雙橫臂獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)

1、雙橫臂獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄摘要IAbstractII緒論1第一章 懸架概述21.1 懸架設(shè)計(jì)的要求31.2 懸架對汽車性能的影響41.2.1 懸架對汽車行駛平順性的影響41.2.2 懸架對汽車行駛穩(wěn)定性的影響5第二章 獨(dú)立懸架及彈性元件的結(jié)構(gòu)形式與分析72.1 獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)型式與分析72.2 彈性元件的特定分析比較8第三章 螺旋彈簧懸架設(shè)計(jì)103.1 懸架基本參數(shù)的選定103.1.1 懸架靜撓度103.1.2 上下橫臂長度的確定113.1.3 簧載質(zhì)量的確定113.1.4 其他參數(shù)的確定113.2 螺旋彈簧的選擇123.3 減振器的選擇14WORD 版本.3.3.1 減振器類型的選擇14

2、3.3.2 減振器主要參數(shù)的選擇153.4 接頭17謝辭18參考文獻(xiàn)19附錄A 外文翻譯-原文部分20附錄B 外文翻譯-譯文部分32附錄C 實(shí)體圖41緒論隨著社會經(jīng)濟(jì)和物質(zhì)文化生活水平的提高，人們對汽車行駛的平順性、操縱穩(wěn)定性及安全性提出了愈來愈高的要求。汽車的懸架系統(tǒng)對以上三種性能有著最直接、最重要的影響。分析懸架對汽車性能的影響并合理確定懸架系統(tǒng)的性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而獲得最優(yōu)的行駛性能是汽車生產(chǎn)廠普遍關(guān)心的重要課題。汽車工業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在已有百年歷史，人們利用各種先進(jìn)的手段對其進(jìn)行了理論分析和實(shí)踐驗(yàn)證。本文在進(jìn)行懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)整車平順性和操縱穩(wěn)定性的要求，確定前懸架的性能參數(shù)(剛

3、度和阻尼)，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。懸架對汽車的平順性和操縱穩(wěn)定性都具有重要的影響。未來滿足汽車具有良好的行駛平順性，要求由簧上質(zhì)量和彈性元件組成的振動系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)在合適的頻段，并盡可能低。前后懸架頻率匹配應(yīng)合理；對轎車，要求前懸架的固有頻率低于后懸架的固有頻率， 還要盡量避免懸架碰到車身(或車架)。在簧上質(zhì)量變化的情況下，車身高度變化要小，因此，應(yīng)采用非線性彈性特性懸架。汽車在不平的路面上行駛，由于懸架的彈性作用，使汽車發(fā)生垂直振動。為了迅速衰減這一振動和抑制車身、車輪的共振，減小車輪的振幅，懸架應(yīng)裝有減振器，并使之具有合理的阻尼。利用減振器的阻尼的作用，使汽車的振動振幅連續(xù)減小，直至振動停止

4、。懸架根據(jù)其導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的不同可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架，獨(dú)立懸架的車橋都做成斷開的，兩側(cè)的車輪分別獨(dú)立地與車架或車身彈性連接。其中獨(dú)立懸架又分為多種類型，主要包括：單橫臂式獨(dú)立懸架、雙橫臂式獨(dú)立懸架、單縱臂式獨(dú)立懸架、雙縱臂式獨(dú)立懸架、燭式懸架、麥弗遜式懸架、單斜臂式獨(dú)立懸架以及近些年來剛推出的多連桿式獨(dú)立懸架； 高檔車上有的還應(yīng)用了主動懸架。雙橫臂獨(dú)立懸架是獨(dú)立懸架中一種比較典型的結(jié)構(gòu)形式。在本田奧德賽、雅閣前懸、奔騰前懸、馬自達(dá)六前懸和瑞風(fēng)商務(wù)車前懸上均使用了這種懸架。按照上、下橫臂的長短可分為等長和不等長兩種。等長雙橫臂懸架在其車輪上下跳動時(shí)，雖然可以保持主銷的傾角和車輪外傾角不變，但是輪

5、距變化大，導(dǎo)致輪胎的磨損嚴(yán)重，現(xiàn)在已經(jīng)很少采用；不等長雙橫臂獨(dú)立懸架只要合理的選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)和適當(dāng)?shù)夭贾?，就可以將輪距和前輪的定位參?shù)變化限制在一定的圍之，保證良好的行駛穩(wěn)定性，故這種形式的獨(dú)立懸架在現(xiàn)代高級轎車中得到了廣泛的應(yīng)用。第一章 懸架概述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)之間具有彈性連接并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動以及調(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，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連接，依

6、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。采用彈性連接后，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(非簧載質(zhì)量)和彈簧(彈性元件)組成的振動系統(tǒng)，承載來自不平路面、空氣動力及傳動系、發(fā)動機(jī)的激勵。為了迅速衰減不必要的振動，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)絕地你了車輪跳動的運(yùn)動估計(jì)和車輪定位岑書的變化，一起汽車前后側(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

7、有緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿。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)立懸架的鮮明特點(diǎn)是左右車輪之間由一根剛性梁或非斷開式車橋連接。當(dāng)左邊車輪駛過凸起時(shí)，會直接影響另一側(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”地與車身或車架相連構(gòu)成斷開式車橋，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分細(xì)分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等等(見圖1-1)圖 1-1 各種懸架型式對比按照彈性元件的種類，汽車懸架又可分為鋼板彈簧懸架、螺旋彈簧懸架、扭桿彈簧懸架、空氣懸架以及油氣懸架。按照作用原理分為被動懸架、主動懸架介于二者之間的半主動懸架。本次設(shè)計(jì)的懸架為雙橫臂螺旋彈簧獨(dú)立懸架。1. 1 懸架設(shè)計(jì)的要求如前所

8、述，汽車懸架和懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量構(gòu)成一個(gè)振動系統(tǒng)，該振動系統(tǒng)的特性很大程度上決定了汽車的行駛平順性，并進(jìn)一步影響了汽車的行駛車速、燃油經(jīng)濟(jì)性，該振動系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多部件的動載，并進(jìn)而影響到這些部件的使用壽命。此外，懸架對整車操縱性穩(wěn)定性、抗縱傾能力也有決定性的作用。因而在設(shè)計(jì)懸架必須考慮以下幾個(gè)方面的要求。1、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，即具有較低的振動頻率，較小的振動加速度值和合適的減振性能，并能避免在懸架的壓縮或伸行程極限點(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。2、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

9、可靠傳遞，保證車輪跳動時(shí)車輪定位參數(shù)的變化不會過大，并且能滿足汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性的要求。3、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不應(yīng)與轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動干涉，否則可能引發(fā)轉(zhuǎn)向擺振。4、側(cè)傾中心及縱傾中心恰當(dāng)，汽車具有抗側(cè)傾能力，汽車制動和加速時(shí)。能保證車身的穩(wěn)定，避免汽車在制動和加速時(shí)的車身縱傾(“點(diǎn)頭”和“后仰”)。5、非懸掛質(zhì)量盡量小。6、便于布置；零部件具有足夠的壽命；制造成本低；便于維修、保養(yǎng)。1.2 懸架對汽車性能的影響1.2.1 懸架對汽車行駛平順性的影響懸架設(shè)計(jì)的主要目的之一是保證汽車具有良好的行駛平順性，良好的汽車行駛平順性不僅能保證乘員的舒適與所運(yùn)貨物的完整無損，而且還可以提高汽車的運(yùn)輸生產(chǎn)率，

10、降低燃料消耗，延長零件使用壽命和提高零件的工作可靠性等。汽車行駛平順性的評價(jià)方法，通常是根據(jù)人體對振動的生理反應(yīng)及對保持貨物完整性的影響來制訂的，并用表征振動的物理量，如頻率、振幅、加速度、加速度變化等作為行駛平順性的評價(jià)指標(biāo)。目前常用汽車車身振動的固有頻率(低頻)和振動加速度來評價(jià)汽車的行駛平順性。實(shí)驗(yàn)得知，為了汽車具有良好的行駛平順性，車身振動的固有頻率應(yīng)為人體所習(xí)慣的步行時(shí)身體上下運(yùn)動的頻率，約為6085 1/min(1Hz1.6Hz)，振動加速度的極限容許值為 34m/s2。因此，在設(shè)計(jì)汽車或進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析時(shí)，除車身振動固有頻率外，還應(yīng)以車身振動加速度作為行駛平順性的評價(jià)指標(biāo)。1、懸架彈

11、性特性對汽車行駛平順性的影響 汽車是一個(gè)多質(zhì)量的復(fù)雜的振動系統(tǒng)，為簡化計(jì)算，可將汽車車身看成一個(gè)在彈性懸架上作單自由度振動的質(zhì)量，其固有頻率 n可由下式確定：gcG1n= 2pHz(1-1)式中 g重力加速度，g=9810mm/s； c 懸 架 剛 度 ，N/mm； G簧載重量，N。因?yàn)镚/C=f(f重量G作用下的懸架的靜撓度，mm)，則gf1n= 2pHz(1-2)從式(1-1)和(1-22)看出，車身振動的固有頻率n，由簧載重量G、懸架剛度c或懸架靜撓度 f決定。而這種力和變形(G=c·f)的關(guān)系曲線稱為懸架的彈性特性。由此可以看出，為了得到良好的平順性，應(yīng)當(dāng)采用較軟的懸架以降低

12、偏頻，但軟的懸架在一定載荷下其變形也大，對一般轎車而言，懸架的工作行程即靜撓度f 與動撓度f 之和應(yīng)該不小于160mm，這里商務(wù)cd車懸架可適當(dāng)減小一些，取150mm左右都可以。為了同時(shí)滿足在設(shè)計(jì)載荷位置附近的低剛度和有限的工作行程的要求，懸架必須設(shè)計(jì)成有非線性的彈性特性。一般是靠增加上下行程限位塊或輔助彈簧以及增加行程端點(diǎn)的剛度，非線性的懸架彈性特性可以采用適當(dāng)?shù)膽壹芙Y(jié)構(gòu)(導(dǎo)向機(jī)構(gòu))或彈性元件(如加輔助彈簧、調(diào)節(jié)彈簧、空氣彈簧等)來實(shí)現(xiàn)。2、懸架系統(tǒng)中的阻尼對汽車行駛平順性的影響 當(dāng)汽車懸架僅有彈性元件而無摩擦或減振裝置時(shí)，汽車懸掛質(zhì)量的振動將會延續(xù)很長時(shí)間，因此，懸架中一定要有減振的阻尼力

13、，對于選定的懸架剛度，只有恰當(dāng)?shù)淖枘崃Σ拍馨l(fā)揮懸架的緩沖減振作用。現(xiàn)代汽車懸架都裝有專門的減振裝置，即減振器，其減振的阻尼力F可用下公式表達(dá)；F=kv(1-3)式中： k減振器阻尼系數(shù)； v減振器活塞相對缸筒的運(yùn)動速度。在懸架系統(tǒng)中，引起振動衰減的阻尼來源很多。例如，在有相對運(yùn)動的摩擦副中，輪胎變形時(shí)橡膠分子間的摩擦，或在系統(tǒng)中裝置減振器等。對于各種懸架結(jié)構(gòu)，以鋼板彈簧懸架系統(tǒng)中的干摩擦最大，鋼板彈簧葉片數(shù)目越多，摩擦越大。所以，有的汽車采用鋼板彈簧懸架時(shí)，可以不裝減振器。而采用其他摩擦很小的彈性元件 (如螺旋彈簧、扭桿彈簧等)的懸架，則需用減振器使自由振動衰減，以提高汽車行駛平順性。3、非簧

14、載質(zhì)量對汽車行駛平順性的影響 根據(jù)是否由懸架彈簧支撐，汽車的總質(zhì)量可以分為懸掛質(zhì)量和非懸掛質(zhì)量兩部分，在非獨(dú)立懸架中還包括連接左右車輪的從動橋的整個(gè)剛性梁，或非斷開式驅(qū)動橋的質(zhì)量，包括主減速器、差速器以及半軸的質(zhì)量，還有傳動軸的部分質(zhì)量。為了獲得良好的平順性和操縱性，非懸掛質(zhì)量應(yīng)當(dāng)盡量小，可以減少高頻共振區(qū)車身振動加速度和減少車輪離開地面的幾率。因此，在汽車設(shè)計(jì)中，為提高汽車行駛平順性， 采用非簧載質(zhì)量較小的獨(dú)立懸架更為有利。1.2.2 懸架對汽車行駛穩(wěn)定性的影響與平順性相比，操縱穩(wěn)定性的評價(jià)指標(biāo)要復(fù)雜得多，包括穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)轉(zhuǎn)向特性及保持直線行駛的能力。懸架參數(shù)通過影響轉(zhuǎn)向時(shí)的車輪載荷轉(zhuǎn)移，車輪

15、跳動或車身側(cè)傾時(shí)車輪定位角的變化以及懸架與轉(zhuǎn)向桿的運(yùn)動干涉和整體橋的軸轉(zhuǎn)向等影響汽車的操縱性。1、懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對車輪側(cè)偏角(偏離角)影響 從汽車?yán)碚摰弥?，汽車?yīng)具有不足轉(zhuǎn)向性，即前輪側(cè)偏角大于后輪側(cè)偏角(一般希望在向心加速度為 0.4g 時(shí)，前輪側(cè)偏角減去后輪側(cè)偏角=13°)，以便得到良好的行駛穩(wěn)定性。側(cè)偏角的大小，不僅與側(cè)向力的大小、輪胎的機(jī)械特性及法向載荷等有關(guān)，而且還與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的型式有關(guān)。汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，在側(cè)向慣性力的作用下，因懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)型式的不同，將對車輪傾斜角和軸轉(zhuǎn)向有著不同的影響, 雙橫臂式、縱置臂式和滑柱擺臂式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的懸架，它們在側(cè)向慣性力 Y 作用下使車輪與車

16、身向著側(cè)向力方向傾斜，故側(cè)偏角增大。而單橫臂式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的懸架則使車輪的傾斜方向與側(cè)向慣性力方向相反，故側(cè)偏角減小。非獨(dú)立懸架在側(cè)向慣性力作用下，其車輪平面可認(rèn)為未發(fā)生傾斜(不考慮輪胎的法向變形所引起的影響)，車輪側(cè)偏角數(shù)值不變,為了獲得良好的行駛穩(wěn)定性，在整車設(shè)計(jì)時(shí)，前后懸架應(yīng)考慮不同型式的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以便得到合適的側(cè)偏角關(guān)系，使整車具有所需的不足轉(zhuǎn)向性。例如，在前懸架中采用雙橫臂式、縱置臂式或滑柱擺臂式等獨(dú)立懸架，而后懸架中采用非獨(dú)立懸架或單橫臂式獨(dú)立懸架，就是一種能滿足上述要求，比較滿意的比配方案。因而它廣泛地應(yīng)用在轎車設(shè)計(jì)中。2、汽車的側(cè)傾 包括汽車車廂的側(cè)傾中心的高度、懸架的側(cè)傾角剛度(

17、懸架的線剛度和懸架的側(cè)傾角剛度)、車廂的側(cè)傾角剛度。3、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對前輪定位的影響 前輪定位參數(shù)隨車輪上下跳動的變化特性，通常是從滿載靜平衡位置到車輪跳動40mm圍的特性，首先應(yīng)該考慮到車輪外傾角和主銷后傾角的變化特性，車輪跳動時(shí)，外傾角的變化包括由車身側(cè)傾產(chǎn)生的車輪外傾變化和車輪相對車身的跳動而引起的外傾變化兩部分，在雙橫臂懸架中，前者使車輪像車身側(cè)傾的方向傾斜， 外傾角增大，增加不足轉(zhuǎn)向；后者引起的外傾角變化情況，取決于懸架上下橫臂運(yùn)動的幾何關(guān)系。在雙橫臂懸架中，往往是外傾角隨彈簧壓縮行程的增大而減小，這種變化與車身側(cè)傾引起的外傾角變化相反，產(chǎn)生過多轉(zhuǎn)向趨勢，所以盡量減少車輪跳動引起的外傾角

18、變化。一般這里上下橫臂的比值為(0.60.77)。通常在車輪跳動全行程圍，其車輪外傾角的變化不大于13度。車輪的側(cè)向位移不宜大于48mm，對于越野汽車不宜大于810mm 。此外，懸架對汽車的通過性、燃料經(jīng)濟(jì)性等都有很大影響。性能良好的懸架，還可以保證汽車在較壞的路面上也能以經(jīng)濟(jì)車速的速度行駛，從而在某種程度上提高了汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性。第二章 獨(dú)立懸架及彈性元件的結(jié)構(gòu)形式與分析2.1 獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)型式與分析根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，獨(dú)立懸架可分為：雙橫臂，單橫臂，縱臂式，單斜臂， 多桿式及滑柱(桿)連桿(擺臂)式等等。按目前采用較多的有以下三種形式：(1) 雙橫臂式，(2) 滑柱連桿式，(3)

19、斜置單臂式。按彈性元件采用不同分為：螺旋彈簧式，鋼板彈簧式， 扭桿彈簧式，氣體彈簧式。采用更多的是螺旋彈簧。1、雙橫臂獨(dú)立懸架 如圖2-1所示為雙橫臂式獨(dú)立懸架。上下兩擺臂不等長，選擇長度比例合適，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，如圖2-2所示。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。圖 2-1 雙橫臂式獨(dú)立懸架不等臂雙橫臂上臂比下臂短。當(dāng)汽車車輪上下運(yùn)動時(shí)，上臂比下臂運(yùn)動弧度小。這將使輪胎上部輕微地外移動，而底部影響很小。這種結(jié)構(gòu)有利于減少輪胎磨損，提高汽車行駛平順性和方向穩(wěn)定性。圖

20、2-2 不等臂式懸架2、縱臂式獨(dú)立懸架 其擺臂在汽車縱向平面擺動。當(dāng)車輪跳動時(shí)，車輪傾角和輪距保持不變，軸距有明顯變化。這種懸架又分為雙縱臂式和單縱臂式兩種。雙縱臂式獨(dú)立懸架WORD 版本.的 兩個(gè)擺臂長度相等。當(dāng)車輪跳動時(shí)，可保持主銷后傾角不變，故適用于轉(zhuǎn)向輪。但由于橫向剛度低，易產(chǎn)生擺頭現(xiàn)象。單縱臂獨(dú)立懸架，由于車輪跳動時(shí)主銷后傾角變化大， 故轉(zhuǎn)向輪不宜采用，但其結(jié)構(gòu)較簡單，可用于非轉(zhuǎn)向的后輪。3、滑柱擺臂式獨(dú)立懸架(麥弗遜式或叫支柱式等) 這種懸架目前在轎車中采用很多。如圖2-3 所示。滑柱擺臂式懸架將減振器作為引導(dǎo)車輪跳動的滑柱，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

21、支承，允許滑柱上端作少許角位移。側(cè)空間大， 有利于發(fā)動機(jī)布置，并降低車子的重心。車輪上下運(yùn)動時(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。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 2-3 麥弗遜式懸架4、斜置單臂式獨(dú)立懸架 這種懸架是單橫臂和單縱臂獨(dú)立懸架的折衷方案。其擺臂繞與汽車縱軸線具有一定交角的軸線擺動，選擇合適的交角可以滿足汽車操縱穩(wěn)定性要求。這種懸架適于做后懸架。5、多桿式獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架中多采用螺旋彈簧，因而對于側(cè)向力，垂直力以及縱向力需加設(shè)導(dǎo)向裝置即采用桿件來承受和傳遞這些力。因而一些轎車上為減輕車重和簡化結(jié)構(gòu)采用多桿式懸架。2.2 彈性元件的特定分析比

22、較懸架的彈性元件的種類繁多，如鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、氣體彈簧(空氣彈簧、油氣彈簧)、橡膠彈簧等，在此不作一一介紹。彈性元件的選擇主要是根據(jù)懸架的結(jié)構(gòu)和性能的要求進(jìn)行。選用不同的彈性元件可以具有不同的懸架結(jié)構(gòu)形式。同一種懸架結(jié)構(gòu)中也可以采用不同的彈性元件。同一種彈性元件又可以與不同的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組合成非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。WORD 版本.本次商務(wù)車懸架結(jié)構(gòu)為前獨(dú)立懸架，前懸架采用雙橫臂式獨(dú)立懸架，圓截面螺旋彈簧，帶橫向穩(wěn)定桿。主要結(jié)構(gòu)如圖2-4圖 2-4 雙橫臂螺旋彈簧獨(dú)立懸架該懸架上下橫臂均采用V型結(jié)構(gòu)，這樣便于前置發(fā)動機(jī)的安裝及車身的布置。其主要特點(diǎn)是主銷傾角(前輪胎外傾角)及前束在車輪

23、上下運(yùn)動時(shí)是隨時(shí)間變化的，而主銷后傾角在運(yùn)動中是保持不變的。主銷后傾角在運(yùn)動中保持不變可以使汽車在制動時(shí)保持適當(dāng)?shù)目骨案┞?，另外也可避免前輪擺振及減小轉(zhuǎn)向盤上的變化。WORD 版本.第三章 螺旋彈簧懸架設(shè)計(jì)3.1 懸架基本參數(shù)的選定3.1.1 懸架靜撓度懸架靜撓度是指汽車滿載時(shí)懸架上的載荷與此時(shí)懸架剛度之比。汽車前后懸架與其簧載質(zhì)量組成的振動系統(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)接近1，于是汽車前后軸上方車身兩點(diǎn)的振動不存在聯(lián)系。因此，前后部分的車身的固有頻率為：cm1n= 2(3-1)此處c為懸架的剛度(N/cm)；m為簧上質(zhì)量(kg)。采用懸架彈性特性為

24、線性變化的懸架時(shí)，前后懸架的靜撓度可用下式表示W(wǎng)ORD 版本.式中，g為重力加速度(g=981cm/s2)。將式3-2代入式3-1得(3-2)f = mgcc5fcn=(3-3)由上式可知，懸架的靜撓度直接影響車身振動的偏頻。因此，欲保證汽車有良好的行駛平順性，必須正確的選取懸架的靜撓度。對乘用車，一般前懸架要求偏頻為11.45Hz，后懸架為1.171.58Hz，且汽車的級別越高，則n越小。此處取n1=1.2，則fc1=174mm。在選擇前、后懸架的靜撓度時(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。對乘用車，一般fc2=(0.80.9)fc

25、1。此處取fc2=0.8 fc1=139mm。一般情況下動撓度fd=(0.50.7)fc，取fd=90mm。降低懸架系統(tǒng)的振動頻率和增大懸架的靜撓度可以提高汽車行駛的平順性，但需要說明的是，增大懸架的靜撓度會帶來一些新的矛盾，主要有以下幾點(diǎn)：1、靜撓度增大后，為使汽車不經(jīng)常碰撞緩沖塊，就要求相應(yīng)地增加動撓度，這就勢必抬高車架上各總成的高度，提高汽車的重心，同時(shí)，在汽車振動時(shí)和載荷增減時(shí)，汽車高度將會顯著的變化，這些都對汽車行駛穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。2、靜撓度增大后，彈簧顯得很軟，在緊急制動時(shí)會產(chǎn)生嚴(yán)重的汽車“點(diǎn)頭”現(xiàn)象；在轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于懸架側(cè)傾剛度的降低，會使車身產(chǎn)生較大的側(cè)傾角，這些對乘坐舒適性

26、都是不利的。3、靜撓度和動撓度增大后，車輪垂直位移增大，對行駛穩(wěn)定性不利。4、增大靜撓度對縱置鋼板彈簧而言，要增大彈簧長度，使布置發(fā)生困難，同時(shí)增加彈簧重量。3.1.2 上下橫臂長度的確定雙橫臂式獨(dú)立懸架的上、下臂長度對車輪上、下跳動時(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。這一方面考慮到布置發(fā)動機(jī)方便，另一方面也是為了得到理想的懸架特性。現(xiàn)代轎車設(shè)計(jì)時(shí)，l /l 取為0.61.021之間。美國克萊斯勒和通用汽車公司分別認(rèn)為，上下橫臂長度之比取 0.7和0.66為最佳。根據(jù)我國汽車設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在初選尺寸時(shí)，l /l 取0.65為宜。21下表是國外一些轎

27、車的上下臂長及球銷距的尺寸：車牌名上臂長下臂長球銷距AA奔馳600(西德)伏爾加(蘇)雷諾(法)王子(日)伏克斯豪爾(英)雪佛蘭(美)表3-1 國外轎車獨(dú)立懸架的一些參數(shù)A，mmC，mmB，mmCB3304792560.7021.292004452500.450.82153502000.611.072453052000.801.222503802000.661.251903302150.600.89由同類汽車類比，此處取l =326mm，l =212mm。上下橫臂鉸點(diǎn)間距離為200mm。123.1.3 簧載質(zhì)量的確定按照本次設(shè)計(jì)汽車的參數(shù)知：汽車總質(zhì)量為1430kg，參照汽車設(shè)計(jì) 惟信主編 簧

28、載質(zhì)量取82% ，約為1172kg.發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的軸荷分配滿載時(shí)，前軸約占總質(zhì)量的45%50%，本設(shè)計(jì)中取48%約563千克。3.1.4 其他參數(shù)的確定主銷傾角是主銷軸線和地面垂直線在汽車橫向斷面的夾角，如圖3-1所示。主銷傾角的作用能使前輪自動回正、轉(zhuǎn)向操縱輕便和減小作用在轉(zhuǎn)向盤上的沖擊力。過去規(guī)定，一般主銷傾角不大于8°，取值圍68°，主銷偏移距c一般為4060mm。而現(xiàn)代汽車這兩個(gè)參數(shù)的數(shù)值變化很大，研究表明，主銷偏移距為零或少量的負(fù)值是可取的。所以主銷傾角變化圍有明顯增大的趨勢，一般取值為212°。本文采用的主銷傾角為8°。圖3-1主銷傾角

29、與車輪外傾角前輪外傾角是通過車輪中心的汽車橫向平面與車輪平面的交線與地面垂線之間的夾角，如圖3-1所示。一般取1°左右， 為了盡量減少車輪相對車身跳動時(shí)的外傾角的變化， 希望在常見車輪跳動圍，其變化量在±1°以。3.2 螺旋彈簧的選擇螺旋彈簧(如圖3-2所示)廣泛應(yīng)用于獨(dú)立懸架中，它與鋼板彈簧相比，有質(zhì)量小，無需潤滑，所占縱向空間小，不怕泥污等優(yōu)點(diǎn)。但它只能承受垂直方向力，而且不足有減振作用，因此在懸架中必須要有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和減振器。圖3-2 圓柱螺旋彈簧空載時(shí)彈簧受力為F =2815N。1滿載時(shí)彈簧受力為F =3600N。2初選彈簧查機(jī)械零件手冊選取彈簧的旋繞比C=

30、6，選擇簧條截面為圓形的圓柱壓縮螺旋彈簧，材料為熱軋彈簧鋼。其基本參數(shù)如下：簧條直徑d=580mm 切變模量G=78×10 3 Mpa彈性模量E=197×10 3 Mpa 許用切應(yīng)力t p=590MpaWORD 版本.由公式t = 8KDFpd 3= 8KCF £tpd 2p(3-4)4C - 1K=+0.615(3-5)4C - 4CKCFtP得d=1.6(3-6)式中：t 切應(yīng)力，Mpa； F 工 作 載 荷 ，N； D 彈 簧 中 徑 ，mm； d 簧 條 直 徑 ，mm； C 旋 繞 比 ，C=D/d； K 曲 度 系 數(shù) ； k 彈 簧 剛 度 ，N/m

31、m； f工作載荷下的變形量，mm。代入數(shù)據(jù)C=6，F(xiàn)=F 2 =3600N， t p=590Mpa，得d=15mm，根據(jù)表 3-2彈簧直徑系列選取d=16mm。表3-2 普通圓柱螺旋彈簧的尺寸系列第一030.350.40.40.80.91彈 簧系列1.21.622.533.544.55681216 20WORD 版本.絲直徑d/mm彈簧中徑 D/mm253035404550607080第二0.320.550.66.57系列91114182228323842556555.566.

32、588.591012141618202225283035384042454850525558606570 8085 909510010510115120125130135 14014515016017090200壓縮22.25 2.52.75 544.254.5有效圈彈簧4.7555.5 6 6.5 7 7.5 8 8.599.510 10.511.5數(shù)12.513.514.51516182022252830n/圈拉伸234567891011121314151617彈簧1819202225283035404550556065708090100456789101112131

33、415161718自由高壓縮1920222426283032353840424548度H 0/mm彈簧505255586065707580859095100105110115120130140150160170190200220240260280300320340360380400420450480500520550580600根據(jù)彈簧直徑查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊GB1222選取圓柱螺旋彈簧，其基本參數(shù)如下:d=16mm，C=6，D=95mm，t=740Mpa，F(xiàn) =12529N，f =16.81mm，k=745N/mm，D =73mm，pssdxD =117mm。T=Gd 4 f彈簧的有效圈數(shù)n=8F

34、D 378 ´ 103 ´ 164 ´ 16.81 = 3.48 ，取n=4。8 ´ 3600 ´ 953壓縮圈數(shù)取為n2=2，則總?cè)?shù)n1=n+ n2=4+2=6。3.3 減振器的選擇3.3.1 減振器類型的選擇汽車懸架系統(tǒng)最初采用搖臂式液阻減振器，第二次世界大戰(zhàn)期間美軍吉普車上采用了筒式液阻減振器并在戰(zhàn)場上獲得成功，此后筒式液阻減振器很快成為主流產(chǎn)品。它具有工藝性好、成本低、壽命長、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，主要零件采用了沖壓、粉末冶金及精密拉管等高效工藝，適于大批量生產(chǎn)。我國在20世紀(jì)60年代生產(chǎn)的BJ212、NJ230汽車上開始采用筒式液阻減振器，

35、70年代初解放牌汽車也改用了筒式液阻減振器。筒式液阻減振器最初采用雙筒式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)目前仍是懸架減振器中最常見的形式， 其優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、成本低廉，缺點(diǎn)是散熱困難，且安裝角度受到限制。雙筒式減振器發(fā)展初期不在補(bǔ)償室設(shè)置背壓，在復(fù)原行程中油液依靠其自身重力和壓縮室負(fù)壓由補(bǔ)償室流人壓縮室。這類減振器的顯著缺點(diǎn)是在高速工況下會出現(xiàn)補(bǔ)償室向壓縮室充油不及時(shí)的問題，從而導(dǎo)致減振器工作特性發(fā)生畸變，不但影響減振效果，還會導(dǎo)致沖擊和噪聲。20世紀(jì)50年代單筒式充氣減振器技術(shù)蓬勃發(fā)展起來，它采用了浮動活塞結(jié)構(gòu)，在浮動活塞與缸筒的一端之間形成的補(bǔ)償室充入一定量的高壓(2.0 MPa2.5 MPa)氮?dú)?，壓縮室油

36、液體積的變化由這部分氣體補(bǔ)償。單筒充氣式液力減振器與雙筒式液力減振器的制造工藝相對比較成熟，所以我在這兩種方案中選擇。前者與后者相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.工作缸筒直接暴露在空氣中，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，油液不會乳化，保證了小振幅高頻振動時(shí)的減振效果；4.由于浮動活塞將油、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.軸向尺寸相對較大；4.由于氣體壓力作用，活塞桿上大約承受 190N250N的推出力，當(dāng)工作溫度為100時(shí)，這一值會高

37、達(dá)450N，因此若與雙筒式減振器換裝，則最好同時(shí)換裝不同高度的彈簧?，F(xiàn)在市場上比較流行雙向作用的減振器，所以本設(shè)計(jì)方案也采用雙向作用式減振器。3.3.2 減振器主要參數(shù)的選擇1、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與減振器振動速度v之間有如下關(guān)系：F = d v(3-7)式中，為減振器阻尼系數(shù)。圖3-3示出減振器的阻力一速度特性圖。該圖具有如下特點(diǎn)：阻力一速度特性由四段近似直線線段組成，其中壓縮行程和伸行程的阻力一速度特性各占兩段；各段特性線的斜率是減振器的阻尼系數(shù)=F/v，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

38、阻尼系數(shù) =F /v 與伸yyy行程的阻尼系數(shù)療 =F /v 不等。sss圖3-3 減振器特性圖(a)阻力-位移特性(b)阻力-速度特性汽車懸架有阻尼以后，簧上質(zhì)量的振動是周期衰減振動，用相對阻尼系數(shù)的大小來評定振動衰減的快慢程度。的表達(dá)式為：y = d（2cm ）s(3-8)式中，c懸架系統(tǒng)垂直剛度，N/mm；m 簧上質(zhì)量，kg。s式3-8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m 的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會產(chǎn)生不同的阻尼效果。值大，振動能迅速衰減，同時(shí)s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，伸行程時(shí)相對阻

39、尼系數(shù) 取得大些。兩者之間保持中 =(0.250.5)ysy 的關(guān)系。s對于無摩擦的彈性元件懸架，取=0.250.35；對于有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，在本設(shè)計(jì)中取=0.3。cms2、減振器阻尼系數(shù)d 的確定WORD 版本.cms減振器阻尼系數(shù) d = 2y。因懸架系統(tǒng)固有振動頻率w =，所以理論上d = 2ymw 。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)。s(a) (b)(c)圖3-4 減振器安裝位置例如，如圖三種方式安裝減振器時(shí)，計(jì)算公式均不相同，本設(shè)計(jì)中選擇第二種方式。其阻尼系數(shù)d 為(3-9)d = 2ymwn 2 (a 2 cos

40、 2 a)s式中，a 減振器軸線與鉛垂線之間的夾角； a減振器在下橫臂的連接點(diǎn)到下橫臂在車身上的鉸接點(diǎn)之間的距離； n雙橫臂懸架的下臂長。代入數(shù)據(jù)得d =1320。分析式3-9可知：在下橫臂長度n不變的條件下，改變減振器在下橫臂上的固定點(diǎn)位置或者減振器軸線與鉛垂線之間的夾角，會影響減振器阻尼系數(shù)的變化。3、最大卸荷力F 的確定0為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動速度達(dá)到一定值時(shí)，減振器打開卸荷閥。此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度v 。在減振器安裝如圖3-4b所示時(shí)xnV = Awa cosax(3-10)式中，v 卸荷速度，一般為0.150.30m/s；xA車身振幅，取±40mm；

41、w 懸架振動固有頻率，一般為11.6Hz。最大卸荷力F = v 。0s s代入數(shù)據(jù)得v =0.15m/s；F =198N。x04、筒式減振器工作缸直徑D的確定根據(jù)伸行程的最大卸荷力F 計(jì)算工作缸直徑D為：04Fp p(1 - l2 )0D=10.6式中，p工作缸的最大允許壓力，取34MPa；l 連桿直徑與缸筒直徑之比，雙筒式減振器取l =0.400.50。減振器的工作缸直徑D有20mm、30mm、40mm、(45mm)、50mm、65mm等幾種，選取時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)選取，根據(jù)QC/T491-1999汽車筒式減振器 尺寸系列及技術(shù)條件選取工作缸直徑為20mm的減振器。3.4 接頭控制臂或推力桿常通過位于

42、它們端部的接頭與其他部件實(shí)現(xiàn)連接。這些接頭應(yīng)滿足下述要求：應(yīng)有較小的摩擦；在使用期間不需要進(jìn)行保養(yǎng)，以減少使用成本和降低勞動強(qiáng)度； 接頭應(yīng)有一定的彈性；具有隔聲性能。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，接頭有軸銷式和球銷式接頭兩種。接頭所連接的兩部分之間的相對運(yùn)動和傳力特點(diǎn)將影響接頭形式的選擇。位于轉(zhuǎn)向輪側(cè)的雙橫臂獨(dú)立懸架上的接頭，由于轉(zhuǎn)向時(shí)車輪繞主銷軸線回轉(zhuǎn)，同時(shí)車輪在垂直面有位移，因此要求橫臂與轉(zhuǎn)向節(jié)連接處接頭能夠完成空間運(yùn)動，故在此處選擇球銷式接頭。圖3-5 球銷式接頭圖3-6 軸銷式接頭圖 3-5 所示球銷式接頭的特點(diǎn)是，用塑料制成整體式球碗，利用塑料的彈性將球頭銷壓入球頭碗后再裝到球座上，工作時(shí)球頭銷的球

43、面部分在球頭碗滑動。這種球頭能承受各個(gè)方向的作用力，在使用中又不需要保養(yǎng)。接頭所連接的兩部分，若其中之一僅是繞某一軸線相對另一部分轉(zhuǎn)動時(shí)，應(yīng)該用軸銷式連接，雙橫臂獨(dú)立懸架的上、下橫臂靠近汽車中部一段的接頭以及減振器兩端處的接頭都用這種連接，圖 3-6 所示為軸銷式接頭。謝辭在本論文完成之際，我要向所有幫助過我的老師、同學(xué)表示衷心的感謝！我要特別感謝我的指導(dǎo)老師剛老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在我撰寫論文的過程中，剛老師傾注了大量的心血和汗水。從開題報(bào)告的修改、論文的架構(gòu)擬定到最終定稿，他給予了殷切的指導(dǎo)， 提出了許多寶貴的意見。無論是在論文的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文

44、定稿方面，我都得到了剛老師悉心細(xì)致的教誨和無私的幫助，特別是他廣博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我受益匪淺，在此表示真誠地感謝和深深的謝意。感謝所有支持和幫助過我的良師益友。他們?yōu)槲壹皶r(shí)完成論文寫作提供了許多支持和幫助，并定期督促論文寫作進(jìn)度，才使得此論文得以按期保質(zhì)的完成。在論文的寫作過程中，我得到了軍、樊聰?shù)韧瑢W(xué)的幫助，得到了許多同學(xué)的寶貴建議，特別是室友的鼓勵、對問題的爭執(zhí)、相關(guān)素材的提供，對我來說都是我莫大的財(cái)富。論文的完成是大學(xué)四年學(xué)術(shù)生活的一個(gè)句點(diǎn)，回顧四年以來，真是感慨碰到了很好的老師、很好的同學(xué)，你們的指導(dǎo)與幫助我會永遠(yuǎn)銘記！WORD 版本.參考文獻(xiàn)1 王望予主編

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46、e 3.0中文版實(shí)用教程M. 北京:中國電力,200810 洪倫主編. 軌道車輛結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)M. 北京:中國鐵道,200911 成大先主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊M. 北京:化學(xué)工業(yè),200612 洪欣. 雙橫臂扭桿獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)J. 同濟(jì)大學(xué)汽車工程系,199713 王永寬. 瑞風(fēng)商務(wù)車前懸架計(jì)算機(jī)輔助分析D. 工業(yè)大學(xué),200914 洪家娣主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)M. :高校,200615 惟信主編. 汽車設(shè)計(jì)M. 北京:清華大學(xué),200116 惟信主編. 驅(qū)動橋M. 北京:人民交通,198717 洪欣主編. 汽車設(shè)計(jì)M. 北京:機(jī)械工業(yè),198918 高海波等. 扭桿彈簧及扭桿彈簧設(shè)計(jì)新方法D. 工業(yè)大

47、學(xué),200319 郭偉. 輕型汽車獨(dú)立懸架分析D. 大學(xué),200320 劍. 汽車雙橫臂獨(dú)立懸架的運(yùn)動學(xué)分析和計(jì)算J. 北京理工大學(xué),200221 寧. 雙橫臂獨(dú)立懸架的運(yùn)動學(xué)分析D. 上海工程技術(shù)大學(xué),199822 X.L.Bian,B.A.Song,R.Walter.Optimizationofsteeringlinkageand double-wishbone suspension via R-W multi-body dynamic analysisJ. 200423 王望予等. 微型汽車獨(dú)立懸架轉(zhuǎn)向輪擺振及其阻尼控制初步研究J. 中國公路學(xué)報(bào). 1993附錄 A 外文翻譯-原文部分H

48、ow Car Suspensions WorkTable of Contents:Introduction to How Car Suspensions WorkVehicle DynamicsThe ChassisSpringsSprings: Sprung and Unsprung MassDampers: Shock AbsorbersDampers: Struts and Anti-sway BarsSuspension Types: FrontSuspension Types: RearSpecialized Suspensions: TSpecialized Suspensions

49、: Formula One RacersSpecialized Suspensions: Hot RodsThe Future of Car SuspensionsLots More InformationCompare Prices for Car SuspensionsWhen people think of automobile performance, they normally think of horsepower, torque and zero-to-60 acceleration. But all of the power generated by a piston engi

50、ne is useless if the driver can't control the car. That's why automobile engineers turned their attention to the suspension system almost as soon as they had mastered the four-stroke internal combustion engine.WORD 版本.Photo courtesy Honda Motor Co., Ltd.Double-wishbone suspension on Honda Ac

51、cord 2005 CoupeThe job of a car suspension is to maximize the friction between the tires and the road surface, to provide steering stability with good handling and to ensure the comfort of the passengers. In this article, we'll explore how car suspensions work, how they've evolved over the y

52、ears and where the design of suspensions is headed in the future.Vehicle DynamicsIf a road were perfectly flat, with no irregularities, suspensions wouldn't be necessary. But roads are far from flat. Even freshly paved highways have subtle imperfections that can interact withthe wheels of a car.

53、 It's these imperfections that apply forces to the wheels. According to Newton's laws of motion, all forces have both magnitude and direction. A bump in the road causes the wheel to move up and down perpendicular to the road surface. The magnitude, of course, depends on whether the wheel is striking a giant bump or a tiny speck. Either way, the car wheel experiences a vertical acceleration as it passes over an imperfection.Without an intervening structure, all of wheel's vertical energy is transferre