【正文】 品型號(hào)滿足各類汽車的需要，我國(guó)己制訂了汽車筒式減振器標(biāo)準(zhǔn)，由專業(yè)廠進(jìn)行系列化生產(chǎn)。單筒式減振器為防止外物撞擊而產(chǎn)生變形，應(yīng)取 2mm。對(duì)于內(nèi)無摩擦彈性元件 （ 螺旋彈簧 ） 懸架，取 ?? 。 長(zhǎng)徑比 0 270 4 .5 5 .360HD? ? ? ? ?， 不失穩(wěn) （ 合格 ） 。 因此 彈簧 自由高度 m a x 6 0 2 0 5 5 2 7 0fsHH ??? ? ? ? ? ? ?mm。 彈簧的自由高度可由彈簧壓并高度和最大行程決定，即 maxfsHH???。 為了保證彈簧有足夠大的動(dòng)撓度，取載荷指數(shù)為 ，即彈簧最大工作載荷 F2=? 1637= 最大行程 m a x 1. 5 1. 5 13 5 20 5??? ? ? ?mm。 在此選取靜載荷 時(shí)應(yīng)力 580?? Mpa。由于采用橡膠緩沖塊等故可防止過載，靜載荷時(shí)把應(yīng)力控制在 600 Mpa 以下為好。 當(dāng)懸架彈簧經(jīng)噴丸處理時(shí)，最大載荷剪切應(yīng)力應(yīng)控制在 [ ] ? ? Mpa 以下。 滿載 靜 平衡 時(shí)彈簧載荷 P=1637N， 從汽車平順性考慮 取固有頻率 0f =。 S=2KC （ ） AS P??? （ ） 將 C 作為待求的量，改變上式得彈簧指數(shù) 計(jì)算公式 0 . 2 5 [ ( 0 . 7 3 ) ( 8 . 1 9 ) 1 . 2 7 ]C S S S? ? ? ? ? （ ） 由 公式 （ ） 變形 得 4333888 ( )G d G d G dk DnD nCn d? ? ? （ ） 設(shè) 0k 為每一圈彈簧的鋼度，則 0 38dGk k n C? ? ? （ ） 取 G=83000Mpa，則 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 30 1000 /k k n d C? ? ? （ ） 螺旋 彈簧的計(jì)算 由于彈簧需要承受的沖擊載荷較大，因此需要彈簧有較高的強(qiáng)度。但是，在這些計(jì)算公式中，預(yù)先決定許用應(yīng)力、彈簧鋼度，然后定出 d、 D 值中的一個(gè)，再求出另一個(gè)是相當(dāng)費(fèi)事的 。而實(shí)際上是先決定許用應(yīng)力，在許用應(yīng)力的范圍內(nèi)尋求 d、 D值。 對(duì)應(yīng)力公式來說，在應(yīng)力計(jì)算中有四個(gè)變量，其中包含應(yīng)力修正系數(shù) K、彈簧鋼絲直徑的三次方計(jì)算等。 （ 3） 固有頻率公式 0 1 1 12 2 2k k g gf mP? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ ） 式中： 0f —— 懸掛質(zhì)量的固有頻率 ， Hz； g —— 重力加速度 ， 9800mm/s2。 （ 2） 彈簧鋼度公式 （ 或撓度公式 ） 438Gdk nD? （ ） 348nD PGd?? （ ） 式中 ： k—— 彈簧鋼度 ， N/mm； n—— 彈簧工作 圈數(shù) ； ?—— 彈簧撓度 ， mm。 螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 螺旋 彈簧作為彈性元件，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便及有高的比能容量，因此在現(xiàn)代輕型以下汽車的懸架中應(yīng)用相當(dāng)普遍，特別是在轎車中，由于要求良好的乘用舒適性和懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在大擺動(dòng)量下仍具有保持車輪定位角的能力，本設(shè)計(jì)中小型觀光本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 旅游車選用螺旋彈簧作為其彈性元件。一般而一言，對(duì)于轎車的非驅(qū)動(dòng)橋，其非簧載質(zhì)量約為 （ 50~90） kg之間，采用獨(dú)立懸架時(shí)約為下限，采用非獨(dú)立懸架時(shí)約為上限，采用復(fù)合縱臂式后支持橋懸架時(shí)約為中間值。非簧載質(zhì)量即為非懸掛質(zhì)量，例 如車輪和轉(zhuǎn)向節(jié)的質(zhì)量，此外，還應(yīng)包 括車輪和車身或車橋之間各連接件質(zhì)量的一半，比如導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的擺臂、 彈簧 （ 固定在車架上的扭桿彈簧除外 ） 、減振器、橫向推力桿、轉(zhuǎn)向橫拉桿等。故目前多數(shù)汽車的懸架系統(tǒng)中盡量減少干摩擦而裝液力減振器，促使振動(dòng)迅速衰減以提高汽車行駛平順性。當(dāng)汽車在 不平的路面上行駛時(shí)或當(dāng)車輪受到?jīng)_擊負(fù)荷時(shí)，為了衰減車身的自由振動(dòng)和抑制車身、車輪的共振，以減小車身的垂直加速度和車輪的振幅，懸架系統(tǒng)應(yīng)具有合適的阻尼。 阻尼特性 當(dāng)汽車懸架僅有彈性元件而無摩擦或減振裝置時(shí)，汽車簧載質(zhì)量的振動(dòng)將會(huì)延續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，因此，懸架中一 定要有減振的阻尼力。 一般 乘用 車的固有頻率 0f 在 1~ 之間，本設(shè)計(jì)取 0 ? Hz，由式 （ ）得 懸架的鋼度為 2 20( 2 ) ( 2 3 . 1 4 1 . 3 5 ) 1 6 3 7 1 1 . 9 99810ss fGC g? ? ? ?? ? ?N/mm 由于懸架靜撓度 /c s sf m g C? ，因此式 （ ） 又可表達(dá)為 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 0 f? （ ） 式中 cf 的單位為 mm。 0 12 ssgCf G?? （ ） 式中 ： g —— 重力加速度， g=9810mm/s2； sC —— 懸架鋼度， N/mm； sG —— 懸架簧載重力， N。 汽車懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性的主要參數(shù)之一。 阻尼特性 懸架受到的垂直外力與由此所引起的車輪中心相對(duì)于車身位移（即懸架的變形）的關(guān)系，稱為懸架的彈性特性。汽車行駛時(shí)振動(dòng)越劇烈，則平順性越差。 本章小 結(jié) 本章介紹了汽車懸架的重要作用 和組成 元件以及懸架的 分類 ， 介紹了麥弗遜式懸架的特點(diǎn) 及 設(shè)計(jì)要求 ， 并對(duì)麥弗遜式懸架的結(jié)構(gòu)加以分析 。如圖 所示，表示汽車前懸架機(jī)構(gòu)圖。運(yùn)動(dòng)副按照其接觸情況分為高副和低副。構(gòu)件和構(gòu)件是由運(yùn)動(dòng)副連接成運(yùn)動(dòng)鏈。一個(gè)構(gòu)件可以本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 是一個(gè)零件，也可以是由幾個(gè)甚至很多零件組成。機(jī)構(gòu)都是由構(gòu)件組成的。 麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)分析 圖 麥弗遜懸架機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 以下用空間機(jī)構(gòu)知識(shí)分析麥弗遜懸架機(jī)構(gòu)。因此 ，這種懸架在變形時(shí)，使得主銷的定位角和輪距都有些變化。主銷的軸線通過上下鉸鏈中心。因此，這種結(jié)構(gòu)形式較其余懸架在一定的程度上減少了滑動(dòng)摩擦。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 1— 橫擺臂 2— 車輪 3— 轉(zhuǎn)向節(jié) 4— 減 振 器 5— 車身 6— 彈簧 圖 麥弗遜式懸架結(jié)構(gòu)圖 筒式減振器 4 的上端用螺栓和橡膠墊圈與車身 5 連接，減振器鋼筒下端固定在轉(zhuǎn)向節(jié) 3 上，而轉(zhuǎn)向節(jié)通過球鉸鏈與橫擺臂 1 連接。 輕型轎車中的麥弗遜式懸架是典型的空間機(jī)構(gòu)。該懸架還具有較為合 理的運(yùn)動(dòng)特性，能夠保證整車性能要求。 簡(jiǎn)單地說，麥弗遜懸掛的主要結(jié)構(gòu)即是由螺旋彈簧加減振器組成，減振器可以避免螺旋彈簧受力時(shí)向前、后、左、右偏移的現(xiàn)象，限制彈簧只能作上下方向的振動(dòng)，并可以用減振器的行程長(zhǎng)短及松緊，來設(shè)定懸掛的軟硬及性能。但是， 由 于減振器兼作轉(zhuǎn)向部件，所以它的滑動(dòng)部分容易松動(dòng)，轉(zhuǎn)彎時(shí)車輪的外傾角變化也比較大。各個(gè)支撐點(diǎn)相互之間的距離較遠(yuǎn)，從而因制造誤差而引起的車輪外傾角和主銷后傾角的變化也較小，因此不需要特別的調(diào)整機(jī)構(gòu)。麥弗遜式懸架將所有承擔(dān)彈性 元 件功能和車輪導(dǎo)向功能的零件組合在一個(gè)結(jié)構(gòu)單 元 內(nèi)，這些零件包括 ： 支撐螺旋彈簧下端的托盤、輔助彈簧和壓縮行程限位塊、與連桿連接 的擺軸式橫向穩(wěn)定桿和車輪轉(zhuǎn)向節(jié)。 麥弗遜式懸架是一種單橫臂式獨(dú)立懸架，它將減振器作為懸架桿系的一部分加以利用，并將兼作轉(zhuǎn)向主銷用的滑柱和擺臂組裝在一起，主要用于中型以下的轎車上，也用于運(yùn)動(dòng)型汽車的后軸，此時(shí)稱為查普曼 （ Chapman） 式懸架。 1987 年末、 1994 年末、 20xx 年末采用麥弗遜式懸架作為前懸架的車型所占比例分別為 ： %， %， %，麥弗遜式懸架在三個(gè)統(tǒng)計(jì)年度均占第一位 ； 采用麥弗遜式懸架作為后懸架的車型所占比例分別為 ： %， %， %，其中麥弗遜式懸架在 1987 年末占第二位，在 1994年末占第一位，在 20xx 年末占第四位。麥弗遜式懸架首先于 1950 年在福特汽車公司的車型上采用，從此以后，麥弗遜式懸架以其節(jié)約空間和成本較低成為最為流行的汽車獨(dú)立懸架系統(tǒng)之一。導(dǎo)向裝置可控制車輪相對(duì)車身按設(shè)定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并在車輪與車架之間傳遞力和力矩 [7]。 導(dǎo)向裝置 獨(dú)立懸 架 上的彈性元件，大多吸能傳遞垂直載荷而不能傳遞縱向力和橫向力，必須另設(shè)導(dǎo)向裝置，如上、下擺臂和縱向、橫向穩(wěn)定器等。人們?yōu)榱烁玫貙?shí)現(xiàn)轎車的行駛平穩(wěn)性和安全性，將阻尼系數(shù)不固定在某一數(shù)值上，而是能隨轎車運(yùn)行的狀態(tài)而變化，使懸架性能總是處在最優(yōu)的狀態(tài)附近。當(dāng)車架與車軸相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減 振 器內(nèi)的油液會(huì)通過一些窄小的孔、縫等通道反復(fù)地從一個(gè)腔室流向另一個(gè)腔室，這時(shí)孔壁與油液間的摩擦形成了對(duì)車身振動(dòng)的阻力，這種阻力工程上稱為阻尼力。它可將車輪與車身相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能部分地轉(zhuǎn)變?yōu)橛鸵夯蚰Σ帘砻娴?熱能并散發(fā)出去，從而迅速衰減振動(dòng)。 本設(shè)計(jì) 也 采用雙筒式雙向 作用 減振器。減 振 器的上端與車身或者車架相連，下端與車橋相連。 （ 4） 扭桿彈簧 將用彈簧桿做成的扭桿一端固定于車架，另一端通過擺臂與車輪相連，利用車輪跳動(dòng)時(shí)的扭轉(zhuǎn)變形起到緩沖作用，適用于獨(dú)立懸掛使用。由于沒有減 振 和傳力的功能，還必本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 須設(shè)有專門的減 振 器和導(dǎo)向裝置。鋼板彈簧除具有緩沖作用外，還有一定的減 振 作用，縱向布置時(shí)還具有導(dǎo)向傳力的作用，非獨(dú)立懸掛大多采用鋼板彈簧做彈性元件，可省去導(dǎo)向裝置和減 振 器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 彈性元件的種類 （ 1） 鋼板彈簧 由多片不等長(zhǎng)和不等曲率的鋼板又疊合而成。減振器指 液力減振器，是為了加速衰減車身的振動(dòng)，它是懸架機(jī)構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機(jī)械件。減振器在車架 （ 或車身 ） 與車橋 （ 或車輪 ） 之間作彈性聯(lián)系，起到承受沖擊的作用。這三部分分別起緩沖，減振和力的傳遞作用。 懸架的組成 現(xiàn)代汽車的懸架盡管各有不同的 結(jié)構(gòu)型式，但一般都是由彈性元 件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。這種懸架構(gòu)造簡(jiǎn)單，布置緊湊，前輪定位變化小，具有良好的行駛穩(wěn)定性。麥弗遜式是絞結(jié)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(dòng)。 燭式采用車輪沿主銷軸方向移動(dòng)的懸架形式，形狀似燭形南而得名。而越野車輛、軍用車輛和礦山車輛，在壞路或無路的情況下，可保證全部車輪與地面的接觸，提高汽車的行駛穩(wěn)定性和附著性，發(fā)揮汽車的行駛速度。 ( a ) ( b )( c ) ( d ) 圖 四種基本類型的獨(dú)立懸架示意圖 獨(dú)立式懸架 汽車的每個(gè)車輪單獨(dú)通過一套懸掛安裝于車身或者車橋上，車橋采用斷開式，中間一段固定于車架或車身上；此種懸掛兩邊車輪受沖擊時(shí)互不影響，而且由于非懸掛質(zhì)量較輕，緩沖與減 振 能力 很強(qiáng)，乘坐舒適，各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于 非獨(dú)立式懸掛，但該懸本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 掛結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還會(huì)使驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變得復(fù)雜起來。這種懸掛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳力可靠，但是兩輪受沖擊 振 動(dòng)時(shí)互相影響。懸架由彈性元件，導(dǎo)向裝置與減振器等三種元件和機(jī)構(gòu)組 成 [5]。 （ 2） 使用 ADAMS 軟件的 View 模塊， 對(duì)麥弗遜懸架進(jìn)行合理簡(jiǎn)化， 建立麥弗遜式懸架的空間機(jī)構(gòu)模型，進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析 ；對(duì)完成的麥弗遜式懸架模型進(jìn)行參數(shù)化處理，實(shí)現(xiàn)懸架模型的參數(shù)化，把所用到的設(shè)計(jì)變量和虛擬設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)應(yīng)起來，分析懸架優(yōu)化的目標(biāo)參量及其測(cè)量表達(dá)式 ； （ 3） 對(duì)所建立的模型進(jìn)行懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真試驗(yàn)，研究考慮每個(gè)設(shè)計(jì)變量的變化對(duì)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 樣機(jī)性能的影響， 進(jìn)行優(yōu)化 ，對(duì)比討論優(yōu)化前后的仿真結(jié)果，最后對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià) ； （ 4） 利用 Pro/E 軟件 對(duì)優(yōu)化完的懸架 進(jìn)行 模型的建立 。在懸架設(shè)計(jì)中，基于 ADAMS 平臺(tái)參數(shù)化的特性生成懸架的仿真模型，依據(jù)仿真結(jié)果提出改進(jìn)方案并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選定比較合適的空間結(jié)構(gòu)參數(shù)和懸架性能參數(shù)，對(duì)懸架零件進(jìn)行 選取和 模型建立 最后完成懸架的裝配。進(jìn)入 20