【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 共 39 頁(yè) 第 5 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第一章 緒論 課題研究的背景和意義 隨著汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量的高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)汽車(chē)的保有量也達(dá)到了空前的規(guī)模，消費(fèi)者在購(gòu)車(chē)的時(shí)候也不再簡(jiǎn)單把汽車(chē)看成是面子工程，而是越來(lái)越關(guān)心其汽車(chē)的各項(xiàng)性能，尤其是汽車(chē)的操控性能受到了極大關(guān)注。 而汽車(chē)的操控性與汽車(chē)的懸架系統(tǒng)有著密切的關(guān)系。懸架系統(tǒng)的差異對(duì)汽車(chē)的乘坐舒適性和操作穩(wěn)定性有很大影響，而乘坐舒適性和操作穩(wěn)定性這兩方面又是相互矛盾的。 為了取得良好的舒適性，需要大大緩沖輕型車(chē)的震動(dòng)，這樣彈簧就要設(shè)計(jì)得軟些，但彈簧軟了卻容易使 汽車(chē) 發(fā)生剎車(chē) “點(diǎn)頭 ”、加速 “抬頭 ”以及嚴(yán)重側(cè)傾偏向，不利于 汽車(chē) 的轉(zhuǎn)向，容易導(dǎo)致 汽車(chē) 操縱不穩(wěn) 定等 。 懸掛的構(gòu)件雖然簡(jiǎn)單但參數(shù)的確定卻相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，廠家不但要考慮輕型車(chē)的舒適性，操控穩(wěn)定性還要考慮到成本問(wèn)題?；谶@三個(gè)問(wèn)題不同廠家有不同的傾向性策略。 而對(duì)于開(kāi)發(fā)一款適用于國(guó)內(nèi)及國(guó)外的中、低端輕型客車(chē)產(chǎn)品，其成本是考慮的主要方面，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，為滿足人們對(duì)舒適性的要求，此產(chǎn)品必須具備較為優(yōu)異的舒適性能，綜合考慮舍棄非獨(dú)立懸架，并在獨(dú)立懸架中選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低的麥弗遜式獨(dú)立懸架。 懸架的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 懸架的現(xiàn)狀 懸架是保證車(chē)輪與輕型車(chē)承載之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動(dòng)以及調(diào)節(jié)輕型車(chē)行駛中的車(chē)身位置等有關(guān)裝置的總稱(chēng)。 在現(xiàn)代汽車(chē)中對(duì)懸架提出的要求是：除了要保證其基本性能，即行駛性、轉(zhuǎn)向性和制動(dòng)性等之外，目前正致力于提高安全性與舒適性，向高附加價(jià)值、高性能和高質(zhì)量的方向發(fā)展。對(duì)此，尤其作為提高操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性的汽車(chē)懸架必須進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。舒適性是汽車(chē)最重要的使用性能之一。 舒適性與車(chē)身的固有振動(dòng)特性有關(guān)，而車(chē)身的固有振動(dòng)特性又與懸架的特性相關(guān)。懸架是現(xiàn)代汽車(chē)上的重要總成之一，它把車(chē)架（或車(chē)身） 與車(chē)軸（或輪胎）彈性地連接起來(lái)。 麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 共 39 頁(yè) 第 6 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 懸架的主要作用是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架（或車(chē)身）之間的一切力和力矩，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車(chē)身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動(dòng)、保證乘員的舒適性、減小貨物和車(chē)輛本身的動(dòng)載荷。其主要任務(wù)是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架（或車(chē)身）之間的一切力和力矩；緩和路面?zhèn)鹘o車(chē)架（或車(chē)身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，保證汽車(chē)的行駛平順性；保證車(chē)輪在路面不平和載荷變化時(shí)有理想的運(yùn)動(dòng)特性，保證汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性，使汽車(chē)獲得高速行駛能力。 汽車(chē)在不平路面上行駛時(shí)，由于懸架的彈性作用，使汽車(chē)產(chǎn)生垂直振動(dòng)。為了迅速衰減這種振動(dòng)和抑制車(chē)身、車(chē)輪的共振，減小車(chē)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(chē)振動(dòng)的振幅連續(xù)減小，直至振動(dòng)停止。 由于人們對(duì)汽車(chē)乘坐舒適性及操作穩(wěn)定性的要求越來(lái)越高，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(chē)輪觸地性良好、乘坐舒適性及操作穩(wěn)定性大幅提升、左右車(chē)輪可自由運(yùn)動(dòng)，輪胎與地面的自由度大，車(chē)輛操作性較好等優(yōu)點(diǎn)。目前被汽車(chē)廠普遍采用。常見(jiàn)的獨(dú)立懸架系統(tǒng)有多連桿式懸架系統(tǒng)、麥弗遜式懸 架系統(tǒng)、拖拽臂式懸架系統(tǒng)等。 獨(dú)立懸架早期單純?cè)谳p型車(chē)上使用，目前大部分輕型汽車(chē)以及越野汽車(chē)也采用獨(dú)立懸架，同時(shí)，一些中型卡車(chē)及客車(chē)為提高駕乘的舒適性和行駛性能也開(kāi)始采用獨(dú)立懸架。在國(guó)外甚至一些輪式工程機(jī)械如吊車(chē)和重型卡車(chē)也采用了獨(dú)立懸架。 懸架的發(fā)展趨勢(shì) 對(duì)于輕型汽車(chē)前獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)分析架設(shè)計(jì)技術(shù)，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了研究。這些研究主要集中在以下幾個(gè)方面：獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)方法；獨(dú)立懸架參數(shù)對(duì)車(chē)輛行駛平順性的影響；獨(dú)立懸架參數(shù)對(duì)車(chē)輛操縱穩(wěn)定性影響。國(guó)內(nèi)的研究目前主要表現(xiàn)為：獨(dú)立懸架和轉(zhuǎn)向系的匹配；獨(dú)立懸架與轉(zhuǎn)向橫拉桿長(zhǎng)度及斷開(kāi)點(diǎn)確定；懸架彈性元件的設(shè)計(jì)分析；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析；獨(dú)立懸架對(duì)前輪定位參數(shù)的影響；獨(dú)立懸架的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。國(guó)外除上述研究外，還進(jìn)入了微觀領(lǐng)域的研究，如用原子力學(xué)顯微鏡觀察懸架材料內(nèi)部聚合體的電子轉(zhuǎn)化情況、研究懸架作為彈性介質(zhì)的流變特性等。 人們借助先進(jìn) 的設(shè)計(jì)方法（ CAD/CAE/CAT）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、虛擬試驗(yàn)技術(shù)，基本做到了最優(yōu)化。從這方面看，不管懸架如何分類(lèi)，電子化、智能化，控制有效、能耗低、造價(jià)合理的電控懸架將是懸架發(fā)展的一個(gè)方向，電子化、智能化 麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 共 39 頁(yè) 第 7 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 同時(shí)成為輕型車(chē)產(chǎn)品先進(jìn)性的重要體現(xiàn)?，F(xiàn)代懸架向高附加值、高性能和高質(zhì)量方向發(fā)展。 而現(xiàn)在出現(xiàn)的半主動(dòng)懸架、主動(dòng)懸架、以及電磁懸架系統(tǒng)是現(xiàn)今研究的主要方向，但被動(dòng)懸架中的獨(dú)立懸架仍在很長(zhǎng)一段時(shí)間中占據(jù)主要的地位。 懸架的設(shè)計(jì)要求 對(duì)懸架提出的設(shè)計(jì)要求有： 1）保證輕型車(chē)有良好的行駛平順 性。 2）具有合適的衰減振動(dòng)的能力。 3）保證汽車(chē)具有良好的操縱穩(wěn)定性。 4）汽車(chē)制動(dòng)或加速時(shí)，要保證車(chē)身穩(wěn)定，減少車(chē)身縱傾，轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)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）可靠地傳遞車(chē)身與車(chē)輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件質(zhì)量要小的同時(shí)，還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。 為了滿足汽車(chē)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振動(dòng)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，對(duì)乘用車(chē)，要求前懸架固有頻率略低于后懸架的固有頻 率，還要盡量避免懸架撞擊車(chē)架（或車(chē)身）。在簧上質(zhì)量變化的情況下，車(chē)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(chē)輪上、下跳動(dòng)時(shí)，使主銷(xiāo)定位角變化不大、車(chē)輪運(yùn)動(dòng)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要協(xié)調(diào)，避免前輪擺振；汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，應(yīng)使之稍有不足轉(zhuǎn)向特性。 麥弗遜懸架概述 麥弗遜式獨(dú)立懸架在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,從構(gòu)成部件來(lái)看 , 它僅僅由兩大部分構(gòu)成支柱式減震器簡(jiǎn)稱(chēng)滑柱和 A字型下托臂。與復(fù)雜的多連桿式以及占用空間的橫臂式相比 , 麥弗遜式獨(dú)立懸架在結(jié)構(gòu)上已經(jīng)作了最大化精簡(jiǎn) , 并且經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的檢驗(yàn) , 其結(jié)構(gòu)充分可靠。麥弗遜式獨(dú)立懸架的物理結(jié)構(gòu)為支柱式減震器兼作轉(zhuǎn)向主銷(xiāo) , 承受來(lái)自于車(chē)身抖動(dòng)和地面沖擊的上下預(yù)應(yīng)力 , 轉(zhuǎn)向節(jié)也可說(shuō)車(chē)輪 , 因?yàn)檗D(zhuǎn)向節(jié)作用于車(chē)輪則沿著主銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)此外 , 其主銷(xiāo)可擺動(dòng) , 特點(diǎn)是主銷(xiāo)位置和前輪定位角隨車(chē)輪的上下跳動(dòng)而變化 , 且前輪定位變化小 , 擁有良好的行駛穩(wěn)定性。在麥弗遜式獨(dú)立懸架中 , 支柱式減震器除具備減震效果外 , 還要擔(dān)負(fù)起支撐車(chē)身的作用 , 所以它的結(jié)構(gòu)必須緊湊且剛度足夠 , 并且套上螺旋彈簧后還要能減震 , 而彈簧與減震器一起構(gòu)成了一個(gè)可以上下運(yùn)動(dòng)的滑柱。 在麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)中 , 還 有一個(gè)關(guān)鍵部件一一 A字型下托臂 , 它的作用是為車(chē)輪 麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 共 39 頁(yè) 第 8 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 提供橫向支撐力 , 并能承受來(lái)自前后方向的預(yù)應(yīng)力。車(chē)輛在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 , 車(chē)輪所承受的所有方向的沖擊力量就要靠支柱減震器和 A字型下托臂這兩個(gè)部件承擔(dān) , 而這兩個(gè)部件的高強(qiáng)度和輕質(zhì)量也就成為當(dāng)下最前衛(wèi)的設(shè)計(jì)思路 , 于是就有廠商用空氣減震取代傳統(tǒng)的液壓減震 , 不過(guò)由于成本高昂而難以形成氣候。推廣不了成本與舒適性成正比的空氣減震 , 還是繼續(xù)使用液壓的吧 , 不過(guò)由減震器和 A字型下托臂構(gòu)成的型麥弗遜懸架還是能為時(shí)下流行的小車(chē)裝大排量發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)留充足的空間。根據(jù)以上所述麥弗遜懸 架的獨(dú)特構(gòu)造 , 再看看時(shí)髦的香港人多年前發(fā)明的麥花臣支柱式獨(dú)立懸架 , 理解起來(lái)是不是更直觀 , 也更形象雖然麥弗遜式獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)眾多 , 但這并不能掩蓋它本身的瑕疵。當(dāng)裝備有麥弗遜式獨(dú)立懸架的車(chē)輛行駛在不平路面時(shí) , 車(chē)輪很容易隨路面不平發(fā)生自動(dòng)扭轉(zhuǎn) , 令駕駛員難于控制 , 所以駕駛員須時(shí)刻用手握緊方向盤(pán)而當(dāng)車(chē)輛行駛速度過(guò)快車(chē)輪受到劇烈沖擊時(shí) , 支柱減震器又容易因?yàn)槭芰^(guò)猛而導(dǎo)致彎曲 , 危及車(chē)輛在行駛中的安全。此外 , 麥弗遜式獨(dú)立懸架的抗側(cè)傾和抑制制動(dòng)點(diǎn)頭的能力較差 , 雖然能通過(guò)增加穩(wěn)定桿、防傾桿 , 以及增加彈簧 圈數(shù)和阻尼系數(shù)對(duì)其進(jìn)行改善 , 但問(wèn)題無(wú)法從根本上解決 , 主要原因還是由于機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造成剛度和耐用性不高。正因?yàn)槿绱?, 麥弗遜懸架的減震器需根據(jù)使用公里數(shù)定期更換。 麥弗遜懸架的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 得益于各個(gè)廠商的設(shè)計(jì)師不斷地對(duì)麥弗遜式獨(dú)立懸架進(jìn)行改進(jìn) , 才使它有今天的輝煌成就。許多廠商通過(guò)對(duì)麥弗遜懸架加裝橫向穩(wěn)定桿 , 擴(kuò)充其運(yùn)動(dòng)特性 , 同時(shí)使左右懸掛的下托臂或支柱減震器相連 , 增強(qiáng)懸掛系統(tǒng)的整體性。這主要是因?yàn)辂湼ミd懸架靠支柱減震器和 A字型下托臂來(lái)承受強(qiáng)大的車(chē)輪沖擊力 , 容易發(fā)生幾何變形 , 而這種結(jié)構(gòu)變形體現(xiàn)到駕駛感受上就是駕駛者會(huì)明顯感到車(chē)身側(cè)傾加劇 , 穩(wěn)定性較差 , 于是上述辦法就是最好的解決方案。而當(dāng)左右懸掛都處于跳動(dòng)狀態(tài)時(shí) , 兩側(cè)的懸掛各自運(yùn)動(dòng) , 穩(wěn)定桿不發(fā)生扭轉(zhuǎn)當(dāng)車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí) , 內(nèi)側(cè)懸掛承受的力量較大 , 車(chē)身會(huì)發(fā)生一定側(cè)傾 , 而此時(shí)由于內(nèi)側(cè)懸掛被壓縮 , 外側(cè)懸掛舒張 , 加裝的橫向穩(wěn)定桿就會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn) , 產(chǎn)生一定的彈力阻止車(chē)輛側(cè)傾 , 從而提高了車(chē)輛的行駛穩(wěn)定性。如果能在其結(jié)構(gòu)中再增加諸如縱向支撐桿等部件 , 則能同時(shí)達(dá)到提高懸掛縱向剛度的目的178。 其實(shí)增加懸架輔助零件的好處很好理解 , 好比我們使 用電腦 , 不斷地更新配置就是為了使電腦的兼容性和處理能力更強(qiáng)大。 其實(shí) , 對(duì)比其他類(lèi)型的獨(dú)立懸架 , 麥弗遜式的優(yōu)勢(shì)還是相當(dāng)明顯的。與燭式懸架相比 , 麥弗遜式懸架的車(chē)輪沿主銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng) , 并且主銷(xiāo)是可以擺動(dòng)的 , 能提高操控穩(wěn)定性；與雙橫臂式懸架相比 , 麥弗遜式懸架又具備結(jié)構(gòu)緊湊、車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)前輪定位參數(shù)變化小等特點(diǎn) , 加上沒(méi)有上橫臂 ,給發(fā)動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的布置帶來(lái)了方便。所以 ,麥弗遜式懸架多應(yīng)用在中小型輕型車(chē)的前懸架上 ,像我們所熟悉的雪佛蘭、奇瑞、雪鐵龍畢加索、寶馬、馬自達(dá)乃至行政級(jí)別的奔馳 E級(jí)和別克林蔭大道都裝配這種懸架。 綜合起來(lái)看 , 麥弗遜懸掛雖然在穩(wěn)定性、剛度以及耐用度方面遜色于結(jié)構(gòu)更為復(fù) 麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 共 39 頁(yè) 第 9 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊