畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）（小初黑體居中）乘用車麥弗遜獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計與分析專業(yè)年級 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 2011 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 評 閱 人 （宋體 小 3）年 6 月中國 馬鞍山鄭 重 聲 明（宋體粗體 2 號居中）本人呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） ，是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計（論文）的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對本設(shè)計（論文）所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本設(shè)計（論文）的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。（宋體 4 號）本人簽名： 日期： 畢業(yè)設(shè)計說明書3 摘 要汽車懸架是汽車中作為行駛系統(tǒng)中不可缺少的一部分，主要用于安裝支撐車輪，吸收因路面顛簸帶來的沖擊，減震保證車輛行駛順暢等作用。而獨(dú)立懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)承擔(dān)著懸架中除垂向力之外的所有作用力和力矩，并且決定了懸架跳動時車輪的運(yùn)動軌跡和車輪定位角的變化。本次課題設(shè)計是依托乘用車麥弗遜獨(dú)立懸架對其導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計與分析。首先通過已知的汽車相關(guān)參數(shù)，確定懸架的結(jié)構(gòu)方案及整車中行駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式等。然后對獨(dú)立懸架中導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、穩(wěn)定桿、拉桿等主要零件尺寸計算，并進(jìn)行強(qiáng)度校核。接下來是根據(jù)設(shè)計計算結(jié)果對汽車前麥弗遜獨(dú)立懸架進(jìn)行圖紙繪制。最后完成設(shè)計說明書準(zhǔn)備答辯。關(guān)鍵詞：麥弗遜獨(dú)立懸架；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；穩(wěn)定桿；強(qiáng)度校核；畢業(yè)設(shè)計說明書4 ABSTRACTAs an indispensable part of the driving system, vehicle suspension is mainly used to install supporting wheels, absorb the impact caused by road bumps, and ensure the smooth running of vehicles. The guiding mechanism of the independent suspension bears all the forces and moments except the vertical forces in the suspension, and determines the change of wheel trajectory and wheel alignment angle when the suspension runs out. The design of this project is based on the McPherson independent suspension of passenger car to design and analyze its guiding mechanism. Firstly, the suspension structure scheme, the structure form of the driving system and the steering system are determined by the known vehicle parameters. Then the dimensions of the main parts such as the guide mechanism, the stabilizer rod and the tie rod in the independent suspension are calculated and the strength is checked. Next is drawing the front McPherson independent suspension according to the design calculation results. Finally, the design instructions are completed and the defense is prepared. Key words: Mcpherson independent suspension; shock absorber; driving system; 畢業(yè)設(shè)計說明書5 目 錄摘 要 .3ABSTRACT4目 錄 .5第 1 章 緒 論 .71.1 機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展 .71.2 懸架的國內(nèi)外發(fā)展情況 81.3 懸架的功用 .91.4 懸架的結(jié)構(gòu)與組成 .101.5 懸架的分類 .101.5.1 獨(dú)立懸架 .111.5.2 非獨(dú)立懸架 .121.6 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計要求 .121.7 主要設(shè)計思路及方法 .13第 2 章 懸架系統(tǒng)總體設(shè)計方案的確定 .132.1 懸架的參數(shù)確定 .132.2 懸架的彈性工作特性確定 142.2.1 懸架頻率的選擇 .142.2.2 懸架的工作行程 142.2.3 懸架剛度計算 .15第 3 章 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計與分析 .153.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) .153.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的受力分析 .183.3 軸線布置方式的選擇 .203.4 橫臂長度的確定 .213.4 螺旋彈簧的設(shè)計與計算 .213.4.1 螺旋彈簧的剛度計算 .213.5 導(dǎo)向彈簧的受力分析 .223.6 減振器的設(shè)計與分析 .24畢業(yè)設(shè)計說明書6 3.7 橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計 .333.7.1 橫向穩(wěn)定桿的作用 333.7.2 橫向穩(wěn)定桿參數(shù)的選擇 33結(jié) 論 .34參考文獻(xiàn) .36致 謝 .37畢業(yè)設(shè)計說明書7 第 1 章 緒 論1.1 機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展機(jī)械制造也的設(shè)計水平與制造這水平，預(yù)示著一個國家的科學(xué)技術(shù)水平，其直接影響著國家的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平。近幾年，隨著改革開放的大力發(fā)展，國家不斷的發(fā)展自主產(chǎn)業(yè)，提高我國機(jī)械行業(yè)的水平，大力支持制造產(chǎn)業(yè)化的構(gòu)建?，F(xiàn)今為止，我們已經(jīng)逐漸從制造產(chǎn)業(yè)大國轉(zhuǎn)化成制造產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國。最近，國家電影總局剛剛上映一部《厲害了，我的國》的電影，其中很形象的描述了中國在近五年的制造產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。從航海、航天。陸地三個方面進(jìn)行概括，如建筑行業(yè)、到輪船、船舶行業(yè)，從飛機(jī)制造業(yè)，到高鐵的上千個零部件的裝配，還有歷經(jīng) 6 年高鐵上電子元件自主的研發(fā)，無一不彰顯著我國制造、技術(shù)大幅度的躍進(jìn)。如同習(xí)主席說的，我們不在是世界制造業(yè)大國，而是制造業(yè)強(qiáng)國。天舟一號與天舟二號的完美對接，實現(xiàn)了中國空間補(bǔ)給的首次勝利，也宣告著，中國有可能成為世界上首個建立太空空間站的國家。從中不僅體現(xiàn)了我國科技水平的提高，機(jī)械制造行業(yè)的制造水平提高，同時也體現(xiàn)了我國工人技術(shù)裝配能力的提高。全球最大規(guī)模，技術(shù)最先進(jìn)的全自動碼頭即生孩洋山四期自動化碼頭的建立，意味著智能化、自動化的機(jī)械設(shè)備誕生，讓我們也看到了制造、機(jī)械行業(yè)的遠(yuǎn)景目標(biāo)，將奔著智能化發(fā)展。現(xiàn)在，隨著國家政策的逐步推進(jìn)，人民的生活水平不斷提高，物質(zhì)享受與精神享受的同步發(fā)展，將機(jī)械制造行業(yè)中的技術(shù)、工藝、設(shè)備、原材料、人員等都在不斷的優(yōu)化、改善和提高。以滿足現(xiàn)在以及將來人們的要求。通過技術(shù)的引進(jìn)，消化吸收以及工藝的不斷創(chuàng)新，全面質(zhì)量的不斷把控，將制造行業(yè)的水平提升到很大的一個層次。一些先進(jìn)的技術(shù)在生產(chǎn)、制造中得到了很廣泛的應(yīng)用，能夠很多應(yīng)用在批量生產(chǎn)中。但是我們同歐美地區(qū)發(fā)達(dá)國家相比，還是存在著很大的差距。例如：計算機(jī)輔助設(shè)備，其發(fā)達(dá)國家工藝覆蓋率可以達(dá)到80%，而我們國家僅僅達(dá)到 30%左右；發(fā)達(dá)國家自動化設(shè)備的使用率很高，而畢業(yè)設(shè)計說明書8 我們的企業(yè)往往會因為各種因素所有的是比較落后的設(shè)備。而這些原因往往體現(xiàn)在我們國家技術(shù)人員的開發(fā)以及創(chuàng)新能力上比較薄弱，有些技術(shù)我們只能依靠從國外進(jìn)口，在其基礎(chǔ)殺那個優(yōu)化或者改進(jìn)。還有一種原因是缺乏將研究成果應(yīng)用在大批量企業(yè)中，且缺少其管理機(jī)制。未來，機(jī)械行業(yè)與制造行業(yè)將逐步向智能化、集成化發(fā)展。其不僅釋放了人的雙手，大大提高生產(chǎn)效率，保證零部件的質(zhì)量，且能提前預(yù)警與預(yù)防各種事故的發(fā)生。智能機(jī)器人，全自動汽車生產(chǎn)鏈、無人駕駛汽車的開發(fā)已經(jīng)逐步趨于成型。在以后智能化將逐步走向各行各業(yè)，將成為工業(yè) 4.0 的主體。1.2 懸架的國內(nèi)外發(fā)展情況汽車能夠?qū)崿F(xiàn)在道路上行駛，主要使靠可以支撐車輪，吸收地面?zhèn)鬟f的振動的汽車懸架實現(xiàn)的，但是如何降低動力的損失，還有減少燃油的消耗，提高人們乘坐的舒適度這是進(jìn)行汽車設(shè)計時必須要考慮的問題，同時對于購車的人來說，這也是他們選擇汽車的主要性能指標(biāo)。隨著社會的發(fā)展，近幾年以來人民大眾經(jīng)濟(jì)都好起來，對汽車的舒適性方面和動力性方面等要求非常高。21 世紀(jì)以來，微電子技術(shù)的發(fā)展及機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)在人們生活當(dāng)中隨處可見，汽車行業(yè)的發(fā)展，主要是向著多元化和工業(yè)化的方向發(fā)展，其中汽車懸架的設(shè)計和生產(chǎn)在汽車中具有非常重要的位置。目前汽車對車速和燃油量的要求方面很高，所以汽車懸架的使用對性能將會有十分重要的影響。目前，我國自主汽車的行業(yè)發(fā)展已到達(dá)一定的階段，針對主要性能零部件已完成了自主研發(fā)及批量生產(chǎn)。而且隨著近些年汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，國內(nèi)主要汽車零部件也競爭激烈。針對汽車懸架就是其中很重要的一部分，因為汽車懸架關(guān)系著整車的性能及運(yùn)動安全性。在國外，一方面汽車行駛的路況越來越好，平均車速逐漸提高，另一方面節(jié)約能源，減少對環(huán)境的污染意識使得發(fā)動機(jī)正向著大轉(zhuǎn)矩和低轉(zhuǎn)速的方向發(fā)展。國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，引領(lǐng)國產(chǎn)汽車邁向一個新的起點(diǎn)，人們生活的提高對于性能的要求越來越高。為適應(yīng)以上情況，提高人們乘坐的舒適性就必須針對汽車懸架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。因而目前在國外貨車上廣泛的采用的是麥弗遜獨(dú)立畢業(yè)設(shè)計說明書9 懸架，麥弗遜獨(dú)立懸架具有成本低，質(zhì)量輕，維修保養(yǎng)簡單，噪音小，溫升低和整車油耗低等優(yōu)點(diǎn)。因此被廣泛應(yīng)用，在本設(shè)計中也主要對汽車麥弗遜獨(dú)立懸架行結(jié)構(gòu)的設(shè)計與模型的建立。汽車懸架系統(tǒng)的主要功用是支撐車身的重量,并且使汽車穩(wěn)定有效的進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱控制,同時有效的分離路面波動對車身的影響。不同的需要導(dǎo)致設(shè)計的要求不同,半自動懸架由從動彈簧和需要克服不同路面狀況和汽車運(yùn)行條件的阻尼離的自動減振器組成。由于主動懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜而傳統(tǒng)的消極式懸架無法滿足不同路面狀況和汽車運(yùn)行狀況的要求。因此,半自動懸架是目前最常用的懸架系統(tǒng)。半自動懸架系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是帶有液壓減振使車身在低動力情況下振動降低。目前,許多控制系統(tǒng)是為半自動懸架系統(tǒng)而開發(fā)的。從 Karnoopp 的 Skyhook 方法開始。這個方法主要是使緩沖器承受一定的力的作用,而這個力是與汽車全速時懸架上的質(zhì)量成一定比例的。許多調(diào)查都是用一維模型,它可以推導(dǎo)出模糊的控制點(diǎn)和控制運(yùn)算法則。如 LQG 和活躍控制。由于汽車懸架固有非線性特性,導(dǎo)致這種控制方法不能充分發(fā)揮半自動懸架的功用。為充分利用懸架系統(tǒng)的非線性功用。如模糊邏輯控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊神經(jīng)控制等智能化控制方法近來都已被科研人員用于非線性懸架系統(tǒng)控制[。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。1.3 懸架的功用懸架一般安裝在汽車的底部，其是汽車設(shè)計過程中不可缺少的一部分，同時也是整車 NVH 的關(guān)鍵。其主要功用如下：(1) 支撐車輪，用于傳遞車輪的力矩。(2）為保證汽車良好的平順性，需要吸收不平路面所引起的振動和沖擊。(3）為整車的 NVH 降低提供保障。畢業(yè)設(shè)計說明書10 (4）保證乘車人員的舒適性。綜述所述正確的選擇懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)，是影響汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性的直接因素。因此本設(shè)計中對轎車的麥弗遜獨(dú)立懸架進(jìn)行設(shè)計。1.4 懸架的結(jié)構(gòu)與組成 不同的懸架有不同的結(jié)構(gòu)形式，但是不同的懸架總體必不可少的結(jié)構(gòu)有懸架由彈性元件、減振器、緩沖塊、橫向穩(wěn)定器等主要的幾部分組成等，具體結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。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根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧等幾種形式，空氣彈簧主要用于高級轎車上，由于其成本較高。而目前大多數(shù)轎車使用的是螺旋彈簧。螺旋彈簧具有占用空間小，質(zhì)量小，無需潤滑的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用。本設(shè)計也采用螺旋彈簧。減振器是起到了減震作用，本設(shè)計中采用筒狀減震器。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展懸架的結(jié)構(gòu)形式也是在飛速的發(fā)展，各種結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)也將汽車的舒適性提高了一個等級。這對于懸架的要求也越來越高。畢業(yè)設(shè)計說明書11 1.5 懸架的分類汽車的懸架按照結(jié)構(gòu)類型的不用可以分為兩類：非獨(dú)立懸架與獨(dú)立懸架系統(tǒng)，1.5.1 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 1-2），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 1-2 獨(dú)立懸架的運(yùn)動目前獨(dú)立懸架系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于汽車前懸架上面，本設(shè)計的也為汽車前懸架，最常見的是麥弗遜式汽車前懸架，具體結(jié)構(gòu)如下圖：畢業(yè)設(shè)計說明書12 圖 1-3 麥弗遜式獨(dú)立前懸架這種懸架目前被廣泛引用在轎車中。懸架將減振器作為車輪跳動的滑柱，螺旋彈簧與其裝于一體。有利于發(fā)動機(jī)布置，并降低車子的重心。而且麥弗遜獨(dú)立懸架具有結(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等優(yōu)點(diǎn)，多用于中低檔乘用車的前橋。1.5.2 非獨(dú)立懸架非獨(dú)立懸架如圖 1-4 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畢業(yè)設(shè)計說明書13 1.6 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計要求獨(dú)立懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)承擔(dān)著懸架中除垂直力之外的所有作用力和力矩，并決定了懸架跳動時車輪的運(yùn)動軌跡和車輪定位角的變化，因此，懸架的設(shè)計要求有：1）形成強(qiáng)檔的側(cè)傾中心和側(cè)傾軸線。2）形成恰當(dāng)?shù)目v傾中心。3）個交接點(diǎn)處受力盡量小，減小橡膠元件的彈性形變，以保證導(dǎo)向精確。4）保證車輪定位參數(shù)及其隨車輪跳動哦的變化能滿足要求。5）具有足夠的疲勞強(qiáng)度。對于前輪獨(dú)立懸架機(jī)構(gòu)的要求是：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)彎行使時，應(yīng)使車身傾角小。在 0.4g 側(cè)向加速度作用下，車身側(cè)傾角≦6°～7°，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）只用時，應(yīng)使車身有抗前俯作用；加速時，有抗后仰作用。1.7 主要設(shè)計思路及方法1.7.1 研究方法（1）通過查閱相關(guān)資料，掌握麥弗遜獨(dú)立懸架主要參數(shù)。（2）充分考慮已有麥弗遜獨(dú)立懸架的優(yōu)缺點(diǎn)來確定麥弗遜獨(dú)立懸架的總體設(shè)計方案，對現(xiàn)有裝置的不足進(jìn)行分析。畢業(yè)設(shè)計說明書14 （3）對設(shè)計的麥弗遜獨(dú)立懸架進(jìn)行修改和優(yōu)化，最終設(shè)計出能滿足要求的麥弗遜獨(dú)立懸架。1.7.2 研究技術(shù)路線（1）根據(jù)題目和原始數(shù)據(jù)查看相關(guān)資料，了解當(dāng)今國內(nèi)外麥弗遜獨(dú)立懸架的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景，撰寫文獻(xiàn)綜述和開題報告。（2）根據(jù)產(chǎn)品功能和技術(shù)要求提出多種設(shè)計方案，對各種方案進(jìn)行綜合評價，從中選擇較好的方案，再對所選擇的方案做進(jìn)一步的修改或優(yōu)化，最終確定總體設(shè)計方案。（3）具體設(shè)計麥弗遜獨(dú)立懸架的驅(qū)動裝置、工作裝置等。 （4）對所設(shè)計的機(jī)械結(jié)構(gòu)中的重要零件進(jìn)行校核計算，保證設(shè)計的合理性和可行性。 ；（5）繪制零件圖、裝配圖，完成要求的圖紙量；（6）整理各項設(shè)計資料，撰寫論文。第 2 章 懸架系統(tǒng)總體設(shè)計方案的確定懸架設(shè)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)計是對乘用車麥弗遜前獨(dú)立懸架設(shè)計。2.1 懸架的參數(shù)確定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 所示畢業(yè)設(shè)計說明書15 圖 2-1 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°。2.2 懸架的彈性工作特性確定2.2.1 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。一1n2般對于鋼制彈簧的轎車， 約為 1～1.3Hz（60～80 次/min）， 約為n 2n1.17～1.5Hz（70～90 次/min），非常接近人體步行時的自然頻率。取 n=1.2HZ 2.2.2 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 (2-1)cf5?式中： —懸架靜撓度cf得懸架靜撓度：畢業(yè)設(shè)計說明書16 (2-2)25???????nfcmfc6.1732????則懸架動撓度： =（0.5—0.7）dfcf取 =0.5 =0.5×173.6＝86.8mmfcf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=260.4mm160mm 符合要求dcf?2.2.3 懸架剛度計算已知：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%： =261kg2%60871??m滿載前軸單輪軸荷取 50%： （滿載時車上 5kg5.29)5(2 ??名成員，60kg/名）。 懸架剛度：=cWcfFC?滿 載 mnN/85.16.7329?畢業(yè)設(shè)計說明書17 第 3 章 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計與分析3.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)1）側(cè)傾中心麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心由下圖所示方式得出。從懸架與車身的固定連接點(diǎn) E 作活塞桿運(yùn)動方向的垂直并將下橫臂延長。兩條的交點(diǎn)即為極點(diǎn) P 。將 P 點(diǎn)與車輪接地點(diǎn) N 的連線交在汽車的軸線上，交點(diǎn) W 即為側(cè)傾中心。圖 3-1 麥弗遜式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的確定麥弗遜式獨(dú)立懸架的彈簧減震器軸線 EG 布置得越接近垂直，下橫臂 GD布置得越接近于水平，則側(cè)傾中心 W 就越接近于地面，從而使得在車輪上跳動時車輪外傾角的變化不理想麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心高度為（3-1）svwrdkpbh????tancos2式中 （3-2）)i(?dk??i表 3-1 輪胎標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 級別 外徑 mm 斷面寬 mm畢業(yè)設(shè)計說明書18 185/65R14 85H 596mm 189設(shè)計當(dāng)滿載時候選取:d=360mm =152 β=6 0 σ=5 0 （3-3）sr根據(jù)圖 3-4 可知 α= σ=5 0 (3-4)因為彈簧自由高度 =260mm ，減振器的長度 L=300mm 所以取0HC+o=478mm 因為輪胎的斷面寬度 B=189mm，車寬度 =1673mm，所以：aB= = 742mm （3-5）vb2Ba??189673根據(jù)設(shè)計要求滿載時：K= =2505.24mm （3-6）)65sin(480?omm （3-7）87.6213si2.???p所以=84.2mm (3-8)152tan360cos24.50.70??wh滿足在獨(dú)立懸架中，前懸架側(cè)傾中心高度在 0~120mm 范圍內(nèi)。2）側(cè)傾軸線在獨(dú)立懸架中，汽車前部與后部側(cè)傾中心的連線稱為側(cè)傾軸線，側(cè)傾軸線應(yīng)大致與地面平行，且盡可能離地高些。平行是為了使得在曲線行駛時前、后軸上的軸荷變化接近相等，從而保證中型轉(zhuǎn)向特性；而盡可能高則是為了使車身的側(cè)傾限制在允許范圍內(nèi) 然而，在前懸架的側(cè)傾中心高度收到允許的輪距變化限制，并其盡可能超畢業(yè)設(shè)計說明書19 過 150mm.此外，在前輪驅(qū)動驅(qū)動的汽車中，由于前橋軸荷大，且為驅(qū)動橋，故應(yīng)盡可能是前輪輪荷變化小。3）縱傾中心麥弗遜式獨(dú)立懸架縱傾中心，可由 E 點(diǎn)座減震器運(yùn)動方向的垂直線。該垂直線與橫臂軸 D 延長線的交點(diǎn) 即為縱傾中心，如下圖所示：vO圖 3-2 麥弗遜式懸架的縱傾中心4) 抗制動縱傾性抗制動縱傾性可能使制動過程中汽車車頭的下沉量及車尾的抬高量減小。只有在前后懸架的縱傾中心位于兩根車橋（軸）之間時，這一性能方可實現(xiàn)5) 抗驅(qū)動縱傾性抗驅(qū)動縱傾性可減小后輪驅(qū)動汽車車尾的下沉量或前輪驅(qū)動汽車車頭的抬高量。對于獨(dú)立懸架而言，當(dāng)縱傾中心位置高于驅(qū)動橋車輪中心時，這一可能性方可實現(xiàn)。6) 懸架橫臂的定位角獨(dú)立懸架中的橫臂鉸鏈軸大多空間傾斜布置。3.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的受力分析分析如圖的麥弗遜式獨(dú)立懸架受力簡圖可知：作用在導(dǎo)向套上的橫向力畢業(yè)設(shè)計說明書20 F3，可根據(jù)圖上的布置尺寸求得圖 3-3 麥弗遜式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力簡圖根據(jù)彈簧設(shè)計要求以及減震器升級要求，和上面布置要求，確定上面參數(shù)：a=152mm b=357mm c=120mm d=404mm （3-9）（3-10）42.18342.3805.9701 ??????F(3-11))(13cda?式中，F(xiàn) 1 為前輪上的靜載荷 減去前軸簧下質(zhì)量的 1/2 ＇F所以=1726.26N (3-12)120)-)(4(205.1833???將彈簧和減震器的軸線相互偏移距離 s=6mm,在考慮到彈簧軸向力 F6 的影響，則作用到套筒上的力將減小，即畢業(yè)設(shè)計說明書21 (3-13)cdsFbcaF???613)(式中， =4183.42×0.996=4166.69N （3-14）0165os=1638.23N （3-15）)1204(69.6.723???增加距離 s ，有助于減小作用到導(dǎo)向套筒上面的橫向力。3.3 軸線布置方式的選擇麥弗遜式獨(dú)立懸架的橫臂軸線與主銷后傾角的匹配，影響汽車的縱傾穩(wěn)定性。O 點(diǎn)為汽車縱向平面內(nèi)懸架相對于車身跳動的運(yùn)動瞬心。當(dāng)搖臂軸的抗前俯角 等于靜平衡位置的主銷后傾角 時，橫臂軸線正好與主銷軸線垂直，＇???運(yùn)動瞬心交于無窮遠(yuǎn)處，主銷軸線在懸架跳動時作運(yùn)動。因此, 值保持不變。?當(dāng) 與 的匹配使運(yùn)動瞬心 交于前輪后方時（圖 3-4） ，在懸架壓縮行程，＇ ?O角有增大的趨勢當(dāng) 與 的匹配使運(yùn)動瞬心 交于前輪前方時（圖 3-4） ，在懸架壓縮行程，＇???角有減小的趨勢。為了減小汽車制動時的縱傾，一般希望在懸架壓縮行程主銷后傾角 有增加的?趨勢，因此，在設(shè)計麥弗遜式獨(dú)立懸架時，應(yīng)選擇參數(shù) 能使運(yùn)動瞬心 交于＇?O前輪后方。畢業(yè)設(shè)計說明書22 圖 3-4 角變化示意圖?3.4 橫臂長度的確定有圖 3-5 可以看出，橫臂越長，B y 曲線越平緩，即車輪跳動時輪距變化越小，有利于提高輪胎壽命。主銷內(nèi)傾角 β、車輪外傾角 α 和主銷后傾角 γ 曲線的變化規(guī)律也都與 By 類似，說明擺臂越長，前輪定位角度的變化越小，將有利于提高汽車的操縱穩(wěn)定性。因此，在滿足布置要求的前提下，應(yīng)盡量加長橫臂長度。圖 3-5 麥弗遜式獨(dú)立懸架運(yùn)動特性畢業(yè)設(shè)計說明書23 3.4 螺旋彈簧的設(shè)計與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。3.4.1 螺旋彈簧的剛度計算由于存在懸架導(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S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C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?？芍獞壹軇偠扰c彈簧剛度的關(guān)系如下：可知： C=(uCosδ/PCosβ)Cs （3-16）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????cos/PUCS3.5 導(dǎo)向彈簧的受力分析 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畢業(yè)設(shè)計說明書24 所受壓縮力 P 與車輪載荷 N’v 的關(guān)系式:P=Ay= = =2890(N) （3-17）??'cosNva??????29.5cos'9.81-3??。 。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。?圖 3-5 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) 34.910?圖 3-6 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；利畢業(yè)設(shè)計說明書25 用位移傳遞比 ix 便可計算出螺旋彈簧的剛度 Ks(3-18).w=FNvhiyxKsff?其中分?jǐn)?shù) 代表懸架的線性剛度。從而，得到如下關(guān)系式.Nvhfskxiy當(dāng)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 (3-19)??iy= =1.022 (3-20)??cos()sin()cos()()Rdtgcott??????????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前懸架給定的偏頻 f=1.2Hz.可得汽車懸架的線剛度 K= (3-21)24f6.95427.83(/m)mN???可得到彈簧的剛度 KsKs=Kxiyix=28.43(n.mm) (3-22)進(jìn)而可得到彈簧在最大壓縮力 Pdmax 作用下的變形量 FF=Pdmax/Ks=172.8(mm) (3-23)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 mm3.6 減振器的設(shè)計與分析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。其作用原理是，當(dāng)車架與畢業(yè)設(shè)計說明書26 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 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 3-7 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?。車輪向上跳動即懸架壓縮時，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，同樣由于活塞畢業(yè)設(shè)計說明書27 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 3-7 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 3-5 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，則總的特性將如畢業(yè)設(shè)計說明書28 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，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 3-8 閥的開啟程度對減振器特性影響示意圖圖 3-8 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?。圖 3-9 典型的減振器特性曲線 圖 3-10 減振器斜置時計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 3-10 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畢業(yè)設(shè)計說明書29 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?cos/1?Di角度 (見圖 3-10)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2Di，式中 B 為輪距，b 為減振器下固定點(diǎn)的安裝距。???cos/bBiD?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（3-11）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。畢業(yè)設(shè)計說明書30 圖 3-11 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 3-9 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;14-底閥（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sm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 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Y?S?=（ 0.25-0.50） 的關(guān)系。S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Y?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