【文章內容簡介】 成剛體來研究懸架系統(tǒng)的空間運動。 圖 是 1/2 麥弗遜式懸架的等效機構圖，借助圖中所示的等效方式，我們可 以清楚地看出懸架擺臂和轉向節(jié)之間的連接通過球副來等效；減振器外套筒和活 塞的聯接方式被等效成一個移動副；減振器的上支點和車身的聯接被等效成一個 轉 動副。這樣，麥弗遜式懸架被抽象成一個封閉的空間機構。通過圖示的等效方 案可以使我們對懸架系統(tǒng)的分析變得簡單，且不會在很大程度上影響分析的結果。 懸架總體參數的計算 圖 麥弗遜懸架的等效機構圖 在設計時 首先對懸架總 體參數進行計 算，如懸架的 剛度、懸架的 撓度等，這 樣，在下文對零部件的計算時，就可以以懸架的總體參數為依據，根據懸架的結 構參數求出相關零部件的受力、剛度等參數。 根據設計 要求給定的設 計狀態(tài)下的軸 荷及簧下質量 ，可求得前懸 架單側的簧 畢業(yè)設計說明書論文 36296518 原創(chuàng)通過答辯 上質量 ms m s 1 湖南大學畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁 2 2 于是，前懸架的剛度 C 為 1 s 2 ? ? ? ( N / m) ?( N / mm) 懸架的靜撓度 f c1 f 和懸架剛度之間有如下關系： ?? （ ） c1 ? n1 ? 代入數值得： f c1 (cm) ，取 f c1 =146mm 為了防止汽車在壞路面上行使駛時懸架經常碰撞到緩沖塊，懸架必須有足夠大 的動撓度。 從結構和使用要求上來考慮選此懸架的動撓度 fd ＝ 80mm。 螺旋彈簧的設計計算 螺旋彈簧材料的選擇 螺旋彈簧 作為彈性元件 的一種，具有 結構緊湊、制 造方便及高的 比能容量等 特點，在輕型以下汽車的懸架中運用普遍 。根據夏利汽車工作時螺旋彈簧的受 力特點和 壽命要求（ 可參考下文 的計算 分析 ），選擇 60Si2MnA 為簧絲的 材料，以 提高彈簧在交變載荷下的疲勞壽命。 彈簧的受力及變形 根據懸架系統(tǒng)的裝配圖 (1 號圖紙 )，對其進行結構分析、計算可以得出平衡位置 處彈簧所受壓縮力 P 與車輪載荷 N v 的關系式： 39。 m ?m 1 (kg ) （ ） 2 C 2?n ?m 2 2 ?? [6] 39。 畢業(yè)設計說明書論文 36296518 原創(chuàng)通過答辯 P=A y N 39。 v 湖南大學畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁 ?? cos( ?? 0 ??) cos(20 12 ?30 ) 式中， ?為車輪外傾角， ? 式中角度如圖 所示。 0 為減振器內傾角， ?為主銷軸線與減振器的夾角 取動荷系數 k=，則彈簧所受的最大力 Pdmax 為： 3 3 Pdmax=k ? P= ? ?10 = ?10 ( N) （ ） 圖 彈簧安裝角度示意圖 車輪與路 面接觸點和零 件連接點間的 傳遞比既表明 行程不同也表 明作用在該 二處的力的大小不同。彈簧的剛度 K s 與懸架的線剛度 K x 可由傳遞比建立聯系 ： 利用位移傳遞比 i x 便可計算出螺旋彈簧的剛度 K s s w F y x 其中分數 N v,h / f 代表懸架的線剛度。從而，得到如下關系式： K s = K x i x i y ? 3 ?10 ( N) （ ） 0 [6] 39。 K = F / f N i i / f （ ） 39。 畢業(yè)設計說明書論文 36296518 原創(chuàng)通過答辯 湖南大學畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 當球頭支承 B 由減振器向車輪移動 t 值時，根據文獻 [7]，懸架的行程傳遞比 及力的傳遞比為（其中的參數說明詳見圖 ）： i x =1/ cos(?0 ??) （ ） (c o)ctg(??0 ??) ?t 代入數值可得到 i 圖 懸架受力和位移比分析 x ＝ i y ＝ 。所以，位移傳遞比 i x i y 為 由夏利轎車前懸給定的偏頻 f＝ ，可得到了汽車懸架的線剛度： K x =4 ??f ?M ? ? （ n/mm） （ ） 于是可得出彈簧的剛度 K s ： K s = K x i x i y ＝ 21(N/mm） （ ） 進而可得到彈簧在最大壓縮力 Pdmax 作用下的變形量 F： F=Pdmax/ K s =5420/21=258(mm) （ ） 所以，彈簧所受最大彈簧力和相應的最大變形為： Pdmax=5420N F=258mm 彈簧幾何參數的計算 根據已求得的彈簧所受的最大力和相應的變形進行彈 簧的設計。 R dtg?t cos(???) (c o) sin(???) i = cos(???) （ ） 2 2 2 2 2 2 畢業(yè)設計說明書論文 36296518 原創(chuàng)通過答辯 湖南大學畢業(yè)設計（論文） 第 6 頁 根據其工作條件已經選擇簧絲材料 60Si2MnA。材料的性能參數如表 所示 表 60Si2MnA 性能參數 許用切應力 ? 48 Kgf/ mm 2 2 許用剪應力 ? 100 K 8000 g f/ mm 2 剪切模量 G K g f/ mm 彈性模量 E 強度范圍 20200 MP 4550 HRC ： 旋繞比（ 彈簧指數）影 響著彈簧的加 工工藝，當旋 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 4C ?4 C [?] D2 選擇 D2=C*d=8*＝ 84mm 選 D2=90mm n 選擇 8 D2 8 ? ?21?10 選 n=6 圈 兩端均選 圈支承圈，則彈簧總圈數為： n1=n+n2=6+= 圈 6 .彈簧的工作極限變形 F j ? F ?0. 258 （ ） 工作極限載荷： 4C ?1 曲率系數 K= （ ） KPC d ? = 選 d= 4 9 ?3 4 Gd K ?10 ?( ?10 ) n= （ ） 3 3 3 畢業(yè)設計說明書論文 36296518 原創(chuàng)通過答辯 湖南大學畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 F 258 節(jié)距 t t=d+F/n+ ? 8 ? mm 自由高度 H0 H0=nt+ = 8? ? 選 H0=370mm nD2 ??90 外徑 D： D=D2+d=90+= ? 進而需將原有彈簧座的尺寸作相應的改變（實際尺寸根據彈簧的外徑尺寸而 定）。 內徑 D1： D1=D2d== 計算結果的處理 上述對螺旋彈簧的計算的結果如下表 所示 表 螺旋彈簧的參數 自由高 度 H0 彈簧圈數 n 螺旋角 ? 內徑 D1 外徑 D 節(jié)距 t 370mm 圈 度 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，又因為彈簧的外徑為 ，根據文獻 [18]，粗糙度值選為 。 F 3 P ?P ?10 N （ ） t 螺旋角 ?： ?arctg arctg 畢業(yè)設計說明書論文 36296518 原創(chuàng)通過答辯 湖南大學畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁 圖 螺旋彈簧的零件圖 進而可根據螺旋彈簧二維圖在 UG 軟件的三維建模環(huán)境下建立零件的三維模 型如圖 。 圖 基于 UG 軟件的螺旋彈簧三維零件圖 橫向穩(wěn)定桿的設計計算 橫向穩(wěn)定桿的作用 汽車在高速行駛時，車身會產生很大的橫向傾斜和橫向角振動。因此，懸架 畢業(yè)設計說明書論文 36296518 原創(chuàng)通過答辯 中需添設橫向穩(wěn)定桿 [9 10] 湖南大學畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 。采用橫向穩(wěn)定桿除了可減輕車身傾斜外，還會影響汽 [11] 車的操 縱穩(wěn)定性。主要包括以下兩點 ： （ 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，會使前輪驅動汽車具有中性轉向性能，使后輪驅 動車具有更大的過度轉向性。 橫向穩(wěn)定桿的設計計算 夏利轎車采用的前置前驅（ FF）方案，因此汽車總布置對空間的要求比較嚴 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 為夏利汽車橫向穩(wěn)定桿的三維圖）。 確定橫向穩(wěn)定桿桿徑 d0 的公式如下： G 32 （ ） 其中： Cs=。 E=196Gpa。 G=80Gpa。 k——對于圓截面桿段，所采用的修正系數； l0 =523mm。 l2=363mm。 l4=200mm。 l5=210mm。 l7=500mm。 ls=1145mm. 各參數的含義如圖 所示，其數值可參考橫向穩(wěn)定桿的零件圖。 圖 橫向穩(wěn)定桿示意圖 于是可以求得橫向穩(wěn)定桿 的桿徑 d0=，選擇整數標準值 d1＝ 21mm，橫向 C 3e s d (2kl l l l l ?2l ) 4 畢業(yè)設計說明書論文 36296518 原創(chuàng)通過答辯 湖南大學畢業(yè)設計（論文） 第 10 頁 穩(wěn)定桿的形狀應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工程圖（如圖 ）所示。為了使橫 向穩(wěn)定桿在拐角處的半徑值不至于過小，此處取最小半徑 R＝ 18mm。 圖 橫向穩(wěn)定桿零件簡圖 由上述的計算結果和二維零件圖，可利用 UG 軟件的建模環(huán)境建立橫向穩(wěn)定 桿的三維模型如圖 所示。 圖 基于 UG 軟件的橫向穩(wěn)定桿三維圖 畢業(yè)設計說明書論文 36296518 原創(chuàng)通過答辯 減震器的選型與設計 減振器類型的選擇 湖南大學畢業(yè)設計（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，在此設計方案中選用液力式減振器如圖 所示。使用液力減振器后，當車 架與車橋作往復相對運動時，減振器能夠通過內部粘性油液的流動，將車身和車 架的振動能量轉化為熱能，最終散 到大氣中，從而達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 主要性能參數的選擇 減振器的主要性能參數主要有兩個：相對阻尼系數 ? 和阻尼系數 ?。它們決定 了減振器的阻力 —位移特性和阻力 —速度特性 ? 的選擇 [8] 。 在選擇相對阻尼系數時，應考慮到：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