【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)的最大變形為： Pdmax=5420N F=258mm 根據(jù)已求得的彈簧所受的最大力和相應(yīng)的變形進(jìn)行彈簧的設(shè)計。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 根據(jù)其工作條件已經(jīng)選擇簧絲材料 60Si2MnA。材料的性能參數(shù)如表 表 60Si2MnA 性能參數(shù) 許用切應(yīng)力 []σ 48 2gKf/mm 許用剪應(yīng)力 []σ 100 2gKf/mm 剪切模量 G 8000 2gKf/mm 彈性模量 E 20200 MP 強(qiáng)度范圍 4550 HRC ： 旋繞比（彈簧指數(shù)）影響著彈簧的加工工藝，當(dāng)旋繞比過小時將給彈簧的制造帶來困難。一般的選擇范圍是 C=4~8,這里初選旋繞比 C=8。 3. 計算鋼絲直徑 d 曲率系數(shù) K==+?? （ ） d][≥= 選 d= D2選擇 D2=C*d=8*＝ 84mm 選 D2=90mm n選擇 n=()?= （ ） 選 n=6圈 兩端均選 ，則彈簧總?cè)?shù)為： n1=n+n2=6+= 6 .彈簧的工作極限變形 F ≤==（ ） 工作極限載荷： 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 P ≤=（ ） 節(jié)距 t t=d+F/n+=++=mm 自由高度 H0 H0=nt+ =+= 選 H0=370mm 螺旋角α： 176。=== 外徑 D： D=D2+d=90+= 進(jìn)而需將原有彈簧座的尺寸作相應(yīng)的改變（實(shí)際尺寸根據(jù)彈簧的外徑尺寸而定）。 內(nèi)徑 D1： D1=D2d== 上述對螺旋彈簧的計算的結(jié)果如下表 表 螺旋彈簧的參數(shù) 自由高度 H0 370mm 彈簧圈數(shù) n 螺旋角 α 內(nèi)徑 D1 外徑 D 節(jié)距 t 在 AUTOCAD軟件環(huán)境下繪制螺旋彈簧的工程圖（如圖 ）所示。為了改善彈簧在安裝后的受力狀況，螺旋彈簧的兩端需作端平處理，在裝配時此處的配合精度選為七級精度，又因?yàn)閺椈傻耐鈴綖?，根據(jù)文獻(xiàn) [18]，粗糙度值選為 。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 圖 螺旋彈簧的零件圖 進(jìn)而可根 據(jù)螺旋彈簧二維圖在 UG軟件的三維建模環(huán)境下建立零件的三維模型如圖 2.所示。 圖 基于 UG軟件的螺旋彈簧三維零件圖 汽車在高速行駛時，車身會產(chǎn)生很大的橫向傾斜和橫向角振動。因此，懸架湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 中需添設(shè)橫向穩(wěn)定桿 [9。采用橫向穩(wěn)定桿除了可減輕車身傾斜外，還會影響汽車的操縱穩(wěn)定性。主要包括以下兩點(diǎn) [1： 10]?1] （ 1）前懸架中采用較硬的橫向穩(wěn)定桿有助于汽車的不足轉(zhuǎn)向性，并能改善汽車的蛇形行駛性能； （ 2）增大后懸架的穩(wěn)定性，會使前輪驅(qū)動汽車具有中性轉(zhuǎn)向性能，使后輪驅(qū)動車具有更大的過度轉(zhuǎn)向性。 夏利轎車采用的前置前驅(qū)（ FF）方案，因此汽車總布置對空間的要求比較嚴(yán)格，可利用的空間不大?；谶@樣的布置要求和使用條件，這里選用 Ⅱ 型穩(wěn)定器（圖 夏利汽車橫向穩(wěn)定桿的三維圖）。 確定橫向穩(wěn)定桿桿徑 d0的公式如下： 32230052743(22)332ssCedklllllEGπ=++ （ ） 其中： Cs=。 E=196Gpa。 G=80Gpa。 k—— 對于圓截面桿段，所采用的修正系數(shù)； l0 =523mm。 l2=363mm。 l4=200mm。 l5=210mm。 l7=500mm。 ls=1145mm. 各參數(shù)的含義如圖 ，其數(shù)值可參考橫向穩(wěn)定桿的零件圖。 ，選擇整數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 穩(wěn)定 工程圖（如圖 ）所示。為了使橫 向穩(wěn) 桿的形狀應(yīng)由它的空間布置要求來定。 在 AUTOCAD軟件環(huán)境下繪制螺旋彈簧的 定桿在拐角處的半徑值不至于過小，此處取最小半徑 R＝ 18mm。 三維模型如圖 。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 夏利轎車的工作工況一般為城市道路工況，總體來說，它所行駛的路面較為平緩。懸架的減振器在這樣的路面上工作時，振動的幅值不大，但頻率較高。所以，在此設(shè)計方案中選用液力式減振器如圖 。使用液力減振器后，當(dāng)車架與車橋作往復(fù)相對運(yùn)動時，減振器能夠通過內(nèi)部粘性油液的流動，將車身和車架的振動能量轉(zhuǎn)化為熱能，最終散到大氣中，從而達(dá)到使振動迅速衰減的目的。 圖 夏利轎車減振器的三維模型圖 能參數(shù)的選擇 減振器的主要性能參數(shù)主要有兩個：相對阻尼系數(shù) ?和阻尼系數(shù)δ。它們決定了減振器的阻力 — 位移特性和阻力 — 速度特性 [8。 ] ?的選擇 在選擇相對阻尼系數(shù)時，應(yīng)考慮到：取得大雖然能使振動迅速衰減，但會把較大的不平路面的沖擊力傳到車身；另一方面，取得過小又會使振動衰減慢，不利于行駛平順性。由前面的計算得知螺旋彈簧的剛度為 21N/m、汽車懸架的偏頻為 ，為了使減振器和螺旋彈簧有較好的匹配關(guān)系，在考慮型車設(shè)計要求的湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 情況下，本車的相對阻 尼系數(shù)擬選為： ?=，這樣能夠讓懸架發(fā)揮其較佳的性能。 減振器的阻尼系數(shù)不僅與非簧載質(zhì)量和懸架剛度有關(guān)，還與相對阻尼系數(shù)有關(guān)。 δ =2?xMK （ ） 夏利轎車中減振器安裝在懸架中與垂直線成 的 夾角，則此時的阻尼系數(shù)應(yīng)根據(jù)減震器的布置特點(diǎn)確定： 05 2222cossmwnaψδα= （ ） == 式中： w—— 杠桿比 ,i=n/a； N—— 為下橫臂的長度 α —— 減振器安裝角。 0F 為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動速度達(dá)到一定值時，減振器打開卸荷閥。此時的活塞速度稱為卸荷速度 xv cos/xvAwaα= （ ） 式中， xv 為卸荷速度一般為 － ， A為車身振幅，取 40mm； w為懸架振動固有頻率。由懸架結(jié)構(gòu)總體布置方案知 a＝ 201mm n=212mm 177。 所以， cos/xvAwaα= ＝ 400cos5＝ m/s 取伸張行程的阻尼系數(shù) sδ==2054=，在伸張行程的最大卸荷力 310 0ssFδ=＝ ＝ （ N） （ ） 310湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 D的確定 根據(jù)伸張行程的最大卸荷力計算工作缸直徑 D為： 0F []()0241FDpπλ=? （ ） ()==? 式中， []p最大允許壓力，取 3Map； λ為連桿直徑與缸筒直徑之比，取λ＝ 根據(jù)求得的工作缸直徑，查 汽車筒式減振器的有關(guān)國標(biāo) (JB1459— 85)，就可以就近選用一個標(biāo)準(zhǔn)尺寸。這里我們選用的工作缸直徑 D=25mm。 一般 Dc=(~)D=，壁厚取 2mm，材料選用 20號鋼。 上述的計算結(jié)果如表 ，減振器的裝配簡圖如圖 表 減振器的參數(shù) 阻尼系數(shù)δ 2054 最大允許壓力 []p 3MP 工作缸直徑 D 25mm 儲油筒直徑 Dc 連桿與缸筒直徑之比λ 壁厚 2mm 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 圖 夏歷轎車減振器結(jié)構(gòu)簡圖 鑒于減振器對污染、磨損等的敏感性，在繪制裝配圖時是根據(jù)減振器的使用條件的要求注明了技術(shù)要求（可參考減振器的零件圖），零件配合處的粗糙度 Ra值選為。 在夏利汽車的前懸中，因結(jié)構(gòu)的限制，導(dǎo)向臂和轉(zhuǎn)向拉桿間的轉(zhuǎn)角被限制在 177。范圍內(nèi)。如果懸架行程增大，這些角度將可能超出規(guī)定值，此時，零件會因?yàn)闆_擊而發(fā)出噪聲，鉸接的銷軸也將承受彎曲載荷，具有斷裂的危險。因此，懸架中要設(shè)置彈簧限位緩沖塊。 013 夏利汽車前懸的垂直剛度為 ，這就意味著懸架被設(shè)計得非常軟，當(dāng)然，這樣有利于提高汽車的平順性和舒適性，但同時卻增加了螺旋彈簧達(dá)到壓縮極限的可能性。因此，為了解決這種矛盾，就需要選擇合適的緩沖塊阻尼。根據(jù)約森 賴姆佩爾 .著的《懸架元件及底盤力學(xué)》，在此夏利轎車前懸的設(shè)計中，選擇緩沖快的阻尼為 1100。 另外，轎車內(nèi)噪音水平跟懸架系統(tǒng)零件的共振頻率和路面噪音的頻率有關(guān)。選用夏利轎車用緩沖塊的工作頻率為 60Hz左右，這樣離路面噪音的頻率（ 15～ 20Hz)較遠(yuǎn)，這樣可以顯著減少轎車內(nèi)的噪音，為車內(nèi)提供更 加安靜的環(huán)境。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 3 麥弗遜式懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的仿真與優(yōu)化 以上的分析中已經(jīng)給出夏利轎車前懸的結(jié)構(gòu)形式，即麥弗遜式獨(dú)立懸架。其運(yùn)動特性關(guān)系到整車的操縱穩(wěn)定性、舒適性、轉(zhuǎn)向輕便性等性能 。因此 ,對其運(yùn)動情況進(jìn)行精確分析可提高系統(tǒng)設(shè)計水平 ,進(jìn)而改善整車性能 。 當(dāng)車輪受到路面的作用力而上下跳動時，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)也將隨之上下跳動。在此過程中將不可避免的引起輪距、主銷傾角、側(cè)傾中心和縱傾中心等車輪定位參數(shù)的變化。因此，在夏利轎車的設(shè)計時應(yīng)重點(diǎn)注意以下幾點(diǎn) 要求 [1： 3] （ 1）形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和側(cè)傾軸線和縱傾中心； （ 2）保證車輪定位參數(shù)以及車輪跳動時的變化滿足要求； 本章限于篇幅和設(shè)計任務(wù)的要求重點(diǎn)討論懸架工作時（上下跳動時）車輪定位角的變化及對整車性能的影響。 3. 2 麥弗遜式懸架系統(tǒng)物理模型的建立 在建立懸架系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型之前首先需要建立懸架系統(tǒng)的物理模型，通過將 圖 懸架的實(shí)體模型（圖 ）抽象為物理模型，我們可以很直觀的了解懸架系統(tǒng)在工作過程中各構(gòu)件的運(yùn)動情況和各關(guān)鍵點(diǎn)之間 的相對位置關(guān)系。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 頁 圖 夏利轎車前懸架的運(yùn)動學(xué)模型 如圖 所示， L為懸架下擺臂軸線在空間中的抽象， A1B1為下擺臂， EF為轉(zhuǎn)向橫拉桿， A4為減振器和車身的上聯(lián)接點(diǎn)， B1為下擺臂外球銷位置， T為減振器的下支點(diǎn)， E為轉(zhuǎn)向節(jié)臂的外端點(diǎn)， F為橫行穩(wěn)定桿的斷開點(diǎn)， D為車輪的轉(zhuǎn)動中心，C為車輪與地面的接觸點(diǎn)。 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析 數(shù)學(xué)準(zhǔn)備 （ 1）直線與 x、 y、 z軸正方向的夾角分別是： zyxθθθ, 則其方向余弦為： （ ） ????? zyxθθθcoscoscos湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 圖 （ 2）已知兩點(diǎn) A,B在空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為： [A]=[XA,YA,ZA]T [B]=[XB,YB,ZB]T 可根據(jù)確定 [A] 、 [B]的坐標(biāo)和相關(guān)理論確定直線 AB的方向余弦。 直線 AB的方向余弦為 ： [U]=[Ux,Uy,Uz]T （ ） Ux=ABXAXB?, Uy=ABYAYB?, Uz=ABZAZB? （ 3）已知空間某一直線 L的投影角，確定該直線的方向余弦。 空間直線 L在 XOY平 面內(nèi)的投影角為θ，在 XOZ平面內(nèi)的投影角 為 ?。 UxUztg?=? UxUytg=θ （ ） 直線的方向余弦為：[U]=221/1UxtgtgUyUxtgUzUxtg?θθ???++? ? ? ? ? ? =? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 4）線段 OB繞其軸線 L擺動了角α，確定擺動后點(diǎn)的坐標(biāo)： 已知空間軸線 L的方向余弦 [u]=[ux,uy,uz]T；點(diǎn) O,B的初始坐標(biāo)分別為：[O]=[Xo,Yo,Zo]T， [B]=[XB,YB,ZB]T,擺動角度α后，點(diǎn) B的坐標(biāo)為： [B]=[Q]([B][O])+[O] （ ） 式中坐標(biāo)變換矩陣為： 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 [Q]= 2202020313022212030223012213022301032()1,2(),2()2(),2()1,2()2(),2(,2()1qqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqq? +??+???++???????++?? 其中，歐拉參數(shù) q0=cos(α/2), q1=uxsin(α/2) q2=uysin(α/2), q3=uzsin(α/2) 當(dāng)車 輪跳動時，擺臂繞其軸線旋轉(zhuǎn)（設(shè)下擺臂向上擺動α角），其正、負(fù)號由右手法則確定。根據(jù)空間機(jī)構(gòu)學(xué)原理，懸架各點(diǎn)運(yùn)動后的坐標(biāo)可通過下述方法加以確定： 已知擺臂上兩點(diǎn)的坐標(biāo) M、 N，利用投影關(guān)系可以求得擺臂線 L在 XOY平面和XOZ 平面與 X軸的夾角分別θ、 ?，如圖。 圖 擺臂繞主銷的轉(zhuǎn)動圖 [M]=[XM,YM,ZM]T [N]=[XN,YN,ZN]T Ux=XNXMMN?, Uy=YNYMMN?, Uz=ZNZMMN? 則 UxUztg?=? UxUytg=θ （ ） 2. 求得連體坐標(biāo)系下各點(diǎn)的坐標(biāo) A439。=[0,2O4Asinε,2O4Acosε]T。 O239。=[0,0,0]T。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 B139。=[0,T2Osinε+T1Bcosε, T2Ocosε+T1Bsinε]T。 T39。=[0,T2Osinε,T2Ocosε]T. 另外可以查零件圖得到 P點(diǎn)的連體坐標(biāo) P’和減振器的內(nèi)傾角的大小。 ε [U]=[ux。uy