【正文】 有些轎車的減 振 器是可調(diào)式的，將阻尼分兩級或三級，根據(jù)傳感器信號自動選擇所需要的阻尼級。多數(shù)為壓縮和伸張行程都起作用的雙作 用減 振 器。安裝好后兩端自然向上彎曲。 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在輕型汽車中，也是連接車架 （ 或車身 ） 與車橋 （ 或車輪 ） 的結(jié)構(gòu)，除了傳遞作用力外，還能夠使車架 （ 或車身 ） 隨車輪按照一定的軌跡運(yùn)動。 獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)分有橫臂式 如 圖 （ 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。 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。 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。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。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(yùn)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)。 被動懸架的模型如圖 （ a） 所示，被動懸架的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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?；?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(yùn)動的多體運(yùn)動系統(tǒng)，其運(yùn)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(shí)反映懸架特性及其對汽車行駛動力學(xué)影響。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(yùn)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(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析帶來較大困難。 在傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)設(shè)計、試驗(yàn)、試制過程中必須邊試驗(yàn)邊改進(jìn)，從設(shè)計到試制、試驗(yàn)、定型，產(chǎn)品開發(fā)成本較高，周期長。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。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] 。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(yùn)行狀態(tài)。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。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]。 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。這三部分分別起緩沖，減振和力的傳遞作用。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(dú)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。 本設(shè)計 也 采用雙筒式雙向 作用 減振器。 導(dǎo)向裝置 獨(dú)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。 麥弗遜式懸架是一種單橫臂式獨(dú)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(yùn)動型汽車的后軸，此時稱為查普曼 （ Chapman） 式懸架。 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。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。機(jī)構(gòu)都是由構(gòu)件組成的。如圖 所示，表示汽車前懸架機(jī)構(gòu)圖。 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。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。 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。而實(shí)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。 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。 彈簧的自由高度可由彈簧壓并高度和最大行程決定，即 maxfsHH???。單筒式減振器為防止外物撞擊而產(chǎn)生變形，應(yīng)取 2mm。打開卸荷閥瞬時的減振器活塞速度稱為卸荷速度 v 。 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。 B 點(diǎn)的坐標(biāo)可以通過BO 的空間位置來控制， BO 的空間位置由 BO 的長度 BOl 、下擺臂的水平夾角 ? （ 與本科生畢業(yè)設(shè)計 21 XZ 平面的夾角 ） 和下擺臂橫向平面的夾角 ? （ 與 XY平面的夾角 ） 來確定。 為了方便 計算 ，取 S 點(diǎn)的 3 個坐標(biāo)以及 PS 桿的空間位置作為控制參數(shù)，即 ： SX 、SY 、 SZ 、轉(zhuǎn)向拉桿 PS 的長度 PSl 、轉(zhuǎn)向拉桿的水平夾角 ? （ 與 XZ 平面的夾角 ） 和轉(zhuǎn)向拉桿橫向平面的夾角 ?（ 與 XY平面的夾角 ） 。 本科生畢業(yè)設(shè)計 24 第 4 章 基于 ADAMS/View 麥弗遜懸架建模 機(jī)械也稱機(jī)械系統(tǒng)，它是由可以相對運(yùn)動的剛體通過運(yùn)動副或約束聯(lián)接形成的多剛體系統(tǒng)。目前 ADAMS 軟件在汽車和航天等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 ADAMS 軟件包括 3 個最基本的解題程序模塊： ADAMS/View（ 基本環(huán)境 ） 、ADAMS/Slover（ 求解器 ） 和 ADAMS/Postprocessor（ 后處理 ） 。 ADAMS/Linear（ 系統(tǒng)模態(tài)分析模塊 ） 可以在進(jìn)行系統(tǒng)仿真時將系統(tǒng)的非線性的運(yùn)動學(xué)或動力學(xué)方程進(jìn)行線性化處理，以便快速計算系統(tǒng)的固有頻率、特征向量和狀態(tài)本科生畢業(yè)設(shè)計 26 空間矩陣，更快更全面地了解系統(tǒng)的固有特性。 ADAMS 軟件的優(yōu)點(diǎn) ADAMS 軟件一方面是機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對虛擬樣機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行分析。 設(shè)置工作環(huán)境 在 ADAMS/View 菜單欄中，選擇設(shè)置 （ Setting） 菜單中的 （ Units） 命令，將模型的長度單位、質(zhì)量單位、力的單位、時 間單位、角度單位和頻率單位分別設(shè)置為毫米、千克、牛頓、秒、度和赫茲 （ 如圖 所示 ） 。 本科生畢業(yè)設(shè)計 29 圖 懸架模型圖 創(chuàng)建測試平臺 點(diǎn)擊 ADAMS/View 中零件庫的點(diǎn) （ Point） ，選擇 “Add to Ground”和 “Don’t Attach”，在 （ ， 40， ） 處建一個點(diǎn)，并以該點(diǎn)為對角點(diǎn)建立一個立方體 ,構(gòu)成 測試平臺。但是，在優(yōu)化設(shè)計中自由變量太少，將減少設(shè)計的自由度，而所得到的優(yōu)化結(jié)果無法達(dá)到要求的精度。 在 本模型中，由于主要研究的車輪跳動過程中懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的合理性， 研究其中出現(xiàn)的控制參數(shù)，并且考慮初始值的選取，設(shè)計 13 個設(shè)計變量 ： O 點(diǎn)的 X 坐標(biāo)、 O 點(diǎn)的 Y坐標(biāo)、 D 點(diǎn)的 Y坐標(biāo)、下擺臂的長度、下擺臂的水平夾角、下擺臂橫向平面傾角、DE 和 YZ 平面的夾角、 S 點(diǎn)的 X 坐標(biāo)、 S 點(diǎn)的 Y 坐標(biāo)、 S 點(diǎn)的 Z 坐標(biāo)、轉(zhuǎn)向拉桿的長度、 轉(zhuǎn)向拉桿的水平夾角、轉(zhuǎn)向拉桿橫向平面傾角，這 13 個變量都會設(shè)置各自的變化范圍，在后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計中需要進(jìn)行調(diào)整 ； 另外創(chuàng)建 8 個設(shè)計變量作為初始值 ： 主銷本科生畢業(yè)設(shè)計 31 內(nèi)傾角、主銷后傾角、前輪外傾角、前輪前束角、前輪輪距、車輪半徑、車輪寬度、彈簧剛度，其中的 4 個定位角可以在優(yōu)化設(shè)計中作適度的調(diào)整。具體的連接副類型及位置如表 所示。 在 ADAMS/View 菜單欄中，選擇設(shè)置 （ Setting） 菜單中的 （ Gravity） 命令，將重力方向設(shè)置為沿 Y 軸負(fù)方向，大小為 （ 如圖 所示 ） 。在產(chǎn)品的開發(fā)過程中，工程師通過應(yīng)用 ADAMS 軟件會收到明顯效果： 本科生畢業(yè)設(shè)計 27 （ 1） 分析時間由數(shù)月減少為數(shù)天 ； （ 2） 降低工程制造和測試費(fèi)用 ； （ 3） 在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計錯誤 ，完善設(shè)計方案 ； （ 4） 在產(chǎn)品開發(fā)過程中，減少所需的物理樣機(jī)數(shù)量 ； （ 5） 進(jìn)行物理樣機(jī)測試有危險、費(fèi)時和成本高 ，可利用虛擬樣機(jī)進(jìn)行仿真分析 ； （ 6） 縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期 。利用它與 ANSYS、 MSC/NASTRAN 、 ABAQUS、 IDEAS 等軟件的接口，可以方便地考慮零部件的彈性特性，建立多體動力學(xué)模型，以提高系統(tǒng)的仿真精 度。下面介紹一下 ADAMS 軟件的基本模塊。該模型可以是在ADAMS 軟件中直接建造的簡化幾 何模型，也可以是從其他 CAD 軟件中轉(zhuǎn)過來的造型逼真的幾何模型；然后，在幾何模型上施加力和力矩及運(yùn)動激勵；最后執(zhí)行一組與實(shí)際狀況十分接近的運(yùn)動仿真測試，得到實(shí)際機(jī)械系統(tǒng)工作過程的運(yùn)動仿真。本章將應(yīng)用 ADAMS 軟件，建立 計算汽車前懸架模型。 ２、 接頭 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，接頭有軸銷式接頭和球銷式接頭兩種。 由空間幾何運(yùn)算，容易計算 出 B 點(diǎn)的坐標(biāo)為 ： 22[ ] [ , , ] [ 1 s i n s i n , s i n , s i n ]TTB B B O B O O B O B OB X Y Z X l Y l l? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? （ ） 再根據(jù) 式 （ ） 和 （ ） 反求出 ： ? ?[ ] [ , , ] [ t a n , , ( ) t a n ]D D D B D B D B D BD X Y Z X Y Y Y Z Y Y??? ? ? ? ? ? （ ） B、 O、 D 點(diǎn)的坐標(biāo)就是通過上面提供的 6 個變量來表示的。 a r c t a nDBDBXXYY? ?? ? （ ） 主銷后傾角 ? 為主銷中心線 BD 與 XY平面的夾角。 式 中 ： []p —— 缸內(nèi)最大容許壓力，取 2[ ] 4 /p N mm? ； ep —— 為最大卸荷力 （ 伸張過程 ） ， esp rv? ； sr —— 為伸張阻力系數(shù) ， KN/ms1； ? —— 為缸筒直徑與連桿直徑之比，取 ?? 。 為了能以最少產(chǎn)品型號滿足各類汽車的需要，我國己制訂了汽車筒式減振器標(biāo)準(zhǔn)，由專業(yè)廠進(jìn)行系列化生產(chǎn)。 因此 彈簧 自由高度 m a x 6 0 2 0 5 5 2 7 0fsHH ??? ? ? ? ? ? ?mm。由于采用橡膠緩沖塊等故可防止過載，靜載荷時把應(yīng)力控制在 600 Mpa 以下為好。但是，在這些計算公式中，預(yù)先決定許用應(yīng)力、彈簧鋼度，然后定出 d、 D 值中的一個，再求出另一個是相當(dāng)費(fèi)事