轎車麥弗遜式懸架設(shè)計(jì)含4張CAD圖

轎車麥弗遜式懸架設(shè)計(jì)含4張CAD圖,轎車,麥弗遜式,懸架,設(shè)計(jì),CAD 轎車麥弗遜式懸架設(shè)計(jì) 摘 要 懸架是汽車上非常重要的部件，它將車架（或車身）與車橋（或車輪）連接起來。他 主要是為了傳遞作用在車輪和車架之間的力和扭矩，減少來自不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的 沖擊力而產(chǎn)生的震動，以便于保證車輛行駛的平穩(wěn)性。 本文主要介紹了麥弗遜式懸架系統(tǒng)，根據(jù)某型轎車的主要性能參數(shù)，確定該車型麥弗 遜式獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，在麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)過程中，分別對導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力 分析，設(shè)計(jì)并且計(jì)算了螺旋彈簧，對減振器進(jìn)行設(shè)計(jì)與選型，并且最后利用 AutoCAD 軟件 畫出所設(shè)計(jì)懸架的零件圖以及裝配圖。 關(guān)鍵詞：麥弗遜式懸架；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；螺旋彈簧；減振器 III The design of Car’s McPherson suspension Abstract Suspension is a very important part in the cars,it links the chassis (or body) and axle (or tires).It is mainly to transfer the forces and torques which between the wheels and the body.Reduce the vibration,which generated by the impact force that rough road passed to.So that it can ensure the stability of the vehicle. This article is mainly introdeced the susoension system.According to the main performance parameters of one car,determince the structure size parameters of the car’s McPherson independent suspension. At the process of designing McPherson suspension，we stress analysis for the guide means,design the springs,choose the shock absorber.Finally,draw the parts diagram and assembly drawings of the design suspension with AutoCAD. Keywords: McPherson Suspension; Guide means；Coil spring；Shock Absorber 目 錄 摘要 ............................................................ Ⅲ Abstract ........................................................ Ⅳ 第一章 緒論 ...................................................... 1 1.1 課題的背景及研究意義 ...................................... 1 1.2 國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀 ............................................ 1 1.3 懸架技術(shù)新發(fā)展 ............................................ 1 1.4 本文研究的問題 ............................................ 2 第二章 懸架系統(tǒng)總述 .............................................. 3 2.1 懸架的功用 ................................................ 3 2.2 懸架的分類及特點(diǎn) .......................................... 3 2.2.1 非獨(dú)立懸架分類 ....................................... 4 2.2.2 獨(dú)立懸架分類 ......................................... 4 第三章 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算 .............................. 6 3.1 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求 .................................... 6 3.2 麥弗遜式懸架主要參數(shù)的確定 ................................ 6 3.2.1 懸架的空間幾何參數(shù) ................................... 6 3.2.2 懸架頻率的選擇 ....................................... 6 3.2.3 懸架的工作行程 ....................................... 7 3.2.4 懸架的剛度計(jì)算 ....................................... 7 3.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析 ........................................ 7 3.3.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求： ................................. 7 3.3.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) ................................... 8 3.3.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的受力分析 ................................... 9 3.3.4 橫臂軸線布置方式的選擇 .............................. 10 3.3.5 橫擺臂參數(shù)對車輪定位參數(shù)的影響 ...................... 10 3.4 螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 ....................................... 11 3.4.1 螺旋彈簧材料的選擇 .................................. 11 3.4.2 螺旋彈簧的剛度計(jì)算 .................................. 11 I 3.4.3 螺旋彈簧幾何參數(shù)計(jì)算 ................................ 11 3.4.4 螺旋彈簧校核 ........................................ 13 3.5 減振器的設(shè)計(jì)與選定 ....................................... 13 3.5.1 減振器結(jié)構(gòu)類型的選擇 ................................ 13 3.5.2 相對阻尼系數(shù)ψ ...................................... 15 3.5.3 減振器阻尼系數(shù)δ的確定 .............................. 15 3.5.4 減振器最大卸荷力 F0 的確定 ............................ 16 3.5.5 減震器工作缸直徑 D 的確定 ............................ 16 第四章 結(jié)論 ..................................................... 18 參考文獻(xiàn) ........................................................ 19 謝辭 ............................................................ 20 9 1.1 課題的背景及研究意義 第一章 緒論 我國的經(jīng)濟(jì)水平正發(fā)展的越來越快，所以我們生活的水平也得到了顯著的提高，汽車 已變成我們生活當(dāng)中不可或缺的東西。因此，汽車的舒適性、安全性、駕駛性等問題越來 越受到人們的關(guān)注，汽車工業(yè)的需求也在不斷的不斷發(fā)展。 汽車懸架系統(tǒng)的好壞直接決定了汽車的舒適性、安全性、操縱性等因素。汽車的懸架 系統(tǒng)由彈簧和減振器構(gòu)成。懸架系統(tǒng)的功能是來支持車身以便于提高駕駛員及乘客舒適 感，懸架設(shè)置的不同也會使駕駛員的駕駛體驗(yàn)不一樣。懸架系統(tǒng)雖然表面上看起來比較簡 單，但是它卻可以承受各種給汽車的作用力，它決定了汽車的穩(wěn)定性，舒適性和安全性， 是現(xiàn)代汽車的關(guān)鍵組成部分之一。 作為保證汽車安全的主要結(jié)構(gòu)，一直以來，汽車的行駛操控性和舒適性與其有著密切 的聯(lián)系，汽車的制造成本也受制于懸架結(jié)構(gòu)的簡單與復(fù)雜。一輛汽車想要保證舒適性和操 控性都比較好的話，主要看的就是懸架設(shè)計(jì)的是否更加合理，這對汽車的制造廠家就是一 個很大的技術(shù)考驗(yàn)。 麥弗遜獨(dú)立懸架是一種構(gòu)造簡單、造價便宜、價格低廉、并且擁有廣闊市場應(yīng)用前景 的懸掛系統(tǒng)之一。由于其體積小，適合小型車和中型車的使用，所以在豐田花冠、豐田 86、 本田飛度、標(biāo)致 307、別克君越的懸架，大眾邁騰等都采用麥弗遜懸架。值得一提的是超 級跑車保時捷 911 也采用了麥弗遜式懸架。足以證明這種懸掛有著廣泛的適應(yīng)性。 1.2 國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀 舒適是最重要的汽車的性能之一。汽車本身擁有的震動特性會影響汽車的舒適性，而 懸架的固有震動特性又會影響到汽車的性能。因此，汽車舒適性主要由懸架影響。懸架作 為保證汽車安全的主要部件的同時還起到了連接和傳力的作用。 高速，高性能，舒適性，安全性和可靠性是當(dāng)今世界汽車行業(yè)發(fā)展的方向，空氣懸架 彈簧是當(dāng)今汽車發(fā)展的一大趨勢，尤其是在大型客車和卡車。事實(shí)上，早在 20 世紀(jì) 50 年 代，它就已經(jīng)運(yùn)用到各類車型上了。到了 60 年代，德國，美國等發(fā)達(dá)國家大部分公交車 配備了主動空氣懸架。 道路條件的變化，給車輛的懸架構(gòu)造了使用的基本條件，并且對他有很大的促進(jìn)作用。 高速公路正在快速的發(fā)展中，無形中給道路增加了很多車輛以及對高性能客車的要求，對 所有汽車的操縱穩(wěn)定性，乘坐舒適性和安全性提出了比較高的要求。 1.3 懸架技術(shù)新發(fā)展 由于現(xiàn)代人們對舒適性和操縱穩(wěn)定性的需求,汽車工程領(lǐng)域更加注重對這一方面的重 視與研究,目前已經(jīng)是懸掛技術(shù)發(fā)展的趨勢。 追述主動懸架控制技術(shù),在很早的時候,是用“天棚”阻尼來控制的,它具有優(yōu)越的控 制性能，但是由于它是基于懸架速度的負(fù)反饋主動控制，無法實(shí)現(xiàn)在移動的汽車上。這種 方法由于計(jì)算的方法十分容易,已經(jīng)在應(yīng)用當(dāng)中。然而隨著科技技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在社會已提 出最優(yōu)控制方案,與之前的“天棚”阻尼控制相比較而言,它提出更多變量緯度,能夠處理 更多特殊情況,控制效果也會更加穩(wěn)定。 在自適應(yīng)的控制方法中,它融合了適應(yīng)懸架載荷和元件特性的變化、參數(shù)識別、自動 調(diào)整控制的參數(shù)這三大特性,能夠保持性能指標(biāo)的最佳狀態(tài)。大概20年前左右,人們廣泛使 用模糊控制方法在懸架控制中。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),顧名思義是由非常多的處理單元行程的系統(tǒng)，他就是非線性動力系統(tǒng),它有 學(xué)習(xí)適應(yīng)性、數(shù)據(jù)融合和并行分布處理的特點(diǎn)，因此它在汽車懸掛的振動控制中的前景十 分可觀。 怎樣才能具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益呢？最有效的方法便是采用新型的電控研 究手段，開發(fā)出一類控制效果好、低能耗、造價合理的汽車懸架系統(tǒng),并且因?yàn)槠涮赜械?非線性特點(diǎn)，研究一套適宜的懸架系統(tǒng)電控技術(shù)是汽車懸架系統(tǒng)振動性能需要改進(jìn)的方 向。 1.4 本文研究的問題 本文主要研究某車麥弗遜式懸架的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，設(shè)計(jì)其主要零部件并進(jìn)行強(qiáng)度計(jì) 算，對導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析，并且運(yùn)用 CATIA 和 AutoCAD 軟件對懸架系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)體建模 和零件圖的繪制。 2.1 懸架的功用 第二章 懸架系統(tǒng)總述 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) 被用來傳遞車架與車橋之間產(chǎn)生的力和力矩。 (2）行駛在不平路面時，減少震動和沖擊，以便于使車輛能夠具有很好的行駛平順性 和操縱穩(wěn)定性。 (3）能夠很好的減少車身與車橋之間產(chǎn)生的振動。 對于汽車來說，懸掛系統(tǒng)的這些功用起到的作用是密切相關(guān)的。如果想要很快的減少 振動和沖擊，更舒服的乘坐，那么就需要降低懸架的剛度。但是降低了剛度，就意味著汽 車的操縱穩(wěn)定性也跟著降低了。所以需要尋找一個平衡點(diǎn)，既可以保證良好的操縱穩(wěn)定性， 又可以保證汽車行駛的平穩(wěn)性不受影響。 2.2 懸架的分類及特點(diǎn) 汽車懸架可以分為兩大類：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架 圖 2.1 為非獨(dú)立懸架，它由一根整體式的車橋連接了兩側(cè)的車輪，懸架將車輪和車橋 連接在車架上。當(dāng)汽車行駛在不平路面的時候，每當(dāng)一側(cè)車輪發(fā)生跳動，由于兩側(cè)車輪是 連在一起的，那么另一側(cè)的車輪也會隨之?dāng)[動，所以我們稱它非獨(dú)立懸架。 圖 2.1 非獨(dú)立懸架 圖 2.2 為獨(dú)立懸架，它的車橋分成兩段，所以懸架能夠?qū)⒚恳粋?cè)的車輪與車架（或車 身）分別連接，這樣的話兩側(cè)的車輪就可以各自獨(dú)立，從而不會互相影響，所以我們把這 種懸架稱作獨(dú)立懸架。 圖 2.2 獨(dú)立懸架 2.2.1 非獨(dú)立懸架分類 1、鋼板彈簧非獨(dú)立懸架 在鋼板彈簧非獨(dú)立懸架中，它的彈性元件是鋼板彈簧，并且它也被用來當(dāng)作導(dǎo)向裝置。 某些比較重的商用車會把這種懸架用作前后懸架，并且一些乘用車的后懸架也經(jīng)常會使用 這種非獨(dú)立懸架。 2、螺旋彈簧非獨(dú)立懸架 圖 2.3 鋼板彈簧非獨(dú)立懸架 在螺旋彈簧非獨(dú)立懸架中，它的彈性元件是螺旋彈簧，由于螺旋彈簧只可以承受垂直 的載荷，那么這種懸架在使用過程中需要增加導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和減振器。 3、空氣彈簧非獨(dú)立懸架 1. 壓氣機(jī)；2.7. 空氣濾清器；3. 車身高度控制閥；4. 控制桿； 5. 空氣彈簧；6. 儲氣罐；8. 貯氣筒；9. 壓力 調(diào)節(jié)器；10. 油水分離器 圖 2.4 空氣彈簧非獨(dú)立懸架 空氣彈簧非獨(dú)立懸架的彈性元件使用了空氣彈簧，它能使汽車在行駛過程中擁有良好 的平順性，但是它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，通常在商用客車、火車和一些乘用車上使用。 2.2.2 獨(dú)立懸架分類 如今大部分汽車的前懸架都使用了獨(dú)立懸架，其中，用的比較多的獨(dú)立懸架要數(shù)雙橫 臂獨(dú)立懸架和麥弗遜式獨(dú)立懸架了 1、雙橫臂獨(dú)立懸架 雙橫臂獨(dú)立懸架是指擁有兩根橫臂的懸架系統(tǒng)，他的減振器沒有橫向載荷，上端高度 比較低，這樣可以使車頭降低，具有良好的操縱穩(wěn)定性和舒適性。但是，雙橫臂獨(dú)立懸架 的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且成本高，占用空間會比較大。因此，該懸架一般不用在乘用車上。 。 2、麥弗遜式獨(dú)立懸架 圖 2.5 雙橫臂獨(dú)立前懸架 如今很多轎車使用麥弗遜式獨(dú)立懸架。麥弗遜式獨(dú)立懸架主要包括減振器和螺旋彈 簧。它將螺旋彈簧與引導(dǎo)車輪跳動的減振器裝在一起。該懸架結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度比較快， 空間占用少，一般用在中低端轎車的前懸架。但是，它剛度嬌小，所以導(dǎo)致穩(wěn)定性不好， 轉(zhuǎn)彎的時候側(cè)傾較為明顯，所以需要用很想穩(wěn)定器來給它增加剛度。 圖 2.6 麥弗遜式懸架 第三章 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算 3.1 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求 保證汽車有良好的行駛平順性以及操縱穩(wěn)定性是對一個麥弗遜式懸架最基本的設(shè)計(jì)要 求，同事還要具備合適的衰減振動功能、良好的隔音性、緊湊的結(jié)構(gòu)、盡量小的占用空間 以及制動或加速時，需要使汽車的車身平穩(wěn)，降低車身的縱向傾斜，當(dāng)車輛進(jìn)入彎道時， 需要保證車身的側(cè)傾在合理的范圍內(nèi)。比較重要的是，懸架應(yīng)該可以很好的傳遞力和力矩， 汽車的零部件應(yīng)該輕，還必須要使懸架擁有足夠的強(qiáng)度和使用壽命。這樣才可以保證麥弗 遜式懸架與汽車的多種使用性能完美配合。 3.2 麥弗遜式懸架主要參數(shù)的確定 圖 3.1 是麥弗遜式懸架的等效機(jī)構(gòu)圖，從圖中可以看出麥弗遜式懸架的擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)， 減振器上支點(diǎn)與車身均是通過轉(zhuǎn)動副連接的，減振器承受來自螺旋彈簧的載荷。通過下圖 的等效機(jī)構(gòu)圖，我們可以很方便地分析麥弗遜式懸架，并且對分析結(jié)果不會造成影響。 圖 3.1 麥弗遜懸架的等效機(jī)構(gòu)圖 1.車身；2.螺旋彈簧；3.減振器上體；4.轉(zhuǎn)向節(jié)總成；5.轉(zhuǎn)向橫拉桿；6.轉(zhuǎn)向齒條；7.下擺臂；7.車輪總成 3.2.1 懸架的空間幾何參數(shù) 表 3.1 是某車的總體參數(shù)。 表 3.1 總長（mm） 3618 總寬(mm) 1563 總高(mm) 1533 軸距 L(mm) 2335 前后輪距(mm) 1360/1355 整車整備質(zhì)量（kg） 1270 輪胎 205/55 R16 驅(qū)動型式 前置前驅(qū) 3.2.2 懸架頻率的選擇 不同的汽車對平穩(wěn)性的需求不一樣。一般家用的小轎車對平穩(wěn)性的要求比較高，接下 來的是大客車，載貨車對平順性的要求更低。對于一些普通的轎車來說，前懸架偏頻要求 是在 1.00Hz 到 1.45Hz 之間，后懸架則要求在 1.17Hz 到 1.58Hz 之間。理論上來說，越是 高級的轎車，懸架的偏頻就越小。所以一些高級轎車前懸架偏頻要求在 0.80～1.15Hz，后 懸架偏頻要求在 0.98～1.30Hz。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的懸架，選擇偏頻為 1.2Hz。 3.2.3 懸架的工作行程 靜撓度加上動撓度組成了懸架的工作行程 由公式 n= 5 ，（ f c  f c —懸架的靜撓度） （3-1） f 得懸架靜撓度： c = ( 5 )2 = 12 174mm 則動撓度：fd = (0.5 - 0.7)fc （3-2） 取 fd = 0.5 ， fc = 0.5 ′ 174 = 87mm 為了使懸架擁有更好的平穩(wěn)性，我們需要減少偏頻，因此懸架就要做的軟一些，可是 在一定的負(fù)荷下，變形量就會增加。所以，懸架的工作行程應(yīng)該大于 160mm。 f d + fc = 174 + 87 = 261mm > 160mm ，設(shè)計(jì)合理 3.2.4 懸架的剛度計(jì)算 所設(shè)計(jì)懸架的轎車參數(shù)滿載重量 m =  920kg ，簧上重量 m =  870kg ；簧下重量 m = 50kg 。 已知前置前驅(qū)的轎車空載時前軸載荷為 56%～66%，滿載時前軸載荷為 47%～60%。 m 空載前軸單輪軸荷取 60%： 1 = 870 ′ 60% 2 = 261kg m 滿載前軸單輪軸荷取 50%： 2 個人是 60kg）。 = (870 + 5 ′ 60) ′ 50% 2  = 293kg （車上有 5 個人，體重每 F 懸架剛度： C = 滿載 = FW 2930 =  = 16.9N  / mm fc fc 174 3.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析 3.3.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求： 1)當(dāng)懸架的負(fù)荷產(chǎn)生變動的時候，要將輪距的變動控制 4mm 以內(nèi)，不然會導(dǎo)致輪胎過 快地?fù)p壞。 2）當(dāng)懸架的負(fù)荷產(chǎn)生變動的時候，前輪的定位參數(shù)可以有可控的變動，而且不能出 現(xiàn)汽車輪子發(fā)生縱向加速度的現(xiàn)象。 3)當(dāng)汽車拐入彎道的時候，應(yīng)該盡可能的減少車架的側(cè)傾角。在橫向加速度的作用下， 車輛整體的傾斜角度應(yīng)不大于 6°到7° ，最好要使汽車輪子和車架向一個相同的地方傾斜， 這樣子可以避免轉(zhuǎn)向不足。 4)當(dāng)汽車需要剎車的時候，應(yīng)使車身不會向前俯沖；當(dāng)車輛加速時，還要擁有防止后 仰的作用。 3.3.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) 1、側(cè)傾中心 麥弗遜式懸架的側(cè)傾中心可以用圖 3.2 的方法求到。懸架和車架相交于點(diǎn) E，做一條 垂直于 E 的直線，將下橫臂線延長。兩條線會相交于一點(diǎn)，為點(diǎn) P。車輪與地面的點(diǎn)為 N， 連接 P 點(diǎn)和 N 點(diǎn)，W 點(diǎn)就是麥弗遜式懸架的側(cè)傾中心。 圖 3.2 麥弗遜式懸架的側(cè)傾中心 數(shù)據(jù)為：a = 2o , b = 2o ，s = 30o ， 麥弗遜式懸架的側(cè)傾中心高 hw 為 rs = 150mm ， c + o = 800mm ， d = 300mm ， B1 hw = 2 hp k cos b + d tan s + rs  (3-3) k = c + o  800 sin (a + b ) = sin (2o + 2o ) = 11468.5mm o hp = k sin b + d = 11468.5sin 2 + 300 = 700.2mm 代入式子 3-3 得 B1 hw = 2 hp k cos b + d tan s + rs  = 775  700.2 11468.5cos 2o + 300 tan 30o + 150  = 46mm 由于前懸架的側(cè)傾中心高度要受輪距變化限制，而且不能超過 150mm。 此外，前輪前 驅(qū)的汽車，前車橋由于是驅(qū)動橋，因此負(fù)荷會大，所以應(yīng)該減少前輪的負(fù)載變動。所以， 麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心 hw 范圍在 0～120mm 。 本設(shè)計(jì)的懸架側(cè)傾中心 hw 為 46mm，所以滿足需求。 2、縱傾中心 麥弗遜式懸架的縱傾中心可以由圖3.3方法得到，過E點(diǎn)作垂線，過G點(diǎn)的擺臂平行線， 相交于一點(diǎn)，就是縱傾中心O，如圖。 3.3.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的受力分析 圖 3.3 麥弗遜式懸架的縱傾中心 圖 3.4 麥弗遜式懸架受力簡圖 由圖 a 可以清楚地看到，橫向力 F 3 作用在導(dǎo)向套上。 F1 ad F3 = (c + b)(d - c) ' 式中， F1 是 F 與簧下質(zhì)量之差的一半。  (3-4) 如果 F3 越大，那么 F3f 也會越大，這會直接影響到汽車的平穩(wěn)性。因此，需要在導(dǎo)向 套和活塞表面用減摩材料和一些特殊的工藝來減少摩擦力。通過 3-4 可以發(fā)現(xiàn)，尺寸 c+b 越大，力 F3 越??；如果減小尺寸 a，力 F3 也會變小。若是增加 c+b 的尺寸，那么懸架的占 用空間會變大，從而會很難布置。因此，使減振器的軸線固定，把點(diǎn) G 往外移到車輪里面， 那么，可以減小 a 的尺寸，提高剎車的穩(wěn)定性能。 3.3.4 橫臂軸線布置方式的選擇 麥弗遜式獨(dú)立懸架橫向臂的軸線和主銷后傾角的匹配，會對車輛的縱向傾斜的穩(wěn)定造 成影響。如圖3.5，在車輛的縱向平面內(nèi)，點(diǎn)O是車架在懸架作用下跳動的運(yùn)動順心。當(dāng)下 擺臂的抗俯角與主銷后傾角相同，此時的橫向臂的軸線恰好垂直于主銷的軸線。這個時候， 產(chǎn)生的運(yùn)動順心在很遠(yuǎn)的地方相交，每當(dāng)麥弗遜式獨(dú)立懸架跳動，主銷軸線也會隨之移動。 主銷后傾角始終一樣。 當(dāng)運(yùn)動瞬心在抗俯角和后傾角在輪子后面相交的時候，麥弗遜式獨(dú)立懸架壓縮行程 中，主銷后傾角變大。 反之，當(dāng)運(yùn)動瞬心在抗俯角和后傾角在輪子前面相交的時候，麥弗遜式獨(dú)立懸架壓縮 行程中，注銷后傾角反而會變小。 一般設(shè)計(jì)麥弗遜式獨(dú)立懸架的時候，需要考慮到設(shè)計(jì)出的懸架要使車輛在剎車過程 中，汽車的縱向傾斜小，所以一般要把注銷后傾角取的稍微大一些。這時候，運(yùn)動瞬心應(yīng) 該在輪子的后面相交，這樣才可以保證設(shè)計(jì)出的懸架可以使汽車剎車時的縱向傾斜盡量 小。 圖 3.5 角變化 3.3.5 橫擺臂參數(shù)對車輪定位參數(shù)的影響 圖3.6是麥弗遜式懸架的運(yùn)動特性。在圖中，顯示的是下橫臂取不一樣值的時候懸架 的運(yùn)動特性，當(dāng)下橫臂取的比較長，曲線會變得平穩(wěn)，也就是說當(dāng)車輪跳動的時候，輪距 的變化比較小，可以使輪胎使用的時間變長。 10 圖 3.6 麥弗遜式懸架的運(yùn)動特性 此外，懸架的主銷內(nèi)傾角、車輪外傾角以及主銷后傾角曲線差不多，由此可以說明， 當(dāng)擺臂取的越長，前輪的定位角度變化就會越平穩(wěn)，這樣做可以提高車輛控制的穩(wěn)定性。 所以在設(shè)計(jì)懸掛的時候，應(yīng)當(dāng)使橫臂的長度變大，但是必須要滿足裝配需求。 3.4 螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1 螺旋彈簧材料的選擇 螺旋彈簧是目前懸架上應(yīng)用比較多的一種彈性元件，它結(jié)構(gòu)緊湊，制造容易，而卻具 有高比能容量，所以一般轎車懸架上用的比較多。根據(jù)螺旋彈簧在車輛工作時的受力特點(diǎn)， 我們選用60Si2MnA材料。 3.4.2 螺旋彈簧的剛度計(jì)算 由于有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，那么懸架剛度C 與彈簧剛度CS 是不相等的，所不同的是，該懸架的 剛度C 是車輪的單位偏轉(zhuǎn)所需要的力；但是彈簧剛度CS 只是彈簧本身的力。 麥弗遜獨(dú)立懸架的懸架剛度C 的計(jì)算方法： 12 選定下擺臂長： EH 高度為 430.5mm 。 = 284 mm；半輪距： B = 680mm ；減震器放置角度：β = 9°， （3-5） 其中：C —懸架剛度；CS —彈簧剛度。 已知u=1393mm，p=1565mm，δ=16°，β=24° C 得： S C = U cos d / P  cos b = 19.5N / m 3.4.3 螺旋彈簧幾何參數(shù)計(jì)算 基于最大的力和彈簧的相應(yīng)變形來設(shè)計(jì)。 1、彈簧的材料許用應(yīng)力 材料的性能參數(shù)在表 3.2 中。 表 3.2 60Si2MnA 性能參數(shù) 許用應(yīng)力 48kgf/ mm2 許用剪切力 100kgf/ mm2 剪切模量 8000kgf/ mm2 彈性模量 2000mp 強(qiáng)度范圍 45-50 HRC 2、彈簧旋繞比C的選定 如果彈簧的旋繞比取的比較小的時候，那么制造彈簧的時候會發(fā)生一些麻煩，通常來 說，彈簧旋繞比的取值范圍在4到8之間，本次設(shè)計(jì)中選擇8。 3、鋼絲的直徑d 曲率系數(shù) K 的公式為： K = 4c -1 + 0.615 = 1.18 (3-6) 4c - 4 c [i] = 8 pck ' = 704.01MPa (3-7) p d 2 d≧1.596 kpc = 9.8 ，選 d=10 mm [i] 4、彈簧中經(jīng) D2 的選擇 D2=c×d=8×10=80 mm (3-8) 選擇 D2=92 5、彈簧圈數(shù) n 的選擇 Gd 4ks n = = 4.9 選擇 n=6 圈 （3-9） 2 8D3 兩段的支撐圈選擇 0.75 那么彈簧圈數(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 Fj = 5.51′103 N F 7、彈簧的幾何尺寸 節(jié)距 t：t=d+F/n+ d =33 自由高度 Ho：Ho=nt+1.5d=279.4 取 Ho=280 mm 19 螺旋角a ：a = arctan t = 6.67 （3-10） 外徑 D=D2+d=102 mm nD2 然后原始彈簧座的尺寸也需要改變 內(nèi)徑 D1 =D2-d=92-10=82 3.4.4 螺旋彈簧校核 1、 彈簧剛度校核 Gd 4 彈簧剛度CS ：C S = （3-11） 3 將數(shù)據(jù)代入算得：CS 8Dm = i Gd 4 3  = 16.7 N/mm 所以剛度合適 8Dm i 2、螺旋彈簧參數(shù)匯總： 表 3.3 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 6.7 度 內(nèi)徑 D1 82mm 外徑 D 102mm 節(jié)距 t 33mm 為了提高在安裝彈簧后的受力情況，需要把螺旋彈簧的兩段整平，粗糙度選擇 Ra3.2。 3.5 減振器的設(shè)計(jì)與選定 3.5.1 減振器結(jié)構(gòu)類型的選擇 懸架振動會產(chǎn)生一些能量，減振器先將能量吸收，然后把它變成熱能并發(fā)散掉，以此 來降低懸架的振動。減振器通常來說可以被分成兩種類型，它們是摩擦式減振器以及液力 減震器。由于相對運(yùn)動的速度越高庫侖摩擦力越小，而且會被油，水等液體影響，所以不 具有平順性。盡管它輕便，成本低，容易調(diào)整，可是現(xiàn)在已經(jīng)沒有車輛再使用這種減振器 了。直到1901年，液力減振器才被發(fā)現(xiàn)，筒式和搖臂式是液力減振的兩種機(jī)構(gòu)形式。筒式 減振器一般有雙筒式、單筒充氣式和雙筒充氣式。筒式減振器只有擺臂式的一半重，又制 造方便，工作時效長，因而為現(xiàn)代汽車所青睞。 雙筒式液力減振器 圖4.1顯示的是雙筒式液力減振器的工作原理。在圖中，A是工作腔，C是補(bǔ)償腔，閥 系連接工作腔和補(bǔ)償腔。當(dāng)車輛行駛時，輪子會上下地竄動，1活塞會在A里面上上下下地 運(yùn)動，這時候動能將會變成熱能而散發(fā)，因?yàn)樯舷逻\(yùn)動的過程中會使減振器液在各個閥體 上的阻尼孔流過。當(dāng)懸架壓縮的時候，汽車車輪會向上竄動，這時候1是往下運(yùn)動的，油 液從Ⅱ流到工作腔里，由于9會占用了一些空間，所以必定有少數(shù)油液通過Ⅳ進(jìn)入C;當(dāng)懸 架伸張時，汽車車輪會向下竄動，這時候1是向上運(yùn)動的，A里的壓力會增大，當(dāng)油液通過 Ⅰ流到下腔，這時會產(chǎn)生比較多的伸張阻尼力，另外一些油液從6流到C，同理，必定有少 數(shù)油液通過Ⅲ流到A的下腔。減振器工作時會所產(chǎn)生一些熱量，這時候3可以將這些熱量發(fā) 散。減振器在工作過程中產(chǎn)生的溫度非常高，一般是120℃，更有甚者會達(dá)到200℃的高溫。 所以它的油液最好不要加太多，但至少要到缸筒長度一半，這是為了擴(kuò)大溫度升高后油液 膨脹的空間，油液高度也應(yīng)滿足最低要求，以免空氣進(jìn)入A，如果有空氣進(jìn)入，那將會使 油液乳化，從而對減振器的工作性能造成一些影響。 圖 4.1 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 雙筒充氣式減振器對于閥的響應(yīng)略微敏感，即便她現(xiàn)在的振幅還不是很大，就算汽車 在道路不平的路上行駛，它也能很好的改善路上的阻尼特性，同時它還可以提高車輛行駛 時的平穩(wěn)性，并且損失了氣壓的時候，雙筒充氣式減振器還是可以將振動減少。 圖 4.2 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 3.5.2 相對阻尼系數(shù)ψ 相對阻尼系數(shù)ψ的含義是：當(dāng)懸掛系統(tǒng)的剛度C 和簧上質(zhì)量 Ms均不相同，擋減振器的 相對阻尼系數(shù)ψ發(fā)生變化時，所產(chǎn)生的阻尼效果也會變得不一樣。當(dāng)ψ值比較大時，能夠 快速地減少振動，與此同時會把路面沖擊力傳送到車架上；當(dāng)ψ值小，正相反。一般來說， 懸架系統(tǒng)在壓縮行程的時候，ψy應(yīng)該小一點(diǎn)，在伸張行程的時候ψs應(yīng)該大一點(diǎn)。Ψy應(yīng) 該買組如下的關(guān)系式： ψy =（0.25～0.50 ）ψs 。 在本次設(shè)計(jì)中，由于麥弗遜式獨(dú)立懸架的彈性元件是螺旋彈簧，那么 取ψ = 0.3，則：（ψs + 0.5ψ）/2 = 0.3 得到答案：ψs = 0.4 ，ψy = 0.2 3.5.3 減振器阻尼系數(shù)d 的確定 d 的公式是： d = 2y cms 。由于 w = c ms 所以： d = 2ymsw 。如果根據(jù)圖 4.3 的方法布置減振器，那么 d 為： 2 d = 2ymswb  （4-1） a 2 cos 2 a 1 Cs 2p ms 所以 n = ，得： w = 圖 4.3 減震器的布置 c ms = 2pn 2 2 CS 為： CS = 4′1 ′ 3.14 ′ 292.5 = 11535.73 所以： w == 6.3Hz ， a / b = 0.8,a = 14° 這時候： m2 = 292.5 kg， 2 2 最終：d = 2 ′ 0.3′ 292.5′ 8.23′? 1 ? ′? 1 ? = 1640N · s / m 0.948 0.9703 ? ÷ ? ÷ è ? è ? （4-2） 3.5.4 減振器最大卸荷力 F0 的確定 當(dāng)減振器的活塞振動頻率達(dá)到某一特定數(shù)值的時候，減振器自行打開泄壓閥，這樣就 可以使傳到車架的沖擊力減少。此刻活塞的速度就是卸荷速度Vx ： Vx = Awa cosa / b (4-3) Vx 的取值范圍一般在 0.15 ~ 0.3m/s ，式中：A 取 ± 40mm 。 將數(shù)值代入，得：Vx = 0.04′8.23′ 0.948′cos16° = 0.3m / s Vx 符合要求 根據(jù)最大卸荷力公式： F0 = cdVx （ c：沖擊載荷系數(shù) ） 取c = 1.5 ；得： F0 = 1.8′1640′ 0.3 = 885.6N 3.5.5 減振器工作缸直徑 D 的確定 工作缸直徑 D 的公式為： D= 4F0 (4-4) e [P](1-?2 ) 在公式中， [P]的取值范圍在 3Mpa ~ 4Mpa 之間,本次設(shè)計(jì)選擇 [P ] = 3Mpa ； l 的取值范圍在 0.4 ~ 0.5，取 = 0.4 。 4 ′ 885.6 3.14 ′ 3′106 ′(1- 0.42 ) 所以： D = = 21.16mm (4-5) 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來選取的減振器參數(shù)為： D = 30mm，S = 240mm，L = 110mm，則： Lmin Lmax = L + S = 240 +110 = 350mm = Lmin + S = 350 + 240 = 590mm 所以選取 DC = 45mm ，壁厚為 2.6mm 。 第四章 結(jié)論 1 通過對麥弗遜式懸架的研究，提出了比較可行的設(shè)計(jì)思路，對各部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，在 滿足懸架剛度的條件下，對麥弗遜式懸架進(jìn)行了簡化。 2 本文主要設(shè)計(jì)了麥弗遜式懸架的螺旋彈簧和減振器，并且對導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行了受力分 析。通過檢驗(yàn)，設(shè)計(jì)后的螺旋彈簧滿足懸架剛度需求，減振器也符合設(shè)計(jì)要求。 3 本文利用AutoCAD對麥弗遜式懸架的螺旋彈簧，導(dǎo)向套，減振桿進(jìn)行了繪制，然后 繪制出麥弗遜式懸架的總裝圖。利用AutoCAD對零件圖進(jìn)行繪制，可以節(jié)省很多的時間， 深刻地體會到了CAD制圖的方便和效率，它比手繪零件圖的準(zhǔn)確率更高，效率也更高。 通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，本人將大學(xué)四年所學(xué)的知識進(jìn)行了一個總結(jié)。發(fā)現(xiàn)所學(xué)到的專 業(yè)知識還有待提高，專業(yè)經(jīng)驗(yàn)比較欠缺。在以后的生活和工作中，本人將積累各方面的經(jīng) 驗(yàn)并努力拓寬自己的知識面，以獲得更好的成績。 參考文獻(xiàn) [1]陳家瑞.汽車構(gòu)造（上下冊）（第 3 版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009. [2]余志生.汽車?yán)碚?第 5 版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009. [3]王望予.汽車設(shè)計(jì)(第 4 版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. [4]喻凡，林逸.汽車系統(tǒng)動力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. [5]徐石安.汽車構(gòu)造——底盤工程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008. [6]王國權(quán)，龔國慶.汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010. [7]劉濤.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：北京大學(xué)出版社.2008. [8]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊（設(shè)計(jì)篇）[M].北京：人民交通出版社， 2001. [9]王霄峰.汽車底盤設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010. [10]黃金陵.汽車車身設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. [11]彭莫,刁增祥.汽車動力系統(tǒng)計(jì)算匹配及評價[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2009. [12]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006. [13]范欽珊，殷雅俊.材料力學(xué)（第 2 版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008. [14]劉平安.AutoCAD2011 中文版機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)例教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010. [15]林清安.完全精通 Pro/ENGINEER 野火 5.0 中文版零件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)入門[M].北京：電子工 業(yè)出版社，2010. [16]王登峰.CATIA V5 機(jī)械（汽車）產(chǎn)品 CAD/CAE/CAM 全精通教程[M].北京：人民交通出 版社，2007. [17]周長城.車輛懸架設(shè)計(jì)及理論[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011. [18]艾維全.麥弗遜式前懸架的設(shè)計(jì)改進(jìn)及分析[J].上海汽車，2004，08 期. 謝辭 本畢業(yè)論文通過諸鑫瑞老師的悉心指導(dǎo)完成了。在我撰寫論文的過程中，經(jīng)常會遇到 各種困難，隨后去請教老師，老師都能夠悉心的指導(dǎo)我，幫助我順利解決困難和難題。從 論文選題一直到完成，每一步都離不開老師的指導(dǎo)。在這里，對老師表示深深的感謝。 在設(shè)計(jì)的過程中，翻閱了許多關(guān)于汽車懸架的參考文獻(xiàn)，對汽車的認(rèn)識上了一個層次。 然后通過自己的分析和計(jì)算，使自己的能力得到了鍛煉。在繪制零件圖和裝配圖時，還學(xué) 習(xí)了CAD軟件。 大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生涯馬上就要結(jié)束了，在這四年中，遇到了許多老師和同學(xué)，因?yàn)橛?了他們，才使我的大學(xué)生活過的多姿多彩。最后，還要感謝諸鑫瑞老師，我會永遠(yuǎn)記得你 對我耐心的指導(dǎo)！ 20