某轎車麥弗遜式懸架設(shè)計(jì)及校核

某轎車麥弗遜式懸架設(shè)計(jì)及校核,轎車,麥弗遜式,懸架,設(shè)計(jì),校核 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)(論文)題目： 某轎車麥弗遜式懸架設(shè)計(jì)及校核 　　　　　　　　 學(xué)生姓名： 二級(jí)學(xué)院： 班　　級(jí)： 提交日期： 目錄 目 錄 摘 要 III Abstract IV 1 緒 論 1 1.1 課題背景和意義 1 1.2 懸架的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 1 1.3 懸架的發(fā)展趨勢(shì) 2 1.4 課題主要內(nèi)容和研究目的 3 2 懸架結(jié)構(gòu)方案分析 4 2.1懸架總成分析 4 2.2 獨(dú)立懸架優(yōu)缺點(diǎn)分析 5 2.3 麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)及特性分析 5 3 麥弗遜獨(dú)立懸架設(shè)計(jì) 7 3.1 麥弗遜獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)概述 7 3.2 麥弗遜懸架設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù) 7 3.3 麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)分析 8 3.4 懸架的彈性特性設(shè)計(jì) 9 3.5 懸架撓度的設(shè)計(jì) 10 3.6 懸架彈性元件設(shè)計(jì) 11 3.7 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 3.8 減振器的設(shè)計(jì) 19 3.8 橫向穩(wěn)定器 22 3.9 懸架結(jié)構(gòu)元件 22 4 前輪定位參數(shù) 25 4.1 主銷后傾角 25 4.2 主銷內(nèi)傾角 27 4.3 前輪外傾角 28 4.4 前輪前束 29 5 麥弗遜懸架其他零件的建模及圖紙 31 5.1 車輪的建模 31 5.2 螺旋彈簧二維圖 32 5.3 減振器二維圖 32 5.4 三維總裝配圖 33 5.5 總二維圖 33 6 基于CAE的懸架仿真分析 34 6.1 減震器CAE分析 34 6.2 彈簧CAE分析 37 7 設(shè)計(jì)總結(jié) 41 參考文獻(xiàn) 42 致 謝 43 IV 摘要 某轎車麥弗遜式懸架設(shè)計(jì)及校核 摘 要 懸架是車身和車軸的連接部件。其關(guān)鍵任務(wù)是車輪與車架相互的力與力矩的傳送；減輕路面對(duì)車架造成的沖擊，削弱承載系統(tǒng)的振動(dòng)，確保汽車行進(jìn)平穩(wěn)而順利。 本設(shè)計(jì)在研究了懸架歷史并對(duì)比了各類型懸架的優(yōu)缺點(diǎn)之后，進(jìn)行了某轎車麥弗遜前懸架設(shè)計(jì)，包含懸架型號(hào)的選擇、減振器參數(shù)推算及型號(hào)選用、彈性元件的遴選和橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件繪制設(shè)計(jì)裝配圖和主要零件圖。最后利用計(jì)算機(jī)仿真軟件建立主要零件的有限元模型，對(duì)其進(jìn)行仿真分析及應(yīng)力校核，結(jié)果證明設(shè)計(jì)合理可行。 關(guān)鍵詞：懸架；麥弗遜式；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；有限元分析 Abstract The design and check of the Macpherson suspension of a certain car Abstract Suspension is body and axle connecting parts. The key task is the wheels and the frame of mutual force and torque transmission, reduce road in the face of frame caused by the impact, weakening of the bearing system vibration, to ensure that the car is moving smoothly and successfully. This design after the suspension history and compare the advantages and disadvantages of various types of suspension, a McPherson front suspension design, including suspension types, the damper parameter estimation and model selection, the elastic element selection and the horizontal stabilizer bar design, the use of computational computer aided design software design of assembly drawing and the main parts of the map drawing. Finally, the computer simulation software to establish the finite element model of the main parts, the simulation analysis and stress checking. The results show that the design is reasonable and feasible. Key words: Suspension; McPherson; Computer aided design;Finite element analysis 第1章 緒論 1 緒 論 1.1 課題背景和意義 據(jù)中國(guó)汽車協(xié)會(huì)發(fā)表的一則新聞，已經(jīng)過(guò)去的一年我們國(guó)家的汽車產(chǎn)量為2450.33萬(wàn)比14年增長(zhǎng)3.25%，銷量為2459.76萬(wàn)比前一年增長(zhǎng)4.68％。盡管該結(jié)果可看出增長(zhǎng)速度和前年比略微下降，降低4.01與2.18個(gè)百分比，不過(guò)追溯到13年我們轎車產(chǎn)量和銷量接連三年大于2000萬(wàn)，且在這一年獲得世界汽車史上最佳業(yè)績(jī)接連七個(gè)年頭折桂，十分可喜。個(gè)中我們自己生產(chǎn)的乘用車在行業(yè)內(nèi)的好口碑與新能源汽車賣得風(fēng)生水起的表現(xiàn)，儼然讓我們從事汽車行業(yè)的從業(yè)人員欣喜，對(duì)我國(guó)轎車市場(chǎng)的長(zhǎng)足進(jìn)步與發(fā)展深感激動(dòng)。 現(xiàn)在，我們國(guó)家已經(jīng)是全球轎車生產(chǎn)翹楚，往生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)過(guò)渡是當(dāng)務(wù)之急。要想成為全球汽車強(qiáng)國(guó)務(wù)必滿足三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，一是要擁有富有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的聞名全球的世界級(jí)企業(yè)和品牌；二是要積極運(yùn)用2個(gè)種類能源，開拓兩大行銷區(qū)域，也要能夠獲得國(guó)際市場(chǎng)地認(rèn)可與好評(píng)；三是掌握焦點(diǎn)技術(shù)和新技術(shù)的行業(yè)風(fēng)向，為世界汽車行業(yè)的進(jìn)步起推動(dòng)作用，同時(shí)在這一過(guò)程當(dāng)中，積極自主創(chuàng)新，兼收并蓄，實(shí)現(xiàn)共贏。為了滿足這三個(gè)條件，兼并重組勢(shì)在必行，自主品牌汽車將成為出口的主力，也將成為中國(guó)汽車業(yè)做大做強(qiáng)的基石，另外為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，中國(guó)必將扶持自主開發(fā)，鼓勵(lì)轎車制造商加大鉆研探索和科技革新得力度，努力研發(fā)帶有我們自己國(guó)家特色得汽車，倡導(dǎo)大牌營(yíng)銷策略。在這種大行情下，自己研發(fā)的轎車產(chǎn)品所霸占的車市額度將穩(wěn)步提升。我們自己轎車的探索研究始于基礎(chǔ)構(gòu)件。 懸掛通過(guò)彈簧、減振器與導(dǎo)向結(jié)構(gòu)配合起來(lái)完成工作。此外，還輔有橫向穩(wěn)定器和緩沖塊。彈簧、橡膠緩沖塊等是典型得彈性元件，作用為接受與傳送豎直方向受力，減緩路況不佳造成得振動(dòng)。減振裝置有減振器、緩沖塊等，用來(lái)吸收一部分沖擊能量，快速衰減振動(dòng)[2]。桿件是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的基本組成，對(duì)車輪相對(duì)車架運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向和控制作用。絕大部分汽車?yán)?，為了保證車子即將轉(zhuǎn)彎的時(shí)候保持好自己地穩(wěn)定，懸掛使用橫向穩(wěn)定器，配合彈簧工作。轎車中使用緩沖塊，防止懸架過(guò)分損壞。 懸架也被列入轎車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)表，是評(píng)價(jià)車子性能的不可或缺的標(biāo)準(zhǔn)。乘客不良反應(yīng)的減輕可以通過(guò)懸架系統(tǒng)緩解路面沖擊來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)秀的懸架系可以很好地表現(xiàn)彎道性能。懸架具有的避震性能能夠盡可能將汽車保護(hù)的很完好，降低花費(fèi)的維修成本。懸架對(duì)于汽車的意義不言而喻。雖說(shuō)時(shí)代在進(jìn)步，技術(shù)在進(jìn)步，我們對(duì)于懸架先進(jìn)性的探索仍需繼續(xù)。 1.2 懸架的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 發(fā)達(dá)的科技是我們每代人的夢(mèng)想。馬車作為交通樞紐的年代里，大家對(duì)乘坐要求有所提高，故而當(dāng)時(shí)的科學(xué)家努力研究充當(dāng)馬車懸掛的葉片彈簧。1776年，葉片彈簧收獲專利，風(fēng)靡了一個(gè)多世紀(jì)后，螺旋彈簧登上歷史舞臺(tái)。更加方便的汽車出現(xiàn)后取代了馬車，隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，更多不同種類的彈簧諸如扭桿彈簧、空氣彈簧如雨后春筍紛紛涌現(xiàn)出來(lái)，讓人目不暇接。20世紀(jì)三十年代中期，聰明才智的科學(xué)家們創(chuàng)造了懸架史上的里程碑，創(chuàng)造了史無(wú)前例的螺旋彈簧被動(dòng)懸架。其數(shù)據(jù)為固定值，由精益求精的設(shè)計(jì)得出。它整合了不一樣的無(wú)章路況，由于不能習(xí)慣，造成了減振性的缺失。解決這個(gè)問(wèn)題，使用一種彈簧，其中它的剛度不是線性的?；蛘呦拗栖嚫叩耐緩揭材苄械猛?。即使這樣有點(diǎn)用，但不能完全將它的缺陷克服。被動(dòng)懸架被一些中低檔轎車接納。如今，汽車前懸掛常選取麥弗遜懸掛，后懸掛常選取復(fù)合縱擺臂懸掛與多連桿懸掛[8]。? 半主動(dòng)懸架的探索追溯至1973年，由D.A.Crosby和D.C.Karnoop最早開始。半主動(dòng)類型的懸掛主要調(diào)整懸掛地阻尼，不怎么會(huì)想到懸掛剛度波動(dòng)帶來(lái)得影響。工作原理是：依據(jù)簧上質(zhì)量對(duì)于車胎得速率感應(yīng)、物體速度變化快慢地感應(yīng)得反應(yīng)信號(hào)，依照固有地規(guī)則調(diào)整彈性元件得阻力或剛度。它產(chǎn)生力地方法與其祖先被動(dòng)懸掛差不多，不同點(diǎn)是阻尼、剛度指數(shù)隨工作狀況改變，恰恰與主動(dòng)懸掛很像。分級(jí)類半主動(dòng)懸掛，顧名思義，對(duì)阻尼實(shí)行劃分等級(jí)。阻尼級(jí)數(shù)通過(guò)駕車者自主進(jìn)行確定或通過(guò)感應(yīng)器感應(yīng)確定；不分級(jí)類半自動(dòng)懸掛，即根據(jù)當(dāng)時(shí)情況對(duì)阻尼進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)整。補(bǔ)充一點(diǎn)，它具有結(jié)構(gòu)不復(fù)雜的優(yōu)勢(shì)，無(wú)須耗費(fèi)車子能源，且獲取和主動(dòng)懸架差不多的效果，前景十分光明。? 伴隨汽車行業(yè)的蒸蒸日上，車速經(jīng)歷很大的飛躍，被動(dòng)懸架的短板則絆住了想讓汽車更快速的我們，所以設(shè)計(jì)了性能十分全面的主動(dòng)懸架。這一觀點(diǎn)是1954年大洋彼岸得通用公司研發(fā)懸掛時(shí)萌生而出。相比被動(dòng)懸架的優(yōu)點(diǎn)是，多了控制剛度與阻尼的構(gòu)件，保證懸架適應(yīng)各種情況保持高性能?？刂破餍狄话惆ㄈ篌w系，丈量系統(tǒng)、反映控制系統(tǒng)、能量系統(tǒng) 。年后的十年時(shí)間，全球顯赫的汽車公司和廠家紛紛投入這種懸架的研發(fā)。Benz、Volvo、Lotus、Toyota一些外國(guó)公司有過(guò)結(jié)果相當(dāng)喜人的實(shí)驗(yàn)。配有主動(dòng)懸架的汽車，不佳路況時(shí)，車身不會(huì)過(guò)分傾斜，減噪效果也很好，曲線行駛和剎車時(shí)不掉鏈子。優(yōu)勢(shì)為可給乘客很舒服的感覺(jué)，不過(guò)也有結(jié)構(gòu)不簡(jiǎn)單、消耗大、付出過(guò)高的缺陷。? 很多方面表明，中國(guó)轎車大多選取被動(dòng)懸掛。半主動(dòng)與主動(dòng)懸掛得探索開始地不夠早，與其他國(guó)家無(wú)法相比。在西方，半主動(dòng)懸架在1980年很普及了。福特與日產(chǎn)最早使用，取得極佳的成績(jī)，他國(guó)紛紛開始效仿。主動(dòng)懸架隨概念的誕生很早，但因?yàn)榭刂品彪s，且與其他學(xué)科關(guān)聯(lián)過(guò)多，顯得難堪大用。1990年后的十年歲月，排量大的汽車會(huì)向其拋橄欖枝。我國(guó)對(duì)此的探索只僅限于零星的幾個(gè)機(jī)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)都比較有探索精神。 1.3 懸架的發(fā)展趨勢(shì) 隨著人們對(duì)汽車性能的日益高要求，安全、智能、環(huán)保的懸架將是大勢(shì)所趨。 被動(dòng)懸架的剛度與阻尼是無(wú)法變化的。根據(jù)隨機(jī)振動(dòng)學(xué)說(shuō)，它只可以在規(guī)定情況下收獲不錯(cuò)的表現(xiàn)。不過(guò)它理論夠老道、組成不復(fù)雜、功能強(qiáng)大、付出不高且不用很多能源的特點(diǎn)抓住了制造商的心。在內(nèi)地，研究的人還是挺多的。對(duì)被動(dòng)懸掛得探索主要包括三分支：分析所受的各種力，建模，再采取電腦simulation技術(shù)或有限元軟件分析得出最適合得數(shù)據(jù)。鉆研的減振器彈簧剛度能調(diào)，阻尼能變，懸架無(wú)論何種情況都能具備絕佳的狀態(tài)；鉆探導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，可以讓懸掛兼顧轎車平穩(wěn)與安全，一舉兩得，十分巧妙。 半主動(dòng)懸架的探索集結(jié)于兩方向：執(zhí)行策略和執(zhí)行器。阻尼能變化得減振裝置最常見(jiàn)有兩個(gè)變阻尼方式，第一種為調(diào)整節(jié)流孔孔徑；二為調(diào)節(jié)減震液粘性[3]。節(jié)流孔孔徑常經(jīng)電磁閥或者步進(jìn)電機(jī)有無(wú)級(jí)地調(diào)控，但付出過(guò)大，組成不簡(jiǎn)單。第二種方法，因?yàn)槠浣M成不復(fù)雜、付出不大、安靜和平穩(wěn)的優(yōu)勢(shì)，成為這一行業(yè)的主流。? 主動(dòng)懸架鉆研也聚集于兩個(gè)方向：可靠性、執(zhí)行器。主動(dòng)懸掛選取很多的基本結(jié)構(gòu)諸如很多sensor、單片機(jī)、輸入輸出電路與不同接口，促使可靠性的打折。因此，強(qiáng)化集成度，是無(wú)法逃避的一階段。執(zhí)行器探索大多為電動(dòng)原件換掉液體原件。應(yīng)用電磁存儲(chǔ)能源理論，加上數(shù)據(jù)預(yù)估自動(dòng)校準(zhǔn)操控器，有望開發(fā)出高技能低能耗得電磁蓄能式自動(dòng)適應(yīng)主動(dòng)懸掛，使主動(dòng)懸架由理論研究轉(zhuǎn)化為實(shí)際[1]。 1.4 課題主要內(nèi)容和研究目的 1.?依照標(biāo)準(zhǔn)和原始尺寸對(duì)懸掛中彈簧、減振器、橫向穩(wěn)定桿進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和可行性校核。?? 2.?利用空間坐標(biāo)交換規(guī)律與空間剛體運(yùn)轉(zhuǎn)學(xué)理論，經(jīng)由對(duì)懸掛的精簡(jiǎn)和抽象，把具體物體模子轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢云饰龅奈锢砟Ｗ优c數(shù)學(xué)模子。????? 3.?用Hypermesh進(jìn)行分析。? 4.?研究目的是加深對(duì)于汽車零部件設(shè)計(jì)方面的理解，為以后從事汽車行業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。 44 第2章 懸架結(jié)構(gòu)方案分析 2 懸架結(jié)構(gòu)方案分析 2.1懸架總成分析 懸架作為汽車必要的組成部分，是完成車架和車軸間的聯(lián)接的裝置，其最大功效為推送包括支持力、剎車力在內(nèi)的大部分力和力矩。同時(shí)做到減少不佳路況對(duì)車子的性能速度影響、削弱震蕩加強(qiáng)車子平衡性、確保乘坐過(guò)程不出現(xiàn)嘔吐等不好的用戶體驗(yàn)、降低整體的負(fù)重。常見(jiàn)懸掛結(jié)構(gòu)件包含彈性元件、減振器與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，3者相輔相成相互配合發(fā)揮各自緩和沖擊、減弱振動(dòng)、傳送力得功效。絕大多數(shù)懸架基本具有螺旋彈簧和減振器兩個(gè)結(jié)構(gòu)，不過(guò)不一樣種類的懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)區(qū)別卻不是很小，這也使之成為懸架之間特性最不相同的的核心組成。依據(jù)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)得類型、組成特征，汽車懸架被劃分成兩個(gè)類別：非獨(dú)立懸掛與獨(dú)立懸掛[9]。 懸架將車架和車軸巧妙地連接上，它影響到汽車的不少行駛特性，作為汽車最不可或缺的三個(gè)成部分中的一個(gè)（另外兩個(gè)就是：發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱）。依據(jù)組成剖析懸架，懸架只包含很多桿、筒和彈簧等不是很復(fù)雜的元件。不過(guò)懸掛卻為一十分不容易做到盡善盡美得轎車組成，原因是它要使駕駛員操作安全有保障的同時(shí)，也要同時(shí)讓乘員在車上不會(huì)不舒服 ，不過(guò)二者恰恰互相背離無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)。為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的舒適性，要能夠做到大幅度削減汽車的振動(dòng)，這就要求設(shè)計(jì)的彈簧不是很硬質(zhì)，不過(guò)滿足這一條件時(shí)卻不難讓轎車產(chǎn)生制動(dòng)“點(diǎn)頭”、加快速度“抬頭”和劇烈側(cè)傾趨向，給轉(zhuǎn)向的駕駛員帶來(lái)不小風(fēng)險(xiǎn)，極易發(fā)生不該有的悲劇。 懸架組成雖簡(jiǎn)單不過(guò)數(shù)據(jù)的選擇卻十分不簡(jiǎn)單，制造商為達(dá)到汽車的舒適性的時(shí)候，同時(shí)兼顧操縱穩(wěn)定性的話需要付出不小的代價(jià)。對(duì)待問(wèn)題各個(gè)制造商有自己獨(dú)特的想法和解決對(duì)策。因而應(yīng)運(yùn)而生出國(guó)內(nèi)當(dāng)下最為普及的五大懸架：麥弗遜式獨(dú)立懸架、雙叉臂式獨(dú)立懸架、單縱臂扭桿梁類半獨(dú)立懸掛、連桿支柱型獨(dú)立懸掛、多連桿獨(dú)立懸掛[10]。 圖2.1 懸架圖 2.2 獨(dú)立懸架優(yōu)缺點(diǎn)分析 獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)是：簧下質(zhì)量小；懸架占用的空間??；它的彈簧僅僅支撐豎直方向受力，因此選擇剛度不大得彈性原件，讓車子搖擺振動(dòng)慢下來(lái)，讓車子平穩(wěn)順利地前行；因?yàn)榕鋫涞臄嚅_式車軸的緣故，能使發(fā)動(dòng)機(jī)所處位置低下來(lái)，車子質(zhì)心位置低下來(lái)，達(dá)到同樣的目的；左、右車輪的運(yùn)動(dòng)是相互獨(dú)立，即與彼此無(wú)關(guān)的，這就保證了車身的平穩(wěn)，同時(shí)在很顛簸的路況下依舊保持非常不錯(cuò)的抓地力；獨(dú)立懸掛會(huì)包含很多企劃給開發(fā)者選擇，來(lái)達(dá)到不一樣的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。獨(dú)立懸架的短板在于組成相對(duì)不夠簡(jiǎn)單，付出很多，出現(xiàn)故障解決起來(lái)很麻煩。該類型懸掛常常適用于乘用車以及一些總重挺小得商務(wù)用車。 2.3 麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)及特性分析 麥弗遜懸掛為當(dāng)代各國(guó)尤其受歡迎得前懸掛中得一個(gè)。 它基本包括螺旋彈簧、減振裝置、三角形下擺臂，相當(dāng)多的汽車另外添加橫向穩(wěn)定器。簡(jiǎn)而言之大概組成即為螺旋彈簧套與減振裝置相互配合。減振器能基本保證螺旋彈簧受力時(shí)不偏離太多位移，限制彈簧僅可以在縱向平面內(nèi)進(jìn)行位移，并能以減振器的所作位移大小和松弛壓縮程度，來(lái)調(diào)節(jié)懸架的硬度和性能。 麥弗遜懸掛普遍應(yīng)用于中小類型汽車，作為這些汽車得前懸掛以供使用。國(guó)外品牌如Porsche911，國(guó)內(nèi)品牌包括國(guó)產(chǎn)Audi、Santana、夏利、富康在內(nèi)得前懸掛都選取麥弗遜懸掛。即使麥弗遜懸架在性能上和其他更高技術(shù)含量的懸架也有一定差距，不過(guò)它講真是一款歷久彌新經(jīng)得起考驗(yàn)的獨(dú)立懸架，對(duì)不同的路況都可以很從容應(yīng)對(duì)。 圖2.3麥弗遜懸架 結(jié)構(gòu)特性：側(cè)傾中心高度較高；輪胎相對(duì)車身運(yùn)動(dòng)時(shí)輪胎定位數(shù)據(jù)得波動(dòng)不是很大；輪距變化??；懸架側(cè)傾角剛度較大；橫向剛度大；占用的空間尺寸?。唤Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。 第3章 麥弗遜獨(dú)立懸架設(shè)計(jì) 3 麥弗遜獨(dú)立懸架設(shè)計(jì) 3.1 麥弗遜獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)概述 對(duì)麥弗遜懸掛進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，切記務(wù)必深入了解麥弗遜懸掛具有得最大特征，比方側(cè)傾中心高度相對(duì)很高；輪胎相對(duì)車身運(yùn)動(dòng)時(shí)輪胎定位數(shù)據(jù)波動(dòng)很??；輪距變化很??；懸掛側(cè)傾角剛度很高，橫向穩(wěn)定器就沒(méi)有使用的必要了；橫向剛度大；占用空間小；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊等，對(duì)懸架進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。切記要搞明白很多重要數(shù)據(jù)以及所有之間得互相聯(lián)系。才能一步步地平穩(wěn)進(jìn)行。? 麥弗遜懸架所要滿足的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下：? 1）確保車子行駛時(shí)平穩(wěn)安全、駕駛員駕駛方便不出紕漏。?????? 2）具有合適的衰減振動(dòng)的能力。??????? 3）汽車剎車或超車時(shí)，要確保車身穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)，縱向傾斜盡量避免，轉(zhuǎn)向時(shí)車身側(cè)傾角度合理。? 4）擁有良好的隔聲能力。? 5）結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸小。? 6）放心地傳送前進(jìn)過(guò)程之中極大多數(shù)力與力矩，懸掛基本組成件要求質(zhì)輕且使用持續(xù)時(shí)間強(qiáng)度都能達(dá)到使用要求。 為使汽車前進(jìn)時(shí)保持順暢，規(guī)定包含簧上質(zhì)量和彈簧構(gòu)成得振動(dòng)系得固定頻率不用特別特別高。前、后懸掛本身頻率得配合應(yīng)該符合要求：前懸掛自身頻率略不比后懸掛高，盡可能保證車子（車身）不受到各種沖擊載荷。在簧上質(zhì)量波動(dòng)的時(shí)候，車身高度波動(dòng)要不是很大。所以，這時(shí)候就有非線性線性彈性懸架的用武之地。? 要合理決定懸架實(shí)施方案和各個(gè)參數(shù)，在車輪縱向平面做位移時(shí)，使主銷定位角大小波動(dòng)盡量小、車輪和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)二者的動(dòng)作要和洽，保證前輪不發(fā)生振動(dòng)；車子曲線行進(jìn)的時(shí)候，轉(zhuǎn)彎性能可以稍微低一點(diǎn)。獨(dú)立懸掛導(dǎo)向桿系嚙合得地方一般都是橡膠襯套，作用是沖擊通過(guò)它時(shí)自動(dòng)停下來(lái)，保護(hù)了車子。 3.2 麥弗遜懸架設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù) 現(xiàn)該車基本配置如下： 表3.1基本配置 上市時(shí)間 車結(jié)構(gòu) 門座三廂 車輛的級(jí)別 中型車 車身總質(zhì)量(Kg) 車軸距（mm） 車輪距（mm） 1550/1520（前、后） 整車長(zhǎng)度(mm) 整車寬度（mm） 車身高度（mm） 油箱容積 標(biāo)準(zhǔn)座位數(shù) 行李箱容積 引擎 ACTECO-SQR484F/直列缸雙頂置凸輪軸 變速器 檔手動(dòng) 標(biāo)準(zhǔn)排量（cc） 燃油系統(tǒng) 電子燃油噴射式 極限功率(KW/rpm) 97/5750 極限扭矩（N·m/rpm) 170/4300-4500 驅(qū)動(dòng)方式 前置前驅(qū) 制動(dòng)器 碟式/碟式 轉(zhuǎn)向的助力 助力轉(zhuǎn)向式 懸架 前麥弗遜懸掛，/后 多連桿懸掛 輪轂尺寸 輪胎 215/60 R16 最小轉(zhuǎn)向半徑 最小離地間隙 接近角 3.3 麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)分析 麥弗遜懸掛由多個(gè)零部件組成，所以采用空間結(jié)構(gòu)剖析方法，把懸掛中得元件等效為剛體，探索懸架在空間中得運(yùn)轉(zhuǎn)情況。 圖3.1為1/2麥弗遜懸掛等效結(jié)構(gòu)圖，經(jīng)由圖中等效途徑，都能夠清楚看出：懸掛擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)相互得聯(lián)結(jié)經(jīng)由球副來(lái)等效；減振裝置外面得套筒與活塞得連接方式等效為一移動(dòng)副；減振器得頂部支點(diǎn)與車子得連接等效為一旋轉(zhuǎn)副。麥弗遜懸掛則被想象為一個(gè)密封得三維構(gòu)件。圖示可以使我們對(duì)懸架的分析變得簡(jiǎn)單。 圖 3.2 麥弗遜懸架等效機(jī)構(gòu)圖 3.4 懸架的彈性特性設(shè)計(jì) 懸架所受豎直方向力F和該方向力造成得輪胎中央和車子前進(jìn)距離f（就是懸掛得扭曲程度）得聯(lián)系圖像，叫做懸掛得彈性特性。關(guān)系曲線切線的斜率即是懸架的剛度。? 懸掛得彈性特性包括線性特性與非線性性特性。當(dāng)懸掛變形量f與豎直外力F二者成一個(gè)不變得數(shù)值波動(dòng)時(shí)，曲線就是一根不彎曲得線，這時(shí)候就是線性特性，曲線斜率自然就是固定數(shù)值。反之，彈性特性如圖3.3所示。此時(shí)，剛度是不為固定值的，曲線特征是在滿載位置（圖3.3 懸架彈性特性曲線點(diǎn)8）周圍，剛度不大同時(shí)曲線波動(dòng)也不大，說(shuō)明汽車行駛很平穩(wěn)順利；距點(diǎn)8很遙遠(yuǎn)的兩個(gè)端點(diǎn)處，曲線突然陡起來(lái)，曲線斜率變大。這樣的話，能在限定的動(dòng)撓度取值區(qū)間力，收獲足夠的動(dòng)容量，相比線性特性時(shí)收獲更多。懸掛得動(dòng)容量是指懸掛始于不動(dòng)負(fù)荷開始改變形狀，等懸掛所應(yīng)允得極限變形位置所做得功。該數(shù)值變大，打穿緩沖塊得幾率就變低。 圖3.3 懸架彈性特性曲線 3.5 懸架撓度的設(shè)計(jì) 3.5.1 懸架靜撓度?的設(shè)計(jì) 懸掛靜撓度指車子滿負(fù)載停車情況下懸掛所支撐得負(fù)荷和懸掛剛度得比值，用公式表示為。 懸掛和其簧上質(zhì)量構(gòu)成得振動(dòng)系得自有頻率，它作為車子前進(jìn)平不平穩(wěn)順不順暢地重要因素的一個(gè) 。因當(dāng)下車子前后質(zhì)量比差不多為1，所以前后軸上方兩點(diǎn)的振動(dòng)毫無(wú)關(guān)聯(lián)。所以，車子前車身得自有頻率N(也叫作偏頻)用式子3.1可以表達(dá) （3.1） 式中，c為前懸架剛度（N/cm)；m為前懸架簧上質(zhì)量（kg） 若懸掛是線彈性特性懸掛的時(shí)候，懸掛靜撓度即如式3.2所示 （3.2） 其中代表重力加速度，。 將代入式3.1得到 （3.3） 分析式（3.3）可知：車子震蕩得偏頻由懸掛靜撓度決定。故想要汽車行駛時(shí)平穩(wěn)順暢得到保障，務(wù)必選擇合理的懸架靜撓度。 滿足人們不一樣需要得車子，轎車順暢性得標(biāo)準(zhǔn)也區(qū)別很大。把載人當(dāng)作主要用途得乘用車，標(biāo)準(zhǔn)最為苛刻。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)排量不是很大小于等于1.6L的乘用車，前懸掛滿負(fù)載偏頻取值范圍則位于1.00到1.45（）之間。理論上來(lái)說(shuō)若乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)排量大得話，懸掛得偏頻則呈反變化，此時(shí)滿負(fù)載前懸掛偏頻取值范圍為0.80到1.15（）之間。確定合適得偏頻之后，就能夠通過(guò)式（3.3）解出懸掛靜撓度大小。取偏頻反解式（3.3）可得 3.5.2 懸架動(dòng)撓度的設(shè)計(jì) 懸掛動(dòng)撓度，指從最大負(fù)荷靜平衡起始點(diǎn)準(zhǔn)備懸掛壓縮到系統(tǒng)準(zhǔn)許得極限變形（往往就是緩沖塊壓縮到它自由高度得1/2或2/3）的時(shí)候，輪胎中心對(duì)于車子（車身）得豎直運(yùn)動(dòng)距離。對(duì)懸架動(dòng)撓度的要求是盡量大一點(diǎn)，這樣可以避免緩沖塊在不佳路況時(shí)受到?jīng)_撞。對(duì)乘用車，取7到9cm。由于車的類別是乘用車，所以懸架動(dòng)撓度取值是8cm。 3.6 懸架彈性元件設(shè)計(jì) 3.6.1 螺旋彈簧設(shè)計(jì)? （一）螺旋彈簧分析 如今，轎車懸掛上選擇得彈簧大多是金屬型與非金屬型，其間金屬類型得包括螺旋彈簧、鋼板彈簧與扭桿彈簧（橫向穩(wěn)定機(jī)構(gòu)）；非金屬類型諸如橡膠彈簧、空氣彈簧和油氣彈簧等等。不一樣地品種地彈性原件它們得組成特點(diǎn)和效果差別巨大，不過(guò)它得運(yùn)行規(guī)律一模一樣，都是通過(guò)取材得彈性和組成特點(diǎn)完成機(jī)械能和變形能地互相傳遞。金屬型得彈簧轎車懸掛中也最廣泛使用。在很多汽車中，它們的前懸架基本都裝配螺旋彈簧。 螺旋彈簧得左右兩邊樣子同樣很發(fā)人深思，螺旋彈簧左右兩邊緣能夠被變細(xì)、并得很緊，沿90°切開、往里面掰彎，經(jīng)典結(jié)構(gòu)就是下圖所展現(xiàn)，（a）圖表示彈簧兩個(gè)邊緣很細(xì)，也就是在制作彈簧前的準(zhǔn)備工作是首先將鋼絲兩邊弄細(xì)，變細(xì)那塊長(zhǎng)度在繞上差不多240°，末了厚度差不多是彈簧絲直徑得1/3，做好后尾部差不多緊緊貼住靠最近的那一周。必要時(shí)，兩端都要磨平。該種彈簧的優(yōu)點(diǎn)是成本相對(duì)低，占據(jù)垂直方向空間不大。最大得優(yōu)勢(shì)是是因?yàn)閮深^均十分平滑整齊，裝配時(shí)能夠隨便轉(zhuǎn)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定它得圈數(shù)能夠是隨便一個(gè)數(shù)值，沒(méi)必要局限于整數(shù)。不過(guò)缺點(diǎn)為將其變細(xì)得準(zhǔn)備工作要求有針對(duì)工序與器械，變相地增長(zhǎng)了開發(fā)費(fèi)用。（b）為沿90度切開得類型，它得一頭緊貼產(chǎn)生和彈簧軸線成90度得二維空間。該類型結(jié)構(gòu)得優(yōu)勢(shì)就是制作不困難，付出的比較少，不過(guò)劣勢(shì)為加大縱向尺寸與資源耗費(fèi)，裝配的時(shí)候必須固定的方向同時(shí)要求和它相互配合得彈簧座，如果兩頭均沒(méi)有平整，那么糾正計(jì)劃的時(shí)候，彈簧得圈數(shù)務(wù)必以整數(shù)的倍數(shù)增加遞減。（c）兩頭往里面彎曲且產(chǎn)生和彈簧軸線成90度得面，該類型往往適用與彈簧座搭配發(fā)揮確定位置得功效，如果兩頭均往里面彎曲，那么就急須專業(yè)器械。 圖3.4 螺旋彈簧的端部結(jié)構(gòu) （二）螺旋彈簧的材料選擇 依據(jù)車輛需求的工作條件，我們選用60Si2MnA，先把它加熱成形，然后進(jìn)行淬火﹑回火等處理。 （3） 彈簧參數(shù)的計(jì)算選擇 用表示軸向載荷，當(dāng) 由于，所以 表示彈簧中徑；表示彈簧的許用應(yīng)力，取； C表示旋繞比，取； K表示曲度系數(shù)， 由上，取。 又，所以。 取彈簧有效圈數(shù) 彈簧剛度 式中，切變模量 代入上式得 （4） 其他參數(shù)計(jì)算 其他參數(shù)及建模如下： 表3.5 其他參數(shù)運(yùn)算結(jié)果 彈簧的外徑 彈簧的內(nèi)徑 總?cè)?shù) 節(jié)距 自由高度 壓拼高度 螺旋導(dǎo)角 展開長(zhǎng)度 圖3.6 螺旋彈簧建模 3.7 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 本人畢業(yè)論文確定得為 A類架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)過(guò)程像下面所述。 （1） 側(cè)傾中心 麥弗遜懸掛得側(cè)傾中心由下圖得出，即為W點(diǎn)。 圖3.7 麥弗遜懸掛側(cè)傾中心理論圖 獨(dú)立懸架得側(cè)傾軸線是指前后側(cè)傾中心相連得一根線。側(cè)傾軸線的要求為盡最大可能與路面相平，同時(shí)離地面遠(yuǎn)一點(diǎn)。平行的解釋為保證汽車位于彎路前進(jìn)時(shí)前、后軸上得車輪負(fù)荷基本不變，以便維持中性轉(zhuǎn)彎；讓其盡量高一點(diǎn)目的是控制傾斜位于可控范疇之內(nèi)。設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)時(shí)首先要計(jì)算出麥弗遜懸掛得側(cè)傾中心高度。 圖3.8 側(cè)傾中心示意圖 由圖3.8可得側(cè)傾中心為185.7mm，合格。 （2） 縱傾中心 如圖3.9，懸掛縱傾中心即為下圖中點(diǎn)O。 圖3.9 麥弗遜懸架縱傾中心理論圖 縱傾中心實(shí)際建模如圖3.10： 圖3.10縱傾中心 測(cè)得縱傾中心為244.9mm，合格。 （3） 懸架擺臂的定位角 我們將擺臂空間定位角分別規(guī)定為水平斜置角，懸架抗前俯角，懸架斜置初始角，像下圖3.11所示。 圖3.11 α、β、θ定義 （4） 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力分析 分析受力簡(jiǎn)圖3.12可知：橫向力F3可根據(jù)布置尺寸求得： 由公式我們可以看出：當(dāng)橫向力F3增大，F(xiàn)3f也將增大，這樣會(huì)降低轎車平穩(wěn)性。我們需要把G點(diǎn)延長(zhǎng)至車輪里面，這樣不但能夠減小尺寸a，還能夠得到很小的主銷偏移距離。 圖3.12 受力簡(jiǎn)圖 （5） 橫臂軸線布置方式的選擇 如圖3.13所示。這里O點(diǎn)是轎車縱向平面里的懸架相比車體擺動(dòng)地運(yùn)動(dòng)順心。如果搖臂地-β’和γ相同時(shí)，主銷軸線跟著懸架移動(dòng)做平移。此時(shí)，γ值是固定不變的。? 如果-β’和γ得配合讓運(yùn)轉(zhuǎn)順心O相交在前車輪之后，懸掛擠壓過(guò)程中，γ表現(xiàn)出越來(lái)越大地趨勢(shì)。? 如果-β’和γ得配合讓運(yùn)轉(zhuǎn)順心O相交在前車輪之前，懸掛擠壓過(guò)程中，γ表現(xiàn)出越來(lái)越小地趨勢(shì)。 為削減車子剎車時(shí)地縱向傾斜，大部分情況在懸掛擠壓過(guò)程主銷后傾角γ有增大得趨向。因此，在選擇參數(shù)β’時(shí)，應(yīng)滿足運(yùn)動(dòng)瞬心O相交在前輪地后方的條件。 圖3.13 角變化示意圖 （6） 橫臂長(zhǎng)度的確定 圖3.14是選取麥弗遜前懸掛得汽車實(shí)際測(cè)量地?cái)?shù)據(jù)當(dāng)作原始參數(shù)的運(yùn)算成果 。從圖中不難得出，橫臂越長(zhǎng)，By曲線愈加平緩，這有助于增大車胎得壽命。達(dá)到布置需要地條件時(shí)，可適當(dāng)加大橫臂長(zhǎng)。 圖3.14 麥弗遜獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)特性 （7） 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)建模 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)建模如圖3.15： 圖3.15 導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 3.8 減振器的設(shè)計(jì) （1） 減振器的分類? 懸掛中使用最普及得減振器為液力式減振器。在車子身體搖晃得時(shí)候，振動(dòng)阻力在減振器里面得液體在流過(guò)阻尼孔時(shí)得摩擦與液體得粘性摩擦釀成，把振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱量，飄散到周圍空氣里，很快減弱振動(dòng)。 減振器依照工作原理不一樣可細(xì)分為搖臂式與筒式。即使搖臂式可在相對(duì)大得運(yùn)轉(zhuǎn)壓力(10--20MPa)下運(yùn)轉(zhuǎn)，不過(guò)因?yàn)檫\(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理受到活塞得損壞影響而遭棄用。筒式運(yùn)轉(zhuǎn)壓力雖然只是2.5到5MPa，但由于運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)能十分平穩(wěn)而得到廣泛應(yīng)用。筒式細(xì)分為單筒式、雙筒式與充氣筒式。雙筒充氣液力減振器有固定得運(yùn)作機(jī)能、很小得干摩擦阻力和雜音、相對(duì)短得總長(zhǎng)，在汽車行業(yè)有更加多得用武之地。 （2) 雙筒液力減振器運(yùn)作機(jī)理 雙筒式液力減振器得運(yùn)作機(jī)理如圖3.16所示。圖里面A表示工作腔，C表示彌補(bǔ)腔，兩個(gè)腔經(jīng)由閥系連接起來(lái)，若轎車輪胎縱向平面做位移時(shí)，活塞1在工作腔里面縱向運(yùn)動(dòng)，壓迫減振器液體流過(guò)對(duì)應(yīng)閥體上得阻尼孔，并同時(shí)把動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱量。輪胎往上跳動(dòng)也就是懸架壓縮的時(shí)候，活塞1往下面動(dòng)，油通過(guò)閥Ⅱ到達(dá)工作腔上面，但因?yàn)榛钊麠U9占了一些些地方，一定要求有一些油液通過(guò)閥Ⅳ到達(dá)補(bǔ)償腔C；當(dāng)車輪往下運(yùn)動(dòng)也就是懸掛伸張的時(shí)候，活塞1往上作位移，A里面得壓力慢慢增大，油液通過(guò)閥Ⅰ到達(dá)下面，供給很大比重的伸張阻尼力，另外一些些油液通過(guò)縫隙經(jīng)過(guò)回流孔6到達(dá)補(bǔ)償腔，當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)同理。減振器工作熱能倚仗貯油缸筒3發(fā)散出去。減振器的工作溫度可以達(dá)到120℃就很高了，有時(shí)候的工作狀況甚至可到200攝氏度。考慮油液膨脹需求空間，油液不應(yīng)該注入太滿。 圖3.16 減振器簡(jiǎn)圖 （3） 相對(duì)阻尼系數(shù)ψ 相對(duì)阻尼系數(shù)ψ地物理原理是：減震器地阻尼功用是于不一樣的剛度c以及不一樣的簧上質(zhì)量MS得懸架體系配合，可發(fā)生不一樣地阻尼。ψ值大，震蕩就可以很快削弱，而與此同時(shí)也可以讓不小得地面沖擊傳遞給汽車；ψ值小反之。二者始終滿足的關(guān)系式。? 在我們?cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候，先選擇ψy跟ψs二者的平均值ψ。ψ取值范圍0.25～0.35；若要懸架碰不到車架，取。? 取ψ=0.3，就有： 計(jì)算結(jié)果為： （4） 減振器阻尼系數(shù)δ確定 阻尼系數(shù)。由懸架系統(tǒng)固有頻率得到。若采用圖3.17所示布置時(shí)，δ為： （3.9） 圖3.17 減振器布置圖 據(jù)公式，得： （3.10） 代入數(shù)據(jù)得： ，取， 所求數(shù)據(jù)代入式（3.9）得 （5） 減振器工作缸直徑D計(jì)算 由最大卸荷力F0可得出工作缸直徑D為： （3.11） 其中，為工作缸最大允許壓力，取 為連桿直徑與缸筒直徑之比，取0.4 代入式（3.11）得工作缸直徑 查表符合標(biāo)準(zhǔn)的D為30mm，儲(chǔ)油筒的直徑。取儲(chǔ)油桶的壁厚為2mm，缸體材料選20鋼。 減振器建模如圖3.18： 圖3.18 減振器 3.8 橫向穩(wěn)定器 橫向穩(wěn)定桿為一根扭桿彈簧，它具有相當(dāng)?shù)膭偠?。?dāng)汽車行駛在顛簸路面，左右懸掛一齊同方向運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定桿不扭轉(zhuǎn)；當(dāng)汽車在曲線行駛的時(shí)候，因?yàn)橥鈶壹苁芰艽?，?dǎo)致車子往外傾斜。此時(shí)外懸掛收縮，內(nèi)懸掛反之，穩(wěn)定桿扭轉(zhuǎn)，生成彈力，穩(wěn)定車身。因?yàn)辂湼ミd懸架得減震器支柱要求能接受橫向力，與此同時(shí)發(fā)揮削弱振動(dòng)得作用，故而支撐桿摩擦很不均衡。減震器油封地破損導(dǎo)致液壓油外泄，削減保障平衡的功效。行駛平順性的提升可通過(guò)減小轎車得自由振動(dòng)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)代懸掛得垂直剛度設(shè)置得均不是很大，于是側(cè)傾角剛度就不大，導(dǎo)致轎車轉(zhuǎn)向時(shí)車子身體往外傾得很劇烈，轎車行駛穩(wěn)定性很差。如今大部分轎車均使用橫向穩(wěn)定桿以增加懸掛得側(cè)傾角剛度，以期使轎車行進(jìn)保持平穩(wěn)。橫向穩(wěn)定桿的經(jīng)典安裝如圖所示。 圖3.19 橫向穩(wěn)定桿示意圖 3.9 懸架結(jié)構(gòu)元件 1 控制臂與推力桿 縱臂、橫臂與斜臂統(tǒng)一被稱為獨(dú)立懸架控制臂，它將輪胎與車身相連。特殊得懸架會(huì)于車軸與車子身體其間布置推力桿。二者均可傳遞力和力矩，決定結(jié)構(gòu)形式 。? 由于誤差的不可避免和裝配的不精確，要求推力桿可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)長(zhǎng)度。如果兩推力桿連成一體并夾一定角度，同上，也可提出變換兩臂夾角的技術(shù)要求。在下面的圖片結(jié)構(gòu)里，接頭和推力桿之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，長(zhǎng)度即可調(diào)節(jié)；加緊螺栓2松開時(shí)，兩桿之間夾角即被調(diào)整。? 控制臂運(yùn)轉(zhuǎn)在十分不易得工作情況時(shí)，同時(shí)支撐各種力和力矩。為提高控制臂剛度，臂斷面應(yīng)選取相對(duì)深一點(diǎn)得元件。 圖3.20 推力桿及其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 2 接頭 控制臂或推力桿通過(guò)兩頭接頭和其它相聯(lián)結(jié)。接頭滿足要求如下：? 1）摩擦較??；? 2）使用期不需保養(yǎng)，以期減少成本；?3）接頭應(yīng)有一定的彈性；?4）具備隔聲性能。? 上述四個(gè)要求同時(shí)滿足有一定難度。目前，在接頭內(nèi)安設(shè)橡膠襯套，讓其發(fā)生彈性變形，且能不讓聲音傳播。? 典型的接頭種類包括軸銷式與球銷式。接頭類別得選擇由其聯(lián)結(jié)得兩部分傳力特點(diǎn)與相對(duì)工作特點(diǎn)決定。? 設(shè)計(jì)接頭，我選用球銷式連接，選用理由是它有能力支撐四面八方得力，在工作中無(wú)須過(guò)多維護(hù)。接頭建模如圖3.21。 圖3.21 球頭 第4章 前輪定位參數(shù) 4 前輪定位參數(shù) 為讓轎車確保直線安全前進(jìn)，轉(zhuǎn)彎不出紕漏，降低轎車前進(jìn)時(shí)輪胎與轉(zhuǎn)向構(gòu)件得老化損壞程度，前輪、轉(zhuǎn)向主銷、前軸相互得安裝呈現(xiàn)固定得相對(duì)位置，這就叫做前輪定位。它一般指的是主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、前輪外傾和前輪前束這四個(gè)數(shù)據(jù)。 4.1 主銷后傾角 主銷指普遍意義上轎車得轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)彎時(shí)得回轉(zhuǎn)中央點(diǎn)，亦即一根相對(duì)粗得銷軸。如今，大部分使用獨(dú)立懸掛得車子都早就不用主銷。不過(guò)在車輪定位得概念里，還是會(huì)一直使用該專有名詞，把其視為轉(zhuǎn)向輪得轉(zhuǎn)向軸線得替代，并且我們覺(jué)得轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)彎得時(shí)侯，是把主銷當(dāng)成軸線位于左右平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。主銷后傾，顧名思義，就是把主銷(即轉(zhuǎn)向軸線)得上面稍微往后面傾。從轎車得側(cè)面一眼望去時(shí)，主銷軸線和經(jīng)由前輪中央得那根垂線造成一角度，這個(gè)角度也就是我們常說(shuō)得主銷后傾角。自行車與摩托車得前叉均為后傾的，與轎車得主銷后傾，功效一模一樣。主銷后傾起到得效果為確保轎車沿固定方向前進(jìn)得時(shí)候的平穩(wěn)特性與保證轉(zhuǎn)完之后輪胎自己歸位。 圖4.1 注銷后傾角示意圖 因?yàn)橹麂N后傾是主銷(也就是轉(zhuǎn)向軸線)和路面得交點(diǎn)恰好落到輪胎抓地點(diǎn)得前方。此時(shí)，車輪由于受路面阻力的影響，往往一直被主銷拽住往前走。這樣，就能保持行駛方向的穩(wěn)定。若車子曲線行駛，因?yàn)殡x心力得存在，導(dǎo)致路面施加給輪胎得側(cè)向反作用力作用點(diǎn)位于主銷之后，讓轉(zhuǎn)向輪自覺(jué)具備自己歸位得趨向。主銷后傾為從轎車得側(cè)面一眼望去每一次前輪轉(zhuǎn)向軸得偏離，偏離水平則通過(guò)后傾角表示。萬(wàn)一轉(zhuǎn)向軸往后方運(yùn)動(dòng)，也就是頂部得球形接頭、支桿安裝點(diǎn)位于底部得接頭后邊，那么后傾角就取正值；如果轉(zhuǎn)向軸向前傾斜，則后傾角就是負(fù)的。后輪不必檢測(cè)后傾角。主銷后傾角數(shù)值高，控制方向更加穩(wěn)定，自己回位效果久更好，不過(guò)缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)彎更困難。汽車主銷后傾角通常不大于，前懸掛位于車架得裝配點(diǎn)可以擔(dān)保后傾角大小不大于這一數(shù)值。當(dāng)今汽車因?yàn)榍嗖A低壓寬幅子午線車輪，速度很快地前進(jìn)時(shí)時(shí)車輪得變形程度越來(lái)越大，接地點(diǎn)向后移動(dòng)，故主銷后傾角有變小的趨勢(shì)，以致可能到達(dá)負(fù)數(shù)(轉(zhuǎn)化為主銷前傾)，用來(lái)規(guī)避因?yàn)榛卣仄筢劤傻那败囂サ恼駝?dòng)。轎車沿一方向前進(jìn)穩(wěn)不穩(wěn)定與轉(zhuǎn)向輪得回位特性與主銷后傾角息息相關(guān)。正后傾角相對(duì)不低時(shí)，那么前輪有保持原有方向前進(jìn)的趨向。一來(lái)，要是正后傾角數(shù)值合理，就保證轎車平穩(wěn)前進(jìn)，并且讓輪胎轉(zhuǎn)彎之后可回到原位；二來(lái)，正后傾角給轉(zhuǎn)向增加了難度。所以，要是轎車配備有動(dòng)力轉(zhuǎn)彎系，那么可接受得正后傾角是比純手動(dòng)轉(zhuǎn)向系大不少。主銷后傾角過(guò)于小能夠讓轉(zhuǎn)向減少安全性，且讓輪胎劇烈擺振。到達(dá)極點(diǎn)時(shí)，負(fù)后傾角和它造成得輪胎振動(dòng)共同作用加快前車胎得杯狀化老化損壞。若是主銷后傾角兩邊不一樣，那么車子就能拽往正后傾角相對(duì)?。ㄔ絹?lái)越大得負(fù)后傾角）得那邊?？朔I車偏離前進(jìn)方向的問(wèn)題 ，尤其考慮該方面。 圖4.2 主銷后傾角 由圖4.2得主銷后傾角為1.17度，達(dá)標(biāo)。 4.2 主銷內(nèi)傾角 汽車轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線（或者獨(dú)立懸掛得上擺臂球銷和下擺臂球銷中心得聯(lián)結(jié)線）和垂直線位于垂直于車子上下對(duì)稱平面得平面上得投影角就是主銷內(nèi)傾角。 圖4.3 主銷內(nèi)傾角示意圖 詳細(xì)點(diǎn)講，在車前后方觀察車輪得時(shí)候，主銷軸向身體往里偏一定距離，所偏角度就是主銷內(nèi)傾角。當(dāng)輪胎把主銷當(dāng)做中央來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)得時(shí)候，輪胎得最低點(diǎn)會(huì)跑到地面下方，不過(guò)事實(shí)是輪胎最下面跑到地底不成立，而應(yīng)該把轉(zhuǎn)向輪連帶全部轎車前部往上方運(yùn)動(dòng)差不多得距離，如許車子自己得重力具備讓輪胎回到一開始臨界點(diǎn)得功能，所以方向盤復(fù)位容易。? 另外，主銷內(nèi)傾角也讓主銷軸線和路面交點(diǎn)到輪胎中央平面和路面交線得長(zhǎng)度變短，因此減輕曲線行駛得時(shí)候開車者施加于轉(zhuǎn)向盤得力，讓轉(zhuǎn)彎更加方便，與此也能降低對(duì)轉(zhuǎn)向盤得壓力大小。不過(guò)主銷內(nèi)傾角數(shù)值也不可過(guò)于龐大，不然輪胎得壽命與強(qiáng)度都會(huì)有所影響。 圖4.4 主銷內(nèi)傾角 根據(jù)圖4.4克制主銷內(nèi)傾角9.76°，合格。 4.3 前輪外傾角 前輪外傾角指前車胎所處面內(nèi)不全都和路面成90°得，而和地面夾一往外得傾斜角，設(shè)定這一角度具有不一般得好處。若在路況好的地點(diǎn)行駛，轎車方向可能將往其地方偏移。若該傾角不存在，就只能倚仗開車的人或轎車控制系得反饋回原方向；若有該傾角作用，在到達(dá)可能誤差范疇，前車胎可以自動(dòng)到達(dá)中央前進(jìn)路線得位置，如許，就算路面稍微有點(diǎn)顛簸無(wú)所謂，轎車得行駛向趨于穩(wěn)定。 圖4.5 前輪外傾角示意圖 前輪得外傾角是在轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程中決定。該過(guò)程中讓轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸軸線和平面有個(gè)夾角，這個(gè)角度就是所謂前輪外傾角。 圖4.6 前輪外傾角 如圖4.6可得前輪外傾角為1.1°，合格。 4.4 前輪前束 前輪前束，指讓轎車倆前胎得前端距離比后端距離略小。其距離之差叫做前束值。從轎車得上部往下部望去，兩邊兩前胎構(gòu)成一個(gè)開口往后面得“八”字形。 圖4.7 前輪前束示意圖 腳尖向內(nèi)，就是 “內(nèi)八字腳”得意義，指兩側(cè)前胎都往里偏。選擇這一結(jié)構(gòu)為了糾正之前前輪外傾角造成得輪胎往外傾斜。像前面所說(shuō)的一樣，因?yàn)橛型鈨A的緣故，方向盤操作難度沒(méi)那么大了。從其他角度來(lái)講，因?yàn)檐囂テ疲瑑蛇吳疤ゼ娂娡馄?，為解決該短板，若是兩側(cè)倆胎往里偏，那么正負(fù)不存在，兩側(cè)倆胎可確保固定放行前進(jìn)，對(duì)車輪起到保護(hù)效果。? 前輪外傾具備讓前輪往出傾斜得趨向，前輪前束具備讓車胎往里傾斜得趨向，能夠消除由于前輪外傾造成得副作用，讓車胎固定方向翻滾避免左右拖動(dòng)得發(fā)生，保護(hù)好車胎。懸掛系統(tǒng)鉸接點(diǎn)處得變形，同樣讓前胎具備往出轉(zhuǎn)彎得趨向，需要倚仗前輪前束進(jìn)行彌補(bǔ)。前輪前束數(shù)值通常小于等于8mm，還數(shù)值通過(guò)控制橫拉桿得長(zhǎng)度確保。如今汽車得前束數(shù)值具備變小得趨向，前輪外傾小于0得時(shí)候，前束就小于0，就轉(zhuǎn)化成前輪后束。 圖4.8 前輪前束 如圖4.8得前輪前束為15.02mm，合格。 第5章 麥弗遜懸架其他部件的三維建模 5 麥弗遜懸架其他零件的建模及圖紙 5.1 車輪的建模 轎車輪胎能劃分為斜交線車胎、子午線車胎。子午線胎和斜交線胎的最重要得差異就是胎體特征。斜交線胎得胎體為斜線交織得簾布層；不過(guò)子午線胎得胎體為聚合物多層交叉材料，它得最上層為很多層通過(guò)鋼絲編好得鋼帶簾布，能降低車胎被什么奇怪得東西扎破得概率。? 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)車輪尺寸為205/60?R16建模： 表5.1 車輪主要參數(shù) 參數(shù)名稱 數(shù)據(jù)（mm） 輪寬公稱尺寸 205 胎高公稱尺寸 123 車輪內(nèi)徑 406.4 圖5.1 車輪建模 5.2 螺旋彈簧二維圖 圖5.2 螺旋彈簧圖紙 5.3 減振器二維圖 圖5.3 減振器圖紙 5.4 三維總裝配圖 圖5.4 三維總裝配圖 5.5 總二維圖 圖5.5 總二維圖 第6章 基于CAE的懸架仿真分析 6 基于CAE的懸架仿真分析 伴隨汽車業(yè)的快速進(jìn)步，各行各業(yè)相互競(jìng)爭(zhēng)更加殘酷。在追逐中各企業(yè)對(duì)轎車零部件價(jià)格都給予了很大重視，整車成本得高低直接影響企業(yè)在業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)力，這就要求在整車開發(fā)過(guò)程中嚴(yán)格調(diào)控成本，來(lái)增強(qiáng)自身得競(jìng)爭(zhēng)力。運(yùn)用CAE 分析軟件，能夠在前期零件設(shè)計(jì)和零件修改過(guò)程中提供優(yōu)良的設(shè)計(jì)方向，讓部件達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化，獲得成本相對(duì)廉價(jià)得零件。 6.1 減震器CAE分析 6.1.1 幾何處理 將所建的減震器三維模型導(dǎo)入到hypermesh。將減震器模型導(dǎo)入hypermesh進(jìn)行幾何處理。消除模型導(dǎo)入中的一些錯(cuò)誤，去除細(xì)小對(duì)仿真結(jié)果可以忽略的特征。幾何處理過(guò)的模型如圖6.1所示： 圖6.1 幾何處理后的三維模型 6.1.2網(wǎng)格劃分 使用hypermesh里面的automesh進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格大小設(shè)置成3mm，檢查網(wǎng)格質(zhì)量，防止計(jì)算過(guò)程中網(wǎng)格質(zhì)量問(wèn)題報(bào)錯(cuò)，利用2D面板下qualityindex工具對(duì)不合格質(zhì)量進(jìn)行修改，保證QI<1,修改后網(wǎng)格質(zhì)量如圖6.3所示。修改后的殼單元質(zhì)量如圖6.2所示。將殼單元進(jìn)行實(shí)體單元的填充，填充后的實(shí)體單元如圖6.3所示。 圖6.2 殼單元 圖6.3 填充后的實(shí)體單元 6.1.3 工況設(shè)定 將已經(jīng)建立好的CAE模型富裕材料和屬性。對(duì)已經(jīng)賦予材料和屬性的有限元網(wǎng)格施加利和約束。對(duì)螺栓部分進(jìn)行約束模擬寫真實(shí)螺栓連接。施加載荷和約束如圖6.4，6.5所示。 圖6.4 施加的載荷 圖6.5 模擬螺栓連接 6.1.4 查看仿真結(jié)果 用hyperview打開h3d文件查看計(jì)算結(jié)果。選擇result type選擇displacement并選擇所有組件，查看位移云圖。位移云圖如圖6.6所示 圖6.6 位移模型 用hyperview打開h3d文件查看計(jì)算結(jié)果。選擇result type選擇element stress并選擇所有組件，查看應(yīng)力云圖，如圖6.7所示 圖6.7 應(yīng)力云圖 由仿真結(jié)果可知，減震器的最大位移和最大應(yīng)力集中在減震器上端，且最大應(yīng)力大小滿足標(biāo)準(zhǔn)。有上圖仿真結(jié)果可知，減震器主要部分并沒(méi)有發(fā)生明顯的變形和應(yīng)力集中，此次設(shè)計(jì)的減震器還有很大的優(yōu)化空間。對(duì)于減震器上端部分可以進(jìn)京加厚或者更換材料等優(yōu)化措施，提高材料強(qiáng)度和剛度。減震器中間位置何以進(jìn)行輕量化處理。當(dāng)然，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)仿真的水平非常之高，但是還沒(méi)有達(dá)到取代實(shí)際試驗(yàn)的地步。因此在優(yōu)化后應(yīng)進(jìn)行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證優(yōu)化方案和坐著的設(shè)計(jì)方法是否可行。 6.2 彈簧CAE分析 6.2.1 CAE模型的建立 同樣的方法對(duì)模型進(jìn)行幾何處理，然后進(jìn)行殼單元的生成和修改，修改后的彈簧的殼單元網(wǎng)格如圖6.8所示。對(duì)質(zhì)量較好的殼單元進(jìn)行填充，填充后的實(shí)體單元如圖6.9所示。 圖6.8 殼單元模型 圖6.9 實(shí)體單元模型 6.2.2 邊界條件設(shè)定 在hypermesh的radioss模塊下進(jìn)行彈簧受力工況設(shè)定，將彈簧constrans按鈕約束Z方向上的自由度，模擬彈簧受減震器的約束。通過(guò)通過(guò)loadsteps進(jìn)行工況設(shè)定，SPC選擇所在設(shè)定的約束，load選擇施加載荷。提交radioss求解計(jì)算。施加約束和載荷后的模型如圖6.10所示 圖6.10 施加載荷和約束的模型 6.2.3 計(jì)算結(jié)果及其分析 用hyperview打開h3d文件查看計(jì)算結(jié)果。選擇result type選擇displacement并選擇所有組件，查看位移云圖。位移云圖如圖6.11所示。 圖6.11 位移云圖 用hyperview打開h3d文件查看計(jì)算結(jié)果。選擇result type選擇element stress并選擇所有組件，查看位移云圖。位移云圖如圖6.12所示。 圖6.12 應(yīng)力云圖 由仿真結(jié)果可知，彈簧的最大位移和集中在彈簧最上和最下端。查看應(yīng)力云圖可是，彈簧的應(yīng)力分布比較分散，集中在中間考上位置。分布較為合理。最大應(yīng)力滿足標(biāo)準(zhǔn)。由于時(shí)間和作者水平有限，此處主要是分析彈簧強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)，在以后的學(xué)習(xí)生活中還可以繼續(xù)研究，對(duì)彈簧的減震性能進(jìn)行進(jìn)一步仿真分析。還可以對(duì)整個(gè)懸架進(jìn)行有限元建模仿真，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，提高懸架設(shè)計(jì)水平。 第7章 設(shè)計(jì)總結(jié) 7 設(shè)計(jì)總結(jié) 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)整整四個(gè)月，時(shí)間充裕，工作量適合。通過(guò)對(duì)麥弗遜式前獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算，完成了其零件及其總裝二維CAD圖紙的繪制，并對(duì)零部件進(jìn)行了Pro/E三維建模。對(duì)主要零部件螺旋彈簧和減振器仿真分析，分析了其在不同強(qiáng)度下的應(yīng)力表現(xiàn)。 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)四年獲得的專業(yè)知識(shí)有了更深層次的領(lǐng)悟，尤其是對(duì)于懸架的了解。在緒論部分，我了解了懸架的發(fā)展史和我設(shè)計(jì)的麥弗遜懸架的優(yōu)劣勢(shì)，因?yàn)樗钠占俺潭忍貏e高，所以設(shè)計(jì)時(shí)可以借鑒前人的設(shè)計(jì)論文。在設(shè)計(jì)主體部分，我明白麥弗遜懸架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算出的重要參數(shù)包括選定彈簧的中徑、有效工作圈數(shù)和彈簧的自由高度，并對(duì)彈簧進(jìn)行的強(qiáng)度、剛度校核。然后就是減振器的選型及設(shè)計(jì)計(jì)算，還有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我查閱了許多相關(guān)的資料，例如吉林大學(xué)王望予教授編著的《汽車設(shè)計(jì)》，根據(jù)其對(duì)麥弗遜獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)方案，明確思路，并按部就班進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制出麥弗遜懸架系統(tǒng)的部分零件圖和裝配圖。在繪圖過(guò)程中，更深刻地體會(huì)到CAD制圖的效率，也明白了其目前能夠成為主流設(shè)計(jì)軟件的原因。通過(guò)仿真軟件hypermesh的應(yīng)用，讓我意識(shí)到傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作很難達(dá)到轎車設(shè)計(jì)輕量化的要求，零部件也不一定能夠達(dá)到所需的強(qiáng)度，但是有了優(yōu)化分析軟件的幫助，就能使設(shè)計(jì)結(jié)果滿足轎車所需要求，從而令設(shè)計(jì)工作的問(wèn)題迎刃而解。 經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我可以說(shuō)是收獲頗豐。通過(guò)親自查找資料和分析計(jì)算，充分鍛煉了自己的設(shè)計(jì)能力；通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到最終解決問(wèn)題，喜悅之情油然而生；通過(guò)計(jì)算結(jié)果親手繪制了麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)零件圖和裝配圖，從中獲得了樂(lè)趣，體會(huì)了設(shè)計(jì)成功的滿足……但是，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我了解身上存在的問(wèn)題，例如對(duì)專業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)不足、對(duì)設(shè)計(jì)流程的把握不夠，對(duì)CAD軟件的操作不夠熟練等等。對(duì)于自己的不足之處，我會(huì)盡快加以彌補(bǔ)完善。 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)我在大學(xué)的學(xué)習(xí)效果，是我大學(xué)四年課程的一次大總結(jié)。在今后的學(xué)習(xí)、工作生活中，我會(huì)努力拓展自己的知識(shí)面，積累各方面的經(jīng)驗(yàn)，彌補(bǔ)自己專業(yè)知識(shí)的不足，使自己得到全面的發(fā)展，在未來(lái)的日子里爭(zhēng)取更出色的成績(jī)！ 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1]郭孔輝.汽車操縱動(dòng)力學(xué)[M].吉林科學(xué)技術(shù)出版社,2009. 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