麥弗遜式懸架課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　前言：</b></p><p>　　懸架是汽車(chē)的車(chē)架與車(chē)橋或車(chē)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(chē)輪和車(chē)架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車(chē)架或車(chē)身的沖擊力，并衰減由此引起的震動(dòng)，以保證汽車(chē)能平順地行駛。典型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減震器等組成，個(gè)別結(jié)構(gòu)則還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈

2、簧等形式，而現(xiàn)代轎車(chē)懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，個(gè)別高級(jí)轎車(chē)則使用空氣彈簧。懸架是汽車(chē)中的一個(gè)重要總成，它把車(chē)架與車(chē)輪彈性地聯(lián)系起來(lái)，因此懸架與車(chē)輛的行駛平順性、操控穩(wěn)定性具有極大的關(guān)系。懸架設(shè)計(jì)的好壞直接影響到整車(chē)的性能。因此開(kāi)發(fā)出高品質(zhì)的懸架是車(chē)輛工程師的一項(xiàng)重要任務(wù)。而懸架部分涉及的專(zhuān)業(yè)知識(shí)也比較高深，本文期望通過(guò)對(duì)懸架進(jìn)行初級(jí)設(shè)計(jì)以達(dá)到對(duì)懸架有進(jìn)一步了解的目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞:懸架；減震器

3、；彈簧計(jì)算</p><p><b>　　1懸架</b></p><p><b>　　1.1懸架的功用</b></p><p>　　汽車(chē)懸架是車(chē)架（或車(chē)身）與車(chē)軸（或車(chē)輪）之間的彈性聯(lián)結(jié)裝置的統(tǒng)稱。它的作用是彈性地連接車(chē)橋和車(chē)架（或車(chē)身），緩和行駛中車(chē)輛受到的沖擊力；保證貨物完好和人員舒適；衰減由于彈性系統(tǒng)引進(jìn)的振動(dòng)，使汽車(chē)

4、行駛中保持穩(wěn)定的姿勢(shì)，改善操縱穩(wěn)定性；同時(shí)懸架系統(tǒng)承擔(dān)著傳遞垂直反力，縱向反力（牽引力和制動(dòng)力）和側(cè)向反力以及這些力所造成的力矩作用到車(chē)架（或車(chē)身）上，以保證汽車(chē)行駛平順；并且當(dāng)車(chē)輪相對(duì)車(chē)架跳動(dòng)時(shí)，特別在轉(zhuǎn)向時(shí)，車(chē)輪運(yùn)動(dòng)軌跡要符合一定的要求，因此懸架還起使車(chē)輪按一定軌跡相對(duì)車(chē)身跳動(dòng)的導(dǎo)向作用。 </p><p>　　1.2 懸架的組成 </p><p>　　一般懸架由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、減

5、振器和橫向穩(wěn)定桿組成。 </p><p><b>　　1.彈性元件</b></p><p>　　彈性元件用來(lái)承受并傳遞垂直載荷，緩和由于路面不平引起的對(duì)車(chē)身的沖擊。彈性元件種類(lèi)包括鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、油氣彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧等，這里我們選用螺旋彈簧。</p><p><b>　　2.減振器 </b></

6、p><p>　　減振器用來(lái)衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動(dòng)，減振器的類(lèi)型有筒式減振器，阻力可調(diào)式新式減振器，充氣式減振器。</p><p><b>　　3.導(dǎo)向機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來(lái)傳遞車(chē)輪與車(chē)身間的力和力矩，同時(shí)保持車(chē)輪按一定運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)車(chē)身跳動(dòng)，通常導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由控制擺臂式桿件組成。種類(lèi)有單桿式或多連桿式的。鋼板彈簧作為彈性元件時(shí)

7、，可不另設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，它本身兼起導(dǎo)向作用。有些轎車(chē)和客車(chē)上，為防止車(chē)身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過(guò)大的橫向傾斜，在懸架系統(tǒng)中加設(shè)橫向穩(wěn)定桿，目的是提高橫向剛度，使汽車(chē)具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。</p><p><b>　　1.3懸架的分類(lèi)</b></p><p><b>　　1.3.1獨(dú)立懸架</b></p><

8、;p><b>　　圖1.1 獨(dú)立懸架</b></p><p>　　獨(dú)立懸架是兩側(cè)車(chē)輪分別獨(dú)立地與車(chē)架（或車(chē)身）彈性地連接，當(dāng)一側(cè)車(chē)輪受沖擊，其運(yùn)動(dòng)不直接影響到另一側(cè)車(chē)輪，獨(dú)立懸架所采用的車(chē)橋是斷開(kāi)式的。這樣使得發(fā)動(dòng)機(jī)可放低安裝，有利于降低汽車(chē)重心，并使結(jié)構(gòu)緊湊。獨(dú)立懸架允許前輪有大的跳動(dòng)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(shí)獨(dú)立懸架非簧載質(zhì)量小，可提高汽車(chē)車(chē)輪的附

9、著性。如圖1.1所示。</p><p>　　1.3.2非獨(dú)立懸架</p><p>　　非獨(dú)立懸架如圖1.2所示。其特點(diǎn)是兩側(cè)車(chē)輪安裝于一整體式車(chē)橋上，當(dāng)一側(cè)車(chē)輪受沖擊力時(shí)會(huì)直接影響到另一側(cè)車(chē)輪上，當(dāng)車(chē)輪上下跳動(dòng)時(shí)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(jiǎn)化，降低成本。目前廣泛應(yīng)用于貨車(chē)和大客車(chē)上，有些轎車(chē)后懸架也有采用的。非獨(dú)立懸架由于非簧載質(zhì)量比較大，高速行

10、駛時(shí)懸架受到?jīng)_擊載荷比較大，平順性較差。</p><p>　　1.4懸架的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況</p><p>　　汽車(chē)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(dòng)式懸架和主動(dòng)式懸架。目前多數(shù)汽車(chē)上都采用被動(dòng)懸架，20世紀(jì)80年代以來(lái)主動(dòng)懸架開(kāi)始在一部分汽車(chē)上應(yīng)用，并且目前還在進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)中。主動(dòng)懸架可以能主動(dòng)地控制垂直振動(dòng)及其車(chē)身姿態(tài)，根據(jù)路面和行駛工況自動(dòng)調(diào)

11、整懸架剛度和阻尼。</p><p>　　隨著當(dāng)前世界汽車(chē)工業(yè)朝著高速、高性能、舒適、安全可靠的方向發(fā)展，空氣懸架彈簧是當(dāng)今汽車(chē)發(fā)展的一大趨勢(shì)，特別是在大型客車(chē)和載重汽車(chē)上尤為突出。其實(shí)，早在20世紀(jì)50年代，空氣懸架彈簧就開(kāi)始應(yīng)用在載重車(chē)、小轎車(chē)、大客車(chē)及鐵道車(chē)輛上。到60年代，德國(guó)、美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的大部分公共汽車(chē)上裝有了主動(dòng)式空氣彈簧懸架。</p><p>　　國(guó)內(nèi)早在20世紀(jì)6

12、0年代就設(shè)計(jì)生產(chǎn)了空氣彈簧懸架，但由于工業(yè)技術(shù)條件有限，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的產(chǎn)品使用效果不甚理想，以后在很長(zhǎng)一段時(shí)期，產(chǎn)品沒(méi)有進(jìn)一步發(fā)展，因此，國(guó)外生產(chǎn)空氣懸架彈簧的廠家憑借著資金與技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)豪華客車(chē)的廠家配套成熟的主動(dòng)式空氣彈簧懸架產(chǎn)品。</p><p>　　同時(shí)我國(guó)公路條件的改善為汽車(chē)懸架創(chuàng)造了基本的使用條件，并產(chǎn)生了很大的促進(jìn)作用。高速公路的迅速發(fā)展、運(yùn)輸量的增加以及對(duì)高性能客車(chē)的需求，都對(duì)汽車(chē)

13、的操縱穩(wěn)定性、平順性、安全性提出了更高的要求[2]。此外，重型汽車(chē)對(duì)路面破壞機(jī)制的研究及認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步加深，政府對(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)的重視，限制超載逐步在國(guó)內(nèi)各地受到重視，這些因素都將促使新型懸架在重型車(chē)市場(chǎng)的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大。</p><p>　　隨著國(guó)內(nèi)客車(chē)產(chǎn)品檔次的逐步升級(jí)，空氣懸架彈簧逐步被市場(chǎng)接受。目前，在國(guó)內(nèi)有多家客車(chē)廠生產(chǎn)的豪華大客車(chē)裝有空氣懸架，如安凱、金龍客車(chē)、桂林大宇、合肥現(xiàn)代、杭州客車(chē)等，現(xiàn)在全國(guó)裝

14、用主動(dòng)式空氣懸架彈簧的客車(chē)已超過(guò)1萬(wàn)輛[6]。</p><p>　　由于主動(dòng)式空氣懸架彈簧價(jià)格較貴，為降低成本，有的企業(yè)部分車(chē)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(kāi)發(fā)能力，以適應(yīng)市場(chǎng)的需求和變化，新型懸架的誕生迫在眉睫。</p><p><b>　　2 方案論證</b></p><p>　　2.

15、1懸架結(jié)構(gòu)方案分析</p><p>　　2.1.1 獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式的選擇</p><p>　　為適應(yīng)不同車(chē)型和不同類(lèi)型車(chē)橋的需要，懸架有不同的結(jié)構(gòu)型式，主要有獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架。獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架各自的特點(diǎn)在上一章中已經(jīng)作了介紹，本章不再累述，轎車(chē)對(duì)乘坐舒適性要求較高，故選擇獨(dú)立懸架。</p><p>　　2.1.2 懸架具體結(jié)構(gòu)形式的選擇<

16、/p><p>　　麥弗遜式獨(dú)立懸架是獨(dú)立懸架中的一種，是一種減振器作滑動(dòng)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(jiǎn)單、性能好、布置緊湊,占用空間少。因此對(duì)布置空間要求高的發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)動(dòng)轎車(chē)的前懸架幾乎全部采用了麥弗遜式懸架。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)的懸架為發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的車(chē)型，故選擇麥弗遜式懸架形式。</p><p>　　2.1.3麥

17、弗遜式懸架簡(jiǎn)介</p><p>　　1麥弗遜式獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　與其他獨(dú)立懸架相比，麥克弗遜懸架的突出特點(diǎn)在于可將導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及減振裝置集合到一起，將多個(gè)零件集成在一個(gè)單元里。這樣一來(lái)，相對(duì)雙橫臂懸架而言，它不僅簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減小了質(zhì)量，還節(jié)省了空間，降低了制造成本，并且?guī)缀醪徽加脵M向空間，有利于車(chē)身前部地板的構(gòu)造和發(fā)動(dòng)機(jī)布置，這一點(diǎn)在用于緊湊型轎車(chē)(例如微型轎車(chē)，它們幾乎全

18、部采用前置前驅(qū)動(dòng)方式)的前懸架時(shí)，具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。麥克弗遜懸架的另外一些優(yōu)點(diǎn)包括:鉸接點(diǎn)的數(shù)目較少;上下鉸點(diǎn)之間有較大的距離，下鉸點(diǎn)與車(chē)輪接地面間距離較小，這對(duì)減少鉸點(diǎn)處的受力有利;彈簧行程較大。另外，當(dāng)車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)，其輪距、前束及車(chē)輪外傾角等均改變不大，減輕了輪胎的磨損，也使汽車(chē)具有良好的行駛穩(wěn)定性。</p><p>　　2.麥弗遜懸架的缺點(diǎn)</p><p>　　由于自由度減少，懸架運(yùn)

19、動(dòng)特性的可設(shè)計(jì)性不如雙橫臂懸架;振動(dòng)通過(guò)上支承點(diǎn)傳遞給汽車(chē)頭部，需采取相應(yīng)措施隔離振動(dòng)、噪聲;減振器的活塞桿與導(dǎo)向套之間存在摩擦力，使得懸架的動(dòng)剛度增加，彈性特性變差，小位移時(shí)這一影響更加顯著;對(duì)輪胎的不平衡較敏感;減振器緊貼車(chē)輪布置，其間空間很小，有些情況下不便于采用寬胎或加裝防滑鏈[9]。典型的結(jié)構(gòu)如圖2.1和2.2。</p><p>　　圖2.1 麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)</p><p>　

20、　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;</p><p>　　6-副車(chē)架;7-橫向穩(wěn)定桿;8-發(fā)動(dòng)機(jī)支座;9-彈簧上支座;10-隔離座;11-輔助彈簧;</p><p>　　12-防塵罩;13-U形夾;14-軸承;15-定位螺栓</p><p>　　圖2.2 麥弗遜懸架的另一種結(jié)構(gòu)圖</p><p>

21、;　　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</p><p><b>　　2.2彈性元件</b></p><p>　　彈性元件是懸架的最主要部件，因?yàn)閼壹茏罡镜淖饔檬菧p緩地面不平度對(duì)車(chē)身造成的沖擊，即將短暫的大加速度沖擊化解為相對(duì)緩慢的小加速度沖擊。使人不會(huì)造成傷害及不舒服的感覺(jué)；對(duì)貨物可減少其被破壞的可能性。<

22、/p><p>　　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(lèi)型[7]。除了板彈簧自身有減振作用外，配備其它種類(lèi)彈性元件的懸架必須配備減振元件，使已經(jīng)發(fā)生振動(dòng)的汽車(chē)盡快靜止。鋼板彈簧是汽車(chē)最早使用的彈性元件，由于存在諸多設(shè)計(jì)不足之處，現(xiàn)逐步被其它種類(lèi)彈性元件所取代，本文選擇螺旋彈簧。</p><p><b>　　2.3減振元件</b></p>

23、<p>　　減振元件主要起減振作用。為加速車(chē)架和車(chē)身振動(dòng)的衰減，以改善汽車(chē)的行駛平順性，在大多數(shù)汽車(chē)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2-3所示。</p><p>　　汽車(chē)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(chē)架與車(chē)橋作往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，而減振器中的活塞在缸筒內(nèi)也作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則減振器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)內(nèi)腔通過(guò)一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)，孔壁與油液

24、間的摩擦及液體分子內(nèi)摩擦便形成對(duì)振動(dòng)的阻尼力，使車(chē)身和車(chē)架的振動(dòng)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。</p><p>　　圖2.3 含減振器的懸架簡(jiǎn)圖</p><p>　　1.車(chē)身2.減震器3.彈性原件4.車(chē)橋</p><p>　　2.4傳力構(gòu)件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)</p><p>　　車(chē)輪相對(duì)于車(chē)架和

25、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)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，故稱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。</p><p>　　對(duì)前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求</p><p>　?。?）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；&

26、lt;/p><p>　　（2）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；</p><p>　　（3）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≤6-7度。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)。</p><p>　?。?）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。</p>&

27、lt;p>　?。?）具有足夠的疲勞強(qiáng)度和壽命，可靠地傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。</p><p><b>　　2.5橫向穩(wěn)定器</b></p><p>　　在多數(shù)的轎車(chē)和客車(chē)上，為防止車(chē)身在轉(zhuǎn)向行駛等情況下發(fā)生過(guò)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。</p><p>　　橫向穩(wěn)定器實(shí)際是一根近似U型的桿件，兩個(gè)端頭

28、與車(chē)輪剛性連接，用來(lái)防止車(chē)身產(chǎn)生過(guò)大側(cè)傾。其原理是當(dāng)一側(cè)車(chē)輪相對(duì)車(chē)身位移比另外一側(cè)位移大時(shí)，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(chē)輪遇障礙物時(shí)，限制該側(cè)車(chē)輪跳動(dòng)幅度。</p><p>　　3 懸架主要參數(shù)的確定</p><p>　　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

29、其他總成的布置，因而一般要與總布置共同協(xié)商確定。</p><p><b>　　表3.1參考數(shù)據(jù)</b></p><p>　　3.1懸架的空間幾何參數(shù)</p><p>　　在確定零件尺寸之前，需要先確定懸架的空間幾何參數(shù)。麥弗遜式懸架的受力圖如圖3-1：</p><p>　　根據(jù)車(chē)輪尺寸，確定G點(diǎn)離地高度為158.3mm，

30、根據(jù)車(chē)身高度確定C大致高度為700mm，O點(diǎn)距車(chē)輪中心平面110mm，減震器安裝角度14°。</p><p>　　3.2懸架的彈性特性和工作行程</p><p>　　3.2.1懸架頻率的選擇 </p><p>　　對(duì)于大多數(shù)汽車(chē)而言，其懸掛質(zhì)量分配系數(shù)=0.8～1.2，因而可以近似地認(rèn)為，即前后橋上方車(chē)身部分的集中質(zhì)量的垂直振動(dòng)是相互獨(dú)立的，并用偏頻，表示

31、各自的自由振動(dòng)頻率，偏頻越小，則汽車(chē)的平順性越好。一般對(duì)于鋼制彈簧的轎車(chē)，約為1～1.3Hz（60～80次/min），約為1.17～1.5Hz（70～90次/min），非常接近人體步行時(shí)的自然頻率。取n=1.2HZ </p><p>　　3.2.2 懸架的工作行程</p><p>　　懸架的工作行程由靜撓度與動(dòng)撓度之和組成。</p><p>　　由 n=

32、 3-1</p><p>　　式中 —————懸架靜撓度</p><p><b>　　得懸架靜撓度</b></p><p><b>　　3-2</b></p><p><b>

33、　　180mm</b></p><p>　　則懸架動(dòng)撓度： =（0.5—0.7） </p><p>　　取 =0.5 =0.5×180＝90mm</p><p>　　為了得到良好的平順性，因當(dāng)采用較軟的懸架以降低偏頻，但軟的懸架在一定載荷下其變形量也大，對(duì)于一般轎車(chē)而言，懸架總工作行程（靜擾度與動(dòng)擾度之和）應(yīng)當(dāng)不小于160mm。</p&g

34、t;<p>　　-------------《汽車(chē)設(shè)計(jì)》劉惟信主編</p><p>　　而 + =180+90=270mm>160mm 符合要求</p><p>　　3.2.3懸架剛度計(jì)算</p><p>　　已知：已知整車(chē)裝備質(zhì)量：m =1547kg 取簧上質(zhì)量為1467kg；取簧下質(zhì)量為80kg，則由軸荷分配圖知：</p&g

35、t;<p>　　空載前軸單輪軸荷取60%： = =454.77kg</p><p>　　滿載前軸單輪軸荷取58%： =512.43kg （滿載時(shí)車(chē)上5名成員，60kg/名）。</p><p>　　----------------《汽車(chē)設(shè)計(jì)》劉惟信主編 P47</p><p><b>　　懸架剛度：</b></p>

36、<p><b>　　= N/mm</b></p><p><b>　　4懸架主要零件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 螺旋彈簧的設(shè)計(jì)</p><p>　　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(chē)的懸架中應(yīng)用相當(dāng)普遍，特別是在轎車(chē)中，由于要求良好的乘坐舒適性和懸

37、架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在大擺動(dòng)量下仍具有保持車(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)距的或用變直徑彈簧鋼絲繞制的或兩者同時(shí)采用的彈簧結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)變剛度特性。</p><p>　　4.1.1.螺旋彈簧的剛度</p><p>　　由于存在懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的關(guān)系，懸架剛度C與彈簧剛度 是不相等的，其區(qū)別在于懸架

38、剛度C是指車(chē)輪處單位撓度所需的力；而彈簧剛度C僅指彈簧本身單位撓度所需的力。</p><p>　　例如麥弗遜獨(dú)立懸架的懸架剛度C的計(jì)算方法：如圖10所示。</p><p>　　選定下擺臂長(zhǎng)：EH=390.41mm；半輪距：B=750mm ；減震器布置角度：β=14°，高度561.76mm</p><p>　　可知懸架剛度與彈簧剛度的關(guān)系如下：</p&

39、gt;<p>　　由圖可知：C=(uCosδ/PCosβ)Cs （4-1）</p><p>　　式中 C——懸架剛度，Cs ——彈簧高度</p><p>　　已知u=1995.95mm p=2103.02mm δ=4°β=14°</p><p

40、>　　得： Cs= == =29.18N/mm</p><p>　　4.1.2彈簧基本參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　1 彈簧鋼絲直徑的選擇及中徑的計(jì)算</p><p>　　首先根據(jù)GB-4361可以找出，用油淬火回火硅錳彈簧鋼絲（60Si2MnA）,來(lái)做本次彈性元件的設(shè)計(jì)材料，因?yàn)槠鋸?qiáng)度高，彈性好，易脫碳，用于較高負(fù)荷的彈簧。A類(lèi)用于一般用途彈簧。B類(lèi)用

41、于一般用途和汽車(chē)懸掛彈簧，C類(lèi)用于汽車(chē)懸掛彈簧。因而選C類(lèi)。其直徑規(guī)格為2.0~14.0mm，變切模量 ,推薦溫度范圍：-40~200</p><p>　　根據(jù)表7計(jì)算相應(yīng)的彈簧中經(jīng)D。</p><p>　　-------（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T1239.6—92 P11）</p><p>　　因此去材料直徑初選為： d=12.0mm±

42、0.08</p><p>　　由表取旋繞比： C=8</p><p>　　因此彈簧中經(jīng)為 ： D=C*d=96.0mm。</p><p>　　一般情況下，彈簧剛的許用剪應(yīng)力[τ]與許用拉應(yīng)力 成比例關(guān)系，通常情況下，可以取用[τ]=0.55 。 如下圖： </p><p&g

43、t;　　油淬火-回火硅錳合金彈簧鋼絲60Si2MnA中C類(lèi)直徑為12.0mm的許用拉應(yīng)力 為1569Mpa。 </p><p>　　------------《金屬材料手冊(cè)》 P310</p><p>　　則許用切應(yīng)力[τ]=0.55* =0.55*1569=863Mpa</p><p>　　曲度系數(shù)K可以通過(guò)公式4-

44、2算出，</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　=1.18</b></p><p>　　鋼絲直徑校核：d≥1.6* = =11mm</p><p><b>　　與基本假設(shè)相符合。</b></p><p>　　式中

45、 p——彈簧垂直載荷</p><p><b>　　綜合：</b></p><p>　　彈簧中經(jīng)：D=d*c=12*8=96mm</p><p>　　=D+d=96+12=108mm</p><p>　　2 彈簧圈數(shù)的確定</p><p><b>　?。?-3）</b>&

46、lt;/p><p>　　式中 G——變切模量</p><p><b>　　n——彈簧工作圈數(shù)</b></p><p><b>　　由式（4-3）有</b></p><p>　　彈簧工作圈數(shù)：i= =7.6</p><p><b>　　取i=7.5圈</b&g

47、t;</p><p>　　彈簧支撐圈數(shù)由彈簧端部形狀確定根據(jù)下圖：</p><p>　　螺旋彈簧的端部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　選用 類(lèi)，支撐圈數(shù) </p><p>　　則總?cè)?shù)：n=i+ =7.5+1=8.5</p><p>　　3 彈簧的強(qiáng)度校核</p><p>　　彈簧靜撓度：

48、 （4-4）</p><p>　　式中 ——彈簧垂直載荷</p><p>　　彈簧動(dòng)撓度： （4-5）</p><p>　　彈簧靜扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：

49、 （4-6）</p><p>　　474Mpa< [ =500N/ </p><p>　　彈簧最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： （4-7）</p><p>　　= 615Mpa< [ =800—1000N/ </p>

50、<p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　4 彈簧節(jié)距、間距、自由高度等</p><p>　　彈簧節(jié)距：t=(0.28—0.5)D ——GB/T1239[16-92]圓柱螺旋彈簧</p><p>　　取t=0.28D=0.28*96=21.6mm</p>

51、<p>　　彈簧間距：δ=t-d ——GB/T1239[16-92]圓柱螺旋彈簧</p><p>　　δ=21.6-12=9.6mm</p><p>　　彈簧自由高度：自由高度 受端部機(jī)構(gòu)的影響，難以計(jì)算出精確值，其近似值可按下表所列的公式計(jì)算，并推薦按GB1538的規(guī)定。</p><p>　　--

52、----- （中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T1239.6—92</p><p>　　由于設(shè)計(jì)彈簧兩端圈磨平，因此</p><p>　　取 = nt+d 式中 n——為工作圈數(shù)</p><p>　　= nt+d （4-8）</p>

53、<p>　　=7.5*21.6+12=174mm</p><p>　　彈簧螺旋角：α=arctan （4-9）</p><p><b>　　=7°</b></p><p>　　符合推薦用值 5º—9º --

54、----（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T1239.6—92 P13） </p><p>　　彈簧轉(zhuǎn)向一般為右旋，在組合彈簧中各層彈簧的旋向?yàn)樽笥倚嚅g，外層一般為右旋。</p><p><b>　　彈簧材料展開(kāi)長(zhǎng)度：</b></p><p>　　L=πDn

55、 （4-10）</p><p>　　L =3.14*96*8.5=1922mm</p><p>　　——GB/T1239[16-92]圓柱螺旋彈</p><p>　　5 彈簧的穩(wěn)定性校核</p><p>　　為了穩(wěn)定性和便于制造，彈簧高徑比b= ,應(yīng)滿足下列要求：</p&

56、gt;<p>　　兩端固定 b≤5.3</p><p>　　一端固定一端回轉(zhuǎn) b≤3.7</p><p>　　兩端回轉(zhuǎn) b≤2.6</p><p>　　——GB/T1239[16-92]圓柱螺旋彈</p><p>

57、　　此次選擇兩端回轉(zhuǎn)型： b= 符合要求。</p><p>　　4.2 減振器結(jié)構(gòu)類(lèi)型的選擇</p><p>　　減振器的功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。汽車(chē)懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力式減震器。其作用原理是，當(dāng)車(chē)架與車(chē)橋作往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減震器中的活塞在缸筒內(nèi)業(yè)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，于是減震器殼體內(nèi)的油液反復(fù)地從一個(gè)內(nèi)腔通過(guò)另一些狹小的孔隙流

58、入另一個(gè)內(nèi)腔。此時(shí)，孔與油液見(jiàn)的摩擦力及液體分子內(nèi)摩擦便行程對(duì)振動(dòng)的阻尼力，使車(chē)身和車(chē)架的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為熱能，被油液所吸收，然后散到大氣中。</p><p>　　減振器大體上可以分為兩大類(lèi)，即摩擦式減振器和液力減振器。故名思義，摩擦式減振器利用兩個(gè)緊壓在一起的盤(pán)片之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力提供阻尼。由于庫(kù)侖摩擦力隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的提高而減小，并且很易受油、水等的影響，無(wú)法滿足平順性的要求，因此雖然具有質(zhì)量小、造價(jià)低、易

59、調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)代汽車(chē)上已不再采用這類(lèi)減振器。液力減振器首次出現(xiàn)于1901年，其兩種主要的結(jié)構(gòu)型式分別為搖臂式和筒式。與筒式液力減減振器振器相比，搖臂式減振器的活塞行程要短得多，因此其工作油壓可高達(dá)75-30MPa，而筒式只有2.5-5MPa。筒式減振器的質(zhì)量?jī)H為擺臂式的約1/2，并且制造方便，工作壽命長(zhǎng)，因而現(xiàn)代汽車(chē)幾乎都采用筒式減振器。筒式減振器最常用的三種結(jié)構(gòu)型式包括:雙筒式、單筒充氣式和雙筒充氣式。</p><

60、;p><b>　　雙筒式液力減振器</b></p><p>　　雙筒式液力減振器雙筒式液力減振器的工作原理如圖4-4所示。其中A為工作腔，C為補(bǔ)償腔，兩腔之間通過(guò)閥系連通，當(dāng)汽車(chē)車(chē)輪上下跳動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)活塞1在工作腔A中上下移動(dòng)，迫使減振器液流過(guò)相應(yīng)閥體上的阻尼孔，將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳⒌簟＼?chē)輪向上跳動(dòng)即懸架壓縮時(shí)，活塞1向下運(yùn)動(dòng)，油液通過(guò)閥Ⅱ進(jìn)入工作腔上腔，但是由于活塞桿9占據(jù)了一部分體積

61、，必須有部分油液流經(jīng)閥Ⅳ進(jìn)入補(bǔ)償腔C;當(dāng)車(chē)輪向下跳動(dòng)即懸架伸張時(shí)，活塞1向上運(yùn)動(dòng)，工作腔A中的壓力升高，油液經(jīng)閥Ⅰ流入下腔，提供大部分伸張阻尼力，還有一部分油液經(jīng)過(guò)活塞桿與導(dǎo)向座間的縫隙由回流孔6進(jìn)人補(bǔ)償腔，同樣由于活塞桿所占據(jù)的體積，當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，必定有部分油液經(jīng)閥Ⅲ流入工作腔下腔。減振器工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量靠貯油缸筒3散發(fā)。減振器的工作溫度可高達(dá)120攝氏度，有時(shí)甚至可達(dá)200攝氏度。為了提供溫度升高后油液膨脹的空間，減振器的油

62、液不能加得太滿，但一般在補(bǔ)償腔中油液高度應(yīng)達(dá)到缸筒長(zhǎng)度的一半，以防止低溫或減振器傾斜的情況下，在極限伸張位置時(shí)空氣經(jīng)油封7進(jìn)入補(bǔ)償腔甚至經(jīng)閥Ⅲ吸入工作腔，造成油液乳化，影響減振器的工作性能。</p><p>　　圖4.4雙筒式減振器工作原理圖</p><p>　　1-活塞；2-工作缸筒；3-貯油缸筒；4-底閥座；5-導(dǎo)向座；</p><p>　　6-回流孔活塞桿；7

63、-油封；8-防塵罩；9-活塞桿</p><p>　　減振器的特性可用圖4.6所示的示功圖和阻尼力-速度曲線描述。減振器特性曲線的形狀取決于閥系的具體結(jié)構(gòu)和各閥開(kāi)啟力的選擇。一般而言，當(dāng)油液流經(jīng)某一給定的通道時(shí)，其壓力損失由兩部分構(gòu)成。其一為粘性沿程阻力損失，對(duì)一般的湍流而言，其數(shù)值近似地正比于流速。其二為進(jìn)入和離開(kāi)通道時(shí)的動(dòng)能損失，其數(shù)值也與流速近似成正比，但主要受油液密度而不是粘性的影響。由于油液粘性隨溫度的變

64、化遠(yuǎn)比密度隨溫度的變化顯著，因而在設(shè)計(jì)閥系時(shí)若能盡量利用前述的第二種壓力損失，則其特性將不易受油液粘性變化的影響，也即不易受油液溫度變化的影響。不論是哪種情形，其阻力都大致與速度的平方成正比，如圖4.6所示。圖中曲線A所示為在某一給定的A通道下阻尼力F與液流速度v的關(guān)系，若與通道A并聯(lián)一個(gè)直徑更/大的通道B，則總的特性將如圖中曲線A+B所示。如果B為一個(gè)閥門(mén)，則當(dāng)其逐漸打開(kāi)時(shí)，可獲得曲線A與曲線A+B間的過(guò)渡特性。恰當(dāng)選擇A,B的孔徑和

65、閥的逐漸開(kāi)啟量，可以獲得任何給定的特性曲線。閥打開(kāi)的過(guò)程可用三個(gè)階段來(lái)描述，第一階段為閥完全關(guān)閉，第二階段為閥部分開(kāi)啟，第三階段為閥完全打開(kāi)。通常情況下，當(dāng)減振器活塞相對(duì)于缸筒的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到0. </p><p>　　圖4.6 閥的開(kāi)啟程度對(duì)減振器特性影響示意圖</p><p>　　圖4.7給出了三種典型的減振器特性曲線。第一種為斜率遞增型的，第二種為等斜率的(線性的)，第三種為斜率遞減型

66、的。其中第一種在小速度時(shí)，阻尼力較小，有利于保證平坦路面上的平順性，第三種則在相當(dāng)寬的振動(dòng)速度范圍內(nèi)都可提供足夠的阻尼力，有利于提高車(chē)輪的接地能力和汽車(chē)的行駛性能。根據(jù)汽車(chē)的型式、道路條件和使用要求，可以選擇恰當(dāng)?shù)淖枘崃μ匦浴?lt;/p><p>　　圖4.7 典型的減振器特性曲線 圖4.8 減振器斜置時(shí)計(jì)算傳遞比示意圖</p><p>　　需要注意的是，在大部分汽車(chē)上，減振

67、器不是完全垂直安裝，如圖3.7所示為剛性橋非獨(dú)立懸架的情況。這時(shí)減振器本身的阻尼力與車(chē)輪處的阻尼力之間存在差異，當(dāng)左右車(chē)輪同向等幅跳動(dòng)時(shí)，阻尼力的傳遞比，由于角度(見(jiàn)圖4.8)同時(shí)造成車(chē)輪處力的減小和減振器行程的減小，因此減振器的阻尼系數(shù)應(yīng)為車(chē)輪處阻尼系數(shù)的倍。當(dāng)車(chē)身側(cè)傾時(shí)，相應(yīng)的傳遞比，式中B為輪距，b為減振器下固定點(diǎn)的安裝距。</p><p>　　單筒充氣式液力減振器</p><p>

68、　　單筒充氣式減振器的工作原理如圖（4.9）所示。其中浮動(dòng)活塞3將油液和氣體分開(kāi)并且將缸筒內(nèi)的容積分成工作腔4和補(bǔ)償腔2兩部分。當(dāng)車(chē)輪下落即懸架伸張時(shí)，活塞桿8帶動(dòng)活塞5下移，壓迫油液經(jīng)過(guò)伸張閥10從工作腔下腔流入上腔。此時(shí)，補(bǔ)償腔2中的氣體推動(dòng)活塞3下移以補(bǔ)償活塞桿抽出造成的容積減小;車(chē)輪上跳時(shí)，活塞5向上運(yùn)動(dòng)，油液通過(guò)壓縮閥6由上腔流入下腔，同時(shí)浮動(dòng)活塞向上移動(dòng)以補(bǔ)償活塞桿在油液中的體積變化。</p><p>

69、;　　與前述的雙筒式減振器相比，單筒充氣式減振器具有以下優(yōu)點(diǎn):①工作缸筒n直接暴露在空氣中，冷卻效果好;②在缸筒外徑相同的前提下，可采用大直徑活塞，活塞面積可增大將近一倍，從而降低工作油壓;③在充氣壓力作用下，油液不會(huì)乳化，保證了小振幅高頻振動(dòng)時(shí)的減振效果;④由于浮動(dòng)活塞將油、氣隔開(kāi)，因而減振器的布置與安裝方向可以不受限制。其缺點(diǎn)在于:①為保證氣體密封，要求制造精度高;②成本高;③軸向尺寸相對(duì)較大;④由于氣體壓力的作用，活塞桿上大約承受

70、190-250N的推出力，當(dāng)工作溫度為100℃時(shí)，這一值會(huì)高達(dá)450N，因此若與雙筒式減振器換裝，則最好同時(shí)換裝不同高度的彈簧。</p><p>　　雙筒充氣式減振器的優(yōu)點(diǎn)有:①在小振幅時(shí)閥的響應(yīng)也比較敏感;②改善了壞路上的阻尼特性;③提高了行駛平順性;④氣壓損失時(shí)，仍可發(fā)揮減振功能;⑤與單筒充氣式減振器相比，占用軸向尺寸小，由于沒(méi)有浮動(dòng)活塞，摩擦也較小。因而本次設(shè)計(jì)選擇雙筒式減振器。</p>&l

71、t;p>　　圖4.10 為雙筒充氣式減振器用于麥克弗遜懸架時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　1-六方;2-蓋板;3-導(dǎo)向座;4-貯油缸筒;5-補(bǔ)償腔;6-活塞桿;7-彈簧托架;8-限位塊;</p><p>　　9-壓縮閥;10-密封環(huán);11-閥片;12-活塞緊固螺母;13-活塞桿小端;14-底閥</p><p>　　4.2.1減震器參數(shù)的設(shè)計(jì)</p&g

72、t;<p><b>　　1減震器阻尼系數(shù)：</b></p><p>　　通常根據(jù)汽車(chē)平順性、操縱性和穩(wěn)定性的要求確定減震器阻力特性。減震器阻力值能滿足汽車(chē)操縱性、穩(wěn)定性要求。但不一定能滿足汽車(chē)平順性要求，反之亦然。因此減震器阻力特性的選擇應(yīng)按所涉及車(chē)型對(duì)汽車(chē)平順性、操縱性、穩(wěn)定性進(jìn)行綜合考慮。</p><p>　　減震器裝車(chē)后的基本參數(shù)，一般用相對(duì)阻尼系

73、數(shù)表示，相對(duì)阻尼系數(shù)𝝍的表達(dá)式為:</p><p>　　ψ= （4-11）</p><p>　　式中 ——減震器阻尼系數(shù)</p><p><b>　　C——懸架剛度</b></p><p&g

74、t;<b>　　m——簧載質(zhì)量</b></p><p>　　先對(duì)阻尼系數(shù)的選擇：通常在壓縮行程選擇較小的相對(duì)阻尼系數(shù) ，在伸張行程選擇較大的相對(duì)阻尼系數(shù) ，一般減震器有 =（0.25—0.5） 。設(shè)計(jì)中通常先選擇壓縮行程和伸張行程的平均值ψ 。轎車(chē)可取ψ=0.25—0.35 。</p><p><b>　　取ψ=0.3</b></p&g

75、t;<p><b>　　則 =0.5 </b></p><p><b>　　+ =ψ</b></p><p>　　得 =0.1 =0.2</p><p>　　減震器阻尼系數(shù)：δ=2ψ* （4-12）</p><

76、p>　　減震器伸張阻尼系數(shù)： 2 * =2*0.2* =0.79</p><p>　　式中 i——杠桿比，i= =1.3</p><p>　　α——減震器安裝角度</p><p><b>　　減震器安裝示意圖</b></p><p>　　2減震器最大卸荷力 及尺寸的確定:</p><

77、;p>　　= (4-13)</p><p>　　式中 —— 卸荷速度，一般為0.15—0.3m/s 取 =0.3m/s</p><p>　　則 = =0.79*0.3* =237N</p><p>　　筒式減震器工作直徑D可有

78、卸荷力 和缸內(nèi)允許壓力[p]來(lái)近似求得：</p><p>　　D= (4-14)</p><p>　　式中 [P]——缸內(nèi)最大允許壓力，取3—4MPa 在此取[P]=3 MPa</p><p>　　λ ——連桿直徑與缸筒直徑比，雙筒是減震器λ=0.4-0.5。在此

79、取λ=0.5</p><p><b>　　D= =12mm</b></p><p>　　求得工作直徑后，要和汽車(chē)筒式減震器的有關(guān)國(guó)際（JB1459-85）對(duì)應(yīng)，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)將缸徑圓整為D=20mm。如下圖：</p><p>　　——減振器國(guó)標(biāo)QCT 491-1999</p><p>　　工作缸筒有低碳無(wú)縫鋼管制成，壁厚取2m

80、m，</p><p><b>　　貯油桶直徑：</b></p><p>　　取 壁厚為1.5-2mm。</p><p><b>　　根據(jù)下表，</b></p><p><b>　　可選活塞桿直徑為：</b></p><p><b>　　d=

81、10mm</b></p><p><b>　　根據(jù)下表</b></p><p>　　選取減震器基長(zhǎng) =80mm 最大防塵罩外徑 =40mm</p><p><b>　　根據(jù)下表：</b></p><p>　　——減振器國(guó)標(biāo)QCT 491-1999</p><