轎車(chē)雙擺臂懸架的設(shè)計(jì)

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課題研究的目的和意義懸架是保證車(chē)輪或車(chē)橋與汽車(chē)承載系統(tǒng)(車(chē)架或承載式車(chē)身)之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動(dòng)以及調(diào)節(jié)汽車(chē)行駛中的車(chē)身位置等有關(guān)裝置的總稱(chēng)。懸架最主要的功能1是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架(或車(chē)身)之間的一切力和力矩，并緩和汽車(chē)駛過(guò)不平路面時(shí)所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證汽車(chē)的行駛平順性。為此必須在車(chē)輪與車(chē)架或車(chē)身之間提供彈性聯(lián)接，依靠彈性元件來(lái)傳遞車(chē)輪或車(chē)橋與車(chē)架或車(chē)身之間的垂向載荷，并依靠其變形來(lái)吸收能量，達(dá)到緩沖的目的。采用彈性聯(lián)接后，汽車(chē)可以看作是由懸掛質(zhì)量(即簧載質(zhì)量)、非懸掛質(zhì)量(即非簧載質(zhì)量)和彈簧 (彈性元件)組成的振動(dòng)系統(tǒng)，承受來(lái)自不平路面、空氣動(dòng)力及傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)。為了迅速衰減不必要的振動(dòng)，懸架中還必須包括阻尼元件，即減振器。此外，懸架中確保車(chē)輪與車(chē)架或車(chē)身之間所有力和力矩可靠傳遞并決定車(chē)輪相對(duì)于車(chē)架或車(chē)身的位移特性的連接裝置統(tǒng)稱(chēng)為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定了車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡和車(chē)輪定位參數(shù)的變化，以及汽車(chē)前后側(cè)傾中心及縱傾中心的位置，從而在很大程度上影響了整車(chē)的操縱穩(wěn)定性和抗縱傾能力。在有些懸架中還有緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿。一百多年來(lái)汽車(chē)懸架從結(jié)構(gòu)型式到作用原理一直在不斷地演進(jìn)，但從結(jié)構(gòu)功能而言，它都是由彈性元件、減振裝置和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。在有些情況下，某一零部件兼起兩種或三種作用，比如鋼板彈簧兼起彈性元件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，麥克弗遜懸架 (McPherson strut suspension，或稱(chēng)滑柱擺臂式獨(dú)立懸架)中的減振器柱兼起減振器及部分導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，有些主動(dòng)懸架中的作動(dòng)器則具有彈性元件、減振器和部分導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的功能。根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，汽車(chē)懸架可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩大類(lèi)。非獨(dú)立懸架的鮮明特色是左、右車(chē)輪之間由一剛性梁或非斷開(kāi)式車(chē)橋聯(lián)接，當(dāng)單邊車(chē)輪駛過(guò)凸起時(shí)，會(huì)直接影響另一側(cè)車(chē)輪。獨(dú)立懸架中沒(méi)有這樣的剛性梁，左右車(chē)輪各自“獨(dú)立”地與車(chē)架或車(chē)身相連或構(gòu)成斷開(kāi)式車(chē)橋，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可細(xì)分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等等，各種懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將在以下章節(jié)中進(jìn)一步討論。除上述非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架外，還有一種近似半獨(dú)立懸架，它與近似半剛性的非斷開(kāi)式后支持橋相匹配。當(dāng)左右車(chē)輪跳動(dòng)幅度不一致時(shí)，后支持橋中呈V形斷面并與左右縱臂固結(jié)在一起的橫梁受扭，由于其具有一定的扭轉(zhuǎn)彈性，故此種懸架既不同于非獨(dú)立懸架，也與獨(dú)立懸架有別。該彈性橫梁還兼起橫向穩(wěn)定桿的作用。按照彈性元件的種類(lèi)，汽車(chē)懸架又可以分為鋼板彈簧懸架、螺旋彈簧懸架、扭桿彈簧懸架、空氣懸架以及油氣懸架等。按照作用原理，可以分為被動(dòng)懸架、主動(dòng)懸架和介于二者之間的半主動(dòng)懸架。本課題來(lái)源于東風(fēng)悅達(dá)起亞汽車(chē)制造有限公司的遠(yuǎn)艦款轎車(chē)的后懸架，按其上下橫臂的長(zhǎng)短可分為等長(zhǎng)雙橫臂和不等長(zhǎng)雙橫臂兩種。等長(zhǎng)雙橫臂懸架在其車(chē)輪做上下跳動(dòng)時(shí)，可保持主銷(xiāo)傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會(huì)使輪胎磨損嚴(yán)重，多為不等長(zhǎng)雙擺臂懸架代替，后一種懸架在其車(chē)輪上下跳動(dòng)時(shí)候只需要適當(dāng)?shù)倪x擇上下橫臂的長(zhǎng)度并合理布置，即可使輪距及車(chē)輪定位參數(shù)的變化限定在一定的范圍之內(nèi)，這種不大的輪距的改變，不應(yīng)引起車(chē)輪沿路面的滑移，而為輪胎的彈性變形所補(bǔ)償，因此其保持了汽車(chē)良好的行使平順性，雙橫臂懸架的突出優(yōu)點(diǎn)在于其設(shè)計(jì)的靈活性，可以通過(guò)合理選擇空間桿系的鉸接點(diǎn)的位置及導(dǎo)向臂的長(zhǎng)度，使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特性，并且形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心。如前所述，汽車(chē)懸架和懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量構(gòu)成了一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，該振動(dòng)系統(tǒng)的特性很大程度上決定了汽車(chē)的行駛平順性，并進(jìn)一步影響到汽車(chē)的行駛車(chē)速、燃油經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性。該振動(dòng)系統(tǒng)也決定了汽車(chē)承載系和行駛系許多零部件的動(dòng)載，并進(jìn)而影響到這些零件的使用壽命。此外，懸架對(duì)整車(chē)操縱穩(wěn)定性、抗縱傾能力也起著決定性的作用。因而在設(shè)計(jì)懸架時(shí)必須考慮以下幾個(gè)方面的要求：A、通過(guò)合理設(shè)計(jì)懸架的彈性特性及阻尼特性確保汽車(chē)具有良好的行駛平順性，具有較低的振動(dòng)頻率、較小的振動(dòng)加速度值和合適的減振性能，并能避免在懸架的壓縮伸張行程極限點(diǎn)發(fā)生硬沖擊，同時(shí)還要保證輪胎具有足夠的接地能力；B、合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以確保車(chē)輪與車(chē)架或車(chē)身之間所有力和力矩的可靠傳遞，保證車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)車(chē)輪定位參數(shù)的變化不會(huì)過(guò)大，并且能滿(mǎn)足汽車(chē)具有良好的操縱穩(wěn)定性要求；C、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)與轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)，避免發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，否則可能引起轉(zhuǎn)向輪擺振；D、側(cè)傾中心及縱傾中心位置恰當(dāng)，汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)具有抗側(cè)傾能力，汽車(chē)制動(dòng)和加速時(shí)能保持車(chē)身的穩(wěn)定，避免發(fā)生汽車(chē)在制動(dòng)和加速時(shí)的車(chē)身縱傾(即所謂“點(diǎn)頭”和“后仰”)；E、懸架構(gòu)件的質(zhì)量要小尤其是其非懸掛部分的質(zhì)量要盡量??；F、便于布置，在轎車(chē)設(shè)計(jì)中特別要考慮給發(fā)動(dòng)機(jī)及行李箱留出足夠的空間；G、所有零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和使用壽命；H、制造成本低；I、便于維修、保養(yǎng)。懸架設(shè)計(jì)可以大致分為結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)選擇和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，有時(shí)還要反復(fù)交叉進(jìn)行。由于懸架的參數(shù)影響到許多整車(chē)特性，并且涉及其他總成的布置，因而一般要與總布置共同協(xié)商確定。1.2主要研究?jī)?nèi)容對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，得出原始參數(shù)，計(jì)算推導(dǎo)隨著車(chē)輪的跳動(dòng)主銷(xiāo)內(nèi)傾角、后傾角、車(chē)輪外傾角、前束角、車(chē)輪輪距的變化及懸架各點(diǎn)位置的變化情況。用PRO/E軟件設(shè)計(jì)模型，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，獲得最為理想的結(jié)果。A、以雙橫臂式獨(dú)立懸架為研究對(duì)象，研究基于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和零部件數(shù)據(jù)計(jì)算方法,使用PRO/E軟件給出雙橫臂獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)模型；B、研究懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)與定位參數(shù)之間的關(guān)系，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)懸架的主要參數(shù)進(jìn)行分析以及確定主要參數(shù)。C、對(duì)懸架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，通過(guò)改變懸架有關(guān)參數(shù)，評(píng)價(jià)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)特性，得出懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)整車(chē)性能(操縱穩(wěn)定性、行駛平順性等)的影響規(guī)律。2 懸架2.1 懸架的功用和組成懸架是車(chē)架(或承載式車(chē)身)與車(chē)橋(或車(chē)輪)之間的一切傳力連接裝置的總稱(chēng)。它的功用是把路面作用于車(chē)輪上的垂直反力(支承力)、縱向反力(牽引力和制動(dòng)力)和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩都要傳遞到車(chē)架(或承載式車(chē)身)上，以保證汽車(chē)的正常行駛?，F(xiàn)代汽車(chē)的懸架盡管有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，但是一般都由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。由于汽車(chē)行駛的路面不可能絕對(duì)平坦，因此，路面作用于車(chē)輪上的垂直反力往往是沖擊性的，尤其在壞路面上高速行駛時(shí)，這種沖擊力將很大，不僅能引起汽車(chē)機(jī)件的早期損壞，還將使駕駛員感到極不舒適，或使貨物受到損傷。為了緩和沖擊，在汽車(chē)行駛系中，除了采用彈性的元?dú)廨喬ブ?，在懸架中還必須裝有彈性元件，使車(chē)架(或車(chē)身)與車(chē)橋(或車(chē)輪)之間作彈性聯(lián)接。但彈性系統(tǒng)在受到?jīng)_擊后，將產(chǎn)生振動(dòng)，持續(xù)的振動(dòng)易使乘員感到不舒適或疲勞，故懸架還具有減振作用,使振動(dòng)迅速衰減(振幅迅速減小)。為此,在許多結(jié)構(gòu)形式的汽車(chē)懸架中都設(shè)有專(zhuān)門(mén)的減振器。車(chē)輪相對(duì)于車(chē)架和車(chē)身跳動(dòng)時(shí)，車(chē)輪(特別是轉(zhuǎn)向輪)的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)符合一定的要求,否則對(duì)汽車(chē)的某些行駛性能(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(shí)還承擔(dān)著使車(chē)輪按一定軌跡相對(duì)于車(chē)架和車(chē)身跳動(dòng)的任務(wù)，因而這些傳力構(gòu)件還起導(dǎo)向作用，故稱(chēng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。由此可見(jiàn)，汽車(chē)懸架的功能是緩沖、導(dǎo)向和減振，然而三者共同的任務(wù)則是傳力。在多數(shù)轎車(chē)和客車(chē)上，為了防止車(chē)身在轉(zhuǎn)向行駛等情況下發(fā)生過(guò)大的傾斜，在懸梁中還設(shè)有輔助彈性元件橫向穩(wěn)定器。為限制彈簧的最大變形并防止彈簧直接撞擊車(chē)架，在貨車(chē)上輔助設(shè)有緩沖塊 。在一些轎車(chē)上也設(shè)有緩沖塊，以限制懸架的最大變形。應(yīng)當(dāng)指出，懸架只有具備上述功能，在結(jié)構(gòu)上并非一定要設(shè)置滿(mǎn)足上述各功能的單獨(dú)的裝置不可。例如常見(jiàn)的鋼板彈簧，除了作為彈性元件起緩沖作用外，當(dāng)它在汽車(chē)上縱向安置并且一端與車(chē)架作固定鉸鏈連接時(shí)，它本身還能起到傳遞各向力和力矩以及決定車(chē)輪運(yùn)動(dòng)軌跡的作用，因而沒(méi)有必要再另設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。此外， 般鋼板彈簧是多片疊成的，其本身具有一定的減振能力，因而在對(duì)減振要求不高的車(chē)輛上，也可以不裝減振器。2.2 懸架系統(tǒng)的自然振動(dòng)頻率由懸架剛度和懸架彈簧支承的質(zhì)量(簧載質(zhì)量)所決定的車(chē)身固有頻率(亦稱(chēng)振動(dòng)系統(tǒng)的自由振動(dòng)頻率)，是影響汽車(chē)行駛平順性的懸架重要性能指標(biāo)之一。人體所習(xí)慣的垂直振動(dòng)頻率是步行時(shí)身體上下運(yùn)動(dòng)的頻率，約為1-1.6Hz。車(chē)身固有頻率應(yīng)當(dāng)盡可能地處于或接近這頻率范圍。根據(jù)力學(xué)分析，如果將汽車(chē)看成個(gè)在彈性懸架上作單自由度振動(dòng)的質(zhì)量，則懸架系統(tǒng)的固有頻率2為n= (2-1)式中，g為重力加速度；f為懸架垂直變形(撓度)；M為懸架簧裁質(zhì)量；K (KMg/f)為懸架剛度(不定等于彈性元件的剛度)，是指車(chē)輪中心相對(duì)于車(chē)架和車(chē)身向上移動(dòng)的單位距離(即使懸架產(chǎn)生單位垂直壓縮變形)所需要加于懸架上的垂直載荷。由上式可見(jiàn)：A、在懸架所受垂直載荷一定時(shí)，懸架剛度越小，則汽車(chē)固有頻率越低。但懸架剛度越小，在定載荷下懸架垂直變形就越大，即車(chē)輪上下跳動(dòng)所需要的空間越大。這對(duì)于簧載質(zhì)量大的貨車(chē)，在結(jié)構(gòu)上是難以保證的，故實(shí)際上貨車(chē)的車(chē)身固有頻率往往偏高，而大大超過(guò)了上述理想的頻率范圍。B、當(dāng)懸架剛度定時(shí)，簧載質(zhì)量越大，則懸架垂直變形越大，而固有頻率越低，故空車(chē)行駛時(shí)的車(chē)身固有頻率要比滿(mǎn)載行駛時(shí)的高?；奢d質(zhì)量變化范圍越大，則頻率變化范圍也越大。為了使簧載質(zhì)量從相當(dāng)于汽車(chē)空載到滿(mǎn)載的范圍內(nèi)變化時(shí)，車(chē)身固有頻率保持不變成變化很小，就需要將懸架剛度做成可變的，即空車(chē)時(shí)懸架剛度小。而載荷增加時(shí)，懸架剛度隨之增加。有些彈性元件本身的剛度就是可變的，如氣體彈簧；有些懸架所用的彈性元件的剛度雖然是不變的，但是安裝在懸架中之后，可使整個(gè)懸架具有可變的剛度，例如扭桿彈簧懸架。2.3 汽車(chē)懸架的類(lèi)型汽車(chē)懸架可分為兩大類(lèi)：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。非獨(dú)立懸架如圖21a：其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)的車(chē)輪由一根整體式車(chē)橋相連，車(chē)輪連同車(chē)橋一起通過(guò)彈性懸架與車(chē)架(或車(chē)身)連接。當(dāng)一側(cè)車(chē)輪因道路不平而發(fā)生跳動(dòng)時(shí)，必然引起另一側(cè)車(chē)輪在汽車(chē)橫向平面內(nèi)發(fā)生擺動(dòng)故稱(chēng)為非獨(dú)立懸架。圖2-1 獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架示意圖獨(dú)立懸架如圖21b：其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是車(chē)橋做成斷開(kāi)的，每一側(cè)的車(chē)輪可以單獨(dú)地通過(guò)彈性懸架與車(chē)架(或車(chē)身)連接，兩側(cè)車(chē)輪可以單獨(dú)跳動(dòng)，互不影響故稱(chēng)為獨(dú)立懸架。2.4 雙橫臂獨(dú)立懸架雙橫臂式獨(dú)立懸架又稱(chēng)雙擺臂獨(dú)立懸架,是汽車(chē)懸架的一種常見(jiàn)形式。按其上、下橫臂的長(zhǎng)短又可分為等長(zhǎng)雙橫臂式和不等長(zhǎng)雙橫臂式兩種。等長(zhǎng)雙橫臂式懸架在其車(chē)輪做上、下跳動(dòng)時(shí)，可以保持主銷(xiāo)傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會(huì)使輪胎磨損嚴(yán)重，所以很少采用，多為不等長(zhǎng)雙橫臂式懸架所取代。后一種形式的懸架在其車(chē)輪上、下跳動(dòng)時(shí)，只要適當(dāng)?shù)剡x擇上、下橫臂的長(zhǎng)度并合理布置，即可使輪距及車(chē)輪定位參數(shù)的變化量限定在允許的范圍內(nèi)。這種不大的輪距改變，不應(yīng)引起車(chē)輪沿路面的側(cè)滑，而為輪胎的彈性變形所補(bǔ)償。因此，不等長(zhǎng)雙橫臂式獨(dú)立懸架3能保證汽車(chē)有良好的行駛穩(wěn)定性，已為中、高級(jí)轎車(chē)的前懸架所廣泛采用。圖2-2 雙橫臂獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)示意圖雙橫臂懸架如圖2-2所示其突出優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)的靈活性,可以通過(guò)合理選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸接點(diǎn)的位置及導(dǎo)向臂(或稱(chēng)為控制臂)的長(zhǎng)度,使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特征(亦即當(dāng)車(chē)輪跳動(dòng)或車(chē)身側(cè)傾時(shí),車(chē)輪定位角及輪距的變化能盡量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求),并且形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心。為了隔離振動(dòng)和噪聲并補(bǔ)償空間導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由于上、下橫臂擺動(dòng)軸線相交帶來(lái)的運(yùn)動(dòng)干涉，在各鉸接點(diǎn)處一般采用橡膠支承。顯然，各點(diǎn)處受力越小，則橡膠支承的變形越小，車(chē)輪的導(dǎo)向和定位也越精確。分析表明，為減小鉸接點(diǎn)處的作用力，應(yīng)當(dāng)盡可能增大、下橫臂間的距離，減小下橫臂地面的垂向距離和下鉸點(diǎn)至車(chē)輪接地點(diǎn)之間的橫向距離。當(dāng)然，上、下橫臂各鉸接點(diǎn)位置的確定還要綜合考慮布置是否方便以及懸架的運(yùn)動(dòng)特征是否合適。雙橫臂懸架可采用螺旋彈簧、空氣彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧或鋼板彈簧作為彈性元件，最常見(jiàn)的為螺旋彈簧。雙橫臂懸架一般作為轎車(chē)的前、后懸架，輕型載貨汽車(chē)的前懸架或要求高通過(guò)性的越野汽車(chē)的前、后懸架。當(dāng)雙橫臂懸架用作前置前驅(qū)動(dòng)轎車(chē)的前懸架時(shí)，必須在結(jié)構(gòu)上給擺動(dòng)半徑留出位置。一種方法是將彈簧置于上控制臂上方，這樣做的缺點(diǎn)在于減小了上、下橫臂間的垂直距離和彈簧的行程，并且振動(dòng)直接傳遞給車(chē)身前端。另一種做法是采用專(zhuān)門(mén)的叉形構(gòu)件為擺動(dòng)半軸留出空間或者經(jīng)過(guò)特別設(shè)計(jì)，使彈簧、減振器位于擺動(dòng)半軸后方。從20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始，為提高行駛安全性，越來(lái)越多的高級(jí)轎車(chē)后懸架采用雙橫臂結(jié)構(gòu)。其運(yùn)動(dòng)特性的優(yōu)劣關(guān)系到汽車(chē)操縱的穩(wěn)定性，舒適性，轉(zhuǎn)向輕便性和輪胎的使用壽命等諸多因素。汽車(chē)雙橫臂獨(dú)立懸架在空間布置上有較多的自由度，各導(dǎo)向桿件在空間上傾斜布置，再加上懸架不可避免地與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生干涉，因此懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)全過(guò)程一般都是復(fù)雜的非線性的空間運(yùn)動(dòng)過(guò)程。雙橫臂懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的優(yōu)化，可以保證車(chē)輛在惡劣的行駛條件下既有良好的行駛平順性，操作穩(wěn)定性和通過(guò)性，同時(shí)使懸架和車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)空間最小，車(chē)內(nèi)空間最大，使輪胎的側(cè)向滑移量最小，使用壽命最大。3懸架主要參數(shù)的確定3.1 懸架靜撓度懸架靜撓度是指汽車(chē)滿(mǎn)載靜止時(shí)懸架上的載荷與此時(shí)懸架剛度c之比，即。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)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)身的固有頻率和 (亦稱(chēng)偏頻)可用下式表示 （31） （32）式中，、為前、后懸架的剛度(Ncm)；、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 =146248mm = 110.25181.4mm 式中，g為重力加速度(g981cm)。將、代人式(31)得到=11.3hz (3 - 3) = 1.171.5hz （34）分析上式可知：懸架的靜撓度直接影響車(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5。在選取前、后懸架的靜撓度值和時(shí)，應(yīng)當(dāng)使之接近，并希望后懸架的靜撓度比前懸架的靜撓度小些，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，/1時(shí)的車(chē)身縱向角振動(dòng)要比/1時(shí)小，故推薦?。?.80.9）?？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（0.60.8）。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。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1.001.45Hz，后懸架則要求在1.171.58Hz。原則上轎車(chē)的級(jí)別越高，懸架的偏頻越小。對(duì)高級(jí)轎車(chē)滿(mǎn)載的情況，前懸架偏頻要求在0.801.15Hz，后懸架則要求在0.981.30Hz。貨車(chē)滿(mǎn)載時(shí)，前懸架偏頻要求在1.502.10Hz，而后懸架則要求在1.702.17Hz。選定偏頻以后，再利用式(32)即可計(jì)算出懸架的靜撓度。3.2 懸架的動(dòng)撓度 懸架的動(dòng)撓度是指從滿(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12或23)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)，取79cm；對(duì)大客車(chē)，取58cm；對(duì)貨車(chē)，取69cm,本設(shè)計(jì)的動(dòng)撓度選取79cm。3.3 懸架彈性特性懸架受到的垂直外力F與由此所引起的車(chē)輪中心相對(duì)于車(chē)身位移廠(即懸架的變形)的關(guān)系曲線稱(chēng)為懸架的彈性特性。其切線的斜率是懸架的剛度。 懸架的彈性特性有線性彈性特性和非線性彈性特性?xún)煞N。當(dāng)懸架變形廠與所受垂直外力F之間呈固定比例變化時(shí)，彈性特性為一直線，稱(chēng)為線性彈性特性，此時(shí)懸架剛度為常數(shù)。當(dāng)懸架變形與所受垂直外力F之間不呈固定比例變化時(shí)，懸架剛度是變化的，其特點(diǎn)是在滿(mǎn)載位置附近，剛度小且曲線變化平緩，因而平順性良好；距滿(mǎn)載較遠(yuǎn)的兩端，曲線變陡，剛度增大。這樣可在有限的動(dòng)撓度范圍內(nèi)，得到比線性懸架更多的動(dòng)容量。懸架的動(dòng)容量系指懸架從靜載荷的位置起，變形到結(jié)構(gòu)允許的最大變形為止消耗的功。懸架的動(dòng)容量越大，對(duì)緩沖塊擊穿的可能性越小。空載與滿(mǎn)載時(shí)簧上質(zhì)量變化大的貨車(chē)和客車(chē)，為了減少振動(dòng)頻率和車(chē)身高度的變化，應(yīng)當(dāng)選用剛度可變的非線性懸架。轎車(chē)簧上質(zhì)量在使用中雖然變化不大，但為了減少車(chē)軸對(duì)車(chē)架的撞擊，減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的側(cè)傾與制動(dòng)時(shí)的前俯角和加速時(shí)的后仰角，也應(yīng)當(dāng)采用剛度可變的非線性懸架。鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的彈性特性可視為線性的，而帶有副簧的鋼板彈簧、空氣彈簧、油氣彈簧等，均為剛度可變的非線性彈性特性懸架。3.4 后懸架螺旋彈簧剛度及應(yīng)力計(jì)算螺旋彈簧作為彈性元件，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便及具有較高的比能容量，因此在現(xiàn)代輕型以下汽車(chē)的懸架中應(yīng)用相當(dāng)?shù)钠毡?，特別是在轎車(chē)中，由于要求良好的乘坐舒適性和懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在大擺動(dòng)量下依然具有保持車(chē)輪定位角的能力，因此螺旋彈簧懸架早就取代了鋼板彈簧。螺旋彈簧在懸架布置中可在彈簧內(nèi)部安裝減振器，行程限位器或?qū)蛑菇Y(jié)構(gòu)緊湊。通過(guò)采用變節(jié)距或用變直徑彈簧鋼絲繞制的或者兩者同時(shí)采用的彈簧結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)變剛度特性。3.4.1 螺旋彈簧剛度及應(yīng)力計(jì)算螺旋彈簧在其軸向載荷P作用下變形F為： （3-5）式中：彈簧中徑，160mmD：彈簧鋼絲直徑，14mmI：彈簧工作圈數(shù), 5；G：彈簧材料的剪切彈性數(shù)量，取。彈簧在壓縮時(shí)工作方式與扭桿相似，都是靠材料的剪切變形吸收能量，彈簧鋼絲表面的剪應(yīng)力為 （3-6）式中C：彈簧指數(shù)（旋繞比），C=； ：曲度系數(shù)，為考慮簧圈曲率對(duì)強(qiáng)度影響的系數(shù)，。對(duì)于前面討論的直的扭桿，其表面的剪應(yīng)力呈均勻分布，而螺旋彈簧鋼絲表面的剪應(yīng)力則相對(duì)復(fù)雜。在靜載狀態(tài)下，這種截面內(nèi)的應(yīng)力分布不均勻可以忽略不計(jì)，但在承受動(dòng)載時(shí)，由于彈簧內(nèi)側(cè)應(yīng)力水平較高并且應(yīng)力變化幅值也更大，導(dǎo)致螺旋彈簧的失效總是發(fā)生在內(nèi)側(cè)。為了在設(shè)計(jì)時(shí)考慮內(nèi)側(cè)應(yīng)力的增大，引如修正系數(shù)。一般情況下，彈簧鋼的許用剪應(yīng)力與許用拉應(yīng)力成比例關(guān)系，通常情況下，可以取=0.63。3.4.2 彈簧端部形狀螺旋彈簧端部可以碾細(xì)，并緊，直角切斷或向內(nèi)彎曲，其中a為兩端碾細(xì)，亦即在繞制彈簧之前先將鋼絲兩端碾細(xì)，碾細(xì)部分長(zhǎng)度在繞后約占，末端厚度為鋼絲直徑的1/3左右，繞制成后末端幾乎貼緊相連一端彈簧。必要時(shí)兩端都要磨平。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是節(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)可以取任意值，不必限于整數(shù)。其缺點(diǎn)是碾細(xì)需要專(zhuān)門(mén)工序和設(shè)備，增加了制造成本。b為直角切斷型，其中一端并緊形成與彈簧軸線垂直的平面。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于繞制簡(jiǎn)單，成本低，其缺點(diǎn)是增加了垂向的尺寸和材料的消耗，安裝時(shí)需要一定方向并且與之相配套的彈簧座，若兩端都未平齊，則修改設(shè)計(jì)時(shí)，彈簧圈數(shù)必須按整數(shù)增減。c為端部向內(nèi)彎曲并形成與彈簧軸線垂直的平面，這種結(jié)構(gòu)長(zhǎng)用于和彈簧座配合起定位作用，若兩端都內(nèi)彎，則需要專(zhuān)用設(shè)備。表3-1列出了不同端部結(jié)構(gòu)時(shí)彈簧總?cè)?shù)n與有效圈數(shù)i以及彈簧完全并緊時(shí)的高度公式中的系數(shù)1.01為考慮螺旋角的補(bǔ)償關(guān)系，t為端部碾細(xì)時(shí)的末端厚度6?？?cè)?shù)n完全并緊時(shí)的高度兩端碾細(xì)i+21.01d(n-1)+2t兩端切斷i+1.331.01d(n+1)兩端內(nèi)彎i+1.501.01d(n-1.25)一端碾細(xì)一端切斷i+1.671.01dn+t一端碾細(xì)一端內(nèi)彎i+1.751.01dn(n-1)+t一端切斷一端內(nèi)彎i+1.421.01dn表3-1.螺旋彈簧不同端部結(jié)構(gòu)時(shí)的總?cè)?shù)及并緊高度3.4.3 螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算分以下幾個(gè)步驟：A、根據(jù)總布置要求及懸架的具體結(jié)構(gòu)形式求需要的彈簧剛度，設(shè)計(jì)載荷時(shí)的彈簧的受力及彈簧高度，懸架在壓縮行程極限位置時(shí)彈簧高度。B、初步選擇彈簧中徑Dm，端部結(jié)構(gòu)形式及所用的材料。C、參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定臺(tái)架實(shí)驗(yàn)時(shí)伸張及壓縮極限位置相對(duì)于設(shè)計(jì)載荷位置的彈簧變形量，并且確定要想達(dá)到的壽命（循環(huán)次數(shù)）。D、初選鋼絲直徑d，并由相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)查出許用拉應(yīng)力。E、由式（3-6）解出i，用表3-1中的相應(yīng)公式求出。F、由，及可求出彈簧在完全壓縮時(shí)候的載荷。G、按彈簧指數(shù)及的表達(dá)式求得，并且求出載荷，以及所對(duì)應(yīng)的剪切應(yīng)力，（以及，但是懸架工作時(shí)彈簧實(shí)際對(duì)應(yīng)的最大剪應(yīng)力，對(duì)應(yīng)懸架的極限壓縮狀態(tài)）。H、校核是否小于=0.63，若不成立，則重新選擇鋼絲直徑d；若余量很大，則視壽命校核結(jié)果決定是否重新選取較小些的直徑d。I、校核臺(tái)架實(shí)驗(yàn)條件下的壽命。給定實(shí)驗(yàn)條件下的循環(huán)次數(shù)可按下式估算： （3-7）式中 若算出的預(yù)期壽命小于預(yù)期臺(tái)架壽命，則返回重新選擇d；若有較大余量，則綜合考慮是否需要選擇更小的鋼絲直徑以節(jié)約材料，減小質(zhì)量。J、得到合適的d以后，可以進(jìn)一步確定彈簧的高度和彈簧的最小工作高度： 式中與彈簧指數(shù)有關(guān)的系數(shù)見(jiàn)下圖6：表3-2.彈簧指數(shù)的關(guān)系曲線彈簧總?cè)?shù)可由表3-2中求出。K、穩(wěn)定性校核 又細(xì)又高的彈簧在大載荷作用下會(huì)失穩(wěn)，失穩(wěn)的臨界載荷不僅和其高度對(duì)直徑之比有關(guān)，還與彈簧兩端的支撐方式有關(guān)，對(duì)于鋼絲截面是圓形的螺旋彈簧，其相對(duì)變形量必須小于如下臨界值：4 獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核4.1 設(shè)計(jì)要求A、懸架上載荷變化時(shí)，保證輪距變化不超過(guò)4.0mm，輪距變化大會(huì)引起輪胎早期磨損。B、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。C、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)傾角不大于67，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)。D、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。4.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)4.2.1 側(cè)傾中心雙橫臂式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心由如圖41所示方式得出。將橫臂內(nèi)外轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的連線延 長(zhǎng)，以便得到極點(diǎn)P，并同時(shí)獲得戶(hù)點(diǎn)的高度。將戶(hù)點(diǎn)與車(chē)輪接地點(diǎn)N連接，即可在汽車(chē)軸線上獲得側(cè)傾中心W。當(dāng)橫臂相互平行時(shí)如圖42，戶(hù)點(diǎn)位于無(wú)窮遠(yuǎn)處。作出與其平行的通過(guò)N點(diǎn)的平行線，同樣可獲得側(cè)傾中心W。圖41 橫臂式懸架和縱橫臂式懸架的距離和P的計(jì)算法和圖解法圖42 橫臂相互平行的雙橫臂式懸架側(cè)傾中心的確定 雙橫臂式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心的高度通過(guò)下式計(jì)算得出 (41)式中 麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心由如圖43所示方式得出。從懸架與車(chē)身的固定連接點(diǎn)E作活塞桿運(yùn)動(dòng)方向的垂直線并將下橫臂線延長(zhǎng)7。兩條線的交點(diǎn)即為P點(diǎn)。圖43 普通規(guī)格的麥弗遜式懸架的尺寸和P的計(jì)算法和圖解法麥弗遜式懸架的彈簧減振器柱EG布置得越垂直，下橫臂GD布置得越接近水平，則側(cè)傾中心W就越接近地面，從而使得在車(chē)輪上跳時(shí)車(chē)輪外傾角的變化很不理想。如加長(zhǎng)下橫臂，則可改善運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。麥弗遜式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的高度可通過(guò)下式計(jì)算 (4-2)式中4.2.2 側(cè)傾中心在獨(dú)立懸架中，前后側(cè)傾中心連線稱(chēng)為側(cè)傾軸線。側(cè)傾軸線應(yīng)大致與地面平行，且盡可能離地面高些。平行是為了使得在曲線行駛時(shí)前、后軸上的輪荷變化接近相等，從而保證中性轉(zhuǎn)向特性；而盡可能高則是為了使車(chē)身的側(cè)傾限制在允許范圍內(nèi)。然而，前懸架側(cè)傾中心高度受到允許輪距變化的限制且?guī)缀醪豢赡艹^(guò)150mm。此外，在前輪驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛中，由于前轎軸荷大，且為驅(qū)動(dòng)橋，故應(yīng)盡可能使前輪輪荷變化小。因此，獨(dú)立懸架(縱臂式懸架除外)的側(cè)傾中心高度為：前懸架0120mm；后懸架80150mm。設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定(與輪距變化有關(guān)的)前懸架的側(cè)傾中心高度，然后確定后懸架的側(cè)傾中心高度。當(dāng)后懸架采用獨(dú)立懸架時(shí)，其側(cè)傾中心高度要稍大些。如果用鋼板彈簧非獨(dú)立懸架時(shí)，后懸架的側(cè)傾中心高度要取得更大些。4.2.3 .縱傾中心雙橫臂式懸架的縱傾中心可用作圖法得出，見(jiàn)圖44。自鉸接點(diǎn)正和G作擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)軸C和D的平行線，兩線的交點(diǎn)即為縱傾中心。麥弗遜式懸架的縱傾中心，可由正點(diǎn)作減振器運(yùn)動(dòng)方向的垂直線，該垂直線與過(guò)G點(diǎn)的擺臂軸平行線的交點(diǎn)即為縱傾中心8O，如圖45所示。圖44雙橫臂式懸架的縱傾中心 圖45 麥弗遜式懸架的縱傾中心4.2.4 抗制動(dòng)縱傾性(抗制動(dòng)前俯角)抗制動(dòng)縱傾性使得制動(dòng)過(guò)程中汽車(chē)車(chē)頭的下沉量及車(chē)尾的抬高量減小。只有當(dāng)前、后懸架的縱傾中心位于兩根車(chē)橋(軸)之間時(shí)，這一性能方可實(shí)現(xiàn)，如圖46所示。圖46抗制動(dòng)縱傾性4.2.5 抗驅(qū)動(dòng)縱傾性(抗驅(qū)動(dòng)后仰角)抗驅(qū)動(dòng)縱傾性可減小后輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)車(chē)尾的下沉量或前輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)車(chē)頭的抬高量。與抗制動(dòng)縱傾性不同的是，只有當(dāng)汽車(chē)為單橋驅(qū)動(dòng)時(shí)，該性能才起作用。對(duì)于獨(dú)立懸架而言，是縱傾中心位置高于驅(qū)動(dòng)橋車(chē)輪中心，這一性能方可實(shí)現(xiàn)。4.2.6 懸架擺臂的定位角 獨(dú)立懸架中的擺臂鉸鏈軸大多為空間傾斜布置。為了描述方便，將擺臂空間定位角定義為：擺臂的水平斜置角，懸架抗前俯角，懸架斜置初始角，如圖46所示。4.3 雙橫臂式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.3.1 縱向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案上、下橫臂軸抗前俯角的匹配對(duì)主銷(xiāo)后傾角的變化有較大影響。圖47給出了六種可能布置方案的主銷(xiāo)后傾角值隨車(chē)輪跳動(dòng)的曲線。圖中橫坐標(biāo)為值，縱坐標(biāo)為車(chē)輪接地中心的垂直位移量Z。各匹配方案中，、角度的取值見(jiàn)圖注，其正負(fù)號(hào)按右手定則確定9。圖47 、的定義圖48 、的匹配對(duì)的影響為了提高汽車(chē)的制動(dòng)穩(wěn)定性和舒適性，一般希望主銷(xiāo)后傾角的變化規(guī)律為：在懸架彈簧壓縮時(shí)后傾角增大；在彈簧拉伸時(shí)后傾角減小，用以造成制動(dòng)時(shí)因主銷(xiāo)后傾角變大而在控制臂支架上產(chǎn)生防止制動(dòng)前俯的力矩。分析圖48中的變化曲線可知，第4、第5方案的變化規(guī)律為壓縮行程減小，拉伸行程增大，這與所希望的規(guī)律正好相反，因此不宜用在汽車(chē)前懸架中；第3方案雖然主銷(xiāo)后傾角的變化最小，但其抗前俯的作用也小，所以現(xiàn)代汽車(chē)中也很少采用；第1、2、6方案的主銷(xiāo)后傾角變化規(guī)律是比較好的，所以這三種方案在現(xiàn)代汽車(chē)中被廣泛采用。4.3.2 橫向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案10圖49 上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置方案比較圖49a、b、c三圖可以清楚地看到，上、下橫臂布置不同，所得側(cè)傾中心位置也不同，這樣就可根據(jù)對(duì)側(cè)傾中心位置的要求來(lái)設(shè)計(jì)上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置方案。4.3.3 水平面內(nèi)上、下橫臂擺動(dòng)軸線的布置方案上、下橫臂軸線在水平面內(nèi)的布置方案有三種8，如圖41011所示。下橫臂軸MM和上橫臂軸NN與縱軸線的夾角，分別用和來(lái)表示，稱(chēng)為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上、下橫臂軸的水平斜置角。一般規(guī)定，軸線前端遠(yuǎn)離汽車(chē)縱軸線的夾角為正，反之為負(fù)，與汽車(chē)縱軸線平行者，夾角為零。圖410 水平面內(nèi)上、下橫臂軸布置方案為了使輪胎在遇到凸起路障時(shí)能夠使輪胎一面上跳，一面向后退讓?zhuān)詼p少傳到車(chē)身上的沖擊力，還為了便于布置發(fā)動(dòng)機(jī)，大多數(shù)前置發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)的懸架下橫臂軸MM的斜置角為正，而上橫臂軸NN的斜置角則有正值、零值和負(fù)值三種布置方案，如圖410中的a、b、c所示。上、下橫臂斜置角不同的組合方案，對(duì)車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)前輪定位參數(shù)的變化規(guī)律有很大影響。如車(chē)輪上跳、下橫臂斜置角為正、上橫臂斜置角為負(fù)值或零值時(shí)，主銷(xiāo)后傾角隨車(chē)輪的上跳而增大。如組合方案為上、下橫臂斜置角、都為正值，如圖433a所示，則主銷(xiāo)后傾角隨車(chē)輪的上跳較少增加甚至減少(當(dāng)時(shí)。至于采取哪種方案為好，要和上、下橫臂在縱向平面內(nèi)的布置一起考慮。當(dāng)車(chē)輪上跳、主銷(xiāo)后傾角變大時(shí)，車(chē)身上的懸架支承處會(huì)產(chǎn)生反力矩，有抑制制動(dòng)時(shí)前俯的作用。但主銷(xiāo)后傾角變得太大時(shí)，會(huì)使支抵處反力矩過(guò)人，川時(shí)使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)側(cè)向力十分敏感，易造成車(chē)輪擺振或轉(zhuǎn)向盤(pán)上力的變化。因此，希望轎車(chē)的主銷(xiāo)后傾角原始值為-1+2。當(dāng)車(chē)輪上跳時(shí)，懸架每壓縮10mm，主銷(xiāo)后傾角變化范圍為1040。4.3.4 上、下橫臂長(zhǎng)度的確定12雙橫臂式懸架的上、下臂長(zhǎng)度對(duì)車(chē)輪上、下跳動(dòng)時(shí)前輪的定位參數(shù)影響很大。現(xiàn)代轎車(chē)所用的雙橫臂式前懸架，一般設(shè)計(jì)成上橫臂短、下橫臂長(zhǎng)。這一方面是考慮到布置發(fā)動(dòng)機(jī)方便。另一方面也是為了得到理想的懸架運(yùn)動(dòng)特性。設(shè)計(jì)汽車(chē)懸架時(shí)，希望輪距變化要小，以減少輪胎磨損，提高其使用壽命，因此應(yīng)選擇上、下擺臂長(zhǎng)度之比在0.6附近；為保證汽車(chē)具有良好的操縱穩(wěn)定性，希望前輪定位角度的變化要小，這時(shí)應(yīng)選擇上、下擺臂長(zhǎng)度之比在1.0附近。綜合以上分析，該懸架的上、下擺臂長(zhǎng)度之比應(yīng)在0.61.0范圍內(nèi)。美國(guó)克萊斯勒和通用汽車(chē)公司分別認(rèn)為，上、下擺臂長(zhǎng)度之比取0.7和0.66為最佳。根據(jù)我國(guó)轎車(chē)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，在初選尺寸時(shí)，上、下擺臂長(zhǎng)度之比取0.65為宜。5 減振器機(jī)構(gòu)類(lèi)型及主要參數(shù)的選擇計(jì)算5.1 分類(lèi)13懸架中用得最多的減振器是內(nèi)部充有液體的液力式減振器。汽車(chē)車(chē)身和車(chē)輪振動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時(shí)的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動(dòng)阻力，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽⑸l(fā)到周?chē)諝庵腥?，達(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的。如果能量的耗散僅僅是在壓縮行程或者是在伸張行程進(jìn)行，則把這種減振器稱(chēng)之為單向作用式減振器，反之稱(chēng)之為雙向作用式減振器。后者因減振作用比前者好而得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，減振器分為搖臂式和筒式兩種。雖然搖臂式減振器能夠在比較大的工作壓力(1020MPa)條件下工作，但由于它的工作特性受活塞磨損和工作溫度變化的影響大而遭淘汰。筒式減振器工作壓力雖然僅為2.55MPa，但是因?yàn)楣ぷ餍阅芊€(wěn)定而在現(xiàn)代汽車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。筒式減振器又分為單筒式、雙筒式和充氣筒式三種。雙筒充氣液力減振器具有工作性能穩(wěn)定、干摩擦阻力小、噪聲低、總長(zhǎng)度短等優(yōu)點(diǎn)，在轎車(chē)上得到越來(lái)越多的應(yīng)用。設(shè)計(jì)減振器時(shí)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足的基本要求是，在使用期間保證汽車(chē)行駛平順性的性能穩(wěn)定。5.2 相對(duì)阻尼系數(shù)減振器在卸荷閥打開(kāi)前，減振器中的阻力F與減振器振動(dòng)速度間有如下關(guān)系14 (51)式中，為減振器阻尼系數(shù)。圖51b示出減振器的阻力速度特性圖。該圖具有如下特點(diǎn)：阻力速度特性由四段近似直線線段組成，其中壓縮行程和伸張行程的阻力速度特性各占兩段；各段特性線的斜率是減振器的阻尼系數(shù)，所以減振器有四個(gè)阻尼系數(shù)。在沒(méi)有特別指明時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)是指卸荷閥開(kāi)啟前的阻尼系數(shù)而言。通常壓縮行程的阻尼系數(shù)與伸張行程的阻尼系數(shù)不等。圖51 減振器的特性a) 阻力一位移特性 b)阻力一速度特性汽車(chē)懸架有阻尼以后，簧上質(zhì)量的振動(dòng)是周期衰減振動(dòng)，用相對(duì)阻尼系數(shù)的大小來(lái)評(píng)定振動(dòng)衰減的快慢程度。的表達(dá)式15為 (52)式中，c為懸架系統(tǒng)垂直剛度；為簧上質(zhì)量。式(452)表明，相對(duì)阻尼系數(shù)的物理意義是：減振器的阻尼作用在與不同剛度c和不同簧上質(zhì)量的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。值大，振動(dòng)能迅速衰減，同時(shí)又能將較大的路面沖擊力傳到車(chē)身；值小則反之。通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得小些，伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得大些。兩者之間保持 (0.250.50) 的關(guān)系。設(shè)計(jì)時(shí)，先選取與的平均值。對(duì)于無(wú)內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，取0.250.35；對(duì)于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，值取小些。對(duì)于行駛路面條件較差的汽車(chē)，值應(yīng)取大些，一般取0.3；為避免懸架碰撞車(chē)架，取0.5。5.3 減振器阻尼系數(shù)的確定減振器阻尼系數(shù)。因懸架系統(tǒng)固有振動(dòng)頻率，所以理論上。實(shí)際上應(yīng)根據(jù)減振器的布置特點(diǎn)確定減振器的阻尼系數(shù)。例如，當(dāng)減振器如圖52a安裝時(shí)，減振器阻尼系數(shù)用下式16計(jì)算圖52 減振器安裝位置 (53)式中，n為雙橫臂懸架的下臂長(zhǎng)；a為減振器在下橫臂上的連接點(diǎn)到下橫臂在車(chē)身上的鉸接之間的距離。減振器如圖52b所示安裝時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)占用下式計(jì)算 (54)式中，a為減振器軸線與鉛垂線之間的夾角。減振器如圖52c所示安裝時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)用下式計(jì)算 (55)分析式(53)式(54)可知：在下橫臂長(zhǎng)度n不變的條件下，改變減振器在下橫上的固定點(diǎn)位置或者減振器軸線與鉛垂線之間的夾角。，會(huì)影響減振器阻尼系數(shù)的變化。5.4 最大卸荷力的確定為減小傳到車(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)，減振器打開(kāi)卸荷。此時(shí)的活塞速度稱(chēng)為卸荷速度。在減振器安裝如圖52b所示時(shí) (56)式中，為卸載速度，一般為0.150.30m/s；A為車(chē)身振幅，取40mm，為懸架振動(dòng)固有頻率。如已知伸張行程時(shí)的阻尼系數(shù)，載伸張行程的最大卸荷力。5.5 簡(jiǎn)式減振器工作缸直徑D的確定根據(jù)伸張行程的最大卸荷力計(jì)算工作缸直徑D （57）式中，為工作缸最大允許壓力，取34Mpa；為連桿直徑與缸筒直徑之比，雙筒式減振器取0.400.50，單筒式減振器取0.300.35。減振器的工作缸直徑D有20、30、40、（45）、50、65mm等幾種。選取時(shí)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選用。貯油筒直徑（1.351.50）D，壁厚取為2mm，材料可選20號(hào)鋼。6 Pro/E三維建模Pro/E是美國(guó)PTC公司開(kāi)發(fā)的CAD/CAE/CAM 軟件，自1988年問(wèn)世以來(lái)，已成為世界最普及的三維CAD/ CAM 系統(tǒng)。該軟件先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念體現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系列軟件的最新發(fā)展方向，成為提供工業(yè)解決方案的有力工具。它已被廣泛應(yīng)用于電子，機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車(chē)、航空、航天、軍工、紡織、家電、玩具等行業(yè)。PRO/E可謂是個(gè)全方位的三維產(chǎn)品開(kāi)發(fā)軟件，集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品組合、模具開(kāi)發(fā)、NC加工、鈑金件設(shè)計(jì)、鑄造設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能于一體，模塊眾多。6.1 關(guān)于Pro/EPro/E作為三維造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，其功能強(qiáng)大，用途廣泛，是新一代. CAD/ CAM系統(tǒng)軟件。它以尺寸驅(qū)動(dòng)、特征建模、全參數(shù)設(shè)計(jì)、單一全關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬現(xiàn)實(shí)及多數(shù)據(jù)接口等優(yōu)點(diǎn)改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念，使設(shè)計(jì)工作直觀化、高效化、精確化和系統(tǒng)化，成為目前機(jī)械CAD領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)僅提供繪圖工具不同，PRO/E提供了一套完整的機(jī)械產(chǎn)品解決方案，包括工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工制造、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理，甚至包括了產(chǎn)品生命周期，是多項(xiàng)技術(shù)的集成產(chǎn)品。PRO/E的主要特征有：（1）3D實(shí)體模型；（2）單一數(shù)據(jù)庫(kù)；（3）基于特征的參數(shù)化實(shí)體建模；（4）行為建模技術(shù)；（5）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)；（6）強(qiáng)大的裝配功能；（7）NC加工；（8）二次開(kāi)發(fā)技術(shù)。6.1.1 參數(shù)化特征造型技術(shù)參數(shù)化特征造型被公認(rèn)為是目前幾何造型的發(fā)展趨勢(shì)，Pro/E實(shí)體模型由一些工程特征組合而成，Pro/Feature模塊提供了拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、過(guò)渡、孔、槽、扭曲、圓角、倒角、抽殼、拔模斜度、自由變形、管道、變截面掃掠和掃描性過(guò)渡等眾多的特征和特征構(gòu)造方法，為用戶(hù)提供了設(shè)計(jì)非常復(fù)雜形狀曲面或?qū)嶓w模型的有力工具?；谔卣鞯膮?shù)化造型是將參數(shù)化造型的思想和特征造型的思想有機(jī)地結(jié)合到一起，用尺寸驅(qū)動(dòng)或變量設(shè)計(jì)的方法定義特征并進(jìn)行類(lèi)似的操作，這樣就形成了參數(shù)化特征造型。由于特征全部用參數(shù)化定義，因此對(duì)形狀、尺寸、公差、表面粗糙度等均可隨時(shí)修改和更新，最終達(dá)到修改設(shè)計(jì)的目的。參數(shù)化方法使設(shè)計(jì)者在構(gòu)造幾何模型時(shí)可以集中于概念設(shè)計(jì)和整體設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮創(chuàng)造性，提高設(shè)計(jì)效率?；谔卣鞯募夹g(shù)為設(shè)計(jì)者提供了符合人們思維習(xí)慣的設(shè)計(jì)環(huán)境，二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)進(jìn)行實(shí)體造型將極大地提高設(shè)計(jì)效率。在Pro/e的環(huán)境中，構(gòu)建實(shí)物實(shí)體的方法有很多。選擇一個(gè)有效的方法，使建立的特征少，且能有效生成實(shí)體；形成的特征有利于后續(xù)特征的建立和修改是非常重要的。所以在設(shè)計(jì)初，對(duì)零件的外型設(shè)計(jì)要有一個(gè)整體規(guī)劃，要清楚自己所做的零件的復(fù)雜程度，首先要確定整個(gè)零件的基準(zhǔn)參考中心和參考面，使后面建立的特（Feature）都是基于該基準(zhǔn)建立的，這樣有利于后面特征修改（Modify）和再生成（Regenerate）；其次要確定模型（Model）的所有特征間構(gòu)建的大致先后順序，把一些小而非重要特征先做，對(duì)開(kāi)始不太明確的、并且需要經(jīng)常改動(dòng)變化的特征放到后面建立。這樣就可以在需要修改時(shí)改動(dòng)局部就可以了，既節(jié)省了時(shí)間又省去了許多麻煩。6.1.2 Pro/E中二維工程圖AutoCAD間的轉(zhuǎn)換Pro/e是功能強(qiáng)大的專(zhuān)業(yè)CAD/CAM 軟件，應(yīng)用范圍很廣。AutoCAD有完善的二維工程圖設(shè)計(jì)功能及對(duì)系統(tǒng)要求低等特點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。目前在工程實(shí)踐中，二維工程圖作為重要的技術(shù)文檔是必不可少的。雖然在Pro/E中可以對(duì)工程圖進(jìn)行尺寸、公差等的標(biāo)注，但由于在Pro/E中是對(duì)實(shí)體作標(biāo)注，轉(zhuǎn)成二維工程圖時(shí)往往不符合我國(guó)的制圖標(biāo)準(zhǔn)，因此應(yīng)當(dāng)在AutoCAD中完成尺寸標(biāo)注工作和添加標(biāo)題欄技術(shù)要求等內(nèi)容，即利用Pro/E的參數(shù)化造型技術(shù)，對(duì)零件直接進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)；對(duì)零件設(shè)計(jì)修改，直至確定無(wú)誤后再將設(shè)計(jì)好的三維模型轉(zhuǎn)化為二維工程圖，然后調(diào)入AutoCAD中進(jìn)行編輯，最后得到符合企業(yè)需要的、完善的工程圖。采用這種方法進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，Pro/E生成三維模型，再將其轉(zhuǎn)換成二維工程圖，然后由Pro/E輸出人們所熟悉的工程圖，可提高設(shè)計(jì)、繪圖和修改等工作的效率和質(zhì)量，并起到了取長(zhǎng)補(bǔ)短的作用。另外，由于AutoCAD對(duì)數(shù)據(jù)格式和圖像格式的識(shí)別能力，在AutoCAD中可以很容易地讀取AutoCAD的二維圖形作為拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混成的草圖；同時(shí)AutoCAD在我國(guó)的普及率很高，許多人對(duì)它都十分熟悉，而且很多企業(yè)早期的圖檔都是AutoCAD中作的，因此可以使用已有的AutoCAD二維圖形作為Pro/E三維造型時(shí)的草圖，進(jìn)行三維轉(zhuǎn)換，也可以使用AutoCAD來(lái)為Pro/E繪制草圖，從而避免重復(fù)勞動(dòng)和有效地利用已有資源。6.2 Pro/E的實(shí)際操作6-1 裝配圖6-2 爆炸圖6.3 應(yīng)用現(xiàn)狀Pro/E在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛、越來(lái)越深入，雖然和AutoCAD等二維繪圖軟件相比，Pro/E的使用相對(duì)要難得多，但這并沒(méi)有阻止人們對(duì)它的學(xué)習(xí)、使用及開(kāi)發(fā)。這也充分說(shuō)明了Pro/E具有人們所渴望的優(yōu)良的性能和靈活多變的開(kāi)發(fā)方法。6.4 本章小結(jié)美國(guó)PTC公司提出的單一數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念已成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。基于此開(kāi)發(fā)出來(lái)的第三代CAD/CAE/CAM產(chǎn)品Pro/E在當(dāng)今同類(lèi)產(chǎn)品中代表著較高的水平。該系統(tǒng)全方位地提供了從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、精確設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)到模具型腔數(shù)控加工一整套功能，極大地縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。從大量文獻(xiàn)中可以看出，Pro/E在它所觸及的各行各業(yè)中的應(yīng)用程度及深度雖然各不相同，但其成果是可喜的，效益是顯著的！從現(xiàn)有的這些應(yīng)用中可以給使用者一些啟示和靈感，以使后來(lái)者可以站在更高的起點(diǎn)上，避免許多不必要的重復(fù)，盡快出成果、出效益。7 結(jié)論本文通過(guò)對(duì)雙擺臂懸架的結(jié)構(gòu)和性能的分析，以及對(duì)懸架零部件參數(shù)的計(jì)算和強(qiáng)度的校核在性能上達(dá)到轎車(chē)對(duì)懸架的要求，本設(shè)計(jì)為雙擺臂懸架的結(jié)構(gòu)的提供了依據(jù)，從而提高其在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)上的性能。雙擺臂懸架的突出優(yōu)點(diǎn)在于其設(shè)計(jì)的靈活性，可以通過(guò)合理的選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸接點(diǎn)的位置及導(dǎo)向臂的長(zhǎng)度，使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特性，即當(dāng)車(chē)輪跳動(dòng)或車(chē)身側(cè)傾時(shí)，車(chē)輪定位角和輪距的變化盡量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，并且形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心。由于我在生產(chǎn)實(shí)踐方面經(jīng)驗(yàn)的缺乏，在一定程度上對(duì)懸架的性能參數(shù)的把握不夠準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)中難免出現(xiàn)一定的缺陷，我在后期將對(duì)懸架的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)做更進(jìn)一步的了解和掌握，并在此基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行完善。參考文獻(xiàn)1孟少農(nóng)汽車(chē)設(shè)計(jì)方法論M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19922佟剛,張宏志.汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)J.沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),1999,(2):58-613陳家瑞汽車(chē)構(gòu)造M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20054劉惟信汽車(chē)設(shè)計(jì)M北京：清華大學(xué)出版社，20015胡寧，鄭冬黎雙橫臂獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析J汽車(chē)工程，1998，20(6)：3623666戴旭文，谷中麗，劉劍汽車(chē)雙橫臂獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析J車(chē)輛與動(dòng)力技術(shù)，2002，(2)：29337Edward 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謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次全面考驗(yàn)，也是對(duì)即將走向社會(huì)的我們的進(jìn)行的一次有效的鍛煉?；仡欉@場(chǎng)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我覺(jué)得受益菲淺：它讓我體會(huì)到做研究不僅要具有細(xì)心、專(zhuān)心和耐心的精神，更多的是要有一顆平靜的心來(lái)面對(duì)一系列可能遇到的困難。本文是在呂紅明老師悉心指導(dǎo)下完成。從課題的選取、進(jìn)一步的理論研究，到論文的撰寫(xiě)都得到了呂老師的指導(dǎo)與熱情幫助。在他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和一絲不茍的工作作風(fēng)下，我獲益非淺，使我對(duì)自己的工作及課題研究有了更深的認(rèn)識(shí)，在此表示衷心的感謝。此外，在論文撰寫(xiě)期間還得到了王琪老師，李書(shū)偉老師，熊新老師以及劉仲威老師的熱情幫助，在此表示誠(chéng)摯的謝意。感謝所有幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和關(guān)心我的朋友們!感謝一直以來(lái)默默支持我的老師和同學(xué)們，是他們辛勤的汗水才換來(lái)今天的這一切，在此表示最最衷心的感謝！附 錄1.雙擺臂懸架總裝圖 YJSBBXJ-00 A02.減振器 YJSBBXJ-12 A13.上擺臂 YJSBBXJ-11 A14.下擺臂 YJSBBXJ-17 A15.轉(zhuǎn)向節(jié) YJSBBXJ-04 A16.圓柱彈簧 YJSBBXJ-13 A37.球頭銷(xiāo) YJSBBXJ-20