025645_麥弗遜式懸架設(shè)計(jì)說明書

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1、（汽車設(shè)計(jì)） 、， 、. 刖百 懸架是現(xiàn)代汽車的重要組成部分之一。 雖然并非汽車在行進(jìn)必不可少的 裝備，但如果沒有懸架，將極大的影響汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性。懸架對(duì) 整車性能有著重要的影響。在汽車市場(chǎng)競爭日益加劇的今天，人們對(duì)汽車的 性能的認(rèn)識(shí)更多的靠更為直接的感觀感受，而非他們不太懂得的專業(yè)術(shù)語。 因此，對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性、平順性的提升成為了各大汽車廠商的共識(shí)。 與此關(guān)系密切的懸架系統(tǒng)也被不斷改進(jìn)， 主動(dòng)半主動(dòng)懸架等具有反饋的電控 系統(tǒng)在高端車輛上的應(yīng)用日趨廣泛。無論定位高端市場(chǎng)，還是普通家庭的經(jīng) 濟(jì)型轎車， 沒有哪個(gè)廠家敢忽視懸架系統(tǒng)及其在整車中的作用。這一切， 都

2、是因?yàn)閼壹芟到y(tǒng)對(duì)乘員的主觀感受密切聯(lián)系。懸架系統(tǒng)的優(yōu)劣，乘員在車 上可以馬上感受到。 “木桶理論” ，很多人都知道，整車就好比是個(gè)“大木桶” ，懸架是它的 一片木板。雖然，沒有懸架的汽車還是可以跑動(dòng)的，但是坐在上面是很不舒 服的。 坐過農(nóng)用車貨廂的人， 對(duì)此應(yīng)該是頗有些體會(huì)的， 即便是較好的路況， 在上面也是顛來顛去的。因?yàn)樗膽壹芎芎唵?，?duì)平順性和操縱穩(wěn)定性考慮 的很少。只有當(dāng)懸架這塊木板得到足夠重視，才能使整車性能得以提升。否 則，只能是句空話。 正因?yàn)閼壹茉诂F(xiàn)代汽車上的重要重要作用，應(yīng)該重視汽車懸架的設(shè)計(jì)。 只有認(rèn)真，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)才能確保其與整車的完美匹配。而要做到這一點(diǎn)

3、，就 必須，查閱大量相關(guān)書籍，圖冊(cè)，行業(yè)和國家標(biāo)準(zhǔn)。 這些是對(duì)我們這些將來要從事汽車設(shè)計(jì)， 制造工作的工科出身的大學(xué)畢 業(yè)生的必須經(jīng)歷的一個(gè)必不可少的訓(xùn)練。沒有經(jīng)過嚴(yán)格的訓(xùn)練的洗禮，是不 可能具備這種專業(yè)精神和素質(zhì)的。 第 3 頁 共 25 頁 目錄 前言 1.. 第一章懸架的功用 3. 第二章 懸架系統(tǒng)的組成 4. 第三章懸架的類型及特點(diǎn) 5. 3.1 非獨(dú)立懸架的分類及特點(diǎn) 5 3.2 獨(dú)立懸架分類及特點(diǎn) 7. 第四章 匹配車型的選擇 9. 第五章 懸架主要參數(shù)的確定 10 5.1 懸架靜撓度fc 1.0 5.2 懸架的動(dòng)撓度fd 1.1 第六章

4、 彈性元件的計(jì)算 13 右.1彈簧形式、材料的選擇 1.3 右.2確定彈簧直徑及剛度 13 6.3其他參數(shù)的計(jì)算 14 右.4彈簧的校驗(yàn) 1.4 第七章減振器的設(shè)計(jì) 1.5 第八章 獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1.8 81導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) 18 8.2 麥弗遜式懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.9 第九章懸架系統(tǒng)的輔助元件 22 第十章 展望一未來的汽車懸架 23 小結(jié) 24 參考文獻(xiàn) 25 第一章 懸架的功用 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一， 它把車架和車軸彈性地連接起來， 是車 架（或承載式車身）和車橋（或車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱。其主要 任務(wù)是：

5、 1、傳遞作用在車輪和車架（或車身）之間的一切力和力矩； 2、緩和路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的 振動(dòng)，保證汽車的行駛平順性； 3、 保證車輪在路面不平和載荷變化時(shí)理想的運(yùn)動(dòng)特性， 保證汽車的操縱穩(wěn) 定性，使汽車獲得高速的行使能力。 懸架把車架與車輪彈性地聯(lián)系起來， 關(guān)系到汽車的多種使用性能。 從外表上 看，轎車懸架僅是由一些桿、 筒以及彈簧組成， 但轎車懸架是一個(gè)較難達(dá)到完美 要求的汽車總成， 這是因?yàn)閼壹芗纫獫M足汽車的舒適性要求， 又要滿足其操縱穩(wěn) 定性的要求，而這兩方面又是互相對(duì)立的。因此，必須找到一個(gè)平衡點(diǎn)，既能保 證操縱穩(wěn)定性的優(yōu)良，又

6、能具備較好的平順性。 （汽車設(shè)計(jì)） 第二章懸架系統(tǒng)的組成 現(xiàn)在汽車，特別是乘用車懸架，其形式和種類會(huì)因?yàn)椴煌墓竞驮O(shè)計(jì)單位 的不同而不同。但是一般都是由彈性元件、減振器、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、緩沖塊和橫向穩(wěn) 定器等部分組成。 圖1 汽車懸架策成示意圖 1 一彈性元件,2—款向推力桿? 3—減振器1 4一橫向穩(wěn)定器上 5一橫向推力桿 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，由于螺 旋彈簧只承受垂直載荷，緩和及抑制不平路面對(duì)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)，故現(xiàn)代轎車多采用螺旋彈簧。但由于螺旋彈簧本身沒 有摩擦而沒有減振作用，需要另外安裝減振

7、器。 汽車在不平路面上行駛時(shí)，由于懸架的彈性作用使汽車產(chǎn)生垂直振動(dòng)。為了 迅速衰減這種振動(dòng)和抑制車身、車輪的共振，減小車輪的振幅， 懸架應(yīng)安裝減振 器，并使之具有合理的阻尼。利用減振器的阻尼作用，使汽車振動(dòng)的振幅連續(xù)減 小，直至振動(dòng)停止。 導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向桿系組成，用來決定車輪相對(duì)于車架（或車身）的運(yùn)動(dòng)特性，并傳遞除 彈性元件傳遞的垂直力以外的各種力和力矩。 當(dāng)用縱置鋼板彈簧作為彈性元件時(shí)， 它兼起導(dǎo) 向裝置的作用。緩沖塊用來減輕車軸對(duì)車架（或車身）的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過大 的變形。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

8、，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。裝有橫向穩(wěn)定器的汽車，能減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的車身的側(cè)傾角和橫向角振動(dòng)。 第三章懸架的類型及特點(diǎn) 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3-1所示，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3-1非獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架如圖3-2所示，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）

9、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。 圖3-2獨(dú)立懸架 3.1 獨(dú)立懸架的分類及特點(diǎn) 1、鋼板彈簧非獨(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，兼作導(dǎo)向裝置。這 種懸架主要用在總質(zhì)量大些的商用車前后懸架以及某些乘用車的后懸架上。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，維修方便，工作可靠。 缺點(diǎn)：由于整車布置上的限制，鋼板彈簧不可能有足夠的長度（特別是前懸 架），使之剛度較大，所以汽車平順性較差；簧下質(zhì)量大；在不平路面上行駛時(shí)， 左右車輪相互影響，并使車軸（橋）和車身傾斜；當(dāng)兩側(cè)車輪不同步跳動(dòng)時(shí)，車 輪會(huì)左、右搖擺，使前輪容易產(chǎn)生擺振；前輪跳動(dòng)時(shí)，懸

10、架易與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生運(yùn) 動(dòng)干涉；當(dāng)汽車直線行駛在凹凸不平的路段上時(shí)， 由于左右兩側(cè)車輪反向跳動(dòng)或 只有一側(cè)車輪跳動(dòng)時(shí)，不僅車輪外傾角有變化， 還會(huì)產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性；汽 車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，離心力也會(huì)產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性；車軸（橋）上方要求有與彈 簧行程相適應(yīng)的空間 圖3-3鋼板 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 1.壓氣機(jī)；2.7.空氣濾清器；3.車身高度控制閥；4.控制桿；5.空氣彈簧；6.儲(chǔ)氣 罐；8.貯氣筒；9.壓力調(diào)節(jié)器；10.油水分離器 圖3-4空氣彈簧非獨(dú)

11、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。 3.2 立懸架分類及特點(diǎn) 現(xiàn)在，前懸架基本上都采用獨(dú)立懸架系統(tǒng)， 最常見的與雙橫臂式和麥弗遜式 懸架。 圖3-5 雙橫臂式獨(dú)立前懸架 圖3-6麥弗遜式懸架 1、雙橫臂式獨(dú)立懸架 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 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)

12、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。 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。 獨(dú)立懸架的總體特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 1.發(fā)動(dòng)機(jī)

13、可放低安裝，有利于降低汽車重心，并使之結(jié)構(gòu)緊湊。 2.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。 3..非簧載質(zhì)量小，可提高汽車車輪的附著性。 缺點(diǎn)： 1 . 由于在轉(zhuǎn)向時(shí)由于受離心力的作用內(nèi)側(cè)車輪要比外側(cè)車輪受到的 力大得多，極端情況下，是危險(xiǎn)區(qū)域。 2 .某些特殊情況下（如轉(zhuǎn)速過快、側(cè)向風(fēng)較大、路況較差等 ），側(cè)傾較 大，乘員感到不適。 第13頁共25頁 第四章匹配車型的選擇 普通乘用車所使用的仍舊是傳統(tǒng)的機(jī)械式的懸架系統(tǒng)， 發(fā)展趨勢(shì)是，四輪全 部采用獨(dú)立懸架系統(tǒng)。目前，乘用車上應(yīng)用的懸架系統(tǒng)，五花八門，全部采用非 獨(dú)立，全部

14、獨(dú)立，抑或是將二者結(jié)合，這主要源于汽車廠商的不同市場(chǎng)定位，市 場(chǎng)策略。 軸距二之TOO” ■——前匏距1 1550b—— r 車長.4770BB - - - TE輪距：153U” -- ^3K：1815 ，—— 圖示如下: 本次設(shè)計(jì)選定的匹配車型為奇瑞 07款東方之子2.0 MT豪華型，其參數(shù)配置 如下： 基本資料 車型名 稱 奇瑞東方之子2.0MT 豪華型 生產(chǎn)廠 商 奇瑞股份有限 公司 所屬 東方之子 上市時(shí) 問 2007 車體結(jié) 構(gòu) 二廂轎車 級(jí)別 中型車 車身質(zhì) 量 1440Kg 軸距 2700mm 輪距 1550/

15、1520mm 前、后） 全車長 度 4770mm 車身寬 度 1815mm 車身高 度 1445mm 油箱容 積 60 L 標(biāo)準(zhǔn)座 位數(shù) 5 行李箱 容積 621 L 標(biāo)準(zhǔn)引 擎 ACTECO-SQR484F/ 列4缸雙頂置凸輪軸 標(biāo)準(zhǔn)義 速器 5檔手動(dòng) 標(biāo)準(zhǔn)排 量 1971cc 燃油系 統(tǒng) 電子燃油噴射式 最大功 率 95/5500 KW/rpm 最大扭 矩 82/4300-4500 N - m/rpm 驅(qū)動(dòng)方 式 前置前驅(qū) 制動(dòng)力 式 碟/碟 轉(zhuǎn)向助 力 助力轉(zhuǎn)向式 懸掛方 式 麥弗遜式獨(dú)立懸架， 圓柱螺旋強(qiáng)黃，雙向 作

16、用筒式減振器/復(fù) 合多連桿式獨(dú)立懸 架，圓柱螺旋彈簧， 雙向作用筒式減振 器（前/后） 輪轂尺 寸 輪胎 205/55 R16 最小轉(zhuǎn) 彎半 6.0m 最小離 地間隙 190mm 接近角 圖4-1奇瑞07款東方之子2.0 MT豪華型圖示 第五章懸架主要參數(shù)的確定 5.1 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 Fw與此時(shí)懸架剛度c之比, 即 fc=Fw/c。 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， 是影響汽車平順 性的主要參數(shù)之一。因現(xiàn)代的汽車的質(zhì)量分配系數(shù)e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。

17、因此，汽車前、后部分車身的固有頻率 和 （亦稱偏頻）可用下式表小 (5-1) ni =，m1 2 二;& = ... C2 m2 2二; 其中c「C2為前、后懸架的剛度（N/cm） ; m1 m2為前、后懸架的簧上質(zhì)量。 偏頻越小則平順性越好，乘用車要求滿載前懸架偏頻 n約為0.80?1.15 , 后懸架偏頻n約為0.98?1.30Hz非常接近人體步行時(shí)的自然頻率。為了減少汽 車的角振動(dòng)，一般汽車前后懸架偏頻之比約為 njn2 = 0.85~ 0.95。 發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)的乘用車空載時(shí)前軸軸荷 56%-66%后軸軸荷34%-44% ,對(duì)于 本次設(shè)計(jì)的車前軸軸荷設(shè)占60%后軸設(shè)占40

18、% m前=1440 60% =864 kg m后=1440 40% =576 kg m1 =0.5 584 =432 kg m2 = 0.5 576 = 288 kg 設(shè)偏頻 n1 =1.0Hz,n2 =1.1Hz,由 5-1 得 c,二m1 2二 n1 2 =432 2 3.14 1.0 2 = 17037.4N/m c2 =m2 2二1 2 =288 2 3.14 1.1 2 =13743.5N / m 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以下式子表示 （5-2） （5-3） n。因此，欲 fc1 = m1g g = 432 9.8 17037

19、.4 = 0.2485m = 248.5mm fc2 =m2 g c2 =288 9.8 13743.5 = 0.2054m = 205.4mm 將 fci、fc2 代入公式（5-1）得 n1 =5，%f ;n2 =5\f7 分析式（5-2）可知：懸架的靜撓度fc直接影響車身振動(dòng)的偏頻 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。 選取前后懸架的靜撓度值時(shí)，應(yīng)使之接近，并希望后懸架的靜撓度 fc2比前 懸架的靜撓度fc1小些，這樣有利于防止車身產(chǎn)生較大的縱向角振動(dòng)。推薦取 fc2=(0.8~0.9fc1。 由（5-2）得 , 205.4 一 .248.5 = 0.

20、827 fc2 fc1 故符合設(shè)計(jì)要求。 5.2 架的動(dòng)撓度fd 懸架的動(dòng)撓度fd是指從滿載靜平衡位置開始懸掛壓縮到結(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(duì)車架（或 車身）的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠的動(dòng)撓度，以防止在壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常 碰撞緩沖塊。對(duì)乘用車取 70?90mm對(duì)于本次設(shè)計(jì)取=80mm 對(duì)于一般轎車而 言懸架總的工作行程即靜撓度與動(dòng)撓度之和應(yīng)當(dāng)不小于 160mm通過以上設(shè)計(jì)得 fd fc1 = 248.5 80 = 328.5mm 160mm fd fc2 =205.4 80 = 285.4mm 160mm 故

21、設(shè)計(jì)符合要求。 5.3 架的彈性特性 懸架受到的垂直外力F與由此引起的車輪中心相對(duì)于車身位移 f（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。當(dāng)懸架 變形f與所受垂直外力F之間不成固定的比例變化時(shí)，懸架特性如圖 5-1所示。 此時(shí)，懸架剛度是變化的，具特點(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；距離滿載較遠(yuǎn)的兩端，曲線變陡，剛度增大。 1、緩沖塊復(fù)原點(diǎn) 2、復(fù)原行程緩沖塊脫離支架 3、主彈簧彈性特性曲線 4、復(fù) 原行程5、壓縮行程 6、緩沖塊壓縮期懸架彈性特性曲線 7、緩沖塊壓縮時(shí)開始接 觸彈性支架8、額定載荷 圖5-1懸架

22、彈性特性曲線 系統(tǒng)的固有頻率f： f = R/ 2 二= 17037.4 432 2 3.14 = 1.000000329Hz 車輪上下跳動(dòng)行程一般范圍是：上跳行程 70?120mm下跳行程80?130mm 懸架 垂直剛度隨車輛參數(shù)而不同，換成系統(tǒng)固有頻率為 1?2Hz。 因此設(shè)計(jì)符合要求。 第六章彈性元件的計(jì)算 6.1 簧形式、材料的選擇 由于螺旋彈簧的的生產(chǎn)量較大，應(yīng)用廣泛且成本低，故選擇壓縮圓柱螺旋彈 簧。根據(jù)汽車的工作條件，采用熱扎彈簧鋼 60Si2MnA加熱成形，而后淬火 回火等處理。 6.2 定彈簧直徑及剛度 當(dāng)彈簧僅承受軸向載荷F2 =432x9.8 =

23、 4233.6 N時(shí) 因?yàn)? 8F2D2K ：d 8F2 KC MPa 故 d >1.6 | F2KC mm \ p 式中：D2 — —彈簧中徑； 7p ——彈簧的許用應(yīng)力，查表得 h=471MPa； C-旋繞比，取C=8; ■曲度系數(shù)，K =4C二1+06竺=1.18 ； 4C -4 C 由此可得 d - 14.7 mm 取 d=15 mm 又因?yàn)?C=D2 ,得 D2=120mm d 在最大工作負(fù)荷F2作用下，取彈簧的有效圈數(shù)為: n=10 圈 彈簧的剛度計(jì)算公式為 Gd4 8D23 n 式中：G 一切變模量，查表得， G

24、 = 785000N/mm 2 ; 代入數(shù)據(jù)得: 4 4 4 Gd 7.85 10 15 3 3 8D2 n 8 120 10 =28.75 N/mm 6.3 他參數(shù)的計(jì)算 彈簧外徑： D = D2 +d =120+15 = 135mm 彈簧內(nèi)徑： D1 = D2 - d =120-15=105 mm 總?cè)?shù)： n1 = n + 2 =12 圈 節(jié)距： p = (0.28 ~ 0.5 D2 = 0.3 父 120 = 36 mm 自由高度： H0 = pn+1.5d =36乂10 + 1.5父15=382.5 mm 壓拼高度： Hb=(n -0.5

25、d = (12-0.5)x15 = 172.5mm 螺旋導(dǎo)角： p p 。 a - arc tan — 5.5 兀D2 展開長度： nD2nl 3.14^120X12 L = -2-1 = 3— = 4542.5 mm cos ； cos5.5 6.4 簧的校驗(yàn) 壓縮螺旋彈簧軸向變形較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生側(cè)向彎曲而失去穩(wěn)定性，特別是彈簧 自由高 度超過彈簧中徑的4倍時(shí)，更容易產(chǎn)生這種現(xiàn)象，因而設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行穩(wěn) 定性計(jì)算。 高徑比 b = H0 = 3825 = 3.19 ; 3.7 D2 120 故穩(wěn)定性符合要求。 （汽車設(shè)計(jì)） 第七章減振器的設(shè)計(jì) 減振器作為阻

26、尼元件是懸架的重要組成元件之一，其作用是迅速衰減汽車振 動(dòng)，改善汽車行駛平順性，增強(qiáng)車輪與路面附著性能，減少汽車因慣性力引起的 車身傾角變化，提高汽車操縱性和穩(wěn)定性。另外減振器能夠降低車身部分動(dòng)載荷， 延長汽車使用壽命。 減振器的功能決不僅僅是衰減振動(dòng)，其對(duì)整車綜合特性的影響如下： （版振器） 未安裝阻尼元件 車體振動(dòng) 時(shí)間 第23頁共25頁 安裝阻力尼元件〔減振器） 車體 圖7-1減振器對(duì)整車綜合特性的影響 目前汽車使用的減振器主要是筒式液力減振器， 其結(jié)構(gòu)可分為雙筒式、單筒 充氣式和雙筒充氣式三種。本次設(shè)計(jì)的減振器采用的是雙筒充氣液力減振器， 它

27、 具有工作性能穩(wěn)定、干摩擦力小、噪聲低、總長度短等優(yōu)點(diǎn)，在乘用車上得到越 來越多的應(yīng)用。 設(shè)計(jì)減振器的要求是，在使用期間保證汽車的行駛平順性的性能穩(wěn)定；有足 夠的使用壽命。 此次所選懸架的減振器為雙向作用筒式液壓減振器，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所 示： 主要部件：1.活塞桿2.工作缸筒3.活塞4伸張閥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 1 .相對(duì)阻尼系數(shù)中的確定 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(duì)阻尼系數(shù)中 的大小來評(píng)定振動(dòng)衰減的快慢程度。中的表達(dá)式為 中二6八7cm2) (7-1) 式中，c是懸架系統(tǒng)的垂直剛度

28、；ms為簧上質(zhì)量。 式(7-1 )表明，相對(duì)阻尼系數(shù)中的物理意義是：減振器的阻尼作用在與不 同剛度c和不同簧上質(zhì)量ms的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。 中值 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； 中值小則反之。 通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù) 中丫取得小些，伸張行程時(shí)的相對(duì)阻 尼系數(shù)中s取得大些。兩者之間保持有 中丫二 (0.25-0.50 )中s的關(guān)系。 設(shè)計(jì)時(shí)，先選取中Y與中S的平均值中。取中=0.30,為避免懸架碰撞車架，取中y=0.5中S, 則中 S=0.4, Y=0.25WS =0.2。 2、阻尼系數(shù)a的確定 減振器的阻尼系數(shù)6 =2

29、中vcmr。因懸架系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率6=tc記，所 以理論上2 =#ms(o。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)。 此麥弗遜式獨(dú)立懸架減振器如圖 7-4安裝 此時(shí)減振器的阻尼系數(shù)為二 、二21ms . / cos2 1 已知中=0.30, c=17.0, ms=432 Kg, ot=30" 故代入數(shù)據(jù)得 、.=2- ms，/cos2 ... 二2二,msc cos2 ... =2 03 432 17 cos2 30-68.56 3、最大卸荷力F。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 打開卸荷閥。此時(shí)活塞速度成為卸荷速

30、度 Vx。 vx = A cos： - A. c ms cos： 式中，Vx為卸荷速度，A為車身振幅，取士 40mm 代入數(shù)據(jù)得： vx -40 .,17 432 cos30 = 6.87mm/s 伸張行程時(shí)的阻尼系數(shù)為，在伸張行程的最大卸荷力 F0 2x = 68.56 6.87 = 471.1Kg mm/s2 4、筒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F計(jì)算工作缸直徑D為 式中，［P］為工作缸最大允許壓力，取3.5Mpa ;人為連桿直徑與缸筒直徑之比, 雙筒式減振器取入=0.4 ; 代入數(shù)據(jù)得: D =：-「；『0~~— = / 4 21.1 7=

31、19.78mm .，二 b 1 一 ’2 二 3.5 1 -0.42 減振器的工作缸直徑 D有20mm 30mm 40mm （45mm 50mm 65mn#選取直徑 D=30mm 儲(chǔ)油筒直徑Ds=1.5D=1.5X30=45mrffi厚取2mm材料選20鋼。 第八章 獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) 1、麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心 麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心由如圖 8-1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。兩條線的交點(diǎn)即為極 點(diǎn)P。將P點(diǎn)與車輪接地點(diǎn)N的連線交在汽車軸線上，交點(diǎn) WW為側(cè)傾中心。

32、圖8-1麥弗遜式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的確定 各數(shù)據(jù)為：a=2,B=2 ；仃=30 一， rs = 150mm, c+o = 800mm, d=300mm 1550 2 二775m m 麥弗遜式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的高度 hw為 (8-1) 曳 hP 2 k cos : d tan 二 rs …上 c o 800 式中 k = - = = 11468.5mm sin 以-I i sin 2 2 hp =ksin d =11468.5sin2 300-700.2mm p 代入式子8-1得 hw Bi hp 2 k cos : d tan。 rs 二775

33、 700.2 11468.5cos2 300tan30 150 =46mm 前懸架的側(cè)傾中心高度受到允許的輪距變化限制，并且?guī)缀醪豢赡艹^ 150mm止匕外，在前輪前驅(qū)的汽車上，由于前橋軸荷大，且為驅(qū)動(dòng)橋，故因盡可 能使前輪輪荷變 化小。因此，在獨(dú)立懸架中，側(cè)傾中心高度為： 前懸0?120mm后懸80?150mm 此次設(shè)計(jì)的前懸側(cè)傾中心高度為 46mm因而設(shè)計(jì)符合要求。 2、側(cè)傾軸線 在獨(dú)立懸架中，汽車前部與后部側(cè)傾中心的連線成為側(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。平行是為了是為了使得在曲線行駛前、 后軸上的軸荷 變化接近相等從而保證中性轉(zhuǎn)向特性；

34、而盡可能高則是為了使車身的側(cè)傾限制在 允許的 范圍內(nèi)。 3、縱傾中心 麥弗遜式獨(dú)立懸架的縱傾中心，可由E點(diǎn)作減振器運(yùn)動(dòng)方向的垂直線。該垂直 線與橫臂軸D的延長線的交點(diǎn)。即為縱傾中心，如圖8-2所示 圖8-2 麥弗遜式獨(dú)立懸架的縱傾中心 8.2麥弗遜式懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力分析 圖8-3懸架受力簡圖 分析如圖8-3a所示麥弗遜式懸架受力簡圖可知，作用在導(dǎo)向套上的橫向力 F3 ,可根據(jù)圖上的布置尺寸求得 (8-2) F1 ad c b d -c 式中，F(xiàn)i為前輪上的靜載荷F減去前軸簧下質(zhì)量的1/2。 橫向力F3越大，則作用在導(dǎo)向套上的摩擦力 F

35、3 f越大（f為摩擦因數(shù)）,這 對(duì)汽車子順性有不良影響。為了減小摩擦力，在導(dǎo)向套和活塞表面應(yīng)用了減磨材 料和特殊工藝。由式（8-2）可知，為了減小力F3,,要求尺寸c十b越大越好， 或者減小尺寸a。增大尺寸c+b使懸架占用空間增加，在布置上有困難；若采用 增加減振器軸線傾斜度的方法，可達(dá)到減小尺寸的目的，但也存在布置困難的問 題。為此，在保持減振器軸線不變的條件下，常將圖中的 G點(diǎn)外伸至車輪內(nèi)部， 既可以達(dá)到縮短尺寸a的目，又可獲得較小的甚至是負(fù)的主銷偏移距，提高制動(dòng) 穩(wěn)定性。移動(dòng)G點(diǎn)后的主銷軸線不再與減振器軸線重合。 2、擺臂軸線布置方式的選擇 圖8-4尸角變化示意圖

36、 麥弗遜式懸架的擺臂軸線與主銷后傾角的匹配影響汽車的縱傾穩(wěn)定性，圖 8-4中，C點(diǎn)為汽車縱向平面內(nèi)懸架相對(duì)于車身跳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)瞬心。當(dāng)擺臂軸的抗 前俯角-B等于靜平衡位置的主銷后傾角 九0時(shí)，擺臂軸線正好與主銷軸線垂直， 運(yùn)動(dòng)瞬心交于無窮遠(yuǎn)處，主銷軸線在懸架跳動(dòng)時(shí)作平動(dòng)。因此， 九值保持不變c 當(dāng)-B與物的匹配使運(yùn)動(dòng)瞬心C交于前輪后方時(shí)（圖8-4a），在懸架壓縮行程, %角有增大的趨勢(shì). 當(dāng)-B與％的匹配使運(yùn)動(dòng)瞬心C交于前輪前方時(shí)（圖8-4b），在懸架壓縮行程, 八。角有減小的趨勢(shì)。 為了減少汽車制動(dòng)時(shí)的縱傾，一般希望在懸架壓縮行程主銷后傾角 %有增 加的趨勢(shì)。因此，在設(shè)計(jì)麥弗遜式懸架

37、時(shí)，應(yīng)選擇參數(shù)B能使運(yùn)動(dòng)瞬心 C交于前 輪后方。 IMS 3、擺臂長度的確定 IINi -1 口 刖 E ■1-1： f門兩部 4 T 3加 7 Ml -10 圖8-5麥弗遜式獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)特性 圖8-5為某轎車采用的麥弗遜式前懸架的實(shí)測(cè)參數(shù)為輸人數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果。 圖中的幾組曲線是下擺臂“取不同值時(shí)的懸架運(yùn)動(dòng)特性。由圖可以看出， 擺臂越 長，By曲線越平緩，即車輪跳動(dòng)時(shí)輪距變化越小，有利于提高輪胎壽命。主銷 內(nèi)傾角Y車輪外傾角6和主銷后傾角入曲線的變化規(guī)律也都與 By類似，說明擺 臂越長，前輪定位角度的變化越小，將有利于提高汽車的操縱穩(wěn)定性。 所以設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足布

38、置要求的前提下應(yīng)盡量加長擺臂長度 第九章懸架系統(tǒng)的輔助元件 橫向穩(wěn)定器 通過減小懸架垂直剛度c,能降低車身振動(dòng)固有頻率 n,達(dá)到改善汽車平順 性的目的。但因?yàn)閼壹艿膫?cè)傾剛度 ”和懸架垂直剛到c之間是正比關(guān)系，所以減 小垂直剛度c的同時(shí)使側(cè)傾剛度 外也堅(jiān)信，并使車廂側(cè)傾角增加，結(jié)果車廂中的 乘員會(huì)感到不舒適和降低了行車安全感。 解決這一矛盾的主要方法就是在汽車上 設(shè)置橫向穩(wěn)定器。有了橫向穩(wěn)定器，就可以做到在不增大懸架垂直剛度 c的條件 下，增大懸架的側(cè)傾角剛度c.o 汽車轉(zhuǎn)彎行駛產(chǎn)生的側(cè)傾力矩，使內(nèi)、外側(cè)車輪的負(fù)荷發(fā)生轉(zhuǎn)移，并影響車 輪側(cè)片剛度K和車輪側(cè)偏角6變化。前、后軸（橋）車輪負(fù)荷

39、轉(zhuǎn)移 ，主要取決 于前、后懸架的側(cè)傾角剛度值。在汽車前懸架上設(shè)置橫向穩(wěn)定器，能增大前懸架 的側(cè)傾角剛度。 有時(shí)也安裝橫向穩(wěn)定桿，因?yàn)楫?dāng)兩則懸架變形相同時(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(duì)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(duì)車架下移，橫向穩(wěn)定桿中部對(duì)于車架沒有相對(duì)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)。 第十章展望一未來的汽車懸架 雖然設(shè)計(jì)師們已經(jīng)針對(duì)彈簧和減振器已經(jīng)有

40、了許多改進(jìn)，但在過去的若干年 中，汽車懸架的基本設(shè)計(jì)仍未有重大突破。但所有這一切可能會(huì)隨著 Bose全新 的懸架設(shè)計(jì)理念的引入而發(fā)生變化。有些專業(yè)人士甚至表示， Bose懸架是自全 獨(dú)立式設(shè)計(jì)面世以來汽車懸架領(lǐng)域 的最大進(jìn)步。 Bose懸架前端模塊 Bose系統(tǒng)在每個(gè)車輪處使用一個(gè)線性電磁馬達(dá)（LEM取代了傳統(tǒng)的減振器 和彈簧裝置。 放大器以隨著系統(tǒng)的每次壓縮重新產(chǎn)生動(dòng)力的方式向馬達(dá)提供電 力。這種馬達(dá)的主要優(yōu)點(diǎn)是它們不受傳統(tǒng)液壓式減振器固有的慣性限制。因此， LEM能夠以更快的速度伸縮，從而幾乎完全消除了車廂的震動(dòng)。車輪的運(yùn)動(dòng)可以 控制得如此之好，以至于不管車輪發(fā)生什么情況，

41、車身都能保持平穩(wěn)。 LEM還可 以抵消汽車加速、制動(dòng)和轉(zhuǎn)彎時(shí)的車身運(yùn)動(dòng)，為駕駛員提供更美妙的操控體驗(yàn)。 小結(jié) 在這個(gè)設(shè)計(jì)的過程中我領(lǐng)悟到了許多， 很多東西是不可能通過平時(shí)的學(xué)習(xí)得 到的，必須動(dòng)手才會(huì)有收獲。經(jīng)過這個(gè)類似“實(shí)戰(zhàn)”的訓(xùn)練，獲益匪淺：對(duì)汽車 懸架系統(tǒng)有了一個(gè)系統(tǒng)，全面的認(rèn)識(shí)， 特別是對(duì)麥弗遜式獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)， 原理 有了較為深入的理解。 經(jīng)歷了此番難忘的課程設(shè)計(jì)，深深的感到，在今后的學(xué)習(xí)中必須加倍努力， 只有把在此暴露的問題統(tǒng)統(tǒng)解決掉，才有向前進(jìn)可能，才會(huì)有更大的進(jìn)步。 （汽車設(shè)計(jì)） 參考文獻(xiàn) [1] 馮超 , 鄔惠樂 , 余志生等 . 汽車工程手冊(cè) [M]. 人民交通出版社 ,2001 [2] 王望予 . 汽車設(shè)計(jì) [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社 ,2004 [3] 陳家瑞 . 汽車構(gòu)造（下冊(cè)） [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社， 2009 [4] 東北工學(xué)院《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組 . 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) . 冶金工業(yè) 出版社， 1983 [5] 余志生 . 汽車?yán)碚?[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社， 2009 第 25 頁 共 25 頁