【文章內容簡介】 臂式獨立懸架能保證汽車有良好的行駛穩(wěn)定行，已為中、高級轎車的前懸架所廣泛采用。 雙橫臂懸架的特點。 優(yōu)點：結構比較復雜，但經久耐用，同時減振器 的負荷小，壽命長。可以承載較大負荷，多用于輕型﹑小型貨車的前橋； 缺點：因為有兩個擺臂，所以占用的空間比較大。所以，乘用車的前懸架一般不用此種結構形式。 （ 2） 麥弗遜式 獨立懸架 （滑柱連桿式） 圖 麥弗遜式獨立前懸架 麥弗遜式獨立懸架是以其發(fā)明者美國通用汽車公司工程師麥弗遜 ( Earle S MacPherson)先生命名的 , 也稱麥氏懸架 30年代 , 通用的雪佛蘭分部想設計一種質量小于 900kg、軸距小于 2740mm 的小型汽車 , 設計的關鍵是懸架總設計 師麥弗遜創(chuàng)造性地將活塞桿兼做轉向主銷 , 車輪沿主銷軸線跳動 , 前輪定位變化小，具有良好的行駛穩(wěn)定性同雙橫臂式獨立懸架比 , 它沒有上橫臂 , 因而增大了兩輪間 9 的內部空間 , 給發(fā)動機和其他部件的布置帶來了方便。 麥弗遜式獨立懸架在轎車上應用最為廣泛 , 在輕型汽車也有應用 , 例如豐田的特銳小型四驅車、日產的 X輕型越野車和陸虎的發(fā)現(xiàn)者輕型越野車等，北京現(xiàn)代 ix35尊貴版的前懸架也是麥弗遜式的。在中型汽車上 , 僅見于國外的一些輪式裝甲車輛 , 例如美國的斯特萊克、瑞士的皮蘭哈和意大利的美洲獅等 , 但已呈逐漸增多的趨勢。 其工作原理： 這種懸架將減 震 器作為引導車輪跳動的滑柱，螺旋彈簧與其裝于一體。 由于 其主銷軸線位置在減 震 器與車身連接鉸鏈中心和下擺臂與轉向節(jié)連接鉸鏈中心的連線上， 車輪上下運 動時，主銷軸線的角度會有變化 。 因此 前輪定位參數和輪距也都會相應改變，且變化量可能很大 。 以上問題可通過調整桿系設計布置合理得到解決。 典型的結構如圖 圖 。 圖 麥弗遜懸架結構 1減振器外筒 。2活塞桿 。3彈簧支座 。4橫向穩(wěn)定桿支架 。5橫向穩(wěn)定桿拉桿 。 6副車架 。7橫向穩(wěn)定桿 。8發(fā)動機 支座 。9彈簧上支座 。10隔離座 。11輔助彈簧 。12防塵罩 。13U 形夾 。14軸承 。15定位螺栓 10 1橫向擺臂 。2球形支承 。3減振器外筒 。4彈簧 。5上支承軸承 。6反跳緩沖彈簧 圖 麥弗遜懸架的另一種結構圖 麥弗遜獨立懸架的特點： 麥 弗遜式是 鉸接 式滑柱與下橫臂組成的懸架形式，減 振器可兼做轉向主銷，轉向節(jié)可以繞著它轉動。特點是主銷軸線 和前輪定位角隨車輪的上下跳動而變，這種懸架構造簡單，布置緊湊，前輪定位變化小，具有良好的行駛穩(wěn)定性，結構緊湊，車輪跳動時前輪定位參數變化小，有良好的操 縱穩(wěn)定性，加上由于取消了上橫臂，給發(fā)動機及轉向系統(tǒng)的布置帶來方便 ， 并降低 車輛 的重心 。 技術成熟，結構緊湊，響應速 度快。 雖然麥弗遜式懸架并不是技術含量最高的懸架結 構（ 結構過于簡單，剛度小，穩(wěn)定性較差，轉彎側傾明顯 ，因此應增加橫向穩(wěn)定器，以增強橫向剛度 ） ， 但它是一種經久耐用的獨立懸架，具有很強的道路適應能力。所以，目前轎車使用最多的獨立懸架是麥弗遜式懸架。 非獨立 式 懸架 非獨立懸架如圖 所示。其 特點是兩側車輪安裝于一整體式車橋上，當一側車輪受沖擊力時會直接影響到另一側車輪上，當車輪上下跳動時定位參數變化小 。若采用鋼板彈簧作彈性元件，它可兼起導向作用，使結構大為簡化，降低成本。目前廣泛應用于貨車和大客車上，有些轎車后懸架也有采用的。非獨立懸架由于非簧載質量比較大，高速行駛時懸架受到沖擊載荷比較大，平順性較差。 11 圖 非獨立式懸架結構示意圖 本章小結 本章 對懸架的基本組成和分類做了一個全面的介紹， 結合具體結構組成，說明懸架系統(tǒng)在汽車行駛時發(fā)揮著 必不可少的關鍵作用。 對兩種典型的獨立式懸架的特點進行了闡述，對它們的總體布置形式做了初步的說明。 12 第 3 章 麥弗遜式 獨立 懸架設計 懸架機構形式確定 懸架具體結構形式的選擇 為適應不同車型和不同類型車橋的需要，懸架有不同的結構型式 ，主要有獨立懸架與非獨立懸架 。 獨立 懸架與非獨立懸架各自的特點在上一章中已經作了介紹，本章不再累述。所選車型為乘用車。 對乘坐舒適性要求較高，故選擇獨立懸架。 麥弗遜式 獨立懸架是獨立懸架中的一種，是一種減震 器作滑動支柱并與下控制臂鉸接組成的一種懸架形式 ,與其它懸架系統(tǒng)相比 ,結構簡單、性能好、布置緊湊 ,占 用空間少。因此對布置空間要求高的發(fā)動機前置前驅動轎車的前懸架幾乎全部采用了麥弗遜式懸架。 此次設計的懸架為發(fā)動機前置前輪驅動的 北京現(xiàn)代 ix35 尊貴版 車型， 由于只知其前懸形式為麥弗遜式獨立懸架 和整車基本參數。故設計時參考同類車型，根據所學知識，初步計算確定懸架的結構參數，是為進一步的分析研究的基礎。 彈性元件 彈性元件是懸架的最主要部件，因為懸架最根本的作用是減緩地面不平度對車身造成的沖擊，即將短暫的大加速度沖擊化解為相對緩慢的小加速度沖擊。使人不會造成傷害及不舒服的感覺；對貨物可減少其被破壞的可能性。 彈性元件主要有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、空氣彈簧等常用類型。除了板彈簧自身有減 振 作用外 ，配備其它種類彈性元件的懸架必須配備 減振元件 ，使已經發(fā)生振動的汽車盡快靜止。鋼板彈簧是汽車最早使用的彈性 元件，由于存在諸多設計不足之處，現(xiàn) 在 逐步被其它種類彈性元件所取代。如前所述，由螺旋彈簧 具有占用空間小，質量小，無需潤滑等 優(yōu)點 ，而被大多數乘用車選用 。故本設計 選擇螺旋彈簧。 減 震 元件 減 震 元件 主要 起減振作用 。為加速車架和車身振動的 衰減，以改善汽車的行駛平順性，在大多數汽車的懸架系統(tǒng)內都裝有減 震 器。減 震 器和彈性元件是并聯(lián)安裝的，如圖 所示。 汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力減 震 器。液力減 震 器的作用原理是當車 架與車橋作往復相對運動時，而減 震 器中的活塞在缸筒內也作往復運動，則減 震 器殼體 13 內的油液便反復地從一個內腔通過一些窄小的孔隙流入另一內腔。此時，孔壁與油液間的摩擦及液體分子內摩擦便形成 對振動的阻尼力，使車身和車架的振動能量轉化為熱能，而被油液和減 震 器殼體所吸收，然后散到大氣中。本文選擇雙筒式液力減 震 器 （后有詳述） 。 圖 含減震 器的懸架簡圖 傳力構件及導向機構 車輪相對于車架和車身跳動時，車輪（特別是轉向輪）的運動軌跡應符合一定的要求，否則對汽車某些行駛性能（ 特別是操縱穩(wěn)定性）有不利的影響。因此，懸架中某些傳力構件同時還承擔著使車輪按一定軌跡相對于車架和車身跳動的任務，因而這些傳力構件還起導向作用，故稱導向機構。 對前輪導向機構的要求 （ 1）懸架上載荷變化時，保證輪距變化不超過 177。 ，輪距變化大會引起輪胎早期磨損； （ 2）懸架上載荷變化時，前輪定位參數要有合理的變化特性，車輪不應產生縱向加速度； （ 3）汽車轉彎行駛時，應使車身側傾角小。在 側向加速度作用下，車身側傾角 ≤ 67 度。并使車輪與車身的傾斜同向，以增強不足轉向效應。 （ 4）制動時，應使車身有 抗 ” 前俯 ” 作用；加速時， 有抗 “后仰” 作用。 （ 5）具有足夠的疲勞強度和壽命，可靠地傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。 橫向穩(wěn)定器 在多數的轎車和客車上，為防止車身在轉向行駛等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在懸架中還設有輔助彈性元件 —— 橫向穩(wěn)定器。 橫向穩(wěn)定器實際是一根近似 U型的桿件，兩個端頭與車輪剛性連接，用來 防 14 止車身產生過大側傾。 其原理是當一側車輪相對車身位移比另外一側位移大時，穩(wěn)定桿承受扭矩，由其自身剛性限制這種傾斜，特別是前輪，可有效防止因一側車輪遇障礙物時，限制該側車輪跳動幅度。 主要依據參數 的確定 本次設計主要是根據 2021 款 北京現(xiàn)代 ix35 尊貴版 6 檔手自一體型 前懸架來進行 的， 具體 車型參數配置 如表 。 表中 前后輪距數據為參考同類車型確定。 表 北京現(xiàn)代 ix35 尊貴版 整體尺寸數據表 車身 長 /寬 /高 4420mm /1820mm /1690mm 軸距 2640mm 前輪距 1570mm 后輪距 1570mm 整車整備質量 1521kg 最小離地間隙 170mm 發(fā)動機形式 /排量 16v θ IIdual— CWT 2359ml 輪胎規(guī)格 225/60 17R 懸架系統(tǒng) 前： 麥弗遜獨立前懸架 后：多連桿 獨立后懸架 最大總質量 1821kg 懸架的空間幾何參數 在確定零件尺寸之前，需要先 大體 確定懸架的空間幾何參 數。麥弗遜式懸架的受力圖如圖 所示。 根據車輪尺寸，確定 G 點離地高度為 230mm ，根據車身高度確定 D 大致高度為 850mm ， O 點距車輪中心平面 120mm ，減震器安裝角度 176。 圖 懸架空間受力示意圖 15 懸架的彈性特性和工作行程 懸架頻率的選擇 對于大多數汽車而言，其懸掛質量分配系數 ε=～ ，因而可以近似地認為 ε=，即前 后橋上方車身部分的集中質量的垂直振動是相互獨立的，并用偏頻 ， 表示各自的自由振動頻率，偏頻越小，則汽車的平順性越好。一般對于鋼制彈簧的轎車， 約為 1～ （ 60～ 80 次 /min）， 約為 ～ （ 70～ 90次 /min），非常接近人體步行時的自然頻率。取 n=。 懸架的工作行程 汽車的前后偏頻的計算公式如下： 11111 π21π21ssss Ggcm ?? （ ） 22222 π21π21ssss Ggcm ?? （ ） 其中 g 為重力加速度其值取 g= , 1sc 、 2sc 為前后懸架剛度 ， 1sG 、 2sG 為前后懸架的簧載質量。 對于一般采用鋼制彈簧的轎車 1n 約為 ～1 、 2n 為～ ， ?21 nn ～ 。 粗取 zHn ? ， zHn ? 。 ??nn在 ～ 范圍內符合要求。 ssc cgmf ? （ ） ???????????2222211111π21π21π21π21ssssssssGgcmGgcm ? ?????????221ccfnfn ? ?????????????????????????222211nfnfcc ? ??? ?? mmf mmfcc （ ） 則懸架動撓度： df =（ — ） cf 取 df = cf = ＝ 16 懸架的動撓度是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結構允許的最大變形，一般對于乘用車 df 取 70～ 90mm 、客車 50～ 80mm 、貨車 60～ 90mm 。 為了得到良好的平順性，因當采用較軟的懸架以降低偏頻，但軟的懸架在一定載荷下其變形量也大，對于一般轎車而言，懸架總工 作行程（ 靜撓度與動撓度 之和）應當不小于 160mm 。 而 dc ff ? =+= 160mm 符合要求 。 懸架剛度計算 已知：已知整車裝備質量： m =1521kg， 取簧上質量為 1060kg；取簧下質量為 60kg，則由軸荷分配范圍表 可 知： 空載前軸單輪軸荷取 60%：2 %6015211 ??m= 滿載前軸單 輪軸荷取 50%： kgm 2 %50)4106041521(2 ??????? 表 各類汽車的軸荷分配范圍 懸架剛度：cWc fFfFC ?? 滿載 = mmN / * ? 。 螺旋彈簧的設計 螺旋彈簧的剛度 螺旋彈簧類型的選擇 車型 空載 滿載 前軸 后軸 前軸 后軸 轎車 前置發(fā)動機前輪驅動（ FF） 56%~66% 34%~44% 47%~60% 40%~53% 前置發(fā)動機后輪驅動（ FR） 50%~55% 45%~50% 45%~50% 50%~55% 后置發(fā)動機后輪驅動（ RR） 42%~50% 50%~58% 40%~45% 55%~60% 貨車 4*2 后輪單胎 50%~59% 41%~50% 32%~40% 60%~68% 4*2 后輪雙胎，長頭、短頭車 44%~49% 51%~56% 27%~30% 70%~73% 4*2 后