GD6126客车设计—传动轴及悬架设计-方案论证报告.docx

1、机电工程学院毕业设计方案论证报告设计题目:GD6126客车设计传动轴及悬架设计学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 20xx年03月20日2目 次1 汽车悬架、传动轴发展趋势分析11.1 现代汽车悬架形式11.2 现代汽车悬架上的组成11.3 汽车悬架的发展趋势21.4 汽车传动轴的发展现状42 悬架设计概述53 悬架的结构方案分析63.1 独立悬架与非独立悬架63.2 前、后悬架方案的选择74 传动轴设计概述94.1 传动轴的组成与要求94.2 传动轴组成结构95 万向节结构方案分析95.1 十字轴式万向节105.2准等速万向节10论证结果11参考文献12141 汽车悬架、传动轴发展

2、趋势分析1.1 现代汽车悬架形式所谓汽车悬挂,就是指汽车车身和车轮弹性地连接起来的机构。俗称汽车的避震、悬挂和悬架的意思都一样，都是指车轮与车身之间的连接物，避震是通俗叫法，而悬挂和悬架均是学名。 悬架是将车身与车桥、车轮弹性相连，传递作用在车轮和车身之间的力和力矩，缓和由不平路面传给车身的冲击，并衰减由此引起的振动，以保证汽车正常行驶时的平顺性、操纵稳定性和乘坐舒适性。目前多数汽车的悬架都是被动式悬架，即汽车的车轮和车身状态只能被动地取决于路面及行驶状况以及汽车的弹性支承元件、减振器和导向机构。汽车上的悬挂结构大体可分为两种：一种是左、右车轮用一根刚性轴连起来并与车身相连的叫非独立悬挂。常见

3、卡车使用的钢板弹簧避震系统就是非独立悬挂。它具有结构简单、强度高、稳定性好、容易制造、维修方便、轮胎磨损小和价格低廉等优点。其缺点是当汽车在高速或在不平路面行驶时，容易颠簸，使人感到不舒服。另一种是左、右车轮不连在一根轴上，而是单独通过悬挂与车身连接的叫独立悬挂。往往轿车的舒适性比卡车好,是因为这些车采用了独立悬挂，其结构是用轻便的杠杆、摆臂代替了整体车轴，当一侧车轮驶入凹凸不平路面时，不会牵动另一侧车轮而引起冲击振动，这就提高了乘座舒适性。但采用独立悬挂后也相应使结构复杂，成本上升。常见的独立悬挂结构型式有：螺旋弹簧双横臂独立悬挂、扭杆式独立悬挂、滑柱摆臂式独立悬挂和麦弗逊式独立悬挂等。现代

4、轿车的前轮都采用独立悬挂，后轮虽然比前轮采用独立悬挂的要少，但中、高级轿车一般都是四轮独立悬挂。1.2 现代汽车悬架上的组成典型的汽车悬挂结构由弹性元件、减震器以及导向机构等组成，这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。绝大多数悬挂多具有螺旋弹簧和减振器结构，但不同类型的悬挂的导向机构差异却很大，这也是悬挂性能差异的核心构件。图1 悬架的组成弹性元件：弹性元件用来承受并传递垂直载荷、缓和不平路面、紧急制动、加速和转弯引起的冲击或车身位置的变化。常见的弹性元件包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧。减震器：减振器用来衰减由于弹性系统引起的振动。减振器的类型有筒式减振器、阻

5、力可调式减振器和充气式减振器。用于限制弹簧的自由振荡，提高乘坐舒适性。导向装置：导向装置用来使车轮按一定运动轨迹相对车身运动，同时起传递力作用。通常导向装置由控制摆臂式杆件组成，有单杆式和连杆式的。钢板弹簧作为弹性元件时，它本身兼导向作用，可不另设导向装置。用于使上述部件定位，并控制车轮的横向和纵向运动。横向稳定器：横向稳定器也归属于导向装置。在有些轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统中加设有横向稳定杆，目的是提高侧倾刚度，使汽车具有不足转向特性，改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性。用于防止汽车横向摆动。1.3 汽车悬架的发展趋势被动悬架是传统的机械结构,刚度和阻

6、尼都是不可调的,依照随机振动理论,它只能保证在特定的路况下达到较好效果.但它的理论成熟、结构简单、性能可靠,成本相对低廉且不需额外能量,因而应用最为广泛.在我国现阶段,仍然有较高的研究价值。被动悬架性能的研究主要集中在三个方面:通过对汽车进行受力分析后,建立数学模型,然后再用计算机仿真技术或有限元法寻找悬架的最优参数;研究可变刚度弹簧和可变阻尼的减振器,使悬架在绝大部分路况上保持良好的运行状态研究导向机构,使汽车悬架在满足平顺性的前提下,稳定性有大的提高。半主动悬架的研究集中在两个方面:执行策略的研究;执行器的研究.阻尼可调减振器主要有两种,一种是通过改变节流孔的大小调节阻尼,一种是通过改变减

7、振液的粘性调节阻尼.节流孔的大小一般通过电磁阀或步进电机进行有级或无级的调节,这种方法成本较高,结构复杂.通过改变减振液的粘性来改变阻尼系数,具有结构简单、成本低、无噪音和冲击等特点,因此是目前发展的主要方向.在国外,改变减振液粘性的方法主要有电流变液体和磁流变液体两种。主动悬架研究也集中在两个方面:可靠性;执行器.由于主动悬架采用了大量的传感器、单片机、输出输入电路和各种接口,元器件的增加降低了悬架的可靠性,所以加大元件的集成程度,是一个不可逾越的阶段.执行器的研究主要是用电动器件代替液压器件.电气动力系统中的直线伺服电机和永磁直流直线伺服电机具有较多的优点,今后将会取代液压执行机构.运用电

8、磁蓄能原理,结合参数估计自校正控制器,可望设计出高性能低功耗的电磁蓄能式自适应主动悬架,使主动悬架由理论转化为实际应用。国外汽车空气悬架发展经历了“钢板弹簧气囊复合式悬架被动全空气悬架主动全空气悬架”的变化型式。主动全空气悬架应用了电子控制系统，使传统的空气悬架系统的性能得到很大改善，汽车在各种路面、各种工况条件下能实现主动调节、主动控制，并增加了许多辅助功能(如故障诊断功能等)。目前ECAS系统在欧洲国家的大客车上已经大量应用，随着人们生活水平的提高，对汽车舒适性的要求也越来越高，可以预见，ECAS这一先进的空气悬架系统在汽车上的应用将越来越普及。近几年，我国空气悬架的需求主要是与高等级客车

9、的销售量直接相关，2002年高级客车销售量为4000台左右，2003年突破6000台，据统计高级客车的需求以每年15的速度增长。根据国家汽车行业“十五规划”要求：我国的客车将重点发展适应高速公路需要的大中型客车，专用客车底盘及关键总成。及根据市场需求适当发展高档旅游客车。十五规划预测，2005年大中型客车年需求量为1216万辆，交通部颁布实施JT/T325-2002的行业标准，对大中型客车配置悬架类型作了规定，其中高级大中型客车必须采用空气悬架。这为空气悬架产品的推广使用创造了一个良好的外部环境。1.4 汽车传动轴的发展现状目前，十字轴式刚性万向节传动轴在汽车传动系中用得比较广泛。另外一个重要

10、的组成部分是滑动花键副，由内、外花键组成，用于传递长度的变化。传动轴的万向节摆角和滑动花键副的最大伸缩量，是根据整车布置时进行的传动轴跳动校核而确定的。一般的情况下还可能有传动轴管，空心的轴管具有较小的质量但能传递较大的扭矩，并且比相同外径的实心轴具有更高的临界转速的特点。“为满足汽车产业发展的需要，应全面提升传动轴行业的综合水平，全面优化行业产业结构、组织结构、产品结构，与汽车产业协调发展”。平心而论，传动轴行业要完成这个目标确实还需要走很长的一段路。针对传动轴行业的现状，我们就行业未来发展提出几点思路：一、推进传动轴行业企业兼并重组，机制改革。结合本行业企业实际，深入抓好企业机制改革，解决

11、好融资渠道和资本运作问题、资源整合问题、结构调整优化问题、劳资关系问题、利益分配问题等，为企业持续、健康、稳定发展提供根本保证。二、紧跟世界汽车技术发展趋势，确定传动轴零部件研发方向，开展产品研发和技术升级遵循原则。（1）适应汽车标准法规在安全、环保、节能方面日趋严格的要求；（2）应用新型轻质、环保材料、适应汽车轻量化、洁净化要求；（3）发展再制造技术，实现循环经济。三、加快技术创新平台建设。着重抓好传动轴行业前10名重点企业的技术创新能力平台建设，积极支持和推荐国家级企业技术中心的建立和第三方传动轴零部件公共检测机构项目、产品开发能力改造提升项目及零部件企业技术改造项目等，提高传动轴产品检测

12、能力和水平。加大行业企业技术改造投资力度。四、实施自主品牌战略。引导传动轴行业企业将发展自主品牌作为企业战略重点，支持企业通过自主开发、联合开发、国内外并购等多种方式发展自主品牌。通过消化吸收引进技术再创新以及产学研相结合开发新产品等渠道，通过科技投入，积极开展研究与试验，充分调动科技人员的积极性，开发新产品和发展自主品牌，提高企业的影响力。2 悬架设计概述悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架与车轴弹性连接起来。其主要任务是传递作用在车轮和车架之间的一切力和力矩；缓和路面传给车架的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，

13、保证汽车的操纵稳定，使汽车获得高速行驶能力。悬架由弹性元件、导向装置、减震器、缓冲块、横向稳定器等组成。导向装置由导向杆系组成，用来决定车轮相对于车架的运动特性，并传递除弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩。当用纵置钢板弹簧作弹性元件时，它兼起导向装置的作用。缓冲块用来减轻车轴对车架的直接冲撞，以防弹性元件产生过大的变形。装有横向稳定器的汽车，能减少汽车转弯行驶时的侧倾角和横向角振动。对悬架提出的设计要求有：1）保证汽车有良好的行驶平顺性。2）具有合适的衰减振动的能力。3）保证好的操纵稳定性。4）汽车制动或加速时，要保持车身稳定，减少车身纵倾，转弯时的侧倾角要合适。5）隔声能力好。6）结构紧

14、凑、占用空间小。7）可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。为满足汽车具有良好的行驶平顺性，要求由簧上质量与弹性元件组成的振动系统的固有频率应在合适的频段，并尽可能低。前、后悬架固有频率的匹配应合理，对乘用车，要求前悬架固有频率小于后悬架的固有频率，还要尽量避免悬架撞击车架。在簧上质量变化的情况下，成身高度变化要小，因此，应采用非线性弹性特性悬架。汽车在不平路面上行驶时，由于悬架的弹性作用，使汽车产生垂直振动。为了迅速衰减这种振动和抑制车身、车轮的共振，减小车轮的振幅，悬架应装有减震器，并使之具有合理的阻尼。利用减震器的阻尼作用，使汽车振

15、动的振幅连续减小，直至振动停止。要正确地选择悬架方案和参数，在车轮上、下跳动时，使主销定位角变化不大、车轮运动与导向机构运动要协调，避免前轮摆振；汽车转向时，应使之具有不足转向特性。独立悬架导向杆系铰链处多采用橡胶衬套，能隔绝车轮所受来自路面的冲击向车身的传递。近年来，主动悬架的出现不仅能很好地提高汽车行驶性能，而且能更好地保持车厢姿态，减小侧倾、纵倾。3 悬架的结构方案分析3.1 独立悬架与非独立悬架图2 独立悬架与非独立悬架非独立悬架的车轮装在一根整体车轴的两端，当一边车轮跳动时，影响另一侧车轮也作相应的跳动，使整个车身振动或倾斜，汽车的平稳性和舒适性较差，但由于构造较简单，承载力大，目前仍有部分轿车的后悬架采用这种型式。独立悬架的车轴分成两段，每只车轮用螺旋弹簧独立地安装在车架(或车身)下面，当一边车轮发生跳动时，另一边车轮不受波及，汽车的平稳性和舒适性好。但这种悬架构造较复杂，承载力小。现代轿车前后悬架大都采用了独立悬架，并已成为一种发展趋势。独立悬架的结构可分有烛式、麦弗逊式、连杆式等多种，其中烛式和麦克弗逊式形状相似，两者都是将螺旋弹簧与减振器组合在一起，但因结构不同又有重大区别