前麥弗遜懸架和后多連桿懸架設(shè)計(jì)

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I摘要懸架的主要功能是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，緩沖傳給車身的沖擊載荷，通過減震器衰減由車輪引起的簧上震動(dòng)，保證汽車行駛的平順性，保證車輪在路面不平和載荷變化時(shí)有理想的運(yùn)動(dòng)特征，增強(qiáng)汽車的操縱穩(wěn)定性，輕便性。本文首先論述了懸架的分類、優(yōu)缺點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，然后以日產(chǎn)天籟為設(shè)計(jì)參照，使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法（非優(yōu)化設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)計(jì)算前麥弗遜懸架和后多連桿懸架，涵蓋了選定懸架質(zhì)量分配系數(shù)，選定車震頻率、偏頻比，計(jì)算懸架靜撓度和動(dòng)撓度，減震器行程及工作缸內(nèi)徑的選擇及螺旋彈簧的直徑、工作圈數(shù)設(shè)計(jì)等。本次設(shè)計(jì)中使用 UG 軟件做出三維模型，再進(jìn)行裝配，裝配完成后，將其分別導(dǎo)入 ADAMS/car 和 adams/view 中進(jìn)行仿真分析和動(dòng)畫仿真，得出汽車行駛時(shí)的仿真動(dòng)畫、整車車輪前束角、整車車輪外傾角、前輪主銷內(nèi)傾角、前輪主銷后傾角、摩擦半徑、后輪側(cè)傾中心坐標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)變化。在介紹了主動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架之后，闡述了他們之間以及相對(duì)于傳統(tǒng)懸架之間的優(yōu)缺點(diǎn)、前麥弗遜懸架和后多連桿懸架減震器可行的改良方法，以及未來研究方向，最后對(duì)此次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)進(jìn)行一次回顧，總結(jié)設(shè)計(jì)中的收獲和存在的問題。關(guān)鍵字：麥弗遜式懸架、多連桿懸架、三維模型、運(yùn)動(dòng)仿真、仿真分析中圖分類號(hào)：U463.33+1IIAbstractThe main function of the role of the suspension is to pass all the forces and moments between the wheel and the body, buffer the impact load transmitted to the vehicle body, damp vibration caused by the wheels through shock absorber to ensure the car ride comfort, assure that there are ideal exercise characteristics while in the road surface roughness and load variations, and enhance handling and stability of the car. This paper first discusses the classification of the suspension, the pros and cons and research status, then Nissan Teana reference design, using traditional design methods to calculate the front McPherson suspension and rear multi-link suspension, including car shock frequency is selected, suspension deflection calculation, selection and design of the damper and springs, and the like. Make use of three-dimensional model by UG software , after the completion of the assembly，get it into ADAMS simulation, then related data such as the toe angle , camber angle, kingpin inclination angle, caster angle, Scrub radius，roll center location are obtained.After the introduction of active suspension and semi-active suspension, describes the advantages ，disadvantages and the future research directions between them, Finally, the design is summarized.Keywords: McPherson suspension, multi-link suspension, three-dimensional model, motion simulation，Simulation AnalysisIII目 錄摘要 .IAbstract II第一章 緒論.11.1 課設(shè)背景及研究意義.11.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀.11.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容.3第二章 懸架的結(jié)構(gòu)分析與整體參數(shù)設(shè)計(jì).42.1 懸架系統(tǒng)的簡(jiǎn)介與分類.42.1.1 懸架系統(tǒng)的簡(jiǎn)介42.1.2 懸架系統(tǒng)的分類52.2 獨(dú)立懸架的特點(diǎn).5IV2.3 整體參數(shù)的設(shè)計(jì).62.3.1 主要技術(shù)指標(biāo)或主要參數(shù)62.3.2 頻率的選取與計(jì)算72.3.3 懸架系統(tǒng)的靜撓度72.3.4 懸架系統(tǒng)的動(dòng)撓度82.3.5 懸架系統(tǒng)剛度8第三章 懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算.103.1 懸架設(shè)計(jì)的一般要求.103.2 減振器選擇.103.2.1 減震器工作原理103.2.2 阻尼系數(shù)的確定123.2.3 最大卸載力133.2.4 減振器的尺寸設(shè)計(jì)143.3 螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算.173.4 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì).213.5 懸架系統(tǒng)的桿系設(shè)計(jì).24第四章 懸架的三維建模.254.1 麥弗遜前懸架的三維建模.254.2 后多連桿懸架的三維建模.284.3 整車懸架裝配圖.31V第五章 懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真.335.1 基于 adams/view 的運(yùn)動(dòng)仿真 .335.2 基于 adams/car 的仿真分析 34第六章 整車懸架的主動(dòng)化改造.426.1 傳統(tǒng)懸架的弊端.426.2 電控懸架的優(yōu)勢(shì).426.3 電控懸架.426.3.1 電控懸架的分類426.3.2 電控懸架系統(tǒng)的組成436.3.3 電控懸架的工作原理446.4 主動(dòng)化方案.46第七章 總結(jié)與展望.487.1 總結(jié).487.2 展望.48參考文獻(xiàn).49致 謝.51附錄一 英文文獻(xiàn)原文.53附錄二 英文文獻(xiàn)譯文.60附錄三 開題報(bào)告.65附錄四 任務(wù)書.72VI1第一章 緒論1.1 課設(shè)背景及研究意義懸架是現(xiàn)代汽車上把車身與車輪有彈性的鏈接起來的重要組件，在傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩的同時(shí)，通過減震器對(duì)懸架振動(dòng)進(jìn)行衰減，使汽車獲得高速的行駛能力和理想的運(yùn)動(dòng)特性。采用彈性聯(lián)接后，汽車可以看做是由懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量和彈簧組成的振動(dòng)系統(tǒng)。懸架對(duì)于整車的意義重大。懸架本身的性能特點(diǎn)、與整車的匹配關(guān)系等直接決定了汽車行駛的平順性、操作穩(wěn)定性和乘坐舒適性，進(jìn)而影響著整車的性能。面對(duì)科技的迅速發(fā)展、以及生活需求的提高，人們的乘駕選擇也日新月異，無論是轎車、客車、房車、自卸車、SUV，還是 MPV，都要提供一個(gè)人性化的舒適的環(huán)境。作為衡量汽車質(zhì)量的指標(biāo)之一，汽車懸架系統(tǒng)可以很好的緩解路面給予車輛的沖擊，減輕汽車振動(dòng)給乘客的不適反應(yīng)。針對(duì)于不同的車型，對(duì)懸架設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，譬如，有些載貨汽車懸架需要足夠的剛度，以安全為首，效益為先，而一些自駕車要求較高的舒適性，較小的阻尼。而對(duì)于軍用汽車，應(yīng)具有較好的越野能力，在城市和山地都能發(fā)揮其最優(yōu)的性能，這就需要懸架的剛度可調(diào)、可變。優(yōu)良的避震懸架，也可以減輕振動(dòng)沖擊給零件帶來的損壞，減少故障，降低維修成本。不僅如此，車輪外傾角的設(shè)計(jì)也便于駕駛轉(zhuǎn)向，主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角的設(shè)計(jì)也有回正的作用，利于行駛的安全，而前束角的設(shè)計(jì)，則相應(yīng)的減小了輪胎的磨損?？偠灾?，在舒適的駕駛環(huán)境下才能保持身體的平衡和心情的愉悅，優(yōu)良的懸架系統(tǒng)會(huì)更加輕便以及安全。鑒于懸架在整車中的重大意義， 懸架的的研究相對(duì)整車來說顯得至關(guān)重要。1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀汽車誕生后，隨著對(duì)懸架的深入研究，扭桿彈簧、橡膠彈簧、鋼板彈簧等相繼問世。2直到 1934 年世界上才出現(xiàn)了第一個(gè)由螺旋彈簧組成的被動(dòng)懸架。盡管一百多年來，汽車懸架的結(jié)構(gòu)形式及其原理一直不斷地演進(jìn)，但就結(jié)構(gòu)功能而言，它主要由減震裝置，彈簧元件和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成，一些情況下，一個(gè)零部件兼起多個(gè)作用，例如，鋼板彈簧不僅起到彈性元件的作用，還起到了導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，麥弗遜懸架的減震器的活塞桿不僅其到了減震作用，同時(shí)起到了導(dǎo)向作用。典型的麥弗遜式獨(dú)立懸架使用減振器兼做主銷, 這樣，在減振器活塞桿在相對(duì)減振器筒往復(fù)運(yùn)動(dòng)工作時(shí), 會(huì)受到側(cè)向力的作用, 不符合最佳受力狀態(tài), 因此一些麥弗遜式獨(dú)立懸架用專用的滑柱結(jié)構(gòu)確定主銷軸線, 此類結(jié)構(gòu)又被稱為滑柱擺臂式獨(dú)立懸架。但這些懸架依然有很大的缺陷，面對(duì)復(fù)雜的路況，這種懸架不能改變懸架的剛度，而且，隨著車速的提高和用途的多樣性，人們的視線也開始移到了主動(dòng)和半主動(dòng)懸架上面。半主動(dòng)懸架的研究工作起始于1973年，由D.A.Crosby 和D.C.Karnopp首先提出，半主動(dòng)懸架較少的考慮懸架的剛度，以改變懸架的阻尼為主，依據(jù)簧上質(zhì)量的速度、加速度等響應(yīng)進(jìn)行信息的反饋。半主動(dòng)懸架的研究主要集中在執(zhí)行器的研究和執(zhí)行策略的研究，半主動(dòng)懸架穩(wěn)定性優(yōu)于被動(dòng)懸架，可靠性優(yōu)于主動(dòng)懸架。主動(dòng)懸架是1954年由美國(guó)通用汽車公司在設(shè)計(jì)懸架時(shí)率先提出，這種懸架在面對(duì)任何工況都能保持在最佳狀態(tài)，主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架之間的區(qū)別在于是否是有源控制，主動(dòng)懸架通過有源的減震效果最好，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能耗高，成本昂貴和元件較多，元件集成度不足帶來的可靠性等問題，我國(guó)目前絕大部分汽車仍然使用被動(dòng)懸架。目前國(guó)外高級(jí)大客車幾乎全部使用空氣懸架，空氣懸架在輕型汽車上的應(yīng)用量也在迅速上升。部分轎車也逐漸安裝使用空氣懸架，如美國(guó)的林肯等。在一些特種車輛上，空氣懸架的使用幾乎為唯一選擇。國(guó)外的汽車空氣懸架發(fā)展經(jīng)歷了“鋼板彈簧氣囊復(fù)合式懸架被動(dòng)全空氣懸架主動(dòng)全空氣懸架(即ECAS電控空氣懸架系統(tǒng))”的變化型式。主動(dòng)全空氣懸架應(yīng)用了電子控制系統(tǒng)，使傳統(tǒng)的空氣懸架系統(tǒng)的性能得到很大改善，汽車在各種路面、各種工況條件下能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)調(diào)節(jié)、主動(dòng)控制。3雖然已經(jīng)對(duì)空氣懸架進(jìn)行了很多的研究，但從目前仍然存在一些問題:氣囊脫落、推力桿斷裂、襯套、螺絲松動(dòng)等問題，因此對(duì)空氣懸架的可靠性分析和電子控制的研究是今后懸架系統(tǒng)發(fā)展研究的主題。由于國(guó)內(nèi)的自主性設(shè)計(jì)的汽車普遍使用被動(dòng)懸架，且成本較低，懸架的穩(wěn)定性依然有改進(jìn)提升的可能，所以被動(dòng)懸架在國(guó)內(nèi)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)會(huì)繼續(xù)使用。綠色環(huán)保是當(dāng)今社會(huì)的主題，而電控懸架帶來的確實(shí)大量的消耗，所以，能量反饋式懸架將是未來研究的主題之一。1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容本文以日產(chǎn)天籟乘用車的的各方面的尺寸為參數(shù)，確定空載和滿載的簧上質(zhì)量，選定懸架質(zhì)量分配系數(shù)，選定前懸架頻率，計(jì)算出后懸架頻率，懸架的靜撓度，動(dòng)撓度，從而確定減震器的行程及阻尼，彈簧的參數(shù)。最后使用 UG 對(duì)懸架進(jìn)行建模裝配，再將裝配圖導(dǎo)入到 ADAMS/view 中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，再在 adams/car 中進(jìn)行仿真分析和運(yùn)動(dòng)仿真。首先基于天籟汽車的整體參數(shù)與懸架模型，選擇前懸架為麥弗遜懸架，后懸架為多連桿懸架。設(shè)計(jì)計(jì)算轎車懸架的整體參數(shù)，主要包括頻率的選取與計(jì)算，靜撓度、動(dòng)撓度以及懸架系統(tǒng)剛度的計(jì)算。通過資料查詢，利用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法分別設(shè)計(jì)計(jì)算前麥弗遜懸架和后多連桿懸架的減震器、彈簧以及穩(wěn)定桿的相關(guān)參數(shù)，使其滿足課設(shè)任務(wù)書的要求。然后，使用 UG 軟件進(jìn)行三維建模，然后進(jìn)行裝配，基于 adams/car 調(diào)用軟件模塊進(jìn)行動(dòng)畫仿真，了解懸架的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，分析懸架系統(tǒng)中各個(gè)零件之間的相互約束關(guān)系，并進(jìn)行仿真分析，基于 adams/view，導(dǎo)入裝配圖，制作動(dòng)畫仿真。最后對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，通過分析，提出自己設(shè)計(jì)中遇到的問題以及解決方法，對(duì)于仍然存在的問題希望以后能夠得到解決。作為衡量汽車質(zhì)量的指標(biāo)之一，汽車懸架系統(tǒng)可以很好的緩解路面給予車輛的沖擊，減輕汽車振動(dòng)給乘客的不適反應(yīng)。懸架本身的性能特點(diǎn)、與整車的匹配關(guān)系等直接決4定了汽車行駛的平順性、操作穩(wěn)定性和乘坐舒適性。第二章 懸架的結(jié)構(gòu)分析與整體參數(shù)設(shè)計(jì)2.1 懸架系統(tǒng)的簡(jiǎn)介與分類2.1.1 懸架系統(tǒng)的簡(jiǎn)介懸架是汽車的車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的震動(dòng)，以保證汽車能平順地行駛。沒有最完美的設(shè)計(jì)，只有最人性化的需求，汽車的舒適性要求和操縱穩(wěn)定性的要求是互相對(duì)立的。比如，為了獲得良好的舒適性，就要大大緩沖汽車的震動(dòng)，這樣彈簧就要設(shè)計(jì)得軟些，但彈簧軟了卻容易使汽車發(fā)生剎車“點(diǎn)頭” 、加速 “抬頭”以及左右側(cè)傾嚴(yán)重，容易導(dǎo)致汽車操縱不穩(wěn)定，不利于轉(zhuǎn)向等。汽車懸架的簧上重量越大，其乘坐舒適性就越好， ，反之容易顛簸。典型的懸架一般是由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減震器等部件組成，橫向穩(wěn)定桿，個(gè)別的結(jié)構(gòu)還會(huì)有緩沖塊等。彈性元件分別有鋼板彈簧、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和扭桿彈簧。5懸架一般包括以下幾個(gè)部分 9：（1）減振器為了改善汽車的行駛平順性, 在車輪上下跳過程中，減振器活塞在工作腔內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，減震器產(chǎn)生阻尼力，從而迅速衰減汽車的振動(dòng)，使動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能散發(fā)到空氣中，從而達(dá)到衰減振動(dòng)的目的。車身高度同時(shí)得到了改變，進(jìn)而增強(qiáng)車輪和地面的附著力.目前廣泛使用的減振器主要是筒式液力減振器。 （2）彈性元件為了起到舒適性的作用，減震器不能迅速的改變車身的振動(dòng)，所以在車輪受到大的沖擊時(shí)，彈簧受到壓縮，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能的同時(shí)，剩余部分轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能儲(chǔ)存起來，在下次振動(dòng)中釋放出來。彈性元件主要有鋼板彈簧,螺旋彈簧,扭桿彈簧,氣彈簧和橡膠彈簧等。（3）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要作用就是傳遞力和力矩,起到導(dǎo)向作用并控制能夠控制車輪的運(yùn)動(dòng)軌跡。（4）橫向穩(wěn)定桿其作用是為了防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過大的車身傾斜。2.1.2 懸架系統(tǒng)的分類懸架系統(tǒng)根據(jù)汽車兩側(cè)車輪的運(yùn)動(dòng)是否相互關(guān)系，可以分為兩種形式。（1）非獨(dú)立懸架如圖，非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是汽車兩側(cè)車輪安裝在一根整體式車軸的兩端。這種懸架系統(tǒng)當(dāng)一側(cè)車輪印道路不平而跳動(dòng)時(shí)，會(huì)影響另一側(cè)車輪的工作，所以稱為非獨(dú)立懸架，也稱為整體懸架或相關(guān)懸架。（2）獨(dú)立懸架6如圖，獨(dú)立式懸架兩端車輪分別安裝在斷開時(shí)的車軸兩端，每段車軸的車輪單獨(dú)通過彈性元件與車架相連。采用這種懸架的汽車，當(dāng)一側(cè)車輪跳動(dòng)時(shí)，對(duì)另一側(cè)車輪不產(chǎn)生影響，因此成為獨(dú)立懸架。一般按照車輛的運(yùn)動(dòng)的方式，獨(dú)立懸架可以分為 2：1） 橫臂式獨(dú)立懸架：車輪在汽車橫向平面內(nèi)擺動(dòng)的獨(dú)立懸架；2） 縱臂式獨(dú)立懸架：車輪在汽車縱向平面內(nèi)擺動(dòng)的獨(dú)立懸架；3） 單斜臂式獨(dú)立懸架：其擺臂的白東周線和車軸線斜交叉；4） 車輪沿主銷軸線移動(dòng)的懸架：包括燭式懸架和麥弗遜懸架。2.2 獨(dú)立懸架的特點(diǎn)獨(dú)立懸架有以下特點(diǎn) 2；1） 在一定范圍內(nèi)，兩輪可以單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，減小了行駛時(shí)車架和車身的鎮(zhèn)定，也可以防止轉(zhuǎn)向輪偏擺。2） 一般都配有穩(wěn)定桿，減少了轉(zhuǎn)彎時(shí)的左右搖晃，改進(jìn)穩(wěn)定性。3） 非懸架的重量小，可提高汽車的平順性和乘坐舒適性。4） 坐游輪之間沒有車軸鏈接，所以地板和發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置可以降低，這樣可降低車輛重心有利于提供汽車行駛的穩(wěn)定性。基于天籟車型，選擇麥弗遜前懸架和多連桿后懸架，分別有以下優(yōu)點(diǎn)：1） 構(gòu)件少，非懸架重量輕；2） 懸架的占的空間小，可以增大發(fā)動(dòng)機(jī)室的可用空間；3） 懸架支撐點(diǎn)之間距離大，即使安裝錯(cuò)位或制造過程中產(chǎn)生大的誤差，也不7會(huì)對(duì)前輪定位產(chǎn)生大的影響，所以通常不需要定位調(diào)整。1）連桿較多，可使車輪和地面盡可能保持垂直，減小了車身的傾斜。盡可能維持 輪胎的貼地性；2）主控制臂可以起到調(diào)整后輪前束的作用，以提高車輛行駛穩(wěn)定性，有效降低輪 胎的摩擦；3）高檔轎車由于空間充裕、且注重舒適性能和操控穩(wěn)定性，所以大多使用多連桿 懸架，非常適合高檔轎車。2.3 整體參數(shù)的設(shè)計(jì)2.3.1 主要技術(shù)指標(biāo)或主要參數(shù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)整車主要性能參數(shù)參照天籟 2012 舒適版的車型進(jìn)行，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：1） 加速時(shí)間(0 100 km/h)：11.8s；2）最小轉(zhuǎn)彎半徑：5.3m；3）整備質(zhì)量：1457kg；4）滿載質(zhì)量：1940kg；5）最高車速：190km/h；6）外形尺寸（長(zhǎng) X 寬 X 高）：4850mmX 1795mmX 1475mm；7）軸距：2775mm；8）前輪距：1560mm；9）后輪距：1560mm；10）最小離地間隙：135mm；811）行李箱容積：506L；12）燃油箱容積：70L；13）驅(qū)動(dòng)方式：前置前驅(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)橫置；14）供油方式：多點(diǎn)電噴；15）發(fā)動(dòng)機(jī)排量、燃油、氣缸排列型式、進(jìn)氣型式： 2000mL、汽油 93 號(hào)(北京92 號(hào))、 L 型、自然吸氣式；16）壓縮比、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、缸體材料：10:1、國(guó) 4、鋁合金；17）最大功率/轉(zhuǎn)速：100kW/ 5600r/min(rpm)；18）最大扭矩/轉(zhuǎn)速：190Nm/ 4400r/min(rpm)；19）轉(zhuǎn)向助力：電子液壓；20）前制動(dòng)類型、后制動(dòng)類型、手剎類型：通風(fēng)盤、盤式、機(jī)械駐車制動(dòng)；21）制動(dòng)距離（(1000km/h)）：42.27m；22）前懸掛類型：前麥弗遜式獨(dú)立懸架；23）后懸掛類型：后多連桿式獨(dú)立懸架；24）輪胎規(guī)格：205/65 R16。25）前懸 LF：963mm 26）后懸 LR: 1105mm2.3.2 頻率的選取與計(jì)算對(duì)于大多數(shù)的乘用車而言，懸架質(zhì)量分配系數(shù) 0.81.2。為了使前后aby/2懸架工作時(shí)在垂直方向互不影響，選定懸架質(zhì)量分配系數(shù) 1.0，前、后懸架的自然9振動(dòng)頻率分別用 （約為 11.45Hz） 、 （約為 1.171.58Hz）表示。選取 1n2n=1.44Hz1n汽車前、后懸架偏頻 =0.850.95，偏頻值越小，則車輛的平順性表現(xiàn)越n21/好，由前懸可知 =1.44Hz,所以1Hz (2-1)57.192.0412n2.3.3 懸架系統(tǒng)的靜撓度乘用車的設(shè)計(jì)頻率要接近人步行時(shí)的振動(dòng)頻率，人步行時(shí)頻率是步行時(shí)身體上下運(yùn)動(dòng)的垂直振動(dòng)頻率，約為 n=11.6Hz 。懸架的自然振動(dòng)頻率為n= = （2-2）21MKfg式中： -重力加速度； -懸架簧載質(zhì)量； -懸架垂直變形量（撓度）g f。fMK/fc1= （2-3）mng1204.13289fc2= 57.22乘用車的靜撓度 選擇范圍為：100300 ，所以選擇符合要求。cf m2.3.4 懸架系統(tǒng)的動(dòng)撓度懸架的動(dòng)撓度 表示車輛從滿載靜平衡位置開始到懸架壓縮至結(jié)構(gòu)所允許最大變df10形時(shí)，車輪中心未知點(diǎn)相對(duì)車身(或車架)的垂直方向上的位移。設(shè)計(jì)懸架時(shí)，應(yīng)該要求懸架的動(dòng)撓度應(yīng)較大，以防止在凸凹不平路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰壞車架。對(duì)轎車， 取df7090 。 通常 =（0.50.8） ，因此選取 fd1=80mm 符合要求。選取 fd2=70mmmdfcf符合要求。對(duì)于一般汽車的整體來說，懸架的工作行程即為動(dòng)撓度和靜撓度之和，這個(gè)值不應(yīng)小于 130 ，由 fd1+fc1=200 130 ，f d2+fc2=170130 滿足技術(shù)要求。m2.3.5 懸架系統(tǒng)剛度已知整車的整備質(zhì)量: =1457 ,滿載質(zhì)量為 1940 ，由于車型的發(fā)動(dòng)機(jī)是前置kgkg前驅(qū)的，因此空載時(shí)前軸載荷為整備質(zhì)量的 56%，后軸載荷為整備質(zhì)量的 44%,滿載時(shí)后軸載荷為滿載質(zhì)量的 50%,后軸載荷為滿載質(zhì)量的 50%, 空載時(shí)前軸單輪分配簧上荷載 l1= 1457 56%-60=348 (2-4)m21kg空載時(shí)后軸單輪分配簧上荷載 ml2= 1457 44%-60=260 (2-5)21kg滿載時(shí)前軸單輪分配簧上載荷 s1= 1940 50%-60=455 (2-6)21kg滿載時(shí)后軸單輪分配簧上載荷 s2= 1940 50%-60=455 (2-7)m21kg各個(gè)車輪上的簧下載荷取 60 ，則前懸架剛度：kg11K1 37.16 (2-8)cWfF208.945mN/后懸架剛度：K2 44.59 cWfF108.945mN/12第三章 懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 懸架設(shè)計(jì)的一般要求 23由于懸架對(duì)整車的操縱穩(wěn)定性、抗縱傾能力依著決定性的作用，所以必須考慮下面幾方面的要求：1） 要合理設(shè)計(jì)懸架的彈性特性和阻尼特性，以確保汽車擁有良好的行駛平順性，避免壓縮或伸張行程極限點(diǎn)的硬沖擊。2） 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)要合理，確保車輪和車架之間力和力矩傳遞可靠，保證車輪跳動(dòng)時(shí)定位參數(shù)變化不會(huì)過大。3） 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)向桿系相協(xié)調(diào)，不能發(fā)生干涉使轉(zhuǎn)向輪搖擺。4） 側(cè)傾中心及縱傾中心位置恰當(dāng)，避免汽車加速或制動(dòng)時(shí)發(fā)生后仰 或點(diǎn)頭。5） 懸架的質(zhì)量要小，尤其是非懸掛質(zhì)量。6） 設(shè)計(jì)時(shí)，考慮給轎車發(fā)動(dòng)機(jī)和行李箱留下足夠空間7） 設(shè)計(jì)的零件應(yīng)有足夠強(qiáng)度和使用壽命。8） 成本低，便于維修。3.2 減振器選擇3.2.1 減震器工作原理 1減震器的供能是吸收懸架垂直振動(dòng)的能量，并轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，使振動(dòng)迅速衰減。減震器大體上可以分為兩類，即摩擦式減震器和液力減震器，由于庫(kù)倫摩擦力隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的提高而減小，并且容易受油水的影響，因此現(xiàn)代的汽車上已經(jīng)不再采用，1901 年首次出現(xiàn)了液力減震器，主要有兩種結(jié)構(gòu)，搖臂式和筒13式，筒式減震器的質(zhì)量為擺臂式的一般，不但制作方便而且工作壽命長(zhǎng)。筒式減振器常用的三種結(jié)構(gòu)可分為雙筒式、單筒充氣式和雙筒充氣式。選用雙筒式液力減振器如下圖圖 3.1 減震器1-活塞桿， 2-工作缸筒，3-活塞，4-伸張閥，5- 儲(chǔ)油缸筒 ，6-壓縮閥，7- 補(bǔ)償閥，8-流通閥9-導(dǎo)向座，10-防塵罩，11油封在活塞上裝有伸張閥和流通閥，工作缸筒的下端的制作商有壓縮閥和補(bǔ)償閥，流通閥和補(bǔ)償閥一般都是單向的，由于彈簧很軟，當(dāng)閥上油壓產(chǎn)生的作用力和彈簧同向時(shí)，油閥關(guān)閉，當(dāng)油壓作用力反相時(shí)，即使油壓很小，閥門也能打開。壓縮閥和伸張閥是卸壓閥，其彈簧較硬，油壓到一定將個(gè)程度才能打開。14壓縮行程：活塞下移，下腔的油液頂開流通閥 8 流入上腔室，由于活塞桿的存在，上腔室增加的容積大于下腔減少的容積，導(dǎo)致下腔油壓升高，頂開壓縮閥 6 流入儲(chǔ)油筒，期間受到阻尼力，振動(dòng)進(jìn)而衰減。伸張行程：活塞上移，上腔的油液頂開伸張閥 4 流入下腔室，由于活塞桿的存在，上腔室減小的體積大于下腔增加的體積，導(dǎo)致下腔油壓降低，儲(chǔ)油筒油液頂開補(bǔ)償法 7 進(jìn)行補(bǔ)充，這些節(jié)流閥就起到了阻尼作用。在壓縮行程，減振器阻尼力應(yīng)較小，以便充分發(fā)揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊，使乘客感到舒適。這時(shí)，彈性元件起主要作用，在懸架伸張行程中，減振器阻尼力應(yīng)大，迅速減振。因此伸張行程的阻尼比壓縮行程大，所以伸張行程的油液通孔面積比壓縮行程小。3.2.2 阻尼系數(shù)的確定(3-1)sKm2式中， 為懸架系統(tǒng)的剛度； 為阻尼系數(shù)； 為簧上質(zhì)量。Ks相對(duì)阻尼系數(shù) 的物理意義是：在與不同簧上質(zhì)量 和不同剛度 的懸架系統(tǒng)匹sK配時(shí)，減震器會(huì)具有不同的阻尼效果。 值越大，說明振動(dòng)能衰減越迅速，意味著有較大沖擊力傳到車身，對(duì)于汽車穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響； 值越小時(shí)情形與之相反。一般情況下，壓縮行程的相對(duì)阻尼系數(shù) 和伸張行程的相對(duì)阻尼系數(shù) 之間的關(guān)系為Y S。YS50.2.設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，先選取 與 的平均值。對(duì)于彈性元件無內(nèi)摩擦懸架系統(tǒng)，通常YS取 0.250.35；對(duì)于彈性元件有內(nèi)摩擦懸架系統(tǒng)， 值取偏小些。為避免懸架碰撞15車架，取 0.5 。YS根據(jù)以上所述：取 0.4，S0.5 0.50.4 0.2 0.3 (3-2)YS減振器阻尼系數(shù) ，而懸架固有振動(dòng)頻率sKm2 smK/圖 3.2 減震器的樣式（1）麥弗遜前懸架：麥弗遜前懸架屬于 C 型, 所以壓縮阻尼系數(shù) ： Y(3-3)mNsKmsY /174cos/42.0co/22 伸張阻尼系數(shù)(3-4)sss /3491cos/428.0co/22 （2）后多連桿懸架：后多連桿懸架屬于 B 型,所以壓縮阻尼系數(shù) ：Y0214cos/32sYKm16Y mNs/9.417cos/345260. 2伸張阻尼系數(shù) :SS mNs/8.3491cos/345*260. 23.2.3 最大卸載力當(dāng)減震器活塞振動(dòng)到一定值時(shí)，活塞速度就是卸載速度，此時(shí)卸載速度是個(gè)均值。VX=Awcos (3-5)（1）麥弗遜前懸架：車身振幅 A 取 40mm,則Vx=0.04 m/s 35.014cos037.9壓縮行程的最大卸載力FY= * Vx=1747*0.4=698.8N (3-6)拉伸行程的最大卸載力FS= *VX=3494*0.35=1222.9N (3-7)s（2）后多連桿懸架；車身振幅 A=0.4mm,則Vx=0.04 m/s 384.01cos9.02/sSKm17壓縮行程的最大卸載力FY= * Vx=4175*0.336=1403N 拉伸行程的最大卸載力FS= *VX=8350*0.336=2806N sFY4459 滿足技術(shù)要求。彈簧的節(jié)距 ：p本文中 (3-22)25.08.D mDp4896*5.0.2彈簧總?cè)?shù) ：1nd7.1785.494.693405812729833124 DFGdfnNKDdFj 4029618.2832323=91n彈簧的自由高度 :0H(3-23)0 mdnp35412.4875.1彈簧的滿載高度 ：n(3-24)壓縮的最大高度為H0-f2=354-200=154mm。 (3-25)彈簧螺旋導(dǎo)程角 ：=arctan arcctan 80 (3-26)2Dp14螺旋彈簧穩(wěn)定性校核（3-27）3.695.3，彈簧不會(huì)失穩(wěn)。（2）后多連桿懸架：后多連桿懸架系統(tǒng)中，彈簧最小的工作載荷 = l=2624.40 ,彈簧承受最大載1FgmN荷 = 滿 =4459 ，工作中變形量 = 100 ,2FgmN2fcfH23410351069.35420DHb24根據(jù)汽車的工作條件，采用熱軋彈簧鋼 60Si2MnA，進(jìn)行淬火回火處理。 pdCKFD2328PCKFd28式中 螺旋彈簧的強(qiáng)度校核彈簧指數(shù)值取 8，彈簧的曲度系數(shù) ： CK615.04 18.615.023查相關(guān)手冊(cè)值為 785 。所以直徑：pMPamd7.1785.49查相關(guān)手冊(cè)選取圓整直徑 =12 。由 ,以此螺旋彈簧的mdCD96822外徑 = + =108 ,內(nèi)徑 = - =84 。D2d12螺旋彈簧的圈數(shù) 為了保證 和 不變，必須重新計(jì)算最小工況下工作載荷 ;2Fh 1F1 NnDGdf 84.596582704183432412 符合技術(shù)要求。85.9.4261KFf1.5964.245987018332124 DFGdfn