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1、摘 要 隨著汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們對汽車的行駛平順性，操縱穩(wěn)定性以及乘坐舒適性和安全性的要求越來越高。汽車行駛平順性反映了人們的乘坐舒適性，而舒適性則與懸架密切相關(guān)。因此，懸架系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計具有很大的實際意義。 本次設(shè)計主要研究的是比亞迪 F3 轎車的前、后懸架系統(tǒng)的硬件選擇設(shè)計，計算出懸架的剛度、靜撓度和動撓度及選擇出彈簧的各部分尺寸，并且通過阻尼系數(shù)和最大卸荷力確定了減振器的主要尺寸，最后進行了橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計以及汽車平順性能的分析。本設(shè)計在轎車前后懸架的選型中均采用獨立懸架。其中前懸架采用當(dāng)前家庭轎車前懸流行的麥弗遜懸架。前、后懸架的減振器均采用雙向作用式筒式減，后懸則采用半拖曳臂式
2、獨立懸架振器。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計，有效的提高了乘座的舒適性和駕駛穩(wěn)定性。 關(guān)鍵詞：懸架；平順性；彈性元件；阻尼器；1 緒論：1.1 懸架的功用 懸架是車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間彈性連接裝置的總稱。 1.傳遞它們之間一切的力（反力）及其力矩（包括反力矩）。 2.緩和，抑制由于不平路面所引起的振動和沖擊，以保證汽車良好的平 順性，操縱穩(wěn)定性。 3.迅速衰減車身和車橋的振動。 懸架系統(tǒng)的在汽車上所起到的這幾個功用是緊密相連的。要想迅速的衰減振動、沖擊，乘坐舒服，就應(yīng)該降低懸架剛度。但這樣，又會降低整車的操縱穩(wěn)定性。必須找到一個平衡點，即保證操縱穩(wěn)定性的優(yōu)良，又能具備較好的平順性。 懸架結(jié)構(gòu)
3、形式和性能參數(shù)的選擇合理與否，直接對汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。由此可見懸架系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車上是重要的總成之一。1.2 懸架的組成 現(xiàn)代汽車，特別是乘用車的懸架，形式，種類，會因不同的公司和設(shè)計單位，而有不同形式。 但是，懸架系統(tǒng)一般由彈性元件、減振器、緩沖塊、橫向穩(wěn)定器等幾部分組成等。 它們分別起到緩沖、減振 、力的傳遞、限位和控制車輛側(cè)傾角度的作用。 彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，現(xiàn)代轎車懸架多采用螺旋彈簧，個別高級轎車則使用空氣彈簧。螺旋彈簧只承受垂直載荷，緩和及抑制不平路面對車體的沖擊，具有占用空間小，質(zhì)量小，無需潤滑的優(yōu)點，但由于本身沒
4、有摩擦而沒有減振作用。這里我們選用螺旋彈簧。 減振器是為了加速衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動，減振器有筒式減振器，阻力可調(diào)式新式減振器，充氣式減振器。它是懸架機構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機械件。 導(dǎo)向機?褂美創(chuàng)莩德鐘氤瞪砑淶牧土兀北殖德職匆歡碩旒嘍猿瞪硤枷蚧褂煽刂瓢詒凼礁思槌傘擲嚶械聳交蚨嗔聳降摹職宓勺魑栽保剎渙砩璧枷蚧梗舊砑嫫鸕枷蜃饔謾行緯島涂統(tǒng)瞪希樂鉤瞪碓謐虻惹榭魷路蟮暮嵯蚯閾保諦芟低持屑由韜嵯蛭榷?？的事N岣吆嵯蚋斬齲蠱稻哂脅蛔闋蛺匭裕納破檔牟僮菸榷院托惺黃剿承浴執(zhí)敵艿姆故摯歟歡銑魷鄭感碌男蘢爸謾純刂菩問講煌治歡叫芎橢鞫叫堋殼岸嗍瞪隙疾捎帽歡埽簿褪撬燈底頌刺荒鼙歡厝【鲇諑訪婕靶惺蛔純齪推檔牡栽枷蚧掛約
5、凹跽衿髡廡盜慵?.3 懸架的分類：汽車的懸架從大的方面來看，可以分為兩類：非獨立懸架和獨立懸架系統(tǒng)。1.3.1 獨立懸架 圖 2 獨立懸架 獨立懸架是兩側(cè)車輪分別獨立地與車架（或車身）彈性地連接，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊，其運動不直接影響到另一側(cè)車輪，獨立懸架所采用的車橋是斷開式的。這樣使得發(fā)動機可放低安裝，有利于降低汽車重心，并使結(jié)構(gòu)緊湊。獨立懸架允許前輪有大的跳動空間，有利于轉(zhuǎn)向，便于選擇軟的彈簧元件使平順性得到改善。同時獨立懸架非簧載質(zhì)量小，可提高汽車車輪的附著性。如圖 2 所示。 獨立懸架的類型及特點： 圖3 獨立懸架的車軸分成兩段（如圖 3），每只車輪用螺旋彈簧獨立地，彈 性地連接安裝在車架
6、或車身下面，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊，其運動不直接影響 到另一側(cè)車輪，獨立懸架所采用的車橋是斷開式的。 現(xiàn)在，前懸架基本上都采用獨立懸架系統(tǒng)，最常見的有雙橫臂式和滑柱 。擺臂式（又稱麥弗遜式）雙橫臂式 。 圖 4 雙橫臂式獨立前懸架 工作原理：由上短下長兩根橫臂連接車輪與車身，通過選擇比例合適的長度，可使車輪和主銷的角度及輪距變化不大 這種獨立懸架被廣泛應(yīng)用在轎車前輪上。雙橫臂的臂有做成 A 字形或 V字形，V 形臂的上下 2 個 V 形擺臂以一定的距離，分別安裝在車輪上，另一端安裝在車架上。優(yōu)點：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
7、：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。麥弗遜式（滑柱連桿式） 圖 5 麥弗遜式獨立前懸架工作原理：這種懸架目前在轎車中采用很多。這種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。 這種懸架將雙橫臂上臂去掉并以橡膠做支承，允許滑柱上端作少許角位移。內(nèi)側(cè)空間大，有利于發(fā)動機布置，并降低車子的重心。 車輪上下運動時，主銷軸線的角度會有變化，這是因為減振器下端支點隨橫擺臂擺動。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 6 和 7。 圖6 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
8、-副車架7-橫向穩(wěn)定桿8-發(fā)動機支座9-彈簧上支座10-隔離座11-輔助 彈簧 12-防塵罩13-U 形夾14-軸承15-定位螺栓 圖 7 麥弗遜懸架的另一種結(jié)構(gòu)圖 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- 反跳緩沖彈簧麥弗遜獨立懸架的特點：優(yōu)點：技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)速度快，占用空間少，便于裝車及整車布局，多用于中低檔乘用車的前橋。缺點：由于結(jié)構(gòu)過于簡單，剛度小，穩(wěn)定性較差，轉(zhuǎn)彎側(cè)傾明顯，必須加裝橫向穩(wěn)定器，加強剛度。1.3.2 非獨立懸架 非獨立懸架如圖 8 所示。其特點是兩側(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
9、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。 圖81.4 懸架的國內(nèi)外發(fā)展情況 汽車懸架的發(fā)展十分迅速，不斷出現(xiàn)嶄新的懸架裝置。正常情況按控制形式不同分為被動式懸架和主動式懸架。目前多數(shù)汽車上都采用被動懸架，20 世紀(jì) 80 年代以來主動懸架開始在一部分汽車上應(yīng)用，并且目前還在進一步研究和開發(fā)中。主動懸架可以能主動地控制垂直振動及其車身姿態(tài)，根據(jù)路面和行駛工況自動調(diào)整懸架剛度和阻尼。 隨著當(dāng)前世界汽車工業(yè)朝著高速、高性能
10、、舒適、安全可靠的方向發(fā)展，空氣懸架彈簧是當(dāng)今汽車發(fā)展的一大趨勢，特別是在大型客車和載重汽車上尤為突出。其實，早在 20 世紀(jì) 50 年代，空氣懸架彈簧就開始應(yīng)用在載重車、小轎車、大客車及鐵道車輛上。到 60 年代，德國、美國等工業(yè)發(fā)達國家生產(chǎn)的大部分公共汽車上裝有了主動式空氣彈簧懸架。 國內(nèi)早在 20 世紀(jì) 60 年代就設(shè)計生產(chǎn)了空氣?尚埽捎詮導(dǎo)際跆跫邢蓿筆鄙牟肥褂瞇簧趵硐耄院笤諍艸歡問逼冢訪揮薪徊椒梗虼耍饃掌艿傻某移窘枳拋式鷯爰際跤攀平牘謔諧。諫闌統(tǒng)檔某遺涮壯墑斕鬧鞫嬌掌尚懿貳?同時我國公路條件的改善為汽車懸架創(chuàng)造了基本的使用條件，并產(chǎn)生了很大的促進作用。高速公路的迅速發(fā)展、運輸量的增加以
11、及對高性能客車的需求，都對汽車的操縱穩(wěn)定性、平順性、安全性提出了更高的要求。此外，重型汽車對路面破壞機制的研究及認(rèn)識的進一步加深，政府對高速公路養(yǎng)護的重視，限制超載逐步在國內(nèi)各地受到重視，這些因素都將促使新型懸架在重型車市場的應(yīng)用將進一步擴大。 隨著國內(nèi)客車產(chǎn)品檔次的逐步升級，空氣懸架彈簧逐步被市場接受。目前，在國內(nèi)有多家客車廠生產(chǎn)的豪華大客車裝有空氣懸架，如安凱、金龍客車、桂林大宇、合肥現(xiàn)代、杭州客車等，。由于主動式空氣懸架彈簧價格較貴，為降低成本，有的企業(yè)部分車型前橋使用鋼板彈簧，后橋使用空氣懸架彈簧。由此可知懸架正充分關(guān)注這方面的變化，提高綜合開發(fā)能力，以適應(yīng)市場的需求和變化，新型懸架的
12、誕生迫在眉睫。2 懸架分析設(shè)計2.1 懸架結(jié)構(gòu)方案分析2.1.1 獨立懸架與非獨立懸架結(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，主要有獨立懸架與非獨立懸架。獨立懸架與非獨立懸架各自的特點在上一章中已經(jīng)作了介紹，本章不再累述，轎車對乘坐舒適性要求較高，故選擇獨立懸架。2.1.2 懸架具體結(jié)構(gòu)形式的選擇 麥弗遜式獨立懸架是獨立懸架中的一種，是一種減振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)動機前置前輪驅(qū)動的桑
13、塔納 2000 車型，故選擇麥弗遜式獨立懸架形式。2.2 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)逐步被其它種類彈性元件所取代，本文選擇螺旋彈簧。2.3 減振元件 減振元件主要起減振作用。為加速車架和車身振
14、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)都裝有減振器。減振器和彈性元件是并聯(lián)安裝的，如圖 8 所示。汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力減振器。液力減振器的作用原理是當(dāng)車架與車橋作往復(fù)相對運動時，而減振器中的活塞在缸筒內(nèi)也作往復(fù)運動，則減振器殼體內(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，而被油液和減振器殼體所吸收，然后散到大氣中。本文選擇雙筒式液力減振器。 圖 8 含減振器的懸架簡圖 1.車身 2.減震器 3.彈性原件 4.車橋2.4 傳力構(gòu)件及導(dǎo)向機構(gòu) 車輪相對于車架和車身
15、跳動時，車輪（特別是轉(zhuǎn)向輪）的運動軌跡應(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)向機構(gòu)。對前輪導(dǎo)向機構(gòu)的要求（1）懸架上載荷變化時，保證輪距變化不超過4.0mm，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 0.4g 側(cè)向加速度作用下，車身側(cè)傾角6-7 度。并使車輪與車身的傾斜同向，以增強不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)。（4） 制動時，應(yīng)使車身有抗前俯作用；
16、加速時，有抗后仰作用。（5） 具有足夠的疲勞強度和壽命，可靠地傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。2.5 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。3 懸架主要參數(shù)的確定 懸架設(shè)計可以大致分為結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)選擇和詳細設(shè)計兩個階段，有時還要反復(fù)交叉進行。由于懸架的參數(shù)影響到許多整車特性，并且涉及其他總成的布置，因而一般要與總布置共同配合確定。此次設(shè)計是對桑塔納 2000前獨立懸架設(shè)計。桑塔納 2000 參數(shù)： 長/寬/高mm 4680/1700/1423 發(fā)動機型式 74 千瓦 4 缸 2 氣門電子控制多點噴射汽油機AYJ 變速器型式 自動變速箱/手動變速箱 排量毫升 1781 最大功率KW 72/5200 最大扭矩N.m 155/3500 油耗L/100km 6.2 軸距mm 2656 前輪距（mm）1414 后輪距（mm）1422 滿載質(zhì)量（kg）1540 空車質(zhì)量（kg）1120 滿載前軸允許負(fù)荷
麥弗遜前懸架設(shè)計(含全套CAD圖紙)
