较复杂，生产成本比较高。
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