【正文】 年當(dāng)時(shí)任職福特汽車(chē)公司的麥弗遜 （ Earl 5. MacPherson） 發(fā)明。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 根據(jù)對(duì)日本在 1987 年 到 20xx 年之間生產(chǎn)的轎車(chē)的統(tǒng)計(jì)，轎車(chē)中前懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)型式都是以麥弗遜 式為主，雙橫臂式獨(dú)立懸架次之。在全球范圍內(nèi) ，前懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)型式比較單一，發(fā)展趨勢(shì)較為明朗，都是麥弗遜式 （ 滑柱連桿式 ） 占主導(dǎo)地位，這種結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于從微型轎車(chē)到高級(jí)轎車(chē)的所 有轎車(chē)中，且不分驅(qū)動(dòng)橋或非驅(qū)動(dòng)軸均適 用 [7]。與雙橫臂式懸架相比，麥弗遜式懸架用汽車(chē)翼子板上的鉸鏈點(diǎn)代替了上橫臂，減振器的活塞桿頭和螺旋彈簧支承在這里。 與雙橫臂式懸架相比，麥弗遜式懸架的側(cè)擺中心高，車(chē)體側(cè)擺時(shí)側(cè)擺中心的變化比較小，車(chē)輪作上下振動(dòng)時(shí)車(chē)輪外傾角、主銷(xiāo)后傾角和輪距的變化小。同時(shí)， 由 于路面沖擊分散得很廣以及能夠把懸架裝在車(chē)輪附近，所以懸架彈簧剛度小而有利于車(chē)體構(gòu)造，占用空間小。轉(zhuǎn)向系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大一些，車(chē)體不是整體構(gòu)造 時(shí)難于使用。麥弗遜式懸架系統(tǒng)與其它懸架系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，占用空間少，性能優(yōu)越等特點(diǎn)。因此麥弗遜式懸架在 轎車(chē)和微型汽車(chē)上有著廣泛的應(yīng)用 [8]。如圖 是某微型汽車(chē)的麥弗遜式前懸架機(jī)構(gòu)。車(chē)輪所受的側(cè)向力通過(guò)轉(zhuǎn)向節(jié)大部分由橫擺臂承受，其余部分由減振器承受。螺旋彈簧 6 套在筒式減振器的外面。當(dāng)車(chē)輪上下跳動(dòng)時(shí)，因減振器的下支點(diǎn)隨橫擺臂擺動(dòng)，故主銷(xiāo)軸線的角度是變化的，這說(shuō)明車(chē)輪是沿著擺動(dòng)的主銷(xiāo)軸線而運(yùn)動(dòng)。然而如果適當(dāng)調(diào)整桿系的結(jié)構(gòu)的布置，可以使車(chē)輪的這些定位參數(shù)變化極小 [9]。由于麥弗遜懸架是各個(gè)零件組成的，在懸架機(jī)構(gòu)分析中采用空間機(jī)構(gòu)分析。構(gòu)件不同于零件，前者是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的概念，而后者是機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)和機(jī)械制造理論的概念。在機(jī)構(gòu)學(xué)中一般認(rèn)為構(gòu)件是剛性，彈性和彈性體不視為構(gòu)件，這 與多體運(yùn)動(dòng)學(xué)中把它們視為是不同的。運(yùn)動(dòng)副是構(gòu)件的一種活動(dòng)連接，它即限制所連接的兩個(gè)構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（即提供一定的約束），又保留了構(gòu)件間的一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所保留的獨(dú)立相對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)目為運(yùn)動(dòng)副的自由度。高副所連接的兩個(gè)構(gòu)件成點(diǎn)接觸或線接觸，在接觸區(qū)域副元素的幾何輪廓是重合的。 車(chē)架與橫擺臂是轉(zhuǎn)動(dòng)副連接；橫擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)總成（包括減震器筒體）是球副連接；減震器桿與轉(zhuǎn)向節(jié)總成（包括減震器筒體）是圓柱副；減震器桿車(chē)架是球 副連接；麥弗遜式懸架是閉式空間機(jī)構(gòu)，機(jī)架就是車(chē)身，沒(méi)有原動(dòng)件，只是行駛過(guò)程中，由于車(chē)輪的上下跳動(dòng)，帶動(dòng)麥弗遜式懸架機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向節(jié)和橫擺臂被動(dòng)地運(yùn)動(dòng) [10]。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 第 3 章 懸架 設(shè)計(jì)計(jì)算 懸架特性參數(shù) 懸架 設(shè)計(jì)的主要目的之一是確保汽車(chē)有良好的行駛平順性。大量的研究及實(shí)踐結(jié)果表明，對(duì)平順性影響最為顯著的懸架特性參數(shù)分別是：懸架的彈性特性、阻尼特性以及非簧載質(zhì)量 [11]。 為了減少振動(dòng)頻率和車(chē)身高度的變化，本設(shè)計(jì) 應(yīng)當(dāng) 采用鋼度可變的非線性 彈性特性 懸架 ，即懸架變形與所受垂直力之間不成固定的比例變化 。因此，固有頻率 0f （ Hz） 可用式 （ ） 表示。 由于本車(chē)單輪簧載質(zhì)量 167?sm kg，則 1 6 3 6 7 ???? gmG ss N。 當(dāng) 0 ? 時(shí) 6( ) 5cf ??mm 為了 避免 汽車(chē)行駛過(guò)程中頻繁撞擊 車(chē)架， 應(yīng)當(dāng)有足夠的動(dòng)撓度， 一般 乘用 車(chē)的動(dòng)撓度范圍為 （ 70~90mm） 。對(duì)于選定的懸架剛度，只有恰當(dāng)?shù)倪x擇阻尼力才 能充分發(fā)揮懸架的緩沖減振作用。 雖然在懸架中存在干摩擦能衰減振動(dòng)，但阻尼力不穩(wěn)定，不易控制，而且干摩擦的存在又使懸架在承受路面沖擊時(shí)，將部分沖擊傳給車(chē)身，損壞了行駛平順性。 非簧載質(zhì)量 根據(jù)是否由懸架彈簧支撐，汽車(chē)的總質(zhì)量可以分為簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量?jī)刹糠帧榱双@得良好的平順性，非簧載質(zhì)量應(yīng)該盡量小。轎車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋，獨(dú)立懸架的非簧載質(zhì)量約為 （ 60~100） kg，而非獨(dú)立懸架由于帶有主減速器、差速器和剛體橋殼，非簧載質(zhì)量可達(dá) （ 100~140） kg。 螺旋彈簧 計(jì)算 公式 （ 1） 應(yīng)力公式 38DPKd? ?? （ ） 式中 ： ? —— 彈簧鋼絲表面的剪 應(yīng)力 ， MPa； P —— 彈簧載荷 ， N； D —— 彈簧中徑 ， mm； d —— 鋼絲直徑 ， mm； K —— 應(yīng)力修正 系數(shù) 4 1 0 .1 6 544CK CC???? （ ） 式中： C 為彈簧指數(shù)。 對(duì)彈簧鋼、硬 鋼絲、琴鋼絲、油回火鋼絲等材料，不管其鋼絲直徑粗細(xì)，原則上都取剪切彈性模數(shù) G=83000MPa。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 （ 4） 阻尼公式（臨界阻尼系數(shù)公式） gPkmkC c r /22 ?? （ ） 式中： Ccr 臨界阻尼系數(shù) ,是決定減 振 器阻尼力的基礎(chǔ)。計(jì)算起來(lái)很麻煩，而且當(dāng)計(jì)算結(jié)果應(yīng)力過(guò)大時(shí)還要改變 d、 D值，反復(fù)多次才能算好。 對(duì)彈簧鋼度的計(jì)算也是如此。 由 公式 （ ） 變形 得 328 2 / 2 2/2D P K D K P d C P K K C Pd d A A? ?? ?? ? ? ? （ ） 故 應(yīng)力計(jì)算公式 變形 為： 2KC SP A A? ?? （ ） 式中： K—— 應(yīng)力修正 系數(shù)， 4 1 0 .1 6 544CK CC???? ； A—— 彈簧鋼絲截面積 , 24Ad?? （ mm2） ； S—— 由彈簧指數(shù) C 決定的值 。 在此選取60Si2Mn為懸架彈簧材料 。 初選彈簧鋼絲直徑 d=8mm， 查表得許用拉應(yīng)力 1520][ ?? Mpa， 則 許用切應(yīng)力][][ ?? ?? Mpa。作用在彈簧上的負(fù)荷倍數(shù) n 一般取 左右。（即當(dāng)載荷倍數(shù) n= 時(shí)，使最大載荷時(shí)的應(yīng)力不超過(guò) [ ] ? ? Mpa，同時(shí)為以后改進(jìn)設(shè)計(jì)留有增加的重量的余地）。 由 d=8mm 可算出鋼絲截面積 223 .1 4 8 5 0 .2 444Ad?? ? ? ? mm2 由 式 （ ） 解得 5 8 0 5 0 .2 4 1 7 .81637AS P? ??? ? ? 將 S 帶入式 （ ） 得 0 . 2 5 [ ( 1 7 . 8 0 . 7 3 ) ( 1 7 . 8 8 . 1 9 ) 1 7 . 8 1 . 2 7 ] 7 . 5C ? ? ? ? ? ? ? 由式 C=D/d 得 7 .5 6 6 0D C d? ? ? ? ?mm 把 C、 d 帶入式 （ ） 得 0 338 8 3 0 0 0 1 8 9 .6 38 8 7 .5dGk C ?? ? ??N/mm 根據(jù) 式 （ ） 求得彈簧鋼度和靜撓度 2 20( 2 ) ( 2 3 . 1 4 1 . 3 5 ) 1 6 3 7 309810fPk g? ? ? ?? ? ?N/mm 220 9810 135( 2 ) ( 2 3 . 1 4 1 . 3 5 )g f? ?? ? ???mm 根據(jù)式 （ ） 求得 彈簧的有效圈數(shù) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 0 3 630kn k? ? ? 壓并高度 )( ????? dnH s mm。 動(dòng)撓度 m a x 205 135 70dcff?? ? ? ? ?mm，在允許范圍內(nèi)。 但為了避免全壓縮，使自由高度 fH 高出一段距離 ? 更安全 ， ? 取 5mm。 對(duì)彈簧鋼絲直徑進(jìn)行校核， 因?yàn)閺椈芍笖?shù) C=，則曲度系數(shù) 4 1 0 . 1 6 5 4 7 . 5 1 0 . 1 6 5 1 . 1 9 74 4 4 7 . 5 4 7 . 5CK CC? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ][8 2 ?? ????? ?? CKFd j jd 小于原 設(shè) 定的值，取 d=8mm。 減振 器 的 計(jì)算 （ 1） 相對(duì)阻尼系數(shù) 在選擇時(shí)應(yīng)考慮到 ? 的取值較大，能使系統(tǒng)振動(dòng)迅速衰減，但會(huì)使較大的不平路面的沖擊力傳到車(chē)身 ； ? 選得過(guò)小，振動(dòng)衰減過(guò)慢，不利于行駛平順性。 （ 2） 主要尺寸參數(shù)的選擇 工作缸筒常由低炭無(wú)縫鋼管支撐，其壁厚一般取 )~( mm。貯油筒直徑 ? ， 壁厚取 2mm， 材料選本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 取 20 鋼， 活塞桿直徑 d 一般取 （ ~） D，工作缸筒長(zhǎng)度的長(zhǎng)度一般設(shè)計(jì)為減振器工作行程的 2~3 倍， D 為筒式減振器工作直徑 。筒式減振器以工作缸直徑制定系列，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)確定了工作缸徑的系列為 ： 50、 6 80（ mm） 。 （ 3） 減振器阻尼系數(shù) 2 ssr C m?? （ ） 式中： sC —— 懸架剛度 ， N/m； sm —— 簧載質(zhì)量 ， kg。 2 2 0 . 3 1 1 9 9 0 1 6 7 1 2 9 7 . 6ssr C m?? ? ? ? ? ?KN/ms1 為滿足減 振 器阻尼特性，伸張行程 相對(duì) 阻尼系數(shù)與壓縮行程 相對(duì) 阻尼系數(shù)之間的關(guān)系 應(yīng)滿足 式 （ ） 和 （ ） 的要求 ? ?12sy? ? ??? （ ） ??? （ ） 解式 （ ） 和 （ ） 得 ? ? ， ? ? ， 滿足式 （ ） 中要求， 則 減 振 器壓縮 行程 阻尼 系數(shù)： 2 7 4 8 .7 8y y s sr C m???KN/ms1 減振器伸張 行程 阻尼 系數(shù)： 2 2 4 9 5 .0 3s s s sr C m???KN/ms1 （ 4） 卸荷速度 為減少傳到車(chē)身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減振器應(yīng)打開(kāi)卸荷閥。 一般 v 為 ~（ 5） 筒式減振器工作直徑的 確定 24[ ](1 )epD p??? ? （ ） 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 4 2 4 9 5 .7 8 0 .2 1 7 .8 33 .1 4 4 0 .7 5?????? mm 取標(biāo)準(zhǔn)值 D=20mm。 （ 6） 筒式減振器外形尺寸的確定 選取減 振 器基長(zhǎng) 150l? mm， 工作行程 135S? mm； 工作缸長(zhǎng)度 27013521 ???l mm； 減 振 器 貯油筒直徑 1. 5 1. 5 20 30cDD? ? ? ?mm； 選取 活塞桿直徑 0 .5 2 0 1 0dD?? ? ? ? ?mm； 減 振 器最大長(zhǎng)度 m a x 2 15 0 2 13 5 42 0L l S? ? ? ? ? ?mm； 減 振 器最小長(zhǎng)度 m in 150 135 285L l S? ? ? ? ?mm。 如 圖 為麥弗遜式左 1/2 懸架的結(jié)構(gòu)示意圖 ,其中 BD 為主銷(xiāo)中心線， MN 為下擺臂旋轉(zhuǎn)軸線，本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 DE 為減振器中心線， P 點(diǎn)為拉臂球頭中心， F 為車(chē)輪的中心， Q 點(diǎn)為主銷(xiāo)的中心線與車(chē)輪軸線的在后視圖上的交點(diǎn)， O 點(diǎn)為 MN 連線的中點(diǎn)， G 為車(chē)輪的著地點(diǎn)， G＇ 為主銷(xiāo)中心線與地面的交點(diǎn)。Z 軸指向汽車(chē)的尾部， Y軸垂直向上， X 軸由右手定，拇指指向 Z 軸，食指指向 Y軸，則中指指向的則 是 X 軸。 主銷(xiāo)內(nèi)傾角 ? 為主銷(xiāo)中心線 BD 與 YZ 平面的夾角。 a rc ta nDBDBZZYY? ?? ? （ ） 前輪外傾角 ? 主要由轉(zhuǎn)向節(jié) EF 的零件設(shè)計(jì)來(lái)保證，為 EF 和 XZ 平面的夾角 。 a