轎車雙擺臂懸架的設(shè)計(jì)及產(chǎn)品建模

轎車雙擺臂懸架的設(shè)計(jì)及產(chǎn)品建模,轎車,雙擺臂,懸架,設(shè)計(jì),產(chǎn)品,建模 雙擺臂懸架三維圖 2007 目 錄 1零件圖 1 1.1雙擺臂懸架減振彈簧零件圖 1 1.2雙擺臂懸架彈簧上蓋零件圖 2 1.3雙擺臂懸架彈簧下蓋零件圖 3 1.4雙擺臂懸架悶蓋零件圖 4 1.5雙擺臂懸架防塵套零件圖 5 1.6雙擺臂懸架上擺臂零件圖 6 1.7雙擺臂懸架下擺臂零件圖 7 1.8雙擺臂懸架轉(zhuǎn)向節(jié)零件圖 8 2雙擺臂懸架裝配圖 9 3雙擺臂懸架爆炸圖 10  1零件圖 1．1雙擺臂懸架減振彈簧零件圖 圖1.1 圓柱彈簧 1.2雙擺臂懸架彈簧上蓋零件圖 圖1.2 彈簧上蓋 1.3雙擺臂懸架彈簧下蓋零件圖 圖1.3 下彈簧架 1.4雙擺臂懸架悶蓋零件圖 圖1.4 悶蓋 1.5雙擺臂懸架防塵套零件圖 圖1.5 防塵套 1.6雙擺臂懸架上擺臂零件圖 圖1.6 上擺臂 1.7雙擺臂懸架下擺臂零件圖 圖1.7 下擺臂 1.8雙擺臂懸架轉(zhuǎn)向節(jié)零件圖 圖1.8 轉(zhuǎn)向節(jié) 2．雙擺臂懸架裝配圖 圖9 裝配圖 3．雙擺臂懸架爆炸圖 圖10 爆炸圖 10 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2007 “遠(yuǎn)艦”轎車雙擺臂懸架的設(shè)計(jì)及產(chǎn)品建模 摘要：汽車雙擺臂懸架是一種常見的懸架形式，合理的選擇懸架的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸是獲得滿意的汽車行駛性能的重要條件，其運(yùn)動(dòng)特性的優(yōu)劣關(guān)系到汽車操縱穩(wěn)定性，舒適性，轉(zhuǎn)向輕便性和輪胎的使用壽命等性能。本課題來源于東風(fēng)悅達(dá)起亞汽車制造有限公司的遠(yuǎn)艦款轎車的后懸架，雙擺臂懸架可以通過合理的選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸接點(diǎn)的位置及導(dǎo)向臂的長度，使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特性。在設(shè)計(jì)中，首先，分析了雙擺臂獨(dú)立懸架的組成和功用；其次，進(jìn)行雙擺臂懸架的上下擺臂及各零部件強(qiáng)度的校核；第三，詳細(xì)考慮各部件之間的連接關(guān)系；最后計(jì)算了懸架自然振動(dòng)頻率，懸架靜撓度和動(dòng)撓度以及懸架彈性特性。在分析雙擺臂懸架的組成和作用以及確定各零部件的尺寸的基礎(chǔ)上，運(yùn)用CAD軟件和Pro/E軟件分別進(jìn)行二維繪圖和三維建模。此次課題進(jìn)行了準(zhǔn)確的計(jì)算和詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析，為雙擺臂懸架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了依據(jù)，從而在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面提高汽車的性能。 關(guān)鍵詞：雙擺臂懸架；汽車；設(shè)計(jì)；建模 The Design and Product modeling of Double Wishbone Suspension of“Optima”Car Abstract：The double-wishbone independent suspension is one of the common forms of motor vehicle suspension. Choosing the geometry parameters of the independent suspension reasonably is one of the important conditions to obtain the satisfied character of service. Its state of motion is related to handling stability, comfort ability, handling of steering and the life of tire, ect. The subject comes from the rear suspension of “optima” car which made by DYK Co. Ltd. The double-wishbone suspension can be a reasonable choice of space-oriented bar articulated point. The location and orientation of the suspension arm length can produce suitable motions. This thesis first analyzes the consists and function of the double-wishbone suspension in the design, then checks the up and down of arms of the double-wishbone independent suspension, Thirdly, make a detailed consideration of the various components of the link between relations is made. I calculate the suspension on the basis of the natural vibration frequency, static suspension deflection and dynamic deflection and elastic characteristics of the suspension terms at last. On the basis of Analysis of the composition and role of the size of the components in the double-wishbone independent suspension, with CAD software and Pro / E, respectively, 2D drawings and 3D product Modeling are made. We made an accurate and detailed structural analysis on the design, which provides the?reference for optimal design of the double-wishbone suspension. The approach can improve the?performance of the double-wishbone independent suspension. Keyword: double-wishbone suspension; motor vehicle; Design; Modeling 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 “遠(yuǎn)艦”轎車 雙擺臂懸架的設(shè)計(jì)及產(chǎn)品建模 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 周 祥 班 級 B機(jī)制034 學(xué) 號(hào) 0310110215 指導(dǎo)教師 呂紅明 完成日期 2007年6月13日 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2007 目 錄 1 前言 1 1.1 課題研究的目的和意義 1 1.2主要研究內(nèi)容 2 2 懸架 4 2.1 懸架的功用和組成 4 2.2 懸架系統(tǒng)的自然振動(dòng)頻率 4 2.3 汽車懸架的類型 5 2.4 雙橫臂獨(dú)立懸架 6 3．懸架主要參數(shù)的確定 8 3.1 懸架靜撓度 8 3.2 懸架的動(dòng)撓度 9 3.3 懸架彈性特性 9 3.4 后懸架螺旋彈簧剛度及應(yīng)力計(jì)算 9 4 獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 13 4.1 設(shè)計(jì)要求 13 4.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) 13 4.3 雙橫臂式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 5 減振器機(jī)構(gòu)類型及主要參數(shù)的選擇計(jì)算 20 5.1 分類 20 5.2 相對阻尼系數(shù) 20 5.3 減振器阻尼系數(shù)的確定 21 5.4 最大卸荷力的確定 22 5.5 簡式減振器工作缸直徑D的確定 22 6 Pro/E三維建模 24 6.1 關(guān)于Pro/E 24 6.3 應(yīng)用現(xiàn)狀 27 6.4 本章小結(jié) 27 7 結(jié)論 28 參考文獻(xiàn) 29 致 謝 30 附 錄 31 1 前言 1.1 課題研究的目的和意義 懸架是保證車輪或車橋與汽車承載系統(tǒng)(車架或承載式車身)之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動(dòng)以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱。 懸架最主要的功能[1]是傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的一切力和力矩，并緩和汽車駛過不平路面時(shí)所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證汽車的行駛平順性。為此必須在車輪與車架或車身之間提供彈性聯(lián)接，依靠彈性元件來傳遞車輪或車橋與車架或車身之間的垂向載荷，并依靠其變形來吸收能量，達(dá)到緩沖的目的。采用彈性聯(lián)接后，汽車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，懸架中確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩可靠傳遞并決定車輪相對于車架或車身的位移特性的連接裝置統(tǒng)稱為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定了車輪跳動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡和車輪定位參數(shù)的變化，以及汽車前后側(cè)傾中心及縱傾中心的位置，從而在很大程度上影響了整車的操縱穩(wěn)定性和抗縱傾能力。在有些懸架中還有緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿。 一百多年來汽車懸架從結(jié)構(gòu)型式到作用原理一直在不斷地演進(jìn)，但從結(jié)構(gòu)功能而言，它都是由彈性元件、減振裝置和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。在有些情況下，某一零部件兼起兩種或三種作用，比如鋼板彈簧兼起彈性元件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，麥克弗遜懸架 (McPherson strut suspension，或稱滑柱擺臂式獨(dú)立懸架)中的減振器柱兼起減振器及部分導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，有些主動(dòng)懸架中的作動(dòng)器則具有彈性元件、減振器和部分導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的功能。 根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，汽車懸架可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩大類。非獨(dú)立懸架的鮮明特色是左、右車輪之間由一剛性梁或非斷開式車橋聯(lián)接，當(dāng)單邊車輪駛過凸起時(shí)，會(huì)直接影響另一側(cè)車輪。獨(dú)立懸架中沒有這樣的剛性梁，左右車輪各自“獨(dú)立”地與車架或車身相連或構(gòu)成斷開式車橋，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可細(xì)分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等等，各種懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將在以下章節(jié)中進(jìn)一步討論。 除上述非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架外，還有一種近似半獨(dú)立懸架，它與近似半剛性的非斷開式后支持橋相匹配。當(dāng)左右車輪跳動(dòng)幅度不一致時(shí)，后支持橋中呈V形斷面并與左右縱臂固結(jié)在一起的橫梁受扭，由于其具有一定的扭轉(zhuǎn)彈性，故此種懸架既不同于非獨(dú)立懸架，也與獨(dú)立懸架有別。該彈性橫梁還兼起橫向穩(wěn)定桿的作用。 按照彈性元件的種類，汽車懸架又可以分為鋼板彈簧懸架、螺旋彈簧懸架、扭桿彈簧懸架、空氣懸架以及油氣懸架等。 按照作用原理，可以分為被動(dòng)懸架、主動(dòng)懸架和介于二者之間的半主動(dòng)懸架。 本課題來源于東風(fēng)悅達(dá)起亞汽車制造有限公司的遠(yuǎn)艦款轎車的后懸架，按其上下橫臂的長短可分為等長雙橫臂和不等長雙橫臂兩種。等長雙橫臂懸架在其車輪做上下跳動(dòng)時(shí)，可保持主銷傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會(huì)使輪胎磨損嚴(yán)重，多為不等長雙擺臂懸架代替，后一種懸架在其車輪上下跳動(dòng)時(shí)候只需要適當(dāng)?shù)倪x擇上下橫臂的長度并合理布置，即可使輪距及車輪定位參數(shù)的變化限定在一定的范圍之內(nèi)，這種不大的輪距的改變，不應(yīng)引起車輪沿路面的滑移，而為輪胎的彈性變形所補(bǔ)償，因此其保持了汽車良好的行使平順性，雙橫臂懸架的突出優(yōu)點(diǎn)在于其設(shè)計(jì)的靈活性，可以通過合理選擇空間桿系的鉸接點(diǎn)的位置及導(dǎo)向臂的長度，使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特性，并且形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心。 如前所述，汽車懸架和懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量構(gòu)成了一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，該振動(dòng)系統(tǒng)的特性很大程度上決定了汽車的行駛平順性，并進(jìn)一步影響到汽車的行駛車速、燃油經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性。該振動(dòng)系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多零部件的動(dòng)載，并進(jìn)而影響到這些零件的使用壽命。此外，懸架對整車操縱穩(wěn)定性、抗縱傾能力也起著決定性的作用。因而在設(shè)計(jì)懸架時(shí)必須考慮以下幾個(gè)方面的要求： A、通過合理設(shè)計(jì)懸架的彈性特性及阻尼特性確保汽車具有良好的行駛平順性，具有較低的振動(dòng)頻率、較小的振動(dòng)加速度值和合適的減振性能，并能避免在懸架的壓縮伸張行程極限點(diǎn)發(fā)生硬沖擊，同時(shí)還要保證輪胎具有足夠的接地能力； B、合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩的可靠傳遞，保證車輪跳動(dòng)時(shí)車輪定位參數(shù)的變化不會(huì)過大，并且能滿足汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性要求； C、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)與轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)，避免發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，否則可能引起轉(zhuǎn)向輪擺振； D、側(cè)傾中心及縱傾中心位置恰當(dāng)，汽車轉(zhuǎn)向時(shí)具有抗側(cè)傾能力，汽車制動(dòng)和加速時(shí)能保持車身的穩(wěn)定，避免發(fā)生汽車在制動(dòng)和加速時(shí)的車身縱傾(即所謂“點(diǎn)頭”和“后仰”)； E、懸架構(gòu)件的質(zhì)量要小尤其是其非懸掛部分的質(zhì)量要盡量??； F、便于布置，在轎車設(shè)計(jì)中特別要考慮給發(fā)動(dòng)機(jī)及行李箱留出足夠的空間； G、所有零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和使用壽命； H、制造成本低； I、便于維修、保養(yǎng)。 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)影響到許多整車特性，并且涉及其他總成的布置，因而一般要與總布置共同協(xié)商確定。 1.2主要研究內(nèi)容 對雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，得出原始參數(shù)，計(jì)算推導(dǎo)隨著車輪的跳動(dòng)主銷內(nèi)傾角、后傾角、車輪外傾角、前束角、車輪輪距的變化及懸架各點(diǎn)位置的變化情況。用PRO/E軟件設(shè)計(jì)模型，對其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，獲得最為理想的結(jié)果。 A、以雙橫臂式獨(dú)立懸架為研究對象，研究基于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和零部件數(shù)據(jù)計(jì)算方法,使用PRO/E軟件給出雙橫臂獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)模型； B、研究懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)與定位參數(shù)之間的關(guān)系，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，對懸架的主要參數(shù)進(jìn)行分析以及確定主要參數(shù)。 C、對懸架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，通過改變懸架有關(guān)參數(shù)，評價(jià)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)特性，得出懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)對整車性能(操縱穩(wěn)定性、行駛平順性等)的影響規(guī)律。2 懸架 2.1 懸架的功用和組成 懸架是車架(或承載式車身)與車橋(或車輪)之間的一切傳力連接裝置的總稱。它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力(支承力)、縱向反力(牽引力和制動(dòng)力)和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩都要傳遞到車架(或承載式車身)上，以保證汽車的正常行駛。 現(xiàn)代汽車的懸架盡管有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，但是一般都由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。 由于汽車行駛的路面不可能絕對平坦，因此，路面作用于車輪上的垂直反力往往是沖擊性的，尤其在壞路面上高速行駛時(shí)，這種沖擊力將很大，不僅能引起汽車機(jī)件的早期損壞，還將使駕駛員感到極不舒適，或使貨物受到損傷。為了緩和沖擊，在汽車行駛系中，除了采用彈性的元?dú)廨喬ブ猓趹壹苤羞€必須裝有彈性元件，使車架(或車身)與車橋(或車輪)之間作彈性聯(lián)接。但彈性系統(tǒng)在受到?jīng)_擊后，將產(chǎn)生振動(dòng)，持續(xù)的振動(dòng)易使乘員感到不舒適或疲勞，故懸架還具有減振作用,使振動(dòng)迅速衰減(振幅迅速減小)。為此,在許多結(jié)構(gòu)形式的汽車懸架中都設(shè)有專門的減振器。 車輪相對于車架和車身跳動(dòng)時(shí)，車輪(特別是轉(zhuǎn)向輪)的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)符合一定的要求,否則對汽車的某些行駛性能(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)著使車輪按一定軌跡相對于車架和車身跳動(dòng)的任務(wù)，因而這些傳力構(gòu)件還起導(dǎo)向作用，故稱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。 由此可見，汽車懸架的功能是緩沖、導(dǎo)向和減振，然而三者共同的任務(wù)則是傳力。 在多數(shù)轎車和客車上，為了防止車身在轉(zhuǎn)向行駛等情況下發(fā)生過大的傾斜，在懸梁中還設(shè)有輔助彈性元件—橫向穩(wěn)定器。 為限制彈簧的最大變形并防止彈簧直接撞擊車架，在貨車上輔助設(shè)有緩沖塊 。在一些轎車上也設(shè)有緩沖塊，以限制懸架的最大變形。 應(yīng)當(dāng)指出，懸架只有具備上述功能，在結(jié)構(gòu)上并非一定要設(shè)置滿足上述各功能的單獨(dú)的裝置不可。例如常見的鋼板彈簧，除了作為彈性元件起緩沖作用外，當(dāng)它在汽車上縱向安置并且一端與車架作固定鉸鏈連接時(shí)，它本身還能起到傳遞各向力和力矩以及決定車輪運(yùn)動(dòng)軌跡的作用，因而沒有必要再另設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。此外， —般鋼板彈簧是多片疊成的，其本身具有一定的減振能力，因而在對減振要求不高的車輛上，也可以不裝減振器。 2.2 懸架系統(tǒng)的自然振動(dòng)頻率 由懸架剛度和懸架彈簧支承的質(zhì)量(簧載質(zhì)量)所決定的車身固有頻率(亦稱振動(dòng)系統(tǒng)的自由振動(dòng)頻率)，是影響汽車行駛平順性的懸架重要性能指標(biāo)之一。人體所習(xí)慣的垂直振動(dòng)頻率是步行時(shí)身體上下運(yùn)動(dòng)的頻率，約為1-1.6Hz。車身固有頻率應(yīng)當(dāng)盡可能地處于或接近這—頻率范圍。根據(jù)力學(xué)分析，如果將汽車看成—個(gè)在彈性懸架上作單自由度振動(dòng)的質(zhì)量，則懸架系統(tǒng)的固有頻率[2]為 n== (2-1) 式中，g為重力加速度；f為懸架垂直變形(撓度)；M為懸架簧裁質(zhì)量；K (K＝Mg/f)為懸架剛度(不—定等于彈性元件的剛度)，是指車輪中心相對于車架和車身向上移動(dòng)的單位距離(即使懸架產(chǎn)生單位垂直壓縮變形)所需要加于懸架上的垂直載荷。 由上式可見： A、在懸架所受垂直載荷一定時(shí)，懸架剛度越小，則汽車固有頻率越低。但懸架剛度越小，在—定載荷下懸架垂直變形就越大，即車輪上下跳動(dòng)所需要的空間越大。這對于簧載質(zhì)量大的貨車，在結(jié)構(gòu)上是難以保證的，故實(shí)際上貨車的車身固有頻率往往偏高，而大大超過了上述理想的頻率范圍。 B、當(dāng)懸架剛度—定時(shí)，簧載質(zhì)量越大，則懸架垂直變形越大，而固有頻率越低，故空車行駛時(shí)的車身固有頻率要比滿載行駛時(shí)的高。簧載質(zhì)量變化范圍越大，則頻率變化范圍也越大。 為了使簧載質(zhì)量從相當(dāng)于汽車空載到滿載的范圍內(nèi)變化時(shí)，車身固有頻率保持不變成變化很小，就需要將懸架剛度做成可變的，即空車時(shí)懸架剛度小。而載荷增加時(shí)，懸架剛度隨之增加。 有些彈性元件本身的剛度就是可變的，如氣體彈簧；有些懸架所用的彈性元件的剛度雖然是不變的，但是安裝在懸架中之后，可使整個(gè)懸架具有可變的剛度，例如扭桿彈簧懸架。 2.3 汽車懸架的類型 汽車懸架可分為兩大類：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。 非獨(dú)立懸架如圖2—1a：其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)的車輪由一根整體式車橋相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架與車架(或車身)連接。當(dāng)一側(cè)車輪因道路不平而發(fā)生跳動(dòng)時(shí)，必然引起另一側(cè)車輪在汽車橫向平面內(nèi)發(fā)生擺動(dòng)．故稱為非獨(dú)立懸架。 圖2-1 獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架示意圖 獨(dú)立懸架如圖2—1b：其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是車橋做成斷開的，每一側(cè)的車輪可以單獨(dú)地通過彈性懸架與車架(或車身)連接，兩側(cè)車輪可以單獨(dú)跳動(dòng)，互不影響．故稱為獨(dú)立懸架。 2.4 雙橫臂獨(dú)立懸架 雙橫臂式獨(dú)立懸架又稱雙擺臂獨(dú)立懸架,是汽車懸架的一種常見形式。按其上、下橫臂的長短又可分為等長雙橫臂式和不等長雙橫臂式兩種。等長雙橫臂式懸架在其車輪做上、下跳動(dòng)時(shí)，可以保持主銷傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會(huì)使輪胎磨損嚴(yán)重，所以很少采用，多為不等長雙橫臂式懸架所取代。后一種形式的懸架在其車輪上、下跳動(dòng)時(shí)，只要適當(dāng)?shù)剡x擇上、下橫臂的長度并合理布置，即可使輪距及車輪定位參數(shù)的變化量限定在允許的范圍內(nèi)。這種不大的輪距改變，不應(yīng)引起車輪沿路面的側(cè)滑，而為輪胎的彈性變形所補(bǔ)償。因此，不等長雙橫臂式獨(dú)立懸架[3]能保證汽車有良好的行駛穩(wěn)定性，已為中、高級轎車的前懸架所廣泛采用。 圖2-2 雙橫臂獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)示意圖 雙橫臂懸架如圖2-2所示其突出優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)的靈活性,可以通過合理選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸接點(diǎn)的位置及導(dǎo)向臂(或稱為控制臂)的長度,使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特征(亦即當(dāng)車輪跳動(dòng)或車身側(cè)傾時(shí),車輪定位角及輪距的變化能盡量滿足設(shè)計(jì)的要求),并且形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心。 為了隔離振動(dòng)和噪聲并補(bǔ)償空間導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由于上、下橫臂擺動(dòng)軸線相交帶來的運(yùn)動(dòng)干涉，在各鉸接點(diǎn)處一般采用橡膠支承。顯然，各點(diǎn)處受力越小，則橡膠支承的變形越小，車輪的導(dǎo)向和定位也越精確。分析表明，為減小鉸接點(diǎn)處的作用力，應(yīng)當(dāng)盡可能增大、下橫臂間的距離，減小下橫臂地面的垂向距離和下鉸點(diǎn)至車輪接地點(diǎn)之間的橫向距離。當(dāng)然，上、下橫臂各鉸接點(diǎn)位置的確定還要綜合考慮布置是否方便以及懸架的運(yùn)動(dòng)特征是否合適。 雙橫臂懸架可采用螺旋彈簧、空氣彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧或鋼板彈簧作為彈性元件，最常見的為螺旋彈簧。 雙橫臂懸架一般作為轎車的前、后懸架，輕型載貨汽車的前懸架或要求高通過性的越野汽車的前、后懸架。當(dāng)雙橫臂懸架用作前置前驅(qū)動(dòng)轎車的前懸架時(shí)，必須在結(jié)構(gòu)上給擺動(dòng)半徑留出位置。一種方法是將彈簧置于上控制臂上方，這樣做的缺點(diǎn)在于減小了上、下橫臂間的垂直距離和彈簧的行程，并且振動(dòng)直接傳遞給車身前端。另一種做法是采用專門的叉形構(gòu)件為擺動(dòng)半軸留出空間或者經(jīng)過特別設(shè)計(jì)，使彈簧、減振器位于擺動(dòng)半軸后方。 從20世紀(jì)80年代后期開始，為提高行駛安全性，越來越多的高級轎車后懸架采用雙橫臂結(jié)構(gòu)。其運(yùn)動(dòng)特性的優(yōu)劣關(guān)系到汽車操縱的穩(wěn)定性，舒適性，轉(zhuǎn)向輕便性和輪胎的使用壽命等諸多因素。汽車雙橫臂獨(dú)立懸架在空間布置上有較多的自由度，各導(dǎo)向桿件在空間上傾斜布置，再加上懸架不可避免地與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生干涉，因此懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)全過程一般都是復(fù)雜的非線性的空間運(yùn)動(dòng)過程。雙橫臂懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的優(yōu)化，可以保證車輛在惡劣的行駛條件下既有良好的行駛平順性，操作穩(wěn)定性和通過性，同時(shí)使懸架和車輪的運(yùn)動(dòng)空間最小，車內(nèi)空間最大，使輪胎的側(cè)向滑移量最小，使用壽命最大。 3．懸架主要參數(shù)的確定 3.1 懸架靜撓度 懸架靜撓度是指汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷與此時(shí)懸架剛度c之比，即。 汽車前、后懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性的主要參數(shù)之一。因現(xiàn)代汽車的質(zhì)量分配系數(shù)近似等于1，于是汽車前、后軸上方車身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系。因此，汽車前、后部分的車身的固有頻率和 (亦稱偏頻)可用下式表示 （3－1） （3－2） 式中，、為前、后懸架的剛度(N／cm)；、為前、后懸架的簧上質(zhì)量(kg)。 當(dāng)采用彈性特性為線性變化的懸架時(shí)，前、后懸架的靜撓度可用下式表示 =146~248mm = 110.25~181.4mm 式中，g為重力加速度(g＝981cm／)。 將、代人式(3—1)得到 =1~1.3hz (3 - 3) = 1.17~1.5hz （3－4） 分析上式可知：懸架的靜撓度直接影響車身振動(dòng)的偏頻n。因此，欲保證汽車有良好的行駛平順性，必須正確選取懸架的靜撓度[5]。 在選取前、后懸架的靜撓度值和時(shí)，應(yīng)當(dāng)使之接近，并希望后懸架的靜撓度比前懸架的靜撓度小些，這有利于防止車身產(chǎn)生較大的縱向角振動(dòng)。理論分析證明：若汽車以較高車速駛過單個(gè)路障，/＜1時(shí)的車身縱向角振動(dòng)要比/＞1時(shí)小，故推薦取＝（0.8～0.9）?？紤]到貨車前、后軸荷的差別和駕駛員的乘坐舒適性，取前懸架的靜撓度值大于后懸架的靜撓度值，推薦＝（0.6～0.8）。為了改善微型轎車后排乘客的乘坐舒適性，有時(shí)取后懸架的偏頻低于前懸架的偏頻。 用途不同的汽車，對平順性要求不一樣。以運(yùn)送人為主的轎車對平順性的要求最高，大客車次之，載貨車更次之。對普通級以下轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求在1.00～1.45Hz，后懸架則要求在1.17～1.58Hz。原則上轎車的級別越高，懸架的偏頻越小。對高級轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求在0.80～1.15Hz，后懸架則要求在0.98～1.30Hz。貨車滿載時(shí)，前懸架偏頻要求在1.50～2.10Hz，而后懸架則要求在1.70～2.17Hz。選定偏頻以后，再利用式(3—2)即可計(jì)算出懸架的靜撓度。 3.2 懸架的動(dòng)撓度 懸架的動(dòng)撓度是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形(通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的1／2或2／3)時(shí)，車輪中心相對車架(或車身)的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動(dòng)撓度，以防止在壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰撞緩沖塊。對轎車，取7～9cm；對大客車，取5～8cm；對貨車，取6～9cm,本設(shè)計(jì)的動(dòng)撓度選取7～9cm。 3.3 懸架彈性特性 懸架受到的垂直外力F與由此所引起的車輪中心相對于車身位移廠(即懸架的變形)的關(guān)系曲線稱為懸架的彈性特性。其切線的斜率是懸架的剛度。 懸架的彈性特性有線性彈性特性和非線性彈性特性兩種。當(dāng)懸架變形廠與所受垂直外力F之間呈固定比例變化時(shí)，彈性特性為一直線，稱為線性彈性特性，此時(shí)懸架剛度為常數(shù)。當(dāng)懸架變形與所受垂直外力F之間不呈固定比例變化時(shí)，懸架剛度是變化的，其特點(diǎn)是在滿載位置附近，剛度小且曲線變化平緩，因而平順性良好；距滿載較遠(yuǎn)的兩端，曲線變陡，剛度增大。這樣可在有限的動(dòng)撓度范圍內(nèi)，得到比線性懸架更多的動(dòng)容量。懸架的動(dòng)容量系指懸架從靜載荷的位置起，變形到結(jié)構(gòu)允許的最大變形為止消耗的功。懸架的動(dòng)容量越大，對緩沖塊擊穿的可能性越小。 空載與滿載時(shí)簧上質(zhì)量變化大的貨車和客車，為了減少振動(dòng)頻率和車身高度的變化，應(yīng)當(dāng)選用剛度可變的非線性懸架。轎車簧上質(zhì)量在使用中雖然變化不大，但為了減少車軸對車架的撞擊，減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的側(cè)傾與制動(dòng)時(shí)的前俯角和加速時(shí)的后仰角，也應(yīng)當(dāng)采用剛度可變的非線性懸架。 鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的彈性特性可視為線性的，而帶有副簧的鋼板彈簧、空氣彈簧、油氣彈簧等，均為剛度可變的非線性彈性特性懸架。 3.4 后懸架螺旋彈簧剛度及應(yīng)力計(jì)算 螺旋彈簧作為彈性元件，由于其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便及具有較高的比能容量，因此在現(xiàn)代輕型以下汽車的懸架中應(yīng)用相當(dāng)?shù)钠毡?，特別是在轎車中，由于要求良好的乘坐舒適性和懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在大擺動(dòng)量下依然具有保持車輪定位角的能力，因此螺旋彈簧懸架早就取代了鋼板彈簧。螺旋彈簧在懸架布置中可在彈簧內(nèi)部安裝減振器，行程限位器或?qū)蛑菇Y(jié)構(gòu)緊湊。通過采用變節(jié)距或用變直徑彈簧鋼絲繞制的或者兩者同時(shí)采用的彈簧結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)變剛度特性。 3.4.1 螺旋彈簧剛度及應(yīng)力計(jì)算 螺旋彈簧在其軸向載荷P作用下變形F為： （3-5） 式中：彈簧中徑，160mm D：彈簧鋼絲直徑，14mm I：彈簧工作圈數(shù), 5； G：彈簧材料的剪切彈性數(shù)量，取。 彈簧在壓縮時(shí)工作方式與扭桿相似，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 （3-6） 式中C：彈簧指數(shù)（旋繞比），C=； ：曲度系數(shù)，為考慮簧圈曲率對強(qiáng)度影響的系數(shù)，。 對于前面討論的直的扭桿，其表面的剪應(yīng)力呈均勻分布，而螺旋彈簧鋼絲表面的剪應(yīng)力則相對復(fù)雜。在靜載狀態(tài)下，這種截面內(nèi)的應(yīng)力分布不均勻可以忽略不計(jì)，但在承受動(dòng)載時(shí)，由于彈簧內(nèi)側(cè)應(yīng)力水平較高并且應(yīng)力變化幅值也更大，導(dǎo)致螺旋彈簧的失效總是發(fā)生在內(nèi)側(cè)。為了在設(shè)計(jì)時(shí)考慮內(nèi)側(cè)應(yīng)力的增大，引如修正系數(shù)。 一般情況下，彈簧鋼的許用剪應(yīng)力與許用拉應(yīng)力成比例關(guān)系，通常情況下，可以取=0.63。 3.4.2 彈簧端部形狀 螺旋彈簧端部可以碾細(xì)，并緊，直角切斷或向內(nèi)彎曲，其中a為兩端碾細(xì)，亦即在繞制彈簧之前先將鋼絲兩端碾細(xì)，碾細(xì)部分長度在繞后約占，末端厚度為鋼絲直徑的1/3左右，繞制成后末端幾乎貼緊相連一端彈簧。必要時(shí)兩端都要磨平。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是節(jié)約材料，占用垂向空間小，特別是由于兩端都平整，安裝時(shí)可以任意轉(zhuǎn)動(dòng)，因而設(shè)計(jì)時(shí)彈簧的圈數(shù)可以取任意值，不必限于整數(shù)。其缺點(diǎn)是碾細(xì)需要專門工序和設(shè)備，增加了制造成本。b為直角切斷型，其中一端并緊形成與彈簧軸線垂直的平面。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于繞制簡單，成本低，其缺點(diǎn)是增加了垂向的尺寸和材料的消耗，安裝時(shí)需要一定方向并且與之相配套的彈簧座，若兩端都未平齊，則修改設(shè)計(jì)時(shí)，彈簧圈數(shù)必須按整數(shù)增減。c為端部向內(nèi)彎曲并形成與彈簧軸線垂直的平面，這種結(jié)構(gòu)長用于和彈簧座配合起定位作用，若兩端都內(nèi)彎，則需要專用設(shè)備。 表3-1列出了不同端部結(jié)構(gòu)時(shí)彈簧總?cè)?shù)n與有效圈數(shù)i以及彈簧完全并緊時(shí)的高度公式中的系數(shù)1.01為考慮螺旋角的補(bǔ)償關(guān)系，t為端部碾細(xì)時(shí)的末端厚度[6]。 總?cè)?shù)n 完全并緊時(shí)的高度 兩端碾細(xì) i+2 1.01d(n-1)+2t 兩端切斷 i+1.33 1.01d(n+1) 兩端內(nèi)彎 i+1.50 1.01d(n-1.25) 一端碾細(xì)一端切斷 i+1.67 1.01dn+t 一端碾細(xì)一端內(nèi)彎 i+1.75 1.01dn(n-1)+t 一端切斷一端內(nèi)彎 i+1.42 1.01dn 表3-1.螺旋彈簧不同端部結(jié)構(gòu)時(shí)的總?cè)?shù)及并緊高度 3.4.3 螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算分以下幾個(gè)步驟： A、根據(jù)總布置要求及懸架的具體結(jié)構(gòu)形式求需要的彈簧剛度，設(shè)計(jì)載荷時(shí)的彈簧的受力及彈簧高度，懸架在壓縮行程極限位置時(shí)彈簧高度。 B、初步選擇彈簧中徑Dm，端部結(jié)構(gòu)形式及所用的材料。 C、參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定臺(tái)架實(shí)驗(yàn)時(shí)伸張及壓縮極限位置相對于設(shè)計(jì)載荷位置的彈簧變形量，并且確定要想達(dá)到的壽命（循環(huán)次數(shù)）。 D、初選鋼絲直徑d，并由相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)查出許用拉應(yīng)力。 E、由式（3-6）解出i，用表3-1中的相應(yīng)公式求出。 F、由，，及可求出彈簧在完全壓縮時(shí)候的載荷。 G、按彈簧指數(shù)及的表達(dá)式求得，并且求出載荷，，以及所對應(yīng)的剪切應(yīng)力，，，（以及，>，但是懸架工作時(shí)彈簧實(shí)際對應(yīng)的最大剪應(yīng)力，對應(yīng)懸架的極限壓縮狀態(tài)）。 H、校核是否小于=0.63，若不成立，則重新選擇鋼絲直徑d；若余量很大，則視壽命校核結(jié)果決定是否重新選取較小些的直徑d。 I、校核臺(tái)架實(shí)驗(yàn)條件下的壽命。給定實(shí)驗(yàn)條件下的循環(huán)次數(shù)可按下式估算： （3-7） 式中 若算出的預(yù)期壽命小于預(yù)期臺(tái)架壽命，則返回重新選擇d；若有較大余量，則綜合考慮是否需要選擇更小的鋼絲直徑以節(jié)約材料，減小質(zhì)量。 J、得到合適的d以后，可以進(jìn)一步確定彈簧的高度和彈簧的最小工作高度： 式中與彈簧指數(shù)有關(guān)的系數(shù)見下圖[6]： 表3-2.彈簧指數(shù)的關(guān)系曲線 彈簧總?cè)?shù)可由表3-2中求出。 K、穩(wěn)定性校核 又細(xì)又高的彈簧在大載荷作用下會(huì)失穩(wěn)，失穩(wěn)的臨界載荷不僅和其高度對直徑之比有關(guān)，還與彈簧兩端的支撐方式有關(guān)，對于鋼絲截面是圓形的螺旋彈簧，其相對變形量必須小于如下臨界值： 4 獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 4.1 設(shè)計(jì)要求 A、懸架上載荷變化時(shí)，保證輪距變化不超過±4.0mm，輪距變化大會(huì)引起輪胎早期磨損。 B、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，車輪不應(yīng)產(chǎn)生縱向加速度。 C、汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，應(yīng)使車身側(cè)傾角小。在0.4g側(cè)向加速度作用下，車身側(cè)傾角不大于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)。 D、汽車制動(dòng)時(shí)，應(yīng)使車身有抗前俯作用；加速時(shí)，有抗后仰作用。 4.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) 4.2.1 側(cè)傾中心 雙橫臂式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心由如圖4—1所示方式得出。將橫臂內(nèi)外轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的連線延 長，以便得到極點(diǎn)P，并同時(shí)獲得戶點(diǎn)的高度。將戶點(diǎn)與車輪接地點(diǎn)N連接，即可在汽車軸線上獲得側(cè)傾中心W。當(dāng)橫臂相互平行時(shí)如圖4－2，戶點(diǎn)位于無窮遠(yuǎn)處。作出與其平行的通過N點(diǎn)的平行線，同樣可獲得側(cè)傾中心W。 圖4－1 橫臂式懸架和縱橫臂式懸架的距離和P的計(jì)算法和圖解法 圖4—2 橫臂相互平行的雙橫臂式懸架側(cè)傾中心的確定 雙橫臂式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心的高度通過下式計(jì)算得出 (4－1) 式中 麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心由如圖4—3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(dòng)方向的垂直線并將下橫臂線延長[7]。兩條線的交點(diǎn)即為P點(diǎn)。 圖4—3 普通規(guī)格的麥弗遜式懸架的尺寸和P的計(jì)算法和圖解法 麥弗遜式懸架的彈簧減振器柱EG布置得越垂直，下橫臂GD布置得越接近水平，則側(cè)傾中心W就越接近地面，從而使得在車輪上跳時(shí)車輪外傾角的變化很不理想。如加長下橫臂，則可改善運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。 麥弗遜式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的高度可通過下式計(jì)算 (4-2) 式中 4.2.2 側(cè)傾中心 在獨(dú)立懸架中，前后側(cè)傾中心連線稱為側(cè)傾軸線。側(cè)傾軸線應(yīng)大致與地面平行，且盡可能離地面高些。平行是為了使得在曲線行駛時(shí)前、后軸上的輪荷變化接近相等，從而保證中性轉(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，前懸架側(cè)傾中心高度受到允許輪距變化的限制且?guī)缀醪豢赡艹^150mm。此外，在前輪驅(qū)動(dòng)的車輛中，由于前轎軸荷大，且為驅(qū)動(dòng)橋，故應(yīng)盡可能使前輪輪荷變化小。因此，獨(dú)立懸架(縱臂式懸架除外)的側(cè)傾中心高度為： 前懸架0～120mm；后懸架80～150mm。 設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定(與輪距變化有關(guān)的)前懸架的側(cè)傾中心高度，然后確定后懸架的側(cè)傾中心高度。當(dāng)后懸架采用獨(dú)立懸架時(shí)，其側(cè)傾中心高度要稍大些。如果用鋼板彈簧非獨(dú)立懸架時(shí)，后懸架的側(cè)傾中心高度要取得更大些。 4.2.3 .縱傾中心 雙橫臂式懸架的縱傾中心可用作圖法得出，見圖4—4。自鉸接點(diǎn)正和G作擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)軸C和D的平行線，兩線的交點(diǎn)即為縱傾中心。 麥弗遜式懸架的縱傾中心，可由正點(diǎn)作減振器運(yùn)動(dòng)方向的垂直線，該垂直線與過G點(diǎn)的擺臂軸平行線的交點(diǎn)即為縱傾中心[8]O，如圖4—5所示。 圖4—4雙橫臂式懸架的縱傾中心 圖4—5 麥弗遜式懸架的縱傾中心 4.2.4 抗制動(dòng)縱傾性(抗制動(dòng)前俯角) 抗制動(dòng)縱傾性使得制動(dòng)過程中汽車車頭的下沉量及車尾的抬高量減小。只有當(dāng)前、后懸架的縱傾中心位于兩根車橋(軸)之間時(shí)，這一性能方可實(shí)現(xiàn)，如圖4—6所示。 圖4－6抗制動(dòng)縱傾性 4.2.5 抗驅(qū)動(dòng)縱傾性(抗驅(qū)動(dòng)后仰角) 抗驅(qū)動(dòng)縱傾性可減小后輪驅(qū)動(dòng)汽車車尾的下沉量或前輪驅(qū)動(dòng)汽車車頭的抬高量。與抗制動(dòng)縱傾性不同的是，只有當(dāng)汽車為單橋驅(qū)動(dòng)時(shí)，該性能才起作用。對于獨(dú)立懸架而言，是縱傾中心位置高于驅(qū)動(dòng)橋車輪中心，這一性能方可實(shí)現(xiàn)。 4.2.6 懸架擺臂的定位角 獨(dú)立懸架中的擺臂鉸鏈軸大多為空間傾斜布置。為了描述方便，將擺臂空間定位角定義為：擺臂的水平斜置角，懸架抗前俯角，懸架斜置初始角，如圖4—6所示。 4.3 雙橫臂式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.3.1 縱向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 上、下橫臂軸抗前俯角的匹配對主銷后傾角的變化有較大影響。圖4—7給出了六種可能布置方案的主銷后傾角值隨車輪跳動(dòng)的曲線。圖中橫坐標(biāo)為值，縱坐標(biāo)為車輪接地中心的垂直位移量Z。各匹配方案中，、角度的取值見圖注，其正負(fù)號(hào)按右手定則確定[9]。 圖4—7 、、的定義 圖4—8 、的匹配對的影響 為了提高汽車的制動(dòng)穩(wěn)定性和舒適性，一般希望主銷后傾角的變化規(guī)律為：在懸架彈簧壓縮時(shí)后傾角增大；在彈簧拉伸時(shí)后傾角減小，用以造成制動(dòng)時(shí)因主銷后傾角變大而在控制臂支架上產(chǎn)生防止制動(dòng)前俯的力矩。 分析圖4—8中的變化曲線可知，第4、第5方案的變化規(guī)律為壓縮行程減小，拉伸行程增大，這與所希望的規(guī)律正好相反，因此不宜用在汽車前懸架中；第3方案雖然主銷后傾角的變化最小，但其抗前俯的作用也小，所以現(xiàn)代汽車中也很少采用；第1、2、6方案的主銷后傾角變化規(guī)律是比較好的，所以這三種方案在現(xiàn)代汽車中被廣泛采用。 4.3.2 橫向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案[10] 圖4—9 上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置方案 比較圖4—9a、b、c三圖可以清楚地看到，上、下橫臂布置不同，所得側(cè)傾中心位置也不同，這樣就可根據(jù)對側(cè)傾中心位置的要求來設(shè)計(jì)上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置方案。 4.3.3 水平面內(nèi)上、下橫臂擺動(dòng)軸線的布置方案 上、下橫臂軸線在水平面內(nèi)的布置方案有三種[8]，如圖4—10[11]所示。 下橫臂軸M—M和上橫臂軸N—N與縱軸線的夾角，分別用和來表示，稱為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上、下橫臂軸的水平斜置角。一般規(guī)定，軸線前端遠(yuǎn)離汽車縱軸線的夾角為正，反之為負(fù)，與汽車縱軸線平行者，夾角為零。 圖4—10 水平面內(nèi)上、下橫臂軸布置方案 為了使輪胎在遇到凸起路障時(shí)能夠使輪胎一面上跳，一面向后退讓，以減少傳到車身上的沖擊力，還為了便于布置發(fā)動(dòng)機(jī)，大多數(shù)前置發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的懸架下橫臂軸M—M的斜置角為正，而上橫臂軸N—N的斜置角則有正值、零值和負(fù)值三種布置方案，如圖4—10中的a、b、c所示。上、下橫臂斜置角不同的組合方案，對車輪跳動(dòng)時(shí)前輪定位參數(shù)的變化規(guī)律有很大影響。如車輪上跳、下橫臂斜置角為正、上橫臂斜置角為負(fù)值或零值時(shí)，主銷后傾角隨車輪的上跳而增大。如組合方案為上、下橫臂斜置角、都為正值，如圖4—33a所示，則主銷后傾角隨車輪的上跳較少增加甚至減少(當(dāng)＜時(shí)＝。至于采取哪種方案為好，要和上、下橫臂在縱向平面內(nèi)的布置一起考慮。當(dāng)車輪上跳、主銷后傾角變大時(shí)，車身上的懸架支承處會(huì)產(chǎn)生反力矩，有抑制制動(dòng)時(shí)前俯的作用。但主銷后傾角變得太大時(shí)，會(huì)使支抵處反力矩過人，川時(shí)使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對側(cè)向力十分敏感，易造成車輪擺振或轉(zhuǎn)向盤上力的變化。因此，希望轎車的主銷后傾角原始值為-1°～+2°。當(dāng)車輪上跳時(shí)，懸架每壓縮10mm，主銷后傾角變化范圍為10`～40`。 4.3.4 上、下橫臂長度的確定[12] 雙橫臂式懸架的上、下臂長度對車輪上、下跳動(dòng)時(shí)前輪的定位參數(shù)影響很大。現(xiàn)代轎車所用的雙橫臂式前懸架，一般設(shè)計(jì)成上橫臂短、下橫臂長。這一方面是考慮到布置發(fā)動(dòng)機(jī)方便。另一方面也是為了得到理想的懸架運(yùn)動(dòng)特性。 設(shè)計(jì)汽車懸架時(shí)，希望輪距變化要小，以減少輪胎磨損，提高其使用壽命，因此應(yīng)選擇上、下擺臂長度之比在0.6附近；為保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性，希望前輪定位角度的變化要小，這時(shí)應(yīng)選擇上、下擺臂長度之比在1.0附近。綜合以上分析，該懸架的上、下擺臂長度之比應(yīng)在0.6～1.0范圍內(nèi)。美國克萊斯勒和通用汽車公司分別認(rèn)為，上、下擺臂長度之比取0.7和0.66為最佳。根據(jù)我國轎車設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，在初選尺寸時(shí)，上、下擺臂長度之比取0.65為宜。 5 減振器機(jī)構(gòu)類型及主要參數(shù)的選擇計(jì)算 5.1 分類[13] 懸架中用得最多的減振器是內(nèi)部充有液體的液力式減振器。汽車車身和車輪振動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時(shí)的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動(dòng)阻力，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍空氣中去，達(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的。如果能量的耗散僅僅是在壓縮行程或者是在伸張行程進(jìn)行，則把這種減振器稱之為單向作用式減振器，反之稱之為雙向作用式減振器。后者因減振作用比前者好而得到廣泛應(yīng)用。 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，減振器分為搖臂式和筒式兩種。雖然搖臂式減振器能夠在比較大的工作壓力(10—20MPa)條件下工作，但由于它的工作特性受活塞磨損和工作溫度變化的影響大而遭淘汰。筒式減振器工作壓力雖然僅為2.5～5MPa，但是因?yàn)楣ぷ餍阅芊€(wěn)定而在現(xiàn)代汽車上得到廣泛應(yīng)用。筒式減振器又分為單筒式、雙筒式和充氣筒式三種。雙筒充氣液力減振器具有工作性能穩(wěn)定、干摩擦阻力小、噪聲低、總長度短等優(yōu)點(diǎn)，在轎車上得到越來越多的應(yīng)用。 設(shè)計(jì)減振器時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求是，在使用期間保證汽車行駛平順性的性能穩(wěn)定。 5.2 相對阻尼系數(shù) 減振器在卸荷閥打開前，減振器中的阻力F與減振器振動(dòng)速度間有如下關(guān)系[14] (5－1) 式中，為減振器阻尼系數(shù)。 圖5—1b示出減振器的阻力－速度特性圖。該圖具有如下特點(diǎn)：阻力－速度特性由四段近似直線線段組成，其中壓縮行程和伸張行程的阻力－速度特性各占兩段；各段特性線的斜率是減振器的阻尼系數(shù)，所以減振器有四個(gè)阻尼系數(shù)。在沒有特別指明時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)是指卸荷閥開啟前的阻尼系數(shù)而言。通常壓縮行程的阻尼系數(shù)與伸張行程的阻尼系數(shù)不等。 圖5—1 減振器的特性 a) 阻力一位移特性 b)阻力一速度特性 汽車懸架有阻尼以后，簧上質(zhì)量的振動(dòng)是周期衰減振動(dòng)，用相對阻尼系數(shù)的大小來評定振動(dòng)衰減的快慢程度。的表達(dá)式[15]為 (5－2) 式中，c為懸架系統(tǒng)垂直剛度；為簧上質(zhì)量。 式(4－52)表明，相對阻尼系數(shù)的物理意義是：減振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。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身；值小則反之。通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對阻尼系數(shù)取得小些，伸張行程時(shí)的相對阻尼系數(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。對于無內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，?。?.25～0.35；對于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，值取小些。對于行駛路面條件較差的汽車，值應(yīng)取大些，一般?。?.3；為避免懸架碰撞車架，?。?.5。 5.3 減振器阻尼系數(shù)的確定 減振器阻尼系數(shù)。因懸架系統(tǒng)固有振動(dòng)頻率，所以理論上。實(shí)際上應(yīng)根據(jù)減振器的布置特點(diǎn)確定減振器的阻尼系數(shù)。例如，當(dāng)減振器如圖5－2a安裝時(shí)，減振器阻尼系數(shù)用下式[16]計(jì)算 圖5—2 減振器安裝位置 (5－3) 式中，n為雙橫臂懸架的下臂長；a為減振器在下橫臂上的連接點(diǎn)到下橫臂在車身上的鉸接之間的距離。 減振器如圖5－2b所示安裝時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)占用下式計(jì)算 (5－4) 式中，a為減振器軸線與鉛垂線之間的夾角。 減振器如圖5－2c所示安裝時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)用下式計(jì)算 (5－5) 分析式(5－3)～式(5－4)可知：在下橫臂長度n不變的條件下，改變減振器在下橫上的固定點(diǎn)位置或者減振器軸線與鉛垂線之間的夾角。，會(huì)影響減振器阻尼系數(shù)的變化。 5.4 最大卸荷力的確定 為減小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)，減振器打開卸荷。此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度。在減振器安裝如圖5－2b所示時(shí) (5－6) 式中，為卸載速度，一般為0.15～0.30m/s；A為車身振幅，取±40mm，為懸架振動(dòng)固有頻率。 如已知伸張行程時(shí)的阻尼系數(shù)，載伸張行程的最大卸荷力。 5.5 簡式減振器工作缸直徑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 （5－7） 式中，為工作缸最大允許壓力，取3～4Mpa；為連桿直徑與缸筒直徑之比，雙筒式減振器?。?.40～0.50，單筒式減振器?。?.30～0.35。 減振器的工作缸直徑D有20、30、40、（45）、50、65mm等幾種。選取時(shí)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選用。 貯油筒直徑＝（1.35～1.50）D，壁厚取為2mm，材料可選20號(hào)鋼。 6 Pro/E三維建模 Pro/E是美國PTC公司開發(fā)的CAD/CAE/CAM 軟件，自1988年問世以來，已成為世界最普及的三維CAD/ CAM 系統(tǒng)。該軟件先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念體現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系列軟件的最新發(fā)展方向，成為提供工業(yè)解決方案的有力工具。它已被廣泛應(yīng)用于電子，機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、航空、航天、軍工、紡織、家電、玩具等行業(yè)。PRO/E可謂是個(gè)全方位的三維產(chǎn)品開發(fā)軟件，集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品組合、模具開發(fā)、NC加工、鈑金件設(shè)計(jì)、鑄造設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、自動(dòng)測量、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理功能于一體，模塊眾多。 6.1 關(guān)于Pro/E Pro/E作為三維造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，其功能強(qiáng)大，用途廣泛，是新一代. CAD/ CAM系統(tǒng)軟件。它以尺寸驅(qū)動(dòng)、特征建模、全參數(shù)設(shè)計(jì)、單一全關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實(shí)及多數(shù)據(jù)接口等優(yōu)點(diǎn)改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念，使設(shè)計(jì)工作直觀化、高效化、精確化和系統(tǒng)化，成為目前機(jī)械CAD領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)僅提供繪圖工具不同，PRO/E提供了一套完整的機(jī)械產(chǎn)品解決方案，包括工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工制造、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理，甚至包括了產(chǎn)品生命周期，是多項(xiàng)技術(shù)的集成產(chǎn)品。PRO/E的主要特征有：（1）3D實(shí)體模型；（2）單一數(shù)據(jù)庫；（3）基于特征的參數(shù)化實(shí)體建模；（4）行為建模技術(shù)；（5）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)；（6）強(qiáng)大的裝配功能；（7）NC加工；（8）二次開發(fā)技術(shù)。 6.1.1 參數(shù)化特征造型技術(shù) 參數(shù)化特征造型被公認(rèn)為是目前幾何造型的發(fā)展趨勢，Pro/E實(shí)體模型由一些工程特征組合而成，Pro/Feature模塊提供了拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、過渡、孔、槽、扭曲、圓角、倒角、抽殼、拔模斜度、自由變形、管道、變截面掃掠和掃描性過渡等眾多的特征和特征構(gòu)造方法，為用戶提供了設(shè)計(jì)非常復(fù)雜形狀曲面或?qū)嶓w模型的有力工具。 基于特征的參數(shù)化造型是將參數(shù)化造型的思想和特征造型的思想有機(jī)地結(jié)合到一起，用尺寸驅(qū)動(dòng)或變量設(shè)計(jì)的方法定義特征并進(jìn)行類似的操作，這樣就形成了參數(shù)化特征造型。由于特征全部用參數(shù)化定義，因此對形狀、尺寸、公差、表面粗糙度等均可隨時(shí)修改和更新，最終達(dá)到修改設(shè)計(jì)的目的。參數(shù)化方法使設(shè)計(jì)者在構(gòu)造幾何模型時(shí)可以集中于概念設(shè)計(jì)和整體設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮創(chuàng)造性，提高設(shè)計(jì)效率?；谔卣鞯募夹g(shù)為設(shè)計(jì)者提供了符合人們思維習(xí)慣的設(shè)計(jì)環(huán)境，二者有機(jī)地結(jié)合起來進(jìn)行實(shí)體造型將極大地提高設(shè)計(jì)效率。 在Pro/e的環(huán)境中，構(gòu)建實(shí)物實(shí)體的方法有很多。選擇一個(gè)有效的方法，使建立的特征少，且能有效生成實(shí)體；形成的特征有利于后續(xù)特征的建立和修改是非常重要的。所以在設(shè)計(jì)初，對零件的外型設(shè)計(jì)要有一個(gè)整體規(guī)劃，要清楚自己所做的零件的復(fù)雜程度，首先要確定整個(gè)零件的基準(zhǔn)參考中心和參考面，使后面建立的特（Feature）都是基于該基準(zhǔn)建立的，這樣有利于后面特征修改（Modify）和再生成（Regenerate）；其次要確定模型（Model）的所有特征間構(gòu)建的大致先后順序，把一些小而非重要特征先做，對開始不太明確的、并且需要經(jīng)常改動(dòng)變化的特征放到后面建立。這樣就可以在需要修改時(shí)改動(dòng)局部就可以了，既節(jié)省了時(shí)間又省去了許多麻煩。 6.1.2 Pro/E中二維工程圖AutoCAD間的轉(zhuǎn)換 Pro/e是功能強(qiáng)大的專業(yè)CAD/CAM 軟件，應(yīng)用范圍很廣。AutoCAD有完善的二維工程圖設(shè)計(jì)功能及對系統(tǒng)要求低等特點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。目前在工程實(shí)踐中，二維工程圖作為重要的技術(shù)文檔是必不可少的。雖然在Pro/E中可以對工程圖進(jìn)行尺寸、公差等的標(biāo)注，但由于在Pro/E中是對實(shí)體作標(biāo)注，轉(zhuǎn)成二維工程圖時(shí)往往不符合我國的制圖標(biāo)準(zhǔn)，因此應(yīng)當(dāng)在AutoCAD中完成尺寸標(biāo)注工作和添加標(biāo)題欄技術(shù)要求等內(nèi)容，即利用Pro/E的參數(shù)化造型技術(shù)，對零件直接進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)；對零件設(shè)計(jì)修改，直至確定無誤后再將設(shè)計(jì)好的三維模型轉(zhuǎn)化為二維工程圖，然后調(diào)入AutoCAD中進(jìn)行編輯，最后得到符合企業(yè)需要的、完善的工程圖。采用這種方法進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，Pro/E生成三維模型，再將其轉(zhuǎn)換成二維工程圖，然后由Pro/E輸出人們所熟悉的工程圖，可提高設(shè)計(jì)、繪圖和修改等工作的效 率和質(zhì)量，并起到了取長補(bǔ)短的作用。 另外，由于AutoCAD對數(shù)據(jù)格式和圖像格式的識(shí)別能力，在AutoCAD中可以很容易地讀取AutoCAD的二維圖形作為拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混成的草圖；同時(shí)AutoCAD在我國的普及率很高，許多人對它都十分熟悉，而且很多企業(yè)早期的圖檔都是AutoCAD中作的，因此可以使用已有的AutoCAD二維圖形作為Pro/E三維造型時(shí)的草圖，進(jìn)行三維轉(zhuǎn)換，也可以使用AutoCAD來為Pro/E繪制草圖，從而避免重復(fù)勞動(dòng)和有效地利用已有資源。 6.2 Pro/E的實(shí)際操作 6-1 裝配圖 6-2 爆炸圖 6.3 應(yīng)用現(xiàn)狀 Pro/E在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛、越來越深入，雖然和AutoCAD等二維繪圖軟件相比，Pro/E的使用相對要難得多，但這并沒有阻止人們對它的學(xué)習(xí)、使用及開發(fā)。這也充分說明了Pro/E具有人們所渴望的優(yōu)良的性能和靈活多變的開發(fā)方法。 6.4 本章小結(jié) 美國PTC公司提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念已成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。基于此開發(fā)出來的第三代CAD/CAE/CAM產(chǎn)品Pro/E在當(dāng)今同類產(chǎn)品中代表著較高的水平。該系統(tǒng)全方位地提供了從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、精確設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)到模具型腔數(shù)控加工一整套功能，極大地縮短了產(chǎn)品開發(fā)的周期，提高了產(chǎn)品的競爭力。從大量文獻(xiàn)中可以看出，Pro/E在它所觸及的各行各業(yè)中的應(yīng)用程度及深度雖然各不相同，但其成果是可喜的，效益是顯著的！從現(xiàn)有的這些應(yīng)用中可以給使用者一些啟示和靈感，以使后來者可以站在更高的起點(diǎn)上，避免許多不必要的重復(fù)，盡快出成果、出效益。 7 結(jié)論 本文通過對雙擺臂懸架的結(jié)構(gòu)和性能的分析，以及對懸架零部件參數(shù)的計(jì)算和強(qiáng)度的校核在性能上達(dá)到轎車對懸架的要求，本設(shè)計(jì)為雙擺臂懸架的結(jié)構(gòu)的提供了依據(jù)，從而提高其在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)上的性能。 雙擺臂懸架的突出優(yōu)點(diǎn)在于其設(shè)計(jì)的靈活性，可以通過合理的選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸接點(diǎn)的位置及導(dǎo)向臂的長度，使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特性，即當(dāng)車輪跳動(dòng)或車身側(cè)傾時(shí)，車輪定位角和輪距的變化盡量滿足設(shè)計(jì)的要求，并且形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心。 由于我在生產(chǎn)實(shí)踐方面經(jīng)驗(yàn)的缺乏，在一定程度上對懸架的性能參數(shù)的把握不夠準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)中難免出現(xiàn)一定的缺陷，我在后期將對懸架的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)做更進(jìn)一步的了解和掌握，并在此基礎(chǔ)上對設(shè)計(jì)進(jìn)行完善。 參考文獻(xiàn) [1]孟少農(nóng)．汽車設(shè)計(jì)方法論[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992 [2]佟剛,張宏志.汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),1999,(2):58-61 [3]陳家瑞．汽車構(gòu)造[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 [4]劉惟信．汽車設(shè)計(jì)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2001 [5]胡寧，鄭冬黎．雙橫臂獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J]．汽車工程，1998，20(6)：362－366 [6]戴旭文，谷中麗，劉劍．汽車雙橫臂獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J]．車輛與動(dòng)力技術(shù)，2002，(2)：29－33 [7]Edward B．Magag(美)著．MATLAB原理與工程應(yīng)用[B]．北京：電子工業(yè)出版社，2002 [8]余志生．汽車?yán)碚揫M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 [9]王望予．汽車設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [10]沈世德．機(jī)械原理[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 [11]張洪欣．汽車設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989 [12]張景騫，毛寧．輪式車輛雙橫臂獨(dú)立旋架的運(yùn)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．汽車工程，1997，19(3)：180－185 [13]官飛，王烈，李萬瓊，馮本義，李保成． 汽車的簡化模型與車架應(yīng)力分析[J]．應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào)，2003，10(4)：66－71 [14]韓宗奇，李亮，張慶．汽車雙橫臂獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)特性分析與仿真[J]．塑性工程學(xué)報(bào)，2003，10(4)：66－71 [15]左文義等．雙橫臂扭桿獨(dú)立懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析方法[J]．汽車工程，1994， (4) [16]毛明等．汽車雙橫臂獨(dú)立懸架的運(yùn)動(dòng)分析[J]．汽車技術(shù)，1999，(4) 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次全面考驗(yàn)，也是對即將走向社會(huì)的我們的進(jìn)行的一次有效的鍛煉。回顧這場畢業(yè)設(shè)計(jì)，我覺得受益菲淺：它讓我體會(huì)到做研究不僅要具有細(xì)心、專心和耐心的精神，更多的是要有一顆平靜的心來面對一系列可能遇到的困難。 本文是在呂紅明老師悉心指導(dǎo)下完成。從課題的選取、進(jìn)一步的理論研究，到論文的撰寫都得到了呂老師的指導(dǎo)與熱情幫助。在他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和一絲不茍的工作作風(fēng)下，我獲益非淺，使我對自己的工作及課題研究有了更深的認(rèn)識(shí)，在此表示衷心的感謝。此外，在論文撰寫期間還得到了王琪老師，李書偉老師，熊新老師以及劉仲威老師的熱情幫助，在此表示誠摯的謝意。 感謝所有幫助過我的老師、同學(xué)和關(guān)心我的朋友們!感謝一直以來默默支持我的老師和同學(xué)們，是他們辛勤的汗水才換來今天的這一切，在此表示最最衷心的感謝！ 附 錄 1.雙擺臂懸架總裝圖 YJSBBXJ-00 A0 2.減振器 YJSBBXJ-12 A1 3.上擺臂 YJSBBXJ-11 A1 4.下擺臂 YJSBBXJ-17 A1 5.轉(zhuǎn)向節(jié) YJSBBXJ-04 A1 6.圓柱彈簧 YJSBBXJ-13 A3 7.球頭銷 YJSBBXJ-20