英语原文共 35 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
悬架原理
很明显，如果将车辆滚轮上的载荷直接传送到底盘上，疲劳载荷不仅会使车辆的使用者受到严重的伤害，而且车辆自身的结构也会受到严重的影响。因此，悬架系统的主要功能是尽可能将结构与路面不平整引起的冲击载荷和振动隔离开来。其次，它必须做到不损害车辆的稳定性，转向或其他基本操作。主要要求通过使用柔性元件和阻尼器来实现，而第二个要求是通过使用机械联动控制非悬挂质量块——车轮和车轴总成——和悬挂质量块之间的相对运动来实现的。这些连杆机构可以像半椭圆形弹簧和枷锁一样简单，也可以像双横向连杆和防倾杆或某些其他这种机构组合那样复杂。
42.1 道路不规范与人的易感性
根据DSIR道路研究委员会编号1936-7的报告，由道路不规则造成的干扰幅度的一些指标可以从道路表面不规则性获得。从这份报告中可以看出，中等质量道路上的地表起伏幅度一般在0.013米或更小，而0.005米的幅度是非常好的道路的特征。这些起伏的平均间距小于4米，而大多数公路车辆车轮以大约2米/转的速度前滚。除了传统的柏油马路以外，还有密钉和搓板表面，后者主要发生在没有路面的道路和轨道上。这两种类型路面的代表性模型在The MIRA Proving Ground, by A Fogg, Proc. A.D. Inst Mech Engrs 1955–65中有详细的描述。
很明显，轮胎直径，轮胎与道路之间的接触面积大小，轮胎作为弹簧的速率以及轮轴组件的重量都会影响传递到车轴的冲击的大小，而车轮的运动幅度 受所有这些因素加上悬挂弹簧的比率，减震器的减震效果以及簧下质量和弹簧质量的影响。非悬挂质量可以宽松地定义为道路和主悬挂弹簧之间的质量，而悬挂质量是支撑在这些悬挂弹簧上的质量，尽管二者也可以包括弹簧和连杆的部分重量。
两种完全不同类型的震动被施加到车轮上：由于车轮撞击撞击，并且由于车轮坠入坑洼引起。前者在很大程度上受撞击几何形状和车辆速度的影响，而后者的主要影响除了孔的几何形状外，还有非弹簧质量和弹簧刚度，速度是偶然的影响因素。
人类对这些干扰的敏感性非常复杂，更详细的讨论可以在 Car Suspension and Handling by Donald Bastow, Pentech Press, London, 1980中找到。人们普遍认为垂直频率与步行速度在2.5至4英里即1.5到2.3赫兹之间是舒适的，并且头部的前后或横向频率应小于1.5赫兹。如果内耳频率在0.5到0.75赫兹之间，则可能会出现头晕和恶心。其他重要器官在5赫兹和7赫兹频率之间可能会感到严重不适。
42.2 悬架系统
悬架系统可以用简化形式表示，如图42.1所示。弹跳质量的自然频率（在瞬间受到干扰并在其弹簧上自由弹跳时它会上下跳动）由轮胎和系列悬挂弹簧的总速率决定：
其中：R表示总悬挂速率，Rs表示悬挂弹簧速率，Rt表示轮胎速率。
在图42.1中，减震器是D处的液压阻尼器。悬架系统中的任何摩擦力都是液压阻尼的补充。然而，尽管减震器的液压阻尼力可以被认为与悬挂质量的垂直速度相对于非悬挂质量的垂直速度的平方成比例，但动态摩擦阻尼力实际上不管速度如何都是恒定的。由此可见，尽管悬架的小幅度、小速度运动实际上不受液压阻尼的影响，但由摩擦阻尼对这些小运动和大运动施加的力是相同的。
例如，一个新的多叶半椭圆形弹簧，静态和动态插入摩擦力之间只有很小的差别：有时通过分别称之为静摩擦力和摩擦力来区分。然而，当同一个弹簧变得生锈和变脏时，这种差异会变得相当大，导致在高频率、小振幅运动期间由摩擦阻尼完成的功的平均值变得过大。事实上，在极端情况下，弹簧可能变得十分僵硬，以至于小幅度的干扰根本不会偏转。这当然会导致严重的不舒适驾驶。必须牢记的是液压力，也就是悬挂弹簧所没有的，在任何情况下都能直接传递到悬挂质量上。
阻尼器具有双重功能。首先，它们是为了减少运动单元在引起初始运动停止的扰动之后继续在弹簧上反弹的趋势。其次，它们防止由于在与簧上质量系统的固有振动频率相同的频率下的周期性激励而造成的过度振幅增大。这个固有频率是簧上质量和弹簧刚度的函数，事实上可以表示成与1/radic;delta;成正比，其中delta;是弹簧的静态挠度。
两种形式的干扰中的每一种都可以导致两种完全不同的共振。一种这样的形式是轮子通过一系列等距的隆起，其速度使得它们产生的扰动频率与悬架系统的固有频率相一致。第二种是轮子的不平衡，其不平衡力将随着旋转速度的平方而增加。
在两种不同的频率中：一种是悬挂弹簧系统上的簧上质量，另一种是轮胎上的非悬挂质量轮轴组件。很明显，后者受到悬挂弹簧的影响，但只有轻微的影响。前者将以相对较低的频率（可能大约1至1.5Hz）经历，作为运输单位的弹跳，而后者是以更高的频率（通常为10至15Hz）的车轮跳跃，并且几乎完全独立地产生运输单元的运动。为了最大限度地减小车轮跳动的幅度，不仅谐振，而且包括孤立的弹跳即非簧载重量必须尽可能小。簧上或簧下质量的谐振会对车辆的操纵特性产生不利影响，甚至产生危险。因此，很显然，将减震器或减震器保持在良好的工作状态非常重要。
这些相同的干扰也会引起车辆的俯仰或滚动振动。在这些情况下，固有频率分别是滚动和俯仰模式中弹簧刚度的函数，以及弹簧体围绕横向和纵向轴的惯性矩。单独的轴的滚动振荡，即关于与车辆纵轴平行的轴线的滚动振荡，通常被称为漫步，因为该效果类似于人的前进步伐 ，一次前进一步。
通过使用扭杆弹簧，可以获得补充侧倾刚度，而不会影响两轮弹跳刚度即对整个轴的垂直运动的阻力，或者对两个车轮同时进行独立悬挂的阻力。这种弹簧通常称为防倾杆，它横向安装在车辆下方的两个轴承中，通常是橡胶衬套，其端部通过杠杆连接，有时与车轴连接。如果使用简单的枢轴代替锁链将杠杆连接到车轴，则可以将这些杠杆用作半径杆，以便在车轴上下移动时进行引导，如图43.10所示的麦克弗森悬架。由于使用防倾杆不可避免地意味着在滚动过程中在轮胎上施加了额外的垂直载荷，因此它对转向和操纵有影响。这是因为当车辆转弯时，外轮的轮胎在与地面接触的区域中的额外垂直偏转使其更容易发生横向偏转 - 增加了滑移角。设计师在决定是在前部还是后部安装防倾杆或两者都需要考虑这种影响。
很明显，前后悬架运动之间必须存在一种相互作用 - 振动耦合效应，这必然影响俯仰的趋势。相互作用的大小将取决于干扰的频率、车辆滚动的颠簸以及前后悬架的固有频率。 显然，强制频率取决于凸块的间距，车辆的速度以及围绕轴线的质量惯性矩，而车辆俯仰时的响应幅度将不仅取决于这两个因素，而且还取决于轴距。
在图中可以看出，如果后悬架的固有频率低于前部，则俯仰运动会比前部频率更低的情况持续更长时间。而且，如果后悬架具有较高的固有频率，则最初的俯仰运动不太严重。因此，后悬架的固有频率通常比前部的高。车辆的速度越高，最初的俯仰动作越不严重。这种效应的产生是因为，随着速度的增加，撞击撞击的前后轮之间的时间成为车辆在其自然频率下的俯仰运动的周期时间的较小比例，并且理论上可能最终变为零。该原理类似于隔振的原理。例如发动机在具有低固有频率的橡胶安装系统上以相对高的频率自由振动。
42.3 阻尼
如上文所述，需要阻尼器（有时称为减震器）来快速消除在悬架系统的固有频率下随机或周期性的强迫振动，从而引入共振状态。为此，他们施加与悬架瞬时运动方向相反的力。 早期的汽车具有摩擦阻尼器，它们通常是在叶片或臂之间插入摩擦材料包，它们交替地连接在簧上和非簧下的质量块上。半旋转式叶片式液压阻尼器也被使用。然而，这些已经被放弃了，因为它们的叶片周围的密封长度与排出体积的比例很高，导致这些单元迅速受到磨损。
现代减振器几乎总是要么是伸缩式液压支柱，这些伸缩式液压支柱介于弹簧和非弹簧质量、滑架单元和轴之间。或者是不太常见的杠杆类型，它们也是液压单元。杠杆式减振器的液压缸体通常安装在托架单元上，其操作杆连接在轴上。如果车身安装在车轴上，它所承受的高频高速运动可能导致液压流体的充气，从而对装置的阻尼能力产生不利影响。在动态条件下，轴的最小垂直加速度可以为20至30g。
减震器活塞或活塞组可实现阻尼作用，迫使液压流体以高速流过小孔。因此，能量被流体吸收，转化为热量，然后部分通过传导耗散到车辆的周围结构中，但最终全部流入流过这些部件的空气流中。对于任何给定的能量输入速率，因此吸收和消散的能量的量是流体的体积和粘度以及它所迫使的孔的数量，尺寸和几何形状的函数。液压阻尼的主要优点在于阻尼器的挠曲阻力是速度平方的函数。因此，车轮的慢速运动可以在相对自由的情况下发生，但是阻力随着运动速度迅速增加。
理想情况下，减振器设计的目的是在任何给定的尺寸下获得最大的能量吸收潜力，这将意味着在碰撞和回弹冲击上的阻尼相等。但是，由于碰撞行程通常是剧烈的强制运动，并且不希望将这些力直接通过阻尼器传递到簧上质量，所以碰撞行程上的阻尼通常被设置为小于反弹行程上的阻尼，这个阻尼是由轴的重量和由悬架弹簧施加的力所影响的平缓运动。为了减轻所有阻尼的冲击，并因此减轻所有直接传递的冲击的滑架单元是不切实际的，原因有两个：首先，它将阻尼系统的吸能能力减半；其次，仅在回弹时进行阻尼将倾向于将滑架单元降低到低于其在弹簧上的静态偏转的平均水平。通过阻尼器将高频小幅度振动直接传递到滑架单元，可以通过在其轴端和滑架单元上的橡胶衬套或块之间插入橡胶衬套或滑块来避免，这些轴和滑块单元位于簧上和非簧下质量块上。
42.4 阻尼器的实际应用
所有伸缩式减振器的共同特点是当活塞移入气缸时，其整个区域都有效地传递负载并且因此对流体加压。但是当流体向外移动时，活塞的有效面积减小到其周边与活塞杆周边之间的环形空间的面积。如果在两个方向上需要相等的阻尼，则通过调节流量的每个方向的不同值来获得一些补偿，即阀门打开活塞中的小孔的压力，通过该压力流体被迫提供阻尼。并且两个方向上的流的孔的总横截面积也必须不同，这可以通过使用简单的平板阀仅在一个方向上运动期间关闭一些孔来获得。
活塞杆进入气缸的另一个影响是可用于容纳活塞两侧的流体的体积不同。对此的补偿可以通过在气缸中加入柔性元件来提供，从而使其内的总体积可以根据需要自动调节。 这种柔性元件可以是含有惰性气体的弹性球体，也可以是在其与气缸的封闭端之间具有惰性气体的自由活塞。另一种方法是使用双管设计。
42.5双管阻尼器
双管设计如图42.2所示。它包括一个气缸A.A与接头B焊接在一起。B被拧入外管C中，在该外管上焊接了一个压制的钢帽和孔眼D，通过该外表面将圆柱体A固定到轴或轮组件上。气缸A中的活塞E固定在活塞杆F上，活塞杆F的上端与其焊接在一起，通过该活塞杆连接到车辆的车架上。活塞杆从气缸中出来的部分由焊接在固定孔上的盖板保护。密封套G防止活塞路通过头部B时的泄漏;由压盖填料刮掉的任何流体沿排放孔向下流到缸体A和外管C之间的储存空间。在缸体A的底部是底阀组件L.
Fig. 42.2 Doubletube telescopic damper
活塞E有两个同心环钻孔：外圈被由星形盘簧I压紧的盘形阀H覆盖，同时内圈由被螺旋弹簧K保持的盘阀J覆盖。底部的阀组件与活塞中的阀组件类似，不同之处在于覆盖孔的内环的下部阀片由碟形弹簧代替螺旋弹簧保持。这是为了减少减震器的死角长度，即工作行程不可用的长度。
圆柱体A的两端完全充满流体，但A和C之间的空间只是部分填满。如果眼睛D向上移动，则流体必须从下方移动到活塞E的上方。通过将阀H顶靠在弹簧I上，该流体将穿过孔的外环。但是由于气缸的活塞杆进入汽缸导致气缸上端容积的增加小于下端容积的减小，流体也将通过脚阀内孔的内环移动，并且储存空间中的流体液位将升高。
压力设置将取决于活塞和脚阀中的阀门打开的通道的大小，当然也取决于气缸向上移动的速度的平方。对于汽缸的向下运动，阀J将被迫离开其阀座，并且流体将从汽缸的上端通过活塞中的孔的内环移动到下端，但是缸的活塞杆运动产生的体积的减小也将导致流体也从储存空间通过脚阀的孔的外环进入缸的下端。
双管阻尼器的一个优点是，从主管流入外管的油会带走热量，然后很容易将其排走。这倾向于将所有流体保持在适中的温度。显然，外管中流体的液位越高，传热效应就越大。另一个优点是，外管中的损伤（例如凹痕）不会干扰活塞的工作。
42.6 单管阻尼器
单管阻尼器如图42.3所示。 紧靠活塞上方和下方的空间充满油，阻尼作用来自孔中发生的粘性损失，如套管式类型一样。然而，通过在管的底部使用一定体积的压缩气体，允许活塞杆的体积的影响，其中通过浮动活塞将其与油分离。 当阻尼器的管挡板向上移动时，气体将被进一步压缩并且浮动活塞将相对于其向下移动适当距离以适应两个油室的体积变化。气体的这种压缩导致阻尼特性的逐渐变化，使得以恒定速度向上移动阻尼器管所需的力将以增加的速率上升。相反，在套管式中，增加率是恒定的。
Seal
Fluid
DiscPiston
valve
Fig. 42.3 Girling single-tube telescopic damper Fig. 42.4 Lever-arm-type damper
在单管阻尼器中，气体的压力通常是氮气，且必须高于主活塞下流体的最大工作压力，这一压力可能是2.5MN/m2。这当然增加了总弹簧的悬浮液量，悬浮液量的计算公式等于气体压力乘以活塞杆的有效横截面积。
Woodhead制造公司生产了一个没有浮动活塞的单管阻尼器。其中惰性气体在气缸中是自由的，因此倾向于将液体乳化。虽然在车辆静止时，气体和油分离，但由于设计中固有的较大流速，再乳化速率较快，因此，该装置的性能也因此变得同样迅速。这种类型的阻尼器的优点是，当流体经过自由活塞时，活塞杆的上升和随后的弯曲是不会出现的。同样，由于没有自由活塞，阻尼器的死角很小。此外，这些乳化型阻尼器的性能受工作温度变化的影响小于流体类型。一般来说，单管阻尼
全文共23013字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[12680]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
