桑塔納2000前麥弗遜獨(dú)立懸架畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、前言： 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它最主要的功能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。因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(lái)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(lái)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(lái)自不平路面、空氣動(dòng)力及傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)。為了迅速衰減不必要的振動(dòng)，懸架中還必須包括阻尼元件，即減振器。此外，懸架中確保車輪與車架

2、或車身之間所有力和力矩可靠傳遞并決定車輪相對(duì)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，從而在很大程度上提高了整車的操縱穩(wěn)定性和抗縱傾能力?？傊?，懸架的設(shè)計(jì)關(guān)系到汽車的操縱穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性、行駛舒適性、輪胎壽命以及汽車布置中的運(yùn)動(dòng)干涉等諸多方面。 此次設(shè)計(jì)是對(duì)桑塔納2000前獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞:麥弗遜獨(dú)立懸架、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、減震器、彈簧、橫向穩(wěn)定桿。 1緒論： 1.1懸架的功用 懸架是車架（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

3、一切的力（反力）及其力矩（包括反力矩）。 2.緩和，抑制由于不平路面所引起的振動(dòng)和沖擊，以保證汽車良好的平順性，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(huì)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(duì)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。 1.2 懸架的組成 現(xiàn)代汽車，特別是乘用車的懸架，形式，種類，會(huì)因不同的公司和設(shè)

4、計(jì)單位，而有不同形式。 但是，懸架系統(tǒng)一般由彈性元件、減振器、緩沖塊、橫向穩(wěn)定器等幾部分組成等。 它們分別起到緩沖、減振 、力的傳遞、限位和控制車輛側(cè)傾角度的作用。 彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，現(xiàn)代轎車懸架多采用螺旋彈簧，個(gè)別高級(jí)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(duì)車體的沖擊，具有占用空間小，質(zhì)量小，無(wú)需潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)，但由于本身沒有摩擦而沒有減振作用。這里我們選用螺旋彈簧。 減振器是為了加速衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動(dòng)，減振器有筒式減振器，阻力可調(diào)式新式減振器，充氣式減振器。它是懸架機(jī)構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機(jī)械件。 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來(lái)

5、傳遞車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(duì)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。 1

6、.3懸架的分類：汽車的懸架從大的方面來(lái)看，可以分為兩類：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架系統(tǒng)。 1.3.1獨(dú)立懸架 圖2 獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架是兩側(cè)車輪分別獨(dú)立地與車架（或車身）彈性地連接，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。這樣使得發(fā)動(dòng)機(jī)可放低安裝，有利于降低汽車重心，并使結(jié)構(gòu)緊湊。獨(dú)立懸架允許前輪有大的跳動(dòng)空間，有利于轉(zhuǎn)向，便于選擇軟的彈簧元件使平順性得到改善。同時(shí)獨(dú)立懸架非簧載質(zhì)量小，可提高汽車車輪的附著性。如圖2所示。 獨(dú)立懸架的類型及特點(diǎn)： 圖3 獨(dú)立懸架的車軸分成兩段（如圖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

7、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。 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）。 ⒈雙橫臂式 。 圖4 雙橫臂式獨(dú)立前懸架 工作原理：由上短下長(zhǎng)兩根橫臂連接車輪與車身，通過選擇比例合適的長(zhǎng)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)比較復(fù)雜，但經(jīng)久耐用，同時(shí)減振器的負(fù)荷小，壽命長(zhǎng)?？梢猿休d較大負(fù)荷，多用于輕型﹑小型貨車的前橋。

8、缺點(diǎn)：因?yàn)橛袃蓚€(gè)擺臂，所以占用的空間比較大。所以，乘用車的前懸架一般不用此種結(jié)構(gòu)形式。 ⒉麥弗遜式（滑柱連桿式） 圖5 麥弗遜式獨(dú)立前懸架 工作原理：這種懸架目前在轎車中采用很多。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(huì)有變化，這是因?yàn)闇p振器下端支點(diǎn)隨橫擺臂擺動(dòng)。以上問題可通過調(diào)整桿系設(shè)計(jì)布置合理得到解決。 　　典型的結(jié)構(gòu)如圖6和7。 圖6 麥弗遜

9、懸架結(jié)構(gòu) 1-減振器外筒;2-活塞桿;3-彈簧支座;4-橫向穩(wěn)定桿支架;5-橫向穩(wěn)定桿拉桿; 6-副車架;7-橫向穩(wěn)定桿;8-發(fā)動(dòng)機(jī)支座;9-彈簧上支座;10-隔離座;11-輔助彈簧; 12-防塵罩;13-U形夾;14-軸承;15-定位螺栓 圖7 麥弗遜懸架的另一種結(jié)構(gòu)圖 1-橫向擺臂;2-球形支承;3-減振器外筒;4-彈簧;5-上支承軸承;6-反跳緩沖彈簧 麥弗遜獨(dú)立懸架的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)速度快，占用空間少，便于裝車及整車布局，多用于中低檔乘用車的前橋。 缺點(diǎn)：由于結(jié)構(gòu)過于簡(jiǎn)單，剛度小，穩(wěn)定性較差，轉(zhuǎn)彎側(cè)傾明顯，必須加裝橫向穩(wěn)定

10、器，加強(qiáng)剛度。 1.3.2非獨(dú)立懸架 非獨(dú)立懸架如圖8所示。其特點(diǎn)是兩側(cè)車輪安裝于一整體式車橋上，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊力時(shí)會(huì)直接影響到另一側(cè)車輪上，當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)定位參數(shù)變化小。若采用鋼板彈簧作彈性元件，它可兼起導(dǎo)向作用，使結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，降低成本。目前廣泛應(yīng)用于貨車和大客車上，有些轎車后懸架也有采用的。非獨(dú)立懸架由于非簧載質(zhì)量比較大，高速行駛時(shí)懸架受到?jīng)_擊載荷比較大，平順性較差。 圖8 1.4懸架的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 汽車懸架的發(fā)展十分迅速，不斷出現(xiàn)嶄新的懸架裝置。正常情況按控制形式不同分為被動(dòng)式懸架和主動(dòng)式懸架。目前多數(shù)汽車上都采用被動(dòng)懸架，20世紀(jì)80年代以來(lái)主動(dòng)懸架開始在一部分汽

11、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)懸架可以能主動(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。 隨著當(dāng)前世界汽車工業(yè)朝著高速、高性能、舒適、安全可靠的方向發(fā)展，空氣懸架彈簧是當(dāng)今汽車發(fā)展的一大趨勢(shì)，特別是在大型客車和載重汽車上尤為突出。其實(shí)，早在20世紀(jì)50年代，空氣懸架彈簧就開始應(yīng)用在載重車、小轎車、大客車及鐵道車輛上。到60年代，德國(guó)、美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的大部分公共汽車上裝有了主動(dòng)式空氣彈簧懸架。 國(guó)內(nèi)早在20世紀(jì)60年代就設(shè)計(jì)生產(chǎn)了空氣彈簧懸架，但由于工業(yè)技術(shù)條件有限，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的產(chǎn)品使用效果不甚理想，以后在很長(zhǎng)一段時(shí)期，產(chǎn)品沒有進(jìn)一步發(fā)展，因此

12、，國(guó)外生產(chǎn)空氣懸架彈簧的廠家憑借著資金與技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)豪華客車的廠家配套成熟的主動(dòng)式空氣彈簧懸架產(chǎn)品。 同時(shí)我國(guó)公路條件的改善為汽車懸架創(chuàng)造了基本的使用條件，并產(chǎn)生了很大的促進(jìn)作用。高速公路的迅速發(fā)展、運(yùn)輸量的增加以及對(duì)高性能客車的需求，都對(duì)汽車的操縱穩(wěn)定性、平順性、安全性提出了更高的要求。此外，重型汽車對(duì)路面破壞機(jī)制的研究及認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步加深，政府對(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)的重視，限制超載逐步在國(guó)內(nèi)各地受到重視，這些因素都將促使新型懸架在重型車市場(chǎng)的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大。 隨著國(guó)內(nèi)客車產(chǎn)品檔次的逐步升級(jí)，空氣懸架彈簧逐步被市場(chǎng)接受。目前，在國(guó)內(nèi)有多家客車廠生產(chǎn)的豪華大客車裝有空氣懸架，如

13、安凱、金龍客車、桂林大宇、合肥現(xiàn)代、杭州客車等，。 由于主動(dòng)式空氣懸架彈簧價(jià)格較貴，為降低成本，有的企業(yè)部分車型前橋使用鋼板彈簧，后橋使用空氣懸架彈簧。由此可知懸架正充分關(guān)注這方面的變化，提高綜合開發(fā)能力，以適應(yīng)市場(chǎng)的需求和變化，新型懸架的誕生迫在眉睫。 2懸架分析設(shè)計(jì) 2.1懸架結(jié)構(gòu)方案分析 2.1.1 獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式的選擇 為適應(yīng)不同車型和不同類型車橋的需要，懸架有不同的結(jié)構(gòu)型式，主要有獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架。獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架各自的特點(diǎn)在上一章中已經(jīng)作了介紹，本章不再累述，轎車對(duì)乘坐舒適性要求較高，故選擇獨(dú)立懸架。 2.1.2 懸架具體結(jié)構(gòu)形式的選擇 麥弗

14、遜式獨(dú)立懸架是獨(dú)立懸架中的一種，是一種減振器作滑動(dòng)支柱并與下控制臂鉸接組成的一種懸架形式,與其它懸架系統(tǒng)相比,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能好、布置緊湊,占用空間少。因此對(duì)布置空間要求高的發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)動(dòng)轎車的前懸架幾乎全部采用了麥弗遜式懸架。 此次設(shè)計(jì)的懸架為發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的桑塔納2000車型，故選擇麥弗遜式獨(dú)立懸架形式。 2.2彈性元件 彈性元件是懸架的最主要部件，因?yàn)閼壹茏罡镜淖饔檬菧p緩地面不平度對(duì)車身造成的沖擊，即將短暫的大加速度沖擊化解為相對(duì)緩慢的小加速度沖擊。使人不會(huì)造成傷害及不舒服的感覺；對(duì)貨物可減少其被破壞的可能性。 彈性元件主要有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、空氣彈簧等常用類型

15、。除了板彈簧自身有減振作用外，配備其它種類彈性元件的懸架必須配備減振元件，使已經(jīng)發(fā)生振動(dòng)的汽車盡快靜止。鋼板彈簧是汽車最早使用的彈性元件，由于存在諸多設(shè)計(jì)不足之處，現(xiàn)逐步被其它種類彈性元件所取代，本文選擇螺旋彈簧。 2.3減振元件 減振元件主要起減振作用。為加速車架和車身振動(dòng)的衰減，以改善汽車的行駛平順性，在大多數(shù)汽車的懸架系統(tǒng)內(nèi)都裝有減振器。減振器和彈性元件是并聯(lián)安裝的，如圖8所示。 汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力減振器。液力減振器的作用原理是當(dāng)車架與車橋作往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，而減振器中的活塞在缸筒內(nèi)也作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則減振器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)內(nèi)腔通過一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)，孔壁

16、與油液間的摩擦及液體分子內(nèi)摩擦便形成對(duì)振動(dòng)的阻尼力，使車身和車架的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能，而被油液和減振器殼體所吸收，然后散到大氣中。本文選擇雙筒式液力減振器。 圖8 含減振器的懸架簡(jiǎn)圖 1.車身2.減震器3.彈性原件4.車橋 2.4傳力構(gòu)件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 車輪相對(duì)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(duì)汽車某些行駛性能（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(duì)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)。 對(duì)前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求 （1）懸架上載荷變化時(shí)，保證輪距變化不超過+4.0mm

17、，輪距變化大會(huì)引起輪胎早期磨損； （2）懸架上載荷變化時(shí)，前輪定位參數(shù)要有合理的變化特性，車輪不應(yīng)產(chǎn)生縱向加速度； （3） 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≤6-7度。并使車輪與車身的傾斜同向，以增強(qiáng)不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)。 （4） 制動(dòng)時(shí)，應(yīng)使車身有抗前俯作用；加速時(shí)，有抗后仰作用。 （5） 具有足夠的疲勞強(qiáng)度和壽命，可靠地傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。 2.5橫向穩(wěn)定器 在多數(shù)的轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向行駛等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在懸架中還設(shè)有輔助彈性元件——橫向穩(wěn)定器。 橫向穩(wěn)定器實(shí)際是一根近似U型的桿件，兩個(gè)端頭與車輪剛性連接，用

18、來(lái)防止車身產(chǎn)生過大側(cè)傾。其原理是當(dāng)一側(cè)車輪相對(duì)車身位移比另外一側(cè)位移大時(shí)，穩(wěn)定桿承受扭矩，由其自身剛性限制這種傾斜，特別是前輪，可有效防止因一側(cè)車輪遇障礙物時(shí)，限制該側(cè)車輪跳動(dòng)幅度。 3 懸架主要參數(shù)的確定 懸架設(shè)計(jì)可以大致分為結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)選擇和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，有時(shí)還要反復(fù)交叉進(jìn)行。由于懸架的參數(shù)影響到許多整車特性，并且涉及其他總成的布置，因而一般要與總布置共同配合確定。此次設(shè)計(jì)是對(duì)桑塔納2000前獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)。 桑塔納2000參數(shù)：　　 長(zhǎng)/寬/高(mm) 4680/1700/1423 　　發(fā)動(dòng)機(jī)型式 74千瓦4缸2氣門電子控制多點(diǎn)噴射汽油機(jī)(AYJ) 　　變速器

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

20、確定C大致高度為700mm，O點(diǎn)距車輪中心平面110mm，減震器安裝角度14。 3.2懸架的彈性特性和工作行程 3.2.1懸架頻率的選擇 對(duì)于大多數(shù)汽車而言，其懸掛質(zhì)量分配系數(shù)ε=0.8～1.2，因而可以近似地認(rèn)為ε=1，即前后橋上方車身部分的集中質(zhì)量的垂直振動(dòng)是相互獨(dú)立的，并用偏頻，表示各自的自由振動(dòng)頻率，偏頻越小，則汽車的平順性越好。一般對(duì)于鋼制彈簧的轎車，約為1～1.3Hz（60～80次/min），約為1.17～1.5Hz（70～90次/min），非常接近人體步行時(shí)的自然頻率。 取n=1.2HZ 3.2.2 懸架的工作行程 懸架的工作行程由靜撓度與動(dòng)撓度之和組成。 由

21、n 3-1 式中 —————懸架靜撓度 得懸架靜撓度： 3-2 則懸架動(dòng)撓度：=（0.5—0.7） 取=0.5=0.5173.6＝86.8mm 為了得到良好的平順性，因當(dāng)采用較軟的懸架以降低偏頻，但軟的懸架在一定載荷下其變形量也大，對(duì)于一般轎車而言，懸架總工作行程（靜擾度與動(dòng)擾度之和）應(yīng)當(dāng)不小于160mm。 而=173.6+86.8=260.4mm>160mm 符合要求 3.2.3懸

22、架剛度計(jì)算 已知：已知整車裝備質(zhì)量：m =1120kg，取簧上質(zhì)量為1060kg；取簧下質(zhì)量為60kg，則由軸荷分配圖知： 空載前軸單輪軸荷取60%： =318kg 滿載前軸單輪軸荷取50%：（滿載時(shí)車上5名成員，60kg/名）。 懸架剛度： = 4懸架主要零件設(shè)計(jì) 4.1 螺旋彈簧的設(shè)計(jì) 4.1.1螺旋彈簧的剛度 由于存在懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的關(guān)系，懸架剛度C與彈簧剛度是不相等的，其區(qū)別在于懸架剛度C是指車輪處單位撓度所需的力；而彈簧剛度僅指彈簧本身單位撓度所需的力。 例如麥弗遜獨(dú)立懸架的懸架剛度C的計(jì)算方法：如下圖所示。 選定下擺臂長(zhǎng)：EH=390.41mm；

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

24、.3 確定鋼絲直徑d=12mm，彈簧外徑D=122mm，彈簧有效工作圈數(shù)n=8； 4.1.4 彈簧校核 （1）彈簧剛度校核 彈簧剛度的計(jì)算公式為： 代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得彈簧剛度為： N/mm 所以彈簧選擇符合剛度要求。 （2）彈簧表面剪切應(yīng)力校核 彈簧在壓縮時(shí)其工作方式與扭桿類似，都是靠材料的剪切變形吸收能量，彈簧鋼絲表面的剪應(yīng)力為： 式中 C——彈簧指數(shù)（旋繞比）， ——曲度系數(shù)，為考慮簧圈曲率對(duì)強(qiáng)度影響的系數(shù)， P——彈簧軸向載荷 已知=110mm，d=12mm，可以算出彈簧指數(shù)C和曲度系數(shù)： =1

25、10/2=9.16 P=N 則彈簧表面的剪切應(yīng)力：Mpa [τ]=0.63[σ]=0.631000Mpa，因?yàn)棣?[τ]，所以彈簧滿足要求。 4.1.5 小結(jié) 綜上可以最終選定彈簧的參數(shù)為：彈簧鋼絲直徑d=12mm，彈簧外徑D=122mm，彈簧有效工作圈數(shù)n=8。 4.2 減振器結(jié)構(gòu)類型的選擇 減振器的功能是吸收懸架垂直振動(dòng)的能量，并轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，使振動(dòng)迅速衰減。汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力式減震器。其作用原理是，當(dāng)車架與車橋作往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減震器中的活塞在缸筒內(nèi)業(yè)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，于是減震器殼體內(nèi)的油液反復(fù)地從一個(gè)內(nèi)腔通過另一些狹小的孔隙流入另一個(gè)內(nèi)腔。

26、此時(shí)，孔與油液見的摩擦力及液體分子內(nèi)摩擦便行程對(duì)振動(dòng)的阻尼力，使車身和車架的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為熱能，被油液所吸收，然后散到大氣中。 減振器大體上可以分為兩大類，即摩擦式減振器和液力減振器。故名思義，摩擦式減振器利用兩個(gè)緊壓在一起的盤片之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力提供阻尼。由于庫(kù)侖摩擦力隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的提高而減小，并且很易受油、水等的影響，無(wú)法滿足平順性的要求，因此雖然具有質(zhì)量小、造價(jià)低、易調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)代汽車上已不再采用這類減振器。液力減振器首次出現(xiàn)于1901年，其兩種主要的結(jié)構(gòu)型式分別為搖臂式和筒式。與筒式液力減減振器振器相比，搖臂式減振器的活塞行程要短得多，因此其工作油壓可高達(dá)75-30MPa，

27、而筒式只有2.5-5MPa。筒式減振器的質(zhì)量?jī)H為擺臂式的約1/2，并且制造方便，工作壽命長(zhǎng)，因而現(xiàn)代汽車幾乎都采用筒式減振器。筒式減振器最常用的三種結(jié)構(gòu)型式包括:雙筒式、單筒充氣式和雙筒充氣式。 雙筒式液力減振器 雙筒式液力減振器雙筒式液力減振器的工作原理如圖9所示。其中A為工作腔，C為補(bǔ)償腔，兩腔之間通過閥系連通，當(dāng)汽車車輪上下跳動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)活塞1在工作腔A中上下移動(dòng)，迫使減振器液流過相應(yīng)閥體上的阻尼孔，將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳⒌?。車輪向上跳?dòng)即懸架壓縮時(shí)，活塞1向下運(yùn)動(dòng)，油液通過閥Ⅱ進(jìn)入工作腔上腔，但是由于活塞桿9占據(jù)了一部分體積，必須有部分油液流經(jīng)閥Ⅳ進(jìn)入補(bǔ)償腔C;當(dāng)車輪向下跳動(dòng)即懸架伸張

28、時(shí)，活塞1向上運(yùn)動(dòng)，工作腔A中的壓力升高，油液經(jīng)閥Ⅰ流入下腔，提供大部分伸張阻尼力，還有一部分油液經(jīng)過活塞桿與導(dǎo)向座間的縫隙由回流孔6進(jìn)人補(bǔ)償腔，同樣由于活塞桿所占據(jù)的體積，當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，必定有部分油液經(jīng)閥Ⅲ流入工作腔下腔。減振器工作過程中產(chǎn)生的熱量靠貯油缸筒3散發(fā)。減振器的工作溫度可高達(dá)120攝氏度，有時(shí)甚至可達(dá)200攝氏度。為了提供溫度升高后油液膨脹的空間，減振器的油液不能加得太滿，但一般在補(bǔ)償腔中油液高度應(yīng)達(dá)到缸筒長(zhǎng)度的一半，以防止低溫或減振器傾斜的情況下，在極限伸張位置時(shí)空氣經(jīng)油封7進(jìn)入補(bǔ)償腔甚至經(jīng)閥Ⅲ吸入工作腔，造成油液乳化，影響減振器的工作性能。 圖9雙筒式減振器工作原理

29、圖 1-活塞；2-工作缸筒；3-貯油缸筒；4-底閥座；5-導(dǎo)向座； 6-回流孔活塞桿；7-油封；8-防塵罩；9-活塞桿 減振器的特性可用圖10所示的示功圖和阻尼力-速度曲線描述。減振器特性曲線的形狀取決于閥系的具體結(jié)構(gòu)和各閥開啟力的選擇。一般而言，當(dāng)油液流經(jīng)某一給定的通道時(shí)，其壓力損失由兩部分構(gòu)成。其一為粘性沿程阻力損失，對(duì)一般的湍流而言，其數(shù)值近似地正比于流速。其二為進(jìn)入和離開通道時(shí)的動(dòng)能損失，其數(shù)值也與流速近似成正比，但主要受油液密度而不是粘性的影響。由于油液粘性隨溫度的變化遠(yuǎn)比密度隨溫度的變化顯著，因而在設(shè)計(jì)閥系時(shí)若能盡量利用前述的第二種壓力損失，則其特性將不易受油液粘性變化的

30、影響，也即不易受油液溫度變化的影響。不論是哪種情形，其阻力都大致與速度的平方成正比，如圖10所示。圖中曲線A所示為在某一給定的A通道下阻尼力F與液流速度v的關(guān)系，若與通道A并聯(lián)一個(gè)直徑更/大的通道B，則總的特性將如圖中曲線A+B所示。如果B為一個(gè)閥門，則當(dāng)其逐漸打開時(shí)，可獲得曲線A與曲線A+B間的過渡特性。恰當(dāng)選擇A,B的孔徑和閥的逐漸開啟量，可以獲得任何給定的特性曲線。閥打開的過程可用三個(gè)階段來(lái)描述，第一階段為閥完全關(guān)閉，第二階段為閥部分開啟，第三階段為閥完全打開。通常情況下，當(dāng)減振器活塞相對(duì)于缸筒的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到0. lm/s時(shí)閥就開始打開，完全打開則需要運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到數(shù)米每秒。 圖10

31、 閥的開啟程度對(duì)減振器特性影響示意圖 圖11給出了三種典型的減振器特性曲線。第一種為斜率遞增型的，第二種為等斜率的(線性的)，第三種為斜率遞減型的。其中第一種在小速度時(shí)，阻尼力較小，有利于保證平坦路面上的平順性，第三種則在相當(dāng)寬的振動(dòng)速度范圍內(nèi)都可提供足夠的阻尼力，有利于提高車輪的接地能力和汽車的行駛性能。根據(jù)汽車的型式、道路條件和使用要求，可以選擇恰當(dāng)?shù)淖枘崃μ匦浴? 圖11 典型的減振器特性曲線 圖12 減振器斜置時(shí)計(jì)算傳遞比示意圖 需要注意的是，在大部分汽車上，減振器不是完全垂直安裝，如圖3.7所示為剛性橋非獨(dú)立懸架的情況。這時(shí)減振器本身的阻尼力與車輪處的阻尼力之間存在

32、差異，當(dāng)左右車輪同向等幅跳動(dòng)時(shí)，阻尼力的傳遞比，由于角度 (見圖12)同時(shí)造成車輪處力的減小和減振器行程的減小，因此減振器的阻尼系數(shù)應(yīng)為車輪處阻尼系數(shù)的倍。當(dāng)車身側(cè)傾時(shí)，相應(yīng)的傳遞比，式中B為輪距，b為減振器下固定點(diǎn)的安裝距。 單筒充氣式液力減振器 單筒充氣式減振器的工作原理如圖（13）所示。其中浮動(dòng)活塞3將油液和氣體分開并且將缸筒內(nèi)的容積分成工作腔4和補(bǔ)償腔2兩部分。當(dāng)車輪下落即懸架伸張時(shí)，活塞桿8帶動(dòng)活塞5下移，壓迫油液經(jīng)過伸張閥10從工作腔下腔流入上腔。此時(shí)，補(bǔ)償腔2中的氣體推動(dòng)活塞3下移以補(bǔ)償活塞桿抽出造成的容積減小;車輪上跳時(shí)，活塞5向上運(yùn)動(dòng)，油液通過壓縮閥6由上腔流入下腔，同時(shí)

33、浮動(dòng)活塞向上移動(dòng)以補(bǔ)償活塞桿在油液中的體積變化。 與前述的雙筒式減振器相比，單筒充氣式減振器具有以下優(yōu)點(diǎn):①工作缸筒n直接暴露在空氣中，冷卻效果好;②在缸筒外徑相同的前提下，可采用大直徑活塞，活塞面積可增大將近一倍，從而降低工作油壓;③在充氣壓力作用下，油液不會(huì)乳化，保證了小振幅高頻振動(dòng)時(shí)的減振效果;④由于浮動(dòng)活塞將油、氣隔開，因而減振器的布置與安裝方向可以不受限制。其缺點(diǎn)在于:①為保證氣體密封，要求制造精度高;②成本高;③軸向尺寸相對(duì)較大;④由于氣體壓力的作用，活塞桿上大約承受190-250N的推出力，當(dāng)工作溫度為100℃時(shí)，這一值會(huì)高達(dá)450N，因此若與雙筒式減振器換裝，則最好同時(shí)換裝不

34、同高度的彈簧。 圖13 雙筒充氣式減振器的優(yōu)點(diǎn)有:①在小振幅時(shí)閥的響應(yīng)也比較敏感;②改善了壞路上的阻尼特性;③提高了行駛平順性;④氣壓損失時(shí)，仍可發(fā)揮減振功能;⑤與單筒充氣式減振器相比，占用軸向尺寸小，由于沒有浮動(dòng)活塞，摩擦也較小。因而本次設(shè)計(jì)選擇雙筒式減振器。 圖14 為雙筒充氣式減振器用于麥克弗遜懸架時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。 1-六方;2-蓋板;3-導(dǎo)向座;4-貯油缸筒;5-補(bǔ)償腔;6-活塞桿;7-彈簧托架;8-限位塊; 9-壓縮閥;10-密封環(huán);11-閥片;12-活塞緊固螺母;13-活塞桿小端;14-底閥 4.2.1減震器參數(shù)的設(shè)計(jì) （1）相對(duì)阻尼系數(shù)ψ 相對(duì)阻尼系數(shù)

35、ψ的物理意義是：減震器的阻尼作用在與不同剛度C和不同簧上質(zhì)量的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。ψ值大，振動(dòng)能迅速衰減，同時(shí)又能將較大的路面沖擊力傳到車身；ψ值小則反之，通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取小些，伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得大些，兩者之間保持=（0.25-0.50）的關(guān)系。 設(shè)計(jì)時(shí)，先選取與的平均值ψ。相對(duì)無(wú)摩擦的彈性元件懸架，取ψ=0.25-0.35；對(duì)有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，ψ值取的小些，為避免懸架碰撞車架，取=0.5 取ψ=0.3，則有：，計(jì)算得：=0.4，=0.2 （2）減震器阻尼系數(shù)的確定 減震器阻尼系數(shù)。因懸架系統(tǒng)固有頻率，所以理論上。實(shí)

36、際上，應(yīng)根據(jù)減震器的布置特點(diǎn)確定減震器的阻尼系數(shù)。我選擇下圖的安裝形式，則起阻尼系數(shù)為： 根據(jù)公式，可得出： 滿載時(shí)計(jì)算前懸剛度N/m 代入數(shù)據(jù)得：=6.3HZ，取, 按滿載計(jì)算有：簧上質(zhì)量kg，代入數(shù)據(jù)得減震器的阻尼系數(shù)為： （3）減震器最大卸荷力的確定 為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減震器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減震器打開卸荷閥。此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度，按上圖安裝形式時(shí)有： 式中，為卸荷速度，一般為0.15~0.3m/s，A為車身振幅，取；為懸架振動(dòng)固有頻率。 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得卸荷速度為： 符合在0.15~0.3m/s之間范圍要求。 根據(jù)伸張行程最

37、大卸荷力公式：可以計(jì)算最大卸荷力。式中，c是沖擊載荷系數(shù)，取c=1.5；代入數(shù)據(jù)可得最大卸荷力為： （4）減震器工作缸直徑D的確定 根據(jù)伸張行程的最大卸荷力計(jì)算工作缸直徑D為： 其中，——工作缸最大壓力，在3Mpa~4Mpa,取=3Mpa； ——連桿直徑與工作缸直徑比值，=0.4~0.5，取=0.4。 代入計(jì)算得工作缸直徑D為： 減震器的工作缸直徑D有20mm，30mm，40mm，45mm，50mm，65mm，等幾種。選取時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)選用，按下表選擇。 工作缸直徑D 基長(zhǎng)L 貯油直徑 吊環(huán)直徑φ 吊環(huán)直徑寬度B 活塞行程S 30 11 （

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

39、44mm，壁厚取2mm。 4.3 橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì) 4.3.1 橫向穩(wěn)定桿的作用 橫向穩(wěn)定桿是一根擁有一定剛度的扭桿彈簧，它和左右懸掛的下托臂或減震器滑柱相連。當(dāng)左右懸掛都處于顛簸路面時(shí)，兩邊的懸掛同時(shí)上下運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定桿不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，當(dāng)車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于外側(cè)懸掛承受的力量較大，車身發(fā)生一定得側(cè)傾。此時(shí)外側(cè)懸掛收縮，內(nèi)測(cè)懸掛舒張，那么橫向穩(wěn)定桿就會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一定的彈力，阻止車輛側(cè)傾。從而提高車輛行駛穩(wěn)定性。 4.3.2 橫向穩(wěn)定桿參數(shù)的選擇 具體尺寸選擇如下：桿的直徑d=18mm，桿長(zhǎng)L=1000mm，c=363mm，a=68mm，b=69mm，=156mm，圓角半徑R=2

40、3mm。 結(jié)論 參考文獻(xiàn) ［1］ 陳家瑞 馬天飛 【汽車構(gòu)造 】 第5版 人民交通出版社。 ［2］ 王望予 【汽車設(shè)計(jì)】 第4版 機(jī)械工業(yè)出版社。 ［3］ 程耀東 李培玉 【機(jī)械振動(dòng)學(xué)】 浙江大學(xué)出版社 ［4］ 余志生 【汽車?yán)碚摗? 第5版 機(jī)械工業(yè)出版社 ［5］ 李鵬 【汽車概論】 人民交通出版社 ［6］ 姜鐵均 傅強(qiáng) 【汽車機(jī)械基礎(chǔ)】 同濟(jì)大學(xué)出版社 ［7］ 劉維信 【機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì)】 第2版 清華大學(xué)出版社 ［8］ 哈工大理論力學(xué)教研室 【理論力學(xué)】 第6版 高等教育出版社 ［9］ 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) ［10］ 劉惟信 【汽車設(shè)計(jì)】 清華大學(xué)出版社 ［11］ 西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室 【機(jī)械設(shè)計(jì)】 第八版 高等教育出版社 31