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車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
第一章 前 言
前段時(shí)間，一些地方針對小排量經(jīng)濟(jì)型汽車、柴油汽車等廢氣和噪聲污染大、安全性不高、外形不夠美觀等問題，在道路交通管理以及出租汽車車輛更新中，制定出臺了一些限制性規(guī)定。目前這些規(guī)定已不適應(yīng)我國國情和建設(shè)節(jié)約型社會的要求。近年來，隨著國際市場上油價(jià)的不斷上漲，汽車的使用成本大幅度提高，消費(fèi)者普遍感到現(xiàn)在汽車不是買不起而是用不起。因此，該因素客觀上對原來小排量汽車的限制給以巨大的沖擊最終促使國家發(fā)改委取消了對小排量汽車的限制。由于汽車工業(yè)科技水平的不斷提高，節(jié)能環(huán)保型小排量汽車在安全性、動(dòng)力性和外觀等方面都有了很大改善，同時(shí)其燃油消耗少、尾氣排放低、外形尺寸小、道路和車位占用面積少等優(yōu)點(diǎn)也日益突出。但在發(fā)展節(jié)能環(huán)保型小排量汽車方面，我國目前缺乏應(yīng)有的鼓勵(lì)支持政策，一部分地區(qū)甚至還沒有真正意義上解除對小排量汽車的限制性規(guī)定。
目前，節(jié)能環(huán)保型小排量汽車已成為汽車發(fā)展的主流和消費(fèi)者關(guān)注的熱點(diǎn)。美國、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)節(jié)能環(huán)保型小排量汽車比例已占70%以上。我國節(jié)能環(huán)保型小排量汽車正日益受到消費(fèi)者的喜愛，增長迅速，但比例仍然偏低。積極發(fā)展節(jié)能環(huán)保型小排量汽車，符合我國能源供給實(shí)際和大眾消費(fèi)水平，是建設(shè)節(jié)約型社會的重要措施，不僅有利于緩解能源緊張狀況，保護(hù)環(huán)境，而且有利于培育我國汽車工業(yè)自主品牌，提高國際競爭力，對于促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，落實(shí)國家能源發(fā)展戰(zhàn)略，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，具有重要意義。
國家依據(jù)《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》指導(dǎo)意見，采取積極鼓勵(lì)低油耗、低排放、小排量、小型化、高動(dòng)力性汽車的生產(chǎn)和投資的政策。加大節(jié)能環(huán)保型小排量汽車及其先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)（汽油機(jī)升功率大于50KW，柴油機(jī)升功率大于40KW）技術(shù)研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的支持力度。鼓勵(lì)開發(fā)、生產(chǎn)柴油轎車和微型車。由于我國剛剛解除對小排量汽車的限制，我們與傳統(tǒng)汽車巨頭在這一領(lǐng)域內(nèi)的差距還不是甚大，因此更加有利于我們民族汽車行業(yè)抓住有利時(shí)機(jī)來發(fā)展自己，縮小與國際汽車巨頭的差距?？紤]到這種因素我們決定來設(shè)計(jì)一款小排量汽車。
小排量汽車在我國由于以前的限制政策，目前階段是其黃金發(fā)展時(shí)期。因此，能否抓住該有利時(shí)機(jī)，也將決定我們能否與國際汽車巨頭同臺競技。
第二章 汽車轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)
§2.1 概述
汽車行駛過程中，需按照駕駛員的意志經(jīng)常改變行駛方向，即所謂的汽車轉(zhuǎn)向。這就需要有一套能夠按照司機(jī)意志使汽車轉(zhuǎn)向的機(jī)構(gòu)，它將駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的動(dòng)作轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕?通常是前輪)的偏轉(zhuǎn)動(dòng)作。因此轉(zhuǎn)向系的作用是保證汽車在行駛中能適應(yīng)道路情況改變行駛方向，或保持穩(wěn)定的直線行駛。對于輪式汽車的轉(zhuǎn)向來說，實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)向需要一套專門的機(jī)構(gòu)，即是轉(zhuǎn)向輪相對于汽車的縱軸線偏轉(zhuǎn)一定的角度。在汽車的實(shí)際操控過程中，由于汽車的轉(zhuǎn)向輪也會受到來自路面的高低起伏及其引起的側(cè)向干擾力的作用，使汽車偏離正常的行駛方向，此時(shí)，這一系統(tǒng)也必須用使轉(zhuǎn)向輪重新回到正常行駛的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了按照駕駛員的意志來操控汽車。這一套專設(shè)的用于改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，稱為汽車轉(zhuǎn)向系。
一、 汽車轉(zhuǎn)向系的類型
汽車轉(zhuǎn)向系按能源形式的不同分為機(jī)械式轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩類。
1. 機(jī)械式轉(zhuǎn)向系
機(jī)械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為能量來源，所有的傳力件都是機(jī)械的。當(dāng)汽車欲實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員通過作用于方向盤的力偶矩，傳力順序?yàn)椋悍较虮P轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向器，力矩經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大和減速后 圖2-1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成和布置示意圖
轉(zhuǎn)向橫拉桿轉(zhuǎn)向節(jié)臂 1-轉(zhuǎn)向盤 2-轉(zhuǎn)向軸 3-轉(zhuǎn)向萬向節(jié) 4-轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸
轉(zhuǎn)向輪，使轉(zhuǎn)向輪偏離汽車 5-轉(zhuǎn)向器 6-轉(zhuǎn)向搖臂 7-轉(zhuǎn)向直拉桿 8-轉(zhuǎn)向節(jié)臂
縱軸線一定的角度，從而實(shí) 9-左轉(zhuǎn)向節(jié) 10、12-梯形臂 11-轉(zhuǎn)向橫拉桿
現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。為了汽車轉(zhuǎn) 13-右轉(zhuǎn)向節(jié)
向輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，全部車輪繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心行駛，使在不同圓周上運(yùn)動(dòng)的車輪，作無滑動(dòng)的純滾動(dòng)，設(shè)置了轉(zhuǎn)向梯形，轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)是一連桿機(jī)構(gòu)，它有轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂絞接而成。
2. 動(dòng)力式轉(zhuǎn)向系
動(dòng)力式轉(zhuǎn)向系是駕駛員體力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓泵同時(shí)提供動(dòng)力的轉(zhuǎn)向系，在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加設(shè)一套轉(zhuǎn)向加力裝置而形成。正常工 圖2-2 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成示意圖
況下，轉(zhuǎn)向的驅(qū)動(dòng)力大部分來自發(fā)動(dòng) 1-轉(zhuǎn)向盤 2-轉(zhuǎn)向軸 3-梯形臂 4-轉(zhuǎn)向
機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵的加力裝置。在轉(zhuǎn)向加 節(jié)臂5-轉(zhuǎn)向控制閥 6-轉(zhuǎn)向直拉桿 7-
力裝置失效時(shí)，駕駛員能夠獨(dú)立承擔(dān) 轉(zhuǎn)向搖臂 8-機(jī)械轉(zhuǎn)向器 9-轉(zhuǎn)向油罐
汽車轉(zhuǎn)向任務(wù)，但是這種情況下駕駛 10-轉(zhuǎn)向液壓泵 11-轉(zhuǎn)向橫拉桿 12-轉(zhuǎn)
員必須提供全部動(dòng)力。由于我們設(shè)計(jì) 向動(dòng)力缸
的小排量微型客貨四座汽車，即使?jié)M載時(shí)作用在方向盤上的作用力很小轉(zhuǎn)向比較輕便，故我們選用的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系。
二、機(jī)械式轉(zhuǎn)向系的組成
機(jī)械式轉(zhuǎn)向系有轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。
1、 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器
此轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向軸做為一體，齒輪 圖2-3齒輪齒條轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)圖
齒條式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié) 1.萬向節(jié)叉 2.轉(zhuǎn)向齒輪軸3.調(diào)整螺母
構(gòu)簡單，緊湊。殼體采用鋁合金或 4.向心球軸承 5.滾針軸承 6.固定螺栓
鋁鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量 7.轉(zhuǎn)向橫拉桿 8.轉(zhuǎn)向器殼體 9.防塵套
比較小，傳動(dòng)效率高達(dá)90%，齒輪 13.壓緊彈簧 14.壓塊
與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙后，利用裝在齒條背部、靠近主動(dòng)小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧，能自動(dòng)消除齒間間隙，轉(zhuǎn)向器占用體積小，沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大，制造成本低。
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：因逆效率高（60%~70%），汽車在不平路面上行駛時(shí)，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤，稱之為反沖，反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準(zhǔn)確控制汽車的行駛方向，轉(zhuǎn)向盤突然轉(zhuǎn)動(dòng)又會造成打手，同時(shí)對駕駛員造成傷害。
2、 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝鋼球構(gòu)成的傳動(dòng)副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動(dòng)副組成。主要優(yōu)點(diǎn)是：在螺桿和
螺母之間因?yàn)橛锌梢匝h(huán)流動(dòng)的 圖2-4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器原理圖
鋼球，將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，因而效率可以達(dá)到75%~85%，在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施后包括提高制造精度，改善工作表面粗糙度和螺桿、螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工，使之有足夠的硬度和耐磨損性能，可保證有足夠的使用壽命，轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比可以變化，工作平穩(wěn)可靠，齒條與齒扇之間的間隙調(diào)整工作容易進(jìn)行，適合做整體式轉(zhuǎn)向器。
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高。
3、 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器
蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和
滾輪嚙合而構(gòu)成，其主要優(yōu)點(diǎn)是： 2-5 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器
結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，有比較高的強(qiáng)度，工作可靠，磨損小，壽命長，逆效率低；其主要缺點(diǎn)是：正效率低，工作齒面磨損以后，調(diào)整嚙合間隙比較困難，轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比不能變化。
圖
4、 蝸桿指銷式
蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點(diǎn)是:傳動(dòng)比可以做成不變的也可以做成變化的，指銷和蝸桿之間的工作面磨損后，調(diào)整間隙工作容易進(jìn)行，但蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用比較少。
三、 轉(zhuǎn)向系轉(zhuǎn)動(dòng)比 圖2-6蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)圖
轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包含有兩個(gè)部分：①轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比，②轉(zhuǎn)向系力傳動(dòng)比。
其中轉(zhuǎn)向盤角速度與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度之比，稱為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比，即
(2-1)
其中 為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量；
為轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量；
為時(shí)間增量。
從輪胎接地面中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上的合力與作用在轉(zhuǎn)向盤手力之比，稱為力傳動(dòng)比，即
(2-2)
其中又由轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比所組成。
轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比越大，則為了克服一定的地面轉(zhuǎn)向阻力所需要的轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力矩便越小，在轉(zhuǎn)向盤直徑一定時(shí)，駕駛員所需要的加于方向盤的手力也越小。但過大的話將使得轉(zhuǎn)向操縱不靈敏，為了使轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)一定的角度，所需要的方向盤轉(zhuǎn)角過大。所以，也不是越大越好。
轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比的數(shù)值相對于轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比來說比較小，在轉(zhuǎn)向的過程中由于轉(zhuǎn)向節(jié)臂的旋轉(zhuǎn)減弱了轉(zhuǎn)向節(jié)臂的杠桿作用，這將使得方向盤在達(dá)到死點(diǎn)位置附近，轉(zhuǎn)向變得沉重，為了解決這一問題，我們便設(shè)計(jì)使轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比是可變的，在中間位置是轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比較小，而在兩個(gè)端點(diǎn)位置時(shí)轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比較大，這樣便可緩解由于轉(zhuǎn)向節(jié)的旋轉(zhuǎn)而帶來的杠桿作用減弱的問題。轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比，貨車的為 圖2-7齒輪齒條式變傳動(dòng)轉(zhuǎn)向器
16～32，轎車的為12～20。本次設(shè)計(jì)題目為微型客貨兩用車，兼有商用車和乘務(wù)車兩者特點(diǎn)，所以初選其中部嚙合處 ,兩端嚙合處。
§2.2 轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)要求
轉(zhuǎn)向系是用來保持或改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。
對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的具體要求有：
（1） 汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有任何的側(cè)滑。不滿足此項(xiàng)要求會加速輪胎磨損，并降低汽車行駛安全性。
（2） 汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，在駕駛員松開方向盤的情況下，轉(zhuǎn)向盤能自動(dòng)返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。
（3） 汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動(dòng)。
（4） 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動(dòng)應(yīng)最小。
（5） 保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎的能力。
（6） 操縱輕便。
（7） 轉(zhuǎn)向輪碰到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要最小。
（8） 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。
（9） 在車禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時(shí)，轉(zhuǎn)向系應(yīng)具有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。
（10） 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。
第三章 轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
§3.1 轉(zhuǎn)向器
在本次設(shè)計(jì)中我們選用的是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。雖然這種轉(zhuǎn)向器容易將車輪所受到的地面反作用力傳至轉(zhuǎn)向盤，容易產(chǎn)生打手和擺振等現(xiàn)象，但同時(shí)也具有對路面狀態(tài)反應(yīng)靈敏的優(yōu)點(diǎn)，齒輪齒條方式的最大特點(diǎn)是剛性大，結(jié)構(gòu)緊湊重量輕，且成本低。齒輪與齒條直接嚙合，將齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為齒條的直線運(yùn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)向拉桿橫向拉動(dòng)車輪產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。齒輪并非單純的平齒輪，而是特殊的螺旋形狀，這是為了盡量減小齒輪與齒條之間的嚙合間隙，使轉(zhuǎn)向盤的微小轉(zhuǎn)動(dòng)能夠傳遞到車輪，提高操作的靈敏性，也就是我們通常所說的減小方向盤的曠量。不過齒輪嚙合過緊也并非好事，它使得轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)的操作力過大，人會感到吃力。
§3.2轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)
一、 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的組成
從方向盤到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸一系列部件和零件都稱為轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱管、萬向節(jié)和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸。轉(zhuǎn)向柱管固定于駕駛室的前圍板。
二、 轉(zhuǎn)向盤
轉(zhuǎn)向盤即通常所說的方向盤。轉(zhuǎn)向盤內(nèi)部有金屬制成的骨架，是用鋼、鋁合金或鎂合金等材料制成。由圓環(huán)狀的盤圈、插入轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向盤轂，以及連接盤圈和盤轂的輻條構(gòu)成。采用焊接或鑄造等工藝制造，轉(zhuǎn)向軸是由細(xì)齒花鍵和螺母連接的。骨架的外側(cè)一般包有柔軟的合成橡膠或樹脂，也有采用皮革包裹以及硬木制作的轉(zhuǎn)向盤。轉(zhuǎn)向盤外皮要求有某種程度的柔軟度，手感良好，能防止手心出汗打滑的材質(zhì)，還需要有耐熱性。 轉(zhuǎn)向盤位于司機(jī)的正前方，是碰撞時(shí)最可能傷害到司機(jī)的部件，因此需要轉(zhuǎn)向盤具有很高的安全性，在司機(jī)撞在轉(zhuǎn)向盤上時(shí)，骨架能夠產(chǎn)生變形，吸收沖擊能，減輕對司機(jī)的傷害。轉(zhuǎn)向盤的慣性力矩也是很重要的，慣性力矩小，我們就會感到“輪輕”，操做感良好，但同時(shí)也容易受到轉(zhuǎn)向盤的反彈(即“打手”)的影響，為了設(shè)定適當(dāng)?shù)膽T性力矩，就要調(diào)整骨架的材料或形狀等。 另外為了進(jìn)一步提高汽車的行駛安全性，現(xiàn)在有越來越多的汽車在轉(zhuǎn)向盤里安裝了安全氣囊，也使汽車的安全性大大提高了。
三、 轉(zhuǎn)向柱管和轉(zhuǎn)向軸的吸能裝置
為牢固支承轉(zhuǎn)向盤而設(shè)有轉(zhuǎn)向柱管。傳遞轉(zhuǎn)向盤操作的轉(zhuǎn)向軸從中穿過，由軸承和襯套支承。轉(zhuǎn)向柱管本體安裝在車身上。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)應(yīng)備有吸收汽車碰撞時(shí)產(chǎn)生的沖擊能的裝置。許多國家都規(guī)定轎車義務(wù)安裝吸能式轉(zhuǎn)向柱。吸能裝置的方式很多，大都通過轉(zhuǎn)向柱的支架變形來達(dá)到緩沖吸能的作用。轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器之間采用連軸節(jié)相連(即兩個(gè)萬向節(jié))，之所以用連軸節(jié)，除了可以改變轉(zhuǎn)向軸的方向，還有就是使得轉(zhuǎn)向軸可以作縱向的伸縮運(yùn)動(dòng)，以配合轉(zhuǎn)向柱的緩沖運(yùn)動(dòng)。
§3.3轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和布置
轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是指從轉(zhuǎn)向器到轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間的一系列的部件和零件。它的作用非常的重要，因?yàn)檗D(zhuǎn)向梯形設(shè)計(jì)的合理與否直接影響到轉(zhuǎn)向系轉(zhuǎn)向關(guān)系是否滿足理論的轉(zhuǎn)向關(guān)系，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)將嚴(yán)重加劇輪胎的磨損，直接影響到汽車的行駛穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)向桿系的最小轉(zhuǎn)動(dòng)角必須保證在時(shí)，
其中為汽車轉(zhuǎn)向輪的外輪轉(zhuǎn)角；
為汽車內(nèi)輪轉(zhuǎn)角為時(shí)的傳動(dòng)角。
轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將轉(zhuǎn)向器輸出的力與運(yùn)動(dòng)傳到轉(zhuǎn)向橋兩邊的轉(zhuǎn)向節(jié)，并使兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪保持一定的偏轉(zhuǎn)關(guān)系，從而保證汽車轉(zhuǎn)向時(shí)車輪與地面的滑動(dòng)盡可能的小。
在本次設(shè)計(jì)中由于我們采用的是麥弗遜式獨(dú)立懸架，當(dāng)轉(zhuǎn)向輪獨(dú)立懸掛時(shí)，每個(gè)轉(zhuǎn)向輪分別相對于車架做獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，汽車的前懸比較短，發(fā)動(dòng)機(jī)中置，汽車前部相對來說較大的空間，且由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器所對應(yīng)的轉(zhuǎn)向梯形的最小轉(zhuǎn)動(dòng)角的要求，考慮到這些因素我們采用了斷開式轉(zhuǎn)向梯形。其工作方式為轉(zhuǎn)向器帶動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿，經(jīng)橫拉桿傳遞給轉(zhuǎn)向節(jié)臂，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)使轉(zhuǎn)向輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。
第四章 轉(zhuǎn)向系有關(guān)的計(jì)算及校核
§4.1 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)
一、 轉(zhuǎn)向器的效率
功率從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向器輸出所求得的效率稱為正效率，用符號表示，；反之稱為逆效率，用符號表示，。
其中，為轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率；為作用在齒條軸上的功率。為了保證轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤輕便，要求正效率高；為了保證汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動(dòng)回正，又需要一定的逆效率。為了減輕在不平路面上行駛時(shí)駕駛員的疲勞，車輪與路面之間的作用力傳至方向盤時(shí)應(yīng)盡可能小，防止打手，這又要求此逆效率盡可能低。
1. 轉(zhuǎn)向器的正效率
影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)果特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。
轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率在前述的幾種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式的正效率比較高。同一類型的轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。
2. 轉(zhuǎn)向器逆效率
根據(jù)逆效率大小的不同，轉(zhuǎn)向器又分為可逆式、極限可逆式、和不可逆式三種。
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器屬于可逆式轉(zhuǎn)向器，其逆效率相當(dāng)高，它能保證轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正。這既減輕了駕駛員的疲勞，又提高了行駛的安全性。但是，在不平路面上行駛時(shí)，車輪受到的沖擊力能大部分傳至轉(zhuǎn)向盤，造成駕駛員“打手”，使之精神緊張；如果長時(shí)間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞，影響安全駕駛。
二、傳動(dòng)比的變化特性
1. 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比
轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比。具體公式和各因子意義參看公式(2-1),(2-2)。
2. 力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系
輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩之間的關(guān)系
(4-1)
式中，a為主銷偏移距此處，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支撐平面的交點(diǎn)至車輪中心平面與支撐平面交線間的距離。作用在方向盤上的手力為為
(4-2)
式中，為作用在方向盤上的力矩；為方向盤的直徑。
將式(4-1)、 (4-2)代入后得到
(4-3)
有 (4-3)知，當(dāng)主銷偏移矩a小時(shí)，力傳動(dòng)比應(yīng)取大些才能保持轉(zhuǎn)向輕便，在這次設(shè)計(jì)中，方向盤直徑取。
忽略摩擦損失的情況下，根據(jù)能量守恒定律，
(4-4)
將(4-4)代入(4-3)得出
(4-5)
由 (4-5)我們可以看出當(dāng)a和不變時(shí)，力傳動(dòng)比，雖然轉(zhuǎn)向輕便，但，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。
三、 轉(zhuǎn)向系計(jì)算載荷的確定
為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)用足夠的強(qiáng)度。欲驗(yàn)算轉(zhuǎn)向零件的強(qiáng)度，首先應(yīng)確定作用在各零件上的力。影響這些力的主要因素是轉(zhuǎn)向軸的載荷，路面阻力和輪胎氣壓等。精確地計(jì)算這些力是困難的，為此我們采用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算汽車在瀝青或者混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力,即
?。?-6)
式中，f為輪胎和地面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，一般取0.7，本次設(shè)計(jì)也取0.7；為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷（Ｎ），滿載時(shí)軸荷分布為前軸46%，后軸54%，此時(shí)，，p為輪胎氣壓，經(jīng)查表；
將這些數(shù)據(jù)代入（4-6)得到 。
在本次設(shè)計(jì)中我們?nèi)↓X輪齒條在中部嚙合時(shí)＝18，在兩端時(shí)＝22，由上面的，當(dāng)＝18時(shí)，代入
得出
此時(shí)
當(dāng)＝22時(shí)，
此時(shí)
由此我們可以得出，由于作用于方向盤的手力不是太大（駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤緣上的最大瞬時(shí)力為700），另外本次設(shè)計(jì)的微型客貨兩用車總質(zhì)量為1640Kg，排量比較小，所以我們考慮采用機(jī)械式轉(zhuǎn)向系。
四、 理理的內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系
內(nèi)外輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系如下：
(4-7)
式中L為汽車的軸距，外輪轉(zhuǎn)角與內(nèi)輪的關(guān)系如下：
(4-8)
由不也設(shè)計(jì)任務(wù)書可知：，代入上式可得出
，代入可得出。
§4.2 轉(zhuǎn)向器有關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核
一、轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù)
1．轉(zhuǎn)向器齒輪有關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算
轉(zhuǎn)向齒輪采用斜齒圓柱齒輪，螺旋角范圍為，此次設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向齒輪的螺旋角選為。轉(zhuǎn)向齒輪齒數(shù)為5~8個(gè)，本次設(shè)計(jì)采用7個(gè)齒，即。有上面的介紹，齒輪齒條中部嚙合處的，兩端為，壓力角為，由公式：
(4-9)
式中，r為齒輪齒條嚙合節(jié)圓半徑，為基圓半徑，m為梯形臂長度。又由公式：
(4-10)
式中為齒輪與齒條中心軸線的交角，多在內(nèi)選擇，此處。
梯形臂長度設(shè)計(jì)時(shí)常取在。即,根據(jù)參考車型，選定。
將，，代入(3-10)
得出r=9.54mm,,
因?yàn)辇X輪的節(jié)圓半徑為：
因此得出。
因?yàn)椋?，所以齒輪的齒頂高為：
齒輪的齒根高為：
式中，為徑向變位系數(shù)，此處＝0。
齒頂圓直徑為：
齒根圓直徑為：
2．齒條設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù)
齒條各齒的壓力角一般在內(nèi)變化，本次設(shè)計(jì)齒條中部的壓力角為，齒條兩端的壓力角為。由公式：
(4-11)
齒條中部螺旋角為，齒條兩端的為，齒條中部，兩端部分，，由，，有上面的計(jì)算，由相互嚙合的基圓齒距必須相等，即。其中，齒輪的基圓齒距，齒條的基圓齒距為。有上述兩式可以看出：當(dāng)具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)壓力角的齒輪與一個(gè)具有變模數(shù)和變壓力角的齒條相嚙合時(shí)，并始終保持時(shí)，它們就可以嚙合傳動(dòng)。故齒輪在齒條的中部嚙合，此時(shí)齒輪的法向模數(shù)為,由公式：可得出；齒輪在齒條的兩端嚙合時(shí)，由公式：可得出。齒條的有效齒數(shù)為29個(gè)。
§4.3 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算與強(qiáng)度校核
一、轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)與計(jì)算
齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的布置形式有一下幾種，考慮到本次設(shè)計(jì)為微型客貨兩用車型，該車車架較高，座椅位置更高，由人機(jī)工程學(xué)可知，方向盤應(yīng)與駕駛員兩小臂自然放平為一個(gè)平面，轉(zhuǎn)向柱管垂直轉(zhuǎn)向盤向伸向轉(zhuǎn)向，如果轉(zhuǎn)向器過于靠后，則萬向節(jié)裝置需要向后改變一個(gè)很大的角度，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸也需盡量向后伸，使得駕駛員腿部空間減少，對離合器踏板、油門踏板和制動(dòng)踏板的布置也有一定影響，綜上所述，我們在本次設(shè)計(jì)中采用上圖中的a方案，即轉(zhuǎn)向器前置，梯形后置。
梯形臂長度選定為，以下設(shè)計(jì)與計(jì)算主要是根據(jù)轉(zhuǎn)向梯形臂的長度確定梯形底角。由公式 (4-7) 可知， 是一條直線，圖示的EC線，可根據(jù)不同的梯形底角來進(jìn)行試驗(yàn)，由該圖可知，只有兩個(gè)點(diǎn)能夠保證兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪 圖4-1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置方案
為純滾動(dòng)，其他點(diǎn)均為滾動(dòng)和滑動(dòng)的雙重作用，在實(shí)際設(shè)計(jì)和生活中，所有汽車的轉(zhuǎn)向梯形都只能設(shè)計(jì)在一定的車輪偏轉(zhuǎn)角之內(nèi)，允許一定的滑動(dòng)，即不存在理想的偏轉(zhuǎn)中心。
當(dāng)梯形臂長度為170mm時(shí)，按照不同的梯形底角值，做五組曲線進(jìn)行對比，選出比較合適的方案，用CAD作圖法模擬出來輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)圖示，最終確定如圖4-3所示的方案，即：梯形底角為，采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器時(shí)，只需 圖4-2 圖解法校核轉(zhuǎn)向梯形
要橫拉桿，此時(shí)橫拉桿長度為321.8mm，
轉(zhuǎn)向器長度為400mm。
二、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)元件的強(qiáng)度校核
1.球頭銷的強(qiáng)度校核
轉(zhuǎn)向橫拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間用球頭銷 圖4-3 CAD作圖法校核轉(zhuǎn)向梯形
連接，以實(shí)現(xiàn)空間運(yùn)動(dòng)。球頭銷由于
經(jīng)常發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，球面部分容易受到磨損而損壞，這樣就會影響轉(zhuǎn)向元件之間的空間運(yùn)動(dòng)，從而使汽車轉(zhuǎn)向效率受到一定的影響，故需要檢驗(yàn)球頭銷的接觸應(yīng)力。
常用公式：， 其中Ｆ為作用在球頭銷上的力；Ａ為通過球心在垂直于F力方向的平面內(nèi)球面承載部分的投影面積。
球頭銷常用合金機(jī)構(gòu)如：、或者液體碳氮共滲鋼、制造，其需用應(yīng)力，在本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)汽車的軸向輪負(fù)荷我們?nèi)=16mm,作用在球頭銷的力為，
所以球頭銷上的應(yīng)力為，遠(yuǎn)小于安全應(yīng)力范圍，故滿足強(qiáng)度要求。
2.轉(zhuǎn)向橫拉桿的強(qiáng)度校核
轉(zhuǎn)向橫拉桿應(yīng)具有較小的質(zhì)量和足夠大的強(qiáng)度。在本次設(shè)計(jì)中我們采用來制造，轉(zhuǎn)向橫拉桿的斷面直徑為30mm,長度為，，。有材料力學(xué)公式：
因?yàn)檗D(zhuǎn)向橫拉桿的兩端可以簡化為鉸支座，所以。
慣性矩
橫截面積
慣性半徑
壓桿柔度
因?yàn)?，故此時(shí)不可以用歐拉公式計(jì)算臨界壓力。
輪胎在瀝青路或混凝土路面上原地轉(zhuǎn)向阻力，則橫拉桿受力為：
由材料力學(xué)可知：橫拉桿的臨界壓力為
所以安全系數(shù)為，符合要求。
第五章 懸架結(jié)構(gòu)方案分析
§5.1 懸架的功用
懸架，其名源于西方。在英語里懸架系統(tǒng)對應(yīng)的是單詞――Suspension，顧名思義，它是將車輪通過彈簧連接在車體上，并與其它部件構(gòu)成可動(dòng)的機(jī)構(gòu)。
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.傳遞它們之間一切的力（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，以保證汽車良好的平順性，操縱穩(wěn)定性。
3.迅速衰減車身和車橋的振動(dòng)。
懸架系統(tǒng)的在汽車上所起到的這幾個(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，又會降低整車的操縱穩(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，直接對汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。由此可見懸架系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車上是重要的總成之一。
§5.2 懸架系統(tǒng)的組成
現(xiàn)代汽車，特別是乘用車的懸架，形式，種類，會因不同的公司和設(shè)計(jì)單位，而有不同形式。
但是，懸架系統(tǒng)一般由彈性元件、減振器和傳力裝置,部緩沖塊、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、限位和控制車輛側(cè)傾角度的作用。
圖5-1汽車懸架組成示意圖
1-彈性元件；2-縱向推力桿；3-減振器；4-橫向穩(wěn)定器；
5-橫向推力桿
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)代轎車懸架多采用螺旋彈簧，個(gè)別高級轎車則使用空氣彈簧。螺旋彈簧只承受垂直載荷，緩和及抑制不平路面對車體的沖擊，具有占用空間小，質(zhì)量小，無需潤滑的優(yōu)點(diǎn)，但由于本身沒有摩擦而沒有減振作用。
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)用來傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時(shí)保持車輪按一定運(yùn)動(dòng)軌跡相對車身跳動(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。有些轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，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，使汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。
現(xiàn)代汽車懸架的發(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)汽車上都采用被動(dòng)懸架，也就是說汽車姿態(tài)（狀態(tài)）只能被動(dòng)地取決于路面及行駛狀況和汽車的彈性元件，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減振器這些機(jī)械零件。20世紀(jì)80年代以來主動(dòng)懸架開始在一部分汽車上應(yīng)用，并且目前還在進(jìn)一步研究和開發(fā)中。主動(dòng)懸架可以能動(dòng)地控制垂直振動(dòng)及其車身姿態(tài)，根據(jù)路面和行駛工況自動(dòng)調(diào)整懸架剛度和阻尼。
§5.3 懸架的類型及其特點(diǎn)
汽車的懸架從大的方面來看，可以分為兩類：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架系統(tǒng)。
一、非獨(dú)立懸架的類型及特點(diǎn)
圖5-2 非獨(dú)立懸架
非獨(dú)立懸架前部與車身或車架鉸接，后端則通過吊耳或滑板連接在車身或車架之上。減振器上端于車身或車架鉸接，下端鉸接與車橋。圖4-2是非獨(dú)立懸架的示意圖。
1、 非獨(dú)立懸架的分類
1）鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架
在這種懸架中，鋼板彈簧被用做非獨(dú)立懸架的彈性元件。這種形式的懸架技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。
廣泛應(yīng)用于貨車的前、后懸架中。也常見于中低擋的確乘用車輛的后懸架。
它中部用U型螺栓將鋼板彈簧固定在車橋上。懸架前端為固定鉸鏈，也叫死吊耳。它由鋼板彈簧銷釘將鋼板彈簧前端卷耳部與鋼板彈簧前支架連接在一起，前端卷耳孔中為減少摩損裝有襯套。后端卷耳通過鋼板彈簧吊耳銷與后端吊耳與吊耳架相連，后端可以自由擺動(dòng)，形成活動(dòng)吊耳。當(dāng)車架受到?jīng)_擊彈簧變形時(shí)兩卷耳之間的距離有變化的可能。
為了提高汽車的平順性，有些輕型貨車采用主簧下加裝副簧，實(shí)現(xiàn)漸變剛度鋼板彈簧。如南京汽車工業(yè)公司引進(jìn)的依維柯后懸架。其主簧由厚度為9mm的4片（或3片）和副簧厚度為15mm的2片（或3片）組成幾種車型漸變剛度鋼板彈簧。
2）螺旋彈簧非獨(dú)立懸架
因?yàn)槁菪龔椈勺鳛閺椥栽?，只能承受垂直載荷，所以其懸架系統(tǒng)要加設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和減振器。
3）空氣彈簧非獨(dú)立懸架
空氣彈簧只承受垂直載荷，因而必加設(shè)減振器，其縱向力和橫向力及其力矩由懸架中的縱向推力桿和橫向推力桿來傳遞。
對于轎車要求在好路上降低車身高度，提高車速行駛；在壞路上提高車身，可以增大通過能力。因而要求車身高度隨使用要求可以調(diào)節(jié)?？諝鈴椈煞仟?dú)立懸架可以滿足要求。
2、 非獨(dú)立懸架的總體特點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
a)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，易于維護(hù)，對汽車廠家比較有利，
b)承載能力強(qiáng)，鋼板彈簧做彈性元件的非獨(dú)立懸架，可承載達(dá)幾十噸的負(fù)荷。中、重載車輛常常采用非獨(dú)立懸架。
缺點(diǎn)：
a)由于是用一根桿件直接剛性地連接在兩側(cè)車輪上，一側(cè)車輪受到的沖擊、振動(dòng)必然要影響另一側(cè)車輪。操縱穩(wěn)定性、平順性不理想。.
b)由于左右兩側(cè)車輪的互相影響，容易影響車身的穩(wěn)定性，在轉(zhuǎn)向的時(shí),側(cè)傾較大，容易側(cè)翻。
二、獨(dú)立懸架的類型及特點(diǎn)
圖5-3 獨(dú)立懸架
獨(dú)立懸架的車軸分成兩段（如圖5-3），每只車輪用螺旋彈簧獨(dú)立地，彈性地連接安裝在車架(或車身)下面，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊，其運(yùn)動(dòng)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。
1、 獨(dú)立懸架的分類
現(xiàn)在，前懸架基本上都采用獨(dú)立懸架系統(tǒng)，最常見的有雙橫臂式和滑柱擺臂式（又稱麥弗遜式）。
1）雙橫臂式
工作原理：由上短下長兩根橫臂連接車輪與車身，通過選擇比例合適的
長度，可使車輪和主銷的角度及輪距變化不大。
圖5-4 雙橫臂式獨(dú)立前懸架
這種獨(dú)立懸架被廣泛應(yīng)用在轎車前輪上。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，分別安裝在車輪上，另一端安裝在車架上。
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?？梢猿休d較大負(fù)荷，多用于輕型﹑小型貨車的前橋。
缺點(diǎn)：因?yàn)橛袃蓚€(gè)擺臂，所以占用的空間比較大。所以，乘用車的前懸架一般不用此種結(jié)構(gòu)形式。
2）麥弗遜式（滑柱連桿式）
工作原理：這種懸架目前在轎車中采用很多。這種懸架將減振器作為引導(dǎo)車輪跳動(dòng)的滑柱，螺旋彈簧與其裝于一體。
這種懸架將雙橫臂上 圖5-5 麥弗遜式獨(dú)立前懸架
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，并降低車子的重心。
車輪上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，主銷軸線的角度會有變化，這是因?yàn)闇p振器下端支點(diǎn)隨橫擺臂擺動(dòng)。以上問題可通過調(diào)整桿系設(shè)計(jì)布置合理得到解決。
圖5-6 奧迪100型轎車弗遜式前懸架
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，便于裝車及整車布局，多用于中低檔乘用車的前橋。
缺點(diǎn)：由于結(jié)構(gòu)過于簡單，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。
綜上所述，本次設(shè)計(jì)的是四座客貨兩用，車總質(zhì)量較輕，而且前懸架主要承載的是乘客，要充分考慮到乘客的舒適性，所以選用麥弗遜獨(dú)立懸架。
第六章 前懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算
§6.1 彈簧形式的選擇
選用普通圓柱螺旋彈簧，彈簧材料采用6—14mm 直徑的熱扎彈簧鋼，加熱成形，而后淬火﹑回火等處理。
初選直徑為 12 mm 的彈簧鋼絲，C類 。
選擇主要用于汽車懸架的壓縮圓柱螺旋彈簧
油淬回火硅錳彈簧鋼
彎曲應(yīng)力： , ，
彈性模量：
使用溫度：
剪切應(yīng)力：
此彈簧為汽車懸架減震彈簧，受循環(huán)載荷在以上，所以選用類。
查表7.1-8可知，彈簧的需用切應(yīng)力為。
§6.2 彈簧參數(shù)的計(jì)算
一、 圓柱螺旋彈簧直徑等參數(shù)的計(jì)算：
由總體設(shè)計(jì)可知，空載時(shí)前軸負(fù)荷為479.6Kg,滿載時(shí)前軸負(fù)荷為615 Kg，前懸質(zhì)量約為25 Kg，前輪質(zhì)量約為64 Kg，因此：
每個(gè)彈簧最小工作負(fù)荷（空載）
最大工作負(fù)荷（滿載）
初定旋繞比
曲度系數(shù)
螺旋彈簧剛度
，參考同類車型（昌河CH10011AXEi廂貨）后取。
則：，考慮到彈簧中間還安裝減震器，所以取。
此時(shí)旋繞比，
二、 求有效圈數(shù)
（6-2）
其中：:變形量，此處；
:軸向載荷，此處；
:彈簧中徑，此處為；
：鋼絲直徑，此處為；
：螺旋彈簧有效圈數(shù)。
由上式可計(jì)算出有效圈數(shù)
總?cè)?shù)：，圓整后取。
二、 其它參數(shù)如下表所示：
表6-1 彈簧參數(shù)表
節(jié)距p
，
取
自由高度
壓并高度
高徑比
螺旋角
空載高度
滿載靜載荷高度
由上表可知，當(dāng)滿載有沖擊載荷時(shí)，車架還可以往下沉，此時(shí)減震彈簧、減震器和減震塊同時(shí)發(fā)揮作用，減震彈簧和減震器先行其作用，在彈簧達(dá)到壓并高度之前，減震塊和車架相接觸，同時(shí)起到減震和遏制減震的作用，對彈簧和減震器起到過載保護(hù)。
§6.3 彈簧的校驗(yàn)
表6-2 彈簧校核表
a. 穩(wěn)定性
滿足要求
b. 疲勞強(qiáng)度
符合要求
c. 共振驗(yàn)算
彈簧自振頻率：
據(jù)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》 冶金工業(yè)出版社按 式子25-12
第七章 減振器的結(jié)構(gòu)原理及其功用
§7.1 減振器的作用
減振器作為阻尼元件是懸架的重要組成元件之一。減振器在汽車懸架安裝位置根據(jù)整車布局設(shè)計(jì)和懸架的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有很多種，下圖為減振器在采用麥弗遜獨(dú)立懸架轎車上的安裝位置示意圖。
圖7-1 減振器安裝示意圖
汽車行駛的路面不可能絕對平坦，必然會產(chǎn)生振動(dòng)，這種持續(xù)的振動(dòng)易使司乘人員感到不舒適和疲勞，而減振器正式為迅速衰減振動(dòng)而設(shè)計(jì)的。但減振器的功能決不僅僅是衰減振動(dòng)，其對整車綜合特性的影響如下：
圖7-2 減振器對整車綜合特性的影響曲線圖
迅速衰減由路面?zhèn)鬟f給車體的振動(dòng)，提高行駛平順性; 使司乘人員不易疲勞貨物不易損壞，提高乘座舒適性 ;降低對相關(guān)零件沖擊載荷減少磨損，提高使用經(jīng)濟(jì)性 ;改善輪胎接地性抑制高速行駛跳動(dòng)，提高行駛安全性 ;車輛在急加速、急剎車、急轉(zhuǎn)彎時(shí)，提高操作穩(wěn)定性。
§7.2 減振器的結(jié)構(gòu)
雙向作用筒式液壓減振器基本結(jié)構(gòu)如下圖所示:
圖7-3
1.活塞桿 2.工作缸筒 3.活塞 4.復(fù)原閥5.貯油缸筒 6.壓縮閥 7.補(bǔ)償閥 8.流通閥 9.導(dǎo)向座 10.防塵罩11.油封
§7.3 減振器的工作原理
減振器活塞隨車輛振動(dòng)在缸筒內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，減振器殼體內(nèi)的油液重復(fù)地從一個(gè)內(nèi)腔通過一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)，孔壁與油液間的摩擦液體分子內(nèi)摩擦便形成對振動(dòng)的阻尼力，使車輛的振動(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。簡單的說就是，減振器將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。
§7.4 減振器主要尺寸的確定
一、選取相對阻尼系數(shù)
壓縮行程時(shí)的相對阻尼系數(shù)為，伸張行程時(shí)的相對阻尼系數(shù)為。
選擇值時(shí)，如果值過大能使振動(dòng)迅速衰減，但會把較大的不平路面的沖擊傳到車身；值選的過小，振動(dòng)衰減過慢，不利于行駛平順性。為了使減振器阻尼效果好，又不傳遞大的沖擊力，常把值選得小于，一般減振器的與有下列關(guān)系：
在設(shè)計(jì)時(shí)，先選擇與的平均值，對于無內(nèi)摩擦的彈性元件（如螺旋彈簧）懸架，取，對于有內(nèi)摩擦的鋼板彈簧，相對阻尼系數(shù)可取小些。本次設(shè)計(jì)取=0.3，取=0.5 ①
則 ②
解①、②得
二、減振器阻尼系數(shù)的確定
（7-1）
式中：為懸架系統(tǒng)的偏頻。
當(dāng)減振器安裝在懸架中與垂直線成一夾角時(shí)，如圖所示，則此時(shí)懸架的阻尼系數(shù)可由下式確定：
三、最大卸荷力的確定
為減少傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減振器即打開卸荷閥，此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度，用下式表示：
A——車身振幅，取
在伸張行程的最大卸荷力為：
四、工作缸直徑D的確定，由下式計(jì)算：
(7-2)
——工作缸最大允許壓力，取3，
——連桿直徑與缸筒直徑之比，取0.45。
則
查液壓缸工作缸直徑推薦標(biāo)準(zhǔn)，取。
貯油筒直徑為
本次設(shè)計(jì)取，材料選用20鋼。
第八章 橫向穩(wěn)定器的作用
現(xiàn)代汽車懸架很軟，即固有頻率很低，而與懸架阻尼比成正比,由于固有頻率的，可以明顯的使a（車身加速度），從而改善汽車的平順性。懸架的側(cè)傾剛度
； 使車廂側(cè)傾角增加。
是影響汽車操縱穩(wěn)定性、平順性的重要參數(shù)。
側(cè)傾角的數(shù)值影響到汽車的橫擺角速度穩(wěn)態(tài)響應(yīng)及瞬態(tài)響應(yīng)。
它是評定汽車操縱穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)。
如果，則有；
如果過大，則乘員會感覺到不穩(wěn)定。
對于平順性而言乘員會感到不舒服。
圖8-1橫向穩(wěn)定器
1.支桿2.套筒3.桿4.彈簧支座
為提高懸架的側(cè)傾角剛度，減小橫向傾斜，常在懸架中添設(shè)橫向穩(wěn)定器（桿），來保證良好操縱穩(wěn)定性如上圖所示桿式橫向穩(wěn)定器。
當(dāng)兩側(cè)懸架變形相同時(shí)，橫向穩(wěn)定器不起作用。當(dāng)兩側(cè)懸架變形不等時(shí)，車身相對路面橫向傾斜時(shí)，車架一側(cè)移近彈簧支座，穩(wěn)定桿的同側(cè)末端就隨車架向上移動(dòng)，而另一側(cè)車架遠(yuǎn)離彈簧座，相應(yīng)橫向穩(wěn)定桿的末端相對車架下移，橫向穩(wěn)定桿中部對于車架沒有相對運(yùn)動(dòng)，而穩(wěn)定桿兩邊的縱向部分向不同方向偏轉(zhuǎn)，于是穩(wěn)定桿被扭轉(zhuǎn)。彈性的穩(wěn)定桿產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)內(nèi)力矩就阻礙懸架彈簧的變形，減少了車身的橫向傾斜和橫向角振動(dòng)。
圖8-2 橫向穩(wěn)定桿裝置的工作原理示意圖
第九章 結(jié) 論
經(jīng)過兩個(gè)多月的設(shè)計(jì)，我對汽車的轉(zhuǎn)向和前懸架系統(tǒng)有了更深刻的認(rèn)識，計(jì)的一般方法有了很好的了解，得出如下結(jié)論：
1、 本次設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向器選擇的是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，在滿足任務(wù)書的要求的同時(shí)做到了結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，更加經(jīng)濟(jì)合理。
2、 轉(zhuǎn)向梯形是斷開式后置轉(zhuǎn)向梯形，布置在發(fā)動(dòng)機(jī)的下方，安裝距離滿足設(shè)計(jì)要求，使得同時(shí)其傳動(dòng)角滿足任務(wù)書的要求。
3、 針對轉(zhuǎn)向梯形橫拉桿受壓的穩(wěn)定性及球頭銷的受剪的強(qiáng)度要求做了校核，經(jīng)計(jì)算滿足任務(wù)書的要求。
4、 由于設(shè)計(jì)時(shí)間倉促，關(guān)于轉(zhuǎn)向梯形部分的計(jì)算量不是太多。如果想做得更好的話，應(yīng)該編寫程序來處理，那樣更有說服力，得出結(jié)論也更加精確。
5、 到目前為止，汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只能滿足兩點(diǎn)是純滾動(dòng)的轉(zhuǎn)向，其他的轉(zhuǎn)向軌跡均是滾動(dòng)和滑動(dòng)雙重作用，在未來的轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)中，應(yīng)該有更合理的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)。
6、 汽車懸架種類繁多，本設(shè)計(jì)采用麥弗遜獨(dú)立懸架，在滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的同時(shí)提高了乘客的舒適性和整車的性能。
7、 對減震彈簧做了比較細(xì)致的演算和校核，雖然校核合格，但結(jié)果不太滿意，彈簧圈數(shù)太多，但一直沒想到解決的方法，不過滿足了設(shè)計(jì)要求的前提。
8、 在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)裝配的時(shí)候碰到了運(yùn)動(dòng)干涉問題，后來經(jīng)過反復(fù)檢驗(yàn)和改進(jìn)才解決，說明我在做設(shè)計(jì)的時(shí)候不能全盤考慮，在今后的時(shí)間我會在著方面多做努力。
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致 謝
在為期三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，在此期間，我在各位同學(xué)的幫助和老師的指導(dǎo)下，順利的完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)小組中的各位同學(xué)互相幫助，共同解決問題，讓我很感動(dòng)。
本次設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師李水良和馬心坦老師，在百忙之中抽出時(shí)間熱情幫助我們分析課題，斟酌方案，解決在設(shè)計(jì)中遇到的各種疑難問題，并向我們提供很多有用的設(shè)計(jì)資料和案例，使得我們的設(shè)計(jì)有充分的依據(jù)；還有其他老師，在我們有困難的時(shí)候幫我們詳細(xì)解答，認(rèn)真指導(dǎo)；還有資料室的老師，在我們需要資料的時(shí)候總是耐心的幫助聯(lián)系、查找資料。在設(shè)計(jì)結(jié)束之時(shí)，我向這些尊敬的老師和熱情的同學(xué)表示感謝，謝謝你們，謝謝你們對我的幫助和支持。衷心祝愿你們事業(yè)有成，心想事成！
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