【文章內(nèi)容簡介】 駛性能得多樣設(shè)計(jì)；簧載質(zhì)量小，輪胎接地性好。 不過，獨(dú)立懸架存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、維修不便的缺點(diǎn)。 現(xiàn)代轎車大 都是采用獨(dú)立式懸架，按其結(jié)構(gòu)形式的不同，獨(dú)立懸架又可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式、燭式以及麥弗遜式懸架等。 派力奧、西耶那轎車前懸采用的是 MC pherson 麥弗遜式（滑柱連桿式）獨(dú)立懸架。這種懸架采用的是通過減振器上固 定點(diǎn)和橫梁叉形臂的下固定點(diǎn)與車身相連組成的懸架形式。它的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的操縱穩(wěn)定性，車輛側(cè)傾幅度較小，且后輪尋跡性相當(dāng)好。 非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 非獨(dú)立懸架是相對與 獨(dú)立懸架 （ individual wheel suspension）的車輪結(jié)構(gòu)。非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)車輪由一根整體式車架相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架懸掛在車架或車身的下面。非獨(dú)立懸架具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、強(qiáng)度高、保養(yǎng)容易、行車中前輪定位變化小的優(yōu)點(diǎn)，但由于其舒適性及操縱穩(wěn)定性都較差，在現(xiàn)代轎車中基本上已不再使用，多用在貨車和大客車上。 非獨(dú)立式懸架的兩側(cè)車輪安裝于一根整體式車橋上，車橋通過懸掛與車架相連。這種懸掛結(jié)構(gòu)簡單，傳力可靠，但兩輪受沖擊震動時(shí)互相影響。而且由于非懸掛質(zhì)量較重，懸掛的緩 沖性能較差，行駛時(shí)汽車振動，沖擊較大。該懸掛一般多用于載重汽車、普通客車和一些其他車輛上。 非獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)有： (1)結(jié)構(gòu)簡單，制造、維護(hù)方便，經(jīng)濟(jì)性好； 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書） 7 (2)工作可靠，使用壽命長； (3)車輪跳動時(shí)，輪距、前束不變，因而輪胎磨損??； (4)轉(zhuǎn)向時(shí)，車身例傾后車輪的外傾角不變，傳遞側(cè)向力的能力不降低； (5)側(cè)傾中心位置較高，有利于減小轉(zhuǎn)向時(shí)車身的側(cè)傾角。 其不足之處在于： 1)由于車 橋與車輪一起跳動，因而需要較大的空間，影響發(fā)動機(jī)或行李箱的布置。用于轎車或載貨汽車的前懸架時(shí)，一般需要拾高發(fā)動機(jī)或是將車橋 (軸 )做成中間下凹的形狀以利發(fā)動機(jī)布置，這將增加制造成本；用于轎車后懸架時(shí)，會導(dǎo)致行李箱容積減小，備胎的布置也不方便； 2)用于驅(qū)動橋時(shí)，會使得非懸掛質(zhì)量較大，不利于汽車的行駛乎順性及輪胎的接地性能； 3)當(dāng)兩側(cè)車輪跳動高度不一致時(shí) (例如左右車輪駛過的凸起高度不同 )，整根車橋會傾斜，使左右車輪直接相互影響； 4)在不平路面直線行駛時(shí)，由于左右車輪跳動不一致而導(dǎo)致的軸轉(zhuǎn)向 會降低直線行駛的穩(wěn)定性； 5)用于驅(qū)動橋時(shí)，驅(qū)動橋的輸入轉(zhuǎn)矩會引起 左右車輪負(fù)荷轉(zhuǎn)移。 前后懸架結(jié)構(gòu)方案 獨(dú)立懸架 按照結(jié)構(gòu)型式可分為 單橫臂式、雙橫臂式、單縱臂式、雙縱臂式、單斜臂式麥弗遜式和多連桿式。 單橫臂式獨(dú)立懸架： 單橫臂獨(dú)立懸架的特點(diǎn)是當(dāng)懸架變形時(shí)，車輪平面將產(chǎn)生生傾斜而改變兩側(cè)車輪與路面接觸點(diǎn)間的距離－輪距，致使輪胎相對于地面?zhèn)认蚧?，破壞輪胎和地面的附?。此外，這種懸架 用于轉(zhuǎn)向輪時(shí)， 會使主銷內(nèi)側(cè)角和車輪外傾角發(fā)生較大的變化 ， 對于轉(zhuǎn)向操縱有一定影響，故目前在前懸架中很少采用。但是，由于結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、 布置方便等原因，在車速不太高的重型越野車上也有采用的。例如太脫拉 138 型和 148 型越野車的前懸架，就是采用這種單橫臂式獨(dú)立懸架，其彈性元件是扭彈簧。 雙橫臂式獨(dú)立懸架： 雙橫臂式獨(dú)立懸架按上下橫臂是否等長，又分為等長雙橫臂式和不等長雙橫臂式兩種懸架。 雙橫臂式獨(dú)立懸架的兩個(gè)擺臂長度可以相等，也可以不相等。兩擺臂等長的懸架 車輪上下跳動時(shí) 車輪平面沒有傾斜，但輪距卻發(fā)生了較大的變化，這將增加車輪側(cè)身滑移的可能性 ，并且 造成輪胎磨損嚴(yán)重，現(xiàn)已很少用。 在擺臂不等長的獨(dú)立懸架中，如將兩臂長度選擇適當(dāng)，可以使車輪和主銷的角度以 有輪距的變化都不太大。不大的輪距變化在輪胎較軟時(shí)可以 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書） 8 由輪胎變形來適應(yīng)，目前轎車的輪胎可容許輪距的改變在每個(gè)車輪上達(dá)到 4～5mm 而不致使車輪沿路面滑移。 目前不等長雙橫臂式懸架已廣泛應(yīng)用在轎車的前后懸架上，部分運(yùn)動型轎車及賽車的后輪也采用這一懸架結(jié)構(gòu)。 單縱臂式獨(dú)立懸架：轉(zhuǎn)向輪采用這種懸架時(shí)，車輪上下跳動將使主銷后傾角產(chǎn)生很大變化。因此 ，單縱臂式獨(dú)立懸架 不適宜做前 懸架。 雙縱臂式獨(dú)立懸架： 兩個(gè)縱臂長度一般做成相等，形成平等四連桿機(jī)構(gòu)。這樣，在車輪上下跳動時(shí)， 主銷后傾角保持不變，適用于轉(zhuǎn)向輪。但因其上下跳動的范圍 比麥弗遜式的小，因此較少用于 SUV 轎車；單斜臂式獨(dú)立懸架：此懸架兼 有單橫臂和單縱臂式獨(dú)立懸架的特點(diǎn)，多用于后輪驅(qū)動的汽車后懸架上。 多連桿式獨(dú)立懸架是由 多根桿件組合起來控制車輪的位置變化的懸架。多連桿能使車輪繞著與汽車縱軸線成一定角度的軸線內(nèi)擺動，是橫臂式和縱臂式的折衷方案，適當(dāng)?shù)剡x擇擺臂軸線與汽車縱軸線所成的夾角，可不同程度地獲得橫臂式與縱臂式懸架的特點(diǎn)，能滿足不同的使用性能要求。但是多連桿式懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜昂貴，不便于發(fā)動機(jī)布置，因此多應(yīng)用于后懸架。 麥弗遜式獨(dú)立懸架 ： 滑柱擺臂式懸架將減振器作為引導(dǎo)車輪跳動 的滑柱，螺旋彈簧與其裝于一體。這種懸架允許滑柱上端作少許角位移。正因?yàn)檫@種型式的懸架內(nèi)側(cè)空間大，有利于發(fā)動機(jī)布置，能夠降低車子的重心，因此許多轎車與多功能乘用車上采用了這種懸架。 車輪上下運(yùn)動時(shí) ，主銷軸線的角度會有變化，這是因?yàn)闇p振器下端支點(diǎn)隨橫擺臂擺動。特點(diǎn)：側(cè)傾中心比較高、車輪定位參數(shù)和輪距變化很小、懸架側(cè)傾角剛度較大可不裝橫向穩(wěn)定器、橫向剛度大、占用空間小結(jié)構(gòu)緊湊。 所以從經(jīng)濟(jì)性 、行駛平順、穩(wěn)定性以及占用空間等幾方面因素考慮，所設(shè)計(jì)的前獨(dú)立懸架采用車輪定位參數(shù)和輪距變化很小、橫向剛度大、占用空間小結(jié)構(gòu) 緊湊、便于發(fā)動機(jī)布置的麥弗遜式獨(dú)立懸架。 非獨(dú)立懸架按照結(jié)構(gòu)型式可分為鋼板彈簧式 非獨(dú)立懸架 和二連桿式 螺旋彈簧非 2－ 2鋼板彈簧非獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架 。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書） 9 1）鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架 鋼板彈簧被用做非獨(dú)立懸架的彈性元件，由于它兼起導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，使得懸架系統(tǒng)大為簡化。如下圖 2 所示。這種懸架廣泛用于貨車的前、后懸架中。它中部用 U型螺栓將鋼板彈簧固定在車橋上。懸架前端為固定鉸鏈，也叫死吊耳。它由鋼板彈簧銷釘將鋼板彈簧前端卷耳部與鋼板彈簧前支架連接在一起，前端卷耳孔中為減少摩損裝有襯套。 后端卷耳通過鋼板彈簧吊耳銷與后端吊耳與吊耳架相連，后端可以自由擺動，形成活動吊耳。當(dāng)車架受到?jīng)_擊彈簧變形時(shí)兩卷耳之間的距離有變化的可能。 鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)簡單工作可靠 ， 但其減振效果不太理想 ，多應(yīng)用于貨車 。 2）空氣彈簧非獨(dú)立懸架 汽車在行駛時(shí)由于載荷和路面的變化，要求懸架剛度隨著變化。當(dāng)空車時(shí)車身被抬高，滿載時(shí)車身則被壓得很低，會出現(xiàn)撞擊緩沖塊的情況。因而對于不同類型汽車提出不同的要求，礦山及大型客車要求其空車與滿載時(shí)的車身高度變化不大；對于轎車要求在好路上降低車身高度，提高車速行駛；在壞路上提高車 身，可以增大通過能力。因而要求車身高度隨使用要求可以調(diào)節(jié)。空氣彈簧非獨(dú)立懸架可以滿足要求。 3） 二連式 螺旋彈簧非獨(dú)立懸架 二連式 螺旋彈簧非獨(dú)立懸架是一種復(fù)合式懸架 ， 裝有該類后懸架的轎車 ， 其后橋的結(jié)構(gòu)形式對后懸架的剛度特性有重要影響 。 因?yàn)槁菪龔椈勺鳛閺椥栽?，只能承受垂直載荷 ， 所以其懸架系統(tǒng)要加設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和減振器。而采用螺旋彈簧、空氣彈簧（主要用于商用車上）的非獨(dú)立懸架都必須設(shè)置能約束車軸運(yùn)動的導(dǎo)向桿。螺旋彈簧非獨(dú)立懸架多見于皮卡、越野車和一些廉價(jià)小轎車的后橋上。 二連式 螺旋彈簧 非 獨(dú)立懸架的主要優(yōu)點(diǎn)是：汽車 在制動狀態(tài) 可以按司機(jī)的意圖進(jìn)行平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向，其不足之處是汽車高速時(shí)有軸擺動現(xiàn)象。 螺旋彈簧非獨(dú)立懸 架系統(tǒng)具有良好操縱穩(wěn)定性，可減小輪胎磨損 。 因此對于平順性要求高的 SUV后懸架，設(shè)計(jì)時(shí)采用 2－ 3螺旋彈簧非獨(dú)立懸架 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書） 10 鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架顯然不太合適。 二連桿式 螺旋彈簧 非獨(dú)立懸架 在性能表現(xiàn)上兩 連桿與麥弗遜懸架有許多相似之處 ， 優(yōu)點(diǎn)在于重量輕、減震響應(yīng)速度快 ，故選擇二連桿式 螺旋彈簧 非獨(dú)立懸架做為后懸架。 輔助元件 橫向穩(wěn)定器 通過減小 懸架的垂直剛度 c，能減低車身的振動固有頻率 n，達(dá)到改善汽車平順性 的目的。但因?yàn)閼壹艿膫?cè)傾角剛度 cφ和垂直剛度的之間 c的正比的關(guān)系，所以減小垂直剛度 c 的同時(shí)使側(cè)傾角剛度減小，并使側(cè)傾角增加，結(jié)果車廂中的成員會感到不舒服和降低了行車的安全感。解決這一矛盾的主要方法就是在汽車上安裝橫向穩(wěn)定器。有了橫向穩(wěn)定器，就可以做到在不增大懸架垂直剛度的前提下，增大懸架的側(cè)傾角剛度。 汽車轉(zhuǎn)彎是產(chǎn)生側(cè)傾力矩，使內(nèi)外側(cè)車輪的負(fù)荷發(fā)生轉(zhuǎn)移且影響車輪側(cè)偏角剛度和車輪側(cè)偏角的變化。前后軸車輪負(fù)荷的轉(zhuǎn)移大小，主要取決于前后懸架的側(cè)傾角剛度值。當(dāng)前后懸架側(cè)傾角剛度值大于后懸架的側(cè)傾角剛度值時(shí)，前軸的負(fù) 荷大于后軸車輪的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，并使前輪側(cè)傾角大于后輪的側(cè)傾角，以保證汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性。在汽車懸架上設(shè)計(jì)橫向穩(wěn)定器，能增大前懸架的側(cè)傾角剛度。 本次設(shè)計(jì)選用的橫向穩(wěn)定器是桿式橫向穩(wěn)定器 。它具有結(jié)構(gòu)簡單，不易發(fā)生運(yùn)動干涉的特點(diǎn)。桿式橫向穩(wěn)定器在車身和車架傾斜時(shí)穩(wěn)定桿兩邊的縱向部分向不同方向偏轉(zhuǎn)， 于是穩(wěn)定桿便被扭轉(zhuǎn) 。彈性的穩(wěn)定桿所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)的內(nèi)力矩就妨礙了懸架彈簧的變形，因而減小了車身的橫向傾斜和橫向角振動。 彈性元件 懸架的彈性元件包括鋼板彈簧 、 螺旋彈簧 、 扭桿彈簧、氣體彈簧、油氣彈簧、橡膠彈簧等。 采用螺旋彈簧作 彈性元件的懸架系統(tǒng) ，具有無需潤滑，不忌泥污，安置它所需的縱向空間不大，彈簧質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)螺旋彈簧只能承受垂直載荷，故必須設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以傳遞垂直力以外的各種力和力矩。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書） 11 第 3章 技術(shù)參數(shù)確定與計(jì)算 自振頻率 對于大多數(shù)汽車而言，其懸掛質(zhì)量分配系數(shù) ～aby ?? ?? ，因而可以近似地認(rèn)為ε＝ 1，即前、后橋上方車身部分的集中質(zhì)量的垂向振動是相互獨(dú)立的，并用偏頻 1n , 2n 表示各自的自由振動頻率。偏頻越小，則汽車的 平順性越好。一般對于采用鋼制彈簧的轎車， 1n 約為 1～ （ 60～ 80次 /min） , 2n 約為 ～ (70～ 90 次 /min),非常接近人體步行時(shí)的自然頻率。載貨汽車的偏頻略高于轎車，前懸架約為 ,后懸架則可能超過 。為了減少汽車的角振動，一般汽車前、后懸架偏頻之比約為 ～nn ? 。 本次設(shè)計(jì)的 SUV 前懸架自振頻率 1n ＝ ,后懸架自振頻率 2n ＝? 。 懸架剛度 suK 懸架剛度 suK 的計(jì)算公式由 ??? 22 mKn su?? ，則 mnKsu 2)2( ?? W—— 懸架的角速度， W=2π f K—— 懸架的角剛度 M—— 簧上質(zhì)量 即 K=W2m 所以前懸架的剛度 mN　mnK su /587221034))2( 2121 ????? ＝（? 后懸架的剛 度 mN　mnK su /63051946))2( 2222 ????? ＝（? 懸架靜撓度 cf 懸架靜撓度 cf 是指汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷 wF 與此時(shí)懸架剛度 K 之比，即 cf ＝ wF /K。 汽車前、后懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車的行使 平順性的主要參數(shù)之一。對于剛度為常數(shù)的懸架，靜撓度 fc 完全由所選 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書） 12 擇的自振頻率所 決定：2)2( ngfc ?? ? 前懸架的靜撓度為 mmfc 1721＝ 。 后懸架的靜撓度為 mmfc 1472 ? 。 轎車的靜撓度取值范圍如下： ?2cf 100～ 300mm，所以我的選擇滿足條件。 懸架動撓度 df 懸架的動撓度 df 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（通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的 1/2 或 2/3）時(shí)，車輪中心相對車架（或車身）的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動撓度，以防止在壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰撞緩沖塊。通常 cd f～f )(? 。 前懸架動撓度 mmff cd 11 ?＝ 后懸架動撓度 mmff cd 22 ?＝ 圖為了得到良好的平順性，應(yīng)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 31 懸架 撓度 形也大，對于一般轎車而言，懸架總的工作行程即靜撓度 cf 與動撓度 df 之和應(yīng)當(dāng)不小于160mm。 動撓度與靜撓度的總和為： fc1+fd1=172+103=275mm fc2+fd2=147+88=235mm 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書） 13 第 4章 彈性元件的設(shè)計(jì)計(jì)算 前懸架彈簧（麥弗遜懸架） 螺旋彈簧作為彈性元件，由于其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便及有高的比熱容量，因此在現(xiàn)代輕型以下汽車的懸架中應(yīng)用的相當(dāng)普遍，特別是在轎車中，由于要求良好的舒適性和懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在大擺動下仍具有保持車輪角定位的能 力，因此螺旋彈簧懸架早就取代了鋼板彈簧懸架。螺旋彈簧