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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 懸架是現(xiàn)代汽車(chē)上的重要總成之一，它最主要的功能是傳遞作用在 車(chē)輪和車(chē)架(或車(chē)身)之間的一切力和力矩，并緩和汽車(chē)駛過(guò)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(chē)的行駛平 順性。因此必須在車(chē)輪與車(chē)架或車(chē)身之間提供彈性連接，依靠彈性元件 來(lái)傳遞車(chē)輪或車(chē)橋與車(chē)架或車(chē)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。采用彈性連接后，汽車(chē)可以看作是由懸架質(zhì)量 (即簧載質(zhì)量)、非懸架質(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(chē)輪與車(chē)架或車(chē)身之間所有力和力矩可靠傳遞并決定車(chē) 輪相對(duì)于車(chē)架或車(chē)身的位移特性的連接裝置統(tǒng)稱(chēng)為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 決定了車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡和車(chē)輪定位參數(shù)的變化，以及汽車(chē)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(chē)的操縱穩(wěn)定性 和抗縱傾能力。本文主要對(duì)桑塔納 2000 前后懸架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞 麥弗遜獨(dú)立懸架、單縱臂獨(dú)立懸架、減振器、螺旋彈簧、橫向穩(wěn) 定器 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) II Abstract Suspension is the modern car on the important assembly, which has one of the main function is to transfer function in the wheels and frame (or body) all between the force and moment, and ease when rough road surface cars driving by the impact of attenuation arising from the vibration of the bearing system, to ensure the smooth running of the car. So must the wheel and frame or body to provide flexible connection between, rely on the elastic element to deliver the wheel or axle and frame or between vertical load of the body, and depend on the deformation to absorb energy, to achieve the purpose of the buffer After using elastic and connection, can be regarded as a car by suspension quality (i.e. spring load quality), the suspension quality (namely the spring load quality) and spring (elastic components) composition of the vibration system, and inherit from rough road surface, air power and transmission, engine incentive. In order to quickly attenuation unnecessary vibration, the suspension and it must also include damping components, namely the shock absorber. In addition, the suspension of the wheel and the frame or body to ensure the effective and reliable between torque transfer and decided to the wheels of the car body or relative to the frame of the displacement characteristics connected device collectively referred to as steering mechanism. Steering mechanism of the wheel to beat trajectory and wheel positioning parameters, and the change of the side before the car out of the longitudinal center and pour the position of the center, thus greatly improve the vehicle steering stability and resistance to the ability to pour. In short, the suspension design relationship to the car's steering stability, steering portability, driving comfort, tire life and the sports car decorate interference, and other aspects. Keyphrase Paper independent suspension, single ZongBei independent suspension, steering mechanism, shock absorber, spiral spring, horizontal WenDingQi 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) III 目 錄 摘 要 I ABSTRACTII 目 錄 .III 第 1 章 緒論 .1 1.1 課題目的與意義 .1 1.2 懸架的發(fā)展方向 .1 1.3 懸架的功用及組成 1 1.3.1 懸架的功用.1 1.3.2 懸架的組成.2 1.4 懸架的分類(lèi) 3 1.4.1 獨(dú)立懸架 .3 1.4.2 非獨(dú)立懸架.7 第 2 章 懸架結(jié)構(gòu)方案選擇.9 2.1 獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架的選擇 .9 2.2 獨(dú)立懸架具體結(jié)構(gòu)形式的選擇 .9 2.3 懸架組成元件的選擇 .9 2.3.1 彈性元件 .9 2.3.2 減振元件 .9 2.3.3 傳力構(gòu)件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu) .10 2.3.4 橫向穩(wěn)定器.10 第 3 章 前后懸架主要參數(shù)的確定 12 3.1 懸架的空間幾何參數(shù) .12 3.2 懸架的彈性特性和工作行程 .13 3.2.1 前后懸架偏頻的選擇 .13 3.2.2 前后懸架的靜撓度、動(dòng)撓度及工作行程的計(jì)算.13 3.3 前后懸架剛度的計(jì)算 .14 第 4 章 前后懸架主要零件的設(shè)計(jì) 16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 4.1 前后螺旋彈簧的設(shè)計(jì) 16 4.1.1 前后彈簧剛度的設(shè)計(jì) 16 4.1.2 前后彈簧主要幾何參數(shù)的確定 .16 4.1.3 前后螺旋彈簧的校核 18 4.2 橫向穩(wěn)定器的設(shè)計(jì) .21 4.2.1 橫向穩(wěn)定器的作用 .21 4.2.2 橫向穩(wěn)定器參數(shù)的選擇 .21 4.3 前后減振器的設(shè)計(jì) .22 4.3.1 減振器的工作原理 .22 4.3.2 減振器的阻尼特性 .23 4.3.3 前后減振器參數(shù)的設(shè)計(jì).25 結(jié) 論 .29 致 謝 .30 參考文 獻(xiàn).31 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 0 第 1 章 緒論 1.1 課題目的與意義 轎車(chē)懸架是把路面作用于車(chē)輪上的各種力以及這些反力所造成的力矩 傳遞到車(chē)身上，緩沖路面沖擊，保證汽車(chē)的正常行駛以及乘坐人員的舒適 性 【1】 。由于轎車(chē)對(duì)乘坐舒適性的要求較高，一般采用獨(dú)立懸架，本設(shè)計(jì) 以桑塔納 2000 轎車(chē)為研究對(duì)象，桑塔納 2000 的前懸架為麥弗遜式獨(dú)立懸 架，而麥 弗 遜 式 獨(dú) 立 懸 架 是 眾 多 懸 架 中 的 一 種 ， 它 以 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 成 本 低 廉 、 舒 適 性 較 好 的 優(yōu) 點(diǎn) 贏 得 了 廣 泛 的 市 場(chǎng) 應(yīng) 用 。 后懸架為單縱臂式 獨(dú)立懸架，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。主要對(duì)其前后懸架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 1.2 懸架的發(fā)展方向 汽車(chē)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(chē)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(kāi)始在一部分汽車(chē)上應(yīng)用，并且目前還 在進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)中，主動(dòng)懸架可以主動(dòng)地控制垂直振動(dòng)及其車(chē)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(chē)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(chē) 發(fā)展的一大趨勢(shì)，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(méi)有進(jìn)一步發(fā)展，因此，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)，同時(shí)我國(guó)公路條件的改善為汽車(chē)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 【4】 。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(chē)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(kāi)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。 1.3 懸架的功用及組成 1.3.1 懸架的功用 懸架是車(chē)架（或承載式車(chē)身）與車(chē)橋（或車(chē)輪）之間彈性連接裝置的 總稱(chēng)。功用： (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(chē)良好 的平順性，操縱穩(wěn)定性。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 (3)迅速衰減車(chē)身和車(chē)橋的振動(dòng)。 懸架系統(tǒng)在汽車(chē)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，就應(yīng)該降低懸架剛度。但這樣，又會(huì)降低整車(chē)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，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(chē)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(jiàn)懸架系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車(chē)上是重要的 總成之一。1.3.2 懸架的組成 現(xiàn)代汽車(chē)，特別是乘用車(chē)的懸架，形式，種類(lèi)，會(huì)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、緩沖 塊、橫向穩(wěn)定器等幾部分組成 【3】 。它們分別起到緩沖、減振 、力的傳遞、 限位和控制車(chē)輛側(cè)傾角度的作用。懸架基本形式如圖 1-1 所示 圖 1-1 懸架基本形式 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(chē)懸架多采用螺旋彈簧，個(gè)別高級(jí)轎車(chē)則使用空氣彈簧。螺旋彈簧 只承受垂直載荷，緩和抑制不平路面對(duì)車(chē)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(méi)有摩擦而沒(méi)有減振作用。這里選用 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 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)式減振器，充氣式減振器。它是懸架機(jī)構(gòu)中最精密和最復(fù)雜 的機(jī)械元件。 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來(lái)傳遞車(chē)輪與車(chē)身間的力和力矩，同時(shí)保持車(chē)輪按一定的 運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)車(chē)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(lèi)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(chē)和客車(chē)上，為防止車(chē)身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過(guò) 大的橫向傾斜，在懸架系統(tǒng)中加設(shè)橫向穩(wěn)定器，目的是提高橫向剛度，使 汽車(chē)具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。 1.4 懸架的分類(lèi) 懸架的分類(lèi)：汽車(chē)的懸架從大的方面來(lái)看，可以分為兩類(lèi)：非獨(dú)立懸 架和獨(dú)立懸架。 1.4.1 獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架是兩側(cè)車(chē)輪分別獨(dú)立地與車(chē)架（或車(chē)身）彈性地連接，當(dāng)一 側(cè)車(chē)輪受到?jīng)_擊時(shí)，其運(yùn)動(dòng)不直接影響到另一側(cè)車(chē)輪，獨(dú)立懸架所采用的 車(chē)橋是斷開(kāi)式的。這樣使得發(fā)動(dòng)機(jī)可放低安裝，有利于降低汽車(chē)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(chē)車(chē) 輪的附著性。如圖 1-2 所示。 圖 1-2 獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架的類(lèi)型及特點(diǎn)： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 獨(dú)立懸架的車(chē)軸分成兩段如圖 1-3，每只車(chē)輪用螺旋彈簧獨(dú)立地， 彈性地連接安裝在車(chē)架(或車(chē)身)下面，當(dāng)一側(cè)車(chē)輪受到?jīng)_擊時(shí)，其運(yùn)動(dòng) 不直接影響到另一側(cè)車(chē)輪，獨(dú)立懸架所采用的車(chē)橋是斷開(kāi)式的。 圖 1-3 獨(dú)立懸架車(chē)軸 現(xiàn)在，前懸架基本上都采用獨(dú)立懸架，最常見(jiàn)的有雙橫臂式和麥弗 遜式（又滑柱連桿式） 。 （1）雙橫臂式獨(dú)立懸架 它由上短下長(zhǎng)兩根橫臂連接車(chē)輪與車(chē)身，通過(guò)選擇比例合適的長(zhǎng)度，可使 車(chē)輪和主銷(xiāo)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(chē)前輪上。雙橫臂的臂有做成 A 字形或 V 字形，V 字形臂的上下兩個(gè) V 形擺臂以一定的距離分別安裝在車(chē)輪上， 另一端安裝在車(chē)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)。 可以承載較大負(fù)荷，多用于輕型﹑小型貨車(chē)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(chē)的前懸架 一般不用此種結(jié)構(gòu)形式。如圖 1-4 所示 圖 1-4 雙橫臂式獨(dú)立前懸架 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 （2）麥弗遜式獨(dú)立懸架（滑柱連桿式） 如圖 1-5 所示 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 圖 1-5 麥弗遜式獨(dú)立前懸架 這種懸架目前在轎車(chē)中采用很多。這種懸架將減振器作為引導(dǎo)車(chē)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， 并降低汽車(chē)的重心。 車(chē)輪上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，主銷(xiāo)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(wèn)題可通過(guò)調(diào)整桿系設(shè)計(jì)布置得到解決。 麥弗遜獨(dú)立懸架的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：從上面的構(gòu)造圖可以看出，麥弗遜獨(dú) 立懸架的構(gòu)造其實(shí)非常簡(jiǎn)單，而這種簡(jiǎn)單帶來(lái)的最大好處就是其質(zhì)量很輕， 并且體積很小，對(duì)于很多前置前驅(qū)發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛來(lái)說(shuō)，車(chē)頭部分的大部分 空間都要用來(lái)布置橫置的發(fā)動(dòng)機(jī)以及變速箱，留給懸架的空間并不大，因 此麥弗遜懸架體積小質(zhì)量輕的優(yōu)勢(shì)就會(huì)表現(xiàn)的非常明顯。缺點(diǎn)：而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單也是麥弗遜懸架最大的軟肋。與雙橫臂以及多連桿懸架相比，由于減振 器和螺旋彈簧都是對(duì)車(chē)輛上下的晃動(dòng)起到支撐和緩沖，因此對(duì)于側(cè)向的力 量沒(méi)有提供足夠的支撐力度。這樣就使得車(chē)輛在轉(zhuǎn)向的時(shí)候車(chē)身有比較明 顯的側(cè)傾，并且在剎車(chē)的時(shí)候有比較明顯的點(diǎn)頭現(xiàn)象。很多采用麥弗遜懸 架的小型車(chē)為了控制成本，也只能將這樣的缺陷保留。雖然通過(guò)增加防傾 桿能減小車(chē)輛側(cè)傾，但是卻不能根治這種情況。不過(guò)象寶馬 M3，保時(shí)捷 911 這樣的高性能車(chē)型上，通過(guò)調(diào)整彈性元件以及增加拉桿等調(diào)校，麥弗 遜懸架也一樣可以變得非常強(qiáng)悍，但這也背離了麥弗遜懸架體積小，質(zhì)量 輕，成本低的特點(diǎn)。典型的結(jié)構(gòu)如圖 1-6 所示 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 1-6 麥弗遜懸架結(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(chē)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 現(xiàn)在，后懸架也基本上采用獨(dú)立懸架，最常見(jiàn)的有多連桿式和縱臂式。 （3）多連桿式獨(dú)立懸架 它不僅可以保證擁有一定的舒適性，而且由于連桿較多，可以使車(chē)輪 和地面盡可能保持垂直，盡最大可能地減小車(chē)身傾斜，維持輪胎的貼地性。 多連桿后懸架一般為 4 連桿或 5 連桿，多連桿式懸架能使車(chē)輪繞著與汽車(chē) 縱軸線成一定角度的軸線擺動(dòng)，是橫臂式和縱擺臂式的折中方案，適當(dāng)?shù)?選擇擺臂軸線與汽車(chē)縱軸線所成的夾角，可不同程度地獲得橫臂式與縱臂 式懸架的優(yōu)點(diǎn)，能滿(mǎn)足不同的使用性能要求 【9】 。 優(yōu)點(diǎn)：車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)輪距和前束的變化很小，不管汽車(chē)是在驅(qū)動(dòng)、制動(dòng) 狀態(tài)都可以按駕駛?cè)说囊鈭D進(jìn)行平穩(wěn)的轉(zhuǎn)向。 缺 點(diǎn)：汽 車(chē)高速 時(shí)有軸 擺現(xiàn)象。 多連桿 式獨(dú)立 懸架如 圖 1-7 所示 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 1-7 多連桿式獨(dú)立懸架 （4）單縱臂式獨(dú)立懸架 單縱臂式獨(dú)立懸架系統(tǒng)是指汽車(chē)在縱向平面內(nèi)擺動(dòng)的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 如果轉(zhuǎn)向輪采用單縱臂式獨(dú)立懸架，車(chē)輪上下跳動(dòng)將使主銷(xiāo)后傾角產(chǎn)生很 大變化。因此，單縱臂式獨(dú)立懸架一般多用于不轉(zhuǎn)向的后輪。桑塔納和捷 達(dá)轎車(chē)的后懸架結(jié)構(gòu)相同，也屬于單縱臂式獨(dú)立懸架。它有一根整體的 V 形斷面橫梁，在其兩端焊接著變截面的管狀縱臂，從而形成了一個(gè)整體構(gòu) 架——后軸體?？v臂前端通過(guò)橡膠－金屬支承與車(chē)身作鉸鏈連接?？v臂后 端與輪轂、減振器相連。汽車(chē)行駛時(shí)，車(chē)輪連同后軸體相對(duì)車(chē)身以橡膠－ 金屬支承為支點(diǎn)作上下擺動(dòng)，相當(dāng)于單縱臂式獨(dú)立懸架。當(dāng)兩側(cè)懸架變形 不等時(shí)，后軸體的 V 形斷面橫梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，由于該橫梁有較大的彈性， 可起橫向穩(wěn)定器的作用。它不像普通帶有整體軸的非獨(dú)立懸架那樣，一側(cè) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 車(chē)輪的跳動(dòng)會(huì)直接影響到另一側(cè)車(chē)輪 【6】 。單縱臂式獨(dú)立懸架如圖 1-8 所 示 圖 1-8 單縱臂式獨(dú)立懸架 1.4.2 非獨(dú)立懸架 其特點(diǎn)是兩側(cè)車(chē)輪安裝于一整體式車(chē)橋上，當(dāng)一側(cè)車(chē)輪受到?jīng)_擊力時(shí) 會(huì)直接影響到另一側(cè)車(chē)輪，當(dāng)車(chē)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(chē)和大客車(chē)上，有些轎車(chē)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。非獨(dú)立懸架如圖 1-9 所示。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 1-9 非獨(dú)立懸架 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 第 2 章 懸架結(jié)構(gòu)方案選擇 2.1 獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架的選擇 為適應(yīng)不同車(chē)型和不同類(lèi)型車(chē)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，本章不再贅述，轎車(chē)對(duì)乘坐舒適性要求較高，故前后懸 架均選擇獨(dú)立懸架。 2.2 獨(dú)立懸架具體結(jié)構(gòu)形式的選擇 麥弗遜式獨(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)布置空間要求高的前置前驅(qū)的轎車(chē)， 前懸架幾乎全部采用了麥弗遜式獨(dú)立懸架。對(duì)于后懸架，單縱臂式獨(dú)立懸 架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。 此次設(shè)計(jì)的懸架為發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)的桑塔納 2000 車(chē)型，故前懸架選 擇麥弗遜式獨(dú)立懸架，后懸架選擇單縱臂式獨(dú)立懸架。 2.3 懸架組成元件的選擇 2.3.1 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(chē)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(jué)，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(lèi)型。 除了鋼板彈簧自身有減振作用外，配備其它種類(lèi)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(chē)盡快靜止。鋼板彈簧是汽車(chē)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)逐步被其它彈性元件所取代， 本文前后懸架均選擇螺旋彈簧。 2.3.2 減振元件 減振元件主要起減振作用。為加速車(chē)架和車(chē)身振動(dòng)的衰減，以改善汽 車(chē)的行駛平順性，在大多數(shù)汽車(chē)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 2-1 所示。汽車(chē)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(chē)架與車(chē)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(guò)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及液 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 體分子內(nèi)摩擦便形成對(duì)振動(dòng)的阻尼力，使車(chē)身和車(chē)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。本文前后懸架均選 擇雙作用筒式液力減振器。 圖 2-1 含減振器的懸架簡(jiǎn)圖 1.車(chē)身 2.減振器 3.彈性元件 4.車(chē)橋 2.3.3 傳力構(gòu)件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 車(chē)輪相對(duì)于車(chē)架和車(chē)身跳動(dòng)時(shí)，車(chē)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(chē)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(chē)輪按一定軌跡相對(duì) 于車(chē)架和車(chē)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(chēng)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(guò)±4.0mm，輪距變化不 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(chē)輪 不應(yīng)產(chǎn)生縱向加速度。 （3）汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，應(yīng)使車(chē)身側(cè)傾角小。在 0.4g 側(cè)向加速度作用 下，車(chē)身側(cè)傾角要小于 7 度。并使車(chē)輪與車(chē)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(chē)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。 對(duì)后輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求 （1）車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)，輪距無(wú)顯著變化。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 （2）轉(zhuǎn)彎時(shí)，車(chē)身側(cè)傾角盡可能小，并使車(chē)輪和車(chē)身傾斜同向，增 強(qiáng)不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)。 2.3.4 橫向穩(wěn)定器 在多數(shù)的轎車(chē)和客車(chē)上，為防止車(chē)身在轉(zhuǎn)向行駛等情況下發(fā)生過(guò)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(chē)輪剛性連接，用來(lái) 防止車(chē)身產(chǎn)生過(guò)大側(cè)傾。其原理是當(dāng)一側(cè)車(chē)輪相對(duì)車(chē)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(chē)輪遇障礙物時(shí)，限制該側(cè)車(chē)輪跳動(dòng)幅度。本文前懸架安 裝橫向穩(wěn)定器，后懸架不安裝。 第 3 章 前后懸架主要參數(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(chē)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。 桑塔納 2000 基本參數(shù)如下： 長(zhǎng) /寬 /高 (mm) 4680/1700/1423 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 型 式 74(kw)4 缸 2 氣 門(mén) 電 子 控 制 多 點(diǎn) 噴 射 汽 油 機(jī) (AYJ) 變 速 器 型 式 自 動(dòng) 變 速 箱 /手 動(dòng) 變 速 箱 排 量 (ml) 1781 最 大 功 率 (kw)(r/min) 74/5200 最 大 扭 矩 (N.m)(r/min) 155/3800 油 耗 (L/100km) 6.8 軸 距 (mm) 2656 前 輪 距 （ mm） 1414 后 輪 距 （ mm） 1422 滿(mǎn) 載 質(zhì) 量 （ kg） 1540 空 車(chē) 質(zhì) 量 （ kg） 1120 滿(mǎn) 載 前 軸 允 許 負(fù) 荷 160mm 符合1scf1d 要求。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 后懸架的工作行程: = + =150+75=225mm160mm 符合要求。2scf2d 3.3 前后懸架剛度的計(jì)算 根據(jù)桑塔納 2000 轎車(chē)類(lèi)型的參數(shù)以及對(duì)前后懸架的偏頻、靜撓度和 動(dòng)撓度的要求，對(duì)懸架剛度進(jìn)行設(shè)計(jì)。 已知：整車(chē)整備質(zhì)量 m=1120kg，取簧上質(zhì)量為 1055kg；取簧下質(zhì)量 為 65kg，則由軸荷分配表 3-1 知： 表 3-1 軸荷分配表 空載前軸單輪軸荷取 60%： =2%6015??m5.31kg 滿(mǎn)載前軸單輪軸荷取 50%： （滿(mǎn)載時(shí)4)(21 ?? 車(chē)上按 5 名成員計(jì)算，65kg/名）。 由公式：懸架剛度 （3-cfFC滿(mǎn) 載? 3） 則：前懸架剛度 = =19.591csf滿(mǎn) 載 .76 3450mN/ 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 空載后軸單輪軸荷取 40%： = =21121m%405?kg 滿(mǎn)載后軸單輪軸荷取 50%： kg34520)65(???? 則：后懸架剛度 = =23.022csfFC滿(mǎn) 載 134mN/ 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 第 4 章 前后懸架主要零件的設(shè)計(jì) 4.1 前后螺旋彈簧的設(shè)計(jì) 4.1.1 前后彈簧剛度的設(shè)計(jì) 螺旋彈簧作為彈性元件的一種，具有結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便及高的比能 容量等特點(diǎn)，在輕型以下的汽車(chē)懸架中廣泛應(yīng)用。根據(jù)桑塔納 2000 工作 時(shí)螺旋彈簧的受力特點(diǎn)和壽命要求，選擇 60Si2MnA 為簧絲的材料，以提 高彈簧在交變載荷下的疲勞壽命。由于懸架彈簧一般不安裝在輪軸上方， 并且有時(shí)懸架彈簧的縱軸線又與輪軸垂線成某種角度，因此，在考慮懸架 彈簧安裝位置或角度的情況下，懸架彈簧剛度可根據(jù)不同情況進(jìn)行計(jì)算。 本文設(shè)計(jì)考慮懸架杠桿比，如果懸架杠桿比為 ，則根據(jù)前后懸架剛度可i 分別求得前后懸架彈簧剛度 。tC tCis? （4-1） 則：前懸架的彈簧剛度 = = =30.6Nt1C2is??28.059mN/ 后懸架的彈簧剛度 = = =35.92tis2.3/ 式中： ——杠桿比， 、 =0.8 i1i2 ——懸架剛度Cs 4.1.2 前后彈簧主要幾何參數(shù)的確定 (1)選擇彈簧旋繞比 旋繞比（彈簧指數(shù)）影響著彈簧的加工工藝，當(dāng)旋繞比過(guò)小時(shí)將給彈 簧的制造帶來(lái)困難。一般的選擇范圍是 =4~8,這里選擇 =8， =7。CC12 (2)鋼絲直徑 d 的計(jì)算 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 曲率系數(shù) = kC615.04?? （4-2）代入數(shù)據(jù)解得： =1.10， =1.121k2 由公式： =1.6 dGKF2 （4-3） 則：前彈簧絲直徑 =1.6 代入數(shù)據(jù)解得： =12.5mm1C1 1d 后彈簧絲直徑 d =1.6 代入數(shù)據(jù)解得：d =12.7mm2GFK2 2 所以前后彈簧鋼絲直徑都取 13mm。 式中 ——彈簧材料的剪切彈性模量，取 MpaG4103.8? 、 ——為最大工作載荷， = =3140N1F2 1F2 彈簧中徑：D =C d =8 mm 選 D =100mm 1043?? D =C d =7 mm 選 D =90mm292 （3）彈簧圈數(shù)的選擇 由公式： = N3 48GtC （4-4） 則： = 代入數(shù)據(jù)解得： =7.6，取 8 圈。131 4Dtd1N = 代入數(shù)據(jù)解得： =9.7，取 10 圈。2N32 48GtC2 （4）彈簧的幾何尺寸 彈簧外徑：D =D +d =100+13=113mm 11 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 D =D +d =90+13=103mm212 彈簧內(nèi)徑: D =D -d =100-13=87mm D =D -d =90-13=77mm01 02 彈簧節(jié)距： =(0.28~0.25)D =0.25 =26mmp1? =(0.28~0.25)D =0.25 =22.75mm229 彈簧自由高度:H = +1.5d =8 219.5mm01N1??135. H = +1.5d =10 =244.5mm22p? 螺旋角： = arctg 解得： =5.1°?11D??1 =arctg 解得： =5.4°22p2 由于 在 5°~9°之間，所以符合要求。? 支撐圈數(shù)：N =N =2，總?cè)?shù)： N =8+2=10 N =10+2=1234121 并緊高度：H =（N -0.5）d =123.5mm H =( N -0.5) 1b b21 d =149.5mm2 總變形量: = H - H =219.5-123.5=96mm ?1b01b = H - H =244.5-149.5=95mm22 彈簧鋼絲展開(kāi)長(zhǎng)度：L = D N =3.14 =3140mm1?110? L = D N =3.14 3391.2mm22?29 4.1.3 前后螺旋彈簧的校核 （1）彈簧剛度的校核 彈簧剛度也就是彈簧特性線上某點(diǎn)的斜率，它越大，彈簧越硬，彈 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 簧剛度 為常數(shù)的彈簧稱(chēng)為定剛度彈簧，其特性線為一直線，等節(jié)距圓柱tC 形螺旋彈簧就是定剛度彈簧。定剛度壓縮彈簧的剛度為： N83 4DGdt? （4-5） 則： 代入數(shù)據(jù)解得： =28.56N/mm =30.6N/mm3 411Ct 1tCt1C 代入數(shù)據(jù)解得： =32.6N/mm =35.9N/mm43212N8DGdt?12t 2t 所以，前后螺旋彈簧的剛度均滿(mǎn)足剛度要求。 （2）彈簧表面剪切應(yīng)力的校核 彈簧在壓縮時(shí)其工作方式與扭桿類(lèi)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： 38dKPD??? （4-6） 則： 代入數(shù)據(jù)解得：3118dKDP???1?paM58.46 代入數(shù)據(jù)解得：322 2.70? 其中： 1P?N318cos1045?? 對(duì)于Ⅱ類(lèi)彈簧 =640Mpa， , ,所以，滿(mǎn)足要求。??????2? 式中 C——彈簧指數(shù)（旋繞比） ——曲度系數(shù)，為考慮簧絲曲率對(duì)強(qiáng)度影響的系數(shù)，K615.04??? ——彈簧軸向載荷P 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 ——彈簧材料的許用切應(yīng)力，Mpa 取 640Mpa??? ——減振器安裝角度? （3）驗(yàn)算穩(wěn)定性 壓縮彈簧的自由高度 H 與中徑 D 之比稱(chēng)為高徑比，即 ：b ,高0 DH0? 徑比 b 的值較大，當(dāng)軸向載荷 F 達(dá)到一定值后，彈簧就會(huì)發(fā)生較大的側(cè)向 彎曲而喪失穩(wěn)定，這是不允許的。壓縮彈簧自由高度越大，越容易失穩(wěn)。 彈簧的穩(wěn)定性還與彈簧兩端的支撐形式有關(guān)。為保證壓縮彈簧的穩(wěn)定性， 其高徑比 b 的值應(yīng)滿(mǎn)足下列要求： 兩端固定時(shí) b5.3 一端固定另一端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) b3.7 兩端均自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) b2.6 本文設(shè)計(jì)的螺旋彈簧屬于兩端固定型 則：b 1 3.519.20???DH b ,所以，前后螺旋彈簧均符合要求。2 .7.4 （4）前后彈簧的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 對(duì)于受變載荷作用的彈簧，當(dāng)載荷的作用次數(shù) N 時(shí)，應(yīng)進(jìn)行疲310? 勞強(qiáng)度驗(yàn)算；當(dāng) N10 或載荷變化幅度不大時(shí)，通常只進(jìn)行靜強(qiáng)度驗(yàn)算；3 本文設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行兩種強(qiáng)度驗(yàn)算。 彈簧絲內(nèi)部的最大和最小切應(yīng)力分別為： max?a??28dCFK? （4-7） min?21a? （4-8） 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 對(duì)于前螺旋彈簧： 代入數(shù)據(jù)解得：1max?a???2108dCFK?1max?Mp58.46? 代入數(shù)據(jù)解得： 437.2?1min?2108da????1min?pa 其中：F 、 F 分別為彈簧的最小工作載荷和最大工作載荷。102 疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)為： Smaxin075.???fS? （4-9） 則： 解得： ~1.7 符合要求。1S1maxin075.???f?13.1.?f 對(duì)于后螺旋彈簧： 代入數(shù)據(jù)解得：2axam???218dCFK?2max?Mp1.397? 代入數(shù)據(jù)解得： 263.4?2min?218da????2min?pa 其中: 、 分別為彈簧的最小工作載荷和最大工作載荷。1F2 疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)為： 解得：2S2maxin075.???fS?2S35.1? ~1.7 符合要求。3.1??fS 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 式中： ——脈動(dòng)循環(huán)條件下彈簧材料的扭剪疲勞極限，根據(jù)變載荷作用0? 次數(shù) 由表 4-1 查取：本文設(shè)計(jì)取 。N0??B?35. ——許用安全系數(shù)，當(dāng)設(shè)計(jì)計(jì)算及材料性能數(shù)據(jù)精度高時(shí)，fS fS ~1.7；當(dāng)精度低時(shí)， ~2.2。3.1?fS8.1 表 4-1 彈簧材料的脈動(dòng)循環(huán)扭切疲勞極限 載荷作用次數(shù) N41056107100?B?5.B3.B?3.B. 注：①此表適用于優(yōu)質(zhì)鋼絲、鈹青銅和硅青銅，但對(duì)于硅青銅、不銹鋼絲，當(dāng) N 時(shí)， 。41?0?B3. ②對(duì)噴丸處理的彈簧，表中數(shù)值可提高 20%。 ③ 為彈簧材料的抗拉強(qiáng)度極限 。B???Mpa （5）前后彈簧的靜強(qiáng)度驗(yàn)算 靜強(qiáng)度安全系數(shù)為: ssS??max? （4-10） 對(duì)于前螺旋彈簧： 代入數(shù)據(jù)解得： ~1.7ssS1max? 3.12.1??sS 符合要求。 對(duì)于后螺旋彈簧： 代入數(shù)據(jù)解得：ss??2max2? ~1.7 符合要求。2S3.14.??s 式中： ——彈簧材料的扭切屈服極限，其值可查有關(guān)資料，亦可按下列s? 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 關(guān)系選??；碳素彈簧鋼 ；鉻錳彈簧鋼 ；硅錳彈簧鋼s?B?5.0?s?B?6.0?s? ；B?7.0? ——靜強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度許用安全系數(shù)，其值與 相同。sS fS 4.2 橫向穩(wěn)定器的設(shè)計(jì) 4.2.1 橫向穩(wěn)定器的作用 橫向穩(wěn)定器是一根擁有一定剛度的扭桿彈簧，它和左右懸架的下托臂 或減振器滑柱相連。當(dāng)左右懸架都處于顛簸路面時(shí)，兩邊的懸架同時(shí)上下 運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定器不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，當(dāng)車(chē)輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于外側(cè)懸架承受的力量較 大，車(chē)身發(fā)生一定的側(cè)傾。此時(shí)外側(cè)懸架收縮，內(nèi)測(cè)懸架舒張，那么橫向 穩(wěn)定器就會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一定的彈力，阻止車(chē)輛側(cè)傾。從而提高車(chē)輛行 駛穩(wěn)定性。 4.2.2 橫向穩(wěn)定器參數(shù)的選擇 具體尺寸選擇如下：桿長(zhǎng) L=1000mm，c=363mm，a=68mm ，b=69mm， =156mm，圓角半徑2l R=23mm。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 4-1 所示。橫向穩(wěn)定器直徑 可按如下公式計(jì)算：d （4-11） 代入數(shù)據(jù)解得： ，取dm96.17?d18? 式中： ——材料的彈性模量，EEGpa20 ——穩(wěn)定桿的截面慣性矩，I I64? ——前懸架側(cè)傾角剛度bC? 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 4-1 橫向穩(wěn)定器計(jì)算簡(jiǎn)圖 4.3 前后減振器的設(shè)計(jì) 4.3.1 減振器的工作原理 汽車(chē)減振器是懸架中重要部件之一，在車(chē)輛行駛過(guò)程中起著重要作用， 其中，應(yīng)用最廣泛的是筒式減振器。減振器的阻尼力主要是由油液流經(jīng)小 孔、縫隙的節(jié)流壓力差產(chǎn)生的，它能有效地衰減簧上、簧下質(zhì)量的相對(duì)運(yùn) 動(dòng)，提高車(chē)輛的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。 雙筒式液力減振器的工作原理如圖 4-2 所示。其中 A 為工作腔，C 為 補(bǔ)償腔，兩腔之間通過(guò)閥系連通，當(dāng)汽車(chē)車(chē)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)，迫使減振器液體流過(guò)相應(yīng)閥體上的阻尼孔，將動(dòng)能 轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳⒌簟＼?chē)輪向上跳動(dòng)即懸架壓縮時(shí)，活塞 1 向下運(yùn)動(dòng)，油液 通過(guò)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(chē)輪向下跳動(dòng)即懸架伸張時(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(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的熱量靠?jī)?chǔ)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(mǎn)，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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 圖 4-2 雙筒式減振器工作原理圖 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 4.3.2 減振器的阻尼特性 圖 4-3 減振器的阻尼特性 減振器的特性可用圖 4-3 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(kāi)啟壓力的選擇。一般 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 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(kāi)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 4-4 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(mén)，則當(dāng)其逐漸打開(kāi)時(shí)，可獲得曲線 A 與曲線 A+B 間的過(guò)渡特性。恰當(dāng)選擇 A、B 的孔徑和閥的逐漸開(kāi)啟量，可以獲得 任何給定的特性曲線。閥打開(kāi)的過(guò)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(kāi)啟，第三階段為閥完全打開(kāi)。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(kāi)始打開(kāi)，完全打 開(kāi)則需要運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到數(shù)米每秒。 圖 4-4 閥的開(kāi)啟程度對(duì)減振器特性影響示意圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 圖 4-5 典型的減振器特性曲線 圖 4-6 減振器斜置時(shí)計(jì)算傳遞 比 圖 4-5 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(chē)輪的接地能力和 汽車(chē)的行駛性能。根據(jù)汽車(chē)的型式、道路條件和使用要求，可以選擇恰當(dāng) 的阻尼力特性。 需要注意的是，在大部分汽車(chē)上，減振器不是完全垂直安裝的，如圖 4-6 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(chē)輪處 的阻尼力之間存在差異，當(dāng)左右車(chē)輪同向等幅跳動(dòng)時(shí)，阻尼力的傳遞比 ，由于角度 同時(shí)造成車(chē)輪處力的減小和減振器行程的減小，?cos/1?Di 因此減振器的阻尼系數(shù)應(yīng)為車(chē)輪處阻尼系數(shù)的 倍。當(dāng)車(chē)身側(cè)傾時(shí)，相2Di 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???cos/bBiD 距。 雙作用筒式減振器的優(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(méi)有浮動(dòng)活 塞，摩擦也較小。因而本次設(shè)計(jì)選擇雙作用筒式減振器。 4.3.3 前后減振器參數(shù)的設(shè)計(jì) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 （1）相對(duì)阻尼系數(shù) 的選擇? 相對(duì)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。相對(duì)阻尼sm 系數(shù) 值取得較大，能使振動(dòng)迅速衰減，但會(huì)把較大的不平路面的沖擊傳 給車(chē)身； 值選的小，振動(dòng)衰減慢，不利于行駛平順性 【4】 。通常在壓縮 行程選擇較小的相對(duì)阻尼系數(shù) ，在伸張行程選擇較大的相對(duì)阻尼系數(shù)c? 。一般減振器有 。當(dāng) ， 時(shí)，即：減振0?c??5.0~2.?c0??? 器壓縮時(shí)無(wú)阻尼，伸張時(shí)有阻尼，這種特性的減振器稱(chēng)為單向作用減振器。 設(shè)計(jì)時(shí)通常先選擇壓縮行程和伸張行程相對(duì)阻尼系數(shù)的平均值 。 ? ，本文設(shè)計(jì)先取 與 的平均值 ，為避免懸架碰撞車(chē)架，35.0~2.?Y?S 取 =0.5 ，取 =0.3，則有： ，計(jì)算得： =0.4，Y?S 3.02 .5??S =0.2 （2）前后減振器阻尼系數(shù)的確定 減振器阻尼系數(shù) ，不同懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)杠桿比不同，懸架?mCs?2? 阻尼系數(shù)應(yīng)具體計(jì)算,圖 4-7 所示桑塔納 2000 的安裝形式，阻尼系數(shù)可由 下式計(jì)算: / ?2is??co （4-12 ） 對(duì)于前減振器： / 代入數(shù)據(jù)解得：1Y12mCs?i?2cos1Y? sN/5.17? 代入數(shù)據(jù)解得：1s?12s?i/21s/9.342? 對(duì)于后減振器： / 代入數(shù)據(jù)解得：2Y2mCs?i?2cos2Y? msN/7.186? 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 代入數(shù)據(jù)解得：2s?2mCs??i/?2cos2s?msN/3.7?? 式中： ——減振器安裝角? ——簧載質(zhì)量 ——懸架系統(tǒng)剛度sC 圖 4-7 減振器安裝形式 （3）前后減振器最大卸荷力 的確定0F 為減少傳給車(chē)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(kāi)卸荷閥。此時(shí)的活塞速度稱(chēng)為卸荷速度 ，按上圖安裝形式xViAVx??cos? 式中： ——為卸荷速度，一般為 0.15~0.3m/s。x ——為車(chē)身振幅，取 ；Am40? ——為懸架振動(dòng)固有頻率， 。??Cs? 若伸張行程時(shí)的阻尼系數(shù)為 ，則最大卸荷力為：0?xVF0?? 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 對(duì)于前減振器： ， 解得：12mCs??HZ5.71?iAVx??cos1?Vx/3.0 則： 101xsF??N85.796.4?? 對(duì)于后減振器： ， 解得：2mCs?HZ1.2 iAVx??cos2?Vx/5.0? 則： NFxs 3.9.37202??? （4）前后減振器主要尺寸參數(shù)的確定 雙作用筒式減振器工作直徑 D 可根據(jù)伸張行程的最大卸荷力 和缸0F 內(nèi)允許壓力 來(lái)近似求得：??P （4-????2014????FD 13） 式中： ——工作缸最大壓力，在 3 ~4 ,取 =3 ；??PMpa??PMpa ——連桿直徑與工作缸直徑比值， =0.4~0.5，取 =0.4。??? 計(jì)算出 D 后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)將缸徑圓整為 20、30、40 、50、65mm ，工作 缸筒常由低碳無(wú)縫鋼管制成，壁厚一般取 1.5~2mm,儲(chǔ)油缸筒直徑 ，壁厚為 。??C5.1~3.?m0.2~51 對(duì)于前減振器，工作缸筒直徑 代入數(shù)據(jù)解得：????21014????PFDG ，取 ，連桿直徑 ，mDG07.21?G301 mDGL1230411?? 壁厚取 。儲(chǔ)油缸筒直徑 ，壁厚取GC30451??? 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 。m2 對(duì)于后減振器，工作缸筒直徑 代入數(shù)據(jù)解得：????20214????PFDG ， 取 ，連桿直徑DG3.28? mDG32? mL1204.0? 壁厚取 。儲(chǔ)油缸筒直徑 ，壁厚取mDGC405.14.02?? 。2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 結(jié) 論 本次設(shè)計(jì)是以桑塔納 2000 車(chē)型為基礎(chǔ)，結(jié)合 AutoCAD 制圖軟件，對(duì) 桑塔納 2000 前后懸架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)特性 進(jìn)行分析，重新對(duì)前后懸架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 (1) 通過(guò)查閱相關(guān)資料，運(yùn)用專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)完成桑塔納 2000 前后懸架結(jié)構(gòu)形式的選擇。 (2)完成前后懸架主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行校核 計(jì)算。 (3)利用 AutoCAD 制圖軟件繪制前后懸架的總裝配圖。 雖然在老師和同學(xué)們的幫助下完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，但是由于本人的能 力有限，還存在許多不足之處，希望老師批評(píng)指正。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 致 謝 在設(shè)計(jì)期間我遇到了很多困難，通過(guò)老師和同學(xué)們的幫助，這些困難 都得以及時(shí)的解決。我特別要感謝我的指導(dǎo)老師謝春麗，她給了我大量的 指導(dǎo)，并專(zhuān)門(mén)為我買(mǎi)了兩本關(guān)于懸架設(shè)計(jì)的書(shū)籍，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順 利的進(jìn)行，讓我學(xué)到了知識(shí)，掌握了設(shè)計(jì)的方法，也獲得了實(shí)踐鍛煉的機(jī) 會(huì)。在我遇到困難的時(shí)候謝春麗老師總是能耐心的幫我解答，為我能順利 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了非常必要的幫助。在此對(duì)謝春麗老師的幫助表示最誠(chéng) 摯的感謝。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的收獲是巨大的，這不僅僅是因?yàn)樽约旱母冻龊团Γ?更重要是還有指導(dǎo)老師、以及同學(xué)們的幫助，在此我再次向幫助過(guò)我的人 表示深深的感謝 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 參考文獻(xiàn) [1] 劉惟信. 汽車(chē)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2001. [2] 余志生. 汽車(chē)?yán)碚揫M].5 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000. [3] 郭新華. 汽車(chē)構(gòu)造[M].2 版.北京：高等教育出版社,2004. [4] 過(guò)學(xué)迅，鄧業(yè)東 . 汽車(chē)設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社,2005. [5] 王黎欽，陳鐵鳴 . 機(jī)械設(shè)計(jì)[M].3 版.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版 社,2008. [6] 陳家瑞. 汽車(chē)構(gòu)造[M].4 版.北京：人民交通出版社,2004. [7] 王望予. 汽車(chē)設(shè)計(jì)[M].4 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2004. [8] 王連明，宋寶玉 . 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].4 版.哈爾濱：哈爾濱工業(yè) 大學(xué)出版社，2009. [9] 周長(zhǎng)城. 汽車(chē)平順性與懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2011. [10] 周長(zhǎng)城. 車(chē)輛懸架設(shè)計(jì)及理論[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011. [11] 張景田，季雅娟，丁建梅. 畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖[M ].哈爾濱：哈爾 濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005. [12] Martin W.Stockel,Martin T.Stockel.Auto Fundamentals[R]. U.S.A：Goodheart Wilcox Company，2003. [13] Bryson, George Y. Deal III, Walter F. The automobile: A designer'sdream[J]. Technology Teacher，1996.