畢業(yè)設計-汽車前懸架的設計

目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 IABSTRACT II第1章緒論 31.1汽車懸架概述 41.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 41.3主要研究內(nèi)容和目的 41.4研究的背景和意義 4第2章懸架的類型 32.1懸架的分類 42.1.1獨立懸架 42.1.2非獨立懸架 42.2懸架的結(jié)構(gòu) 4第3章懸架主要參數(shù)確定 33.1懸架設計概述 43.2主要參數(shù) 43.3懸架彈性特性設計 43.4懸架撓度fc設計 43.4.1懸架靜撓度設計 43.4.2懸架動撓度設計 4第四章彈性元件的設計 34.1螺旋彈簧的材料選擇 44.2螺旋彈簧參數(shù)計算 44.3剛度計算 44.4螺旋彈簧校核 4第五章導向機構(gòu)的設計 35.1導向機構(gòu)設計要求 45.2導向機構(gòu)的布置參數(shù) 4第六章減振器設計 36.1減振器分類 46.2液壓筒式減振器工作原理 46.3減震器參數(shù)設計 46.3.1減震器阻尼系數(shù)的確定 46.3.2最大卸荷力F0的計算 46.3.3減振器工作缸直徑計算 46.3.4減振器活塞桿設計 4第七章橫向穩(wěn)定桿設計 3第8章結(jié)論 4參考文獻 4致謝 4

第1章緒論1.1汽車懸架概述懸架由彈性元件、導向裝置、減振器、緩沖塊和橫向穩(wěn)定器等組成。導向裝置由導向桿系組成，用來決定車輪相對對于車架(或車身)的運動特性，并傳遞除彈性元件傳遞的垂直力以外的各種力和力矩。當用縱置鋼板彈簧作彈性元件時，它兼起導向裝置作用。緩沖塊用來減輕車軸對車架(或車身)的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過大的變形。裝有橫向穩(wěn)定器的汽車，能減少轉(zhuǎn)彎行駛時車身的側(cè)傾角和橫向角振動。根據(jù)導向機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點，汽車懸架可分為非獨立懸架和獨立懸架兩大類。非獨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，當單邊車輪駛過凸起時，會直接影響另一側(cè)車輪。獨立懸架中沒有這樣的剛性梁，左右車輪各自“獨立”地與車架或車身相連或構(gòu)成斷開式車橋，按結(jié)構(gòu)特點又可細分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等等，它的主要功用如下：1緩和、抑制由于不平路面所引起的振動和沖擊，以保證汽車的行駛平順性；2迅速衰減車身和車橋(或車輪)的振動；3傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的各種力(驅(qū)動力、制動力、橫向力)和力矩(制動力矩和反作用力矩)；4保證汽車行駛穩(wěn)定性。為了完成1、2項功能，懸架使用了彈簧和減震器。汽車懸架常用的彈性元件有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、橡膠彈簧及空氣彈簧等。減震器有多種形式，現(xiàn)在最常用的是筒式減震器。為了完成3、4項功能，懸架采用了適當?shù)膶蚋上蛋衍嚰?車身)與車軸(車輪)聯(lián)接起來。導向桿系有多種新式，可單獨用其中的一種，也可將幾種配合起來使用。鋼板彈簧懸架中的鋼板彈簧不僅用作彈性元件而且兼起導向的作用。為了減輕車軸對車架(或車身)的直接沖撞，采用了緩沖塊。為了減小車身的側(cè)傾角，有的汽車還裝有橫向穩(wěn)定桿。可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件質(zhì)量要小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。為了滿足汽車具有良好的行駛平順性，要求由簧上質(zhì)量與彈性元件組成的振動系統(tǒng)的固有頻率應在合適的頻段，并盡可能低。前、后懸架固有頻率的匹配應合理，對轎車，要求前懸架固有頻率略低于后懸架的固有頻率，還要盡量避免懸架撞擊車架(或車身)。在簧上質(zhì)量變化的情況下，車身高度變化要小，因此，應采用非線性彈性特性懸架。汽車在不平路面上行駛，由于懸架的彈性作用，使汽車產(chǎn)生垂直振動。為了迅速衰減這種振動和抑制車身、車輪的共振，減小車輪的振幅，懸架應裝有減振器，并使之具有合理的阻尼。利用減振器的阻尼作用，使汽車的振動振幅連續(xù)減小，直至振動停止。要正確地選擇懸架方案和參數(shù)，在車輪上、下跳動時，使主銷定位角變化不大、車輪運動與導向機構(gòu)運動要協(xié)調(diào)，避免前輪擺振:汽車轉(zhuǎn)向時，應使之稍有不足轉(zhuǎn)向特性。獨立懸架導向桿系鉸接處多采用橡膠襯套，能隔絕車輪所受來自路面的沖擊向車身的傳遞。近年來，主動懸架的出現(xiàn)不僅能很好地提高汽車行駛性能，而且能更好地保持車廂姿態(tài)減小側(cè)傾、縱傾。

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國目前對懸架的研究已經(jīng)非常多:四川理工的周軍超，袁杰等人提出了D-最優(yōu)試驗設計這一個新理論,通過這個理論并結(jié)合實驗他們得到了結(jié)構(gòu)的最優(yōu)參數(shù)[1]；張鵬，張曉東等人提出了一種新的優(yōu)化方法，這種方法是以多胰島遺傳算法為基礎的，并且他們通過實驗得出了最能影響剛度特性的參數(shù)[2]。李強提出了一種基于瞬心法進行麥弗遜懸架運動特性分析與優(yōu)化設計的方法[3]。李璞,李澄,黃長征等人針對傳統(tǒng)優(yōu)化方法需要頻繁調(diào)用仿真模型的弊端,提出一種基于非自適應采樣和稀疏響應面方法的麥弗遜懸架多約束優(yōu)化方法[4]。GaoQi;FengJinzhi;ZhengSonglin提出一種綜合評價指標體系并證明該體系的可行性，廣義多維自適應學習粒子群算法對于麥克弗森懸架系統(tǒng)關鍵參數(shù)的優(yōu)化設計是有效的[12]。ShiQin;PengChengwang;ChenYikai設計了一種新穎的雙環(huán)多目標粒子群算法[13]。ByungChulChoi,SeunghyeonCho,Chang-WanKim通過使用Kriging模型進行了優(yōu)化設計以最小化側(cè)向載荷[14]。K.VikranthReddy;MadhuKodati;KishenChatra介紹了懸架系統(tǒng)的完整空間模型的位置運動學分析[15]M.S.Fallah,R.Bhat&W.F.Xie提出一種用于行駛控制應用的Macpherson支撐系統(tǒng)的非線性模型。該模型包括彈簧懸掛質(zhì)量的垂直加速度，并包含了懸架連桿機構(gòu)的運動學特性[16]。SuZhuoyu;XuFengxiang;HuaLin;ChenHao;WuKunying進行了小型貨車麥克弗遜式懸架系統(tǒng)的運動學特性分析和優(yōu)化設計?？色@得更好的車輪定位參數(shù)，并進一步提高了懸架的系統(tǒng)性能[17]。Sung,K-G;Park,M-K研究了配備可控磁流變（MR）減震器的電子控制懸架（ECS）的設計[18]。在國外主動懸架的概念是由FederspielLabrosse于1954年提出來的，首先使主動懸架的基本思想和控制律得到完善總結(jié)的是Thompson，他證明了全主動懸架系統(tǒng)對提高車輛性能的作用。20世紀80年代初，車輛主動懸架統(tǒng)的研究和開發(fā)成果得到了實現(xiàn)，日產(chǎn)和豐田公司的液力主動控制系統(tǒng)，證明主動懸架系統(tǒng)可使車輛的整體性能得到很大提高。但因主動懸架結(jié)構(gòu)復雜、能耗高，其發(fā)展受到一定限制。70年代初，Rossby和Karnop首先提出了半主動懸架的概念。半主動懸架比主動懸架出現(xiàn)的晚一些，從20世紀80年代中期以來，有關汽車半主動懸架系統(tǒng)的文獻和研究成果每年都有報道，比較有影響的學者有Karnopp、Margolis、Thompson和El.Madany等，他們的研究，極大地豐富了汽車半主動懸架的控制理論，有力地推進了半主動懸架系統(tǒng)在車輛工程中的應用，其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，性能接近于主動懸架而受到車輛工程界的廣泛重視。日本豐田汽車公司早在1983年就將半主動懸架應用于轎車上，并在概念車和部分豪華商用轎車上裝備了各種電控主動和半主動懸架系統(tǒng)。1.3主要研究內(nèi)容和目的確定懸架總體結(jié)構(gòu)，彈性元件設計，導向機構(gòu)設計，減振器結(jié)構(gòu)設計，主要參數(shù)的確定,對主要參數(shù)進行強度校核，驗證設計的合理性。根據(jù)選題要求查詢某家用車轎車參數(shù)，并分析前麥弗遜懸架的組成和功用，對某家用車轎車的前麥弗遜懸架進行設計。分析懸架的組成和功用，對懸架上的各零部件強度的校核，詳細考慮各部件之間的連接關系懸架自然振動頻率，懸架靜撓度和動撓度以及懸架彈性特性的計算。1.4研究的背景和意義在最近這些年，老百姓們生活質(zhì)量較以往有了很大提高，汽車不再是少數(shù)人才能有的代步工具，普通人也都可以擁有一輛自己的小汽車。當越來越多的人擁有汽車時，人們不僅對能夠出行感到滿意，而且對汽車的舒適性，安全性及操作穩(wěn)定性也提出了更高的要求。正是由于人們的這些更多需求，汽車行業(yè)才能不斷發(fā)展以滿足人們的各種需求。

本文研究的目的是結(jié)合國內(nèi)研究背景和市場趨勢，為上海大眾朗逸轎車設計前懸掛系統(tǒng)。對于汽車，懸架在汽車的穩(wěn)定性，舒適性和安全性中起著決定性的作用。懸架的功能是支撐汽車，提升駕駛員的使用感受。以不同方式設置懸架將為駕駛員帶來不同的駕駛體驗。雖然懸架的外觀看上去比較簡單，但是他決定了汽車的舒適度，是現(xiàn)代汽車中非常重要的系統(tǒng)。盡管在駕駛過程中懸架缺失也可以行駛，但是懸架如果沒有安裝的話，汽車的平穩(wěn)性將大大降低。懸架對汽車的性能影響很大?，F(xiàn)在，汽車市場的競爭變得越來越激烈，人們對汽車的性能有了更高的了解并提出了更高的要求。因此，所有主要的汽車制造商都越來越重視懸架，并意識到有必要盡可能提高汽車的安全性和穩(wěn)定性，以便為駕駛員帶來更好的體驗。多年來，懸架系統(tǒng)一直在不斷改進，性能逐漸得到改善，先進技術也不斷與懸架系統(tǒng)相結(jié)合，無論是高端汽車還是低端汽車都在不斷普及。無論是面向高端市場還是低端的汽車制造廠，他們都不敢忽視懸架對汽車的影響。這是因為駕駛員可以主觀上感覺到懸架系統(tǒng)的沖擊，并且可以通過汽車的舒適性容易地體驗懸架的質(zhì)量。

崎嶇路面對車架的沖擊可以靠良好的懸架系統(tǒng)來緩解，過大的振動會給駕駛員造成不良影響如頭暈目眩、暈車惡心等。有良好的懸架就可以使駕駛員的駕駛體驗大大提升。駕車出去游玩經(jīng)常會遇到不平的路面這時良好的懸架系統(tǒng)就能讓駕駛員在不平的路面上平順行駛，極大改善駕駛體驗。另外零件的損壞有很大一部分原因是不平路面?zhèn)鬟f的沖擊力對零件造成沖擊，改善懸架系統(tǒng)就可以降低這種沖擊，可以延長零件的使用壽命，降低行駛時發(fā)生故障的概率。由此我們可以看出，懸架是汽車相當重要的組成部分之一，是不可以缺少的一部分。雖然懸架經(jīng)過長時間不斷的改進完善，目前已經(jīng)比較先進性能也很強大，但是事物都不是完美的，各種形式的懸架也還存在各種問題，還需要不斷的發(fā)展來使懸架更加完善。過大的振動會給駕駛員造成不良影響如頭暈目眩、暈車惡心等。有良好的懸架就可以使駕駛員的駕駛體驗大大提升。駕車出去游玩經(jīng)常會遇到不平的路面這時良好的懸架系統(tǒng)就能讓駕駛員在不平的路面上平順行駛，極大改善駕駛體驗。另外零件的損壞有很大一部分原因是不平路面?zhèn)鬟f的沖擊力對零件造成沖擊，改善懸架系統(tǒng)就可以降低這種沖擊，可以延長零件的使用壽命，降低行駛時發(fā)生故障的概率。由此我們可以看出，懸架是汽車相當重要的組成部分之一，是不可以缺少的一部分。雖然懸架經(jīng)過長時間不斷的改進完善，目前已經(jīng)比較先進性能也很強大，但是事物都不是完美的，各種形式的懸架也還存在各種問題，還需要不斷的發(fā)展來使懸架更加完善

第2章懸架的類型2.1懸架的分類從古到今，人們對科技進步的追求沒有片刻的停止，當最初的交通工具馬車出現(xiàn)的時候，人們?yōu)榱擞懈玫捏w驗，讓馬車顛簸的程度不至于太大，人們就開始了對“懸架”的設計，人們采用葉片彈簧來讓馬車坐的更舒服。在后來很長的一段時間里，人們都是使用這種彈簧，直道20世紀30年代，螺旋彈簧出現(xiàn)才取代了之前的這種彈簧。汽車被發(fā)明出來以后，人們對懸架的研究就更加深入，出現(xiàn)了很多采用不同種類的彈性元件的懸架，如扭桿彈簧和氣體彈簧等。隨著研究的深入，人們發(fā)明出了被動懸架，這種懸架就是用螺旋彈簧組成的，但是被動懸架存在很多問題，它的參數(shù)是不能在行駛中變化的，這就意味著它無法根據(jù)各種不同的情況來調(diào)整以適合各種路面。20世紀70年代人們開始研究半主動懸架，這種懸架在性能上就要優(yōu)于被動懸架，它的阻尼是可以調(diào)節(jié)的，阻尼系數(shù)可以根據(jù)不同的路況調(diào)節(jié)。主動懸架的概念提出的時間很早但是直到80年代才開始試驗，幾大世界知名廠家開始研究，這種懸架性能大大提高，但是制造的成本太高，結(jié)構(gòu)也太復雜。比較可惜的是我國在這方面起步比較晚，和國外還有很大的差距，所以我國大部分汽車上都是用的被動懸架懸架就是一種用來傳遞車架和車橋間力的裝置，而且可以減輕崎嶇的地面?zhèn)鞯杰嚰芑蛘哕嚿砩系牧?這樣可以減輕地面?zhèn)鞯杰嚰苌系牧υ斐傻恼饎?，并確保汽車的平穩(wěn)性。它是現(xiàn)代汽車的重要組件之一。懸架的各種類型分類如下：2.1.1獨立懸架麥弗遜式獨立懸架：麥弗遜式獨立懸架是當下最流行的獨立懸架之一，一般用于車輛的前輪。其結(jié)構(gòu)主要由螺旋彈簧、減震器、三角形下擺臂組成，絕大部分車型還會加上橫向穩(wěn)定桿。在實際應用上，麥弗遜式獨立懸架優(yōu)點十分明顯，結(jié)構(gòu)簡單可以使其成本低、占用空間小、重量輕、響應速度快，并且在一個下?lián)u臂和支柱的幾何結(jié)構(gòu)下能自動調(diào)整車輪外傾角，讓其能在過彎時自適應路面，讓輪胎的接地面積最大化。不過，由于麥弗遜式獨立懸架的構(gòu)造為直筒式，對左右方向的沖擊缺乏阻擋力，抗剎車點頭作用較差，懸架剛度較弱，穩(wěn)定性差，轉(zhuǎn)彎側(cè)傾明顯。多連桿式懸架：顧名思義，多連桿式獨立懸架是指由3根或3根以上（一般為3~5根）連接拉桿構(gòu)成，并且能提供多個方向的控制力，使輪胎具有更加可靠的行駛軌跡的懸架結(jié)構(gòu)。這也是目前懸架設計中表現(xiàn)最好的懸架系統(tǒng)。在實際應用中，多連桿式獨立懸架不僅可以保證車輛擁有一定的舒適性，而且由于連桿較多，可以使車輪和地面盡最大可能保持垂直，盡最大可能減小車身的傾斜，最大可能維持輪胎的貼地性。不過由于多連桿懸架結(jié)構(gòu)相對復雜，材料成本、研發(fā)實驗成本、制造成本遠高于其他類型的懸架，同時其占用空間大，因而更多地搭載在B級以上的中高檔車型上。雙叉臂式獨立懸架：雙叉臂式獨立懸架又稱雙A臂式獨立懸架，由上下兩根不等長V字形或A字形控制臂以及支柱式液壓減震器構(gòu)成，通常上控制臂短于下控制臂。雙叉臂式獨立懸架的上下控制臂能起到抵消橫向作用力的功效，這使得支柱減震器不再承受橫向作用力，而只應對車輪的上下抖動，因此在彎道上具有較好的方向穩(wěn)定性，對于車輛的操控性能來說，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性是顯而易見的。而兩根三角形結(jié)構(gòu)的搖臂還擁有出色的抗扭強度和橫向剛性，因此在硬派SUV或者皮卡上也經(jīng)常會使用雙叉臂式獨立懸架結(jié)構(gòu)。不過，這種懸架系統(tǒng)也存在較多劣勢，空間占用較大、制造成本高、懸架定位參數(shù)設定復雜，同時維修保養(yǎng)時的復雜程度高，在定位懸架及四輪定位時，參數(shù)也較難確定。因此在小型車上，很少有搭載雙叉臂式獨立懸架系統(tǒng)。2.1.2非獨立懸架扭力梁式非獨立懸架：扭力梁式非獨立懸架發(fā)明于20世紀70年代，直到今天仍被廣泛應用于車輛的后懸架中。其主要由：用于承受主要垂向和側(cè)向力矩的扭轉(zhuǎn)橫梁；焊接在扭轉(zhuǎn)橫梁左右兩側(cè)的縱向擺臂；布置于縱向擺臂前端用于連接車身的彈性元件及連接支架；彈簧減振器系統(tǒng)4大部分組成。實際應用中，是將非獨立懸架的車輪裝在一根整體車軸的兩端，當一邊車輪運轉(zhuǎn)跳動時，另一側(cè)車輪也做出相應的跳動，使整個車身震動或傾斜。該懸架系統(tǒng)的優(yōu)勢是構(gòu)造較簡單，容易維修且占用車底空間較小，承載力大，多用于載重汽車、普通客車、小型車和一些其他特種車輛上。但舒適性較差，操控性不佳也是其不可避免的缺陷。整體橋式非獨立懸架：整體橋式后是一種典型的非獨立懸架，在商用車領域多用于載重卡車、貨車、客車、皮卡等車型上，在乘用車領域多用于偏重越野的SUV車型。整體橋式懸架的結(jié)構(gòu)很簡單，就是通過一根硬軸將左右兩個車輪相連，然后將車軸與車身相連即可。早期的整體橋采用鋼板彈簧，幾乎無需固定部件，不過隨著制造材料的發(fā)展，鋼板彈簧由于其舒適性較差現(xiàn)已被彈性更好、結(jié)構(gòu)更緊湊的螺旋彈簧所代替，這就有了螺旋彈簧作為彈性元件。在實際應用價值上，由于其強度很高，而且可以很好的保持離地間隙，這對于提升越野性能和承載性是非常有意義的。但同樣的，這樣的懸架系統(tǒng)在操控性、舒適性的表現(xiàn)也就完全無法和其他懸架相比了。

2.2懸架的結(jié)構(gòu)典型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、導向機構(gòu)以及減震器等組成，個別結(jié)構(gòu)還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。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和扭桿彈簧，個別高級轎車使用空氣彈簧。懸架是汽車的車架（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，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并減少由此引起的震動，以保證汽車能平順地行駛。獨立懸架有其特有的結(jié)構(gòu)，在這個系統(tǒng)中，每一邊的輪子都是互相不干擾的，各自獨立的懸掛。優(yōu)缺點如下表2.1：優(yōu)點缺點簧下質(zhì)量相對較小結(jié)構(gòu)較復雜由于彈性元件只需要承受垂直力，因此可以使用剛度較小的彈簧，可以降低車身的振動頻率，提高平順性成本較高懸掛所需空間小維護困難由于獨立懸架的特殊結(jié)構(gòu)，所以發(fā)動機可以適當降低位置高度，從而可以降低汽車質(zhì)心的高度，提高了行駛穩(wěn)定性兩側(cè)車輪可獨立運動而不會互相影響，可減少車身的傾斜和振動，在坑洼的道路上具有良好的地面附著力設計者可以選擇各種不同的方案來設計獨立的懸架，以滿足不同的設計要求表2.1優(yōu)缺點在乘用車中，現(xiàn)在都基本使用獨立懸架，質(zhì)量小的商用車中也會使用。

第3章懸架主要參數(shù)確定3.1懸架設計概述在設計懸架之前，我們必須首先了解McPherson懸架的結(jié)構(gòu)特征。例如McPherson懸架的側(cè)傾中心較高。在了解了這些特性之后，可以在設計過程中針對設計。其次，有必要知道哪些設計參數(shù)是必要的以及它們?nèi)绾侮P聯(lián)。只有知道這些可以逐步設計。

我查詢了各種資料了解到，汽車能否有一個令人滿意的平穩(wěn)性，取決于簧上質(zhì)量和彈性元件的系統(tǒng)有一個合適的頻率，這個頻率要在適合的頻帶當中，而且如果可以的話要求盡可能的小一些。前懸架和后懸架的固有頻率的匹配應合理，也要注意防止懸架和車架的碰撞?；缮腺|(zhì)量變化的時候還要求車身高度不能有大的改變，對于這些要求，選用時應該選擇彈性特性是非線性變化的的懸架。

McPherson懸架會影響多種汽車性能，因此對于滿足這些性能的懸架提出了以下要求，（1）主要是確保汽車具有良好的乘坐舒適性（2）可以適當減少振動（3）確保汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性（4）制動或加速汽車時，確保車身穩(wěn)定，減小車身俯仰，并在轉(zhuǎn)彎時使車身側(cè)傾角適當（5）具有良好的隔音能力（6）結(jié)構(gòu)緊湊，使用的體積小（7）在車身和車輪之間可靠地傳遞各種力和力矩。在滿足零件和組件的低質(zhì)量的同時，必須確保足夠的強度和壽命3.2主要參數(shù)某家用汽車部分參數(shù)如下表3.2表3.2車型主要參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)據(jù)車型上海大眾某家用車2018款1.5L自動舒適版軸距2688mm整備質(zhì)量1265kg滿載質(zhì)量前懸架類型麥弗遜式懸架前輪距1546mm3.3懸架彈性特性設計由懸架所承受的垂直外力F引起的車輪中心與車身位移F之間的關系稱為懸架的彈性特性。線性特性和非線性彈性特性是懸架的兩個彈性特性。當懸架的撓度f在接收到的垂直外力f之間以固定的比例變化時，彈性特性是一條直線，稱為線性彈性特性。目前，懸架的剛度是恒定的。如果懸掛的撓度f和垂直外力f在固定速率下不發(fā)生變化，則彈性特性如圖3.1所示。在這一點上，懸架的剛度發(fā)生了變化，其特點是在總荷載位置附近（圖3.1點8）有一個小的剛度和一個平滑的曲線，使行程良好?？偤奢d的遠端具有更陡的曲線和更大的剛度。通過這種方式，可以在有限的動態(tài)撓度范圍內(nèi)獲得比線性懸架更大的動態(tài)能力。懸架的動態(tài)能力是指懸架從靜載荷位置到結(jié)構(gòu)最大允許變形位置所消耗的功。懸架的動態(tài)容量越大，通過緩沖塊的可能性就越小。圖3.1懸架特性曲線3.4懸架撓度fc設計3.4.1懸架靜撓度設計靜撓度就是當滿載時，負載和剛度的比，即 （3.1）在當前的汽車中，基本上所有的車中質(zhì)量分配系數(shù)都大約是1，這就可以說前后橋上的車身振動是各自獨立的，兩者之間是無關的。因此，固有頻率N（偏頻）可以由下式表示 （3.2）

在上式中，c表示懸架剛度（N/cm），m表示簧上質(zhì)量（kg）當懸架選擇了一種彈性特性的變化不是非線性的，是線性的時候，就可以使用以下公式計算靜態(tài)撓度： （3.3）在這個式子中g表示重力加速度。g=981cm/s2將3.3式帶入3.2式可得下式 （3.4）分析式3.4車身振動的頻率N受懸架的靜態(tài)撓度影響。因此，如果要確保汽車具有良好的行駛舒適性，則需要選擇適當?shù)膽壹莒o態(tài)撓度。

用于各種目的的汽車對乘坐舒適性有不同的要求。其中，主要用于載人的乘用車對乘坐舒適性的要求最高，其次是乘用車和卡車。對于發(fā)動機排量低于1.6L的乘用車，要求前懸架滿負荷偏頻在1.00和1.45（Hz）之間。原則上，乘用車的發(fā)動機排量越大，懸架偏頻應該越小。滿載之前的偏頻在0.08至1.15（Hz）之間。選擇偏頻后，可以使用公式（3.4）計算出懸架的靜撓度如下：選擇n=1.1Hz反代入式（3.4）得出==20.66cm=206.6mm3.4.2懸架動撓度設計當懸架從滿載平衡位置壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形時，輪心相對于車架的垂直位移稱為懸架的動態(tài)撓度，用fd表示。對于乘用車，fd在7到9（cm）之間；對于客車，fd在5到8（cm）之間；對于卡車，fd在6到9（cm）之間。

由于上海大眾某家用車屬于乘用車這一類別，因此懸架的動撓度fd為8cm。第四章彈性元件的設計由于其簡單的結(jié)構(gòu)，方便的制造和較高的比能，螺旋彈簧目前廣泛用于輕型車輛。特別是在汽車中，對舒適性的要求很高，并且懸架引導機構(gòu)仍具有保持車輪定位角的能力。彈性元件是懸架的最主要部件,因為懸架最根本的作用是減緩地面不平度對車身造成的沖擊，即將短暫的大加速度沖擊化解為相對緩慢的小加速度沖擊。使人不會造成傷害及不舒服的感覺;對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。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,由于存在諸多設計不足之處，現(xiàn)逐步被其它種類彈性元件所取代，此懸架選擇螺旋彈簧。4.1螺旋彈簧的材料選擇為了想要讓彈簧工作正常，不至于在使用中不能完成工作，出現(xiàn)快速損壞或者達不到要求的情況，選用材料時必須要考慮到材料的彈性和疲勞極限是否能滿足工作的需要，這兩項要求是非常重要的。另外選擇的時候也要考慮到它的韌性如何，是否容易加工等?？紤]到以上這些要求，我最后選用了60Si2MnA，該材料的性能參數(shù)如表3.2所示。表3.260Si2MnA性能參數(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)許用切應力[τ]64Kgf/mm2剪切應力[]100Kgf/mm2剪切模量G8000Kgf/mm2彈性模量E20000MP4.2螺旋彈簧參數(shù)計算現(xiàn)在我們使用的幾乎所有汽車中，懸架質(zhì)量分配系數(shù)μ=ρ2y/ab都在0.8到1.2之間，這樣我們可以說，μ的值近似是1，換一種說法就是前后軸上方車身集中質(zhì)量的垂直振動是互相沒有影響的，用偏頻表示每個的自由振動頻率。偏頻越小，汽車的行駛性能越好。對于帶有鋼彈簧的汽車，前懸架的偏頻N通常在1到1.3Hz之間。

我在計算時使用前懸架的偏頻N=1.1Hz，并且可以通過以下公式計算前懸架的剛度： （3.5）

在該公式中，Cs表示汽車的前懸架剛度的單位是N/mm，Ms表示車輛的前懸架的彈簧質(zhì)量的單位是kg，并且N表示前懸架的偏頻的單位是HZ。（2）按滿載情況下計算彈簧鋼絲直徑使用下面的公式可以計算出彈簧的直徑 （3.6）在該公式中，i表示彈簧的有效工作循環(huán)數(shù)，初步選擇為8，G表示材料的剪切彈性模量為8×104MPa，Dm表示彈簧的中徑取100mm。將數(shù)據(jù)代入式3.5中計算得d=11.2mm，若選擇12mm則表面剪切應力校核不能符合要求所以改為取14mm。4.3剛度計算1空載剛度計算前懸架的未懸掛質(zhì)量估計為50Kg，卸載前懸架時，前軸的質(zhì)量為759kg。這些數(shù)據(jù)可用于計算一側(cè)的簧載質(zhì)量。簧上質(zhì)量用Ms表示，則Ms=1/2（759-50）=354.5kg，N取1.1HZ，將這些數(shù)據(jù)代入式3.5得出如下結(jié)果Cs=4N2π2Ms=16916.9N/m2滿載剛度計算現(xiàn)在已經(jīng)得到了前懸架滿載時軸載質(zhì)量為862kg，可以計算一側(cè)簧上質(zhì)量Ms=1/2（862-50）=406kgN取1.1HZ將數(shù)據(jù)代入式3.5得出Cs=19374.5N/m。4.4螺旋彈簧校核1）彈簧剛度校核計算彈簧剛度的公式為：將上述數(shù)據(jù)代入式子可以算出彈簧剛度：=48.02N/mm>19.37N/mm所以彈簧選擇符合剛度要求。2）表面剪切應力校核彈簧在壓縮時與扭力桿的工作方式相似，兩者都依靠材料的剪切變形來吸收能量。彈簧鋼絲表面的剪應力為： （3.7）式中，C表示彈簧指數(shù)，是彈簧直徑與鋼絲直徑的比值，即C=Dm/d；K’表示曲度系數(shù)，計算公式為；P表示彈簧軸向載荷。已知彈簧中徑為100m，鋼絲直徑為14mm，根據(jù)這兩項數(shù)據(jù)，彈簧指數(shù)和曲度系數(shù)可以計算為：C=Dm/d=7.14；K’=（4C-1）/（4C-4）+0.615/C=1.21。P=1/2（862-50）×9.8×cos10°=3918N。將數(shù)據(jù)代入式3.5得τ=440MPa。440MPa＜[τ]=640MPa，所以符合表面剪切應力要求。本章計算數(shù)據(jù)總結(jié)如下：通過以上數(shù)據(jù)可以算得螺旋彈簧其它數(shù)據(jù)：彈簧外徑D=Dm+d=100mm+14mm=114mm彈簧內(nèi)徑D1=Dm-d=100mm-14mm=86mm總?cè)?shù)n1=n+2=8+2=10節(jié)距p=（0.28～0.5）Dm=0.3×100=30mm自由高度H0=pn+1.5d=261mm壓平高度Hb=（n1-0.5）d=133mm彈簧整體參數(shù)及建模如表3.3及圖3.2表3.3彈簧整體參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)據(jù)彈簧絲直徑14mm彈簧外徑114mm彈簧內(nèi)徑86mm總?cè)?shù)10節(jié)距30mm自由高度261mm壓平高度133mm圖3.2螺旋彈簧第五章導向機構(gòu)的設計懸架具有用于各種目的的具有不同結(jié)構(gòu)的各種引導機構(gòu)。轎車上，整體軸主要是多連桿式。對于獨立懸架，主要有單（雙）縱臂型，雙橫臂型，麥弗遜支柱型，多連桿型，拖曳臂型，半拖曳臂型和擺動軸型。當前在汽車中廣泛使用的引導機構(gòu)是雙橫臂型。中型和重型卡車通常使用整體軸。導向機構(gòu)主要包括板簧型，A型架，雙橫臂骨型，雙縱臂型，縱臂型。在這個畢業(yè)設計中，我選擇了A形架架導向機構(gòu)。5.1導向機構(gòu)設計要求在汽車前輪上對導向機構(gòu)的設計要求如下表3.4：表3.4導向機構(gòu)要求當懸架上的負載發(fā)生變化時，確保前輪的軸距變化不超過±4.0mm當懸架上的負載發(fā)生變化時，前輪定位參數(shù)的變化特性應合理，并且車輪不應具有縱向加速度汽車轉(zhuǎn)彎時，車身側(cè)傾角應較小。在0.4g的橫向加速度作用下，車身的側(cè)傾角小于或等于6°?7°制動時，應使車身有抗前俯作用；加速時，有抗后俯作用5.2導向機構(gòu)的布置參數(shù)引導機構(gòu)的布局參數(shù)對車輛的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性有很大的影響。側(cè)傾中心，縱傾中心和懸架擺臂的定位角度這四項是主要的四種布置參數(shù)。1側(cè)傾中心如果McPherson懸架中的彈簧減震器柱更接近垂直，而下橫臂更接近水平，則該懸架的滾動中心將更靠近地面，這將導致外部傾斜度的變化。想要提高運動學特性的話，可以考慮讓下擺臂長度增加。2縱傾中心McPherson懸架的螺距中心可以通過一條標點為減震器運動方向的垂直線。該垂直線與通過點G的擺臂軸線的平行線的交點為俯仰中心O。3懸架擺臂定位角獨立懸架中擺臂的鉸鏈軸大多是空間傾斜的。為了便于描述，將擺臂的空間定位角定義為擺臂的水平傾斜角α，懸架的抗前俯角β和懸架傾斜的初始角θ。第六章減振器設計減振器的功能是吸收懸架垂直振動的能量,并轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉,使振動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,當車架與車橋作往復相對運動時，減震器中的活塞在缸筒內(nèi)業(yè)作往復運動，于是減震器殼體內(nèi)的油液反復地從一個腔通過另一些狹小的孔隙流入另一個腔。此時,孔與油液見的摩擦力及液體分子內(nèi)摩擦便行程對振動的阻尼力，使車身和車架的振動能量轉(zhuǎn)換為熱能,被油液所吸收,然后散到大氣中。在駕駛汽車的過程中，坑坑洼洼不平的地面會產(chǎn)生沖擊振動。該振動將通過車輪傳遞到懸架。如果減震器與懸架配合良好，則可以迅速吸收振動并減少車身振動。由于汽車的懸架系統(tǒng)決定了汽車的舒適性和安全性，并且減震器是汽車懸架的主要阻尼元件，因此提高減震器的性能在汽車的發(fā)展中起著重要的作用。6.1減振器分類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緊壓在一起的盤片之間相對運動時的摩擦力提供阻尼。由于庫侖摩擦力隨相對運動速度的提高而減小，并且很易受油、水等的影響，無法滿足平順性的要求,因此雖然具有質(zhì)量小、造價低、易調(diào)整等優(yōu)點,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75-30MPa,而筒式只有2.5-5MPa。筒式減振器的車輛懸架中有許多不同的減震器。根據(jù)結(jié)構(gòu)，工作介質(zhì)和作用方式，減震器可分為各種類別。

根據(jù)減震器的不同結(jié)構(gòu)，可分為搖臂式和桶形減震器。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換介質(zhì)，減震器可分為摩擦式減震器，液壓式減震器等。根據(jù)作用方式，減震器可分為單作用減震器和雙作用減震器。在這兩種減震器中，雙作用減震器可用于恢復行程和壓縮行程，因此被廣泛使用在車上?，F(xiàn)在，雙筒液壓減震器在汽車中使用最廣泛。6.2液壓筒式減振器工作原理筒式減振器的氣缸液壓油氣混合減震器的工作原理如圖所示。在圖中，A代表工作室，C代表補償室。閥門系統(tǒng)連接這兩個腔室。當車輪上下跳動時，它將驅(qū)動活塞1在工作室A中上下移動，這將把通過相應閥門閥體上的阻尼孔流動的液體的動能轉(zhuǎn)化為熱能并將其消散。當車輪彈起時，即當懸浮液被壓縮時，活塞1向下移動，油通過閥門II進入工作室的上腔。由于活塞銷9占據(jù)了部分體積，一定數(shù)量的油必須通過閥門IV流入平衡室C;當車輪跳動和懸架展開時，活塞1向上移動，工作腔內(nèi)的壓力增加，油通過閥門I流到下腔內(nèi)，提供了大部分的拉伸阻尼力。部分油通過活塞銷和導軌座之間的空間，通過返回孔6進入補償室。此外，由于活塞銷所占的體積，當活塞向上移動時，部分油流必須通過閥門III進入工作室的下腔室。6.3減震器參數(shù)設計6.3.1減震器阻尼系數(shù)的確定相對阻尼系數(shù)?的物理含義是：懸架都有各自不同的剛度，他們的簧上質(zhì)量也各不相同。當減振器與這些不同的相匹配時，產(chǎn)生的阻尼效果就是各不相同的。?的值和振動減弱是有關系的，如果?取大的數(shù)值，那么振動減弱的就快。同時可以將較大的道路沖擊力傳遞給車身。在一般情況下，人們在設計的時候如果給?取小數(shù)值的話，就會選擇在壓縮沖程來選擇，給它選一個比較小的數(shù)值?Y。并在伸展沖程期間選擇相對大阻尼系數(shù)?S。他們兩個之間應該有?Y=（0.25-0.50）?S的關系。

設計時，首先選擇ψy和ψs的平均ψ。彈性元件的相對無摩擦懸架，ψ=0.25?0.35；對于具有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，ψ值較小。為了避免懸架與車架相撞，取ψy=0.5ψs。

如果ψ=0.3，則： （ψs+0.5ψ）/2=0.3

計算可以得到： ψs=0.4ψy=0.2

2減振器的阻尼系數(shù)可以用下面公式來計算： （3.8）因為懸架系統(tǒng)固有頻率的計算公式是,所以從理論上講。但在實際設計中，如果采用了不同的布局，那計算上就會有區(qū)別，不能使用理論公式。在本文中我選擇了圖示的一種方式，那么這樣則阻尼系數(shù)計算公式就是： （3.9）根據(jù)公式，可得出：=2πn將數(shù)據(jù)代入上式得μ=6.908HZ，選取a/b=0.8，α=10°。將數(shù)據(jù)代入式中計算得=2547N·s/m。6.3.2最大卸荷力F0的計算為了減小沖擊力，然后將其傳遞到車身，當減震器活塞的振動速度達到一定值時，減震器將打開卸荷閥。此時的活塞速度稱為卸載速度，其計算公式如下： （3.10）在這個公式中，表示的是卸荷速度，通常我們選擇在這一范圍中，A代表車身振幅，我們一般情況中都選取，它代表的是懸架振動固有頻率。將數(shù)據(jù)代入計算得vx=0.22m/s。0.15＜0.22＜0.3，所以符合要求。伸張行程的阻尼系數(shù)公式為：=c式中c表示沖擊載荷系數(shù)，取c=1.5則伸張行程最大卸荷力=840.51N。6.3.3減振器工作缸直徑計算1工作缸直徑：上一個小節(jié)中，我已經(jīng)對最大卸荷力進行了計算，有了這個結(jié)果可以計算出工作缸直徑： （3.11）式子中，[p]表示工作缸最大允許壓力，最大允許壓力的范圍一般在3～4MPa，我們選擇3.5MPa。代表的是連桿直徑與缸筒直徑的比值，它的范圍一般在0.4～0.5，雙筒式減振器取=0.45將F0代入式中計算得D=20.6mm。選取時按照標準選擇30mm。2：外缸減震器的外缸的主要功能是儲油，即儲油缸。設計外缸體的直徑時，通常是內(nèi)缸體直徑的倍數(shù)，即，即在這個式子中，表示儲油缸的直徑與內(nèi)缸的直徑之比，該比通常為1.35～1.50這一個范圍。在本文中我選擇，用這個數(shù)據(jù)就可以得出外缸筒的直徑，為Dc=42mm。減振器外筒的壁厚通常都會選擇2.0到2.5mm這個區(qū)間內(nèi)，本文選擇2mm，材料選擇20#鋼。6.3.4減振器活塞桿設計根據(jù)減震器的活塞桿直徑與減震器的內(nèi)筒直徑之比的要求，可以在減震器的內(nèi)筒直徑時計算出活塞桿的直徑通過計算確定活塞： （3.12） 式中，表示減振器中內(nèi)筒的直徑；它表示減振器的活塞桿直徑和內(nèi)筒直徑的比值，一情況下選擇，在本文中我選取將數(shù)據(jù)代入式中得=9mm。這一節(jié)對減振器進行了設計計算，其主要參數(shù)如表3.5表3.5減振器數(shù)據(jù)參數(shù)名稱數(shù)據(jù)工作缸直徑30mm儲油缸直徑42mm活塞桿直徑9mm第七章橫向穩(wěn)定桿設計為了讓汽車的固有振動頻率變的更低來提高汽車駕駛時的平順性，轎車當前懸架的垂直剛度值較小，這種情況所導致的結(jié)果就是汽車的側(cè)傾角剛度值也較小，轉(zhuǎn)彎時車身側(cè)傾嚴重，汽車的行駛穩(wěn)定性收到很大的影響。為解決這一情況汽車都加裝了橫向穩(wěn)定桿來提高行駛穩(wěn)定性。根據(jù)實際經(jīng)驗和觀察，選擇了直徑是20mm的穩(wěn)定桿，它的每一段長度都應該和車架和懸架相適應。

第8章結(jié)論本文在查閱大量國內(nèi)外相關文獻了解了懸架的組成、分類、作用等的基礎上，完成了對上海大眾某家用車轎車前麥弗遜式獨立懸架的各組成部分的設計計算、CATIA三維建模裝配，并且用ADAMS軟件對設計的懸架進行了虛擬建模和運動學仿真分析，對仿真結(jié)果進行分析與比較。本文主要完成的工作如下：1分析計算了懸架的動靜撓度，對懸架的主要組成零件彈簧和減振器的主要相關參數(shù)進行了設計計算，得到了CATIA繪圖的基本尺寸。2用CATIA對零部件設計建模，并將零部件進行約束裝配，由此得到麥弗遜懸架關鍵硬點的三維坐標值。3分析了前懸架的四個車輪定位參數(shù)即主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、前輪外傾角、前輪前束角對車輪平順性的影響及合理的取值范圍。這幾個月的畢業(yè)設計過程中，我遇到過很多的問題，查閱資料和尋求老師幫助解決這些問題的時候，讓我掌握了很多原來并不理解的東西。比如這個對懸架的設計，以前的學習可以了解它的作用它的組成等等，在畢業(yè)設計中我親自設計出了一個懸架。這不僅讓我把已經(jīng)學到的知識融會貫通聯(lián)系起來，還在實際設計中知道了如何使用它們。由于我的水平有限和其它因素的影響，本篇論文有很多不完善的地方，還需要我進一步的研究。我只對前懸架進行了模擬仿真和動力學分析，取的硬點坐標變化范圍比較小，使試驗結(jié)果有很大的局限性。隨著研究的深入和個人水平的提高，目前存在的問題一定會得到解決。

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