【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(jié)構(gòu)不同又有重大 區(qū)別。 當(dāng)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(shè)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(jī)件的壽命。 設(shè)計 的研究內(nèi)容和方法 本 設(shè)計 結(jié)合懸架設(shè)計的知識，應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，進(jìn)行了麥弗遜式懸架的虛擬設(shè)計及優(yōu)化，減少了開發(fā)周期，提高了設(shè)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(shè)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(yīng)、加速度響應(yīng)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(jìn)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(jìn)行受力分析后 ， 建立數(shù)學(xué)模型 ， 然后再用計算機(jī)仿真技術(shù)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(shè)計 3 （ 3） 研究導(dǎo)向機(jī)構(gòu) ， 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(shè)計的方法確定 , 在行駛過程中路況保持不變，很難適應(yīng)各種復(fù)雜路況 ， 減振的效果較差。 本科生畢業(yè)設(shè)計 2 汽車 懸架技術(shù)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 ?；?ADAMS 的虛擬樣機(jī)技術(shù)，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(xué)及動力學(xué)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(xué)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(xué)影響。所得的結(jié)果誤差較大，并且費時費 力。本科生畢業(yè)設(shè)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(xué) （ 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(shè)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(fù)雜的空間機(jī)構(gòu)，這些就給運動學(xué)、動力學(xué)分析帶來較大困難。隨著計算機(jī)技術(shù)的長足進(jìn)步， 虛擬技術(shù)已經(jīng)成為世界汽車開發(fā)設(shè)計的應(yīng)用潮流。 在傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)設(shè)計、試驗、試制過程中必須邊試驗邊改進(jìn)，從設(shè)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(jìn)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(yīng)用最廣泛的懸架系統(tǒng)，通過進(jìn)一步優(yōu)化懸架結(jié)構(gòu)和參數(shù)可以繼續(xù)提升懸架性能。由于半主動懸架結(jié)構(gòu)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(xué)的章一鳴教授進(jìn)行了阻尼可調(diào)節(jié)半主動懸架的研究 ， 林野進(jìn)行了懸架自適應(yīng)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(yīng)控制方面進(jìn)行了研究，執(zhí)行策略 的研究是通過確定性能指標(biāo) ， 然后進(jìn)行控制器的設(shè)定。它是在被動懸架的基礎(chǔ)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(zhuǎn)向和制動時車身保持水平，特點是乘坐非常舒服 ， 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高 ,本科生畢業(yè)設(shè)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(shù)復(fù)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(shè)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(jié)果提出改進(jìn)方案并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，選定比較合適的空間結(jié)構(gòu)參數(shù)和懸架性能參數(shù)，對懸架零件進(jìn)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(dǎo)向裝置與減振器等三種元件和機(jī)構(gòu)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(qiáng)，乘坐舒適，各項指標(biāo)都優(yōu)于 非獨立式懸掛，但該懸本科生畢業(yè)設(shè)計 7 掛結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還會使驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變得復(fù)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(gòu)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(jī)構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機(jī)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(dǎo)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(dǎo)向裝置和減 振 器，結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)變形起到緩沖作用，適用于獨立懸掛使用。 本設(shè)計 也 采用雙筒式雙向 作用 減振器。當(dāng)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(fù)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(dǎo)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(shè)導(dǎo)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(zhuǎn)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(yuǎn)，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(jī)構(gòu)。 簡單地說，麥弗遜懸掛的主要結(jié)構(gòu)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(shè)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(jī)構(gòu)。因此，這種結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)都是由構(gòu)件組成的。構(gòu)件和構(gòu)件是由運動副連接成運動鏈。如圖 所示，表示汽車前懸架機(jī)構(gòu)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(shè)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(dá)為 本科生畢業(yè)設(shè)計 13 0 f? （ ） 式中 cf 的單位為 mm。當(dāng)汽車在 不平的路面上行駛時或當(dāng)車輪受到?jīng)_擊負(fù)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(yīng)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(zhuǎn)向節(jié)的質(zhì)量，此外，還應(yīng)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(dǎo)向機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)向橫拉桿等。 螺旋彈簧的設(shè)計計算 螺旋 彈簧作為彈性元件，由于其結(jié)構(gòu)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(yīng)用相當(dāng)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(dǎo)向機(jī)構(gòu)在大擺動量下仍具有保持車輪定位角的能力，本設(shè)計中小型觀光本科生畢業(yè)設(shè)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(yīng)力，在許用應(yīng)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(shè) 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(shè)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(qiáng)度。 當(dāng)懸架彈簧經(jīng)噴丸處理時，最大載荷剪切應(yīng)力應(yīng)控制在 [ ] ? ? Mpa 以下。 在此選取靜載荷 時應(yīng)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(yīng)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(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計 分析 圖 麥弗遜式懸架結(jié)構(gòu)簡圖 懸架 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)空間位置的 分析 麥弗遜式懸架由橫擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、減振器 和車身構(gòu)成機(jī)構(gòu)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(biāo)參數(shù)表示。 arctan EFYYXX? ?? ?