【文章內(nèi)容簡介】 旋彈簧、減振器。最后，對關(guān)鍵零件進(jìn)行強(qiáng)度校核。 設(shè)計(jì)的擬解決的主要問題 基本內(nèi)容 研究前后懸架組成、結(jié)構(gòu)、原理； 彈性元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,基本參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算；減振器 的基本參數(shù)的選擇、尺寸及強(qiáng)度計(jì)算； 導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算；使各組成部分的設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)以及使局部的設(shè)計(jì)和整體性能相符合的要求。 擬解決的主要問題 懸架類型的選擇；使各組成部分的 設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)以及使局部的設(shè)計(jì)費(fèi)和整體性能的要求；完成裝配圖和主要部分零件圖。 預(yù)期結(jié)果 完成獵豹 CJY6470E 越野車前后懸架設(shè)計(jì)的說明書、前懸架裝配圖及零件圖、后懸架裝配圖。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 懸架結(jié)構(gòu)分析及選擇 懸架的作用 懸架系統(tǒng)就是指由車身與輪胎間的彈簧和避震器組成整個(gè)支持系統(tǒng)。懸架系統(tǒng)應(yīng)有的功能是支持車身，改善乘坐的感覺，不同的懸架設(shè)置會使駕駛者有不同的駕駛感受。外表看似簡單的懸架系統(tǒng)綜合多種作用力，決定著汽車的穩(wěn)定性、舒適性和安全性， 是現(xiàn)代汽車十分關(guān)鍵的部件之一。 圖 懸架圖 懸架是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動、保證乘員的舒適性、減小貨物和車輛本身的動載荷。其主要任務(wù)是傳遞作用在車輪和車架（或車身）之間的一切力和力矩；緩和路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，保證汽車的行駛平順性；保證車輪在路面不平和載荷變化時(shí)有理想的運(yùn)動特性，保證汽車 的操縱穩(wěn)定性，使汽車獲得高速行駛能力。 汽車在不平路面上行駛時(shí)，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(yīng)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，使汽車振動的振幅連續(xù)減小，直至振動停止。 懸架的組成 典型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減震器等組成，個(gè)別結(jié)構(gòu)則還有緩沖塊、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，而現(xiàn)代汽車懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，個(gè)別高級轎車則使用空氣彈簧。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 1—彈性元件； 2—縱向推力桿； 3—減振器； 4—橫向穩(wěn)定器； 5—橫向推力桿 圖 汽車懸架組成示意圖 懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是在不減少汽車上原有 橫向穩(wěn)定桿 和導(dǎo)向臂的功能的前提下，整合橫向穩(wěn)定桿和導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)，以達(dá)到節(jié)省布置空間的同時(shí)減少懸架零件數(shù)量、有效降低整車重量和成本的目的。為此提出一種具有橫向穩(wěn)定作用的汽車導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述橫向穩(wěn)定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由兩根導(dǎo)向臂和一根橫向穩(wěn)定桿構(gòu)成，其中所述橫向穩(wěn)定桿的兩端各固定一根導(dǎo)向臂，形成融為一體的 “Ｕ ”形結(jié)構(gòu)；所述導(dǎo)向臂的遠(yuǎn)離橫向穩(wěn)定桿一端上設(shè)有彈性球鉸。 懸架的減振器 （ 1）充氣式減震器：是 60 年代以 來發(fā)展起來的一種新型減震器。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在缸筒的下部裝有一 個(gè)浮動活塞，在浮動活塞與缸筒一端形成的一個(gè)密閉氣室種充有高壓氮?dú)?。在浮動活塞上裝有大斷面的 O 型密封圈，它把油和氣完全分開。工作活塞上裝有隨其運(yùn)動速度大小而改變通道截面積的壓縮閥和伸張閥。 當(dāng)車輪上下跳動時(shí)，減震器的工作活塞在油液種做往復(fù)運(yùn)動，使工作活塞的上腔和下腔之間產(chǎn)生油壓差，壓力油便推開壓縮閥和伸張閥而來回流動。由于閥對壓力油產(chǎn)生較大的阻尼力，使振動衰減。 （ 2）阻力可調(diào)式減震器：裝有阻力可調(diào)式減震器的汽車的懸架一般用剛度可變的空 氣彈簧作為彈性元件。其原理是，空氣彈簧若氣壓升高，則減震器氣室內(nèi)的壓力也升高，由于壓力的改變而使油液的節(jié)流孔徑發(fā)生改變，從而達(dá)到改變阻尼剛度的目。 （ 3）液壓減震器：汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力減震器。其原理是，當(dāng)車架與車橋做往復(fù)相對運(yùn)動兒活塞在減震器的缸筒內(nèi)往復(fù)移動時(shí)，減震器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 地從內(nèi)腔通過一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)，液體與內(nèi)壁的摩擦及液體分子的內(nèi)摩擦便形成對振動的阻尼力。 減振器是汽車使用過程中的易損配件，減振器工作好壞，將直接影響汽車行駛的平穩(wěn)性和其它機(jī)件的壽命。 懸架的彈性元 件 （ 1）鋼板彈簧：鋼板彈簧是汽車懸架系統(tǒng)里應(yīng)用比較廣泛的彈性元件。它是由諾干塊等寬不等長，有厚也有薄的合金彈簧片組合而成的一根近似等強(qiáng)度的彈性梁，其構(gòu)造如圖，鋼板彈簧第一片也是最長的一片叫做主片，其兩端彎曲成卷耳，內(nèi)裝有由青銅（或塑料，橡膠，粉末冶金）制成的忖套，以便用彈簧銷與固定在車架上的支架或者吊耳作鉸鏈鏈接，鋼板彈簧中部采先介紹鋼板彈簧。鋼板彈簧是汽車懸架系統(tǒng)里應(yīng)用比較廣泛的彈性元件。它是由諾干塊等寬不等長，有厚也有薄的合金彈簧片組合而成的一根近似等強(qiáng)度的彈性梁，其構(gòu)造如圖，鋼板彈簧第一片也是最長的 一片叫做主片，其兩端彎曲成卷耳，內(nèi)裝有由青銅（或塑料，橡膠，粉末冶金）制成的忖套，以便用彈簧銷與固定在車架上的支架或者吊耳作鉸鏈鏈接，鋼板彈簧中部采用 U型螺栓固定車橋上。 （ 2）螺旋彈簧：螺旋彈簧廣泛用于獨(dú)立懸架，特別是前輪獨(dú)立懸架，有的后輪非獨(dú)立懸架中，其彈性元件也用螺旋彈簧。 螺旋彈簧和鋼板彈簧相比有以下優(yōu)勢：無需潤滑，不忌污泥，占空間小，彈簧質(zhì)量小。 螺旋彈簧本身沒有減震功能，因此需要在螺旋彈簧懸架中加裝減震器。而且螺旋彈簧只能承受垂直載荷，所以還必須加裝導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來傳遞垂直力以外的力和力矩。 （ 3）扭桿彈簧：扭桿彈簧本身是一根由彈簧鋼制成的扭桿。一端固定在車架上，一端固定在懸架的擺臂上，擺臂和車輪相連。當(dāng)車輪發(fā)生跳動時(shí)，擺臂便繞著扭桿軸線而擺動，使扭桿產(chǎn)生彈性變形，借以保證車輪和車架之間的彈性連接。扭桿彈簧由鉻釩合金彈簧鋼制成，其表面經(jīng)過加工后很光滑，會在表明涂一層環(huán)氧樹脂，再包一層玻璃纖維布，再涂一層環(huán)氧樹脂，最后涂上瀝青和油漆。扭桿彈簧本身的扭轉(zhuǎn)剛度雖然是常數(shù)，但是由于有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的緣故，可以實(shí)現(xiàn)剛度可變。 扭桿彈簧單位質(zhì)量的蓄能量是鋼板彈簧的 3 倍，比螺旋彈簧也更高。使用扭桿彈簧的懸架質(zhì)量更 輕，結(jié)構(gòu)較簡單，高度也好調(diào)節(jié)，布置方便。 （ 4）氣體彈簧：氣體彈簧是在一個(gè)密封的容器中沖入壓縮氣體（ ~1MPa），利用氣體的可壓縮性來實(shí)現(xiàn)其彈簧作用。這種彈簧的剛度是可以改變的，因?yàn)樽饔迷趶椈缮系妮d荷增加時(shí)，容器內(nèi)的氣體受壓縮，氣壓升高，則彈簧的剛度增大，反之剛 度減小，故它有比較理想的變剛性特性。 氣體彈簧有空氣彈簧和油氣彈簧?？諝鈴椈杀究粕厴I(yè)設(shè)計(jì) 8 又有囊式和膜式之分。 （ 5）囊式氣體彈簧：囊式氣體彈簧由夾有簾線的橡膠氣囊和密閉在內(nèi)的壓縮氣體組成。氣囊內(nèi)層由氣密性性的橡膠制成，外層用耐油橡膠制成。氣囊一般做成如圖 的兩節(jié)，也有單節(jié)和多節(jié)的。節(jié)數(shù)越多，彈性越好。節(jié)與節(jié)之間有鋼制的腰環(huán)圍住，使中間部分不致有徑向擴(kuò)張，防止兩節(jié)直接摩擦。 懸架設(shè)計(jì)要求 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建東系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)在合適的頻段，并盡可能低。前、后懸架固有頻率的匹配應(yīng)合理，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(yīng)采用非線性彈性特性懸架。 要正確地選擇懸架方案和參數(shù)，在車輪上、下跳動時(shí)，使主銷定位角變化不大，車輪運(yùn)動與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動要協(xié)調(diào)，避免前輪擺振；汽車轉(zhuǎn) 向時(shí)，應(yīng)使之稍有不足轉(zhuǎn)向特性。懸架與其車的多種使用性能有關(guān)，為了滿足這些性能，對懸架提出的設(shè)計(jì)要求有： （ 1） 保證汽車有良好的形式平順性。 （ 2） 具有合適的衰減震動的能力。 （ 3） 保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。 （ 4） 汽車制動或加速時(shí)，要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾，轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾角要合適。 （ 5） 有良好的隔聲能力。 （ 6） 結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小。 （ 7） 可靠的傳遞舍身與車輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件質(zhì)量要求的同時(shí)，還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。 懸架的分類及特點(diǎn) 汽車的懸掛系統(tǒng)分為非獨(dú)立懸掛和獨(dú)立懸掛兩種，非獨(dú)立懸掛的車輪裝在一根 整體車軸的兩端，當(dāng)一邊車輪跳動時(shí)，另一側(cè)車輪也相應(yīng)跳動，使整個(gè)車身振動或傾斜；獨(dú)立懸掛的車軸分成兩段，每只車輪由螺旋彈簧獨(dú)立安裝在車架下面，當(dāng)一邊車輪發(fā)生跳動時(shí)，另一邊車輪不受影響，兩邊的車輪可以獨(dú)立運(yùn)動，提高了汽車的平穩(wěn)性和舒適性。 由于現(xiàn)代人對車子乘坐舒適性及操縱安定性的要求愈來愈高，所以非獨(dú)立懸架系統(tǒng)已漸漸被淘汰。而獨(dú)立懸架系統(tǒng)因其車輪觸地性良好、乘坐舒適性及操縱安定性大本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 幅提升、左右兩輪可自由運(yùn)動，輪胎與地面的自由度大，車輛操控性較好等優(yōu)點(diǎn)目前被汽車廠家普遍采用。常見的獨(dú)立懸掛系統(tǒng)有多連桿式懸掛系統(tǒng)、 麥佛遜式懸掛系統(tǒng)、拖曳臂式懸掛系統(tǒng)等等。 非獨(dú)立懸掛系統(tǒng) 非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)車輪由一根整體式車架相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸掛系統(tǒng)懸掛在車架或車身的下面。非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、強(qiáng)度高、保養(yǎng)容易、行車中前輪定位變化小的優(yōu)點(diǎn)，但由于其舒適性及操縱穩(wěn)定性都較差，在現(xiàn)代轎車中基本上已不再使用，多用在貨車和大客車上。 圖 非獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸掛系統(tǒng) 獨(dú)立懸掛系統(tǒng)是每一側(cè)的車輪都是單獨(dú)地通過彈性懸掛系統(tǒng) 懸掛在車架或車身下面的。其優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì)量輕，減少了車身受到的沖擊，并提高了車輪的地面附著力；可用剛度小的較軟彈簧，改善汽車的舒適性；可以使發(fā)動機(jī)位置降低，汽車重心也得到降低，從而提高汽車的行駛穩(wěn)定性；左右車輪單獨(dú)跳動，互不相干，能減小車身的傾斜和震動。不過，獨(dú)立懸掛系統(tǒng)存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、維修不便的缺點(diǎn)?，F(xiàn)代轎車大都是采用獨(dú)立式懸掛系統(tǒng)，按其結(jié)構(gòu)形式的不同，獨(dú)立懸掛系統(tǒng)又可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式、燭式以及麥弗遜式懸掛系統(tǒng)等。 圖 獨(dú)立懸架 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 橫臂式懸掛系統(tǒng) 橫臂式懸掛系統(tǒng)是指車輪在汽車橫向平面內(nèi)擺動的獨(dú)立懸掛系統(tǒng)，按橫臂數(shù)量的多少又分為雙橫臂式和單橫臂式懸掛系統(tǒng) 單橫臂式具有結(jié)構(gòu)簡單，側(cè)傾中心高，有較強(qiáng)的抗側(cè)傾能力的優(yōu)點(diǎn)。但隨著現(xiàn)代汽車速度的提高，側(cè)傾中心過高會引起車輪跳動時(shí)輪距變化大，輪胎磨損加劇，而且在急轉(zhuǎn)彎時(shí)左右車輪垂直力轉(zhuǎn)移過大，導(dǎo)致后輪外傾增大，減少了后輪側(cè)偏剛度，從而產(chǎn)生高速甩尾的嚴(yán)重工況。單橫臂式獨(dú)立懸掛系統(tǒng)多應(yīng)用在后懸掛系統(tǒng)上，但由于不能適應(yīng)高 速行駛的要求，目前應(yīng)用不多。 雙橫臂式獨(dú)立懸掛系統(tǒng)按上下橫臂是否等長，又分為等長雙橫臂式和不等長雙橫臂式兩種懸掛系統(tǒng)。等長雙橫臂式懸掛系統(tǒng)在車輪上下跳動時(shí)，能保持主銷傾角不變，但輪距變化大 (與單橫臂式相類似 )，造成輪胎磨損嚴(yán)重，現(xiàn)已很少用。對于不等長雙橫臂式懸掛系統(tǒng)，只要適當(dāng)選擇、優(yōu)化上下橫臂的長度，并通過合理的布置、就可以使輪距及前輪定位參數(shù)變化均在可接受的限定范圍內(nèi)，保證汽車具有良好的行駛穩(wěn)定性。目前不等長雙橫臂式懸掛系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用在轎車的前后懸掛系統(tǒng)上，部分運(yùn)動型轎車及賽車的后輪也采用這一懸掛 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 圖 雙橫臂獨(dú)立懸架 多連桿式懸掛系統(tǒng) 多連桿式懸掛系統(tǒng)是由 (3—5)根桿件組合起來控制車輪的位置變化的懸掛系統(tǒng)。多連桿式能使車輪繞著與汽車縱軸線成二定角度的軸線內(nèi)擺動，是橫臂式和縱臂式的折衷方案，適當(dāng)?shù)剡x擇擺臂軸線與汽車縱軸線所成的夾角，可不同程度地獲得橫臂式與縱臂式懸掛系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，能滿足不同的使用性能要求。多連桿式懸掛系統(tǒng)的主要優(yōu)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 點(diǎn)是：車輪跳動時(shí)輪距和前束的變化很小，不管汽車是在驅(qū)動、制動狀態(tài)都可以按司機(jī)的意圖進(jìn)行平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向，其不足之處是汽車高速時(shí)有軸擺動現(xiàn)象。 圖 多連桿獨(dú)立懸架 縱臂式懸掛系統(tǒng) 縱臂式獨(dú)立懸掛系統(tǒng)是指車輪在汽車縱向平面內(nèi)擺動的懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，又分為單縱臂式和雙縱臂式兩種形式。單縱臂式懸掛系統(tǒng)當(dāng)車輪上下跳動時(shí)會使主銷后傾角產(chǎn)生較大的變化，因此單縱臂式懸掛系統(tǒng)不用在轉(zhuǎn)向輪上。雙縱臂式懸掛系統(tǒng)的兩個(gè)擺臂一般做成等長的，形成一個(gè)平行四桿結(jié)構(gòu)，這樣，當(dāng)車輪上下跳動時(shí)主銷的后傾角保持不變。雙縱臂式懸掛系統(tǒng)多應(yīng)用在轉(zhuǎn)向輪上。 燭式懸掛系統(tǒng) 燭式懸掛系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是車輪沿著剛性地固定在車架上的主銷軸線上下移動。 燭式懸掛系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)懸掛系統(tǒng)變形時(shí)，主銷的定位角不會發(fā)生變化，僅是輪距、軸距稍有變化，因此特別有利于汽車的轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定和行駛穩(wěn)定。但燭式懸掛系統(tǒng)有一個(gè)大缺點(diǎn)：就是汽車行駛時(shí)的側(cè)向力會全部由套在主銷套筒的主銷承受，致使套筒與主銷間的摩擦阻力加大，磨損也較嚴(yán)重。燭式懸掛系統(tǒng)現(xiàn)已應(yīng)用不多。 麥弗遜式懸掛系統(tǒng) 麥弗遜式懸掛系統(tǒng)的車輪也是沿著主銷滑動的懸掛系統(tǒng)，但與燭式懸掛系統(tǒng)