畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)課題： 汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名 Z Z 班 級(jí) B 機(jī)制 096 學(xué) 號(hào) XX0101631 指 導(dǎo) 教 師 X X X 專(zhuān) 業(yè) 系 主 任 X X X 發(fā) 放 日 期 201X 年 12 月 20 日 一、研究?jī)?nèi)容通過(guò)試驗(yàn)分析和建模，研究麥弗遜懸架的特性，主要內(nèi)容有：1．基于 AutoCAD 繪制麥弗遜懸架的二維圖紙；2．基于 CATIA 軟件建立麥弗遜懸架的三維模型；3．基于 CATIA 軟件進(jìn)行麥弗遜懸架運(yùn)動(dòng)仿真。二、研究依據(jù)1．課題來(lái)源：生產(chǎn)實(shí)際2．理論基礎(chǔ)：汽車(chē)構(gòu)造、汽車(chē)設(shè)計(jì)、有限元分析3．研究方法：軟件建模與分析三、研究要求1．閱讀課題相關(guān)方面的技術(shù)、應(yīng)用文獻(xiàn) 10 篇，外文翻譯 1 篇；2．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě)的文獻(xiàn)綜述要求 2000 字左右；3．理論分析要有詳細(xì)的推導(dǎo)過(guò)程；4．運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果要進(jìn)行分析。四、畢業(yè)設(shè)計(jì)物化成果的具體內(nèi)容及要求1．畢業(yè)設(shè)計(jì)要求1）設(shè)計(jì)字?jǐn)?shù)不少于 1.5 萬(wàn)字；2）設(shè)計(jì)按教務(wù)處畢業(yè)論文格式規(guī)范統(tǒng)一編排、打??；3）設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)一般應(yīng)有實(shí)際事例、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等佐證；4）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、層次清楚、語(yǔ)言流暢，論文要有自己的見(jiàn)解。2．外文資料翻譯（英譯中）要求1）外文翻譯材料中文字不少于 3000 字；2）內(nèi)容必須與畢業(yè)論文課題相關(guān)；3）所選外文資料應(yīng)是近 10 年的文章，并標(biāo)明文章出處。五、 畢業(yè)論文進(jìn)度計(jì)劃起訖日期 工作內(nèi)容 備 注12 月 20 日～12 月 21 日 布置任務(wù)12 月 23 日～1 月 19 日 調(diào)查研究，畢業(yè)實(shí)習(xí)1 月 6 日～2 月 28 日 方案論證，總體設(shè)計(jì)2 月 24 日～4 月 6 日 技術(shù)設(shè)計(jì)（部件設(shè)計(jì)）4 月 7 日～5 月 6 日 工作設(shè)計(jì)（零件設(shè)計(jì)）5 月 7 日～5 月 29 日 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5 月 30 日～5 月 31 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯6 月 1 日～6 月 5 日 修改資料6 月 6 日～6 月 7 日 評(píng)閱材料6 月 8 日～6 月 9 日 畢業(yè)答辯6 月 10 日～6 月 20 日 材料整理裝袋六、主要參考文獻(xiàn)：1．夏長(zhǎng)高,邵躍華,丁華.麥弗遜懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2005, 36(12):31-34.2．卞學(xué)良,宋寶安,王志強(qiáng),劉劍.麥弗遜懸架轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào).2003, 16(02):109-112.3．胡寧,羅素云,陳志恒,吳訓(xùn)成.麥弗遜懸架運(yùn)動(dòng)分析的空間解析法[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車(chē).2007, 34(03):10-13.4．張俊,何天明.麥弗遜前懸架的虛擬設(shè)計(jì)及優(yōu)化[J].北京汽車(chē).2006, (05):17-20.5．艾維全,高世杰,王承,廖芳.麥弗遜式前懸架的設(shè)計(jì)改進(jìn)及分析[J].上海汽車(chē).2004, (08):26-28.6．張?jiān)魄?陳宏,項(xiàng)俊,陳立平.麥克弗遜前懸架參數(shù)靈敏度分析及優(yōu)化[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2005, (04):25-27.7．湯靖,高翔,陸丹.基于 ADAMS 的麥弗遜前懸架優(yōu)化研究 [J].計(jì)算機(jī)輔助工程.2004, (01):29-33.8．劉浩,何輝,張立軍.基于 ADAMS 的麥弗遜式懸架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析 [J].遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào).2005, 25(06):50-52.9．張禎云.麥弗遜懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與仿真[J].江西科學(xué).2007, 25(06):94-97.10．時(shí)培成,陳黎卿,韋山,王立濤.麥弗遜式獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)分析[J].機(jī)械傳動(dòng).2008, (01):93-96.七、其他八、專(zhuān)業(yè)系審查意見(jiàn)系主任： 年 月 日九、汽車(chē)工程學(xué)院意見(jiàn)院長(zhǎng)： 年 月 日 麥弗遜懸架側(cè)載螺旋彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)J. LIU, D. J. ZHUANG1, F. YU and L. M. LOUInternational Journal of Automotive Technology, Vol. 9, No. 1, pp. 2935 (2008) Copyright ? 2008 KSAE譯[ 摘要 ]: 采用某乘用車(chē)作為例，建立詳細(xì)的麥弗遜懸架多體動(dòng)力學(xué)模型，將減振器側(cè)向力仿真結(jié)果作為側(cè)載彈簧設(shè)計(jì)目標(biāo), 并結(jié)合有限元分析中的多體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化它的設(shè)計(jì),有限元分析結(jié)果傳回的懸掛系統(tǒng)導(dǎo)入后，可以進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明，采用經(jīng)過(guò)化設(shè)計(jì)的側(cè)載螺旋彈簧后可顯著降低懸架側(cè)載，該系統(tǒng)可增加阻尼桿的偏磨擦和促進(jìn)阻尼器的內(nèi)部摩擦，降低懸掛系統(tǒng)的行駛性能，代以一個(gè)新的與常規(guī)的螺旋彈簧彎曲中心線側(cè)載彈簧已經(jīng)被證明能夠解決這些問(wèn)題。關(guān)鍵詞：多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 優(yōu)化設(shè)計(jì) 麥弗遜式懸掛 側(cè)載螺旋彈簧一.前言由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和較低的制造/服務(wù)成本，麥弗遜式懸架一直是最流行的懸架系統(tǒng)之一。對(duì)于麥弗遜懸架而言, 作用于減振器上座處的力 F 與作用于控制臂處的力 FL 地面垂直反力 FA 平衡, 如圖 1 所示。從圖中可以看出, 由于麥弗遜懸架系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)的原因, 力 F 與減振器軸線偏離一定角度 A, 不可避免地存在側(cè)向分力 FQ, 使得減振器零件間的摩擦增大 , 造成減振器活塞桿球頭及其它零件快速磨損, 導(dǎo)致減振器早期失效。而且麥弗遜懸架的側(cè)向力會(huì)導(dǎo)致減振器摩擦功無(wú)法消除，從而惡化了車(chē)輛的行駛平順性。此外，懸掛麥弗遜懸架的汽車(chē)行駛在一個(gè)平坦的道路時(shí)，垂直振動(dòng)可能會(huì)被轉(zhuǎn)移到身體直接部位，因?yàn)檩p微的路面激勵(lì)，不能克服的內(nèi)摩擦正確操作暫停。因此，它是非常重要的，以減少側(cè)負(fù)載 FQ，使得優(yōu)化的懸掛系統(tǒng)可以保護(hù)阻尼器部分，并提高行駛性能的懸架系統(tǒng)。傳統(tǒng)解決方案是將彈簧傾斜，但懸架中安裝空間的限制，制約了彈簧傾斜角度，以使側(cè)負(fù)載不能完全消除。最近，一些汽車(chē)制造商采用了新型彈簧，由 Muhr，Schnaubelt 等人開(kāi)發(fā)，以取代常規(guī)的螺旋彈簧，其允許在按下該彈簧的兩個(gè)平行平面之間的角度，而彈簧的力線偏離的一個(gè)變種中心線。通過(guò)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)那?，這種彈簧本身可以抵消側(cè)負(fù)載，這樣，它被命名為側(cè)載彈簧。然而，它是非常困難的，直接從該彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)中定義剛度，因?yàn)閭?cè)載彈簧的變形機(jī)制仍然是不清楚的。其設(shè)計(jì)通常是以測(cè)試的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從而得到符合要求的更快與更經(jīng)濟(jì)的方法。此外，傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)不是強(qiáng)調(diào)彼此之間相互作用的部分，部件和系統(tǒng)之間和系統(tǒng)之間的系統(tǒng)，同時(shí)能極大地影響一個(gè)產(chǎn)品的一般特性。因此，優(yōu)化的麥弗遜懸架，首先應(yīng)該從制度層面開(kāi)始，一些研究人員已經(jīng)做了很多貢獻(xiàn)。圖 1 麥弗遜懸架的減振器側(cè)載1994年，，Muhr 和 Schnaubelt介紹的側(cè)載彈簧，減少側(cè)向力的麥弗遜懸架（Wünsche 和 Muhr，1994）。他們的研究是基于物理模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明了新側(cè)載彈簧的效果，在車(chē)身加速度和阻尼行程以及乘坐的舒適性都有著顯著提高。然而，他們的研究對(duì)象是一個(gè)已經(jīng)存在的側(cè)載彈簧，他們的研究目的是確定的側(cè)載荷彈簧的性能特點(diǎn)，而如何設(shè)計(jì)一個(gè)側(cè)載彈簧從未被提及。在 1996年，聰鈴木，神谷浩和敏之今泉介紹了有限元分析模型的側(cè)載彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)（鈴木等人，1996），包括免費(fèi)線圈和長(zhǎng)細(xì)比的影響進(jìn)行分析，側(cè)載彈簧的特性，然后討論安排的應(yīng)力和傾斜角度的彈簧座位置，以盡量減少阻尼器的側(cè)向力。這經(jīng)過(guò)了大量的有限元分析模型和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但在分析的性能特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法上面，他們并沒(méi)有深入?yún)⑴c，因此他們的研究仍然比較有限。在 2000年,敏之今泉和后藤隆結(jié)合機(jī)械動(dòng)力學(xué)和有限元分析軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程和分析阻尼器的摩擦。在他們的文章中，第一個(gè)側(cè)的負(fù)荷彈簧和彈簧座的有限元分析模型是建立在彈簧端部線圈的角度和座椅側(cè)載彈簧的反作用力線的角度的研究基礎(chǔ)上。一個(gè)新的設(shè)計(jì)程序，是機(jī)械動(dòng)力學(xué)與有限元分析軟件相結(jié)合的代表。最后,作者評(píng)價(jià)側(cè)載彈簧的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)比較新的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)彈簧的反作用力軸和懸架摩擦。然而，設(shè)計(jì)過(guò)程并不充分，并且清楚地表示一些改進(jìn)仍然需要討論，本文是設(shè)計(jì)過(guò)程的一部分，特別是設(shè)計(jì)一個(gè)側(cè)載彈簧，用于現(xiàn)有的麥弗遜式懸掛。 （1）尋找最佳連接點(diǎn)上標(biāo)量彈簧的上部和下部部位預(yù)測(cè)了理想的力線裝置重復(fù)模擬和比較，為每一個(gè)組的連接點(diǎn)，這有更為簡(jiǎn)單的方法，所以可以被取代。 （2）如何確定彈簧初始彎曲的曲率，以及如何實(shí)現(xiàn)參數(shù)的研究，特別是對(duì)彈簧的中心線曲率都沒(méi)有提及。 （3）這與中心線的側(cè)載彈簧是類(lèi)似還是完全相同？該文件并沒(méi)有提供一個(gè)準(zhǔn)確的描述，側(cè)載彈簧的曲率。 （4）在懸架優(yōu)化的評(píng)價(jià)，比較標(biāo)準(zhǔn)的是懸架摩擦，不支持默認(rèn)的麥弗遜模板的ADAMS / CAR模塊。作者可能需要建立一個(gè)全新的模型，使用 ADAMS/ CAR模塊，甚至 ADAMS / VIEW模塊，它可能會(huì)花費(fèi)太多的時(shí)間。在本文中，以現(xiàn)有的轎車(chē)為例，我們提出了一個(gè)更簡(jiǎn)單，更詳細(xì)的麥佛遜側(cè)載彈簧，以減少橫向荷載對(duì)阻尼器桿的滑柱懸掛系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)流程圖如圖 2所示:為了檢驗(yàn)所施加的力，在頂部安裝阻尼器桿。螺旋彈簧的麥弗遜前懸掛系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)模型是建立在采用多體動(dòng)力學(xué)分析軟件 ADAMS/ CAR的基礎(chǔ)上。在隨后的優(yōu)化時(shí)，側(cè)載彈簧被選擇的阻尼力橫向分量的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使橫向力的不利影響最小化。然后將側(cè)載彈簧的曲率的初始值導(dǎo)出。接著，為側(cè)載彈簧結(jié)構(gòu)的優(yōu)化進(jìn)行分析也與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較，使用有限元分析（FEA）軟件 ANSYS，比較側(cè)載彈簧的縱向和橫向的彈性特性。二階曲線得到的側(cè)載彈簧作為優(yōu)化的曲率。導(dǎo)入后懸掛系統(tǒng) ADAMS/ CAR的有限元分析結(jié)果作為模態(tài)中性文件（MNF），最后就動(dòng)力學(xué)模擬的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的有效性進(jìn)行探討。與原彈簧垂直剛度和橫向力顯著減少的一致性表明，所提出的設(shè)計(jì)方法是適當(dāng)優(yōu)化的懸掛系統(tǒng)?？梢越鉀Q和優(yōu)化設(shè)計(jì)側(cè)載彈簧的麥弗遜懸掛的側(cè)向力問(wèn)題，同時(shí)還具有最小邊原來(lái)懸架剛度特性的影響。圖 2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法流程圖二、懸架系統(tǒng)的仿真研究以現(xiàn)有乘用車(chē)作為一個(gè)例子，是建立一個(gè)多體動(dòng)力學(xué)模型的麥弗遜式前懸掛系統(tǒng)采用 ADAMS/ CAR軟件，如圖 3所示。協(xié)調(diào)系統(tǒng)根據(jù) SAE標(biāo)準(zhǔn)中定義的，所使用的彈簧是一個(gè)傳統(tǒng)的螺旋彈簧。在建模過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的懸架系統(tǒng)，包括彈簧的剛度和減震器的阻尼器的特性，過(guò)程中考慮了減振器到車(chē)身、控制臂到副車(chē)架和副車(chē)架到車(chē)身 3 處橡膠襯套的非線性特性。基于這個(gè)模型，一個(gè)平行的車(chē)輪行程進(jìn)行分析與車(chē)輪從 70毫米至 100毫米的移動(dòng)和垂直同步。得到圖 3 前懸架系統(tǒng)模型減振器上支點(diǎn)處的受力 F = {F x, F y, F z } T 及轉(zhuǎn)矩 M= {M x,M y, M z } T , 變化曲線如圖 4所示。從圖中可。從圖中可知{M OX, MOY,M OZ } ，F(xiàn) O 與 F 大小相同并相互平行, 滿足 MO =M - rTO @F ( 1) 式中 rTO = {xO, yO, zO }T 為減振器上支點(diǎn)相對(duì)于主矢作用點(diǎn)的位矢, 有 rTO = F @M = F @ M# +M + ( 2) F= F+M +F 由于 FO 大小和方向可從 ADAM S 的仿真結(jié)果中直接獲得, 因而彈簧力的計(jì)算主要是確定 F O 的作用點(diǎn)。由式 ( 2)可知:F YM Z= FZMYrTO =FZMX - FXMZ( 3)施加左支柱的頂部安裝的測(cè)量和繪制分別在圖 4（a）和（b）。相應(yīng)的側(cè)向載而 得 到 主 矢 作 用 點(diǎn) 坐 標(biāo) 為 x O =F YM Z - F Z M YF 2X + F 2Y + F 2Z yO =F Z M X - F X M ZF 2X + F 2Y + F 2Z zO =F X M Y - F YM XF 2X+ F 2Y+ F 2Z彈 簧 力 作 用 線 方 程 可 表 示 為x = xO -F XF Z( z - H )y = yO -F YF Z( z - H ) 荷彈簧的設(shè)計(jì)，改為使用有限元分析軟件，如協(xié)調(diào)系統(tǒng)的仿真結(jié)果的原點(diǎn)為中心的彈簧上線圈，x 軸點(diǎn)的行駛方向，Z 軸的反向是隨著向上彈簧和點(diǎn)軸和 y軸的確定由x軸和 z軸。M = MO+rTO u F .圖 3 前懸架系統(tǒng)模型可以從圖 4看出，當(dāng)車(chē)輪旅行，縱向力分量 Fx是幾乎為零，都是近似線性的，但 Fz的具有陡峭的斜坡。扭矩繞 z軸保持零組件，繞 y軸的部件幾乎是線性的和非常小的，而繞 x軸的力矩 Mx是更大的，并顯示出了強(qiáng)非線性?xún)A向，這肯定是導(dǎo)致從組件 Fy和 Fz。圖 4 減振器上支點(diǎn)受力及轉(zhuǎn)矩圖 5 主要的力和力矩根據(jù)力和力矩的模擬，可以計(jì)算出所需的彈簧力的作用線及側(cè)載彈簧設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化目標(biāo)。正如在圖 5中所示，力 F和力矩 M可以簡(jiǎn)化為一個(gè)平行的主要力矢量FO（具有相同的 F值）和一個(gè)主要的力矩矢量 MO有關(guān)與阻尼器力矩 M的形式，施加在阻尼器頂部安裝M = MO+ RTO U F。1）在式（1）中，矢量RTO點(diǎn)阻尼器的頂部安裝點(diǎn)（T）FO的作用點(diǎn)（O點(diǎn)）。當(dāng)O點(diǎn)沿FO（MO），式（1）的行動(dòng)路線仍然是僅適用于RTO改變。當(dāng)RTO是垂直于FO，它也是垂直的F和M的平面，那么有 （2） FYMZ = FZMYrTO =FZMX - FXM在等式（2）中，很顯然，矢量 v的方向是由 F和 M的單位矢量，而它的值是由他們的商數(shù)確定。力 F和力矩 M的組件，可在圖 4中所示的模擬結(jié)果，因此可以計(jì)算出相應(yīng)的作用點(diǎn) FO的。由于力 FO是平行的力 F，所希望的彈簧力線具有相同的方向上施加的力的阻尼器的頂部安裝上，并通過(guò)點(diǎn)（XO，YO，zO 循環(huán)），讓式（4）中的 z分別等于零，并且彈簧安裝高度，彈簧力的作用點(diǎn)分別在頂部和底部的席位可以以下方式獲得，如在圖 6的（a）所示和（b）。目標(biāo)側(cè)載彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以清楚地假定，優(yōu)化側(cè)載彈簧提供的力與由這兩個(gè)點(diǎn)確定的傾斜角度 D，符合 FO時(shí)，懸浮液，以維持原彈簧的垂直剛度行進(jìn)。三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證對(duì)于原來(lái)的圓筒狀的螺旋彈簧，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)包括中間直徑 D，自由長(zhǎng)度H0，總線圈數(shù) Nt，封閉線圈高度 Hc，間距 p及線徑 d等，主要確定彈簧的垂直剛度。至于側(cè)負(fù)載設(shè)計(jì)，另一個(gè)重要的參數(shù)是彈簧的彈簧力顯著影響的偏差中心線的曲率。3.1初始值估計(jì)為中心線這是更容易學(xué)習(xí)和復(fù)雜的曲率，延伸到側(cè)載彈簧，彈簧的常曲率中心線是一個(gè)簡(jiǎn)單的類(lèi)型。假設(shè)曲率彈簧中心線 ü是非常小的，在壓縮過(guò)程中的橫向位移的線圈可以被忽略。當(dāng)彈簧被壓縮到其自由高度 H0到工作高度 H的彈簧上的外側(cè)和內(nèi)側(cè)，垂直遞減，這是在中間的直徑，如在圖 7中所示。圖 6 彈簧力作用點(diǎn)坐標(biāo)曲線圖 7 負(fù)載彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù) 內(nèi)的線性域，反正弦側(cè)載彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)。作曲外側(cè)和內(nèi)側(cè)上的對(duì)應(yīng)的垂直方向的力作為平行部隊(duì)，總垂直力的大小仍然是作為普通螺旋彈簧，但其作用線轉(zhuǎn)化為一定的位移根據(jù)式（6），偏移的位移 c是與曲率的中間直徑的中心線，彈簧的自由長(zhǎng)度及平方成比例，同時(shí)不具有相關(guān)性導(dǎo)線直徑。當(dāng)曲率為零，翻譯的動(dòng)作線的消失，以及，這符合正常的螺旋彈簧。至于改變曲率側(cè)載彈簧，偏移的底部上的彈簧座的彈簧施加的力是與 cl= H tanDand部分表面中的偏移量的高度 z處，如果彈簧的作用線通過(guò)上座椅的中心。H0時(shí)側(cè)向載荷彈簧是免費(fèi)的。但是，該彈簧力可以抵消在頂端的座表面的位移立方所示，在圖 6中，因此，新的偏移量。所以按下高度 H時(shí)的曲率的側(cè)載彈簧。在式（7）中，除了結(jié)構(gòu)參數(shù) D，H0 和工作的高度 H，的力的傾斜角 D和偏移頂部座椅可以從模擬中獲得的結(jié)果如圖 5所示。然而，分析和計(jì)算上述線性假設(shè)，并沒(méi)有計(jì)算在的圓周位移和變形的線圈。的影響形成無(wú)效的線圈沒(méi)有考慮過(guò)，所以，對(duì)精確度是有限的理論計(jì)算。因此，式（7）只提供曲率側(cè)載彈簧的初始值和一組有限元模擬和分析可以采用模擬實(shí)際的壓縮程序和優(yōu)化的中心線的曲率。3.2有限元模擬與驗(yàn)證按照第 3.1節(jié)中的討論，這是顯而易見(jiàn)的，從頂部到底部的曲率變化的彈簧力，更多的是傾斜的。此外，中心線曲率的一個(gè)更大的值，無(wú)論是上的頂部或底部的彈簧座，通常會(huì)導(dǎo)致在一個(gè)更大的彈簧力的分配點(diǎn)從座椅的幾何中心的偏移距離。通過(guò)修改中心線的側(cè)向載荷彈簧的功能和結(jié)構(gòu)改變其他參數(shù)，一組不同的側(cè)載彈簧的有限元模型，包括剛性彈簧座椅可以采用 ANSYS軟件，如圖 8所示。底部的彈簧座被固定而最佳座椅被壓縮在一個(gè)穩(wěn)定的速度垂直。在壓縮的彈簧力線從仿真結(jié)果可以得到如在圖 9中所示，在其中不同的顏色的線代表的力線在不同的時(shí)間，即在不同的壓縮高度。它可以被看到，對(duì) ZX的力線的突起和 XY平面，圖 9（二），（四），幾乎保持垂直和水平和變化很小，而傾斜一個(gè)顯著的角度 yz平面上增加壓縮，圖 9（ C）。壓縮到工作高度的線相比，所需的力，以確定線側(cè)載彈簧的變形參數(shù)。迭代模擬進(jìn)行，直到已獲得的優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了節(jié)省仿真時(shí)間在重復(fù)相同的結(jié)構(gòu)與不同的參數(shù)，APDL（ANSYS 參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言）開(kāi)發(fā)的一個(gè)軟件包，建模和仿真任務(wù)。圖 8 有限元模型減振器所受縱向分力 Fx 近似為零, 故假設(shè)側(cè)載彈簧不需提供縱向力, 彈簧中心線可簡(jiǎn)化為平面曲線。多次仿真分析的結(jié)果證明, 對(duì)于側(cè)載變化近似為線性的側(cè)載彈簧采用二次函數(shù) y = a 0 + a 1 x + a 2 x 2 可較好地表示中心線方程。建立的有限元模型圖 9 彈簧力的作用線分布中國(guó)彈簧廠制造的樣品的最優(yōu)設(shè)計(jì)側(cè)載彈簧中，并示于表 1由一彈簧的試驗(yàn)臺(tái)（ZwickZ050 模型）測(cè)試。側(cè)向載荷彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)。參數(shù) 值中徑(mm) 125自由長(zhǎng)度(mm) 354總線圈數(shù)量 6.5有效圈數(shù) 4.9封閉圈高度(mm) 22.4傾斜度(mm) 63.1線徑(mm) 12.4圖 10 Spring 測(cè)試鉆機(jī)（ZwickZ050l） 。圖 11 仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間比較圖 10與有限元分析的結(jié)果在圖 11中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。垂直，縱向和橫向剛度特性的有限元分析模型側(cè)向載荷彈簧適合測(cè)試數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了有限元模型及仿真結(jié)果。圖 12 設(shè)計(jì)的側(cè)向載荷彈簧的阻尼桿的頂部安裝的壓力四、模擬與專(zhuān)方，加載彈簧在模態(tài)中性文件的形式，在 ANSYS有限元分析得到的結(jié)果是之前的 ADAMS模型，從而多體動(dòng)力學(xué)仿真與設(shè)計(jì)的側(cè)載彈簧的麥弗遜懸掛系統(tǒng)，可以進(jìn)行檢查的有效性設(shè)計(jì)的彈簧。虛擬試驗(yàn)場(chǎng)的方法是通過(guò)模擬非線性動(dòng)力汽車(chē)乘坐的舒適性事件分析，由 Yu等人的建議。 將側(cè)載彈簧有限元模型轉(zhuǎn)換成中性文件導(dǎo)入到 ADAM S中, 建立剛?cè)狁詈系亩囿w系統(tǒng)模型并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算, 以檢驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的側(cè)載彈簧對(duì)懸架系統(tǒng)的作用效果。風(fēng)門(mén)桿的頂部安裝上的分力的仿真結(jié)果繪制在圖 12中。與在圖 4中所示的結(jié)果（一）相比，可以看出，優(yōu)化后的垂直力 Fz以及適合原始懸架系統(tǒng)的仿真結(jié)果。這意味著在設(shè)計(jì)側(cè)載彈簧保持了原有的垂直剛度，以確保原來(lái)的懸浮液性能特此。此外，將橫向力 Fy已顯著地減少和幾乎與整個(gè)車(chē)輪行程范圍內(nèi)的零值。阻尼桿和內(nèi)干摩擦阻尼器部件之間的側(cè)磨損得到令人滿意的降低，這是顯而易見(jiàn)的。五、結(jié)論基于詳細(xì)的多體模型之上，作者為麥弗遜懸架系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)與側(cè)載彈簧，并獲得所需的垂直和側(cè)向特性，從而顯著降低側(cè)向力，并保持了原系統(tǒng)的性能。模擬與實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果表明，一個(gè)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膫?cè)向載荷彈簧提供了理想的縱向和橫向力，沒(méi)有操作中的縱向力。目前的研究表明，在汽車(chē)懸架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，優(yōu)化設(shè)計(jì)的懸架系統(tǒng)，多體動(dòng)力學(xué)仿真與有限元分析相結(jié)合，是很有效的方法。這樣可以節(jié)省時(shí)間并降低成本，因?yàn)槲覀儽３衷诮M件升級(jí)和迭代優(yōu)化過(guò)程中，驗(yàn)證與優(yōu)化側(cè)載彈簧。此方法也可用于其他復(fù)雜的螺旋彈簧懸掛彈簧設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)[ 1]Gotoh, T. and Imaizumi, T. (2000). Optimization of force action line with new spring design on the MacPherson strut suspension for riding comfort. SAE Paper No. 2000-01-0101.[ 2]Muhr, K.-H. and Schnaubelt, L. (1989). Offenlegungsschrift, Deutsches Patentamt Bundes Druckei. 05.89 908 826/ 423.[ 3]Suzuki, S., Kamiya, S. and Imaizumi, T. (1996). Approaches to minimizing side force of helical coil springs for riding comfort. SAE Paper No. 960730.[ 4] Wünsche, T. and Muhr, K.-H. (1994). Side load springs as a solution to minimize adverse side loads acting on the McPherson strut. SAE Paper No. 940862.[ 5]Yu, Y. S., Cho, K. Z. and Chyun, B. (2005). Vehicle dynamic simulation using a nonlinear finite element analysis code. Int. J. Automotive Technology 8, 1, 2935.一、 實(shí)習(xí)目的 1、 了解汽車(chē)的結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車(chē)的相關(guān)關(guān)系，發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車(chē)中的作用和地位。2、 了解發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成。3、 為畢業(yè)設(shè)計(jì)提供參考材料。二、 實(shí)習(xí)內(nèi)容1、 了解汽車(chē)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)代汽車(chē)是由多個(gè)裝置和機(jī)構(gòu)組成的。根據(jù)其動(dòng)力裝置、使用條件等不同，汽車(chē)的具體結(jié)構(gòu)可以有很大的差別。但是不同型號(hào)、不同類(lèi)型及不同廠家生產(chǎn)的汽車(chē)其基本構(gòu)造都是由發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、電器設(shè)備和車(chē)身四大部分組成。 （一）發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)是為汽車(chē)行使提供動(dòng)力的裝置。其作用是使燃料燃燒產(chǎn)生動(dòng)力，然后通過(guò)底盤(pán)的傳動(dòng)系驅(qū)動(dòng)車(chē)輪使汽車(chē)行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)主要有汽油機(jī)和柴油機(jī)兩種。 （二）底盤(pán) 底盤(pán)作用是支承、安裝汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)及其各部件、總成，形成汽車(chē)的整體造型，并接受發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使汽車(chē)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，保證正常行駛。底盤(pán)由傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系組成。 1）、傳動(dòng)系 傳動(dòng)系由離合器、變速器、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋組成，用來(lái)將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)輪，并使之適合與汽車(chē)行駛的需要。 離合器固定于發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪后端面，并和變速器相連。離合器經(jīng)常處于接合狀態(tài)。當(dāng)駕駛員踩下離合器踏板時(shí)，離合器分離，動(dòng)力傳遞中斷，以便進(jìn)行起步、換檔和制動(dòng)等項(xiàng)作業(yè)。離合器還可通過(guò)打滑對(duì)傳動(dòng)系實(shí)行過(guò)載保護(hù)。 變速器上設(shè)有若干個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)倒擋，各擋傳動(dòng)比都不相同，可以滿足汽車(chē)在不同行駛阻力和不同車(chē)速下的需要。倒擋可以使汽車(chē)實(shí)現(xiàn)倒駛。“空擋”可以將動(dòng)力傳遞中斷。 萬(wàn)向傳動(dòng)裝置位于變速器和驅(qū)動(dòng)橋之間，將變速器輸出的動(dòng)力傳至驅(qū)動(dòng)橋。 驅(qū)動(dòng)橋由主減速器、差速器、半軸和橋殼組成，其中有一個(gè)橋（多半是后橋）是驅(qū)動(dòng)橋，驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，而另一個(gè)橋（多半是前橋）為從動(dòng)橋，不起驅(qū)動(dòng)作用。但越野汽車(chē)所有的車(chē)橋都是驅(qū)動(dòng)橋，因此在變速器后面設(shè)有分動(dòng)器，負(fù)責(zé)向各橋分配動(dòng)力。 2）、行駛系 行駛系是汽車(chē)的基礎(chǔ)，由車(chē)架、車(chē)橋、車(chē)輪與輪胎以及位于車(chē)橋和車(chē)架之間的懸掛裝置組成。車(chē)架是汽車(chē)的裝配基體，將整個(gè)汽車(chē)裝成一體。車(chē)橋與車(chē)輪負(fù)責(zé)汽車(chē)的行駛，懸掛裝置組成。車(chē)架是汽車(chē)的裝配基體，將整個(gè)汽車(chē)裝成一體。車(chē)橋與車(chē)輪負(fù)責(zé)汽車(chē)的行駛，懸掛裝置將車(chē)橋安裝于車(chē)架，起到傳力、導(dǎo)向和緩沖減震的作用。行駛系除影響汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性外，還對(duì)汽車(chē)的乘座舒適性起重要影響。 3）、轉(zhuǎn)向系 轉(zhuǎn)向系用來(lái)改變或者恢復(fù)汽車(chē)的行駛方向。它是通過(guò)使前輪相對(duì)與汽車(chē)縱向平面偏轉(zhuǎn)一定的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的。轉(zhuǎn)向系主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)組成。 4）、制動(dòng)系 制動(dòng)系的作用是使行進(jìn)中的汽車(chē)迅速減速直至停車(chē)，是停放的汽車(chē)可靠地駐留原地不動(dòng)。行車(chē)制動(dòng)裝置由設(shè)在每個(gè)車(chē)輪上的制動(dòng)器和制動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)組成，由駕駛員通過(guò)制動(dòng)踏板來(lái)操縱。駐車(chē)制動(dòng)裝置的制動(dòng)器有裝在變速器第二軸上的，但大多數(shù)是與后橋制動(dòng)器合一的，駐車(chē)制動(dòng)器由手操縱桿來(lái)操縱。 （三）車(chē)身 車(chē)身容納駕駛員、乘客和貨物，并構(gòu)成汽車(chē)的外殼。載重汽車(chē)車(chē)身由駕駛室的貨廂組成，客車(chē)與轎車(chē)的車(chē)身由統(tǒng)一的外殼構(gòu)成。其他專(zhuān)用車(chē)輛還包括其他特殊裝備等。車(chē)身還包括車(chē)門(mén)、窗、車(chē)鎖、內(nèi)外飾件、附件、座椅及車(chē)前各鈑金件等。 （四）電器設(shè)備 電器設(shè)備由電源和用電設(shè)備組成。電源包括發(fā)電機(jī)和蓄電池。用電設(shè)備的內(nèi)容很多，不同車(chē)型不太一樣，主要有點(diǎn)火系、起動(dòng)系、照明、儀表信號(hào)系統(tǒng)、空調(diào)以及其他用電設(shè)備等。 2、了解發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成現(xiàn)代汽車(chē)廣泛采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。它是通過(guò)可燃?xì)怏w在汽缸內(nèi)燃燒膨脹產(chǎn)生壓力，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)并通過(guò)連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)來(lái)對(duì)外輸出功率的。主要包括兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)，它們是曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)（汽油發(fā)動(dòng)機(jī)）、起動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)組成。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火方式為壓燃式，所以無(wú)點(diǎn)火系。 1）、曲柄連桿機(jī)構(gòu) 主要由缸體、活塞環(huán)、連桿、曲軸和飛輪等組成。缸體上部為汽缸、下部為曲軸箱?；钊挥谄變?nèi)?；钊h(huán)用來(lái)填充汽缸與活塞之間的間隙，防止汽缸內(nèi)的氣體泄漏到曲軸箱內(nèi)。曲軸安裝于曲軸箱內(nèi)。飛輪固定于曲軸后端，伸出到發(fā)動(dòng)機(jī)缸體之外，負(fù)責(zé)對(duì)外輸出動(dòng)力。連桿用來(lái)連接活塞與曲軸，負(fù)責(zé)傳遞兩者之間的動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，活塞與連桿的數(shù)目與缸數(shù)相同，但曲軸只有一根。 2）、配氣機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)主要由凸輪軸、氣門(mén)及氣門(mén)傳動(dòng)件組成。每一個(gè)汽缸都有一個(gè)進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)，分別位于進(jìn)、排氣道口，負(fù)責(zé)封閉和開(kāi)放進(jìn)、排氣道。凸輪軸通過(guò)正時(shí)齒輪或者齒型皮帶由曲軸驅(qū)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)氣門(mén)傳動(dòng)組件定時(shí)將氣門(mén)打開(kāi)，將新鮮液體充入汽缸或者將燃燒后的廢氣排除汽缸。 3）、汽油機(jī)燃料供給系統(tǒng) 主要由空氣濾清器、化油器（或者燃油噴射裝置）、進(jìn)氣管、排氣管、消聲器、汽油泵和汽油箱組成。主要功用是將汽油霧化、蒸發(fā)后，與空氣混合成不同濃度的可燃混合氣充入汽缸，供燃燒使用。同時(shí)，將燃燒后的廢氣排除汽缸。進(jìn)入汽缸內(nèi)的混合氣量由駕駛員通過(guò)加速踏板控制，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)不同負(fù)荷的需要。 4）、柴油機(jī)燃料供給系統(tǒng) 主要由空氣濾清器、進(jìn)氣管、排氣管、消聲器、柴油箱、輸油泵、噴油器等組成。通過(guò)空氣濾清器和進(jìn)氣管進(jìn)入汽缸內(nèi)部的是空氣。柴油箱內(nèi)的柴油被油泵抽出并進(jìn)入噴油泵，經(jīng)噴油泵加壓后，通過(guò)噴油器直接以霧狀噴入汽缸燃燒室內(nèi)。柴油在燃燒室內(nèi)完成蒸發(fā)、混合后自燃。燃燒后的廢氣則由排氣管排出汽缸。駕駛員通過(guò)加速踏板根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的大小，控制每次噴入汽缸的柴油量。 5）、點(diǎn)火系統(tǒng) 點(diǎn)火系統(tǒng)為汽油機(jī)獨(dú)有，由蓄電池、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、分電器總成、點(diǎn)火線圈、高壓線和火花塞組成?；鸹ㄈ挥谄兹紵摇Ｔ撓到y(tǒng)的主要作用是使火花塞按時(shí)產(chǎn)生電火花，將汽缸內(nèi)的可燃混合氣點(diǎn)燃而做功。柴油機(jī)的燃燒方式為自燃(壓燃)，不設(shè)點(diǎn)火系。 6）、冷卻與潤(rùn)滑系統(tǒng) 冷卻系與潤(rùn)滑系負(fù)責(zé)保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，使發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)較長(zhǎng)的使用壽命。冷卻系主要由水泵、散熱器、風(fēng)扇、水套和節(jié)溫器等組成，負(fù)責(zé)使發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)合適的工作溫度。潤(rùn)滑系由機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、主油道和油底殼組成，在發(fā)動(dòng)機(jī)上起潤(rùn)滑、冷卻、清潔和密封等作用。 7)、起動(dòng)系統(tǒng) 主要由蓄電池、起動(dòng)控制與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和起動(dòng)機(jī)（馬達(dá)）等組成，用來(lái)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，使其投入運(yùn)轉(zhuǎn)。 三、 實(shí)習(xí)總結(jié)在工程訓(xùn)練中心實(shí)習(xí)的兩個(gè)星期，雖然短暫，但是我卻收獲頗多。這是我能力提高和知識(shí)儲(chǔ)備增長(zhǎng)的兩個(gè)星期。首先，我們大學(xué)生在學(xué)校的學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)環(huán)境畢竟有限，主要學(xué)得的一些知識(shí)多在與書(shū)本，而在真正作業(yè)上的歷練與經(jīng)驗(yàn)十分匱乏，不能夠很好的滿足以后畢業(yè)工作的實(shí)際需要，有一部分是現(xiàn)在的大學(xué)生的確有很好的理論知識(shí)，但相對(duì)的實(shí)踐動(dòng)手能力卻很不行。而實(shí)習(xí)則很好的彌補(bǔ)了這個(gè)缺陷，將我們的實(shí)踐及動(dòng)手能力提升了一個(gè)檔次。其次，在實(shí)習(xí)過(guò)程中，進(jìn)行的實(shí)物拆卸不僅很好的鍛煉了我們的動(dòng)手實(shí)踐能力，更重要的是讓我明白了發(fā)動(dòng)機(jī)是怎么組裝起來(lái)的，各個(gè)部件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，各部分為什么這樣組裝在一起是合理的，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定的作用形式。實(shí)物拆卸也讓我對(duì)以前學(xué)習(xí)的零件結(jié)構(gòu)部分理解的更透徹，以前的不解之處得到了最好的解釋。最后，發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝不是一個(gè)人能夠完成的事情。在拆裝過(guò)程中，檢驗(yàn)了我們的團(tuán)結(jié)合作精神。我們明確分工、精心配合，將一個(gè)學(xué)習(xí)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)知識(shí)的過(guò)程變成了一個(gè)考驗(yàn)我們配合能力的契機(jī)?？傊@次實(shí)習(xí)真的很值得。不僅增強(qiáng)了專(zhuān)業(yè)知識(shí)，也鍛煉了我們與他人密切合作共同完成一項(xiàng)任務(wù)的能力。很感謝張老師對(duì)我們付出的心血，還有工程訓(xùn)練中心的老師們?yōu)槲覀兯龅囊磺小Ｖx謝你們！ 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)開(kāi) 題 論 證 報(bào) 告專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 X X 班 級(jí) B 機(jī)制 096 學(xué) 號(hào) XX10101631 指導(dǎo)教師 X X X 完成日期 201X 年 2月 28日 課題名稱(chēng)：汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析一、課題來(lái)源、課題研究的主要內(nèi)容及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀綜述1.課題來(lái)源生產(chǎn)實(shí)際2.課題研究的主要內(nèi)容通過(guò)建立 CATIA 三維模型，然后麥弗遜懸架運(yùn)動(dòng)仿真，以便對(duì)四輪定位參數(shù)及相關(guān)零部件尺寸校核，并進(jìn)行有效快捷的調(diào)整。3.國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀隨著國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，對(duì)汽車(chē)舒適性，平順性及操縱穩(wěn)定性的要求越來(lái)越高，麥弗遜獨(dú)立懸架由螺旋彈簧、減震器、三角形下擺臂組成，絕大部分車(chē)型還會(huì)加上橫向穩(wěn)定桿，其始終以其構(gòu)造簡(jiǎn)單，布置緊湊，前輪定位變化小，具有良好的行駛穩(wěn)定性等眾多優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用廣泛。我國(guó)于上世紀(jì) 80 年代開(kāi)始麥弗遜式懸掛的研究，90 年代開(kāi)始收獲研究成果。其中，吉林大學(xué)郭孔輝院士最早將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論與隨機(jī)振動(dòng)理論引入汽車(chē)振動(dòng)與載荷研究，同時(shí)編寫(xiě)了《汽車(chē)操縱動(dòng)力學(xué)》 ，同濟(jì)大學(xué)余卓平院長(zhǎng)參與了“汽車(chē)半主動(dòng)懸架研究”并做出卓越貢獻(xiàn)，另外清華大學(xué)劉惟信，西南交通大學(xué)丁渭平等學(xué)者也為我國(guó)麥弗遜式懸掛系統(tǒng)的研究出了較大的貢獻(xiàn)。至于國(guó)外，1934 年 Olley 發(fā)明了被動(dòng)懸架的基本原理，期間經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展和研究，被動(dòng)懸架系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于各式車(chē)輛之中。20 世紀(jì) 60 年代美國(guó) GE 公司提出了主動(dòng)懸架概念；70 年代，豐田、沃爾沃等汽車(chē)公司就在汽車(chē)上作了成功試驗(yàn)，使主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)以?xún)?yōu)越的減振性能滿足了多種車(chē)輛的性能要求，不過(guò)雖然主動(dòng)懸架性能優(yōu)越卻由于制造成本昂貴而不能推廣應(yīng)用。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，隨著人們對(duì)汽車(chē)乘坐舒適性的不斷追求，近年來(lái)已有不少豪華轎車(chē)和豪華 SUV 紛紛換裝上了性能更優(yōu)越的電子控制式主動(dòng)懸架。此外，德國(guó)汽車(chē)專(zhuān)家耶爾森·賴(lài)姆帕爾編寫(xiě)了《汽車(chē)底盤(pán)基礎(chǔ)》對(duì)各種懸架系統(tǒng)做了詳盡的描述，從懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)角度對(duì)懸架定位參數(shù)進(jìn)行了定義，德國(guó)汽車(chē)專(zhuān)家阿達(dá)姆.措莫托在其所著的《汽車(chē)行駛性能》里系統(tǒng)的對(duì)懸架對(duì)汽車(chē)行駛的穩(wěn)定性與舒適性影響進(jìn)行了闡述，在此方面做出了杰出的貢獻(xiàn)。在汽車(chē)行業(yè)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)推導(dǎo)法以及幾何作圖等方法，雖然滿足設(shè)計(jì)要求，但是精度和效率不高。隨著現(xiàn)代競(jìng)爭(zhēng)的白熱化，人們逐漸意識(shí)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期及降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，最有效的途徑是應(yīng)用仿真工具進(jìn)行系統(tǒng)水平的設(shè)計(jì)。隨著計(jì)算機(jī)等工具的普遍使用，虛擬樣機(jī)仿真技術(shù)得到了大的推廣。目前在國(guó)外，ADAMS （機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件）是較常用的研究軟件，其中專(zhuān)門(mén)用于汽車(chē)動(dòng)力學(xué)分析的 ADAMS/Car 模塊，由于其仿真分析時(shí)間短，可重復(fù)性好，對(duì)各種方案可以進(jìn)行快速優(yōu)化對(duì)比，并可以完成在試驗(yàn)條件下不能進(jìn)行的嚴(yán)酷工況分析，因此廣泛應(yīng)用于汽車(chē)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。ADAMS 中的 Car 模塊是 MSC 與 Audi、BMW，Renault 和 Volvo 等公司合作開(kāi)發(fā)的整車(chē)設(shè)計(jì)軟件包，集成了他們?cè)谄?chē)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)方面的專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，能夠幫助工程師快速建造高精度的整車(chē)虛擬樣機(jī)。它具有豐富的建模功能和強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)解算能力，可以建立規(guī)模龐大、機(jī)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)級(jí)仿真模型，可對(duì)懸架和整車(chē)的性能進(jìn)行仿真分析和綜合性能的評(píng)價(jià)。對(duì)于懸架系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，ADAMS/Car 在仿真結(jié)束后，可自動(dòng)計(jì)算出 38 種懸架特性，根據(jù)這些常規(guī)的懸架特性，用戶又可定義出更多的懸架特性，產(chǎn)品設(shè)計(jì)完全可以通過(guò)這些特性曲線來(lái)對(duì)懸架進(jìn)行綜合性能的評(píng)價(jià)和分析。ADAMS/Insight 模塊能很方便地進(jìn)行虛擬試驗(yàn)，精確地預(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)在各種工作條件下的性能，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果提供專(zhuān)業(yè)化的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。二、本課題擬解決的問(wèn)題汽車(chē)懸架和懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量構(gòu)成了一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，它在很大程度上決定了汽車(chē)的行駛平順性與舒適性，并進(jìn)一步影響到汽車(chē)輪胎的使用壽命。因而在設(shè)計(jì)懸架時(shí)必須考慮以下幾個(gè)方面的要求：（1）能滿足汽車(chē)具有良好的操縱穩(wěn)定性的要求；（2）降低輪胎的磨損程度（3）所有零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和使用壽命；三、解決方案及預(yù)期效果1.解決方案（1）了解麥弗遜懸架，根據(jù)具體問(wèn)題進(jìn)行分析；（2）基于 AutoCAD 繪制麥弗遜懸架的二維圖紙；（3）基于 CATIA 軟件建立麥弗遜懸架的三維模型；（4）基于 CATIA 軟件進(jìn)行麥弗遜懸架運(yùn)動(dòng)仿真。2.預(yù)期效果（1）查閱資料，分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方向，深入了解麥弗遜懸架；（2）討論并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行可行性論證分析確定項(xiàng)目實(shí)施方案；（3）計(jì)算說(shuō)明書(shū)；（4）用 CATIA 三維建模；（5）用 CATIA 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。四、課題進(jìn)度安排12 月 23 日～1 月 19 日．畢業(yè)實(shí)習(xí)階段。畢業(yè)實(shí)習(xí)，查閱資料，到多個(gè)公司實(shí)踐，撰寫(xiě) 實(shí)習(xí)報(bào) 告。1 月 6 日～2 月 28 日．開(kāi)題階段。提出總體設(shè)計(jì)方案及草圖，填寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，前期 檢查。2 月 24 日～5 月 6 日． 設(shè)計(jì)初稿階段。完成總體設(shè)計(jì)圖、部件圖、零件圖，中期檢查。5 月 7 日～5 月 29 日． 設(shè)計(jì)完善工作階段。完善設(shè)計(jì)圖紙，編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。5 月 30 日～5 月 31 日．畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯。6 月 1 日～6 月 5 日．畢業(yè)設(shè)計(jì)整改。圖紙修改、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)修改、定稿，材料復(fù) 查。6 月 6 日～6 月 7 日．畢業(yè)設(shè)計(jì)材料評(píng)閱。6 月 8 日～6 月 9 日．畢業(yè)答辯。6 月 10 日～6 月 20 日．材料整理裝袋。五、指導(dǎo)教師意見(jiàn)簽名 年 月 日六、專(zhuān)業(yè)系意見(jiàn)簽名 年 月 日七、學(xué)院意見(jiàn)簽名 年 月 日 外 文 翻 譯專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué) 生 姓 名 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 外文資料名稱(chēng)：Optimized design for a MacPherson strut suspension with side load springs外文資料出處: International Journal of Automotive Technology, Vol. 9, No. 1, pp. 2935 (2008) Copyright ? 2008 KSAE 附 件： 1.外文資料翻譯譯文 2.外文原文 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：簽名： 年 月 日麥弗遜懸架側(cè)載螺旋彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)譯 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 X X 班 級(jí) B 機(jī)制 096 學(xué) 號(hào) XX10101631 指導(dǎo)教師 X X X 完成日期 20XX 年 6 月 5 日 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2013汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析摘 要：隨著汽車(chē)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)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(lái)越高。汽車(chē)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(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)具有很大的實(shí)際意義。本次設(shè)計(jì)主要研究的是麥弗遜懸架系統(tǒng)的硬件選擇設(shè)計(jì)，計(jì)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(guò)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 CATIA 三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真分析。關(guān)鍵詞：麥弗遜懸架；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；三維建模；運(yùn)動(dòng)仿真；仿真分析鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2013Design and Kinematics Analysis of Macpherson Suspension of AutomobileAbstract: With the development of automobile industry technology, automobile riding comfort, handling stability and ride comfort and safety requirements are getting higher and higher. Car ride reflects people's comfort; comfort is closely related to the suspension. As a result, the suspension system development and design has great practical significance. This design mainly is the research of the Macpherson suspension system hardware design, calculate the stiffness of the suspension dynamic deflection and static deflection and choose the parts dimensions of the spring, and damping coefficient and maximum unloading force to determine the main dimensions of the shock absorber, finally this paper gives the design of the horizontal stabilizer bar and CATIA 3D modeling and motion simulation analysis. Key words: Macpherson suspension; Architectural design; Three-dimensional modeling; Motion simulation; The simulation analysis鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2013目 錄1 緒論 11.1 汽車(chē)懸架的功用 11.2 懸架的組成 11.2.1 彈性元件 11.2.2 減振器 21.2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 21.2.4 橫向穩(wěn)定器 31.3 懸架的分類(lèi) 31.3.1 非獨(dú)立懸架 31.3.2 獨(dú)立懸架 31.3.3 麥弗遜式懸架 41.4 懸架的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 62 懸架的分析設(shè)計(jì) 82.1 懸架總體參數(shù)計(jì)算 82.2 懸架的空間幾何參數(shù) 82.3 懸架的彈性特性和工作行程 82.3.1 懸架彈性特性 82.3.2 懸架的工作行程 92.3.3 懸架頻率的選擇 .103 懸架主要零件的設(shè)計(jì) .113.1 螺旋彈簧的設(shè)計(jì) .113.1.1 螺旋彈簧參數(shù)的計(jì)算 .113.1.2 螺旋彈簧的剛度 .113.1.3 計(jì)算彈簧鋼絲直徑（滿載時(shí)） .113.1.4 彈簧的校核 .123.1.5 小結(jié) .123.2 減震器的設(shè)計(jì) .133.2.1 減振器結(jié)構(gòu)類(lèi)型的選擇 .133.2.2 減振器的比較 .133.2.3 減振器的特性 .143.2.4 減振器阻尼系數(shù) δ 的確定 153.2.5 減震器最大卸荷力 0F的確定 .15鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20133.2.6 減震器工作缸直徑 D 的確定 .163.2.7 貯油筒直徑 C的確定 .163.3 橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì) .163.3.1 橫向穩(wěn)定桿的作用 .163.3.2 橫向穩(wěn)定桿的參數(shù) .174 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .184.1 側(cè)傾中心的高度 .184.2 側(cè)傾軸線 .184.3 側(cè)傾角剛度 .184.4 側(cè)傾角剛度的計(jì)算 .194.5 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力分析 .195 CATIA 懸架模型的建立 .215.1 CATIA 軟件簡(jiǎn)介 .215.2 CATIA 模型建立原理 .215.3 螺旋彈簧的創(chuàng)建 .225.4 轉(zhuǎn)向節(jié)的創(chuàng)建 .225.5 橫擺臂的創(chuàng)建 .235.6 懸架總體創(chuàng)建 .246 CATIA 的運(yùn)動(dòng)仿真 .256.1 仿真之前的準(zhǔn)備 .256.2 仿真設(shè)置 .257 CATIA 的仿真分析 .277.1 導(dǎo)入仿真 .277.2 車(chē)輪定位參數(shù) .277.2.1 主銷(xiāo)后傾角 .277.2.2 主銷(xiāo)內(nèi)傾角 .287.2.3 前輪外傾角 .287.2.4 前輪前束角 .297.3 仿真特性參數(shù)的輸出 .307.4 結(jié)論 .318 結(jié)論 .32參考文獻(xiàn) .33致 謝 .34鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 201311 緒論1.1 汽車(chē)懸架的功用作為汽車(chē)的車(chē)架（或承載式車(chē)身）與車(chē)橋或車(chē)輪之間的一切傳力連接裝置的總稱(chēng)，懸架的功用是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架之間的力及其力矩，緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車(chē)架或車(chē)身的沖擊力，并迅速衰減由此引起的震動(dòng)，以保證汽車(chē)能平順地行駛。懸架系統(tǒng)在汽車(chē)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(chē)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。懸架是汽車(chē)中的一個(gè)重要總成，它把車(chē)架與車(chē)輪彈性地聯(lián)系起來(lái)，關(guān)系到汽車(chē)的多種使用性能。懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)的選擇合理與否，直接對(duì)汽車(chē)行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。1.2 懸架的組成21 世紀(jì)往后推出的汽車(chē)，其懸架盡管有不同的結(jié)構(gòu)形式，但一般都由彈性元件、減振器、和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(縱、橫向推力桿)等三部分組成等，如圖 1-1 所示。圖 1-1 懸架的組成1.2.1 彈性元件功能：支撐垂直載，緩和和抑止不平路面引起的振動(dòng)和沖擊。彈性元件主要有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、氣彈簧和橡膠彈簧等。原理：用具有彈性較高材料制成的零件，在車(chē)輪受到大的沖擊時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析2化為彈性勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)，在車(chē)輪下跳或回復(fù)原行駛狀態(tài)時(shí)釋放出來(lái)。1.2.2 減振器功能：減振器是產(chǎn)生阻尼力的主要元件，其作用是迅速衰減汽車(chē)的振動(dòng)，改善汽車(chē)的行駛平順性，增強(qiáng)車(chē)輪和地面的附著力。另外，減振器能夠降低車(chē)身部分的動(dòng)載荷，延長(zhǎng)汽車(chē)的使用壽命。目前在汽車(chē)上廣泛使用的減振器主要是筒式液壓減振器，其結(jié)構(gòu)可分為雙筒式，單筒充氣式和雙筒充氣式三種。工作原理：在車(chē)輪上下跳過(guò)程中，減振器活塞在工作腔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使減振器液體通過(guò)活塞上的節(jié)流孔，由于液體有一定的粘性和液體通過(guò)節(jié)流孔時(shí)與孔壁間產(chǎn)生摩擦，使動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能散發(fā)到空氣中，從而達(dá)到衰減振動(dòng)功能。圖 1-2 雙筒式液壓減振器1.2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)通常導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由控制擺臂式桿件組成，有單桿式和連桿式的。由于鋼板彈簧作為彈性元件時(shí)，它本身同時(shí)具有導(dǎo)向作用，可不再另設(shè)導(dǎo)向裝置。用于使上述部件定位，并控制車(chē)輪的橫向和縱向運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是傳遞力和力矩，同時(shí)兼起導(dǎo)向作用。其在汽車(chē)的行駛過(guò)程當(dāng)中，能夠控制車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)軌跡。由此可見(jiàn)，上述這三個(gè)組成部分分別起緩沖、減振和導(dǎo)向的作用，然而三者共同的任務(wù)是傳力。對(duì)前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求：（1）懸架上載荷變化時(shí)，保證輪距變化不超過(guò)+4.0mm，輪距變化大會(huì)引起輪胎早期磨損；鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20133（2）懸架上載荷變化時(shí)，前輪定位參數(shù)要有合理的變化特性，車(chē)輪不應(yīng)產(chǎn)生縱向加速度；（3）汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，應(yīng)使車(chē)身側(cè)傾角小。在 0.4g 側(cè)向加速度作用下，車(chē)身側(cè)傾角≤6-7 度。并使車(chē)輪與車(chē)身的傾斜同向，以增強(qiáng)不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)。（4）制動(dòng)時(shí)，應(yīng)使車(chē)身有抗前俯作用；加速時(shí)，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。1.2.4 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(gè)端頭與車(chē)輪剛性連接，用來(lái)防止車(chē)身產(chǎn)生過(guò)大側(cè)傾。其原理是當(dāng)一側(cè)車(chē)輪相對(duì)車(chē)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(chē)輪遇障礙物時(shí)，限制該側(cè)車(chē)輪跳動(dòng)幅度。在多數(shù)轎車(chē)和客車(chē)上，為了防止車(chē)身在轉(zhuǎn)向行駛等情況下發(fā)生過(guò)大的橫向傾斜，在懸架上加設(shè)有橫向穩(wěn)定器，目的是為了限制彈簧的最大變形并防止彈簧直接撞擊車(chē)架。此外，在貨車(chē)上輔設(shè)有緩沖塊。在一些轎車(chē)上也設(shè)有緩沖塊，以限制懸架的最大變形。不過(guò)，懸架只要具備上述功能,在結(jié)構(gòu)上并非一定要設(shè)置這些單獨(dú)的裝置不可。1.3 懸架的分類(lèi)汽車(chē)懸架可分為兩大類(lèi)：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。1.3.1 非獨(dú)立懸架非獨(dú)立懸架的車(chē)輪裝在一根整體車(chē)軸的兩端，當(dāng)一邊車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)，影響另一側(cè)車(chē)輪也作相應(yīng)的跳動(dòng)，使整個(gè)車(chē)身振動(dòng)或傾斜。非獨(dú)立懸架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、強(qiáng)度高、保養(yǎng)容易、行車(chē)中前輪定位變化小的優(yōu)點(diǎn)，但由于其舒適性及操縱穩(wěn)定性都較差，在現(xiàn)代轎車(chē)中基本上已不再使用，多用在貨車(chē)和大客車(chē)上，如圖 1-3 所示。圖 1-3 非獨(dú)立懸架1.3.2 獨(dú)立懸架獨(dú)立懸架系統(tǒng)是每一側(cè)的車(chē)輪都是單獨(dú)地通過(guò)彈性懸架系統(tǒng)懸架在車(chē)架或車(chē)身下面，當(dāng)一邊車(chē)輪發(fā)生跳動(dòng)時(shí)，另一邊車(chē)輪不受波及。其優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì)量輕，汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析4減少了車(chē)身受到的沖擊，并提高了車(chē)輪的地面附著力；可用剛度小的較軟彈簧，改善汽車(chē)的舒適性；可以使發(fā)動(dòng)機(jī)位置降低，汽車(chē)重心也得到降低，從而提高汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性；左右車(chē)輪單獨(dú)跳動(dòng)，互不相干，能減小車(chē)身的傾斜和震動(dòng)。不過(guò)，獨(dú)立懸架系統(tǒng)存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、承載力小、成本高、維修不便的缺點(diǎn)，同時(shí)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，會(huì)侵占一些車(chē)內(nèi)乘坐空間。目前,現(xiàn)代轎車(chē)前后懸架大都采用了獨(dú)立懸架，并已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，如圖 1-4 所示。圖 1-4 獨(dú)立懸架獨(dú)立懸架按結(jié)構(gòu)可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式、燭式以及麥弗遜式懸架系統(tǒng)等。其中燭式和麥克弗遜式形狀相似，兩者都是將螺旋彈簧與減振器組合在一起，但因結(jié)構(gòu)不同又有重大區(qū)別。燭式采用車(chē)輪沿主銷(xiāo)軸方向移動(dòng)的懸架形式，形狀似燭形而得名。特點(diǎn)是主銷(xiāo)位置和前輪定位角不隨車(chē)輪的上下跳動(dòng)而變化，有利于汽車(chē)的操縱性和穩(wěn)定性。麥克弗遜式是絞結(jié)式滑柱與下橫臂組成的懸架形式，減振器可兼做轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)，轉(zhuǎn)向節(jié)可以繞著它轉(zhuǎn)動(dòng)。特點(diǎn)是主銷(xiāo)位置和前輪定位角隨車(chē)輪的上下跳動(dòng)而變化，這點(diǎn)與燭式懸架正好相反。這種懸架構(gòu)造簡(jiǎn)單，布置緊湊，前輪定位變化小，具有良好的行駛穩(wěn)定性。所以，目前轎車(chē)使用最多的獨(dú)立懸架是麥弗遜式懸架。1.3.3 麥弗遜式懸架麥弗遜（Macpherson ）是美國(guó)伊利諾斯州人，1891 年生。大學(xué)畢業(yè)后他曾在歐洲搞了多年的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，并于 1924 年加入了通用汽車(chē)公司的工程中心。30 年代，通用的雪佛蘭分部想設(shè)計(jì)一種真正的小型汽車(chē)，總設(shè)計(jì)師就是麥弗遜。他對(duì)設(shè)計(jì)小型轎車(chē)非常感興趣，目標(biāo)是將這種四座轎車(chē)的質(zhì)量控制在 0.9 噸以?xún)?nèi)，軸距控制在 2.74 米以?xún)?nèi)，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是懸架。麥弗遜一改當(dāng)時(shí)盛行的板簧與扭桿彈簧的前懸架方式，創(chuàng)造性地將減振器和螺旋彈簧組合在一起，裝在前軸上。實(shí)踐證明這種懸架形式的構(gòu)造簡(jiǎn)單，占用空間小，而且操縱性很好。后來(lái)，麥弗遜跳槽到福特，1950 年福特在英國(guó)的子公司生產(chǎn)的兩款車(chē)，是世界上首次使用麥弗遜懸架的商品車(chē)。麥弗遜懸架由于構(gòu)造簡(jiǎn)單，性能優(yōu)越的緣故，被行家譽(yù)為經(jīng)典的設(shè)計(jì)，如圖 1-5 所示。組成：麥弗遜式懸架由螺旋彈簧、減震器、下擺臂組成，絕大部分車(chē)型還會(huì)加上橫向穩(wěn)定桿。主要結(jié)構(gòu)：減振器上端與車(chē)架鉸鏈聯(lián)結(jié)，下端與轉(zhuǎn)向節(jié)聯(lián)結(jié)，螺旋彈簧套在減振器之外，下擺臂內(nèi)段與車(chē)架鉸鏈聯(lián)結(jié)，外端與轉(zhuǎn)向節(jié)聯(lián)鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20135結(jié)，減震器起導(dǎo)向作用，可以避免螺旋彈簧受力時(shí)向前、后、左、右偏移的現(xiàn)象，下擺臂可以承受來(lái)自車(chē)輪的側(cè)向沖擊和縱向沖擊載荷。工作原理：這種懸架將減振器作為引導(dǎo)車(chē)輪跳動(dòng)的滑柱，螺旋彈簧與其裝于一體。它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(chē)子的重心。車(chē)輪上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，主銷(xiāo)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)。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(chē)及整車(chē)布局，多用于中低檔乘用車(chē)的前橋。缺點(diǎn)：由于結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)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。適用車(chē)型：中小型轎車(chē)、中低端 SUV 前懸架。圖 1-5 麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)圖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；6-副車(chē)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；12-防塵罩；13-U 形夾；14-軸承；15-定位螺栓汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析6圖 1-6 麥弗遜懸架的另一種結(jié)構(gòu)圖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1.4 懸架的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況科技進(jìn)步是人類(lèi)永恒的追求。在馬車(chē)出現(xiàn)的時(shí)候，為了乘坐更舒適，人類(lèi)就開(kāi)始對(duì)馬車(chē)的懸架—葉片彈簧進(jìn)行孜孜不倦的探索。在 1776 年，馬車(chē)用的葉片彈簧取得了專(zhuān)利，并且一直使用到 20 世紀(jì) 30 年代，葉片彈簧才逐漸被螺旋彈簧代替。汽車(chē)誕生后，隨著對(duì)懸架研究的深入，相繼出現(xiàn)了扭桿彈簧、氣體彈簧、橡膠彈簧、鋼板彈簧等彈性件。1934 年世界上出現(xiàn)了第一個(gè)由螺旋彈簧組成的被動(dòng)懸架。被動(dòng)懸架的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法確定，在行駛過(guò)程中保持不變。它是一系列路況的折中，很難適應(yīng)各種復(fù)雜路況，減振的效果較差。為了克服這種缺陷，采用了非線性剛度彈簧和車(chē)身高度調(diào)節(jié)的方法，雖然有一定成效，但無(wú)法根除被動(dòng)懸架的弊端。被動(dòng)懸架主要應(yīng)用于中低檔轎車(chē)上，現(xiàn)代轎車(chē)的前懸架一般采用帶有橫向定桿的麥弗遜式懸架，比如桑塔納、夏利、賽歐等車(chē)，后懸架的選擇較多，主要有復(fù)合式縱擺臂懸架和多連桿懸架等。半主動(dòng)懸架的研究工作開(kāi)始于 1973 年，由 D.A.Crosby 和 D.C.Karnopp 首先提出。半主動(dòng)懸架以改變懸架的阻尼為主，一般較少考慮改變懸架的剛度。工作原理是：根據(jù)簧上質(zhì)量相對(duì)車(chē)輪的速度響應(yīng)、加速度響應(yīng)等反饋信號(hào)，按照一定的控制規(guī)律調(diào)節(jié)彈簧的阻尼力或者剛度。半主動(dòng)懸架產(chǎn)生力的方式與被動(dòng)懸架相似，但其阻尼或剛度系數(shù)可根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整，這和主動(dòng)懸架極為相似。有級(jí)式半主動(dòng)懸架是將阻尼分成幾級(jí)，阻尼級(jí)由駕駛員根據(jù)“路感”選擇鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20137或由傳感器信號(hào)自動(dòng)選擇；無(wú)級(jí)式半主動(dòng)懸架根據(jù)汽車(chē)行駛的路面條件和行駛狀態(tài)，對(duì)懸架的阻尼在幾毫秒內(nèi)由小到大進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。由于半主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，工作時(shí)不需要消耗車(chē)輛的動(dòng)力，而且可取得與主動(dòng)懸架相近的性能，具有廣闊的發(fā)展空間。隨著道路交通的不斷發(fā)展，汽車(chē)車(chē)速有了很大的提高，被動(dòng)懸架的缺陷逐漸成為提高汽車(chē)性能的瓶頸，為此人們開(kāi)發(fā)了能兼顧舒適和操縱穩(wěn)定的主動(dòng)懸架。主動(dòng)懸架的概念是 1954 年美國(guó)通用汽車(chē)公司在懸架設(shè)計(jì)中率先提出的。它在被動(dòng)懸架的基礎(chǔ)上，增加可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的控制裝置，使汽車(chē)的懸架在任何路面上保持佳的運(yùn)行狀態(tài)?？刂蒲b置通常由測(cè)量系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等組成。20 世紀(jì) 80 年代，世界各大著名的汽車(chē)公司和生產(chǎn)廠家競(jìng)相研制開(kāi)發(fā)這種懸架。奔馳、沃爾沃、洛特斯、豐田等在汽車(chē)上進(jìn)行了較為成功的試驗(yàn)。裝備主動(dòng)懸架的汽車(chē)，在不良路面高速行駛時(shí)，車(chē)身非常平穩(wěn)，輪胎的噪音小，轉(zhuǎn)向和制動(dòng)時(shí)車(chē)身保持水平。其特點(diǎn)是乘坐非常舒服，但不同程度存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高、成本昂貴、可靠性問(wèn)題。由于種種原因，我國(guó)的汽車(chē)絕大部分采用被動(dòng)懸架。在半主動(dòng)和主動(dòng)懸架的研究方面起步晚，與國(guó)外的差距大。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，半主動(dòng)懸架在 20 世紀(jì)80 年代后期趨于成熟，福特公司和日產(chǎn)公司首先在轎車(chē)上應(yīng)用，取得了較好的效果。主動(dòng)懸架雖然提出早，但由于控制復(fù)雜，并且牽涉到許多學(xué)科，一直很難有大的突破。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代，仍?xún)H應(yīng)用于排氣量大的豪華汽車(chē)。未見(jiàn)國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)品采用此技術(shù)的報(bào)道，只有北京理工大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)等少數(shù)幾個(gè)研究機(jī)構(gòu)對(duì)主動(dòng)懸架展開(kāi)研究。由于汽車(chē)行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性的要求，具有安全、智能和清潔的綠色智能懸架將是今后汽車(chē)懸架發(fā)展的趨勢(shì)。汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析82 懸架的分析設(shè)計(jì)2.1 懸架總體參數(shù)計(jì)算懸架設(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(chē)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。懸架的主要參數(shù)是影響懸架及整車(chē)性能的重要指標(biāo)，對(duì)懸架靜擾度、動(dòng)擾度、彈性特性、主副簧的分配以及懸架側(cè)傾角剛度在車(chē)輪的分配的等參數(shù)進(jìn)行分析，總結(jié)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)特性要求下的懸架設(shè)計(jì)規(guī)則，為確定汽車(chē)懸架系統(tǒng)主要性能參數(shù)的設(shè)計(jì)和初始值提供了依據(jù)，進(jìn)而合理的匹配確定其主要性能參數(shù)指標(biāo)。2.2 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下圖 2-1 所示。圖 2-1 麥弗遜式懸架的受力圖根據(jù)車(chē)輪尺寸，確定 G 點(diǎn)離地高度為 156mm，根據(jù)車(chē)身高度確定 C 大致高度為 680mm，O 點(diǎn)距車(chē)輪中心平面 100mm，減震器安裝角度 12°。2.3 懸架的彈性特性和工作行程2.3.1 懸架彈性特性由于懸架的彈性特性材料及載荷等因素影響，不是固定的值，懸架受到的垂直外力 F 與由此引起的車(chē)輪中心相對(duì)于車(chē)身位移 f（即懸架的變形）的關(guān)系鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20139曲線，稱(chēng)為懸架的彈性特性。其切線的斜率是懸架的剛度。當(dāng)懸架變形 f 與所受垂直外力 F 之間不成固定的比例變化時(shí)，懸架特性如圖所示。此時(shí)，懸架剛度是變化的，其特點(diǎn)是在滿載位臵附近，剛度小且曲線變化平緩，因而平順性良好；距離滿載較遠(yuǎn)的兩端，曲線變陡，剛度增大。圖 2-3 懸架彈性特性曲線1-緩沖塊復(fù)原點(diǎn) 2-復(fù)原行程緩沖塊脫離支架 3-主彈簧彈性特性曲線 4-復(fù)原行程 5-壓縮行程 6-緩沖塊壓縮期懸架彈性特性曲線 7-緩沖塊壓縮時(shí)開(kāi)始接觸彈性支架 8-額定載荷2.3.2 懸架的工作行程懸架的工作行程由靜撓度與動(dòng)撓度之和組成。（1）懸架的靜撓度懸架的靜撓度 fc 是指汽車(chē)滿載靜止時(shí)由于載荷而造成的懸架變形量，有虎克定律可知，靜撓度 fc 等于載荷 Fw 與此時(shí)懸架剛度 c 之比，及 fc=Fw/c。懸架的靜撓度 fc 直接影響車(chē)身振動(dòng)的偏頻 n，欲保證汽車(chē)具有良好的行駛平順性，必須正確選取懸架的靜撓度。當(dāng)采用彈性特性為線性變化的懸架時(shí)，前后懸架的靜撓度可表示為fc1=m1g/c (式 2-1)fc2=m2g/c2 (式 2-2)汽車(chē)前、后部分的車(chē)身的固有頻率 n1 和 n2（亦偏頻）可用下式表示?/mc? (式 2-3)汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析10?2/2mcn? (式 2-4)c1、c 2 為前、后懸架的剛度， m1、m 2 為前、后懸架的簧上質(zhì)量。 fc1/5(式 2-5)22?(式 2-6)（2）懸架的動(dòng)撓度 fd懸架的動(dòng)撓度 fd 是指從滿載經(jīng)平衡位置開(kāi)始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形（通常指緩沖塊壓縮到妻子有高度的 1/2 或 2/3）時(shí)，車(chē)輪中心相對(duì)車(chē)架（或車(chē)身）的垂直位移。懸架動(dòng)撓度： df=（0.5-0.7） cf要求懸架應(yīng)由足夠大的動(dòng)撓度，以防止在壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰到緩沖塊。對(duì)乘用車(chē) fd 取 70～90mm；對(duì)客車(chē) fd 取 50～80mm；對(duì)貨車(chē) fd 取 60～90mm。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)于一般轎車(chē)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。2.3.3 懸架頻率的選擇對(duì)于大多數(shù)汽車(chē)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(chē)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 n1，n 2 表示各自的自由振動(dòng)頻率，偏頻越小，則汽車(chē)的平順性越好。一般對(duì)于鋼制彈簧的轎車(chē) n1 約為 1-1.3Hz（60-80 次/min), n2 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。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2013113 懸架主要零件的設(shè)計(jì)3.1 螺旋彈簧的設(shè)計(jì)3.1.1 螺旋彈簧參數(shù)的計(jì)算由于存在懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的關(guān)系，懸架剛度 K 與彈簧剛度 KS 是不相等的，其區(qū)別在于懸架剛度 K 是指車(chē)輪處單位撓度所需的力；而彈簧剛度 KS 僅指彈簧本身單位撓度所需的力。3.1.2 螺旋彈簧的剛度圖 3-1 螺旋彈簧的剛度選定下擺臂長(zhǎng)：EH=360mm；半輪距：B=720mm ；減震器布置角度：β=12°，高度 550mm?？芍獞壹軇偠扰c彈簧剛度的關(guān)系如下：由圖 3-1 可知：C=(uCosδ/PCosβ)Cs ，式中 C-懸架剛度，Cs -彈簧剛度已知 u=1800.05mm，p=2100.01mm ，δ=2°，β=12°。得：9.518.07/cos/(180.cos2)/(10cos2)S NmUP?????????。3.1.3 計(jì)算彈簧鋼絲直徑（滿載時(shí)）iDGdCmS348?? 48GCism??(式 3-1)式中：i 為彈簧有效工作圈數(shù)，先取 6；G 為彈簧材料的剪切彈性模量，取4109.7?Mpa；mD為彈簧中徑，取 100mm；代入計(jì)算得：d=10.99mm；確定鋼絲直徑 d=10mm，彈簧外徑 D=110mm，彈簧有效工作圈數(shù) n=6。汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析123.1.4 彈簧的校核（1）彈簧剛度的計(jì)算公式為： iDGdCmS348?(式 3-2)代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得彈簧剛度 S為： 6.181089.7434 ???iDGdCmSN/mm所以彈簧選擇符合剛度要求。（2）彈簧表面剪切應(yīng)力校核彈簧在壓縮時(shí)其工作方式與扭桿類(lèi)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：2'3'8dPCKDm???(式 3-3)式中 C-彈簧指數(shù)（旋繞比） ， / (式 3-4)'K-曲度系數(shù)，為考慮簧圈曲率對(duì)強(qiáng)度影響的系數(shù)，CK615.04' ???(式 3-4)P-彈簧軸向載荷，已知 mD=110mm，d=10mm，可以算出彈簧指數(shù) C 和曲度系數(shù) 'K： d/?=110/10=11 13.6504165.041' ???????CKP= 732cos3??N則彈簧表面的剪切應(yīng)力： ??865.90104.788 232'3' ????dPCKDm??Mpa[τ]=0.63[σ]=0.63×1000Mpa，因?yàn)?τ[τ]，所以彈簧滿足要求。3.1.5 小結(jié)鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 201313綜上可以最終選定彈簧的參數(shù)為：彈簧鋼絲直徑 d=10mm，彈簧外徑D=110mm，彈簧有效工作圈數(shù) n=6。3.2 減震器的設(shè)計(jì)3.2.1 減振器結(jié)構(gòu)類(lèi)型的選擇減振器大體上可以分為兩大類(lèi)，即摩擦式減振器和液力減振器。因此，摩擦式減振器利用兩個(gè)緊壓在一起的盤(pán)片之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力提供阻尼。由于庫(kù)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(wú)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(chē)上已不再采用這類(lèi)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 2.5-5MPa。筒式減振器的質(zhì)量?jī)H為擺臂式的約 1/2，并且制造方便，工作壽命長(zhǎng)，因而現(xiàn)代汽車(chē)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。圖 3-2 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3.2.2 減振器的比較單筒充氣式減振器的工作原理如圖 3-4 所示。其中浮動(dòng)活塞 3 將油液和氣體分開(kāi)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(chē)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(guò)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 下移以補(bǔ)償活塞桿抽出造成的容積減小;車(chē)輪上跳時(shí)，活塞 5 向上運(yùn)動(dòng)，油液通過(guò)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。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)的減振效果；④由于浮動(dòng)活塞將汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析14油、氣隔開(kāi)，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。圖 3-3 單筒式減振器工作原理圖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(méi)有浮動(dòng)活塞，摩擦也較小。因此本次設(shè)計(jì)選擇雙筒式減振器。3.2.3 減振器的特性圖 3-4 減振器性能曲線減振器的特性可用圖 3-3 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(kāi)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(kāi)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)若鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 201315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。3.2.4 減振器阻尼系數(shù) δ 的確定減振器中阻力 F 和速度 V 之間的關(guān)系可表示為iF??(式3-5)式中，δ 為減振器阻尼系數(shù)；i 為常數(shù)，常用減振器的 i 值在卸荷閥打開(kāi)前為 1。F 與 V 成線性關(guān)系稱(chēng)為線性阻尼特性。在上圖 b 中，可以看出阻力—速度特性由四段近似直線段組成，其中壓縮行程和伸張行程各占兩段；各段特性線的斜率為減振器的阻尼系數(shù)。通常認(rèn)為在卸荷閥打開(kāi)之前的特性曲線的斜率就是減振器阻尼系數(shù) δ ，壓縮時(shí)的阻尼系數(shù)小于伸張時(shí)。對(duì)于汽車(chē)減振器，在同樣的速度 V 下，壓縮時(shí)的阻尼力較小，可以提高懸架的緩沖性能。帶線性阻尼減振器的懸架系統(tǒng)作自由衰減振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)衰減速度取決于相對(duì)阻尼系數(shù)。圖3-5在懸架中減振器的軸線與垂直線成夾角的情況cm2???(式3-6)式中，c 為懸架剛度； m 為簧載質(zhì)量。?值對(duì)行駛平順性有明顯的影響。在選擇減振器阻尼系數(shù)時(shí)要考慮到懸架的剛度 c 和簧載質(zhì)量 m。由此可見(jiàn)，減振器的主要性能參數(shù)有兩個(gè)：阻尼系數(shù) δ 和相對(duì)阻尼系數(shù) ?。mwc???22? (式3-7)式中，ω 為懸架系統(tǒng)的固有頻率， /?。代入數(shù)據(jù)得，δ 為 2110.798N?s∕m。汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析163.2.5 減震器最大卸荷力 0F的確定為減小傳到車(chē)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)，減震器打開(kāi)卸荷閥。此時(shí)的活塞速度稱(chēng)為卸荷速度 xV，按上圖安裝形式時(shí)有：baAVx/cos???(式 3-8)式中， xV為卸荷速度，代入數(shù)據(jù)，為 o.o26 m/s，符合一般為 0.15~0.3m/s的要求，A 為車(chē)身振幅，取 m40?； 為懸架振動(dòng)固有頻率。最終 0F為778.36N。3.2.6 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 0F計(jì)算工作缸直徑 D 為：????214????P(式 3-9)其中， ??P為工作缸最大壓力，在 3Mpa~4Mpa，取 ??P=4Mpa；?為連桿直徑與工作缸直徑比值 =0.4~0.5，取 ?=0.5。代入數(shù)據(jù)，得 D 為 18.89mm。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。 所以選擇工作缸直徑 D=30mm 的減震器，對(duì)照上表選擇起長(zhǎng)度：活塞行程S=240mm，基長(zhǎng) L=110mm，則： mSL350124min???（壓縮到底的長(zhǎng)度）9inax（拉足的長(zhǎng)度）3.2.7 貯油筒直徑 DC的確定一般取 c)5.1~3(?，為 44mm，壁厚通常取 2mm。3.3 橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)3.3.1 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(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(chē)輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于外側(cè)懸掛承受的力量較大，車(chē)身發(fā)生一定得側(cè)傾。此時(shí)外側(cè)懸掛收縮，內(nèi)測(cè)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(chē)輛側(cè)傾。從而提高車(chē)輛行駛穩(wěn)定性。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2013173.3.2 橫向穩(wěn)定桿的參數(shù)圖 3-6 橫向穩(wěn)定桿的安裝示意圖具體尺寸選擇如下：桿的直徑 d=16mm，桿長(zhǎng)L=1010mm，c=369mm，a=69mm ，b=68mm， 2l=159mm，圓角半徑 R=21mm。汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析184 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.1 側(cè)傾中心的高度側(cè)傾中心的高度對(duì)操縱穩(wěn)定性和輪胎磨損都有一定影響。側(cè)傾中心較高，趨近車(chē)身質(zhì)心，可以減小轉(zhuǎn)向時(shí)的側(cè)傾力臂，從而減小側(cè)傾力矩，使車(chē)身側(cè)傾角減小，有利于操縱穩(wěn)定性。但是，較高的側(cè)傾中心必然使車(chē)身側(cè)傾時(shí)輪距變化較大，趨于加劇輪胎磨損。因此，應(yīng)選擇合適的側(cè)傾中心高度。麥弗遜式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的高度 hw 可通過(guò)下式計(jì)算：rbhsvwdkp????tanco2 (式4-1))si(?? (式4-2)kp (式4-3)4.2 側(cè)傾軸線在獨(dú)立懸架中，前后側(cè)傾中心連線稱(chēng)為側(cè)傾軸線。側(cè)傾軸線應(yīng)大致與地面平行，且盡可能離地面高些。平行是為了使得在曲線行駛時(shí)前后軸上的輪荷變化接近相等，從而保證中心轉(zhuǎn)向特性；而盡可能高則是為了使車(chē)身的側(cè)傾在允許的范圍內(nèi)。然而，前懸架側(cè)傾中心的高度受到允許輪距變化的限制且?guī)缀醪豢赡艹^(guò) 150mm。此外，在前輪驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛中，由于前橋軸荷大，且為驅(qū)動(dòng)橋，故應(yīng)盡可能使前輪軸荷變化小。因此，獨(dú)立懸架（縱臂式懸架除外）的側(cè)傾高度為：前懸架 0～120mm，后懸架 80～150mm。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先確定（與輪距變化有關(guān)的）前懸架的側(cè)傾中心高度，然后確定后懸架的側(cè)傾中心高度。當(dāng)后懸架采用獨(dú)立懸架時(shí)，其側(cè)傾中心高度要稍大些。如果用鋼板彈簧非獨(dú)立懸架時(shí)，后懸架的側(cè)傾中心高度要取大些。4.3 側(cè)傾角剛度懸架的側(cè)傾角剛度是指發(fā)生單位側(cè)傾角時(shí)，懸架給車(chē)身的彈性恢復(fù)力矩。汽車(chē)總體設(shè)計(jì)中要求：側(cè)向加速度為 0.4g 時(shí)，商用車(chē)車(chē)身的側(cè)傾角不超過(guò)6°～7°，乘用車(chē)不超過(guò) 2.5°～4°。乘坐側(cè)傾角剛度過(guò)小而側(cè)傾角過(guò)大的汽車(chē)，乘員缺乏舒適感和安全感；而側(cè)傾角剛度過(guò)大，則會(huì)減弱駕駛員的路感；如果過(guò)大的側(cè)傾角剛度出現(xiàn)在后軸，有增大后軸車(chē)輪間負(fù)荷轉(zhuǎn)移、使車(chē)輛趨于過(guò)多轉(zhuǎn)向的作用。此外，要求汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，在 0.4g 的側(cè)向加速度下，前后輪的側(cè)偏角之差 δ1 .δ 2 應(yīng)當(dāng)在 1°～3° 范圍內(nèi)。而前、后懸架側(cè)傾角剛度的分配會(huì)影響前、后輪的側(cè)偏角大小，從而影響轉(zhuǎn)向特性，所以，為了保證汽車(chē)的操縱穩(wěn)定鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 201319性，設(shè)計(jì)中應(yīng)適當(dāng)分配前、后懸架的側(cè)傾角剛度。對(duì)于乘用車(chē)，懸架側(cè)傾角剛度的比值一般為 1.4～2.6。側(cè)傾角剛度與懸架的結(jié)構(gòu)形式、布置、尺寸、彈性元件的剛度等有密切關(guān)系。在懸架上安裝橫向穩(wěn)定桿可以有效地增加其側(cè)傾角剛度，橫向穩(wěn)定桿通常裝在前懸架上，也有一些車(chē)輛后懸架也裝有橫向穩(wěn)定。4.4 側(cè)傾角剛度的計(jì)算當(dāng)車(chē)身側(cè)傾時(shí)，車(chē)輪繞O′轉(zhuǎn)動(dòng)小角度δ，在彈簧中引起力增量為?bCFst? (式4-4)設(shè)F是地面作用在車(chē)輪上的力增量，并且設(shè)δ為虛位移，則虛功方程為)(2Sta (式4-5)adadFMbSS???22.1? (式4-6,4-7)側(cè)傾角剛度為??????CS2.? (式4-8)當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，整車(chē)所受側(cè)向慣性力引起使車(chē)身產(chǎn)生側(cè)傾角?的側(cè)傾力矩。 可以分解為作用在前、后懸架上的側(cè)傾力矩 1和 2， M21?。由于車(chē)身的側(cè)傾角? 一定，所以有 ?21?式中， C1? 和 2分別是前、后懸架的側(cè)傾角剛度。4.5 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力分析分析如圖所示的麥弗遜式獨(dú)立懸架受力簡(jiǎn)圖可知：作用在導(dǎo)向套上的橫向F3?？捎蓤D中的布置尺寸求得)(13cdbaF???(式 4-9)式中，F(xiàn)3 為前輪上的靜載荷減去前軸簧下質(zhì)量的 1/2。汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析20圖 4-1 麥弗遜式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力簡(jiǎn)圖橫向力 F3 越大，則作用在導(dǎo)向套上的摩擦力 F3 的 f 越大(f 為摩擦因數(shù))，這對(duì)汽車(chē)平順性有不良影響。為了減小摩擦力，在導(dǎo)向套和活塞表面應(yīng)用了減磨材料和特殊工藝。由上式可知，為了減小 F3，要求尺寸 dc?越大越好，或者減小尺寸 a。增大 dc?使懸架占用空間增加，布置上有困難；若采用增加減振器軸線傾斜度的方法，可達(dá)到減小 a 的目的，但也存在布置困難的問(wèn)題。為此，在保持減振器軸線不變的條件下，常將上圖中的 G 點(diǎn)外伸至車(chē)輪內(nèi)部，既可以達(dá)到縮短尺寸 a 的目的，又可獲得較小的甚至是負(fù)的主銷(xiāo)偏移距，提高制動(dòng)穩(wěn)定性。移動(dòng) G 點(diǎn)后的主銷(xiāo)軸線不再和減振器軸線重合。由上圖 b 可知，將彈簧和減振器的軸線相互偏移距離 s，再考慮到彈簧軸向力 F6 的影響，則作用到導(dǎo)向套上的力將減小，即)()(613cdbcaF???(式 4-10)由上式可知，增大距離 s，有助于減小作用到導(dǎo)向套上的橫向力 F3。為了發(fā)揮彈簧反力，減小橫向力 F3 的作用，有時(shí)還將彈簧下端布置得盡量靠近車(chē)輪，從而造成彈簧軸線及減振器軸線成一角度，這就是麥弗遜式獨(dú)立懸架中，主銷(xiāo)軸線、滑注軸線和彈簧軸線不共線的原因。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2013215 CATIA 懸架模型的建立5.1 CATIA 軟件簡(jiǎn)介CATIA 是法國(guó)達(dá)索公司的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)旗艦解決方案。作為 PLM 協(xié)同解決方案的一個(gè)重要組成部分，它可以幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們未來(lái)的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。CATIA 是法國(guó) Dassault System 公司旗下的 CAD/CAE/CAM 一體化軟件，Dassault System 成立于 1981 年，CATIA 是英文 Computer Aided Three-Dimensional Interface Application 的縮寫(xiě)。在 70 年代 Dassault Aviation 成為了第一個(gè)用戶，Dassault Aviation 是世界著名的航空航天企業(yè)，其產(chǎn)品以幻影 2000 和陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)最為著名。從 1982 年到 1988 年，CATIA 相繼發(fā)布了 1 版本、2 版本、3 版本，并于1993 年發(fā)布了功能強(qiáng)大的 4 版本，現(xiàn)在的 CATIA 軟件分為 V4 版本和 V5 版本兩個(gè)系列。V4 版本應(yīng)用于 UNIX 平臺(tái)，V5 版本應(yīng)用于 UNIX 和 Windows 兩種平臺(tái)。CATIA 如今其在 CAD/CAE/CAM 以及 PDM 領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)導(dǎo)地位，已得到世界范圍內(nèi)的承認(rèn)CATIA 在汽車(chē)行業(yè)的運(yùn)用十分廣泛，是歐洲、北美和亞洲頂尖汽車(chē)制造商所用的核心系統(tǒng)。CATIA 在零部件設(shè)計(jì)、造型風(fēng)格、車(chē)身及引擎設(shè)計(jì)等方面具有獨(dú)特的長(zhǎng)處，為各種車(chē)輛的設(shè)計(jì)和制造提供了端對(duì)端的解決方案。CATIA 涉及產(chǎn)品、加工和人三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。其可伸縮性和并行工程能力可顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。5.2 CATIA 模型建立原理通過(guò)采集相關(guān)的車(chē)輛原始數(shù)據(jù),如硬點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)、零件外形尺寸和裝配尺寸等參數(shù),再利用 CATIA 中的設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)出零部件的 3D 數(shù)模，并整合為裝配文件，并導(dǎo)入 DMU 解算器進(jìn)行模擬和分析，最終形成平臺(tái)，在仿真平臺(tái)上就可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡仿真，零件干涉檢查等，如下圖 5-1 所示：汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析22圖 5-1 原理圖5.3 螺旋彈簧的創(chuàng)建螺旋彈簧是一種螺旋線特征模型。螺旋掃描是將截面沿著螺旋軌跡曲線掃描，從而行程螺旋掃描特征的一種造型方法。做個(gè)螺旋線（曲線）在螺旋線一端插入草圖（選擇沿軌跡）畫(huà)個(gè)圓沿引導(dǎo)線掃掠局部修改。圖 5-2 螺旋彈簧5.4 轉(zhuǎn)向節(jié)的創(chuàng)建轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，包括主銷(xiāo)孔、輪軸上安裝輪彀軸承的配合面、減振器安裝孔和轉(zhuǎn)向臂等部分，模型的創(chuàng)建不僅要運(yùn)用拉伸工具和旋轉(zhuǎn)工具，還要運(yùn)用倒圓角工具進(jìn)行倒角，以及空的螺紋修的創(chuàng)建。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 201323圖 5-3 轉(zhuǎn)向節(jié)5.5 橫擺臂的創(chuàng)建創(chuàng)建模型為簡(jiǎn)化模型，所以運(yùn)用拉伸工具和旋轉(zhuǎn)工具進(jìn)行模型的創(chuàng)建。圖 5-4 橫擺臂汽車(chē)麥弗遜懸架設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析245.6 懸架總體創(chuàng)建運(yùn)用 CATIA 的組件模塊，通過(guò)在各個(gè)模型間建立約束，對(duì)以上所建模型進(jìn)行組裝，整體模型如圖。