車輛工程畢業(yè)設(shè)計論文前麥弗遜獨(dú)立懸架設(shè)計單獨(dú)論文不含圖三維
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1、 第1章 緒 論 1.1懸架的功用 懸架是車架(或承載式車身)與車橋(或車輪)之間彈性連接裝置的總稱。 (1) 傳遞它們之間一切的力(反力)及其力矩(包括反力矩)。 (2)緩和,抑制由于不平路面所引起的振動和沖擊,以保證汽車良好的平順性,操縱穩(wěn)定性。 (3)迅速衰減車身和車橋的振動。 單獨(dú)論文不含圖,加153893706 懸架系統(tǒng)的在汽車上所起到的這幾個功用是緊密相連的。要想迅速的衰減振動、沖擊,乘坐舒服,就應(yīng)該降低懸架剛度。但這樣,又會降低整車的操縱穩(wěn)定性。必須找到一個平衡點(diǎn),即保證操縱穩(wěn)定性的優(yōu)良,又能具備較好的平順性。 懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)的選擇合理與否,直
2、接對汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。由此可見懸架系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車上是重要的總成之一。 1.2 懸架的組成 現(xiàn)代汽車,特別是乘用車的懸架,形式,種類,會因不同的公司和設(shè)計單位,而有不同形式。 但是,懸架系統(tǒng)一般由彈性元件、 減振器、緩沖塊、橫向穩(wěn)定器等幾部分組成等,見圖1-1所示。 它們分別起到緩沖、減振 、力的傳遞、限位和控制車輛側(cè)傾角度的作用。 圖1-1 汽車懸架組成示意圖 1-彈性元件 2-縱向推力桿 3-減震器 4-橫向穩(wěn)定器 5-橫向推力桿 彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式,現(xiàn)代轎車懸架多采用螺旋彈簧,個別高級轎車則使用空
3、氣彈簧。螺旋彈簧只承受垂直載荷,緩和及抑制不平路面對車體的沖擊,具有占用空間小,質(zhì)量小,無需潤滑的優(yōu)點(diǎn),但由于本身沒有摩擦而沒有減振作用。這里我們選用螺旋彈簧。 減振器是為了加速衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動,減振器有筒式減振器,阻力可調(diào)式新式減振器,充氣式減振器。它是懸架機(jī)構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機(jī)械件。 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來傳遞車輪與車身間的力和力矩,同時保持車輪按一定運(yùn)動軌跡相對車身跳動,通常導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由控制擺臂式桿件組成。種類有單桿式或多連桿式的。鋼板彈簧作為彈性元件時,可不另設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu),它本身兼起導(dǎo)向作用。有些轎車和客車上,為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜,在懸架系統(tǒng)中加設(shè)橫向穩(wěn)定桿,目的
4、是提高橫向剛度,使汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性,改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。 現(xiàn)代汽車懸架的發(fā)展十分快,不斷出現(xiàn),嶄新的懸架裝置。按控制形式不同分為被動式懸架和主動式懸架。目前多數(shù)汽車上都采用被動懸架,也就是說汽車姿態(tài)(狀態(tài))只能被動地取決于路面及行駛狀況和汽車的彈性元件,導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減振器這些機(jī)械零件。 1.3懸架的分類 汽車的懸架從大的方面來看,可以分為兩類:非獨(dú)立懸架系統(tǒng), 如圖1-2所示。 圖1-2 獨(dú)立懸架 1.3.1獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架是兩側(cè)車輪分別獨(dú)立地與車架(或車身)彈性地連接,當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊,其運(yùn)動不直接影響到另一側(cè)車輪,獨(dú)立懸架所采用的車橋是斷開式的。這樣使
5、得發(fā)動機(jī)可放低安裝,有利于降低汽車重心,并使結(jié)構(gòu)緊湊。獨(dú)立懸架允許前輪有大的跳動空間,有利于轉(zhuǎn)向,便于選擇軟的彈簧元件使平順性得到改善。同時獨(dú)立懸架非簧載質(zhì)量小,可提高汽車車輪的附著性。 獨(dú)立懸架的類型及特點(diǎn):獨(dú)立懸架的車軸分成兩段(如圖1-3),每只車輪用螺旋彈簧獨(dú)立地,地連接安裝在車架(或車身)下面,當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊,其運(yùn)動不直接影響到另一側(cè)車輪,獨(dú)立懸架所采用的車橋是斷開式的。 圖1-3獨(dú)立懸架的運(yùn)動 現(xiàn)在,前懸架基本上都采用獨(dú)立懸架系統(tǒng),最常見的有雙橫滑柱 臂式(又稱麥弗遜式)。 (1)雙橫臂式(圖1-4) 。 圖1-4 雙橫臂式獨(dú)立前懸架 工作原理:由上短
6、下長兩根橫臂連接車輪與車身,通過選擇比例合適的長度,可使車輪和主銷的角度及輪距變化不大 這種獨(dú)立懸架被廣泛應(yīng)用在轎車前輪上。雙橫臂的臂有做成A字形或V字形,V形臂的上下2個V形擺臂以一定的距離,分別安裝在車輪上,另一端安裝在車架上。 優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,但經(jīng)久耐用,同時減振器的負(fù)荷小,壽命長。可以承載較大負(fù)荷,多用于輕型﹑小型貨車的前橋。 缺點(diǎn):因?yàn)橛袃蓚€擺臂,所以占用的空間比較大。所以,乘用車的前懸架一般不用此種結(jié)構(gòu)形式。 (2)麥弗遜式(圖1-5) 圖1-5 麥弗遜式獨(dú)立前懸
7、架 工作原理:這種懸架目前在轎車中采用很多。這種懸架將減振器作為引 車輪跳動的滑柱,螺旋彈簧與其裝于一體。 這種懸架將雙橫臂上臂去掉并以橡膠做支承,允許滑柱上端作少許角位移。內(nèi)側(cè)空間大,有利于發(fā)動機(jī)布置,并降低車子的重心。 車輪上下運(yùn)動時,主銷軸線的角度會有變化,這是因?yàn)闇p振器 端支點(diǎn)橫擺臂擺動。以上問題可通過調(diào)整桿系設(shè)計布置合理得到解決。 麥弗遜獨(dú)立懸架的特點(diǎn): 優(yōu)點(diǎn):技術(shù)成熟,結(jié)構(gòu)緊湊,響應(yīng)速度快,占用空間少,便于裝車及整車布局,多用于中低檔乘用車的前橋。 缺點(diǎn):由于結(jié)構(gòu)過于簡單,剛度小,穩(wěn)定性較差,轉(zhuǎn)彎側(cè)傾明顯,必須加裝橫向穩(wěn)定器,加強(qiáng)剛度。 1.3.2非獨(dú)立
8、懸架 非獨(dú)立懸架如圖1-6所示。其特點(diǎn)是兩側(cè)車輪安裝于一整體式車橋上,當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊力時會直接 影響到另一側(cè)車輪上,當(dāng)車輪上下跳動時定位參數(shù)變化小。若采用鋼板彈簧作彈性元件,它可兼起導(dǎo)向作用,使結(jié)構(gòu)大為簡化,降低成本。目前廣泛應(yīng)用于貨車和大客車上,有些轎車后懸架也有采用的。非獨(dú)立懸架由于非簧載質(zhì)量比較大,高速行駛時懸架受到?jīng)_擊載荷比較大,平順性較差。 圖1-6懸架在汽車的承載力 1.4懸架的國內(nèi)外發(fā)展情況 汽車懸架的發(fā)展十分迅速,不斷出現(xiàn)嶄新的懸架裝置。正常情況按控制形式不同分為被動式懸架和主動式懸架。目前多數(shù)汽車上都采用被動懸架,20世紀(jì)80年代以來主動懸架開始在一部分汽車上
9、應(yīng)用,并且目前還在進(jìn)一步研究和開發(fā)中。主動懸架可以能主動地控制垂直振動及其車身姿態(tài),根據(jù)路面和行駛工況自動調(diào)整懸架剛度和阻尼。 隨著當(dāng)前世界汽車工業(yè)朝著高速、高性能、舒適、安全可靠的方向發(fā)展,空氣懸架彈簧是當(dāng)今汽車發(fā)展的一大趨勢,特別是在大型客車和載重汽車上尤為突出。其實(shí),早在20世紀(jì)50年代,空氣懸架彈簧就開始應(yīng)用在載重車、小轎車、大客車及鐵道車輛上。到60年代,德國、美國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的大部分公共汽車上裝有了主動式空氣彈簧懸架。 國內(nèi)早在20世紀(jì)60年代就設(shè)計生產(chǎn)了空氣彈簧懸架,但由于工業(yè)技術(shù)條件有限,當(dāng)時生產(chǎn)的產(chǎn)品使用效果不甚理想,以后在很長一段時期,產(chǎn)品沒有進(jìn)一步發(fā)展,因此,國
10、外生產(chǎn)空氣懸架彈簧的廠家憑借著資金與技術(shù)優(yōu)勢進(jìn)入國內(nèi)市場,為國內(nèi)生產(chǎn)豪華客車的廠家配套成熟的主動式空氣彈簧懸架產(chǎn)品。 同時我國公路條件的改善為汽車懸架創(chuàng)造了基本的使用條件,并產(chǎn)生了很大的促進(jìn)作用。高速公路的迅速發(fā)展、運(yùn)輸量的增加以及對高性能客車的需求,都對汽車的操縱穩(wěn)定性、平順性、安全性提出了更高的要求。此外,重型汽車對路面破壞機(jī)制的研究及認(rèn)識的進(jìn)一步加深,政府對高速公路養(yǎng)護(hù)的重視,限制超載逐步在國內(nèi)各地受到重視,這些因素都將促使新型懸架在重型車市場的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大。 隨著國內(nèi)客車產(chǎn)品檔次的逐步升級,空氣懸架彈簧逐步被市場接受。目前,在國內(nèi)有多家客車廠生產(chǎn)的豪華大客車裝有空氣懸架,如安凱
11、、金龍客車、桂林大宇、合肥現(xiàn)代、杭州客車等。 由于主動式空氣懸架彈簧價格較貴,為降低成本,有的企業(yè)部分車型前橋使用鋼板彈簧,后橋使用空氣懸架彈簧。由此可知懸架正充分關(guān)注這方面的變化,提高綜合開發(fā)能力,以適應(yīng)市場的需求和變化,新型懸架的誕生迫在眉睫。 本章小結(jié) 本章主要介紹了麥弗遜懸架的功用和優(yōu)缺點(diǎn)。并且針對麥弗遜獨(dú)立懸架的未來發(fā)展趨勢有了一定了解。 第2章 懸架分析設(shè)計 2.1懸架結(jié)構(gòu)方案分析 2.1.1 獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式的選擇 為適應(yīng)不同車型和不同類型車橋的需要,懸架有不同的結(jié)構(gòu)型式,
12、主要有獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架。獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架各自的特點(diǎn)在上一章中已經(jīng)作了介紹,本章不再累述,轎車對乘坐舒適性要求較高,故選擇獨(dú)立懸架。 2.1.2 懸架具體結(jié)構(gòu)形式的選擇 麥弗遜式獨(dú)立懸架是獨(dú)立懸架中的一種,是一種減振器作滑動支柱并與下控制臂鉸接組成的一種懸架形式,與其它懸架系統(tǒng)相比,結(jié)構(gòu)簡單、性能好、布置緊湊,占用空間少。因此對布置空間要求高的發(fā)動機(jī)前置前驅(qū)動轎車的前懸架幾乎全部采用了麥弗遜式懸架。 此次設(shè)計的懸架為發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的哈飛路寶7110車型,故選擇麥弗遜式獨(dú)立懸架形式。 2.2彈性元件 彈性元件是懸架的最主要部件,因?yàn)閼壹茏罡镜淖饔檬菧p緩地面不平度對車身造成的
13、沖擊,即將短暫的大加速度沖擊化解為相對緩慢的小加速度沖擊。使人不會造成傷害及不舒服的感覺;對貨物可減少其被破壞的可能性。 彈性元件主要有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、空氣彈簧等常用類型。除了板彈簧自身有減振作用外,配備其它種類彈性元件的懸架必須配備減振元件,使已經(jīng)發(fā)生振動的汽車盡快靜止。鋼板彈簧是汽車最早使用的彈性元件,由于存在諸多設(shè)計不足之處,現(xiàn)逐步被其它種類彈性元件所取代,本文選擇螺旋彈簧。 2.3減振元件 減振元件主要起減振作用。為加速車架和車身振動的衰減,以改善汽車的行駛平順性,在大多數(shù)汽車的懸架系統(tǒng)內(nèi)都裝有減振器。減振器和彈性元件是并聯(lián)安裝的,如圖2-1所示。 汽車懸架系統(tǒng)中
14、廣泛采用液力減振器。液力減振器的作用原理是當(dāng)車架與車橋作往復(fù)相對運(yùn)動時,而減振器中的活塞在缸筒內(nèi)也作往復(fù)運(yùn)動,則減振器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個內(nèi)腔通過一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時,孔壁與油液間的摩擦及液體分子內(nèi)摩擦便形成對振動的阻尼力,使車身和車架的振動能量轉(zhuǎn)化為熱能,而被油液和減振器殼體所吸收,然后散到大氣中。本文選擇雙筒式液力減振器。 圖2-1 含減振器的懸架簡圖 1.車身;2.減震器;3.彈性原件;4.車橋。 2.4傳力構(gòu)件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 車輪相對于車架和車身跳動時,車輪(特別是轉(zhuǎn)向輪)的運(yùn)動軌跡應(yīng)符合一定的要求。因此,懸架中某些傳力構(gòu)件同時還承擔(dān)著使車輪按一定軌跡相對于車
15、架和車身跳動的任務(wù),因而這些傳力構(gòu)件還起導(dǎo)向作用,故稱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。 對前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求 (1)懸架上載荷變化時,保證輪距變化不超過+4.0mm,輪距變化大會引起輪胎早期磨損; (2)懸架上載荷變化時,前輪定位參數(shù)要有合理的變化特性,車輪不應(yīng)產(chǎn)生縱向加速度; (3)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時,應(yīng)使車身側(cè)傾角小。在0.4g側(cè)向加速度作用下,車身側(cè)傾角≤6-7度。并使車輪與車身的傾斜同向,以增強(qiáng)不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)。 (4)制動時,應(yīng)使車身有抗前俯作用;加速時,有抗后仰作用。 (5)具有足夠的疲勞強(qiáng)度和壽命,可靠地傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。 2.5橫向穩(wěn)定器 在多數(shù)的轎車和客車上,為防止車身在轉(zhuǎn)向
16、行駛等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜,在懸架中還設(shè)有輔助彈性元件——橫向穩(wěn)定器。 橫向穩(wěn)定器實(shí)際是一根近似U型的桿件,兩個端頭與車輪剛性連接,用來防止車身產(chǎn)生過大側(cè)傾。其原理是當(dāng)一側(cè)車輪相對車身位移比另外一側(cè)位移大時,穩(wěn)定桿承受扭矩,由其自身剛性限制這種傾斜,特別是前輪,可有效防止因一側(cè)車輪遇障礙物時,限制該側(cè)車輪跳動幅度。 本章小結(jié) 本章主要介紹麥弗遜懸架的主要結(jié)構(gòu)組成,各個零部件的工作原理以及在汽車整體運(yùn)動中的主要功用。對在以后的懸架設(shè)計中提供了理論基礎(chǔ)。 第3章 懸架主要參數(shù)的確定 懸架設(shè)
17、計可以大致分為結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)選擇和詳細(xì)設(shè)計兩個階段,有時還要反復(fù)交叉進(jìn)行。由于懸架的參數(shù)影響到許多整車特性,并且涉及其他總成的布置,因而一般要與總布置共同配合確定。此次設(shè)計是對哈飛路寶7110前獨(dú)立懸架設(shè)計。哈飛路寶7110參數(shù)如表3-1所示 表3-1 哈飛路寶7110參數(shù) 長/寬/高(mm) 3618/1563/1533 變數(shù)器型式 排量(毫升) 1075 最大功率(kw) 33.5/5000 最大扭矩(N.M) 72/3500 油耗(L/100km) 6.5 軸距(mm) 2335 前輪距(mm) 1360 后輪距(mm) 1355 滿載質(zhì)量(kg)
18、 1270 空車質(zhì)量(kg) 920 主銷內(nèi)傾角 11°56′ 注銷后傾角 4°30′ 車輪外傾角 22′ 前束 -2~4 滿載前軸允許負(fù)荷 <810kg 滿載后軸允許負(fù)荷 <810kg 3.1懸架的空間幾何參數(shù) 在確定零件尺寸之前,需要先確定懸架的空間幾何參數(shù)。麥弗遜式懸架的受力圖如圖3-1所示 圖3-1麥弗遜式懸架的受力分析 根據(jù)車輪尺寸,確定G點(diǎn)離地高度為158.3mm,根據(jù)車身高度確定C大致高度為700mm,O點(diǎn)距車輪中心平面110mm,減震器安裝角度14°。 3.2懸架的彈性特性和工作行程 3.2
19、.1懸架頻率的選擇 對于大多數(shù)汽車而言,其懸掛質(zhì)量分配系數(shù)ε=0.8~1.2,因而可以近似地認(rèn)為ε=1,即前后橋上方車身部分的集中質(zhì)量的垂直振動是相互獨(dú)立的,并用偏頻,表示各自的自由振動頻率,偏頻越小,則汽車的平順性越好。一般對于鋼制彈簧的轎車,約為1~1.3Hz(60~80次/min),約為1.17~1.5Hz(70~90次/min),非常接近人體步行時的自然頻率。 取n=1.2HZ 3.2.2 懸架的工作行程 懸架的工作行程由靜撓度與動撓度之和組成。 由 n (3-1) 式中:
20、 —懸架靜撓度 得懸架靜撓度: (3-2) 則懸架動撓度: =(0.5—0.7) 取 =0.5=0.5×173.6=86.8mm 為了得到良好的平順性,因當(dāng)采用較軟的懸架以降低偏頻,但軟的懸架在一定載荷下其變形量也大,對于一般轎車而言,懸架總工作行程(靜擾度與動擾度之和)應(yīng)當(dāng)不小于160mm。 而=173.6+86.8=260.4mm>160mm 符合要求 3.2.3懸架
21、剛度計算 已知:已知整車裝備質(zhì)量:m =920kg,取簧上質(zhì)量為870kg;取簧下質(zhì)量為50kg,則由軸荷分配圖知: 空載前軸單輪軸荷取60%: =261kg 滿載前軸單輪軸荷取50%:(滿載時車上5名成員,60kg/名)。懸架剛度: = 本章小結(jié) 本章主要介紹了哈飛路寶7110的主要參數(shù)?;诠w路寶的數(shù)據(jù)參數(shù)對懸架系統(tǒng)的剛度進(jìn)行計算。針對各個零部件的設(shè)計都是在懸架總體剛度的基礎(chǔ)上設(shè)計。 第4章 懸架主要零件設(shè)計 4.1 螺旋彈簧的設(shè)計計算 螺旋彈簧材料的選擇。 螺旋彈簧作為彈性元件的一種,具有結(jié)構(gòu)緊湊,制造方便及高的比能容量等特點(diǎn),在輕型以下汽車的懸架中運(yùn)用普
22、遍。根據(jù)哈飛路寶汽車工作時螺旋彈簧的受力特點(diǎn)和壽命要求(可參考下文的計算分析),選擇60Si2MnA為簧絲的材料,以提高彈簧在交變載荷下的疲勞壽命。 4.1.1螺旋彈簧的剛度 由于存在懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的關(guān)系,懸架剛度C與彈簧剛度是不相等的,其區(qū)別在于懸架剛度C是指車輪處單位撓度所需的力;而彈簧剛度僅指彈簧本身單位撓度所需的力。 例如麥弗遜獨(dú)立懸架的懸架剛度C的計算方法: 選定下擺臂長:EH=284mm;半輪距:B=680mm ;減震器布置角度:β=9°,高度430.48mm。 可知懸架剛度與彈簧剛度的關(guān)系如下: 可知: C=(uCosδ/P
23、Cosβ)Cs (4-1) 式中: C—懸架剛度;Cs—彈簧剛度。 已知u=1392.9mm p=1565.3mm δ=16°β=24° 得: 19.36 N/mm 4.2 彈簧的受力及變形 根據(jù)懸架系統(tǒng)的裝配圖,對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析 計算可以得到平衡位置處彈簧所受壓縮力P與車輪載荷N’v的關(guān)系式: P=Ay===2890(N) (4-2) 式中:-車輪外傾角;-減震器的內(nèi)傾角 -主銷軸線與減震器的夾角。
24、 圖4-1彈簧的受力 (1)彈簧所受的最大力 取動載荷系數(shù)k=1.7 則彈簧所受的最大力Pdmax 為 Pdmax=k×p=1.7×2890=(N) 圖4-2 螺旋彈簧受力 (2)車輪到彈簧的力及位移傳動比 車輪與路面接觸點(diǎn)和零件連接點(diǎn)間的傳遞比既表明行程不同也表明作用在該二處的力的大小不同。彈簧的剛度Ks與懸架剛度Kx可由傳遞比建立聯(lián)系;利用位移傳遞比ix便可計算出螺旋彈簧的剛度Ks (4-3) 其中分?jǐn)?shù) 代表懸架的線性剛度。從而,得到如下關(guān)系式 當(dāng)
25、球頭支撐B由減震器向車輪移動t值時,根據(jù)文獻(xiàn),懸架的行程傳遞比及力的傳遞比為 ix=1/cos(-)=1.005 (4-4) iy==1.022 (4-5) 代入數(shù)值可得ix=1.005 iy=1.022 所以,位移傳遞比iyix為1.027 (3)彈簧在最大壓縮力作用下得變形量 由于哈飛路寶的前懸架給定的偏頻f=1.2Hz.可得汽車懸架的線剛度 K= (4-6) 可得到彈簧的剛度Ks Ks=Kxiyix=28.43(n.mm) (4-7) 進(jìn)而可得到
26、彈簧在最大壓縮力Pdmax作用下的變形量F F=Pdmax/Ks=172.8(mm) (4-8) 所以,彈簧所受最大彈簧力和相應(yīng)的最大變形為: Pdmax=4913N F=172.8 mm 4.2.1 彈簧幾何參數(shù)的計算 根據(jù)以求得的彈簧所受的最大力和相應(yīng)的變形進(jìn)行彈簧的設(shè)計 (1)彈簧的材料許用應(yīng)力 根據(jù)其工作條件已經(jīng)選擇彈簧材料60Si2MnA。材料的表4-1所示。 表4-1 60Si2MnA性能參數(shù) 許用應(yīng)力 48kgf/ 許用
27、剪切力 100kgf/ 剪切模量 8000kgf/ 彈性模量 2000mp 強(qiáng)度范圍 45-50 HRC (2)選擇彈簧旋繞比 旋繞比(彈簧指數(shù))影響著彈簧的加工工藝,當(dāng)旋繞比過小時將給彈簧的制作帶來困難。一般的選擇范圍是C=4-8 這里初選旋繞比C=8. (3)計算鋼絲的直徑d 曲率系數(shù) (4-9) = (4-10) d≧ 選 d=10 mm (4)彈簧中經(jīng)D2的選擇 D2=c×d=
28、8×10=80 mm (4-11) 選擇 D2=92 (5)彈簧圈數(shù)n的選擇 選擇n=6圈 (4-12) 兩端均選0.75的支承圈,則彈簧總?cè)?shù)為 N1=n+n2=7.5 (6)彈簧的工作極限變形 Fj≦1.12F=1.12×0.173=0.194 工作極限載荷 Pj≦P (7)彈簧的幾何尺寸 節(jié)距t t=d+F/n+=33.03 自由高
29、度Ho Ho=nt+1.5d=279.34 選 Ho=280 mm 螺旋角 (4-13) 外徑 D=D2+d=102 mm 進(jìn)而需將原有彈簧座尺寸作相應(yīng)的改變(實(shí)際尺寸根據(jù)彈簧的外徑尺寸而定內(nèi)徑D1;D1=D2-d=92-10=82 4.2.2彈簧校核 彈簧剛度校核 彈簧剛度的計算公式為: (4-16) 代入數(shù)據(jù)計算可得彈簧剛度為:N/mm
30、 所以彈簧選擇符合剛度要求。 計算結(jié)果的處理 表4.2 螺旋彈簧的參數(shù) 自由高度Ho 280 mm 彈簧圈數(shù) n 7.5 圈 螺旋角 6.67度 內(nèi)徑 D1 82mm 外徑 D 102mm 節(jié)距 t 33mm 為了改善彈簧在安裝后的受力狀況,螺旋彈簧的兩端做端平處理,在裝配時此處的配合精度選為七級精度,又因?yàn)閺椈傻耐鈴綖?02mm,根據(jù)文獻(xiàn)(18),粗糙度值選為3.2 圖4-3 螺旋彈簧 4.3 減振器結(jié)構(gòu)類型的選擇 減振器的功能是吸收懸架垂直振動的能量,并轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉,使振動迅速衰減。汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力式減震器。其作用
31、原理是,當(dāng)車架與車橋作往復(fù)相對運(yùn)動時,減震器中的活塞在缸筒內(nèi)業(yè)作往復(fù)運(yùn)動,于是減震器殼體內(nèi)的油液反復(fù)地從一個內(nèi)腔通過另一些狹小的孔隙流入另一個內(nèi)腔。此時,孔與油液見的摩擦力及液體分子內(nèi)摩擦便行程對振動的阻尼力,使車身和車架的振動能量轉(zhuǎn)換為熱能,被油液所吸收,然后散到大氣中。 減振器大體上可以分為兩大類,即摩擦式減振器和液力減振器。故名思義,摩擦式減振器利用兩個緊壓在一起的盤片之間相對運(yùn)動時的摩擦力提供阻尼。由于庫侖摩擦力隨相對運(yùn)動速度的提高而減小,并且很易受油、水等的影響,無法滿足平順性的要求,因此雖然具有質(zhì)量小、造價低、易調(diào)整等優(yōu)點(diǎn),但現(xiàn)代汽車上已不再采用這類減振器。液力減振器首次出現(xiàn)于1
32、901年,其兩種主要的結(jié)構(gòu)型式分別為搖臂式和筒式。與筒式液力減減振器振器相比,搖臂式減振器的活塞行程要短得多,因此其工作油壓可高達(dá)75-30MPa,而筒式只有2.5-5MPa。筒式減振器的質(zhì)量僅為擺臂式的約1/2,并且制造方便,工作壽命長,因而現(xiàn)代汽車幾乎都采用筒式減振器。筒式減振器最常用的三種結(jié)構(gòu)型式包括:雙筒式、單筒充氣式和雙筒充氣式。 雙筒式液力減振器 雙筒式液力減振器雙筒式液力減振器的工作原理如圖4-4所示。其中A為工作腔,C為補(bǔ)償腔,兩腔之間通過閥系連通,當(dāng)汽車車輪上下跳動時,帶動活塞1在工作腔A中上下移動,迫使減振器液流過相應(yīng)閥體上的阻尼孔,將動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳⒌?。車輪向上跳?/p>
33、即懸架壓縮時,活塞1向下運(yùn)動,油液通過閥Ⅱ進(jìn)入工作腔上腔,但是由于活塞桿9占據(jù)了一部分體積,必須有部分油液流經(jīng)閥Ⅳ進(jìn)入補(bǔ)償腔C;當(dāng)車輪向下跳動即懸架伸張時,活塞1向上運(yùn)動,工作腔A中的壓力升高,油液經(jīng)閥Ⅰ流入下腔,提供大部分伸張阻尼力,還有一部分油液經(jīng)過活塞桿與導(dǎo)向座間的縫隙由回流孔6進(jìn)人補(bǔ)償腔,同樣由于活塞桿所占據(jù)的體積,當(dāng)活塞向上運(yùn)動時,必定有部分油液經(jīng)閥Ⅲ流入工作腔下腔。減振器工作過程中產(chǎn)生的熱量靠貯油缸筒3散發(fā)。減振器的工作溫度可高達(dá)120攝氏度,有時甚至可達(dá)200攝氏度。為了提供溫度升高后油液膨脹的空間,減振器的油液不能加得太滿,但一般在補(bǔ)償腔中油液高度應(yīng)達(dá)到缸筒長度的一半,以防止低
34、溫或減振器傾斜的情況下,在極限伸張位置時空氣經(jīng)油封7進(jìn)入補(bǔ)償腔甚至經(jīng)閥Ⅲ吸入工作腔,造成油液乳化,影響減振器的工作性能。 圖4-4 雙筒式減振器工作原理圖 1-活塞;2-工作缸筒;3-貯油缸筒;4-底閥座;5-導(dǎo)向座;6-回流孔活塞桿;7-油封;8-防塵罩9-活塞桿 減振器的特性可用圖4-5所示的示功圖和阻尼力-速度曲線描述。減振器特性曲線的形狀取決于閥系的具體結(jié)構(gòu)和各閥開啟力的選擇。一般而言,當(dāng)油液流經(jīng)某一給定的通道時,其壓力損失由兩部分構(gòu)成。其一為粘性沿程阻力損失,對一般的湍流而言,其數(shù)值近似地正比于流速。其二為進(jìn)入和離開通道時的動能損失,其數(shù)值也與流速近似成正比,但主要受油液密
35、度而不是粘性的影響。由于油液粘性隨溫度的變化遠(yuǎn)比密度隨溫度的變化顯著,因而在設(shè)計閥系時若能盡量利用前述的第二種壓力損失,則其特性將不易受油液粘性變化的影響,也即不易受油液溫度變化的影響。不論是哪種情形,其阻力都大致與速度的平方成正比,如圖10所示。圖中曲線A所示為在某一給定的A通道下阻尼力F與液流速度v的關(guān)系,若與通道A并聯(lián)一個直徑更/大的通道B,則總的特性將如圖中曲線A+B所示。如果B為一個閥門,則當(dāng)其逐漸打開時,可獲得曲線A與曲線A+B間的過渡特性。恰當(dāng)選擇A,B的孔徑和閥的逐漸開啟量,可以獲得任何給定的特性曲線。閥打開的過程可用三個階段來描述,第一階段為閥完全關(guān)閉,第二階段為閥部分開啟,
36、第三階段為閥完全打開。通常情況下,當(dāng)減振器活塞相對于缸筒的運(yùn)動速度達(dá)到0. lm/s時閥就開始打開,完全打開則需要運(yùn)動速度達(dá)到數(shù)米每秒。 圖4-5 閥的開啟程度對減振器特性影響示意圖 圖4-5給出了三種典型的減振器特性曲線。第一種為斜率遞增型的,第二種為等斜率的(線性的),第三種為斜率遞減型的。其中第一種在小速度時,阻尼力較小,有利于保證平坦路面上的平順性,第三種則在相當(dāng)寬的振動速度范圍內(nèi)都可提供足夠的阻尼力,有利于提高車輪的接地能力和汽車的行駛性能。根據(jù)汽車的型式、道路條件和使用要求,可以選擇恰當(dāng)?shù)淖枘崃μ匦浴? 圖4-6 典型的減振器特性曲線 圖4-7減振器斜置時計
37、算傳遞比示意圖 需要注意的是,在大部分汽車上,減振器不是完全垂直安裝,如圖4-7所示為剛性橋非獨(dú)立懸架的情況。這時減振器本身的阻尼力與車輪處的阻尼力之間存在差異,當(dāng)左右車輪同向等幅跳動時,阻尼力的傳遞比,由于角度 (見圖4-7)同時造成車輪處力的減小和減振器行程的減小,因此減振器的阻尼系數(shù)應(yīng)為車輪處阻尼系數(shù)的倍。當(dāng)車身側(cè)傾時,相應(yīng)的傳遞比,式中B為輪距,b為減振器下固定點(diǎn)的安裝距。 單筒充氣式液力減振器 單筒充氣式減振器的工作原理如圖(4-8)所示。其中浮動活塞3將油液和氣體分開并且將缸筒內(nèi)的容積分成工作腔4和補(bǔ)償腔2兩部分。當(dāng)車輪下落即懸架伸張時,活塞桿8帶動活塞5下移,壓迫油液經(jīng)過伸
38、張閥10從工作腔下腔流入上腔。此時,補(bǔ)償腔2中的氣體推動活塞3下移以補(bǔ)償活塞桿抽出造成的容積減小;車輪上跳時,活塞5向上運(yùn)動,油液通過壓縮閥6由上腔流入下腔,同時浮動活塞向上移動以補(bǔ)償活塞桿在油液中的體積變化。 與前述的雙筒式減振器相比,單筒充氣式減振器具有以下優(yōu)點(diǎn):①工作缸筒n直接暴露在空氣中,冷卻效果好;②在缸筒外徑相同的前提下,可采用大直徑活塞,活塞面積可增大將近一倍,從而降低工作油壓;③在充氣壓力作用下,油液不會乳化,保證了小振幅高頻振動時的減振效果;④由于浮動活塞將油、氣隔開,因而減振器的布置與安裝方向可以不受限制。其缺點(diǎn)在于:①為保證氣體密封,要求制造精度高;②成本高;③軸向尺寸
39、相對較大;④由于氣體壓力的作用,活塞桿上大約承受190-250N的推出力,當(dāng)工作溫度為100℃時,這一值會高達(dá)450N,因此若與雙筒式減振器換裝,則最好同時換裝不同高度的彈簧。 圖4-8單筒充氣式減振器 雙筒充氣式減振器的優(yōu)點(diǎn)有:①在小振幅時閥的響應(yīng)也比較敏感;②改善了壞路上的阻尼特性;③提高了行駛平順性;④氣壓損失時,仍可發(fā)揮減振功。 圖4-9 為雙筒充氣式減振器用于麥克弗遜懸架時的結(jié)構(gòu)圖 1-六方;2-蓋板;3-導(dǎo)向座;4-貯油缸筒;5-補(bǔ)償腔;6-活塞桿;7-彈簧托架;8-限位塊;9-壓縮閥;10-密封環(huán);11-閥片;12-活塞緊固螺母;13-活塞桿小端
40、;14-底閥 4.3.1減震器參數(shù)的設(shè)計 (1)相對阻尼系數(shù)ψ 相對阻尼系數(shù)ψ的物理意義是:減震器的阻尼作用在與不同剛度C和不同簧上質(zhì)量的懸架系統(tǒng)匹配時,會產(chǎn)生不同的阻尼效果。ψ值大,振動能迅速衰減,同時又能將較大的路面沖擊力傳到車身;ψ值小則反之,通常情況下,將壓縮行程時的相對阻
41、 尼系數(shù)取小些,伸張行程時的相對阻尼系數(shù)取得大些,兩者之間保持=(0.25-0.50)的關(guān)系。 設(shè)計時,先選取與的平均值ψ。相對無摩擦的彈性元件懸架,取ψ=0.25-0.35;對有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架,ψ值取的小些,為避免懸架碰撞車架,取=0.5 取ψ=0.3,則有:
42、 ,計算得:=0.4,=0. (2)減震器阻尼系數(shù)的確定 減震器阻尼系數(shù)。因懸架系統(tǒng)固有頻率,所以理論上。實(shí)際上,應(yīng)根據(jù)減震器的布置特點(diǎn)確定減震器的阻尼系數(shù)。我選擇下圖的安裝形式,則起阻尼系數(shù)為: (4-18) 圖4-10 減震器的布置 根據(jù)公式,可得出: 滿載時計算前懸剛度N/m 代入數(shù)據(jù)得:=6.3HZ,取, 按滿載計算有:簧上質(zhì)量kg,代入數(shù)據(jù)得減震器的阻尼系數(shù)為: (4-19) (3)減震器最大卸荷力的確定 為減小傳到車身上的沖擊力,當(dāng)減震器活塞振
43、動速度達(dá)到一定值時,減震器打開卸荷閥。此時的活塞速度稱為卸荷速度,按上圖安裝形式時有: (4-20) 式中,為卸荷速度,一般為0.15~0.3m/s,A為車身振幅,??;為懸架振動固有頻率。 代入數(shù)據(jù)計算得卸荷速度為: 符合在0.15~0.3m/s之間范圍要求。 根據(jù)伸張行程最大卸荷力公式:可以計算最大卸荷力。式中,c是沖擊載荷系數(shù),取c=1.5;代入數(shù)據(jù)可得最大卸荷力為: (4)減震器工作缸直徑D的確定 根據(jù)伸張行程的最大卸荷力計算工作缸直徑D為:
44、 (4-21) 其中,——工作缸最大壓力,在3Mpa~4Mpa,取=3Mpa; ——連桿直徑與工作缸直徑比值,=0.4~0.5,取=0.4。 代入計算得工作缸直徑D為: (4-22) 減震器的工作缸直徑D有20mm,30mm,40mm,45mm,50mm,65mm,等幾種。選取時按照標(biāo)準(zhǔn)選用,按下表選擇。 表4.3 減震器的工作缸選擇 工作缸直徑D 基長L 貯油直徑 吊環(huán)直徑φ 吊環(huán)直徑寬度B 活塞行程S 30 11 (120) 44 (47) 29 24 230、240、250、260、270、280 40 1
45、4 (150) 54 39 32 120、130、140、150、270、280 50 17 (180) 70 (75) 47 40 120、130、140、150、160、170、180 65 210 210 62 50 120、130、140、150、160、170、180、190 所以選擇工作缸直徑D=30mm的減震器,對照上表選擇起長度: 活塞行程S=240mm,基長L=110mm,則: (壓縮到底的長度) (拉足的長度) 取貯油缸直徑=45mm,壁厚取2.6mm。 4.4 橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計 4.4.
46、1 橫向穩(wěn)定桿的作用 橫向穩(wěn)定桿是一根擁有一定剛度的扭桿彈簧,它和左右懸掛的下托臂或減震器滑柱相連。當(dāng)左右懸掛都處于顛簸路面時,兩邊的懸掛同時上下運(yùn)動,穩(wěn)定桿不發(fā)生扭轉(zhuǎn),當(dāng)車輛在轉(zhuǎn)彎時,由于外側(cè)懸掛承受的力量較大,車身發(fā)生一定得側(cè)傾。此時外側(cè)懸掛收縮,內(nèi)測懸掛舒張,那么橫向穩(wěn)定桿就會發(fā)生扭轉(zhuǎn),產(chǎn)生一定的彈力,阻止車輛側(cè)傾。從而提高車輛行駛穩(wěn)定性。 4.4.2 橫向穩(wěn)定桿參數(shù)的選擇 具體尺寸選擇如下:桿的直徑d=22mm,桿長L=1000mm,c=363mm,a=68mm,b=69mm,=156mm,圓角半徑R=23mm。 圖4-11橫拉桿 本章小結(jié) 本章主要是針
47、對零部件主要參數(shù)的計算和校核。在設(shè)計過程中主要根據(jù)整體懸架在整個汽車中的剛度的基礎(chǔ)上進(jìn)行計算設(shè)計。并且在計算和設(shè)計過程中不斷的了解到了整體懸架的剛度在其零部件的設(shè)計中的作用。 第五章 麥弗遜獨(dú)立懸架catia建模 5.1 麥弗遜獨(dú)立懸架零部件的設(shè)計 根據(jù)CAD總裝和零部件圖對螺旋彈簧、減震器、下擺臂件設(shè)計。 圖5-1麥弗遜獨(dú)立懸架零部件 5.2 對懸架系統(tǒng)零部件的總 裝 基于CATIA平臺的零部件總裝 圖5-2 懸架系統(tǒng)零部件的總裝設(shè)計 5.3 麥弗遜懸架的整體安裝 對麥弗遜懸架安裝轉(zhuǎn)向系 輪胎 輪轂等安裝 圖5-3麥弗遜懸架及轉(zhuǎn)向系
48、統(tǒng)的整體安裝 本章小結(jié) 本章主要是基于CAD圖紙利用CATIA進(jìn)行三維建模的設(shè)計,在利用CATIA的制圖了解它的具體形狀和在整體懸架中的具體位置的設(shè)計和作用, 在三維建模過程中應(yīng)不斷的與實(shí)體與設(shè)計理論相結(jié)合。 結(jié) 論 在畢業(yè)設(shè)計過程中,通過對哈飛路寶7110麥弗遜懸架的設(shè)計工作。本文按照劉惟信編著的《汽車設(shè)計》一書詳細(xì)研究了麥弗遜懸架的設(shè)計方案,提出了比較可行的設(shè)計思路,并按照這一思路進(jìn)行詳細(xì)地計算,最終根據(jù)計算數(shù)據(jù)繪制出麥弗遜懸架系統(tǒng)的總裝配圖及其零部件圖。 在設(shè)計過程中,查閱了很多汽車相關(guān)的資料,對大學(xué)期間學(xué)到的汽車知識有了更高層次的認(rèn)識。通過親自查
49、找資料和分析計算,充分鍛煉了自己設(shè)計的能力;通過發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題,體驗(yàn)到了設(shè)計的樂趣;在繪圖的過程中,我熟悉并掌握了CAD制圖的一些標(biāo)準(zhǔn)和技巧,當(dāng)然也會存在一些問題,期待批評指正。用CAD繪過圖之后,我更深刻地體會到CAD制圖的效率,也認(rèn)識到其成為主流的深層原因。手繪零件圖后,我進(jìn)一步熟悉了手繪圖紙的各個細(xì)節(jié),同時進(jìn)一步感受到了手繪圖紙的麻煩與機(jī)繪圖紙的簡便。 通過這次畢業(yè)設(shè)計,考驗(yàn)了我在大學(xué)所學(xué)的知識,是我大學(xué)四年課程的一次大的總結(jié)。在設(shè)計過程中,我明顯地感覺到自己專業(yè)知識不足、專業(yè)經(jīng)驗(yàn)欠缺以及知識面狹窄。我以后會努力拓展自己的知識面,積累各方面的經(jīng)驗(yàn),彌補(bǔ)專業(yè)知識的不足,使自
50、己得到全面的發(fā)展,在以后的工作中作出理大的成績。 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,轎車會走進(jìn)千家萬戶,普通老百姓擁有自己的轎車不將只是夢想,隨著新車型的推出,轎車驅(qū)動橋的設(shè)計工作將會變得更為頻繁。為了提高工作效率和降低開發(fā)成本,越來越多的軟件和技術(shù)將會應(yīng)用到傳統(tǒng)的設(shè)計工作中去,CAD、CATIA也會得到廣泛的應(yīng)用。通過這次畢業(yè)設(shè)計可以了解到,傳統(tǒng)的設(shè)計工作根本達(dá)不到轎車輕量化的要求,零部件也不一定能夠達(dá)到所需的強(qiáng)度要求,隨著有限元技術(shù)和優(yōu)化分析軟件的發(fā)展,設(shè)計工作將會變得更合理,優(yōu)化設(shè)計需要兼顧的因素也會越來越多,約束條件和優(yōu)化目標(biāo)越來越復(fù)雜,優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果也會更加滿足轎車所需要達(dá)到的要求。這樣將設(shè)計結(jié)
51、果應(yīng)用到實(shí)踐中才會更有實(shí)際意義。 參考文獻(xiàn) [1] 陳家瑞 馬天飛 【汽車構(gòu)造 】 第5版 人民交通出版社 [2] 王望予 【汽車設(shè)計】 第4版 機(jī)械工業(yè)出版社 [3] 程耀東 李培玉 【機(jī)械振動學(xué)】 浙江大學(xué)出版社 [4] 余志生 【汽車?yán)碚摗? 第5版 機(jī)械工業(yè)出版社 [5] 李鵬 【汽車概論】 人民交通出版社[6] 姜鐵均 傅強(qiáng) 【汽車機(jī)械基礎(chǔ)】
52、 同濟(jì)大學(xué)出版社 [7] 劉維信 【機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計】第2版清華大學(xué)出版社 [8] 哈工大理論力學(xué)教研室 【理論力學(xué)】 第6版 高等出版社 [9] 中國國家標(biāo)準(zhǔn) [10] 劉惟信 【汽車設(shè)計】 清華大學(xué)出版社 [11] 西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室 【機(jī)械設(shè)計】第八版 高等教育出版社 [12]Martin W.Stockel,Martin T.Stockel.AFundamentals[R].U.S.A Goodheart Wilcox Company,2003 [13] Bryson, George Y. Deal III, Walter F. The automobile: A designer'sdream[J]. Technology Teacher,1996
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