畢業(yè)設計（論文）-乘用車麥弗遜獨立懸架導向機構設計與有限元分析

設計（小初黑體居中）乘用車麥弗遜獨立懸架導向機構設計與分析 專業(yè)年級學號姓名指導教師評閱人（宋體小3）說明書摘要汽車懸架是汽車中作為行駛系統(tǒng)中不可缺少的一部分，主要用于安裝支撐車輪，吸收因路面顛簸帶來的沖擊，減震保證車輛行駛順暢等作用。而獨立懸架的導向機構承擔著懸架中除垂向力之外的所有作用力和力矩，并且決定了懸架跳動時車輪的運動軌跡和車輪定位角的變化。本次課題設計是依托乘用車麥弗遜獨立懸架對其導向機構進行設計與分析。首先通過已知的汽車相關參數，確定懸架的結構方案及整車中行駛系統(tǒng)的結構形式、轉向系統(tǒng)結構形式等。然后對獨立懸架中導向機構、穩(wěn)定桿、拉桿等主要零件尺寸計算，并進行強度校核。接下來是根據設計計算結果對汽車前麥弗遜獨立懸架進行圖紙繪制。最后完成設計說明書準備答辯。關鍵詞：麥弗遜獨立懸架；導向機構；穩(wěn)定桿；強度校核；

ABSTRACTAsanindispensablepartofthedrivingsystem,vehiclesuspensionismainlyusedtoinstallsupportingwheels,absorbtheimpactcausedbyroadbumps,andensurethesmoothrunningofvehicles.Theguidingmechanismoftheindependentsuspensionbearsalltheforcesandmomentsexcepttheverticalforcesinthesuspension,anddeterminesthechangeofwheeltrajectoryandwheelalignmentanglewhenthesuspensionrunsout.ThedesignofthisprojectisbasedontheMcPhersonindependentsuspensionofpassengercartodesignandanalyzeitsguidingmechanism.Firstly,thesuspensionstructurescheme,thestructureformofthedrivingsystemandthesteeringsystemaredeterminedbytheknownvehicleparameters.Thenthedimensionsofthemainpartssuchastheguidemechanism,thestabilizerrodandthetierodintheindependentsuspensionarecalculatedandthestrengthischecked.NextisdrawingthefrontMcPhersonindependentsuspensionaccordingtothedesigncalculationresults.Finally,thedesigninstructionsarecompletedandthedefenseisprepared.Keywords:Mcphersonindependentsuspension;shockabsorber;drivingsystem;目錄24451摘要 320794ABSTRACT 422892目錄 57559第1章緒論 774461.1機械加工行業(yè)的發(fā)展 7217491.2懸架的國內外發(fā)展情況 8315201.3懸架的功用 928081.4懸架的結構與組成 10208171.5懸架的分類 10260701.5.1獨立懸架 11220281.5.2非獨立懸架 1237871.6懸架導向機構的設計要求 12205701.7主要設計思路及方法 1328792第2章懸架系統(tǒng)總體設計方案的確定 13105412.1懸架的參數確定 1375692.2懸架的彈性工作特性確定 14265702.2.1懸架頻率的選擇 14189782.2.2懸架的工作行程 14313592.2.3懸架剛度計算 1521483第3章懸架導向機構的設計與分析 15302233.1導向機構的布置參數 15313883.2導向機構的受力分析 1824273.3軸線布置方式的選擇 20120283.4橫臂長度的確定 2143673.4螺旋彈簧的設計與計算 21225933.4.1螺旋彈簧的剛度計算 21191653.5導向彈簧的受力分析 22105263.6減振器的設計與分析 24133.7橫向穩(wěn)定桿的設計 33108383.7.1橫向穩(wěn)定桿的作用 33209063.7.2橫向穩(wěn)定桿參數的選擇 333796結論 343281參考文獻 3617818致謝 37

第1章緒論1.1機械加工行業(yè)的發(fā)展機械制造也的設計水平與制造這水平，預示著一個國家的科學技術水平，其直接影響著國家的經濟技術水平。近幾年，隨著改革開放的大力發(fā)展，國家不斷的發(fā)展自主產業(yè)，提高我國機械行業(yè)的水平，大力支持制造產業(yè)化的構建。現(xiàn)今為止，我們已經逐漸從制造產業(yè)大國轉化成制造產業(yè)強國。最近，國家電影總局剛剛上映一部《厲害了，我的國》的電影，其中很形象的描述了中國在近五年的制造產業(yè)的快速發(fā)展。從航海、航天。陸地三個方面進行概括，如建筑行業(yè)、到輪船、船舶行業(yè)，從飛機制造業(yè)，到高鐵的上千個零部件的裝配，還有歷經6年高鐵上電子元件自主的研發(fā)，無一不彰顯著我國制造、技術大幅度的躍進。如同習主席說的，我們不在是世界制造業(yè)大國，而是制造業(yè)強國。天舟一號與天舟二號的完美對接，實現(xiàn)了中國空間補給的首次勝利，也宣告著，中國有可能成為世界上首個建立太空空間站的國家。從中不僅體現(xiàn)了我國科技水平的提高，機械制造行業(yè)的制造水平提高，同時也體現(xiàn)了我國工人技術裝配能力的提高。全球最大規(guī)模，技術最先進的全自動碼頭即生孩洋山四期自動化碼頭的建立，意味著智能化、自動化的機械設備誕生，讓我們也看到了制造、機械行業(yè)的遠景目標，將奔著智能化發(fā)展。現(xiàn)在，隨著國家政策的逐步推進，人民的生活水平不斷提高，物質享受與精神享受的同步發(fā)展，將機械制造行業(yè)中的技術、工藝、設備、原材料、人員等都在不斷的優(yōu)化、改善和提高。以滿足現(xiàn)在以及將來人們的要求。通過技術的引進，消化吸收以及工藝的不斷創(chuàng)新，全面質量的不斷把控，將制造行業(yè)的水平提升到很大的一個層次。一些先進的技術在生產、制造中得到了很廣泛的應用，能夠很多應用在批量生產中。但是我們同歐美地區(qū)發(fā)達國家相比，還是存在著很大的差距。例如：計算機輔助設備，其發(fā)達國家工藝覆蓋率可以達到80%，而我們國家僅僅達到30%左右；發(fā)達國家自動化設備的使用率很高，而我們的企業(yè)往往會因為各種因素所有的是比較落后的設備。而這些原因往往體現(xiàn)在我們國家技術人員的開發(fā)以及創(chuàng)新能力上比較薄弱，有些技術我們只能依靠從國外進口，在其基礎殺那個優(yōu)化或者改進。還有一種原因是缺乏將研究成果應用在大批量企業(yè)中，且缺少其管理機制。未來，機械行業(yè)與制造行業(yè)將逐步向智能化、集成化發(fā)展。其不僅釋放了人的雙手，大大提高生產效率，保證零部件的質量，且能提前預警與預防各種事故的發(fā)生。智能機器人，全自動汽車生產鏈、無人駕駛汽車的開發(fā)已經逐步趨于成型。在以后智能化將逐步走向各行各業(yè)，將成為工業(yè)4.0的主體。1.2懸架的國內外發(fā)展情況汽車能夠實現(xiàn)在道路上行駛，主要使靠可以支撐車輪，吸收地面?zhèn)鬟f的振動的汽車懸架實現(xiàn)的，但是如何降低動力的損失，還有減少燃油的消耗，提高人們乘坐的舒適度這是進行汽車設計時必須要考慮的問題，同時對于購車的人來說，這也是他們選擇汽車的主要性能指標。隨著社會的發(fā)展，近幾年以來人民大眾經濟都好起來，對汽車的舒適性方面和動力性方面等要求非常高。21世紀以來，微電子技術的發(fā)展及機電一體化技術的發(fā)展已經在人們生活當中隨處可見，汽車行業(yè)的發(fā)展，主要是向著多元化和工業(yè)化的方向發(fā)展，其中汽車懸架的設計和生產在汽車中具有非常重要的位置。目前汽車對車速和燃油量的要求方面很高，所以汽車懸架的使用對性能將會有十分重要的影響。目前，我國自主汽車的行業(yè)發(fā)展已到達一定的階段，針對主要性能零部件已完成了自主研發(fā)及批量生產。而且隨著近些年汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，國內主要汽車零部件也競爭激烈。針對汽車懸架就是其中很重要的一部分，因為汽車懸架關系著整車的性能及運動安全性。在國外，一方面汽車行駛的路況越來越好，平均車速逐漸提高，另一方面節(jié)約能源，減少對環(huán)境的污染意識使得發(fā)動機正向著大轉矩和低轉速的方向發(fā)展。國家經濟的飛速發(fā)展，引領國產汽車邁向一個新的起點，人們生活的提高對于性能的要求越來越高。為適應以上情況，提高人們乘坐的舒適性就必須針對汽車懸架進行優(yōu)化設計。因而目前在國外貨車上廣泛的采用的是麥弗遜獨立懸架，麥弗遜獨立懸架具有成本低，質量輕，維修保養(yǎng)簡單，噪音小，溫升低和整車油耗低等優(yōu)點。因此被廣泛應用，在本設計中也主要對汽車麥弗遜獨立懸架行結構的設計與模型的建立。汽車懸架系統(tǒng)的主要功用是支撐車身的重量,并且使汽車穩(wěn)定有效的進行轉向操縱控制,同時有效的分離路面波動對車身的影響。不同的需要導致設計的要求不同,半自動懸架由從動彈簧和需要克服不同路面狀況和汽車運行條件的阻尼離的自動減振器組成。由于主動懸架結構復雜而傳統(tǒng)的消極式懸架無法滿足不同路面狀況和汽車運行狀況的要求。因此,半自動懸架是目前最常用的懸架系統(tǒng)。半自動懸架系統(tǒng)的優(yōu)點是帶有液壓減振使車身在低動力情況下振動降低。目前,許多控制系統(tǒng)是為半自動懸架系統(tǒng)而開發(fā)的。從Karnoopp的Skyhook方法開始。這個方法主要是使緩沖器承受一定的力的作用,而這個力是與汽車全速時懸架上的質量成一定比例的。許多調查都是用一維模型,它可以推導出模糊的控制點和控制運算法則。如LQG和活躍控制。由于汽車懸架固有非線性特性,導致這種控制方法不能充分發(fā)揮半自動懸架的功用。為充分利用懸架系統(tǒng)的非線性功用。如模糊邏輯控制。神經網絡控制和模糊神經控制等智能化控制方法近來都已被科研人員用于非線性懸架系統(tǒng)控制[。由于主動式空氣懸架彈簧價格較貴，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注這方面的變化，提高綜合開發(fā)能力，以適應市場的需求和變化，新型懸架的誕生迫在眉睫。1.3懸架的功用懸架一般安裝在汽車的底部，其是汽車設計過程中不可缺少的一部分，同時也是整車NVH的關鍵。其主要功用如下：(1)支撐車輪，用于傳遞車輪的力矩。(2）為保證汽車良好的平順性，需要吸收不平路面所引起的振動和沖擊。(3）為整車的NVH降低提供保障。(4）保證乘車人員的舒適性。綜述所述正確的選擇懸架結構形式和性能參數，是影響汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性的直接因素。因此本設計中對轎車的麥弗遜獨立懸架進行設計。1.4懸架的結構與組成不同的懸架有不同的結構形式，但是不同的懸架總體必不可少的結構有懸架由彈性元件、減振器、緩沖塊、橫向穩(wěn)定器等主要的幾部分組成等，具體結構如圖1-1所示。圖1-1汽車懸架組成示意圖1-彈性元件2-縱向推力桿3-減震器4-橫向穩(wěn)定器5-橫向推力桿彈性元件根據結構的不同有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧等幾種形式，空氣彈簧主要用于高級轎車上，由于其成本較高。而目前大多數轎車使用的是螺旋彈簧。螺旋彈簧具有占用空間小，質量小，無需潤滑的優(yōu)點，因此被廣泛應用。本設計也采用螺旋彈簧。減振器是起到了減震作用，本設計中采用筒狀減震器。隨著科學技術的發(fā)展懸架的結構形式也是在飛速的發(fā)展，各種結構的出現(xiàn)也將汽車的舒適性提高了一個等級。這對于懸架的要求也越來越高。1.5懸架的分類汽車的懸架按照結構類型的不用可以分為兩類：非獨立懸架與獨立懸架系統(tǒng)，1.5.1獨立懸架獨立懸架是兩側車輪分別獨立地與車架（或車身）彈性地連接，當一側車輪受沖擊，其運動不直接影響到另一側車輪，獨立懸架所采用的車橋是斷開式的。這樣使得發(fā)動機可放低安裝，有利于降低汽車重心，并使結構緊湊。獨立懸架允許前輪有大的跳動空間，有利于轉向，便于選擇軟的彈簧元件使平順性得到改善。同時獨立懸架非簧載質量小，可提高汽車車輪的附著性。獨立懸架的類型及特點：獨立懸架的車軸分成兩段（如圖1-2），每只車輪用螺旋彈簧獨立地，地連接安裝在車架(或車身)下面，當一側車輪受沖擊，其運動不直接影響到另一側車輪，獨立懸架所采用的車橋是斷開式的。圖1-2獨立懸架的運動目前獨立懸架系統(tǒng)被廣泛應用于汽車前懸架上面，本設計的也為汽車前懸架，最常見的是麥弗遜式汽車前懸架，具體結構如下圖：圖1-3麥弗遜式獨立前懸架這種懸架目前被廣泛引用在轎車中。懸架將減振器作為車輪跳動的滑柱，螺旋彈簧與其裝于一體。有利于發(fā)動機布置，并降低車子的重心。而且麥弗遜獨立懸架具有結構緊湊，響應速度快，占用空間少，便于裝車及整車布局等優(yōu)點，多用于中低檔乘用車的前橋。1.5.2非獨立懸架非獨立懸架如圖1-4所示。其特點是兩側車輪安裝于一整體式車橋上，當一側車輪受沖擊力時會直接影響到另一側車輪上，當車輪上下跳動時定位參數變化小。若采用鋼板彈簧作彈性元件，它可兼起導向作用，使結構大為簡化，降低成本。目前廣泛應用于貨車和大客車上，有些轎車后懸架也有采用的。非獨立懸架由于非簧載質量比較大，高速行駛時懸架受到沖擊載荷比較大，平順性較差。圖1-6懸架在汽車的承載力1.6懸架導向機構的設計要求獨立懸架的導向機構承擔著懸架中除垂直力之外的所有作用力和力矩，并決定了懸架跳動時車輪的運動軌跡和車輪定位角的變化，因此，懸架的設計要求有：1）形成強檔的側傾中心和側傾軸線。2）形成恰當的縱傾中心。3）個交接點處受力盡量小，減小橡膠元件的彈性形變，以保證導向精確。4）保證車輪定位參數及其隨車輪跳動哦的變化能滿足要求。5）具有足夠的疲勞強度。對于前輪獨立懸架機構的要求是：1)懸架上載荷變化時，保證輪距變化不超過±4.0mm，輪距變化大會引起輪胎早期磨損。2）懸架上載荷變化時，前輪定位參數要有合理的變化特性，車輪不應產生縱向加速度。3）汽車轉彎行使時，應使車身傾角小。在0.4g側向加速度作用下，車身側傾角≦6°～7°，并使車輪與車身的傾斜同向，以增強不足轉向效應。4）只用時，應使車身有抗前俯作用；加速時，有抗后仰作用。1.7主要設計思路及方法1.7.1研究方法（1）通過查閱相關資料，掌握麥弗遜獨立懸架主要參數。（2）充分考慮已有麥弗遜獨立懸架的優(yōu)缺點來確定麥弗遜獨立懸架的總體設計方案，對現(xiàn)有裝置的不足進行分析。（3）對設計的麥弗遜獨立懸架進行修改和優(yōu)化，最終設計出能滿足要求的麥弗遜獨立懸架。1.7.2研究技術路線（1）根據題目和原始數據查看相關資料，了解當今國內外麥弗遜獨立懸架的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景，撰寫文獻綜述和開題報告。（2）根據產品功能和技術要求提出多種設計方案，對各種方案進行綜合評價，從中選擇較好的方案，再對所選擇的方案做進一步的修改或優(yōu)化，最終確定總體設計方案。（3）具體設計麥弗遜獨立懸架的驅動裝置、工作裝置等。（4）對所設計的機械結構中的重要零件進行校核計算，保證設計的合理性和可行性。；（5）繪制零件圖、裝配圖，完成要求的圖紙量；（6）整理各項設計資料，撰寫論文。第2章懸架系統(tǒng)總體設計方案的確定懸架設計可以大致分為結構型式及主要參數選擇和詳細設計兩個階段，有時還要反復交叉進行。由于懸架的參數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。此次設計是對乘用車麥弗遜前獨立懸架設計。2.1懸架的參數確定在確定零件尺寸之前，需要先確定懸架的空間幾何參數。麥弗遜式懸架的受力圖如圖3-1所示圖2-1麥弗遜式懸架的受力分析根據車輪尺寸，確定G點離地高度為158.3mm，根據車身高度確定C大致高度為700mm，O點距車輪中心平面110mm，減震器安裝角度14°。2.2懸架的彈性工作特性確定2.2.1懸架頻率的選擇對于大多數汽車而言，其懸掛質量分配系數ε=0.8～1.2，因而可以近似地認為ε=1，即前后橋上方車身部分的集中質量的垂直振動是相互獨立的，并用偏頻，表示各自的自由振動頻率，偏頻越小，則汽車的平順性越好。一般對于鋼制彈簧的轎車，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的自然頻率。取n=1.2HZ2.2.2懸架的工作行程 懸架的工作行程由靜撓度與動撓度之和組成。由n(2-1)式中：QUOTEfc—懸架靜撓度得懸架靜撓度：(2-2)則懸架動撓度：=（0.5—0.7）QUOTEfc取=0.5QUOTEfc=0.5×173.6＝86.8mm為了得到良好的平順性，因當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，對于一般轎車而言，懸架總工作行程（靜擾度與動擾度之和）應當不小于160mm。而=173.6+86.8=260.4mm>160mm符合要求2.2.3懸架剛度計算已知：已知整車裝備質量：m=920kg，取簧上質量為870kg；取簧下質量為50kg，則由軸荷分配圖知：空載前軸單輪軸荷取60%：=261kg滿載前軸單輪軸荷取50%：QUOTEm2=（1340+5×60）×55%=懸架導向機構的設計與分析3.1導向機構的布置參數1）側傾中心麥弗遜式獨立懸架的側傾中心由下圖所示方式得出。從懸架與車身的固定連接點E作活塞桿運動方向的垂直并將下橫臂延長。兩條的交點即為極點P。將P點與車輪接地點N的連線交在汽車的軸線上，交點W即為側傾中心。圖3-1麥弗遜式獨立懸架側傾中心的確定麥弗遜式獨立懸架的彈簧減震器軸線EG布置得越接近垂直，下橫臂GD布置得越接近于水平，則側傾中心W就越接近于地面，從而使得在車輪上跳動時車輪外傾角的變化不理想麥弗遜式獨立懸架的側傾中心高度為（3-1）式中（3-2）表3-1輪胎標準規(guī)格級別外徑

mm斷面寬

mm185/65R1485H596mm189設計當滿載時候選取:d=360mm=152β=60σ=50（3-3）根據圖3-4可知α=

σ=50

(3-4)因為彈簧自由高度=260mm，減振器的長度L=300mm所以取C+o=478mm因為輪胎的斷面寬度B=189mm，車寬度=1673mm，所以：==742mm（3-5）根據設計要求滿載時：

K=

=2505.24mm

（3-6）mm（3-7）所以

=84.2mm

(3-8)

滿足在獨立懸架中，前懸架側傾中心高度在0~120mm范圍內。2）側傾軸線在獨立懸架中，汽車前部與后部側傾中心的連線稱為側傾軸線，側傾軸線應大致與地面平行，且盡可能離地高些。平行是為了使得在曲線行駛時前、后軸上的軸荷變化接近相等，從而保證中型轉向特性；而盡可能高則是為了使車身的側傾限制在允許范圍內然而，在前懸架的側傾中心高度收到允許的輪距變化限制，并其盡可能超過150mm.此外，在前輪驅動驅動的汽車中，由于前橋軸荷大，且為驅動橋，故應盡可能是前輪輪荷變化小。3）縱傾中心麥弗遜式獨立懸架縱傾中心，可由E點座減震器運動方向的垂直線。該垂直線與橫臂軸D延長線的交點即為縱傾中心，如下圖所示：圖3-2麥弗遜式懸架的縱傾中心4)抗制動縱傾性抗制動縱傾性可能使制動過程中汽車車頭的下沉量及車尾的抬高量減小。只有在前后懸架的縱傾中心位于兩根車橋（軸）之間時，這一性能方可實現(xiàn)5)抗驅動縱傾性抗驅動縱傾性可減小后輪驅動汽車車尾的下沉量或前輪驅動汽車車頭的抬高量。對于獨立懸架而言，當縱傾中心位置高于驅動橋車輪中心時，這一可能性方可實現(xiàn)。6)懸架橫臂的定位角獨立懸架中的橫臂鉸鏈軸大多空間傾斜布置。3.2導向機構的受力分析分析如圖的麥弗遜式獨立懸架受力簡圖可知：作用在導向套上的橫向力F3，可根據圖上的布置尺寸求得圖3-3麥弗遜式獨立懸架導向機構受力簡圖根據彈簧設計要求以及減震器升級要求，和上面布置要求，確定上面參數：

a=152mmb=357mmc=120mm

d=404mm

（3-9）（3-10）

(3-11)式中，F(xiàn)1為前輪上的靜載荷減去前軸簧下質量的1/2所以

=1726.26N

(3-12)

將彈簧和減震器的軸線相互偏移距離s=6mm,在考慮到彈簧軸向力F6的影響，則作用到套筒上的力將減小，即

(3-13)式中，=4183.42×0.996=4166.69N（3-14）=1638.23N（3-15）增加距離s，有助于減小作用到導向套筒上面的橫向力。3.3軸線布置方式的選擇麥弗遜式獨立懸架的橫臂軸線與主銷后傾角的匹配，影響汽車的縱傾穩(wěn)定性。O點為汽車縱向平面內懸架相對于車身跳動的運動瞬心。當搖臂軸的抗前俯角等于靜平衡位置的主銷后傾角時，橫臂軸線正好與主銷軸線垂直，運動瞬心交于無窮遠處，主銷軸線在懸架跳動時作運動。因此,值保持不變。當與的匹配使運動瞬心交于前輪后方時（圖3-4），在懸架壓縮行程，角有增大的趨勢當與的匹配使運動瞬心交于前輪前方時（圖3-4），在懸架壓縮行程，角有減小的趨勢。為了減小汽車制動時的縱傾，一般希望在懸架壓縮行程主銷后傾角有增加的趨勢，因此，在設計麥弗遜式獨立懸架時，應選擇參數能使運動瞬心交于前輪后方。圖3-4角變化示意圖3.4橫臂長度的確定有圖3-5可以看出，橫臂越長，By曲線越平緩，即車輪跳動時輪距變化越小，有利于提高輪胎壽命。主銷內傾角β、車輪外傾角α和主銷后傾角γ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。因此，在滿足布置要求的前提下，應盡量加長橫臂長度。圖3-5麥弗遜式獨立懸架運動特性3.4螺旋彈簧的設計與計算螺旋彈簧材料的選擇。螺旋彈簧作為彈性元件的一種，具有結構緊湊，制造方便及高的比能容量等特點，在輕型以下汽車的懸架中運用普遍。根據哈飛路寶汽車工作時螺旋彈簧的受力特點和壽命要求（可參考下文的計算分析），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。3.4.1螺旋彈簧的剛度計算由于存在懸架導向機構的關系，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。例如麥弗遜獨立懸架的懸架剛度C的計算方法：選定下擺臂長：EH=284mm；半輪距：B=680mm；減震器布置角度：β=9°，高度430.48mm?？芍獞壹軇偠扰c彈簧剛度的關系如下：可知：C=(uCosδ/PCosβ)Cs（3-16）式中：C—懸架剛度；Cs—彈簧剛度。已知u=1392.9mmp=1565.3mmδ=16°β=24°得：19.36N/mm3.5導向彈簧的受力分析根據懸架系統(tǒng)的裝配圖，對其進行結構分析計算可以得到平衡位置處彈簧所受壓縮力P與車輪載荷N’v的關系式:P=Ay===2890(N)（3-17）式中：-車輪外傾角；-減震器的內傾角-主銷軸線與減震器的夾角。圖3-5彈簧的受力（1）彈簧所受的最大力取動載荷系數k=1.7則彈簧所受的最大力Pdmax為Pdmax=k×p=1.7×2890=(N)圖3-6螺旋彈簧受力（2）車輪到彈簧的力及位移傳動比車輪與路面接觸點和零件連接點間的傳遞比既表明行程不同也表明作用在該二處的力的大小不同。彈簧的剛度Ks與懸架剛度Kx可由傳遞比建立聯(lián)系；利用位移傳遞比ix便可計算出螺旋彈簧的剛度Ks(3-18)其中分數代表懸架的線性剛度。從而，得到如下關系式當球頭支撐B由減震器向車輪移動t值時，根據文獻，懸架的行程傳遞比及力的傳遞比為ix=1/cos(-)=1.005(3-19)iy==1.022(3-20)代入數值可得ix=1.005iy=1.022所以，位移傳遞比iyix為1.027（3）彈簧在最大壓縮力作用下得變形量由于前懸架給定的偏頻f=1.2Hz.可得汽車懸架的線剛度K=(3-21)可得到彈簧的剛度KsKs=Kxiyix=28.43(n.mm)(3-22)進而可得到彈簧在最大壓縮力Pdmax作用下的變形量FF=Pdmax/Ks=172.8(mm)(3-23)所以，彈簧所受最大彈簧力和相應的最大變形為：Pdmax=4913NF=172.8mm3.6減振器的設計與分析減振器的功能是吸收懸架垂直振動的能量，并轉化為熱能耗散掉，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業(yè)作往復運動，于是減震器殼體內的油液反復地從一個內腔通過另一些狹小的孔隙流入另一個內腔。此時，孔與油液見的摩擦力及液體分子內摩擦便行程對振動的阻尼力，使車身和車架的振動能量轉換為熱能，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，因此雖然具有質量小、造價低、易調整等優(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，其兩種主要的結構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75-30MPa，而筒式只有2.5-5MPa。筒式減振器的質量僅為擺臂式的約1/2，并且制造方便，工作壽命長，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構型式包括: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3-7所示。其中A為工作腔，C為補償腔，兩腔之間通過閥系連通，當汽車車輪上下跳動時，帶動活塞1在工作腔A中上下移動，迫使減振器液流過相應閥體上的阻尼孔，將動能轉變?yōu)闊崮芎纳⒌簟＼囕喯蛏咸鴦蛹磻壹軌嚎s時，活塞1向下運動，油液通過閥Ⅱ進入工作腔上腔，但是由于活塞桿9占據了一部分體積，必須有部分油液流經閥Ⅳ進入補償腔C;當車輪向下跳動即懸架伸張時，活塞1向上運動，工作腔A中的壓力升高，油液經閥Ⅰ流入下腔，提供大部分伸張阻尼力，還有一部分油液經過活塞桿與導向座間的縫隙由回流孔6進人補償腔，同樣由于活塞桿所占據的體積，當活塞向上運動時，必定有部分油液經閥Ⅲ流入工作腔下腔。減振器工作過程中產生的熱量靠貯油缸筒3散發(fā)。減振器的工作溫度可高達120攝氏度，有時甚至可達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，但一般在補償腔中油液高度應達到缸筒長度的一半，以防止低溫或減振器傾斜的情況下，在極限伸張位置時空氣經油封7進入補償腔甚至經閥Ⅲ吸入工作腔，造成油液乳化，影響減振器的工作性能。圖3-7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3-5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構和各閥開啟力的選擇。一般而言，當油液流經某一給定的通道時，其壓力損失由兩部分構成。其一為粘性沿程阻力損失，對一般的湍流而言，其數值近似地正比于流速。其二為進入和離開通道時的動能損失，其數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比密度隨溫度的變化顯著，因而在設計閥系時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的關系，若與通道A并聯(lián)一個直徑更/大的通道B，則總的特性將如圖中曲線A+B所示。如果B為一個閥門，則當其逐漸打開時，可獲得曲線A與曲線A+B間的過渡特性。恰當選擇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階段來描述，第一階段為閥完全關閉，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，當減振器活塞相對于缸筒的運動速度達到0.lm/s時閥就開始打開，完全打開則需要運動速度達到數米每秒。圖3-8閥的開啟程度對減振器特性影響示意圖圖3-8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，阻尼力較小，有利于保證平坦路面上的平順性，第三種則在相當寬的振動速度范圍內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。根據汽車的型式、道路條件和使用要求，可以選擇恰當的阻尼力特性。圖3-9典型的減振器特性曲線圖3-10減振器斜置時計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3-10所示為剛性橋非獨立懸架的情況。這時減振器本身的阻尼力與車輪處的阻尼力之間存在差異，當左右車輪同向等幅跳動時，阻尼力的傳遞比，由于角度(見圖3-10)同時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應為車輪處阻尼系數的倍。當車身側傾時，相應的傳遞比，式中B為輪距，b為減振器下固定點的安裝距。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（3-11）所示。其中浮動活塞3將油液和氣體分開并且將缸筒內的容積分成工作腔4和補償腔2兩部分。當車輪下落即懸架伸張時，活塞桿8帶動活塞5下移，壓迫油液經過伸張閥10從工作腔下腔流入上腔。此時，補償腔2中的氣體推動活塞3下移以補償活塞桿抽出造成的容積減小;車輪上跳時，活塞5向上運動，油液通過壓縮閥6由上腔流入下腔，同時浮動活塞向上移動以補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: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，油液不會乳化，保證了小振幅高頻振動時的減振效果;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由于氣體壓力的作用，活塞桿上大約承受190-250N的推出力，當工作溫度為100℃時，這一值會高達450N，因此若與雙筒式減振器換裝，則最好同時換裝不同高度的彈簧。

圖3-11單筒充氣式減振器雙筒充氣式減振器的優(yōu)點有:①在小振幅時閥的響應也比較敏感;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，仍可發(fā)揮減振功。圖3-9為雙筒充氣式減振器用于麥克弗遜懸架時的結構圖1-六方;2-蓋板;3-導向座;4-貯油缸筒;5-補償腔;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（1）相對阻尼系數ψ相對阻尼系數ψ的物理意義是：減震器的阻尼作用在與不同剛度C和不同簧上質量的懸架系統(tǒng)匹配時，會產生不同的阻尼效果。ψ值大，振動能迅速衰減，同時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，將壓縮行程時的相對阻尼系數取小些，伸張行程時的相對阻尼系數取得大些，兩者之間保持=（0.25-0.50）的關系。設計時，先選取與的平均值ψ。相對無摩擦的彈性元件懸架，取ψ=0.25-0.35；對有內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：計算得：=0.4，=0.（2）減震器阻尼系數的確定減震器阻尼系數。因懸架系統(tǒng)固有頻率，所以理論上。實際上，應根據減震器的布置特點確定減震器的阻尼系數。我選擇下圖的安裝形式，則起阻尼系數為：（3-18）圖4-10減震器的布置根據公式，可得出：滿載時計算前懸剛度N/m代入數據得：=6.3HZ，取,按滿載計算有：簧上質量kg，代入數據得減震器的阻尼系數為：（3-19）（3）減震器最大卸荷力的確定為減小傳到車身上的沖擊力，當減震器活塞振動速度達到一定值時，減震器打開卸荷閥。此時的活塞速度稱為卸荷速度，按上圖安裝形式時有：(3-20)式中，為卸荷速度，一般為0.15~0.3m/s，A為車身振幅，?。粸閼壹苷駝庸逃蓄l率。代入數據計算得卸荷速度為：符合在0.15~0.3m/s之間范圍要求。根據伸張行程最大卸荷力公式：可以計算最大卸荷力。式中，c是沖擊載荷系數，取c=1.5；代入數據可得最大卸荷力為：（4）減震器工作缸直徑D的確定根據伸張行程的最大卸荷力計算工作缸直徑D為：(3-21)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。代入計算得工作缸直徑D為：(3-22)減震器的工作缸直徑D有20mm，30mm，40mm，45mm，50mm，65mm，等幾種。選取時按照標準選用，按下表選擇。表3.12減震器的工作缸選擇工作缸直徑D基長L貯油直徑吊環(huán)直徑φ吊環(huán)直徑寬度B活塞行程S3011（120）44（47）2924230、240、250、260、270、2804014（150）543932120、130、140、150、270、2805017（180）70（75）4740120、130、140、150、160、170、180652102106250120、130、140、150、160、170、180、190所以選擇工作缸直徑D=30mm的減震器，對照上表選擇起長度：活塞行程S=240mm，基長L=110mm，則：（壓縮到底的長度）（拉足的長度）取貯油缸直徑=45mm，壁厚取2.6mm。3.7橫向穩(wěn)定桿的設計3.7.1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。當左右懸掛都處于顛簸路面時，兩邊的懸掛同時上下運動，穩(wěn)定桿不發(fā)生扭轉，當車輛在轉彎時，由于外側懸掛承受的力量較大，車身發(fā)生一定得側傾。此時外側懸掛收縮，內測懸掛舒張，那么橫向穩(wěn)定桿就會發(fā)生扭轉，產生一定的彈力，阻止車輛側傾。從而提高車輛行駛穩(wěn)定性。3.7.2橫向穩(wěn)定桿參數的選擇具體尺寸選擇如下：桿的直徑d=22mm，桿長L=1000mm，c=363mm，a=68mm，b=69mm，=156mm，圓角半徑R=23mm。圖3-18橫拉桿第四章三維建模設計與分析CATIA體現(xiàn)了機械設計自動化系列軟件的最新發(fā)展方向，成為提供工業(yè)解決方案的有力工具。它已被廣泛應用于電子，機械、模具、工業(yè)設計、汽車、航空、航天、軍工、紡織、家電、玩具等行業(yè)。CATIA可謂是個全方位的三維產品開發(fā)軟件，集合了零件設計、產品組合、模具開發(fā)、NC加工、鈑金件設計、鑄造設計、造型設計、自動測量、機構仿真、應力分析、產品數據庫管理功能于一體，模塊眾多。4.1三維設計簡介CATIA作為三維造型設計系統(tǒng)，是一套由設計至生產的機械自動化軟件，其功能強大，用途廣泛，是新一代.CAD/CAM系統(tǒng)軟件。它以尺寸驅動、特征建模、全參數設計、單一全關聯(lián)的數據庫、虛擬現(xiàn)實及多數據接口等優(yōu)點改變了傳統(tǒng)的設計觀念，使設計工作直觀化、高效化、精確化和系統(tǒng)化，成為目前機械CAD領域的新標準與傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)僅提供繪圖工具不同，CATIA提供了一套完整的機械產品解決方案，包括工業(yè)設計、機械設計、模具設計、鈑金設計、加工制造、機構分析、有限元分析和產品數據庫管理，甚至包括了產品生命周期，是多項技術的集成產品。CATIA的主要特征有：（1）3D實體模型；（2）單一數據庫；（3）基于特征的參數化實體建模；（4）行為建模技術；（5）機構設計技術；（6）強大的裝配功能；（7）NC加工；（8）二次開發(fā)技術。4.2參數化建模參數化特征造型被公認為是目前幾何造型的發(fā)展趨勢，CATIA實體模型由一些工程特征組合而成，Pro/Feature模塊提供了拉伸、旋轉、掃描、過渡、孔、槽、扭曲、圓角、倒角、抽殼、拔模斜度、自由變形、管道、變截面掃掠和掃描性過渡等眾多的特征和特征構造方法，為用戶提供了設計非常復雜形狀曲面或實體模型的有力工具?；谔卣鞯膮祷煨褪菍祷煨偷乃枷牒吞卣髟煨偷乃枷胗袡C地結合到一起，用尺寸驅動或變量設計的方法定義特征并進行類似的操作，這樣就形成了參數化特征造型。由于特征全部用參數化定義，因此對形狀、尺寸、公差、表面粗糙度等均可隨時修改和更新，最終達到修改設計的目的。參數化方法使設計者在構造幾何模型時可以集中于概念設計和整體設計，充分發(fā)揮創(chuàng)造性，提高設計效率?；谔卣鞯募夹g為設計者提供了符合人們思維習慣的設計環(huán)境，二者有機地結合起來進行實體造型將極大地提高設計效率。在CATIA的環(huán)境中，構建實物實體的方法有很多。選擇一個有效的方法，使建立的特征少，且能有效生成實體；形成的特征有利于后續(xù)特征的建立和修改是非常重要的。所以在設計初，對零件的外型設計要有一個整體規(guī)劃，要清楚自己所做的零件的復雜程度，首先要確定整個零件的基準參考中心和參考面，使后面建立的特（Feature）都是基于該基準建立的，這樣有利于后面特征修改（Modify）和再生成（Regenerate）；其次要確定模型（Model）的所有特征間構建的大致先后順序，把一些小而非重要特征先做，對開始不太明確的、并且需要經常改動變化的特征放到后面建立。這樣就可以在需要修改時改動局部就可以了，既節(jié)省了時間又省去了許多麻煩。4.3有限元分析對于汽車零部件設計而言，由于其結構的特殊性，必須要對其設計的零部件進行受力與強度分析。而CATIA軟件的出現(xiàn)解決了這一難題。本文也是借助CATIA軟件的有限元模塊dui設計的麥弗遜懸架進行分析，結果如下：

結論在畢業(yè)設計過程中，通過對乘用車麥弗遜獨立懸架的導向系統(tǒng)進行的設計工作。本文按照劉惟信編著的《汽車設計》一書詳細研究了麥弗遜懸架的設計方案，提出了比較可行的設計思路，并按照這一思路進行詳細地計算，最終根據計算數據繪制出麥弗遜懸架系統(tǒng)的總裝配圖及其零部件圖。大學的生涯即將到達尾聲，而我最后的畢業(yè)設計則是由我獨立完成，從開題報告、說明書到整個圖紙設計，每一項都是自己認認真真的完成，將是我大學生涯中最好的一份試卷。從這次設計中，我發(fā)現(xiàn)了自己很多不足之處。首先自己對寫說明書沒有一個很好的概念，第一眼看到說明書，感到無從下手，沒有一個清晰的邏輯。直到將大的框架做出來后，自己才有一個清晰的思路去屑。從中我發(fā)現(xiàn)，做任何事情需要提前做好計劃，這樣才不至于事情到眼前了，無從下手，這次事情則給了我很深的一次教訓。同時，在我的設計中我也充分的發(fā)揮主動機能，