【導(dǎo)讀】響到汽車(chē)的多種使用性能。懸架既要滿(mǎn)足汽車(chē)的舒適性要求，又要滿(mǎn)足其操縱。穩(wěn)定性的要求，而這兩方面又是互相對(duì)立的。車(chē)的總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，分析懸架的類(lèi)型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為汽車(chē)選擇前后懸架的類(lèi)型。本設(shè)計(jì)中前懸架采用麥弗遜獨(dú)立懸架，后懸架采用斜置單臂式獨(dú)立懸架。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、橫向穩(wěn)定桿等。螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括剛度和強(qiáng)度等的校核，使設(shè)計(jì)。為前、后懸架匹配減振器，計(jì)算減振器的尺寸參數(shù)，并且檢驗(yàn)減振器是否滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。為了防止車(chē)身在轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生過(guò)大的橫向側(cè)傾，為前后懸架各匹配了一個(gè)橫向穩(wěn)定桿，提高懸架的側(cè)傾剛度。

　　

【正文】 點(diǎn)固定在汽車(chē)翼子板上。 由彈性塑料制成的 輔助彈簧 11 與托盤(pán) 9的內(nèi)孔連接，下端支承在防塵罩 12上。它放在彈簧托盤(pán) 3上，保護(hù)鍍鉻的桿 2。當(dāng)車(chē)輪上跳時(shí)，輔助彈簧壓在管 1的封蓋上。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 支架 4和 U形夾 13 焊接在管 1上。橫向穩(wěn)定桿的拉桿 5 的上球鉸固定在支架 4內(nèi)。 U形夾則把車(chē)輪支架支承在 U 形彎腳中。為了能不外傾角精確地調(diào)整到設(shè)計(jì)值，U 形夾的上孔加工成長(zhǎng)形孔。車(chē)輪的導(dǎo)向由一個(gè)第二代雙排徑向止推滾珠軸承來(lái)承擔(dān)。 導(dǎo)向鉸 G 的轉(zhuǎn)向球通過(guò)夾鉗與車(chē)輪支架連接。橫置的螺栓 15 穿過(guò)轉(zhuǎn)向球銷(xiāo)的環(huán)形槽，以防止球銷(xiāo)在螺栓出現(xiàn)意外松動(dòng)時(shí)滑脫。副車(chē)架 6是為了車(chē)身連接而采 用的。 斜置單臂式獨(dú)立懸架 是單橫臂式和單縱臂式獨(dú)立懸架的折衷方案。如圖 34所示。單斜臂繞與汽車(chē)縱軸線成一定角度 (0 90 )?????? 的軸線擺動(dòng)。適當(dāng)?shù)剡x擇夾角 ? ，可以調(diào)整輪距、車(chē)輪傾角、前束等變化最小。從而可獲得良好的操縱穩(wěn)定性。 這種懸架適于做后懸架。 圖 34 斜置單臂式獨(dú)立懸架 本論文懸架方案的選擇為前麥弗遜懸架后 斜置單臂式獨(dú)立懸架 。 本章小節(jié) 本章對(duì)汽車(chē)的懸架 做了 系統(tǒng)的 介紹，并對(duì)各種懸架的結(jié)構(gòu)型式和性 能特點(diǎn)進(jìn)行了 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 分析， 確定了前后懸架的類(lèi)型為前麥弗遜式獨(dú)立懸架和后 斜置單臂式獨(dú)立懸架 。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 第 4 章 懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算 懸架主要參數(shù)的選擇計(jì)算 （ 1） 懸架靜撓度 cf 懸架靜撓度 cf ，是指汽車(chē)滿(mǎn)載靜止時(shí)懸架上的載荷 wF 與此時(shí)懸架剛度 c 之比， 即 /cwf F c? 。 汽車(chē)前、 后懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車(chē)行駛平順性的主要參數(shù)之一。因現(xiàn)代汽車(chē)的質(zhì)量分配系數(shù) ε 近似等于 1，于是汽車(chē)前、后軸上方車(chē)身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)系。因此，汽車(chē)前、后部分的車(chē)身的固有頻率 12nn和 (亦稱(chēng)偏頻 )可用下式表示 11112 m?? ， 22212 m?? (41) 式中， 12nn和 為前、后懸架的剛度 (N／ cm)； 1m 、 2m 為前、后懸架的簧上質(zhì)量 (kg)。 當(dāng)采用彈性特性為線性變化的懸架時(shí)，前、后懸架的靜撓度可用下式表示 111 cgmfc ? 222 cgmfc ? 式中， g 為重力加速度 (g=981cm／ s2)。 將1cf、 2cf代入式 (4— 1)得到 11 5 f? 22 5 f? (42) 分析上式可知：懸架的靜撓度 cf 直接影響車(chē)身振動(dòng)的偏頻 n。因此，欲保證汽車(chē)有良好的行駛平順性，必須正確選取懸架的靜撓度。 在選取前、后懸架的靜撓度值1cf和2cf時(shí)，應(yīng)當(dāng)使之接近，并希望后懸架的靜撓度2cf比前懸架的靜撓度1cf小些，這有利于防止車(chē)身產(chǎn)生較大的縱向角振動(dòng)。理論分析證明：若汽車(chē)以較高車(chē)速駛過(guò)單個(gè)路障， 1n ／ 2n 1 時(shí)的車(chē)身縱向角振動(dòng)要比 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 1n / 2n 1 時(shí)小，故推薦取 2cf =(0． 8～ 0． 9) 1cf ?？紤]到貨車(chē)前、后軸荷的差別和駕駛員的乘坐舒適性，取前懸架的靜撓度值大于后懸架的靜撓度值，推薦2cf=(0． 6～ 0． 8) 1cf。為了改善微型轎車(chē)后排乘客的乘坐舒適性，有時(shí)取后懸架的偏頻低于前懸架的偏頻。 為了減小汽車(chē)的角振動(dòng)，一般汽車(chē)前、后懸架偏頻之比約為 12/ ~ ? 。 用途不同的汽車(chē)，對(duì)平順性要求 不一樣。以運(yùn)送人為主的轎車(chē)對(duì)平順性的要求最高，大客車(chē)次之，載貨車(chē)更次之。對(duì)普通級(jí)以下轎車(chē)滿(mǎn)載的情況，前懸架偏頻要求在1． 00～ 1． 45Hz，后懸架則要求在 1． 17～ 1． 58Hz。原則上轎車(chē)的級(jí)別越高，懸架的偏頻越小。貨車(chē)滿(mǎn)載時(shí)，前懸架偏頻要求在 1． 50～ 2． 10Hz，而后懸架則要求在1． 70～ 2． 17Hz。選定偏頻以后，再利用式 (4— 2)即可計(jì)算出懸架的靜撓度。 選擇貨車(chē)滿(mǎn)載時(shí)前后懸架的偏頻分別為： ZHn ? ， ZHn ? 所以 ??nn ，滿(mǎn)足要求 。 利用公式 (4— 2)，得到 1cf =， 2cf = 。 （ 2） 懸架的動(dòng)撓度 df 懸架的動(dòng)撓度 df 是指從滿(mǎn)載靜平衡位置開(kāi)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(chē)輪中心相對(duì)車(chē)架 (或車(chē)身 )的垂直位移。要求懸架 應(yīng)有足夠大的動(dòng)撓度，以防止在壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰撞緩沖塊。對(duì)轎車(chē)， df 取 7—9cm；對(duì)大客車(chē) , df 取 5～ 8cm；對(duì)貨車(chē) df 取 6～ 9cm。 對(duì)于轎車(chē) /dcff的值應(yīng)不小于 ，大客車(chē)應(yīng)不小于 ，載貨汽 車(chē) 。所以選取貨車(chē)前后懸架的動(dòng)撓度等于靜撓度，即： 1df = 1cf = ， 1df = 2cf = 。 （ 3）懸架側(cè)傾角剛度及其在前、后軸的分配 懸架側(cè)傾角剛度系指簧上質(zhì)量產(chǎn)生單位側(cè)傾角時(shí)懸架給車(chē)身的彈性恢復(fù)力矩。它對(duì)簧上質(zhì)量的側(cè)傾角有影響；側(cè)傾角過(guò)大或過(guò)小都不好。乘坐側(cè)傾角剛度過(guò)小而側(cè)傾角過(guò)大的汽車(chē)，乘員缺乏舒適感和安全感。側(cè)傾剛度過(guò)大而側(cè)傾角過(guò)小的汽車(chē)又缺乏汽車(chē)發(fā)生側(cè)翻的感覺(jué)，同時(shí)使輪胎側(cè)偏角增大 ，如果發(fā)生在后輪會(huì)使汽車(chē)增加了過(guò)多轉(zhuǎn)向的可能。要求在側(cè)向慣性力等于 0． 4倍車(chē)重時(shí)，轎車(chē)車(chē)身側(cè)傾角在 2． 5176?！?4176。，貨車(chē)車(chē)身側(cè)傾角不超過(guò) 6176?！?7176。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 此外，還要求汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，在 0． 4g的側(cè)向加速度作用下，前、后輪側(cè)偏角之差 δ1δ2應(yīng)當(dāng)在 1176?！?3176。范圍內(nèi)。而前、后懸架側(cè)傾角剛度的分配會(huì)影響前、后輪的側(cè)偏角大小，從而影響轉(zhuǎn)向特性，所以設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮懸架側(cè)傾角剛度在前、后軸上的分配。為滿(mǎn)足汽車(chē)稍有不足轉(zhuǎn)向特性的要求，應(yīng)使汽車(chē)前軸的輪胎側(cè)偏角略大于后軸的輪胎側(cè)偏角。為此，應(yīng)該使前懸架具有的側(cè)傾角剛度要略 大于后懸架的側(cè)傾角剛度。對(duì)轎車(chē)，前、后懸架側(cè)傾角剛度比值一般為 1． 4～ 2． 6。 彈性元件的計(jì)算 前懸架螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1） 螺旋彈簧的剛度計(jì)算 汽車(chē)滿(mǎn)載質(zhì)量 Q=3280 kg 前軸負(fù)荷 kgQG ?? 后軸負(fù)荷 kgQG ?? 非簧質(zhì)量 前懸架 1 70Q kg? 后懸架 2 80Q kg? 簧載質(zhì)量 前懸架 kgQGQ 5392/)701148(2/)( 1101 ????? 后懸架 kgQGQ 10262/)802132(2/)( 2202 ????? 螺旋彈簧的剛度 前懸架 cmNf gQc c / ???? 后懸架 cmNf gQc c / 6 1 0 2 62202 ???? （ 2） 彈簧的靜撓度scf和動(dòng)撓度sdf 麥弗遜懸架在振動(dòng)時(shí)，由于彈簧與車(chē)體并不垂直，所以懸架的靜撓度并不等于螺旋彈簧的靜撓度?？梢酝ㄟ^(guò)振動(dòng)時(shí)螺旋彈簧位置的改變來(lái)尋找?guī)缀侮P(guān)系根據(jù)已知的懸架靜撓度來(lái)求出螺旋彈簧的靜撓度，如圖 41所示： 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) 圖中 cf —— 前懸架的靜撓度，已知 cf =； 1cf —— 螺旋彈簧的靜撓度。 圖 41 前懸架振動(dòng)示意圖 解三角形 ABC： 502 )4 50( 504c os 222 1?? ????? cf 1cf = 同理，可以求出后懸架 螺旋彈簧的靜 撓度為：2cf= mmff cd ?? 2df=2cf= （ 3） 螺旋彈簧的主要尺寸的確定 1) 彈簧 中徑 D和鋼絲直徑 d 取 前懸架 1D =110mm 1d =15mm 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 后懸架 2D =90mm 2d =15mm 2) 工作圈數(shù) i 可按下式求得： 438Gdi cD? 式 (43) 式中 G—— 彈簧材料的剪切彈性模量，取 10G MPa?? ； c—— 螺旋彈簧剛度。 前懸架： 1 3441 ??? ???i 所以取工作圈數(shù)為： 61?i 圈。 后懸架： 6 18 3442 ??? ???i 取工作圈數(shù)為： 42?i 圈 （ 4） 彈簧端部結(jié)構(gòu)型式及所用 材料的選定 首先，采用彈性特性為線性的等節(jié)距螺旋彈簧，由于鋼絲直徑 d =18mm10mm，所以在熱處理工藝上需要成形后淬火并回火，即熱成形彈簧。在端部形狀的選擇上采取 兩端碾細(xì)的端部結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)節(jié)約材料，占用垂向空間小，特別是由于兩端都平整，安裝時(shí)可以任意轉(zhuǎn)動(dòng)，因而設(shè)計(jì)時(shí)彈簧的圈數(shù)可以去任意值，不必限于整數(shù)。 螺旋彈簧材料的選擇可參考下表 42： 彈簧鋼種 應(yīng)用 6 70 、 85 汽車(chē)板簧、圓形螺旋彈簧、 12mm 的小型彈簧 55Si2Mn 55SiMnB 用作 25mm 汽車(chē)板簧、螺旋彈簧、氣缸閥簧 55SiMnVB 汽車(chē)板簧、螺旋彈簧、氣缸閥簧 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè) 60SiMn 60SiMnA 汽車(chē)板簧、螺旋彈簧、氣缸閥簧 55CrMnA 60CrMnA 50mm 的螺旋彈簧和鋼板彈簧 表 42部分彈簧鋼種在汽車(chē)上的應(yīng)用 材料選用 60CrMnA (5) 彈簧的強(qiáng)度校核 螺旋彈簧的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力可以表示為： 1 2cc f GdDi? ?? 式 (44) 動(dòng)載荷下的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力表示為： 1 2dd f GdDi? ?? 式 (45) 前懸架： ?1c? ，1d?= ?1c? 后懸架： ?2c? ，2d?= ?2c? 選取彈簧許用扭轉(zhuǎn) 應(yīng)力時(shí)，應(yīng)根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)型式和工作特點(diǎn)來(lái)確定，一般推薦滿(mǎn)載需用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為 500 ~ 700MPa，彈簧最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力在 980 ~ 1078MPa范圍內(nèi)。故設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度要求。 獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 （ 1） 前懸導(dǎo)向機(jī)構(gòu) ： 1)懸架上載荷變化時(shí)，保證輪距變化不超過(guò)177。 ，輪距變化大會(huì)引起輪胎早期磨損。 2)懸架上載荷變化時(shí)，前輪定位參數(shù)要有合理的變化特性，車(chē)輪不應(yīng)產(chǎn)生縱向加速度。 3)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，應(yīng)使車(chē)身側(cè)傾角小。在 0． 4g側(cè)向加 速度作用下，車(chē)身側(cè)傾 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè) 角不大于 6176?！?7176。，并使車(chē)輪與車(chē)身的傾斜同向，以增強(qiáng)不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)。 4)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，應(yīng)使車(chē)身有抗前俯作用；加速時(shí)，有抗后仰作用。 （ 2）后懸導(dǎo)向機(jī)構(gòu) ： 1)懸架上的載荷變化時(shí)，輪距無(wú)顯著變化。 2)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，應(yīng)使車(chē)身側(cè)傾角小，并使車(chē)輪與車(chē)身的傾斜反向，以減小過(guò)多轉(zhuǎn)向效應(yīng)。 前輪定位參數(shù)與主銷(xiāo)軸的布置 筒式減振器上鉸鏈的中心與橫擺臂外端的球鉸鏈中心的連線為麥弗遜懸架的主銷(xiāo)軸線。 （ 1） 主銷(xiāo)偏移距 圖 43