【文章內(nèi)容簡介】 臂式獨(dú)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(diǎn)。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但經(jīng)久耐用，同時減振器 的負(fù)荷小，壽命長?？梢猿休d較大負(fù)荷，多用于輕型﹑小型貨車的前橋； 缺點(diǎn)：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(jié)構(gòu)形式。 （ 2） 麥弗遜式 獨(dú)立懸架 （滑柱連桿式） 圖 麥弗遜式獨(dú)立前懸架 麥弗遜式獨(dú)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?zhǔn)蠎壹?30年代 , 通用的雪佛蘭分部想設(shè)計一種質(zhì)量小于 900kg、軸距小于 2740mm 的小型汽車 , 設(shè)計的關(guān)鍵是懸架總設(shè)計 師麥弗遜創(chuàng)造性地將活塞桿兼做轉(zhuǎn)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(dú)立懸架比 , 它沒有上橫臂 , 因而增大了兩輪間 9 的內(nèi)部空間 , 給發(fā)動機(jī)和其他部件的布置帶來了方便。 麥弗遜式獨(dú)立懸架在轎車上應(yīng)用最為廣泛 , 在輕型汽車也有應(yīng)用 , 例如豐田的特銳小型四驅(qū)車、日產(chǎn)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(dǎo)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(zhuǎn)向節(jié)連接鉸鏈中心的連線上， 車輪上下運(yùn) 動時，主銷軸線的角度會有變化 。 因此 前輪定位參數(shù)和輪距也都會相應(yīng)改變，且變化量可能很大 。 以上問題可通過調(diào)整桿系設(shè)計布置合理得到解決。 典型的結(jié)構(gòu)如圖 圖 。 圖 麥弗遜懸架結(jié)構(gòu) 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(jī) 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(jié)構(gòu)圖 麥弗遜獨(dú)立懸架的特點(diǎn)： 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(zhuǎn)向主銷，轉(zhuǎn)向節(jié)可以繞著它轉(zhuǎn)動。特點(diǎn)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(gòu)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(jié)構(gòu)緊湊，車輪跳動時前輪定位參數(shù)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(jī)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置帶來方便 ， 并降低 車輛 的重心 。 技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)速 度快。 雖然麥弗遜式懸架并不是技術(shù)含量最高的懸架結(jié) 構(gòu)（ 結(jié)構(gòu)過于簡單，剛度小，穩(wěn)定性較差，轉(zhuǎn)彎側(cè)傾明顯 ，因此應(yīng)增加橫向穩(wěn)定器，以增強(qiáng)橫向剛度 ） ， 但它是一種經(jīng)久耐用的獨(dú)立懸架，具有很強(qiáng)的道路適應(yīng)能力。所以，目前轎車使用最多的獨(dú)立懸架是麥弗遜式懸架。 非獨(dú)立 式 懸架 非獨(dú)立懸架如圖 所示。其 特點(diǎn)是兩側(cè)車輪安裝于一整體式車橋上，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊力時會直接影響到另一側(cè)車輪上，當(dāng)車輪上下跳動時定位參數(shù)變化小 。若采用鋼板彈簧作彈性元件，它可兼起導(dǎo)向作用，使結(jié)構(gòu)大為簡化，降低成本。目前廣泛應(yīng)用于貨車和大客車上，有些轎車后懸架也有采用的。非獨(dú)立懸架由于非簧載質(zhì)量比較大，高速行駛時懸架受到?jīng)_擊載荷比較大，平順性較差。 11 圖 非獨(dú)立式懸架結(jié)構(gòu)示意圖 本章小結(jié) 本章 對懸架的基本組成和分類做了一個全面的介紹， 結(jié)合具體結(jié)構(gòu)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(guān)鍵作用。 對兩種典型的獨(dú)立式懸架的特點(diǎn)進(jìn)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(dú)立 懸架設(shè)計 懸架機(jī)構(gòu)形式確定 懸架具體結(jié)構(gòu)形式的選擇 為適應(yīng)不同車型和不同類型車橋的需要，懸架有不同的結(jié)構(gòu)型式 ，主要有獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架 。 獨(dú)立 懸架與非獨(dú)立懸架各自的特點(diǎn)在上一章中已經(jīng)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(dú)立懸架。 麥弗遜式 獨(dú)立懸架是獨(dú)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(jié)構(gòu)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(jī)前置前驅(qū)動轎車的前懸架幾乎全部采用了麥弗遜式懸架。 此次設(shè)計的懸架為發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)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(dú)立懸架 和整車基本參數(shù)。故設(shè)計時參考同類車型，根據(jù)所學(xué)知識，初步計算確定懸架的結(jié)構(gòu)參數(shù)，是為進(jìn)一步的分析研究的基礎(chǔ)。 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(jīng)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(shè)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(zhì)量小，無需潤滑等 優(yōu)點(diǎn) ，而被大多數(shù)乘用車選用 。故本設(shè)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(shù)汽車的懸架系統(tǒng)內(nèi)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(dāng)車 架與車橋作往復(fù)相對運(yùn)動時，而減 震 器中的活塞在缸筒內(nèi)也作往復(fù)運(yùn)動，則減 震 器殼體 13 內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個內(nèi)腔通過一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時，孔壁與油液間的摩擦及液體分子內(nèi)摩擦便形成 對振動的阻尼力，使車身和車架的振動能量轉(zhuǎn)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(gòu)件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 車輪相對于車架和車身跳動時，車輪（特別是轉(zhuǎn)向輪）的運(yùn)動軌跡應(yīng)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(gòu)件同時還承擔(dān)著使車輪按一定軌跡相對于車架和車身跳動的任務(wù)，因而這些傳力構(gòu)件還起導(dǎo)向作用，故稱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。 對前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)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(shù)要有合理的變化特性，車輪不應(yīng)產(chǎn)生縱向加速度； （ 3）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，應(yīng)使車身側(cè)傾角小。在 側(cè)向加速度作用下，車身側(cè)傾角 ≤ 67 度。并使車輪與車身的傾斜同向，以增強(qiáng)不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)。 （ 4）制動時，應(yīng)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(qiáng)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(shù)的轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向行駛等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在懸架中還設(shè)有輔助彈性元件 —— 橫向穩(wěn)定器。 橫向穩(wěn)定器實(shí)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(chǎn)生過大側(cè)傾。 其原理是當(dāng)一側(cè)車輪相對車身位移比另外一側(cè)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(cè)車輪遇障礙物時，限制該側(cè)車輪跳動幅度。 主要依據(jù)參數(shù) 的確定 本次設(shè)計主要是根據(jù) 2021 款 北京現(xiàn)代 ix35 尊貴版 6 檔手自一體型 前懸架來進(jìn)行 的， 具體 車型參數(shù)配置 如表 。 表中 前后輪距數(shù)據(jù)為參考同類車型確定。 表 北京現(xiàn)代 ix35 尊貴版 整體尺寸數(shù)據(jù)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(zhì)量 1521kg 最小離地間隙 170mm 發(fā)動機(jī)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(dú)立前懸架 后：多連桿 獨(dú)立后懸架 最大總質(zhì)量 1821kg 懸架的空間幾何參數(shù) 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(shù)。麥弗遜式懸架的受力圖如圖 所示。 根據(jù)車輪尺寸，確定 G 點(diǎn)離地高度為 230mm ，根據(jù)車身高度確定 D 大致高度為 850mm ， O 點(diǎn)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(shù)汽車而言，其懸掛質(zhì)量分配系數(shù) ε=～ ，因而可以近似地認(rèn)為 ε=，即前 后橋上方車身部分的集中質(zhì)量的垂直振動是相互獨(dú)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(zhì)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(dāng)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(yīng)當(dāng)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(zhì)量： m =1521kg， 取簧上質(zhì)量為 1060kg；取簧下質(zhì)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(shè)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(jī)前輪驅(qū)動（ FF） 56%~66% 34%~44% 47%~60% 40%~53% 前置發(fā)動機(jī)后輪驅(qū)動（ FR） 50%~55% 45%~50% 45%~50% 50%~55% 后置發(fā)動機(jī)后輪驅(qū)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