横向稳定杆设计Word格式.docx
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当然横向稳定杆也有负面作用如折算到车轮处的刚度越大则在各点处的弹性元件的变形也越大弹性元件对波型路面的响应也越大易对发动机支座产生振动折算到车轮处的刚度越大会减少车辆在坑洼路面行驶时车轮的抓地力。
1横向稳定杆的类型横向稳定杆根据安装点的方式大体可分为A、B、C三种类型如下图所示A类型和B类型较为常用。
A类型横向稳定杆简图一2005年第4期奇瑞学报2A类型稳定杆即是一根横向布置的扭杆弹簧。
与多个铰接点的横向稳定杆相比较此类型横向稳定杆由于铰接点损坏而失去其稳定杆特性的几率要小的多。
通常在扭转梁的悬架结构中用的较多。
B类型横向稳定杆简图二B类型稳定杆通过点h将稳定杆中段与副车架或车身铰接而端部固定在同一轴上两个车轮的横向控制臂上。
C类型横向稳定杆简图三C类型稳定杆为保证悬架能承受方向相反的垂直力将c型稳定杆弯曲端部的两点h与f用弹性橡胶套同左右悬架的纵梁相连接。
当然也有的悬架型式为了简化结构横向稳定杆的侧臂兼起导向杆的作用。
如红旗7200和奥迪100以及奇瑞QQ等车型的前横向稳定杆的侧臂就兼起导向赶的作
用。
侧臂兼起导向杆简图四侧臂兼起导向杆2005年第4期奇瑞学报32横向稳定杆设计多数情况下在布置的过程中不可能将横向稳定杆的中段完全设计成直的。
通常为了把横向稳定杆安装在底盘上必须将它的某些区域段弯曲以免在其工作时或轮胎转弯时与悬架零部件碰撞。
但是这给准确的计算稳定杆的钢丝直径带来了很大的麻烦。
为了简化计算在实际的工程设计中通常根据当量长度来确定横向稳定杆的相关值——即根据无弯曲段的稳定杆中段和侧段的长度计算。
有研究表明如此简化计算所引起的误差不会超过?
5。
如下图所示B型横向稳定杆是目前公司用的最多的一种横向稳定杆。
本文主要以此类稳定杆来介绍横向稳定杆的设计过程。
2.1横向稳定杆刚度的确定计算稳定杆时除了要确定结构参数即精确的几何形状外还有求计算簧上质量横向角运动刚度Kυ。
Kυ是由臂的端部所传递的且其大小取决于车轮与路面接触点处的横向稳定杆刚度K。
在给定车身悬架刚度和前后悬架侧倾瞬心高度的条件下使用横向稳定杆可以使汽车在一定转弯速度的下侧倾角υ不超过规定的值。
一些文献中推荐当侧向加速度V2/R0.4g时轿车的侧倾角υ一般应控制在2.5?
4?
。
在设定了车身侧倾角后结合已确定的弹簧刚度换算到轮边的侧倾力臂的长度就可以确定出左右车轮反向运动时接地点的侧倾刚度C通过杠杆比的换算可以推导出横向稳定杆的初始刚度Ch。
Ch是确定横向稳定杆钢丝直径的一个重要输入。
2.2横向稳定杆直径的确定在确定横向稳定杆的钢丝直径时首先基于以下两个假设1.不考虑横向稳定杆受力时力臂长度的变化。
2.将横向稳定杆投影视图的形状看成一个等效梯形。
确定钢丝直径简图六区域段弯曲简图五2005年第4期奇瑞学报4刚度的定义是力P与变形f的比值即KP/f。
因此在获得了横向稳定杆刚度Ch的输入后可以通过能量关系WP×
f/2求出横向稳定杆钢丝的直径。
横向稳定杆的变形能有弯曲势能和扭转势能两部份组成即WU弯U扭由此可求出其变形f。
其中U弯
33233231321302LLLLLLEIPU扭32222LLLGIPP22210LLLpGIPUEIPUf21因此phGIUEIUC211其中644dI、324dIp由上式可以推导出横向稳定杆钢丝直径的计算公式4213264GUEUCdh通常通过上式计算出来的横向稳定杆钢丝的直径d都不是一个整数。
因此需要对照钢丝的尺寸规格选择一个最接近的值。
计算例下图是公司开发的某车型的前横向稳定杆工程简图图中的粗实线是简化计算的当量长度。
设计给定轮边稳定杆刚度C31.4N/mm、前轮轮距T1539mm、E2.1x105mpa、G80000mpa从图中确定的当量长度L191.5mm、L2196mm、L3108mm、L326mm由给定的轮边刚度可以得出Ch31.4x1539/1051267.3N/mm按以上公式计算得出U15.7649×
106U216672544因此可得d20.61mm设计公司给定的钢丝直径为d20mm误差率e20.61-20/20×
1003.05某车型稳定杆简图七2005年第4期奇瑞学报52.3横向稳定杆的校核B型横向稳定杆的强度计算要求对横向稳定杆的下列三个地方进行验算1.横向稳定杆中段的中央处。
当左右两车轮反向运动时横向稳定杆中段的中央处主要受剪切应力的作用。
此时按最大剪应力理论第三强度理论验算即最大剪应力是引发材料塑性变形的主要因素只要剪应力达到最大材料就会失效。
τmaxPIDLP222.横向稳定杆中段的铰接点H处。
在横向稳定杆中段的铰接点H处由于存在着弯曲与扭转此时要考虑他们的综合的影响进行强度校核最大主应力。
σmax22231LLLWP3.
由中段向端部过渡的园角处。
尽管通常此处比中段产生的应力低但由于疲劳应力的作用横向稳定杆多半会在此处发生断裂。
按最大拉应力强度理论第一强度理论验算最大的弯曲应力。
σmax?
ZILP0最后应按照上述三个应力中的最大值来选择钢号即
选者的钢应满足σ1.2σsγ?
σ1、2、3需要指出的是横向稳定杆钢丝直径的大小取决于许多可变的参数。
如果这些参数取得合适可以减小横向稳定杆钢丝的直径从而降低横向稳定杆大批量的制造成本。
因此在横向稳定赶的设计中要注意以下几点1.横向稳定杆刚度的大小与杠杆比i有很大关系。
因此应尽可能的使横向稳定杆的固定点靠近车轮这点和弹簧的设计是一样的。
2.横向稳定杆中段的安装点H应尽可能的外移。
3.横向稳定杆在结构布置时的弯曲数目应尽可能的少中段的端部过渡圆弧半径应尽可能的小。
4.为了更充份的利用材料在设计横向稳定杆时应尽可能的缩短侧臂L0和L7的长度。
这样设计会得到较细的钢丝直径当然相应的应力σ会随之增大一些。
5.还有一个需要特别指出的问题是横向稳定杆能够提高车身抗侧倾的能力但是并不是横向稳定杆的刚度越大越好设计时要特别注意到轮胎的抓地力和单边悬架的振动频率。
参考文献1.汽车工程手册设计篇.人民交通出版社.2000。
2.汽车技术.长春汽车研究所.19732005年第4期奇瑞学报6行星齿轮机构赤井节一奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院变速箱部副总工程师芜湖241009摘要世界上最先量产的HEV诞生于1997年。
随着对地球环境保护意识的提高尽管是高额车却买出了12万台。
这个PRIUS上没有普通车上必定要装的变速箱只有一个可以称之为动力分割机构的单一行星轮系没有自动变速箱上使用的离合器和制动器。
这个单一行星齿轮的传动原理比较复杂不容易理解因此我做了速度线图来详细解释。
关键词行星齿轮PlanetgearmechanismforPURIUSSETSUKAZIAKAIAbstract:
Thereisno
transmissioninPRIUS.Thereisonlyoneplanetgear.Itisdifficulttounderstandthe
operationofthisplanetgear.Butunderstandingbecomeseasywhenavelocitydiagramis
used.Keywords:
PURIUSPlanetgear单一行星齿轮机构如图1所示由太阳轮1个行星架C1个行星齿轮数个内齿圈个构成。
如图2所示电动机和输出轴被结合在太阳轮和发电机、行星架和发动机、内齿圈上。
行星齿轮有4个。
控制装置G图REM图轮胎E发动机G发电机M电动机2005年第4期奇瑞学报7速度线图行星齿轮的旋转状态用速度线图来解释比较容易理解。
如图3所示行星架C的左右配置有太阳轮S和内齿圈R。
各自的臂长为齿数倒数。
的恒星齿轮有30个齿内齿齿轮有78个齿。
竖轴为旋转速度图3表示的是停车时的状态。
运转状态和各要素的运作?
.在停车状态下发动机发动从图3的状态开始电流在发电机中流动发电机开始旋转。
在这个状态下驻车齿轮使车停止发动机不会旋转。
发动机一达到规定转速就开始喷射燃料。
发动机开始启动的同时便停止向发电机输送电流发电机开始空转。
?
.停车状态的充电?
状态的发动机启动热运转一结束发电机开始发电电池充电开始。
充电一结束便停止向发动机喷射燃料。
发动机自然地停止回到图3状态。
.车辆起步踩制动器同时将操作杆拨至D状态放开制动器并踩油门。
由于操作杆在D位置驻车齿轮被解除踩油门电动机便开始旋转车子向前进。
这时发电机以相反方向空转。
发电机的空转速度为电动机的2.6倍因此可以看出不可能仅凭电动机行驶到高速。
1/781/300CRS发电机发动机电动机图CRS电流流动旋转被发电机驱动被驻车齿轮固定2005年第4期奇瑞学报8?
.在电动机行驶状态下启动发动机从?
的状态开始需要发动机的力进行加速的时候发电机上就会被加载力使它发少许的电。
发动机旋转达到适当的旋转速度时燃料喷射发动机开始启动。
.用电动机和发动机行驶从?
的状态下发动机启动发动机在低燃耗速度范围内旋转发电机开始发电。
发出的电根据行驶状态的不同时而驱动直接电动机时而给电池充电。
发动机
运转时由于行星齿轮的齿数比的原因72的发动机力矩用来驱动车。
28用来驱动发电机。
可以通过能源的调整来控制发电机旋转速度的调整。
.制动时能源的再生从?
的状态开始油门踏板回到原位后。
发动机便回到空转状态电动机开始发电的同时开始对电池充电。
CRS电动机开始旋转车子起步发动机停止发电机高速逆向旋转CRS加载少许力发动机转动CRS发动机在低燃耗速度范围内旋转发电机发电电动机驱动车电动机驱动车2005年第4期奇瑞学报9车速如果变的更低发动机停止发电机空转。
.倒车行驶倒车行驶以电动机来进行。
发动机停止后发电机正方向空转倒车方向的刹车使发电机开始发电。
.空挡状态空挡和停止状态相似。
停车齿轮被解除之后发电机的电阻无限增大并空转时便是进入了空挡状态。
4.小结单一行星齿轮机构是最佳的动力分配机构PRIUS是此构造的灵活运用。
今后随着HEV、EV等的进步将会出现许许多多的行星齿轮机构制作速度线图用以理解它们的运作是很有益的CRS发动机空转发电机发电电动机发电RCS发动机停止发电机空转电动机发电CS发动机停止发电机空转电动机驱动R2005年第4期奇瑞学报10奇瑞DGI汽油机技术张志福奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院发动机部芜湖241009摘要随着近年燃油价格不断上涨汽车的经济性成为各大公司不断追求的目标。
汽油直喷DGIDirectGasolineInjection是指汽油直接喷射到气缸内使之燃烧能高精度控制燃烧过程达到提高燃油经济性的目的。
本文以奇瑞直喷汽油机为例介绍一款2.0LDGITCI汽油机及DGI技术。
关键词DGI增压中冷CheryDGIenginetechnologyZhangzhifuAbstractFormanyyearsinnovativeengineeconomyhas
beenadevelopmentpriorityofallcarmakersasthefuelpricebecamehigherandhigher.
Indirectgasolineinjectionenginegasolineisdirectlyinjectedintothecylinderasina
dieselengineandmoreoverwhereinjectiontimingsarepreciselycontrolledtomatch
loadconditions.Itwillgreatlyimprovethefuelefficiency.AChery2.0LDGITCI
enginewillbeintroducedtodemonstrateDGItechnology.KeywordsDGITurbocharger
Inter-cooling1引言发动机作为汽车的心脏一直是各大汽车公司研发投入的重点。
在环保、经济、动力等要求都在不断提高的现代社会对发动机技术的要求也在不断提高所以各大汽车公司都非常重视这一领域新技术的开发而且这些技术也能代表汽车厂商的技术实力。
传统进气道喷射PFI发动机中气道表面附着的残余燃油影响喷油量精确计算控制特别在冷启动工况下造成冷启动时排放变差。
汽油缸内直喷DGI技术较常规的进气道喷射有非常明显的优势可以降低油耗、减少排放是现代汽油机的前沿技术。
因此研究DGI技术对缓解我国能源压力及保护环境具有重大意义。
2汽油机主要供油方式在汽油机发展历史中主要有化油器式、电控喷射与直喷式等三种不同的供油方式。
化油器发动机图1是在进气管道的化油器位置上吸出汽油与空气混合雾化形成混合气经气门进入气缸电控汽油喷射发动机图2是在进气歧管或气门之前的位置上喷射汽油再经气门进入气缸直喷式汽油发动机图3则是直接在气缸里面喷射汽油。
由而可知这三种形式的汽油发动机的主要区别在于汽油出口的位置及应用技术不同。
图1图2图32005年第4期奇瑞学报113奇瑞DGI汽油机3.1.主要参数该2.0LDGITCI发动机的主要结构与性能指标见表1表1气缸数4气门数16排量1971.4ml压缩比9.8额定功率144kW5500rpm最大扭矩290Nm1800rpm低端扭矩249Nm1500rpm油品95RON3.2.燃烧过程DGI发动机主要有两种模式均质充量1和分层充量2。
均质充量系发动机在进气行程中喷油由于进气管真空度、进气门缝隙中很高的流速以及相对较长的混合气形成时间在进气行程终点燃烧室内形
成相当均匀的、过量空气系数为1的均质混合气混合气的形成和燃烧过程与常规的进气道喷射发动机相似。
分层充量DGI发动机在降低油耗方面作用明显但其进气-燃烧系统比较特殊雾状汽油随进气涡流融合成球状雾化体形成以火花塞为中心、由浓到稀的层状混合气虽然总体混合比达到401甚至更高但聚集在火花塞周围的混合气很浓很容易点火燃烧。
另外分层充量DGI发动机需要全新的排放控制硬件和策略而均质充量DGI发动机则可以沿用传统气道喷射发动机的排放控制技术3。
目前世界上已实现批量生产的直喷汽油机均为分层充量型如大众公司的FSI、日产公司的VQ系列以及三菱公司的4G93等奇瑞2.0LDGITCI汽油机为均质充量式尚未正式投产。
表2均质充量分层充量相同燃油在燃烧室内蒸发气缸内充量吸收燃油的蒸发潜热得到冷却充量系数提高10相应可增加压缩比区别混合方式进气行程喷射形成空燃比为1的均质混合气压缩行程喷射或进气、压缩二次喷射形成空燃比远大于1的分层混合气排放后处理技术与传统气道喷射发动机通用全新的排放控制硬件和策略图4图4是奇瑞DGI发动机所采用的燃烧系统剖切图。
该燃烧系统是AVL公司综合考虑燃油耗和排放等发动机性能方面的因素后从开发初期的一系列方案中选择的。
喷油器安装在进气道下方喷束锥角为60?
?
根据进气道与气缸盖所形成的空间结构喷油器的喷束轴线相对于活塞顶倾斜30?
以适应与燃烧室的相对几何关系。
如前所述奇瑞DGI发动机为均质充量式其进气、喷油、混合、燃烧等过程与进气道喷射发动机相似在此不再赘述。
2005年第4期奇瑞学报123.3燃油系统奇瑞公司选择在燃油系统研发方面处于技术前沿位置的Bosch公司作为系统供应商集成提供燃油系统包括低压系统和高压系统如图5所示。
低压系统燃油压力约为6bar油泵单元集成了燃油泵、压力调节器和油滤。
高压系统的高压油泵HDP2.5最大可建立起120bar的燃油压力燃油在油泵作用下通过进油管到油轨和喷油器未喷燃油则沿回油管流回油箱。
燃油系统不正常工作时油轨上的泄压阀打开燃油经泄油管流回油箱对于新型的油泵HDP5则不需要此阀。
图53.3.1高压喷油器高压喷油器是直喷式汽油机燃油系统的关键部件其喷束形状、开启和关闭特性以及雾化品质等对DGI发动机的燃烧稳定性以及排放和燃油耗等起着决定性的作用系统供应商对这些关键影响因素的深入研究围绕着通过改变活塞和进气道的几何形状来匹配燃烧过程以便充分挖掘整个系统的潜力。
对于DGI发动机而言喷雾属性是实现均质充量、解决机油稀释的关键。
喷油器在缸盖上的安装角度、燃烧室形状的设计应综合考虑DGI技术发展水平和众所周知的涡旋喷油器等因素。
与初始设计不同的是Bosch提供的喷油器为多孔型Multi-HoletypeMH而非涡旋型SwirltypeSW燃烧室内的喷雾扩散特别是喷雾渗透完全不同。
试验发现MH型喷油器对于均质充量的形成以及发动机性能并没有明显影响六孔型MH喷油器存在较严重的机油稀释现象七孔型MH喷油器则由于减少了湿壁机油稀释得以改善。
为保证发动机稳定运转有待开展进一步的工作研究新型喷油器的喷雾特性彻底解决机油稀释问题。
合理组织进气与喷油正时对DGI发动机尤为关键。
研究喷油的重点是油雾与活塞顶部、缸套和进气门之间可能存在的接触。
1活塞顶部油膜是形成碳烟的主要原因故喷油应尽量早。
油雾可以接触活塞顶部但不能被反射起来因为反射的油雾碰到缸套会加重机油稀释。
2油雾向排气侧缸套的渗透只能通过与进气流的相互作用来避免即喷油必须在进气流减弱之前完成。
3推迟进气门开启角则进气延迟喷油可以延长。
由于低转速下进气量较少这一点就显得非常重要。
在进气扰动小的情况下有助于形成均质充量。
4另外增压发动机应该增加适当的
紊流使进气充量与油雾相互作用减少油雾向下扩散避免湿壁现象。
活塞最初设计见
图6活塞一压缩.
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