【正文】 a） 、縱臂式 如 圖 （ b） 、燭式 如 圖 （ c） 、麥弗遜式 如 圖 （ d） 等多種，其中燭式和麥弗遜式形狀相似，兩者都是將螺旋彈簧與減 振 器組合在一起，但因結構不同又有重大 區(qū)別。 當汽車行駛在左右傾斜的凸凹面上時，非獨立懸架車輛的車體發(fā)生明顯的傾斜，而且由于非懸掛質(zhì)量較重，懸架的緩沖性能較差，行駛時汽車振動、沖擊較大，該懸掛一般多用于載重汽車、普通客車和一些其他車輛上。 本科生畢業(yè)設計 6 第 2 章 麥弗遜懸架 的 概述 懸架 的 作用 和組成分類 汽車懸架是汽車重要的組成部分，它是連接車輪與車架的彈性傳力裝置，不僅承受作用在車輪和車體之間的力，還可以吸收與緩和汽車在不平的路面上行駛時，所產(chǎn)生的振動和沖擊，從而提高乘坐的舒適性，延長機件的壽命。 設計 的研究內(nèi)容和方法 本 設計 結合懸架設計的知識，應用虛擬樣機技術，進行了麥弗遜式懸架的虛擬設計及優(yōu)化，減少了開發(fā)周期，提高了設計效率。 我國對半主動和主動懸架的研究方面起步較晚 ， 與國外的差距大。 1982年，瑞典的 Volvo公司在 Volvo740轎車上安裝了 Lotus全主動懸架；三菱汽車公司也生產(chǎn)了能調(diào)節(jié)車身高度和改變阻尼的全主動懸架系統(tǒng)；日產(chǎn)汽車公司獨立開發(fā)了液壓全主動懸架系統(tǒng)。主動懸架的概念是 1954年美國通用汽車公司在懸架設計中率先提出的 ， 主動懸架的模型如圖 （ c） 所示。在國外 ，改變減振液粘性的方法主要有電流變液體和磁流變液體兩種。工作原理是根據(jù)彈簧上質(zhì)量相對車輪的速度響應、加速度響應等反饋信 號 ， 按照一定的控制規(guī)律調(diào)節(jié)彈簧的阻尼力或者剛度，半主動懸架產(chǎn)生力的方式與被動懸架相似 ，但其阻尼或剛度系數(shù)可根據(jù)運行狀態(tài)調(diào)節(jié) ， 這和主動懸架極為相似，有級式半主動懸架是將阻尼分成幾級 ， 阻尼級由駕駛員根據(jù) “ 路感 ” 選擇或由傳感器信號自動選擇，無級式半主動懸架根據(jù)汽車行駛的路面條件和行駛狀態(tài) ， 對懸架的阻尼在幾毫秒內(nèi)由最小到最大進行無級調(diào)節(jié)。 被動懸架性能的研究主要集中在三個方面 （ 1） 通過對汽車進行受力分析后 ， 建立數(shù)學模型 ， 然后再用計算機仿真技術或有限元法尋找懸架的最優(yōu)參數(shù)； （ 2） 研究可變剛 度 彈簧和可變阻尼的減振器 ， 使懸架在絕大部分路況上保持良好的運行狀態(tài)； 本科生畢業(yè)設計 3 （ 3） 研究導向機構 ， 使汽車懸架在滿足平順性的前提下 ， 穩(wěn)定性有大的提高 。 被動懸架的模型如圖 （ a） 所示，被動懸架的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗或優(yōu)化設計的方法確定 , 在行駛過程中路況保持不變，很難適應各種復雜路況 ， 減振的效果較差。 本科生畢業(yè)設計 2 汽車 懸架技術研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 m 1— 簧下質(zhì)量 m 2— 車身質(zhì)量 k k2— 隔振彈簧 c— 阻尼器 u— 動作 器 l— 輪胎 圖 三種懸架的模型圖 完美是人類永恒的追求 。基于 ADAMS 的虛擬樣機技術，可把懸架視 為是由多個相互連接、彼此能夠相對運動的多體運動系統(tǒng)，其運動學及動力學仿真比以往通常用兒個自由度的質(zhì)量一阻尼剛體 （ 振動 ） 數(shù)學模型計算描述更加真實反映懸架特性及其對汽車行駛動力學影響。所得的結果誤差較大，并且費時費 力。本科生畢業(yè)設計 1 第 1 章 緒 論 課題的研究目的和意義 汽車懸架系統(tǒng)對整車行駛動力學 （ 如操縱穩(wěn)定性、行駛平順性等 ） 有舉足輕重的影響，是汽車總布置設計、運動校核的重要內(nèi)容之一，由于汽車懸架系統(tǒng)是比較復雜的空間機構，這些就給運動學、動力學分析帶來較大困難。隨著計算機技術的長足進步， 虛擬技術已經(jīng)成為世界汽車開發(fā)設計的應用潮流。 在傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)設計、試驗、試制過程中必須邊試驗邊改進，從設計到試制、試驗、定型，產(chǎn)品開發(fā)成本較高，周期長。 在馬車出現(xiàn)的時候 , 為了乘坐更舒適 , 人類就開始對馬車的懸架（葉片彈簧）進行孜孜不倦的探索。為了克服這種缺陷 ， 采用了非線性剛度彈簧和車身高度調(diào)節(jié)的方法 ， 該方法雖然有一定成效 ， 但無法根除被動懸架的弊端。 被動懸架在一定的時間內(nèi)仍將是應用最廣泛的懸架系統(tǒng)，通過進一步優(yōu)化懸架結構和參數(shù)可以繼續(xù)提升懸架性能。由于半主動懸架結構簡單 ， 工作時不需要消耗車輛的動力 ，而且可取得與主動懸架相近的性能 ， 具有很好的發(fā)展前景 [3] 。北京理工大學的章一鳴教授進行了阻尼可調(diào)節(jié)半主動懸架的研究 ， 林野進行了懸架自適應調(diào)節(jié)的控制決策研究 ， 哈工大的陳卓如教授對車輛的自適應控制方面進行了研究，執(zhí)行策略 的研究是通過確定性能指標 ， 然后進行控制器的設定。它是在被動懸架的基礎上 ， 增加可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的控制裝置 ， 使汽車懸架在任何路面上保持最佳的運行狀態(tài)。裝置主動懸架的汽車 ， 即使在不良路面高速行駛時 ， 車身非常平穩(wěn) ， 輪胎的噪音小 ， 轉向和制動時車身保持水平，特點是乘坐非常舒服 ， 但結構復雜、能耗高 ,本科生畢業(yè)設計 4 成本昂貴 ， 可靠性存在問題 [3]。同時由于半主動和主動懸架技術復雜、生產(chǎn)成本高等原因 ， 我國的絕大部分汽車采用被動懸架。在懸架設計中，基于 ADAMS 平臺參數(shù)化的特性生成懸架的仿真模型，依據(jù)仿真結果提出改進方案并進行優(yōu)化設計，選定比較合適的空間結構參數(shù)和懸架性能參數(shù)，對懸架零件進行 選取和 模型建立 最后完成懸架的裝配。懸架由彈性元件，導向裝置與減振器等三種元件和機構組 成 [5]。 ( a ) ( b )( c ) ( d ) 圖 四種基本類型的獨立懸架示意圖 獨立式懸架 汽車的每個車輪單獨通過一套懸掛安裝于車身或者車橋上，車橋采用斷開式，中間一段固定于車架或車身上；此種懸掛兩邊車輪受沖擊時互不影響，而且由于非懸掛質(zhì)量較輕，緩沖與減 振 能力 很強，乘坐舒適，各項指標都優(yōu)于 非獨立式懸掛，但該懸本科生畢業(yè)設計 7 掛結構復雜，而且還會使驅(qū)動橋、轉向系統(tǒng)變得復雜起來。 燭式采用車輪沿主銷軸方向移動的懸架形式，形狀似燭形南而得名。這種懸架構造簡單，布置緊湊，前輪定位變化小，具有良好的行駛穩(wěn)定性。這三部分分別起緩沖，減振和力的傳遞作用。減振器指 液力減振器，是為了加速衰減車身的振動，它是懸架機構中最精密和復雜的機械件。鋼板彈簧除具有緩沖作用外，還有一定的減 振 作用，縱向布置時還具有導向傳力的作用，非獨立懸掛大多采用鋼板彈簧做彈性元件，可省去導向裝置和減 振 器，結構簡單。 （ 4） 扭桿彈簧 將用彈簧桿做成的扭桿一端固定于車架，另一端通過擺臂與車輪相連，利用車輪跳動時的扭轉變形起到緩沖作用，適用于獨立懸掛使用。 本設計 也 采用雙筒式雙向 作用 減振器。當車架與車軸相對運動時，減 振 器內(nèi)的油液會通過一些窄小的孔、縫等通道反復地從一個腔室流向另一個腔室，這時孔壁與油液間的摩擦形成了對車身振動的阻力，這種阻力工程上稱為阻尼力。 導向裝置 獨立懸 架 上的彈性元件，大多吸能傳遞垂直載荷而不能傳遞縱向力和橫向力，必須另設導向裝置，如上、下擺臂和縱向、橫向穩(wěn)定器等。麥弗遜式懸架首先于 1950 年在福特汽車公司的車型上采用，從此以后，麥弗遜式懸架以其節(jié)約空間和成本較低成為最為流行的汽車獨立懸架系統(tǒng)之一。 麥弗遜式懸架是一種單橫臂式獨立懸架，它將減振器作為懸架桿系的一部分加以利用，并將兼作轉向主銷用的滑柱和擺臂組裝在一起，主要用于中型以下的轎車上，也用于運動型汽車的后軸，此時稱為查普曼 （ Chapman） 式懸架。各個支撐點相互之間的距離較遠，從而因制造誤差而引起的車輪外傾角和主銷后傾角的變化也較小，因此不需要特別的調(diào)整機構。 簡單地說，麥弗遜懸掛的主要結構即是由螺旋彈簧加減振器組成，減振器可以避免螺旋彈簧受力時向前、后、左、右偏移的現(xiàn)象，限制彈簧只能作上下方向的振動，并可以用減振器的行程長短及松緊，來設定懸掛的軟硬及性能。 輕型轎車中的麥弗遜式懸架是典型的空間機構。因此，這種結構形式較其余懸架在一定的程度上減少了滑動摩擦。因此 ，這種懸架在變形時，使得主銷的定位角和輪距都有些變化。機構都是由構件組成的。構件和構件是由運動副連接成運動鏈。如圖 所示，表示汽車前懸架機構圖。汽車行駛時振動越劇烈，則平順性越差。 汽車懸架與其簧上質(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。 一般 乘用 車的固有頻率 0f 在 1~ 之間，本設計取 0 ? Hz，由式 （ ）得 懸架的鋼度為 2 20( 2 ) ( 2 3 . 1 4 1 . 3 5 ) 1 6 3 7 1 1 . 9 99810ss fGC g? ? ? ?? ? ?N/mm 由于懸架靜撓度 /c s sf m g C? ，因此式 （ ） 又可表達為 本科生畢業(yè)設計 13 0 f? （ ） 式中 cf 的單位為 mm。當汽車在 不平的路面上行駛時或當車輪受到?jīng)_擊負荷時，為了衰減車身的自由振動和抑制車身、車輪的共振，以減小車身的垂直加速度和車輪的振幅，懸架系統(tǒng)應具有合適的阻尼。非簧載質(zhì)量即為非懸掛質(zhì)量，例 如車輪和轉向節(jié)的質(zhì)量，此外，還應包 括車輪和車身或車橋之間各連接件質(zhì)量的一半，比如導向機構的擺臂、 彈簧 （ 固定在車架上的扭桿彈簧除外 ） 、減振器、橫向推力桿、轉向橫拉桿等。 螺旋彈簧的設計計算 螺旋 彈簧作為彈性元件，由于其結構簡單、制造方便及有高的比能容量，因此在現(xiàn)代輕型以下汽車的懸架中應用相當普遍，特別是在轎車中，由于要求良好的乘用舒適性和懸架導向機構在大擺動量下仍具有保持車輪定位角的能力，本設計中小型觀光本科生畢業(yè)設計 14 旅游車選用螺旋彈簧作為其彈性元件。 （ 3） 固有頻率公式 0 1 1 12 2 2k k g gf mP? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ ） 式中： 0f —— 懸掛質(zhì)量的固有頻率 ， Hz； g —— 重力加速度 ， 9800mm/s2。而實際上是先決定許用應力，在許用應力的范圍內(nèi)尋求 d、 D值。 S=2KC （ ） AS P??? （ ） 將 C 作為待求的量，改變上式得彈簧指數(shù) 計算公式 0 . 2 5 [ ( 0 . 7 3 ) ( 8 . 1 9 ) 1 . 2 7 ]C S S S? ? ? ? ? （ ） 由 公式 （ ） 變形 得 4333888 ( )G d G d G dk DnD nCn d? ? ? （ ） 設 0k 為每一圈彈簧的鋼度，則 0 38dGk k n C? ? ? （ ） 取 G=83000Mpa，則 本科生畢業(yè)設計 16 30 1000 /k k n d C? ? ? （ ） 螺旋 彈簧的計算 由于彈簧需要承受的沖擊載荷較大，因此需要彈簧有較高的強度。 當懸架彈簧經(jīng)噴丸處理時，最大載荷剪切應力應控制在 [ ] ? ? Mpa 以下。 在此選取靜載荷 時應力 580?? Mpa。 彈簧的自由高度可由彈簧壓并高度和最大行程決定，即 maxfsHH???。 長徑比 0 270 4 .5 5 .360HD? ? ? ? ?， 不失穩(wěn) （ 合格 ） 。單筒式減振器為防止外物撞擊而產(chǎn)生變形，應取 2mm。 所計算得到的工作缸徑，要在系列尺寸中找出相近的缸徑作為最后確定尺寸。打開卸荷閥瞬時的減振器活塞速度稱為卸荷速度 v 。 懸架導向機構設計 分析 圖 麥弗遜式懸架結構簡圖 懸架 導向機構空間位置的 分析 麥弗遜式懸架由橫擺臂、轉向節(jié)、減振器 和車身構成機構組成部分。 前輪定位參數(shù)的計算 在麥弗遜式懸架模型中，主銷內(nèi)傾角 ? 、主銷后傾角 ? 、前輪外傾角 ? 、前輪前束角 ? 可以由以下的坐標參數(shù)表示。 arctan EFYYXX? ?? ?