桑塔納2000前麥弗遜獨(dú)立懸架畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、前言： 懸架是現(xiàn)代汽車(chē)上的重要總成之一，它最主要的功能是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架(或車(chē)身)之間的一切力和力矩，并緩和汽車(chē)駛過(guò)不平路面時(shí)所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證汽車(chē)的行駛平順性。因此必須在車(chē)輪與車(chē)架或車(chē)身之間提供彈性聯(lián)接，依靠彈性元件來(lái)傳遞車(chē)輪或車(chē)橋與車(chē)架或車(chē)身之間的垂向載荷，并依靠其變形來(lái)吸收能量，達(dá)到緩沖的目的。采用彈性聯(lián)接后，汽車(chē)可以看作是由懸掛質(zhì)量(即簧載質(zhì)量)、非懸掛質(zhì)量(即非簧載質(zhì)量)和彈簧 (彈性元件)組成的振動(dòng)系統(tǒng)，承受來(lái)自不平路面、空氣動(dòng)力及傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)。為了迅速衰減不必要的振動(dòng)，懸架中還必須包括阻尼元件，即減振器。此外，懸架中確保車(chē)輪與車(chē)架

2、或車(chē)身之間所有力和力矩可靠傳遞并決定車(chē)輪相對(duì)于車(chē)架或車(chē)身的位移特性的連接裝置統(tǒng)稱(chēng)為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定了車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡和車(chē)輪定位參數(shù)的變化，以及汽車(chē)前后側(cè)傾中心及縱傾中心的位置，從而在很大程度上提高了整車(chē)的操縱穩(wěn)定性和抗縱傾能力?？傊?，懸架的設(shè)計(jì)關(guān)系到汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性、行駛舒適性、輪胎壽命以及汽車(chē)布置中的運(yùn)動(dòng)干涉等諸多方面。 此次設(shè)計(jì)是對(duì)桑塔納2000前獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞:麥弗遜獨(dú)立懸架、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、減震器、彈簧、橫向穩(wěn)定桿。 1緒論： 1.1懸架的功用 懸架是車(chē)架（或承載式車(chē)身）與車(chē)橋（或車(chē)輪）之間彈性連接裝置的總稱(chēng)。 1.傳遞它們之間

3、一切的力（反力）及其力矩（包括反力矩）。 2.緩和，抑制由于不平路面所引起的振動(dòng)和沖擊，以保證汽車(chē)良好的平順性，操縱穩(wěn)定性。 3.迅速衰減車(chē)身和車(chē)橋的振動(dòng)。 懸架系統(tǒng)的在汽車(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。由此可見(jiàn)懸架系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車(chē)上是重要的總成之一。 1.2 懸架的組成 現(xiàn)代汽車(chē)，特別是乘用車(chē)的懸架，形式，種類(lèi)，會(huì)因不同的公司和設(shè)

4、計(jì)單位，而有不同形式。 但是，懸架系統(tǒng)一般由彈性元件、減振器、緩沖塊、橫向穩(wěn)定器等幾部分組成等。 它們分別起到緩沖、減振 、力的傳遞、限位和控制車(chē)輛側(cè)傾角度的作用。 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(chē)懸架多采用螺旋彈簧，個(gè)別高級(jí)轎車(chē)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(chē)體的沖擊，具有占用空間小，質(zhì)量小，無(wú)需潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)，但由于本身沒(méi)有摩擦而沒(méi)有減振作用。這里我們選用螺旋彈簧。 減振器是為了加速衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動(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。 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來(lái)

5、傳遞車(chē)輪與車(chē)身間的力和力矩，同時(shí)保持車(chē)輪按一定運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)車(chē)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(lèi)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(chē)和客車(chē)上，為防止車(chē)身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過(guò)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(chē)具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。 現(xiàn)代汽車(chē)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(chē)上都采用被動(dòng)懸架，也就是說(shuō)汽車(chē)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(chē)的彈性元件，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減振器這些機(jī)械零件。 1

6、.3懸架的分類(lèi)：汽車(chē)的懸架從大的方面來(lái)看，可以分為兩類(lèi)：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架系統(tǒng)。 1.3.1獨(dú)立懸架 圖2 獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架是兩側(cè)車(chē)輪分別獨(dú)立地與車(chē)架（或車(chē)身）彈性地連接，當(dāng)一側(cè)車(chē)輪受沖擊，其運(yùn)動(dòng)不直接影響到另一側(cè)車(chē)輪，獨(dú)立懸架所采用的車(chē)橋是斷開(kāi)式的。這樣使得發(fā)動(dòng)機(jī)可放低安裝，有利于降低汽車(chē)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(chē)車(chē)輪的附著性。如圖2所示。 獨(dú)立懸架的類(lèi)型及特點(diǎn)： 圖3 獨(dú)立懸架的車(chē)軸分成兩段（如圖3），每只車(chē)輪用螺旋彈簧獨(dú)立地，彈性地連接安裝在車(chē)架(或車(chē)身)下

7、面，當(dāng)一側(cè)車(chē)輪受沖擊，其運(yùn)動(dòng)不直接影響到另一側(cè)車(chē)輪，獨(dú)立懸架所采用的車(chē)橋是斷開(kāi)式的。 現(xiàn)在，前懸架基本上都采用獨(dú)立懸架系統(tǒng)，最常見(jiàn)的有雙橫臂式和滑柱擺臂式（又稱(chēng)麥弗遜式）。 ⒈雙橫臂式 。 圖4 雙橫臂式獨(dú)立前懸架 工作原理：由上短下長(zhǎng)兩根橫臂連接車(chē)輪與車(chē)身，通過(guò)選擇比例合適的長(zhǎng)度，可使車(chē)輪和主銷(xiāo)的角度及輪距變化不大 這種獨(dú)立懸架被廣泛應(yīng)用在轎車(chē)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(chē)輪上，另一端安裝在車(chē)架上。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但經(jīng)久耐用，同時(shí)減振器的負(fù)荷小，壽命長(zhǎng)。可以承載較大負(fù)荷，多用于輕型﹑小型貨車(chē)的前橋。

8、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(chē)的前懸架一般不用此種結(jié)構(gòu)形式。 ⒉麥弗遜式（滑柱連桿式） 圖5 麥弗遜式獨(dú)立前懸架 工作原理：這種懸架目前在轎車(chē)中采用很多。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。 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(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)。以上問(wèn)題可通過(guò)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。 圖6 麥弗遜

9、懸架結(jié)構(gòu) 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 圖7 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 麥弗遜獨(dú)立懸架的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)速度快，占用空間少，便于裝車(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

10、器，加強(qiáng)剛度。 1.3.2非獨(dú)立懸架 非獨(dú)立懸架如圖8所示。其特點(diǎn)是兩側(cè)車(chē)輪安裝于一整體式車(chē)橋上，當(dāng)一側(cè)車(chē)輪受沖擊力時(shí)會(huì)直接影響到另一側(cè)車(chē)輪上，當(dāng)車(chē)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(jiǎn)化，降低成本。目前廣泛應(yīng)用于貨車(chē)和大客車(chē)上，有些轎車(chē)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。 圖8 1.4懸架的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 汽車(chē)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(chē)上都采用被動(dòng)懸架，20世紀(jì)80年代以來(lái)主動(dòng)懸架開(kāi)始在一部分汽

11、車(chē)上應(yīng)用，并且目前還在進(jìn)一步研究和開(kāi)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(chē)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。 隨著當(dāng)前世界汽車(chē)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(chē)發(fā)展的一大趨勢(shì)，特別是在大型客車(chē)和載重汽車(chē)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(kāi)始應(yīng)用在載重車(chē)、小轎車(chē)、大客車(chē)及鐵道車(chē)輛上。到60年代，德國(guó)、美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的大部分公共汽車(chē)上裝有了主動(dòng)式空氣彈簧懸架。 國(guó)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(zhǎng)一段時(shí)期，產(chǎn)品沒(méi)有進(jìn)一步發(fā)展，因此

12、，國(guó)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(shì)進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)豪華客車(chē)的廠家配套成熟的主動(dòng)式空氣彈簧懸架產(chǎn)品。 同時(shí)我國(guó)公路條件的改善為汽車(chē)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(chē)的需求，都對(duì)汽車(chē)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(chē)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(guó)內(nèi)各地受到重視，這些因素都將促使新型懸架在重型車(chē)市場(chǎng)的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大。 隨著國(guó)內(nèi)客車(chē)產(chǎn)品檔次的逐步升級(jí)，空氣懸架彈簧逐步被市場(chǎng)接受。目前，在國(guó)內(nèi)有多家客車(chē)廠生產(chǎn)的豪華大客車(chē)裝有空氣懸架，如

13、安凱、金龍客車(chē)、桂林大宇、合肥現(xiàn)代、杭州客車(chē)等，。 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(chē)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(kāi)發(fā)能力，以適應(yīng)市場(chǎng)的需求和變化，新型懸架的誕生迫在眉睫。 2懸架分析設(shè)計(jì) 2.1懸架結(jié)構(gòu)方案分析 2.1.1 獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式的選擇 為適應(yīng)不同車(chē)型和不同類(lèi)型車(chē)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(chē)對(duì)乘坐舒適性要求較高，故選擇獨(dú)立懸架。 2.1.2 懸架具體結(jié)構(gòu)形式的選擇 麥弗

14、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(jiǎn)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(chē)的前懸架幾乎全部采用了麥弗遜式懸架。 此次設(shè)計(jì)的懸架為發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的桑塔納2000車(chē)型，故選擇麥弗遜式獨(dú)立懸架形式。 2.2彈性元件 彈性元件是懸架的最主要部件，因?yàn)閼壹茏罡镜淖饔檬菧p緩地面不平度對(duì)車(chē)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(jué)；對(duì)貨物可減少其被破壞的可能性。 彈性元件主要有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、空氣彈簧等常用類(lèi)型

15、。除了板彈簧自身有減振作用外，配備其它種類(lèi)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(chē)盡快靜止。鋼板彈簧是汽車(chē)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(lèi)彈性元件所取代，本文選擇螺旋彈簧。 2.3減振元件 減振元件主要起減振作用。為加速車(chē)架和車(chē)身振動(dòng)的衰減，以改善汽車(chē)的行駛平順性，在大多數(shù)汽車(chē)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。 汽車(chē)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(chē)架與車(chē)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(guò)一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)，孔壁

16、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(chē)身和車(chē)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。 圖8 含減振器的懸架簡(jiǎn)圖 1.車(chē)身2.減震器3.彈性原件4.車(chē)橋 2.4傳力構(gòu)件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 車(chē)輪相對(duì)于車(chē)架和車(chē)身跳動(dòng)時(shí)，車(chē)輪（特別是轉(zhuǎn)向輪）的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)符合一定的要求，否則對(duì)汽車(chē)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(chē)輪按一定軌跡相對(duì)于車(chē)架和車(chē)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(chēng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。 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

17、，輪距變化大會(huì)引起輪胎早期磨損； （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。 2.5橫向穩(wěn)定器 在多數(shù)的轎車(chē)和客車(chē)上，為防止車(chē)身在轉(zhuǎn)向行駛等情況下發(fā)生過(guò)大的橫向傾斜，在懸架中還設(shè)有輔助彈性元件——橫向穩(wěn)定器。 橫向穩(wěn)定器實(shí)際是一根近似U型的桿件，兩個(gè)端頭與車(chē)輪剛性連接，用

18、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。 3 懸架主要參數(shù)的確定 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。此次設(shè)計(jì)是對(duì)桑塔納2000前獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)。 桑塔納2000參數(shù)：　　 長(zhǎng)/寬/高(mm) 4680/1700/1423 　　發(fā)動(dòng)機(jī)型式 74千瓦4缸2氣門(mén)電子控制多點(diǎn)噴射汽油機(jī)(AYJ) 　　變速器

19、型式 自動(dòng)變速箱/手動(dòng)變速箱 排量(毫升) 1781 　　最大功率(KW) 72/5200 　　最大扭矩(N.m) 155/3500 　　油耗(L/100km) 6.2 　　軸距(mm) 2656 　　前輪距（mm）1414 　　后輪距（mm）1422 　　滿載質(zhì)量（kg）1540 　　空車(chē)質(zhì)量（kg）1120 　　滿載前軸允許負(fù)荷<810kg 滿載后軸允許負(fù)荷<810kg 3.1懸架的空間幾何參數(shù) 在確定零件尺寸之前，需要先確定懸架的空間幾何參數(shù)。麥弗遜式懸架的受力圖如圖3-1： 根據(jù)車(chē)輪尺寸，確定G點(diǎn)離地高度為158.3mm，根據(jù)車(chē)身高度

20、確定C大致高度為700mm，O點(diǎn)距車(chē)輪中心平面110mm，減震器安裝角度14。 3.2懸架的彈性特性和工作行程 3.2.1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，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)，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 3.2.2 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。 由

21、n 3-1 式中 —————懸架靜撓度 得懸架靜撓度： 3-2 則懸架動(dòng)撓度：=（0.5—0.7） 取=0.5=0.5173.6＝86.8mm 為了得到良好的平順性，因當(dāng)采用較軟的懸架以降低偏頻，但軟的懸架在一定載荷下其變形量也大，對(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。 而=173.6+86.8=260.4mm>160mm 符合要求 3.2.3懸

22、架剛度計(jì)算 已知：已知整車(chē)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： 空載前軸單輪軸荷取60%： =318kg 滿載前軸單輪軸荷取50%：（滿載時(shí)車(chē)上5名成員，60kg/名）。 懸架剛度： = 4懸架主要零件設(shè)計(jì) 4.1 螺旋彈簧的設(shè)計(jì) 4.1.1螺旋彈簧的剛度 由于存在懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的關(guān)系，懸架剛度C與彈簧剛度是不相等的，其區(qū)別在于懸架剛度C是指車(chē)輪處單位撓度所需的力；而彈簧剛度僅指彈簧本身單位撓度所需的力。 例如麥弗遜獨(dú)立懸架的懸架剛度C的計(jì)算方法：如下圖所示。 選定下擺臂長(zhǎng)：EH=390.41mm；

23、半輪距：B=740mm ；減震器布置角度：β=14，高度561.76mm 可知懸架剛度與彈簧剛度的關(guān)系如下： 由圖可知：C=(uCosδ/PCosβ)Cs （4-1） 式中 C——懸架剛度，Cs ——彈簧剛度 已知u=1995.95mm p=2103.02mm δ=4β=14 得：20.08 N/mm 4.1.2 計(jì)算彈簧鋼絲直徑d 根據(jù)下面的公式可以計(jì)算： 式中 i——彈簧有效工作圈數(shù)，先取8 G——彈簧材料的剪切彈性模量，取Mpa ——彈簧中徑，取110mm 代入計(jì)算得：d=11.98mm 4.1

24、.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； 4.1.4 彈簧校核 （1）彈簧剛度校核 彈簧剛度的計(jì)算公式為： 代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得彈簧剛度為： N/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： 式中 C——彈簧指數(shù)（旋繞比）， ——曲度系數(shù)，為考慮簧圈曲率對(duì)強(qiáng)度影響的系數(shù)， 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)： =1

25、10/2=9.16 P=N 則彈簧表面的剪切應(yīng)力：Mpa [τ]=0.63[σ]=0.631000Mpa，因?yàn)棣?[τ]，所以彈簧滿足要求。 4.1.5 小結(jié) 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。 4.2 減振器結(jié)構(gòu)類(lèi)型的選擇 減振器的功能是吸收懸架垂直振動(dòng)的能量，并轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，使振動(dòng)迅速衰減。汽車(chē)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(chē)架與車(chē)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(guò)另一些狹小的孔隙流入另一個(gè)內(nèi)腔。

26、此時(shí)，孔與油液見(jiàn)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(chē)身和車(chē)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。 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。故名思義，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，

27、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。 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9所示。其中A為工作腔，C為補(bǔ)償腔，兩腔之間通過(guò)閥系連通，當(dāng)汽車(chē)車(chē)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(guò)相應(yīng)閥體上的阻尼孔，將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳⒌簟＼?chē)輪向上跳動(dòng)即懸架壓縮時(shí)，活塞1向下運(yùn)動(dòng)，油液通過(guò)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(chē)輪向下跳動(dòng)即懸架伸張

28、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(guò)活塞桿與導(dǎo)向座間的縫隙由回流孔6進(jìn)人補(bǔ)償腔，同樣由于活塞桿所占據(jù)的體積，當(dāng)活塞向上運(yùn)動(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(guò)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(zhǎng)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。 圖9雙筒式減振器工作原理

29、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(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

30、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(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(mén)，則當(dāng)其逐漸打開(kāi)時(shí)，可獲得曲線A與曲線A+B間的過(guò)渡特性。恰當(dāng)選擇A,B的孔徑和閥的逐漸開(kāi)啟量，可以獲得任何給定的特性曲線。閥打開(kāi)的過(guò)程可用三個(gè)階段來(lái)描述，第一階段為閥完全關(guān)閉，第二階段為閥部分開(kāi)啟，第三階段為閥完全打開(kāi)。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/s時(shí)閥就開(kāi)始打開(kāi)，完全打開(kāi)則需要運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到數(shù)米每秒。 圖10

31、 閥的開(kāi)啟程度對(duì)減振器特性影響示意圖 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(chē)輪的接地能力和汽車(chē)的行駛性能。根據(jù)汽車(chē)的型式、道路條件和使用要求，可以選擇恰當(dāng)?shù)淖枘崃μ匦浴? 圖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 需要注意的是，在大部分汽車(chē)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(chē)輪處的阻尼力之間存在

32、差異，當(dāng)左右車(chē)輪同向等幅跳動(dòng)時(shí)，阻尼力的傳遞比，由于角度 (見(jiàn)圖12)同時(shí)造成車(chē)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(chē)輪處阻尼系數(shù)的倍。當(dāng)車(chē)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。 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（13）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)

33、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

34、同高度的彈簧。 圖13 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。因而本次設(shè)計(jì)選擇雙筒式減振器。 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。 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 4.2.1減震器參數(shù)的設(shè)計(jì) （1）相對(duì)阻尼系數(shù)ψ 相對(duì)阻尼系數(shù)

35、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(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(chē)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。 設(shè)計(jì)時(shí)，先選取與的平均值ψ。相對(duì)無(wú)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(chē)架，取=0.5 取ψ=0.3，則有：，計(jì)算得：=0.4，=0.2 （2）減震器阻尼系數(shù)的確定 減震器阻尼系數(shù)。因懸架系統(tǒng)固有頻率，所以理論上。實(shí)

36、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： 根據(jù)公式，可得出： 滿載時(shí)計(jì)算前懸剛度N/m 代入數(shù)據(jù)得：=6.3HZ，取, 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： （3）減震器最大卸荷力的確定 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，按上圖安裝形式時(shí)有： 式中，為卸荷速度，一般為0.15~0.3m/s，A為車(chē)身振幅，??；為懸架振動(dòng)固有頻率。 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得卸荷速度為： 符合在0.15~0.3m/s之間范圍要求。 根據(jù)伸張行程最

37、大卸荷力公式：可以計(jì)算最大卸荷力。式中，c是沖擊載荷系數(shù)，取c=1.5；代入數(shù)據(jù)可得最大卸荷力為： （4）減震器工作缸直徑D的確定 根據(jù)伸張行程的最大卸荷力計(jì)算工作缸直徑D為： 其中，——工作缸最大壓力，在3Mpa~4Mpa,取=3Mpa； ——連桿直徑與工作缸直徑比值，=0.4~0.5，取=0.4。 代入計(jì)算得工作缸直徑D為： 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。 工作缸直徑D 基長(zhǎng)L 貯油直徑 吊環(huán)直徑φ 吊環(huán)直徑寬度B 活塞行程S 30 11 （

38、120） 44 （47） 29 24 230、240、250、260、270、280 40 14 （150） 54 39 32 120、130、140、150、270、280 50 17 （180） 70 （75） 47 40 120、130、140、150、160、170、180 65 210 210 62 50 120、130、140、150、160、170、180、190 所以選擇工作缸直徑D=30mm的減震器，對(duì)照上表選擇起長(zhǎng)度： 活塞行程S=240mm，基長(zhǎng)L=110mm，則： （壓縮到底的長(zhǎng)度） （拉足的長(zhǎng)度） 取貯油缸直徑=

39、44mm，壁厚取2mm。 4.3 橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì) 4.3.1 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。 4.3.2 橫向穩(wěn)定桿參數(shù)的選擇 具體尺寸選擇如下：桿的直徑d=18mm，桿長(zhǎng)L=1000mm，c=363mm，a=68mm，b=69mm，=156mm，圓角半徑R=2

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