麥弗遜懸架學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)汽車的行駛平順性，操縱穩(wěn)定性以及乘坐舒適性和安全性的要求越來越高。汽車行駛平順性反映了人們的乘坐舒適性，而舒適性則與懸架密切相關(guān)。因此，懸架系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)具有很大的實(shí)際意義。 </p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要研究的是比亞迪F3轎車的前、后懸架系統(tǒng)的硬件選擇設(shè)計(jì)，計(jì)

2、算出懸架的剛度、靜撓度和動(dòng)撓度及選擇出彈簧的各部分尺寸，并且通過阻尼系數(shù)和最大卸荷力確定了減振器的主要尺寸，最后進(jìn)行了橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)以及汽車平順性能的分析。本設(shè)計(jì)在轎車前后懸架的選型中均采用獨(dú)立懸架。其中前懸架采用當(dāng)前家庭轎車前懸流行的麥弗遜懸架。前、后懸架的減振器均采用雙向作用式筒式減，后懸則采用半拖曳臂式獨(dú)立懸架振器。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，有效的提高了乘座的舒適性和駕駛穩(wěn)定性。</p><p><b>

3、　　1緒論：</b></p><p><b>　　1.1懸架的功用</b></p><p>　　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。</p><p>　　1.傳遞它們之間一切的力（反力）及其力矩（包括反力矩）。</p><p>　　2.緩和，抑制由于不平路面所引起的振動(dòng)和沖擊，以

4、保證汽車良好的平順性，操縱穩(wěn)定性。</p><p>　　3.迅速衰減車身和車橋的振動(dòng)。</p><p>　　懸架系統(tǒng)的在汽車上所起到的這幾個(gè)功用是緊密相連的。要想迅速的衰減振動(dòng)、沖擊，乘坐舒服，就應(yīng)該降低懸架剛度。但這樣，又會(huì)降低整車的操縱穩(wěn)定性。必須找到一個(gè)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。</p><p>　　懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)的選擇合理

5、與否，直接對(duì)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。</p><p>　　1.2 懸架的組成 </p><p>　　現(xiàn)代汽車，特別是乘用車的懸架，形式，種類，會(huì)因不同的公司和設(shè)計(jì)單位，而有不同形式。</p><p>　　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。</p>

6、<p>　　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。</p><p>　　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(gè)別高級(jí)轎車則使用空氣彈簧。螺旋彈簧只承受垂直載荷，緩和及抑制不平路面對(duì)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。</p><p&

7、gt;　　減振器是為了加速衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動(dòng)，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。</p><p>　　導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時(shí)保持車輪按一定運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)車身跳動(dòng)，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(shí)，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

8、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。</p><p>　　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(dòng)式懸架和主動(dòng)式懸架。目前多數(shù)汽車上都采用被動(dòng)懸架，也就是說汽車姿態(tài)（狀態(tài)）只能被動(dòng)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。</p><p>　

9、　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)立懸架和獨(dú)立懸架系統(tǒng)。</p><p><b>　　圖2 獨(dú)立懸架</b></p><p><b>　　1.3.1獨(dú)立懸架</b></p><p>　　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(dòng)不直接影響到另一側(cè)車輪，獨(dú)立

10、懸架所采用的車橋是斷開式的。這樣使得發(fā)動(dòng)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(dòng)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(shí)獨(dú)立懸架非簧載質(zhì)量小，可提高汽車車輪的附著性。如圖2所示。</p><p>　　獨(dú)立懸架的類型及特點(diǎn)：</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　獨(dú)立懸

11、架的車軸分成兩段（如圖3），每只車輪用螺旋彈簧獨(dú)立地，彈性地連接安裝在車架(或車身)下面，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊，其運(yùn)動(dòng)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。</p><p>　　現(xiàn)在，前懸架基本上都采用獨(dú)立懸架系統(tǒng)，最常見的有雙橫臂式和滑柱擺臂式（又稱麥弗遜式）。</p><p><b>　?、彪p橫臂式</b></p><p>　

12、　圖4 雙橫臂式獨(dú)立前懸架</p><p>　　工作原理：由上短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。</p><p>　　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(gè)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。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但經(jīng)久耐

13、用，同時(shí)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。</p><p>　　缺點(diǎn)：因?yàn)橛袃蓚€(gè)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。</p><p>　?、阐湼ミd式（滑柱連桿式）</p><p>　　圖5 麥弗遜式獨(dú)立前懸架</p><p>　　工作原理：這種懸架目前在轎車中采用很多。這種

14、懸架將減振器作為引導(dǎo)車輪跳動(dòng)的滑柱，螺旋彈簧與其裝于一體。</p><p>　　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(dòng)機(jī)布置，并降低車子的重心。 </p><p>　　車輪上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，主銷軸線的角度會(huì)有變化，這是因?yàn)闇p振器下端支點(diǎn)隨橫擺臂擺動(dòng)。以上問題可通過調(diào)整桿系設(shè)計(jì)布置合理得到解決。　　典型的結(jié)構(gòu)如圖6和7。</p>

15、<p>　　圖6 麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)</p><p>　　1-減振器外筒;2-活塞桿;3-彈簧支座;4-橫向穩(wěn)定桿支架;5-橫向穩(wěn)定桿拉桿;</p><p>　　6-副車架;7-橫向穩(wěn)定桿;8-發(fā)動(dòng)機(jī)支座;9-彈簧上支座;10-隔離座;11-輔助彈簧;</p><p>　　12-防塵罩;13-U形夾;14-軸承;15-定位螺栓</p><

16、;p>　　圖7 麥弗遜懸架的另一種結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1-橫向擺臂;2-球形支承;3-減振器外筒;4-彈簧;5-上支承軸承;6-反跳緩沖彈簧</p><p>　　麥弗遜獨(dú)立懸架的特點(diǎn)：</p><p>　　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。</p><p>　　缺點(diǎn)：

17、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。</p><p>　　1.3.2非獨(dú)立懸架</p><p>　　非獨(dú)立懸架如圖8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(shí)會(huì)直接影響到另一側(cè)車輪上，當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)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

18、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(shí)懸架受到?jīng)_擊載荷比較大，平順性較差。</p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　1.4懸架的國內(nèi)外發(fā)展情況</p><p>　　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(dòng)式懸架和主動(dòng)式懸架。目前多數(shù)汽車上都采用被動(dòng)懸架，20世紀(jì)8

19、0年代以來主動(dòng)懸架開始在一部分汽車上應(yīng)用，并且目前還在進(jìn)一步研究和開發(fā)中。主動(dòng)懸架可以能主動(dòng)地控制垂直振動(dòng)及其車身姿態(tài)，根據(jù)路面和行駛工況自動(dòng)調(diào)整懸架剛度和阻尼。</p><p>　　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6

20、0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(dòng)式空氣彈簧懸架。</p><p>　　國內(nèi)早在20世紀(jì)60年代就設(shè)計(jì)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(shí)生產(chǎn)的產(chǎn)品使用效果不甚理想，以后在很長一段時(shí)期，產(chǎn)品沒有進(jìn)一步發(fā)展，因此，國外生產(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(dòng)式空氣彈簧懸架產(chǎn)品。</p><p>　

21、　同時(shí)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(duì)高性能客車的需求，都對(duì)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(duì)路面破壞機(jī)制的研究及認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步加深，政府對(duì)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。</p><p>　　隨著國內(nèi)客車產(chǎn)品檔次的逐步升級(jí)，空氣

22、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、金龍客車、桂林大宇、合肥現(xiàn)代、杭州客車等，。</p><p>　　由于主動(dòng)式空氣懸架彈簧價(jià)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。</p><p><b>　

23、　2懸架分析設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1懸架結(jié)構(gòu)方案分析</p><p>　　2.1.1 獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式的選擇</p><p>　　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，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(duì)乘坐舒適性要求較高，故選擇獨(dú)立懸架。&

24、lt;/p><p>　　2.1.2 懸架具體結(jié)構(gòu)形式的選擇</p><p>　　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(dòng)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(duì)布置空間要求高的發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)動(dòng)轎車的前懸架幾乎全部采用了麥弗遜式懸架。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)的懸架為發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的桑

25、塔納2000車型，故選擇麥弗遜式獨(dú)立懸架形式。</p><p><b>　　2.2彈性元件</b></p><p>　　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(duì)車身造成的沖擊，即將短暫的大加速度沖擊化解為相對(duì)緩慢的小加速度沖擊。使人不會(huì)造成傷害及不舒服的感覺；對(duì)貨物可減少其被破壞的可能性。</p><p>　　彈性元件

26、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(dòng)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(jì)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。</p><p><b>　　2.3減振元件</b></p><p>　　減振元件主要起減振作用。為加

27、速車架和車身振動(dòng)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8所示。</p><p>　　汽車懸架系統(tǒng)中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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，而減振器中的活塞在缸筒內(nèi)也作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則減振器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)內(nèi)腔通過一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)，孔壁與油液間的摩擦及液體分子內(nèi)摩擦便形成對(duì)振動(dòng)的阻尼力，使車身和車

28、架的振動(dòng)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。</p><p>　　圖8 含減振器的懸架簡圖</p><p>　　1.車身2.減震器3.彈性原件4.車橋</p><p>　　2.4傳力構(gòu)件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)</p><p>　　車輪相對(duì)于車架和車身跳動(dòng)時(shí)，車輪（特別是轉(zhuǎn)向輪）的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)符合一定的要求，

29、否則對(duì)汽車某些行駛性能（特別是操縱穩(wěn)定性）有不利的影響。因此，懸架中某些傳力構(gòu)件同時(shí)還承擔(dān)著使車輪按一定軌跡相對(duì)于車架和車身跳動(dòng)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)。</p><p>　　對(duì)前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求</p><p>　?。?）懸架上載荷變化時(shí)，保證輪距變化不超過+4.0mm，輪距變化大會(huì)引起輪胎早期磨損；</p><p>　?。?）懸架上載荷

30、變化時(shí)，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；</p><p>　?。?）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，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)。</p><p>　　（4）制動(dòng)時(shí)，應(yīng)使車身有抗前俯作用；加速時(shí)，有抗后仰作用。</p><p>　?。?）具有足夠的疲勞強(qiáng)度和壽命，可靠地

31、傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。</p><p><b>　　2.5橫向穩(wěn)定器</b></p><p>　　在多數(shù)的轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向行駛等情況下發(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。</p><p>　　橫向穩(wěn)定器實(shí)際是一根近似U型的桿件，兩個(gè)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

32、相對(duì)車身位移比另外一側(cè)位移大時(shí)，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(shí)，限制該側(cè)車輪跳動(dòng)幅度。</p><p>　　3 懸架主要參數(shù)的確定</p><p>　　懸架設(shè)計(jì)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(jì)兩個(gè)階段，有時(shí)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(jì)是對(duì)

33、桑塔納2000前獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)。</p><p>　　桑塔納2000參數(shù)：　　</p><p>　　長/寬/高(mm) 4680/1700/1423 </p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)型式 74千瓦4缸2氣門電子控制多點(diǎn)噴射汽油機(jī)(AYJ) </p><p>　　變速器型式 自動(dòng)變速箱/手動(dòng)變速箱 排量(毫升) 1781 </p>&l

34、t;p>　　最大功率(KW) 72/5200 </p><p>　　最大扭矩(N.m) 155/3500 </p><p>　　油耗(L/100km) 6.2 </p><p>　　軸距(mm) 2656 </p><p>　　前輪距（mm）1414 </p><p>　　后輪距（mm）1422 </p&g

35、t;<p>　　滿載質(zhì)量（kg）1540 </p><p>　　空車質(zhì)量（kg）1120 </p><p>　　滿載前軸允許負(fù)荷<810kg </p><p>　　滿載后軸允許負(fù)荷<810kg </p><p>　　3.1懸架的空間幾何參數(shù)</p><p>　　在確定零件尺寸之前，需要先確定懸

36、架的空間幾何參數(shù)。麥弗遜式懸架的受力圖如圖3-1：</p><p>　　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°。</p><p>　　3.2懸架的彈性特性和工作行程</p><p>　　3.2.1懸架頻率的選擇</p><p>　　對(duì)

37、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(dòng)是相互獨(dú)立的，并用偏頻，表示各自的自由振動(dòng)頻率，偏頻越小，則汽車的平順性越好。一般對(duì)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(shí)的自然頻率。取n=1.2HZ </p><p>　　3.2.2 懸架的工作行程

38、</p><p>　　懸架的工作行程由靜撓度與動(dòng)撓度之和組成。 </p><p>　　由n 3-1</p><p>　　式中 錯(cuò)誤!未找到引用源?！獞壹莒o撓度</p><p><b>　　得懸架靜撓度：</b></

39、p><p><b>　　3-2</b></p><p>　　則懸架動(dòng)撓度：=（0.5—0.7） 錯(cuò)誤!未找到引用源。</p><p>　　取=0.5 錯(cuò)誤!未找到引用源。=0.5×173.6＝86.8mm</p><p>　　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(duì)

40、于一般轎車而言，懸架總工作行程（靜擾度與動(dòng)擾度之和）應(yīng)當(dāng)不小于160mm。</p><p>　　而=173.6+86.8=260.4mm>160mm 符合要求</p><p>　　3.2.3懸架剛度計(jì)算</p><p>　　已知：已知整車裝備質(zhì)量：m =1120kg，取簧上質(zhì)量為1060kg；取簧下質(zhì)量為60kg，則由軸荷分配圖知：</p>

41、<p>　　空載前軸單輪軸荷取60%： =318kg</p><p>　　滿載前軸單輪軸荷取50%： 錯(cuò)誤!未找到引用源。（滿載時(shí)車上5名成員，60kg/名）。</p><p><b>　　懸架剛度：</b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>

42、;　　4懸架主要零件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 螺旋彈簧的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1螺旋彈簧的剛度</p><p>　　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。</p><p>　　例如麥弗遜獨(dú)立懸架

43、的懸架剛度C的計(jì)算方法：如下圖所示。</p><p>　　選定下擺臂長：EH=390.41mm；半輪距：B=740mm ；減震器布置角度：β=14°，高度561.76mm</p><p>　　可知懸架剛度與彈簧剛度的關(guān)系如下：</p><p>　　由圖可知：C=(uCosδ/PCosβ)Cs （4-1）</p><p>

44、;　　式中 C——懸架剛度，Cs ——彈簧剛度</p><p>　　已知u=1995.95mm p=2103.02mm δ=4°β=14°</p><p>　　得：20.08 N/mm </p><p>　　4.1.2 計(jì)算彈簧鋼絲直徑d</p><p>　　根據(jù)下面的公式可以計(jì)算：</p>

45、;<p>　　式中 i——彈簧有效工作圈數(shù)，先取8</p><p>　　G——彈簧材料的剪切彈性模量，取Mpa</p><p>　　——彈簧中徑，取110mm</p><p>　　代入計(jì)算得：d=11.98mm</p><p>　　4.1.3 確定鋼絲直徑d=12mm，彈簧外徑D=122mm，彈簧有效工作圈數(shù)n=8；</

46、p><p>　　4.1.4 彈簧校核</p><p><b>　?。?）彈簧剛度校核</b></p><p>　　彈簧剛度的計(jì)算公式為：</p><p>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得彈簧剛度為：</p><p><b>　　N/mm</b></p><p>　　

47、所以彈簧選擇符合剛度要求。</p><p>　?。?）彈簧表面剪切應(yīng)力校核</p><p>　　彈簧在壓縮時(shí)其工作方式與扭桿類似，都是靠材料的剪切變形吸收能量，彈簧鋼絲表面的剪應(yīng)力為：</p><p>　　式中 C——彈簧指數(shù)（旋繞比）， </p><p>　　——曲度系數(shù)，為考慮簧圈曲率對(duì)強(qiáng)度影響的系數(shù)，</p><

48、p>　　P——彈簧軸向載荷已知=110mm，d=12mm，可以算出彈簧指數(shù)C和曲度系數(shù)：</p><p>　　=110/2=9.16</p><p><b>　　P=N</b></p><p>　　則彈簧表面的剪切應(yīng)力：Mpa</p><p>　　[τ]=0.63[σ]=0.63×1000Mpa，因?yàn)棣?/p>

49、<[τ]，所以彈簧滿足要求。</p><p><b>　　4.1.5 小結(jié)</b></p><p>　　綜上可以最終選定彈簧的參數(shù)為：彈簧鋼絲直徑d=12mm，彈簧外徑D=122mm，彈簧有效工作圈數(shù)n=8。</p><p>　　4.2 減振器結(jié)構(gòu)類型的選擇</p><p>　　減振器的功能是吸收懸架垂直振動(dòng)的能量

50、，并轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，使振動(dòng)迅速衰減。汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力式減震器。其作用原理是，當(dāng)車架與車橋作往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減震器中的活塞在缸筒內(nèi)業(yè)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，于是減震器殼體內(nèi)的油液反復(fù)地從一個(gè)內(nèi)腔通過另一些狹小的孔隙流入另一個(gè)內(nèi)腔。此時(shí)，孔與油液見的摩擦力及液體分子內(nèi)摩擦便行程對(duì)振動(dòng)的阻尼力，使車身和車架的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為熱能，被油液所吸收，然后散到大氣中。</p><p>　　減振器大體上可以分為兩大類，即摩擦式減振

51、器和液力減振器。故名思義，摩擦式減振器利用兩個(gè)緊壓在一起的盤片之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力提供阻尼。由于庫侖摩擦力隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(jià)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1901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

52、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。</p><p><b>　　雙筒式液力減振器</b></p><p>　　雙筒式液力減振器雙筒式液力減振器的工作原理如圖9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

53、車輪上下跳動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)活塞1在工作腔A中上下移動(dòng)，迫使減振器液流過相應(yīng)閥體上的阻尼孔，將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳⒌?。車輪向上跳?dòng)即懸架壓縮時(shí)，活塞1向下運(yùn)動(dòng)，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(dòng)即懸架伸張時(shí)，活塞1向上運(yùn)動(dòng)，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

54、體積，當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(shí)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，以防止低溫或減振器傾斜的情況下，在極限伸張位置時(shí)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。</p><p>

55、;　　圖9雙筒式減振器工作原理圖</p><p>　　1-活塞；2-工作缸筒；3-貯油缸筒；4-底閥座；5-導(dǎo)向座；</p><p>　　6-回流孔活塞桿；7-油封；8-防塵罩；9-活塞桿</p><p>　　減振器的特性可用圖10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(shí)，其

56、壓力損失由兩部分構(gòu)成。其一為粘性沿程阻力損失，對(duì)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(shí)的動(dòng)能損失，其數(shù)值也與流速近似成正比，但主要受油液密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(jì)閥系時(shí)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

57、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(gè)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(gè)閥門，則當(dāng)其逐漸打開時(shí)，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(gè)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，第三階段為閥完全打開。通常情況下，當(dāng)減振器活塞相對(duì)于缸筒的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到0. lm</p><p&g

58、t;　　圖10 閥的開啟程度對(duì)減振器特性影響示意圖</p><p>　　圖11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(shí)，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(dòng)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?lt;/p

59、><p>　　圖11 典型的減振器特性曲線 圖12 減振器斜置時(shí)計(jì)算傳遞比示意圖</p><p>　　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3.7所示為剛性橋非獨(dú)立懸架的情況。這時(shí)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(dòng)時(shí)，阻尼力的傳遞比，由于角度 (見圖12)同時(shí)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

60、尼系數(shù)的倍。當(dāng)車身側(cè)傾時(shí)，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。</p><p>　　單筒充氣式液力減振器</p><p>　　單筒充氣式減振器的工作原理如圖（13）所示。其中浮動(dòng)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(shí)，活塞桿8帶動(dòng)活塞5下移，壓迫油液經(jīng)過伸張閥10從工作腔下腔流入上腔。此時(shí)，補(bǔ)償腔2中的氣體推動(dòng)活塞3

61、下移以補(bǔ)償活塞桿抽出造成的容積減小;車輪上跳時(shí)，活塞5向上運(yùn)動(dòng)，油液通過壓縮閥6由上腔流入下腔，同時(shí)浮動(dòng)活塞向上移動(dòng)以補(bǔ)償活塞桿在油液中的體積變化。</p><p>　　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(huì)乳化，保證了小振幅高頻振動(dòng)時(shí)的減振

62、效果;④由于浮動(dòng)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軸向尺寸相對(duì)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(shí)，這一值會(huì)高達(dá)450N，因此若與雙筒式減振器換裝，則最好同時(shí)換裝不同高度的彈簧。</p><p><b>　　圖13</b></p><p

63、>　　雙筒充氣式減振器的優(yōu)點(diǎn)有:①在小振幅時(shí)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(shí)，仍可發(fā)揮減振功能;⑤與單筒充氣式減振器相比，占用軸向尺寸小，由于沒有浮動(dòng)活塞，摩擦也較小。因而本次設(shè)計(jì)選擇雙筒式減振器。</p><p>　　圖14 為雙筒充氣式減振器用于麥克弗遜懸架時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　1-六方;2-蓋板;3-導(dǎo)向座;4-貯油缸筒

64、;5-補(bǔ)償腔;6-活塞桿;7-彈簧托架;8-限位塊;</p><p>　　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;14-底閥</p><p>　　4.2.1減震器參數(shù)的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）相對(duì)阻尼系數(shù)ψ</p><p>　　相對(duì)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

65、的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。ψ值大，振動(dòng)能迅速衰減，同時(shí)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(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取小些，伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得大些，兩者之間保持=（0.25-0.50）的關(guān)系。</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)，先選取與的平均值ψ。相對(duì)無摩擦的彈性元件懸架，取ψ=0.25-0.35；對(duì)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<

66、;/p><p>　　取ψ=0.3，則有：，計(jì)算得：=0.4，=0.2</p><p>　　（2）減震器阻尼系數(shù)的確定</p><p>　　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：</p><p><b>　　根據(jù)公式，可得出：</b&

67、gt;</p><p>　　滿載時(shí)計(jì)算前懸剛度N/m</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得：=6.3HZ，取,</p><p>　　按滿載計(jì)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：</p><p>　　（3）減震器最大卸荷力的確定</p><p>　　為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減震器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減震

68、器打開卸荷閥。此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度，按上圖安裝形式時(shí)有：</p><p>　　式中，為卸荷速度，一般為0.15~0.3m/s，A為車身振幅，取；為懸架振動(dòng)固有頻率。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得卸荷速度為：</p><p>　　符合在0.15~0.3m/s之間范圍要求。</p><p>　　根據(jù)伸張行程最大卸荷力公式：可以計(jì)算最大

69、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：</p><p>　?。?）減震器工作缸直徑D的確定</p><p>　　根據(jù)伸張行程的最大卸荷力計(jì)算工作缸直徑D為：</p><p>　　其中，——工作缸最大壓力，在3Mpa~4Mpa,取=3Mpa；</p><p>　　——連桿直徑與工作缸直徑比值，=0.4~0.5，

70、取=0.4。</p><p>　　代入計(jì)算得工作缸直徑D為：</p><p>　　減震器的工作缸直徑D有20mm，30mm，40mm，45mm，50mm，65mm，等幾種。選取時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)選用，按下表選擇。</p><p>　　所以選擇工作缸直徑D=30mm的減震器，對(duì)照上表選擇起長度：</p><p>　　活塞行程S=240mm，基長L=11

71、0mm，則：</p><p><b>　?。▔嚎s到底的長度）</b></p><p><b>　?。ɡ愕拈L度）</b></p><p>　　取貯油缸直徑=44mm，壁厚取2mm。</p><p>　　4.3 橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.1 橫向穩(wěn)定桿的作用

72、</p><p>　　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(shí)，兩邊的懸掛同時(shí)上下運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定桿不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，當(dāng)車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)，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(shí)外側(cè)懸掛收縮，內(nèi)測懸掛舒張，那么橫向穩(wěn)定桿就會(huì)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。</p><p>　　4.3.2 橫向穩(wěn)定桿

73、參數(shù)的選擇</p><p>　　具體尺寸選擇如下：桿的直徑d=18mm，桿長L=1000mm，c=363mm，a=68mm，b=69mm，=156mm，圓角半徑R=23mm。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　陳家瑞 馬天飛

74、 【汽車構(gòu)造 】 第5版 人民交通出版社。</p><p>　　王望予 【汽車設(shè)計(jì)】 第4版 機(jī)械工業(yè)出版社。</p><p>　?。?］ 程耀東 李培玉 【機(jī)械振動(dòng)學(xué)】 浙江大學(xué)出版社</p><p>　?。?］ 余志生 【汽車?yán)碚摗?第5版 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　?。?］ 李鵬 【汽車概論】 人民

75、交通出版社</p><p>　?。?］ 姜鐵均 傅強(qiáng) 【汽車機(jī)械基礎(chǔ)】 同濟(jì)大學(xué)出版社</p><p>　　［7］ 劉維信 【機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì)】 第2版 清華大學(xué)出版社</p><p>　?。?］ 哈工大理論力學(xué)教研室 【理論力學(xué)】 第6版 高等教育出版社</p><p>　?。?］ 中國國家標(biāo)準(zhǔn)</p>