懸架設(shè)計課件

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1、第五節(jié)第五節(jié) 獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計一、設(shè)計要求一、設(shè)計要求對前輪獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)的要求：對前輪獨立懸架導(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）懸架上載荷變化時，保證輪距變化不超過40mm，輪距，輪距變化大會引起輪胎早期磨損。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）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。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）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，應(yīng)使車身側(cè)傾角小。在0.4g側(cè)向加速度作側(cè)向加速度作用下，車身側(cè)傾角用下，車身側(cè)傾角67， 并使

2、車輪與車身的傾斜同向，以并使車輪與車身的傾斜同向，以增強不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)。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；加速時，有抗后仰作用。）制動時，應(yīng)使車身有抗前俯作用；加速時，有抗后仰作用。 對后輪獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)的要求：對后輪獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)的要求：1） 懸架上載荷變化時，輪距無顯著變化。懸架上載荷變化時，輪距無顯著變化。2）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，應(yīng)使車身側(cè)傾角小，并使車輪與車身）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，應(yīng)使車身側(cè)傾角小，并使車輪與車身的傾斜反向，以減小過多轉(zhuǎn)向效應(yīng)。的傾斜反向，以減小過多轉(zhuǎn)向效應(yīng)。 還應(yīng)有足夠強度，并可靠地傳遞除垂直力以外的各還應(yīng)有足夠強度，并可靠地傳遞除垂直力以外的各種力和力矩

3、。種力和力矩。 目前，汽車上廣泛采用的雙橫臂式獨立懸架和麥弗目前，汽車上廣泛采用的雙橫臂式獨立懸架和麥弗遜式獨立懸架。遜式獨立懸架。 以這兩種懸架為例，分別討論獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)參數(shù)以這兩種懸架為例，分別討論獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)參數(shù)的選擇方法，分析導(dǎo)向機構(gòu)參數(shù)對前輪定位參數(shù)和輪距的的選擇方法，分析導(dǎo)向機構(gòu)參數(shù)對前輪定位參數(shù)和輪距的影響。影響。2側(cè)傾軸線側(cè)傾軸線 在獨立懸架中，汽車前部與后部側(cè)傾中心的連線稱為在獨立懸架中，汽車前部與后部側(cè)傾中心的連線稱為側(cè)傾側(cè)傾軸線。軸線。l 側(cè)傾軸線應(yīng)大致與地面平行，為了使得在曲線行駛時前、側(cè)傾軸線應(yīng)大致與地面平行，為了使得在曲線行駛時前、后軸上的軸荷變化接近相等，

4、從而保證中性轉(zhuǎn)向特性；后軸上的軸荷變化接近相等，從而保證中性轉(zhuǎn)向特性；l 且盡可能離地面高些。為了使車身的側(cè)傾限制在允許范圍且盡可能離地面高些。為了使車身的側(cè)傾限制在允許范圍內(nèi)。內(nèi)。側(cè)傾中心高度為：側(cè)傾中心高度為：（縱臂式懸架除外）（縱臂式懸架除外）前懸架前懸架 hw =0120 mm后懸架后懸架 hw = 80150mm4.抗制動縱傾性（抗制動前俯角）抗制動縱傾性（抗制動前俯角） 抗制動縱傾性可使制動過程中汽車車頭的下沉量及車抗制動縱傾性可使制動過程中汽車車頭的下沉量及車尾的抬高量減小。尾的抬高量減小。5抗驅(qū)動縱傾性（抗驅(qū)動后仰角）抗驅(qū)動縱傾性（抗驅(qū)動后仰角） 抗驅(qū)動縱傾性可減小后輪驅(qū)動汽車

5、車尾的下沉量或前抗驅(qū)動縱傾性可減小后輪驅(qū)動汽車車尾的下沉量或前輪驅(qū)動汽車車頭的抬高量。與抗制動縱傾性不同的是，只輪驅(qū)動汽車車頭的抬高量。與抗制動縱傾性不同的是，只有當(dāng)汽車為單橋驅(qū)動時，該性能才起作用。對于獨立懸架有當(dāng)汽車為單橋驅(qū)動時，該性能才起作用。對于獨立懸架而言，當(dāng)縱傾中心位置高于驅(qū)動橋車輪中心時，這一性能而言，當(dāng)縱傾中心位置高于驅(qū)動橋車輪中心時，這一性能方可實現(xiàn)。方可實現(xiàn)。6懸架橫臂的定位角懸架橫臂的定位角 獨立懸架中的橫臂鉸鏈軸大多為空間傾斜布置。獨立懸架中的橫臂鉸鏈軸大多為空間傾斜布置。 橫臂空間定位角：橫臂空間定位角： 橫臂軸的水平斜置角橫臂軸的水平斜置角 ， 懸架抗前俯角懸架抗前

6、俯角， 懸架斜置初始角懸架斜置初始角。7上、下橫臂長度的確定上、下橫臂長度的確定 雙橫臂式懸架上、下橫臂的長度對車輪上、下跳動時雙橫臂式懸架上、下橫臂的長度對車輪上、下跳動時的定位參數(shù)影響很大。現(xiàn)代乘用車所用的雙橫臂式前懸架，的定位參數(shù)影響很大。現(xiàn)代乘用車所用的雙橫臂式前懸架，一般設(shè)計成上橫臂短、下橫臂長。這一方面是考慮到布置一般設(shè)計成上橫臂短、下橫臂長。這一方面是考慮到布置發(fā)動機方便，另一方面也是為了得到理想的懸架運動特性。發(fā)動機方便，另一方面也是為了得到理想的懸架運動特性。l 設(shè)計汽車懸架時，希望輪距變化要小，以減少輪胎磨損，設(shè)計汽車懸架時，希望輪距變化要小，以減少輪胎磨損，提高其使用壽命

7、，因此應(yīng)選擇提高其使用壽命，因此應(yīng)選擇l2 l1 在在06附近；附近；l 為保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性，希望前輪定位角度的為保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性，希望前輪定位角度的變化要小，這變化要小，這 時應(yīng)選擇時應(yīng)選擇l2 l1在在10附近。附近。l 綜上分析，懸架的綜上分析，懸架的l2 l1應(yīng)在應(yīng)在0610范圍內(nèi)。美國克范圍內(nèi)。美國克萊斯勒和通用汽車公司分別認為，上、下橫臂長度之比取萊斯勒和通用汽車公司分別認為，上、下橫臂長度之比取070和和066為最佳。根據(jù)我國乘用車設(shè)計的經(jīng)驗，在為最佳。根據(jù)我國乘用車設(shè)計的經(jīng)驗，在初選尺寸時，初選尺寸時， l2 l1取取065為宜。為宜。 四、麥弗遜式獨立

8、懸架導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計四、麥弗遜式獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計1導(dǎo)向機構(gòu)受力分析導(dǎo)向機構(gòu)受力分析作用在導(dǎo)向套上的橫向力作用在導(dǎo)向套上的橫向力 F3F1為前輪上的靜載荷為前輪上的靜載荷 F1減去前軸簧下質(zhì)量的減去前軸簧下質(zhì)量的1/2。l 橫向力橫向力F3越大，則作用在導(dǎo)向套上的摩擦力越大，則作用在導(dǎo)向套上的摩擦力F3f越大，這對汽車平順性有不良影越大，這對汽車平順性有不良影響。為了減小摩擦力，在導(dǎo)向套和活塞表面應(yīng)用了減磨材料和特殊工藝。響。為了減小摩擦力，在導(dǎo)向套和活塞表面應(yīng)用了減磨材料和特殊工藝。l 為了減小為了減小 F3要求尺寸要求尺寸cb越大越好，或者減小尺寸越大越好，或者減小尺寸a。增大。增大cb使懸

9、架占用空使懸架占用空間增加，在布置上有困難；間增加，在布置上有困難；l 若采用增加減振器軸線傾斜度的方法，可達到減小若采用增加減振器軸線傾斜度的方法，可達到減小a的目的，的目的， 但也存在布置困但也存在布置困難的問題。為此，在保持減振器軸線不變的條件下，常將難的問題。為此，在保持減振器軸線不變的條件下，常將G點外伸車輪內(nèi)部。點外伸車輪內(nèi)部。2橫臂軸線布置方式的選擇橫臂軸線布置方式的選擇 麥弗遜式獨立懸架的橫臂軸線與主銷后傾角的匹配，影響汽車的縱傾麥弗遜式獨立懸架的橫臂軸線與主銷后傾角的匹配，影響汽車的縱傾穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。 3橫臂長度的確定橫臂長度的確定l 橫臂越長，橫臂越長，By曲線越平緩，即

10、車輪跳動時輪距變曲線越平緩，即車輪跳動時輪距變化越小，有利于提高輪胎壽命?；叫?，有利于提高輪胎壽命。l 主銷內(nèi)傾角主銷內(nèi)傾角、車輪外傾角車輪外傾角和主銷后傾角和主銷后傾角曲曲線的變化規(guī)律也都與線的變化規(guī)律也都與By類似，說明擺臂越長，前類似，說明擺臂越長，前輪定位角度的變化越小，將有利于提高汽車的操輪定位角度的變化越小，將有利于提高汽車的操縱穩(wěn)定性?？v穩(wěn)定性。l 具體設(shè)計時，在滿足布置要求的前提下，應(yīng)盡量具體設(shè)計時，在滿足布置要求的前提下，應(yīng)盡量加長橫臂長度。加長橫臂長度。第六節(jié)第六節(jié) 減減 振振 器器 一、分類一、分類 懸架中用得最多的減振器是內(nèi)部充有液體的液力式減懸架中用得最多的減振器是

11、內(nèi)部充有液體的液力式減振器。汽車車身和車輪振動時，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻振器。汽車車身和車輪振動時，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動阻力，將振動尼孔時的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動阻力，將振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍的空氣中去，達到迅速衰能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍的空氣中去，達到迅速衰減振動的目的。減振動的目的。 如果能量的耗散僅僅是在壓縮行程或者是在伸張行程如果能量的耗散僅僅是在壓縮行程或者是在伸張行程進行，則把這種減振器稱為進行，則把這種減振器稱為單向作用式單向作用式減振器；反之稱為減振器；反之稱為雙向作用式雙向作用式減振器。減振器。 雙向作用式減振器得

12、到廣泛應(yīng)用。雙向作用式減振器得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，搖臂式搖臂式 筒式筒式l 搖臂式減振器能在比較大的工作壓力搖臂式減振器能在比較大的工作壓力1020MP的條件下工作，但由的條件下工作，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。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。l 筒式減振器工作壓力雖然僅為筒式減振器工作壓力雖然僅為 255 MPa， 但是因為工作性能穩(wěn)但是因為工作性能穩(wěn)定而在現(xiàn)代汽車上得到廣泛的應(yīng)用。定而在現(xiàn)代汽車上得到廣泛的應(yīng)用。筒式減振器筒式減振器 單筒式單筒式 雙筒式雙筒式 充氣筒式充氣筒式l 雙筒充氣液力減振器具有工作

13、性能穩(wěn)定、干摩擦阻力小、噪聲低、總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、總長度短等優(yōu)點，在乘用車上得到越來越多的應(yīng)用。長度短等優(yōu)點，在乘用車上得到越來越多的應(yīng)用。 減振器設(shè)計基本要求減振器設(shè)計基本要求 在使用期間保證汽車的行駛平順性的性能穩(wěn)定；有足夠的使用壽命。在使用期間保證汽車的行駛平順性的性能穩(wěn)定；有足夠的使用壽命。二、相對阻尼系數(shù)中二、相對阻尼系數(shù)中 在減振器卸荷閥打開前，其中的阻力在減振器卸荷閥打開前，其中的阻力F與減振器振動速度與減振器振動速度v之間的關(guān)系之間的關(guān)系為為 Fv為減振器阻尼系數(shù)。為減振器阻尼系數(shù)。特點：特點：l 阻力阻力速度特性由四段近似直線線段組成

14、，其中壓縮行程和伸張行程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的阻力速度特性各占兩段；速度特性各占兩段；l 各段特性線的斜率是減振器的阻尼系數(shù)各段特性線的斜率是減振器的阻尼系數(shù) F/v ，所以減振器有四個，所以減振器有四個阻尼系數(shù)。阻尼系數(shù)。l 在沒有特別指明時，減振器的阻尼系數(shù)是指卸荷閥開啟前的阻尼系數(shù)。在沒有特別指明時，減振器的阻尼系數(shù)是指卸荷閥開啟前的阻尼系數(shù)。l 通常壓縮行程的阻尼系數(shù)通常壓縮行程的阻尼系數(shù) yFy/vy與伸張行程的阻尼系數(shù)與伸張行程的阻尼系數(shù)sFs/vs不等。不等。 汽車懸架有阻尼以后，簧上質(zhì)量的振動是周期衰減振動，用相對汽車懸架有阻尼以后，簧上

15、質(zhì)量的振動是周期衰減振動，用相對阻尼系數(shù)中的大小來評定振動衰減的快慢程度。阻尼系數(shù)中的大小來評定振動衰減的快慢程度。 相對阻尼系數(shù)相對阻尼系數(shù)的物理意義：的物理意義： 減振器的阻尼作用在與不同剛度減振器的阻尼作用在與不同剛度C和不同簧上質(zhì)量和不同簧上質(zhì)量ms的懸架系統(tǒng)匹的懸架系統(tǒng)匹配時，會產(chǎn)生不同的阻尼效果。配時，會產(chǎn)生不同的阻尼效果。值大，振動能迅速衰減，同時又能將較大的路面沖擊力傳到車身；值大，振動能迅速衰減，同時又能將較大的路面沖擊力傳到車身；值小則反之。值小則反之。l 壓縮行程時的相對阻尼系數(shù)壓縮行程時的相對阻尼系數(shù) y，取得小些，取得小些，l 伸張行程時的相對阻尼系數(shù)伸張行程時的相對

16、阻尼系數(shù) s取得大些。取得大些。 y（025050） s設(shè)計時，先選取設(shè)計時，先選取 y與與 s的平均值的平均值。l 對于無內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，取對于無內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，取 =025035； 對于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，對于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架， 值取小些。值取小些。 對于行駛路面條件較差的汽車，對于行駛路面條件較差的汽車， 值應(yīng)取大些，值應(yīng)取大些， 一般取一般取 s 03；l 為避免懸架碰撞車架，為避免懸架碰撞車架， y 05 s 、最大卸荷力、最大卸荷力F0的確定的確定 為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動速度為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動速度達到一定值時，減振器

17、打開卸荷閥。此時的活塞速度稱為達到一定值時，減振器打開卸荷閥。此時的活塞速度稱為卸荷速度卸荷速度vx。 ?。喝。?vx =015030m/s； A為車身振幅，取為車身振幅，取 40mm；xs0F 五、筒式減振器工作缸直徑五、筒式減振器工作缸直徑D的確定的確定 根據(jù)根據(jù)伸張行程伸張行程的最大卸荷力的最大卸荷力F0計算工作缸直徑計算工作缸直徑D為為p工作缸最大允許壓力，取工作缸最大允許壓力，取p= 34MPa。連桿直徑與缸筒直徑之比，雙筒式減振器取連桿直徑與缸筒直徑之比，雙筒式減振器取 =040050， 單筒式減振器取單筒式減振器取 =030035。 減振器的工作缸直徑減振器的工作缸直徑D有有20

18、mm、30mm、40mm、（、（45mm）、）、50mm、65mm等幾種。應(yīng)按標準選用，詳見等幾種。應(yīng)按標準選用，詳見 QCT491一一1999汽車筒汽車筒式減振器式減振器 尺寸系列及技術(shù)條件尺寸系列及技術(shù)條件 貯油筒直徑貯油筒直徑Dc=（1.351.50）D，壁厚取為，壁厚取為2mm，材料可選，材料可選20鋼。鋼。一、思路 結(jié)合車輛的使用場所和要求選擇合適的懸架類型。 結(jié)合車架的尺寸、結(jié)構(gòu)和安裝要求，初步確定懸架各部件的基本尺寸 運用動力學(xué)仿真分析軟件對懸架的動力學(xué)和運動學(xué)進行分析，得到運動曲線，為懸架的進一步開發(fā)提供了可靠的依據(jù)和預(yù)測。 基于仿真結(jié)果對懸架主要部件進行靜強度分析，并結(jié)合正交

19、試驗法對機構(gòu)進行優(yōu)化。懸架的研究開發(fā)二、操作流程獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)獨立懸架三維實體裝配圖獨立懸架三維實體裝配圖獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)虛擬樣機獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)虛擬樣機獨立懸架虛擬樣機獨立懸架虛擬樣機仿真分析結(jié)果（動畫）仿真分析結(jié)果（動畫）雙擺臂聯(lián)動懸架雙擺臂聯(lián)動懸架工作原理 雙擺臂聯(lián)動懸架的工作原理是：當(dāng)路面不平時，若一端懸架中的車輪2向上運動，車輪2帶動套筒支架5向上運動，套筒支架5通過下擺臂銷軸3帶動L形下擺臂1繞下擺臂軸9轉(zhuǎn)動，L形下擺臂1的下端通過連桿銷軸11帶動連桿10水平移動，連桿10通過連桿銷軸11帶動另一端懸架中的L形下擺臂1轉(zhuǎn)動，使該端的車輪2向下運動，由于兩懸架桿件的對稱性，使兩端車輪上跳和下跳的距離相等，從而保證在不平路面上行駛時四個車輪同時著地，以保證車輛行駛穩(wěn)定性、較高的附著力和牽引性能。雙擺臂聯(lián)動懸架三維實體模型全輪轉(zhuǎn)向側(cè)面叉車實體模型 全輪轉(zhuǎn)向側(cè)面叉車虛擬樣機 靜強度分析 三維實體處理 生成有限元模型 后處理分析 結(jié)構(gòu)優(yōu)化有限元模型處理結(jié)果