悬架缓冲块设计

一.悬架缓冲块的应用为了防止悬架被“击穿”所造成的撞击，在车轮上跳到一定行程时，与主弹性元件（如螺旋弹簧）并联一个非线性程度很强的弹性元件，这就是缓冲块。用它来限制悬架行程，以吸收从车轮传到车身上的冲击载荷，如图1所示。现代轿车的缓冲块大多数都采用多孔聚胺脂材料制成，橡胶材料逐渐被其代替。聚胺脂材料制成的多孔型缓冲块具有以下橡胶所不能代替的优点：质量小，大约是同样大小橡胶缓冲块的1/2变形大，有很好的非线性特性。图1图2橡胶缓冲块的压缩变形量约为自用高度的50%，而聚胺脂材料制成的多孔型缓冲块，其压缩变形量可达自用高度的75%，如图2所示。承载时外径尺寸变化小，所需径向尺寸空间小。由于上述特点，聚胺脂材料制成的多孔型缓冲块比橡胶材料能更好地吸收冲击载荷。而且聚胺脂材料塑性变形小、耐老化、耐吸水性好。缓冲块与主弹性元件的匹配关系如图3所示。图3二.缓冲块设计1.设计原则:满载下,车轮上跳至最大动行程时,需满足以下条件1)弹簧不产生“并圈”现象2)减震器活塞不撞底(油缸底部)3)变形过程中无明显的“撞击感”4)变形2/3H高度时的强度和疲劳寿命2.已知设计参数:1)悬架偏频n次/分2)各参数点的坐标及安装角3)满载轴荷kN4)减震器行程及安装尺寸5)弹簧尺寸6)车轮动行程3.计算1)悬架刚度kN/mm由图4图4已知：U,δ,P,弹簧刚度ksN/mm则悬架刚度K=(Ucosδ/Pcosβ)×ksN/mm(1)2)求车轮行程fw与弹簧挠度fs之间的关系,见图5已知：Lc下控制臂(ControlArm)长mmLw车轮中心Cw至下控制臂中心0的距离mm主销内倾角β弹簧中心线与主销内倾角β之间的夹角ρ则:fs≈Lc×fw×cos(β+ρ)/Lw(2)图53)求弹簧并圈高度fm已知:钢丝直径d总圈数i则fm=id4)求弹簧满载静挠度fm已知:弹簧刚度KSN/mm悬架刚度KN/mm单轮满载负荷QmN前悬架满载偏频nm次/分则:满载时悬架静挠度fwmmnfw2m30根据图5及图6,并由式(2),将fw代入后可得:fs≈Lc×fw×cos(β+ρ)/Lw(3)图65)检查满载下,减震器活塞是否碰底（顶）.(见图6)已知下列参数:尺寸:Lmmax减震器在自由状态下最大拉伸长度Lm(在呈支柱模块状态下的拉伸长度)Lb;Lt;Ln;u;H;Lt=Lb-Ln减震器最大行程S△Lm=Lmmax-Lm支柱模块状态下的弹簧予紧量。Lx=Lm-Lb-fs’/cosρ(4)Lx减震器上支点至减震器上端面的距离,它是个变量从0到(S-△Lm)考虑到满载条件下,车轮上跳100mm时,弹簧静挠度fs’反映到减震器上的尺寸,则Lx’=Lm-Lb-fs’/cosρ满载下,减震器允许的最大压缩行程为Lxp:Lxp=Lx-H/3，按此值核对在车轮上跳95-100mm时，减震器实际尺寸是否碰底？同理，满载下,减震器允许的最大拉伸行程为Lxr:Lxr=S-Lx，按此值核对在车轮下行90-95mm时，减震器活塞实际尺寸是否碰顶？6）检查满载下,弹簧是否产生“并圈”现象满载下，车轮上跳fw=100mm时，fs值应为fs’≈100cos(β+ρ)Lc/Lw(5){（Lm-Lb-H/3）/cosρ-fs’]≥fm+iε(6)fm弹簧并圈高度ε弹簧圈之间的间隙1-1.5mmi弹簧总圈数7)缓冲块的静刚度特性通常缓冲块的最大压缩变形按2H/3来设计。其相应的压缩力为Pr（N）：满载下，车轮上跳100mm时，弹簧的相应静挠度fs’已由式(5)计算得出fs’=100cos(β+ρ)Lc/Lw；则弹簧的相应压缩力为Ps=ks×fs’（7）根据(4)式求出Lx’Lx’=Lm-Lb-fs’/cosρ(8)此时,缓冲块处于压缩2H/3状态,（Lm-Lb-H/3）cosρ=fs’缓冲块自然高度H=3Lx’（9）满载下，车轮上跳100mm时，缓冲块被压缩2H/3,压缩力为Pr,而悬架弹簧的相应压缩力为PS，此二力是并联力，其合力P=Ps+Pr用以限制车轮继续上跳。以上计算方法可以确保汽车在满载下，车轮能上跳100mm。并保证弹簧不会并圈。正如本文开始陈述的那样,由于聚胺脂材料制成的多孔型缓冲块比橡胶材料能更好地吸收冲击载荷。而且聚胺脂材料塑性变形小、耐老化、耐吸水性好(见图7)。根据计算而得的弹簧压缩力Ps、缓冲块高度H及压缩高度2H/3，我们可将性能图7曲线设计成这样：缓冲块在初始压缩状态时，P值缓慢增长，当接近压缩2H/3时，P值急剧增大，这样可以在不平路面上行驶时，减少悬架被“击穿”的次数，以提高乘坐舒适性。在这一点上，聚胺脂材料要比橡胶优越的多。Pr(N)2H/3