畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）外 文 參 考 資 料 及 譯 文譯文題目： 針對行車控制應(yīng)用的麥弗遜式懸架系統(tǒng)的新非線性模型學(xué)生姓名專 業(yè)所在學(xué)院指導(dǎo)教師職 稱年 12 月 26 日New Nonlinear Model of Macpherson Suspension System for Ride Control ApplicationsAbstract:In this paper, a new nonlinear model of Macpherson suspension system for ride Control applications is proposed. The model includes the vertical acceleration of the sprung mass and the motions of the unsprung mass subjected to control arm rotation. In addition, it considers physical characteristics of the spindle such as mass and inertia moment. This two degree-of-freedom (DOF) model not only provides a more accurate representation of the Macpherson suspension system for ride control applications but also facilitates evaluation of the kinematic parameters such as camber, caster and king-pin angles as well as track alterations on the ride vibrations. The performances of the nonlinear and linear models are investigated and compared. I. INTRODUCTIONThe Macpherson suspension was created by Earl Macpherson in 1949 for the ford company. Due to its light weight and size compatibility this kind of suspension is widely used in different vehicles. Moreover this kind of vehicle is more popular to be found in the front of the car even though it was also used as a rear suspension. Performance requirements for a suspension system are to adequately support the vehicle weight, to provide effective ride quality which means isolation of the chassis against excitations due to road roughness, to maintain the wheels in the appropriate position so as to have a better handling and to keep tire contact with the ground. However it is well known that these requirements are conflicting, for instance to achieve better isolation of the vehicle chassis from road Irregularities, a larger suspension deflection is required with soft damping, while a large damping yields better stability at the expense of comfort. Thus, the idea of incorporating of active or semi-active suspensions can be considered so as to reach these specifications more than those passive one. Based on a simplified two DOF quarter car model, many semi-active and active control algorithms have been developed to handle these conflicting performance requirements. The simplified two DOF quarter car model , so-called conventional model in this paper, represents two lumped masses of a quarter car system. though the conventional model of the suspension has been widely used in suspension control designs, it is not convenient for the evaluation of the suspension kinematic parameters which significantly affect handling performance of the vehicle. Hence, most of the current control algorithms focus on the enhancement of ride quality without considering structural effects. Note that, without considering the effect of the suspension kinematics , the simple model may not be considered effective. Thus the study about the impacts of the suspension kinematics on the dynamical behavior of the system is necessary. Therefore, the need for an accurate model for the Macpherson suspension system becomes increasingly important for ride control design applications.Based on three nonlinear models of the Macpherson suspension, analyzed the dynamical behavior of this system. A spatial model of the Macpherson suspension to study its kinematic and dynamic performances was formulated by Fallah and Suh. Using a three- dimensional model of a Macpherson suspension, Chen and Beale estimated the dynamic parameters of the mechanism. Although these models are useful in analyzing the structure, they are not suitable for ride control design. Moreover, a three-dimensional model of the Macpherson suspension was employed by Ro and Kim for parameter identification and also for ride control, however, this model, as the previous models, was not applicable for observation of the kinematic parameters. Sohn, et al proposed a new model of the Macpherson suspension for ride control purposes. Nevertheless, in that model the structure and properties of the spindle have not been taken into consideration.In this paper, a comprehensive model of the Macpherson strut wheel suspension system with spindle properties is proposed for ride control applications. The model considers the kinematic properties, the vertical acceleration of the sprung mass and the motions of the unsprung mass subjected to control arm rotation. In addition, it includes physical characteristics of the spindle such as mass and inertia moment. With this model, it is convenient to observe the suspension kinematic parameters subjected to control actuation force, designed to improve the ride quality.II. NEW MODEL OF MACPHERSON SUSPENSION FOR ACTIVE CONTROL APPLICATIONSTo model a Macpherson suspension system for control application, one should take into account both the kinematics and dynamics of the system subjected to the actuation force and road disturbances.Consider a Macpherson suspension system excited by road disturbance. It comprises a quarter-car body, a spindle and a tire, a helical spring, control arm, load disturbance and an actuation force. The structure has two degrees of freedom including vertical displacement of the sprung mass and rotational motion of the control arm when the mass of the strut is ignored. In this research, we focus on building a two DOF model of a Macpherson suspension system.The detailed assumptions in this modeling are made as follows: The sprung mass has only vertical displacement while movements in other directions are ignored. The unsprung mass is connected to the car body through the damper and spring as well as the control arm. Vertical displacement of the sprung mass, rotational displacement of the control arm, are measured from the static equilibrium position and are considered as generalized coordinates. It is assumed that, in the equilibrium condition, the camber angle is zero. Compared to the other links, the mass and stiffness of the strut are neglected. The spring and tire deflections and the damping force are assumed to be in the linear regions of their operation ranges.III. SIMULATION AND VERIFICATION OF MODELA. Comparison of the conventional, linear and nonlinear modelsThe output variables of the conventional model are the vertical displacements of the sprung mass and the unsprung mass whereas in the new model the output vector consists of the displacement of the sprung mass and the angular displacement of the control arm. Thus, the displacement of the sprung mass, is considered as the output variable in order to compare the two models . As suspension on the ride comfort, specially, in the high frequency ranges. Compares the acceleration transmissibility of three models for frequencies between 0- 20 Hz. The linear model represents a good performance of the nonlinear model for the frequencies between 0-5 Hz. However, the conventional model shows the performance of the Macpherson suspension systems with some discrepancies.B. Evaluation of the kinematic parametersSome of the main kinematical parameters which are important in chassis design and affect handling and stability of the vehicle are 1) camber angle; 2) kingpin angle 3) caster angle 4) track. Camber angle alterations are due to rubbing of tires and produce lateral forces acting on the wheel and cause the vehicle to steer to one side. Alterations of kingpin and caster angles affect the self aligning torques and consequently affect the stability and handling of the vehicle when wheels bounce or rebound. When the wheels travel on a bump and rebound, the track changes cause the rolling tire to slip and, also produce lateral forces. In the following simulations, we set the step input for road disturbance equal to 100 mm and time step equal to 0.0001 (s). The camber angle, is the angle between the wheel center plane and a vertical line to the road. In definition, the steering axis is the line passing through the point D and A in the three-dimensional case and the kingpin angle is the angle between the projection of the steering axis on y-z plane and the vertical line to the road. The angle between the projection of the steering axis on the x-z plane and the vertical line to the road is defined as caster angle. The performance of this parameter is illustrated. Track is the lateral distance between the centers of the front wheels. It is obvious that, unlike the previous parameters, the linearization has a large impact on the track. As a result, linear model is not sufficiently accurate for studying the track behavior.IV. CONLUSIONA new nonlinear model of Macpherson suspension is proposed and equations of motion are derived. The new model is more general than conventional model where the structural kinematics and spindle properties are taken into account. In addition, the new model allows investigation of the suspension kinematic parameters affecting on handling and stability of the vehicle while it is impossible or difficult using the other models proposed for the Macpherson suspension in the case of ride control implementation. The nonlinear and linear responses of the model are investigated and shown that the linear model is a good approximation of the nonlinear model for ride quality assessment. However, for evaluation of the kinematic parameter performances nonlinear kinematic relations are used which provide a more accurate study of handling performance and stability condition of the vehicle.針對行車控制應(yīng)用的麥弗遜式懸架系統(tǒng)的新非線性模型摘要:在本文中，提出了一種對于駕駛控制應(yīng)用的麥弗遜式懸架系統(tǒng)新的非線性模型。這種模型包括了懸掛質(zhì)量的垂直加速度，并且進(jìn)行控制臂轉(zhuǎn)動的非懸掛質(zhì)量的運(yùn)動。除此之外，它還考慮了主軸的物理特性，例如質(zhì)量和慣性力矩。這種雙自由度的模型不僅為駕駛控制應(yīng)用提供了麥弗遜式懸架系統(tǒng)更準(zhǔn)確的表示，同時也方便評估運(yùn)動學(xué)參數(shù)如外傾角，腳輪和主銷角度以及振動軌道的改變。對非線性和線性模型的性能進(jìn)行了研究和比較。一 引言麥弗遜式懸架是 1949 年麥弗遜式伯爵在福特公司創(chuàng)造的。由于它的輕重量和尺寸兼容性，這種懸架被廣泛用于不同的車輛。此外，這種懸架更加流行的是裝在汽車的前部，盡管它也被用作一個后懸架。懸架系統(tǒng)的性能是要求充分支撐車輛的重量，以提供有效的乘坐品質(zhì)，這意味著針對由于路面不平導(dǎo)致機(jī)架與底盤隔離，維持輪子在適當(dāng)?shù)奈恢蒙希员憔哂幸粋€更好的操控，并保持與地面的輪胎接觸。然而，眾所周知的是，這些要求是相互矛盾的。例如，在不平順的道路中，汽車底盤能獲得更好的隔離，一個更大的懸架偏轉(zhuǎn)需要具有柔和減震，而較大的減震實(shí)在犧牲舒適性的前提下產(chǎn)生更好的穩(wěn)定性。因此，可以考慮納入主動或半主動懸架的想法達(dá)成這些規(guī)格?；诤喕碾p自由度汽車模型，許多半主動和主動控制算法已經(jīng)被開發(fā)來處理這些相互矛盾的性能要求。簡化雙自由度汽車模型，在這篇文章中就是所謂的常規(guī)模型，表示兩個集中質(zhì)量的汽車系統(tǒng)。雖然懸架的傳統(tǒng)模型中懸架控制設(shè)計(jì)已被廣泛使用，這不便于懸架運(yùn)動學(xué)參數(shù)有對明顯影響車輛處理性能的評價。因此，大多數(shù)的電流控制算法注重乘車質(zhì)量的提高，而不考慮結(jié)構(gòu)性影響。需要注意的是，在不考慮懸架運(yùn)動學(xué)的影響，簡單的模型可能被認(rèn)為是無效的。因此對懸架運(yùn)動學(xué)上系統(tǒng)的動力學(xué)行為的影響研究是必要的。因此，需要對行駛平順性控制設(shè)計(jì)應(yīng)用了麥弗遜懸架系統(tǒng)的精確模型變得越來越重要?；趯湼ミd懸架的三種非線性模型，分析了該系統(tǒng)的動力學(xué)行為。研究麥弗遜式懸架運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)性能的空間模型是法拉赫和徐制定的。利用麥弗遜式懸架的三維模型，陳和比爾估算該機(jī)構(gòu)的動態(tài)參數(shù)。雖然這些模型對分析構(gòu)造是有用的，但是它們不適合于駕駛控制設(shè)計(jì)。此外，麥弗遜式前懸架的三維模型被榮和金用來識別參數(shù)，也用來識別行駛平順性。然而，因?yàn)橐郧暗男吞?，這種模式并不適用于運(yùn)動學(xué)參數(shù)研究的觀察。孫某等人提出了一種麥弗遜式懸架行車控制目的的新模式。然而，在該模型中的構(gòu)造和主軸的性質(zhì)沒有考慮進(jìn)去。在本文中，麥弗遜式懸架支柱車輪懸架系統(tǒng)與主軸性能的綜合模型運(yùn)用在行車控制運(yùn)用中。該模型考慮了運(yùn)動學(xué)特性，懸掛質(zhì)量的垂直加速度，并進(jìn)行控制臂轉(zhuǎn)動的非懸掛質(zhì)量的運(yùn)動。除此之外，它還包括了主軸物理特性，例如質(zhì)量和慣性力矩。使用此模型，它可以很方便地觀察懸架運(yùn)動學(xué)參數(shù)受到的驅(qū)動力，旨在提高行車的的品質(zhì)。二 新麥弗遜式懸架主動控制應(yīng)用程序模型為了模擬控制應(yīng)用中的麥弗遜式懸架系統(tǒng)，其中應(yīng)考慮到遭受的驅(qū)動力和道路干擾的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)系統(tǒng)?？紤]路面干擾勵磁的麥弗遜式懸架系統(tǒng)，它包括了四分之一個車身，一個主軸和一個輪胎，一個螺旋彈簧，控制臂，負(fù)荷干擾和致動力。該結(jié)構(gòu)具有包括彈簧支撐體的垂直位移和控制臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時在支柱的質(zhì)量兩個自由度。在這項(xiàng)研究中，我們著力構(gòu)建麥弗遜式懸架系統(tǒng)的雙自由度模型。這個建模的詳細(xì)假設(shè)如下：彈簧加載的質(zhì)量僅具有垂直位移，而忽略了它在其他方向上的運(yùn)動。非懸掛質(zhì)量是通過阻尼器和彈簧以及控制臂連接到車身的。彈簧支撐體的垂直位移以及該控制臂的旋轉(zhuǎn)位移，都是從靜態(tài)平衡位置附近所測得的并且被認(rèn)為是廣義坐標(biāo)。假設(shè)在平衡狀態(tài)下外傾角為零。相比于其他鏈接，支柱的質(zhì)量和剛度都被忽略了。彈簧和輪胎偏轉(zhuǎn)以及阻尼力都被假定為在其操作范圍內(nèi)的在線性區(qū)域內(nèi)。三 仿真和模型驗(yàn)證A．常規(guī)的線性和非線性模型的比較輸出變量的常規(guī)模型，彈簧的豎向位移質(zhì)量和非簧載的質(zhì)量而在新的模型輸出向量包括位移的彈簧質(zhì)量和角位移的控制臂。因此，位移的簧載質(zhì)量，被考慮作為輸出變量來比較這兩個模型。而作為懸架的乘坐舒適性，特別是在高頻率范圍內(nèi)。比較加速度傳遞率的三種模式為 0-20 赫茲之間的頻率。線性模型表示的 0-5 之間頻率的非線性模型的良好性能。然而，傳統(tǒng)的模型顯示的麥弗遜式懸架系統(tǒng)存在著某些差距。B．運(yùn)動參數(shù)的評估一些主要的運(yùn)動參數(shù)，底盤的設(shè)計(jì)和處理車輛穩(wěn)定性的影響是很重要的，例如 1) 外傾角 2) 主銷內(nèi)傾角 3) 主銷后傾角 4) 軌道。外傾角的改變是由于輪胎的摩擦而產(chǎn)生作用在車輪上的側(cè)向力，并導(dǎo)致車輛轉(zhuǎn)向一側(cè)。主銷和主銷后傾角的改變影響它們的自回正力矩，當(dāng)車輪反彈或被反彈時，會影響到整車的穩(wěn)定性和操控性。當(dāng)車輪行駛在顛簸路段并且被反彈時，軌道的變化會導(dǎo)致滾動輪胎打滑，并且會產(chǎn)生側(cè)向力。在以下的模擬，我們設(shè)置了道路干擾為100 毫米，時間步長等于 0.0001（S）的步驟的輸入。外傾角，是車輪中心平面和垂直線上的角度。在定義中，轉(zhuǎn)向軸是通過點(diǎn) D 和 A 傳遞三維情況下的線與主銷角度是轉(zhuǎn)向軸的上 y-z 平面的投影和垂直線的道路之間的角度。在 x-z 平面和豎直線的道路的轉(zhuǎn)向軸的投影之間的角被定義為傾角。說明了此參數(shù)的性能。磁道是在前輪的中心之間的橫向距離。顯而易見的是，不象以前的參數(shù)，線性化已經(jīng)在軌道上有了很大的影響。 其結(jié)果是，利用線性模型來研究軌道特性是不夠精確的。四.結(jié)論一個新的、 非線性的麥弗遜式懸架模型和運(yùn)動方程的推導(dǎo)。新模型比傳統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)和主軸性能考慮到的更一般。除此之外，新的模型允許在操控以及車輛穩(wěn)定性的影響，而這是不可能或難以利用提出了的麥弗遜式懸架的行車控制實(shí)施的情況下，其他型號的懸架運(yùn)動學(xué)參數(shù)研究的調(diào)查。在該模型的非線性和線性調(diào)查中顯示，該線性模型非常近似于為評估行車質(zhì)量的非線性模型。然而，對于運(yùn)動參數(shù)性能的評估，非線性運(yùn)動學(xué)方程均采用了為其提供操控車輛的性能及穩(wěn)定性的更準(zhǔn)確的研究。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）大 綱設(shè)計(jì)(論文)題目： 轎車麥弗遜式懸架設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：專 業(yè)：所在學(xué)院：指導(dǎo)教師：職 稱：年 03 月 01 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）大綱第一章 緒論本章主要內(nèi)容：選題的目的與意義，本課題研究內(nèi)容及設(shè)計(jì)參數(shù)。第二章 懸架系統(tǒng)的總述本章主要內(nèi)容：懸架的公用，特點(diǎn)以及分類第三章 麥弗遜式懸架簡介以及設(shè)計(jì)要求本章主要內(nèi)容：麥弗遜式懸架的發(fā)展以及設(shè)計(jì)要求第四章 麥弗遜式懸架設(shè)計(jì)和計(jì)算本章主要內(nèi)容：結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的確定，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析，減震彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算第五章 三維建模及二維工程圖本章主要內(nèi)容：建模軟件簡介，繪制零件圖及裝配圖第六章 懸架技術(shù)新發(fā)展第七章 結(jié)論I目 錄摘要 Ⅲ Abstract Ⅳ 第一章 緒論 1 1.1課題 的背景 及 研究意義 .1 1.2國內(nèi) 外應(yīng)用 現(xiàn) 狀 .1 1.3懸架 技術(shù)新 發(fā) 展 .1 1.4本文 研究的 問 題 .2 第二章 懸架 系統(tǒng)總 述 3 2.1懸架 的功用 .3 2.2懸架 的分類 及 特點(diǎn) .3 2.2.1非 獨(dú)立懸 架 分類 4 2.2.2獨(dú) 立懸架 分 類 4 第三章 麥弗 遜式懸 架的設(shè)計(jì) 要求和 計(jì) 算 6 3.1麥弗 遜式懸 架 的設(shè)計(jì)要 求 .6 3.2麥弗 遜式懸 架 主要參數(shù) 的確定 .6 3.2.1懸 架的空 間 幾何參數(shù) 6 3.2.2懸 架頻率 的 選擇 6 3.2.3懸 架的工 作 行程 7 3.2.4懸 架的剛 度 計(jì)算 7 3.3導(dǎo)向 機(jī)構(gòu)的 設(shè) 計(jì)分析 .7 3.3.1導(dǎo) 向機(jī)構(gòu) 的 設(shè)計(jì)要求 ： 7 3.3.2導(dǎo) 向機(jī)構(gòu) 的 布置參數(shù) 8 3.3.3導(dǎo) 向機(jī)構(gòu) 的 受力分析 9 3.3.4 橫 臂軸線 布置 方式的選 擇 .10 3.3.5橫 擺臂參 數(shù) 對車輪定 位參數(shù) 的 影響 .10 3.4螺旋 彈簧的 設(shè) 計(jì)計(jì)算 11 3.4.1螺 旋彈簧 材 料的選擇 .11 3.4.2螺 旋彈簧 的 剛度計(jì)算 .11 II3.4.3螺 旋彈簧 幾 何參數(shù)計(jì) 算 .11 3.4.4螺 旋彈簧 校 核 .13 3.5減振 器的設(shè) 計(jì) 與選定 13 3.5.1 減 振器結(jié) 構(gòu)類 型的選擇 .13 3.5.2 相 對阻尼 系數(shù) ψ .15 3.5.3減 振器阻 尼 系數(shù)δ的 確定 .15 3.5.4 減 振器最 大卸 荷力 F0 的確定 .16 3.5.5 減 震器工 作缸 直徑 D 的 確定 .16 第四章 結(jié)論 .18 參考文獻(xiàn) 19 謝辭 20 摘要III轎車麥弗遜式懸架設(shè)計(jì)摘 要懸架是汽車上非常重要的部件，它將車架（或車身）與車橋（或車輪）連接起來。他主要是為了傳遞作用在車輪和車架之間的力和扭矩，減少來自不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力而產(chǎn)生的震動，以便于保證車輛行駛的平穩(wěn)性。本 文 主 要 介 紹 了 麥 弗 遜 式 懸 架 系 統(tǒng) ， 根 據(jù) 某 型 轎 車 的 主 要 性 能 參 數(shù) ， 確 定 該 車 型 麥 弗遜 式 獨(dú) 立 懸 架 的 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 參 數(shù) ， 在 麥 弗 遜 式 懸 架 的 設(shè) 計(jì) 過 程 中 ， 分 別 對 導(dǎo) 向 機(jī) 構(gòu) 進(jìn) 行 受 力分 析 ， 設(shè) 計(jì) 并 且 計(jì) 算 了 螺 旋 彈 簧 ， 對 減 振 器 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) 與 選 型 ， 并 且 最 后 利 用 AutoCAD 軟 件畫 出 所 設(shè) 計(jì) 懸 架 的 零 件 圖 以 及 裝 配 圖 。關(guān)鍵詞：麥弗遜式懸架；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；螺旋彈簧；減振器 IVAbstractThe design of Car’s McPherson suspensionAbstractSuspension is a very important part in the cars,it links the chassis (or body) and axle (or tires).It is mainly to transfer the forces and torques which between the wheels and the body.Reduce the vibration,which generated by the impact force that rough road passed to.So that it can ensure the stability of the vehicle.This article is mainly introdeced the susoension system.According to the main performance parameters of one car,determince the structure size parameters of the car’s McPherson independent suspension. At the process of designing McPherson suspension，we stress analysis for the guide means,design the springs,choose the shock absorber.Finally,draw the parts diagram and assembly drawings of the design suspension with AutoCAD.Keywords: McPherson Suspension; Guide means；Coil spring；Shock Absorber第一章 緒論1第一章 緒論1.1 課題的背景及研究意義我國的經(jīng)濟(jì)水平正發(fā)展的越來越快，所以我們生活的水平也得到了顯著的提高，汽車已變成我們生活當(dāng)中不可或缺的東西。因此，汽車的舒適性、安全性、駕駛性等問題越來越受到人們的關(guān)注，汽車工業(yè)的需求也在不斷的不斷發(fā)展。 汽車懸架系統(tǒng)的好壞直接決定了汽車的舒適性、安全性、操縱性等因素。汽車的懸架系統(tǒng)由彈簧和減振器構(gòu)成。懸架系統(tǒng)的功能是來支持車身以便于提高駕駛員及乘客舒適感，懸架設(shè)置的不同也會使駕駛員的駕駛體驗(yàn)不一樣。懸架系統(tǒng)雖然表面上看起來比較簡單，但是它卻可以承受各種給汽車的作用力，它決定了汽車的穩(wěn)定性，舒適性和安全性， 是現(xiàn)代汽車的關(guān)鍵組成部分之一。 作為保證汽車安全的主要結(jié)構(gòu)，一直以來，汽車的行駛操控性和舒適性與其有著密切的聯(lián)系，汽車的制造成本也受制于懸架結(jié)構(gòu)的簡單與復(fù)雜。一輛汽車想要保證舒適性和操控性都比較好的話，主要看的就是懸架設(shè)計(jì)的是否更加合理，這對汽車的制造廠家就是一個很大的技術(shù)考驗(yàn)。 麥 弗 遜 獨(dú) 立 懸 架 是 一 種 構(gòu) 造 簡 單 、 造 價 便 宜 、 價 格 低 廉 、 并 且 擁 有 廣 闊 市 場 應(yīng) 用 前 景 的懸 掛 系 統(tǒng) 之 一 。 由 于 其 體 積 小 ， 適 合 小 型 車 和 中 型 車 的 使 用 ， 所 以 在 豐 田 花 冠 、 豐 田 86、 本 田飛 度 、 標(biāo) 致 307、別克君越的懸架，大眾邁騰等都采用麥弗遜懸架。值得一提的是超級 跑車 保 時 捷 911 也 采 用 了 麥 弗 遜 式 懸 架 。 足 以 證 明 這 種 懸 掛 有 著 廣 泛 的 適 應(yīng) 性 。 1.2 國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀舒適是最重要的汽車的性能之一。汽車本身擁有的震動特性會影響汽車的舒適性，而懸架的固有震動特性又會影響到汽車的性能。因此，汽車舒適性主要由懸架影響。懸架作為保證汽車安全的主要部件的同時還起到了連接和傳力的作用。 高 速 ， 高 性 能 ， 舒 適 性 ， 安 全 性 和 可 靠 性 是 當(dāng) 今 世 界 汽 車 行 業(yè) 發(fā) 展 的 方 向 ， 空 氣 懸 架彈 簧 是 當(dāng) 今 汽 車 發(fā) 展 的 一 大 趨 勢 ， 尤 其 是 在 大 型 客 車 和 卡 車 。 事 實(shí) 上 ， 早 在 20 世 紀(jì) 50 年代 ， 它 就 已 經(jīng) 運(yùn) 用 到 各 類 車 型 上 了 。 到 了 60 年 代 ， 德 國 ， 美 國 等 發(fā) 達(dá) 國 家 大 部 分 公 交 車配備了主動空氣懸架。 道 路 條 件 的 變 化 ， 給 車 輛 的 懸 架 構(gòu) 造 了 使 用 的 基 本 條 件 ， 并 且 對 他 有 很 大 的 促 進(jìn) 作 用 。 高速 公 路 正 在 快 速 的 發(fā) 展 中 ， 無 形 中 給 道 路 增 加 了 很 多 車 輛 以 及 對 高 性 能 客 車 的 要 求 ， 對 所有汽車的操縱穩(wěn)定性，乘坐舒適性和安全性提出了比較高的要求。 1.3 懸架技術(shù)新發(fā)展由于現(xiàn)代人們對舒適性和操縱穩(wěn)定性的需求,汽車工程領(lǐng)域更加注重對這一方面的重視與研究,目前已經(jīng)是懸掛技術(shù)發(fā)展的趨勢。 追述主動懸架控制技術(shù),在很早的時候,是用“天棚”阻尼來控制的,它具有優(yōu)越的控制性能，但是由于它是基于懸架速度的負(fù)反饋主動控制，無法實(shí)現(xiàn)在移動的汽車上。這種第一章 緒論2方法由于計(jì)算的方法十分容易,已經(jīng)在應(yīng)用當(dāng)中。然而隨著科技技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在社會已提出最優(yōu)控制方案,與之前的“天棚”阻尼控制相比較而言,它提出更多變量緯度,能夠處理更多特殊情況,控制效果也會更加穩(wěn)定。 在自適應(yīng)的控制方法中,它融合了適應(yīng)懸架載荷和元件特性的變化、參數(shù)識別、自動調(diào)整控制的參數(shù)這三大特性,能夠保持性能指標(biāo)的最佳狀態(tài)。大概20年前左右,人們廣泛使用模糊控制方法在懸架控制中。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),顧名思義是由非常多的處理單元行程的系統(tǒng)，他就是非線性動力系統(tǒng),它有學(xué)習(xí)適應(yīng)性、數(shù)據(jù)融合和并行分布處理的特點(diǎn)，因此它在汽車懸掛的振動控制中的前景十分可觀。 怎樣才能具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益呢？最有效的方法便是采用新型的電控研究手段，開發(fā)出一類控制效果好、低能耗、造價合理的汽車懸架系統(tǒng),并且因?yàn)槠涮赜械姆蔷€性特點(diǎn)，研究一套適宜的懸架系統(tǒng)電控技術(shù)是汽車懸架系統(tǒng)振動性能需要改進(jìn)的方向。1.4 本文研究的問題本文主要研究某車麥弗遜式懸架的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，設(shè)計(jì)其主要零部件并進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算 ， 對 導(dǎo) 向 機(jī) 構(gòu) 進(jìn) 行 受 力 分 析 ， 并 且 運(yùn) 用 CATIA 和 AutoCAD 軟 件 對 懸 架 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 實(shí) 體 建 模和零件圖的繪制。 3第二章 懸架系統(tǒng)總述第二章 懸架系統(tǒng)總述2.1 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) 被用來傳遞車架與車橋之間產(chǎn)生的力和力矩。 (2）行駛在不平路面時，減少震動和沖擊，以便于使車輛能夠具有很好的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。 (3）能夠很好的減少車身與車橋之間產(chǎn)生的振動。 對 于 汽 車 來 說 ， 懸 掛 系 統(tǒng) 的 這 些 功 用 起 到 的 作 用 是 密 切 相 關(guān) 的 。 如 果 想 要 很 快 的 減 少振 動 和 沖 擊 ， 更 舒 服 的 乘 坐 ， 那 么 就 需 要 降 低 懸 架 的 剛 度 。 但 是 降 低 了 剛 度 ， 就 意 味 著 汽 車的 操 縱 穩(wěn) 定 性 也 跟 著 降 低 了 。 所 以 需 要 尋 找 一 個 平 衡 點(diǎn) ， 既 可 以 保 證 良 好 的 操 縱 穩(wěn) 定 性 ， 又可以保證汽車行駛的平穩(wěn)性不受影響。 2.2 懸架的分類及特點(diǎn)汽車懸架可以分為兩大類：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架 圖 2.1 為 非 獨(dú) 立 懸 架 ， 它 由 一 根 整 體 式 的 車 橋 連 接 了 兩 側(cè) 的 車 輪 ， 懸 架 將 車 輪 和 車 橋 連接 在 車 架 上 。 當(dāng) 汽 車 行 駛 在 不 平 路 面 的 時 候 ， 每 當(dāng) 一 側(cè) 車 輪 發(fā) 生 跳 動 ， 由 于 兩 側(cè) 車 輪 是 連在 一 起 的 ， 那 么 另 一 側(cè) 的 車 輪 也 會 隨 之 擺 動 ， 所 以 我 們 稱 它 非 獨(dú) 立 懸 架 。 圖 2.1 非獨(dú)立懸架圖 2.2 為 獨(dú) 立 懸 架 ， 它 的 車 橋 分 成 兩 段 ， 所 以 懸 架 能 夠 將 每 一 側(cè) 的 車 輪 與 車 架 （或 車身） 分 別 連 接 ， 這 樣 的 話 兩 側(cè) 的 車 輪 就 可 以 各 自 獨(dú) 立 ， 從 而 不 會 互 相 影 響 ， 所 以 我 們 把 這種懸架稱作獨(dú)立懸架。 圖 2.2 獨(dú)立懸架4第二章 懸架系統(tǒng)總述2.2.1 非 獨(dú) 立 懸 架 分 類1、鋼板彈簧非獨(dú)立懸架 在 鋼 板 彈 簧 非 獨(dú) 立 懸 架 中 ， 它 的 彈 性 元 件 是 鋼 板 彈 簧 ， 并 且 它 也 被 用 來 當(dāng) 作 導(dǎo) 向 裝 置 。 某些 比 較 重 的 商 用 車 會 把 這 種 懸 架 用 作 前 后 懸 架 ， 并 且 一 些 乘 用 車 的 后 懸 架 也 經(jīng) 常 會 使 用 這種 非 獨(dú) 立 懸 架 。 2、螺旋彈簧非獨(dú)立懸架 圖 2.3 鋼板彈簧非獨(dú)立懸架在螺旋彈簧非獨(dú)立懸架中，它的彈性元件是螺旋彈簧，由于螺旋彈簧只可以承受垂直的載荷，那么這種懸架在使用過程中需要增加導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和減振器。 3、空氣彈簧非獨(dú)立懸架 1. 壓氣機(jī)；2.7. 空 氣 濾 清 器 ； 3. 車身高度控制閥；4. 控 制 桿 ； 5. 空 氣 彈 簧 ； 6. 儲氣罐；8. 貯氣筒；9. 壓 力調(diào) 節(jié) 器 ； 10. 油 水 分 離 器圖 2.4 空氣彈簧非獨(dú)立懸架空氣彈簧非獨(dú)立懸架的彈性元件使用了空氣彈簧，它能使汽車在行駛過程中擁有良好的平順性，但是它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，通常在商用客車、火車和一些乘用車上使用。 2.2.2 獨(dú) 立 懸 架 分 類如 今 大 部 分 汽 車 的 前 懸 架 都 使 用 了 獨(dú) 立 懸 架 ， 其 中 ， 用 的 比 較 多 的 獨(dú) 立 懸 架 要 數(shù) 雙 橫臂獨(dú)立懸架和麥弗遜式獨(dú)立懸架了 1、雙橫臂獨(dú)立懸架 雙 橫 臂 獨(dú) 立 懸 架 是 指 擁 有 兩 根 橫 臂 的 懸 架 系 統(tǒng) ， 他 的 減 振 器 沒 有 橫 向 載 荷 ， 上 端 高 度比 較 低 ， 這 樣 可 以 使 車 頭 降 低 ， 具 有 良 好 的 操 縱 穩(wěn) 定 性 和 舒 適 性 。 但 是 ， 雙 橫 臂 獨(dú) 立 懸 架 的結(jié) 構(gòu) 較 為 復(fù) 雜 ， 而 且 成 本 高 ， 占 用 空 間 會 比 較 大 。 因 此 ， 該 懸 架 一 般 不 用 在 乘 用 車 上 。 5第二章 懸架系統(tǒng)總述。2、麥弗遜式獨(dú)立懸架 圖 2.5 雙橫臂獨(dú)立前懸架如 今 很 多 轎 車 使 用 麥 弗 遜 式 獨(dú) 立 懸 架 。 麥 弗 遜 式 獨(dú) 立 懸 架 主 要 包 括 減 振 器 和 螺 旋 彈 簧 。它 將 螺 旋 彈 簧 與 引 導(dǎo) 車 輪 跳 動 的 減 振 器 裝 在 一 起 。 該 懸 架 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 響 應(yīng) 速 度 比 較 快 ， 空間占用少，一般用在中低端轎車的前懸架。但是，它剛度嬌小，所以導(dǎo)致穩(wěn)定性不好， 轉(zhuǎn)彎的時候側(cè)傾較為明顯，所以需要用很想穩(wěn)定器來給它增加剛度。 圖 2.6 麥弗遜式懸架6第三章 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算第三章 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算3.1 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求保證汽車有良好的行駛平順性以及操縱穩(wěn)定性是對一個麥弗遜式懸架最基本的設(shè)計(jì)要求 ， 同 事 還 要 具 備 合 適 的 衰 減 振 動 功 能 、 良 好 的 隔 音 性 、 緊 湊 的 結(jié) 構(gòu) 、 盡 量 小 的 占 用 空 間 以及 制 動 或 加 速 時 ， 需 要 使 汽 車 的 車 身 平 穩(wěn) ， 降 低 車 身 的 縱 向 傾 斜 ， 當(dāng) 車 輛 進(jìn) 入 彎 道 時 ， 需要 保 證 車 身 的 側(cè) 傾 在 合 理 的 范 圍 內(nèi) 。 比 較 重 要 的 是 ， 懸 架 應(yīng) 該 可 以 很 好 的 傳 遞 力 和 力 矩 ， 汽車 的 零 部 件 應(yīng) 該 輕 ， 還 必 須 要 使 懸 架 擁 有 足 夠 的 強(qiáng) 度 和 使 用 壽 命 。 這 樣 才 可 以 保 證 麥 弗 遜式 懸 架 與 汽 車 的 多 種 使 用 性 能 完 美 配 合 。 3.2 麥弗遜式懸架主要參數(shù)的確定圖 3.1 是 麥 弗 遜 式 懸 架 的 等 效 機(jī) 構(gòu) 圖 ， 從 圖 中 可 以 看 出 麥 弗 遜 式 懸 架 的 擺 臂 與 轉(zhuǎn) 向 節(jié) ， 減振 器 上 支 點(diǎn) 與 車 身 均 是 通 過 轉(zhuǎn) 動 副 連 接 的 ， 減 振 器 承 受 來 自 螺 旋 彈 簧 的 載 荷 。 通 過 下 圖 的等 效 機(jī) 構(gòu) 圖 ， 我 們 可 以 很 方 便 地 分 析 麥 弗 遜 式 懸 架 ， 并 且 對 分 析 結(jié) 果 不 會 造 成 影 響 。 圖 3.1 麥弗遜懸架的等效機(jī)構(gòu)圖1. 車身；2.螺旋彈簧；3.減振器上體；4.轉(zhuǎn)向節(jié)總成；5.轉(zhuǎn)向橫拉桿；6.轉(zhuǎn)向齒條；7.下擺臂；7.車輪總成3.2.1 懸 架 的 空 間 幾 何 參 數(shù)表 3.1 是某車的總體參數(shù)。 表 3.1總長（mm） 3618 總寬(mm) 1563 總高(mm) 1533 軸距 L(mm) 2335 前后輪距(mm) 1360/1355 整車整備質(zhì)量（kg） 1270 輪胎 205/55 R16 驅(qū)動型式 前置前驅(qū) 3.2.2 懸 架 頻 率 的 選 擇不同的汽車對平穩(wěn)性的需求不一樣。一般家用的小轎車對平穩(wěn)性的要求比較高，接下7第三章 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算來 的 是 大 客 車 ， 載 貨 車 對 平 順 性 的 要 求 更 低 。 對 于 一 些 普 通 的 轎 車 來 說 ， 前 懸 架 偏 頻 要 求是 在 1.00Hz 到 1.45Hz 之 間 ， 后 懸 架 則 要 求 在 1.17Hz 到 1.58Hz 之 間 。 理 論 上 來 說 ， 越 是高 級 的 轎 車 ， 懸 架 的 偏 頻 就 越 小 。 所 以 一 些 高 級 轎 車 前 懸 架 偏 頻 要 求 在 0.80～1.15Hz， 后懸 架 偏 頻 要 求 在 0.98～1.30Hz。 根 據(jù) 本 次 設(shè) 計(jì) 的 懸 架 ， 選 擇 偏 頻 為 1.2Hz。 3.2.3 懸 架 的 工 作 行 程靜撓度加上動撓度組成了懸架的工作行程 5由公式 n= ， （ f c —懸架的靜撓度） （3-1） 得懸架靜撓度：c? ( 5 )2 ?12 174mm 則 動 撓 度 ： fd ? (0.5 ? 0.7)fc （3-2） 取f d ? 0.5 ， fc ? 0.5 ? 174 ? 87mm 為了使懸架擁有更好的平穩(wěn)性，我們需要減少偏頻，因此懸架就要做的軟一些，可是在一定的負(fù)荷下，變形量就會增加。所以，懸架的工作行程應(yīng)該大于 160mm。 f d + fc ? 174 ? 87 ? 261mm ? 160mm ，設(shè)計(jì)合理 3.2.4 懸 架 的 剛 度 計(jì) 算所設(shè)計(jì)懸架的轎車參數(shù)滿載重量m ? 920kg ， 簧 上 重 量 m ? 870kg ；簧下重量m ? 50kg 。 已知前置前驅(qū)的轎車空載時前軸載荷為 56%～66%，滿載時前軸載荷為 47%～60%。 空載前軸單輪軸荷取 60%：1 ? 870 ? 60%2 ? 261kg 滿載前軸單輪軸荷取 50%：2個人是 60kg）。 ? (870 ? 5 ? 60) ? 50%2 ? 293kg （ 車 上 有 5 個 人 ， 體 重 每懸 架 剛 度 ： C ? F滿 載 ? FW 2930= ? 16.9 N / mm fc fc 1743.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析3.3.1 導(dǎo) 向 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) 要 求 ：1) 當(dāng) 懸 架 的 負(fù) 荷 產(chǎn) 生 變 動 的 時 候 ， 要 將 輪 距 的 變 動 控 制 4mm 以 內(nèi) ， 不 然 會 導(dǎo) 致 輪 胎 過快地?fù)p壞。 2）當(dāng)懸架的負(fù)荷產(chǎn)生變動的時候，前輪的定位參數(shù)可以有可控的變動，而且不能出現(xiàn)汽車輪子發(fā)生縱向加速度的現(xiàn)象。 3) 當(dāng) 汽 車 拐 入 彎 道 的 時 候 ， 應(yīng) 該 盡 可 能 的 減 少 車 架 的 側(cè) 傾 角 。 在 橫 向 加 速 度 的 作 用 下 ， 車 輛 整 體 的 傾 斜 角 度 應(yīng) 不 大 于 6?到 7? ，最好要使汽車輪子和車架向一個相同的地方傾斜，fmm8第三章 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算這樣子可以避免轉(zhuǎn)向不足。 4) 當(dāng) 汽 車 需 要 剎 車 的 時 候 ， 應(yīng) 使 車 身 不 會 向 前 俯 沖 ； 當(dāng) 車 輛 加 速 時 ， 還 要 擁 有 防 止 后仰的作用。 3.3.2 導(dǎo) 向 機(jī) 構(gòu) 的 布 置 參 數(shù)1、側(cè)傾中心 麥 弗 遜 式 懸 架 的 側(cè) 傾 中 心 可 以 用 圖 3.2 的 方 法 求 到 。 懸 架 和 車 架 相 交 于 點(diǎn) E，做一條垂直 于 E 的 直 線 ， 將 下 橫 臂 線 延 長 。 兩 條 線 會 相 交 于 一 點(diǎn) ， 為 點(diǎn) P。 車 輪 與 地 面 的 點(diǎn) 為 N， 連接 P 點(diǎn) 和 N 點(diǎn) ，W 點(diǎn) 就 是 麥 弗 遜 式 懸 架 的 側(cè) 傾 中 心 。 圖 3.2 麥弗遜式懸架的側(cè)傾中心數(shù)據(jù)為： ? ? 2? , ? ? 2? ， ? ? 30? ，麥弗遜式懸架的側(cè)傾中心高 hw 為 rs ? 150mm ， c ? o ? 800mm ， d ? 300mm ，h ? B1w 2hpk cos ? ? d tan ? ? rs (3-3)c ? ok ? sin ?? ? ? ? ?800sin ?2? ? 2? ?? 11468.5mmhp ? k sin ? ? d ? 11468.5sin 2? ? 300 ? 700.2mm代入式子 3-3 得 h ? B1w 2hpk cos ? ? d tan ? ? rs ? 775700.211468.5cos 2? ? 300 tan 30? ? 150 ? 46mm由 于 前 懸 架 的 側(cè) 傾 中 心 高 度 要 受 輪 距 變 化 限 制 ， 而 且 不 能 超 過 150mm。 此 外 ， 前 輪 前驅(qū) 的 汽 車 ， 前 車 橋 由 于 是 驅(qū) 動 橋 ， 因 此 負(fù) 荷 會 大 ， 所 以 應(yīng) 該 減 少 前 輪 的 負(fù) 載 變 動 。 所 以 ，9第三章 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算麥 弗 遜 式 獨(dú) 立 懸 架 的 側(cè) 傾 中 心 hw 范 圍 在 0～ 120mm 。 本 設(shè) 計(jì) 的 懸 架 側(cè) 傾 中 心 hw 為 46mm，所以滿足需求。2、縱傾中心 麥弗遜式懸架的縱傾中心可以由圖3.3方法得到，過E點(diǎn)作垂線，過G點(diǎn)的擺臂平行線， 相交于一點(diǎn)，就是縱傾中心O，如圖。3.3.3 導(dǎo) 向 機(jī) 構(gòu) 的 受 力 分 析圖 3.3 麥弗遜式懸架的縱傾中心圖 3.4 麥弗遜式懸架受力簡圖由 圖 a 可 以 清 楚 地 看 到 ， 橫 向 力 F 3 作用在導(dǎo)向套上。 F3 ? F1 ad?c ? b??d ? c? (3-4)式中， F1 是F '與簧下質(zhì)量之差的一半。 如 果 F3 越 大 ， 那 么 F3f 也會越大，這會直接影響到汽車的平穩(wěn)性。因此，需要在導(dǎo)向套 和 活 塞 表 面 用 減 摩 材 料 和 一 些 特 殊 的 工 藝 來 減 少 摩 擦 力 。 通 過 3-4 可 以 發(fā) 現(xiàn) ， 尺 寸 c+b 越 大 ， 力 F3 越 小 ； 如 果 減 小 尺 寸 a，力 F3 也 會 變 小 。 若 是 增 加 c+b 的 尺 寸 ， 那 么 懸 架 的 占用 空 間 會 變 大 ， 從 而 會 很 難 布 置 。 因 此 ， 使 減 振 器 的 軸 線 固 定 ， 把 點(diǎn) G 往 外 移 到 車 輪 里 面 ，10第三章 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算那么，可以減小 a 的尺寸，提高剎車的穩(wěn)定性能。 3.3.4 橫 臂 軸 線 布 置 方 式 的 選 擇麥 弗 遜 式 獨(dú) 立 懸 架 橫 向 臂 的 軸 線 和 主 銷 后 傾 角 的 匹 配 ， 會 對 車 輛 的 縱 向 傾 斜 的 穩(wěn) 定 造成 影 響 。 如 圖 3.5， 在 車 輛 的 縱 向 平 面 內(nèi) ， 點(diǎn) O是車架在懸架作用下跳動的運(yùn)動順心。當(dāng)下擺 臂 的 抗 俯 角 與 主 銷 后 傾 角 相 同 ， 此 時 的 橫 向 臂 的 軸 線 恰 好 垂 直 于 主 銷 的 軸 線 。 這 個 時 候 ， 產(chǎn) 生 的 運(yùn) 動 順 心 在 很 遠(yuǎn) 的 地 方 相 交 ， 每 當(dāng) 麥 弗 遜 式 獨(dú) 立 懸 架 跳 動 ， 主 銷 軸 線 也 會 隨 之 移 動 。主銷后傾角始終一樣。 當(dāng) 運(yùn) 動 瞬 心 在 抗 俯 角 和 后 傾 角 在 輪 子 后 面 相 交 的 時 候 ， 麥 弗 遜 式 獨(dú) 立 懸 架 壓 縮 行 程中 ， 主 銷 后 傾 角 變 大 。 反之，當(dāng)運(yùn)動瞬心在抗俯角和后傾角在輪子前面相交的時候，麥弗遜式獨(dú)立懸架壓縮行程中，注銷后傾角反而會變小。 一 般 設(shè) 計(jì) 麥 弗 遜 式 獨(dú) 立 懸 架 的 時 候 ， 需 要 考 慮 到 設(shè) 計(jì) 出 的 懸 架 要 使 車 輛 在 剎 車 過 程中 ， 汽 車 的 縱 向 傾 斜 小 ， 所 以 一 般 要 把 注 銷 后 傾 角 取 的 稍 微 大 一 些 。 這 時 候 ， 運(yùn) 動 瞬 心 應(yīng)該 在 輪 子 的 后 面 相 交 ， 這 樣 才 可 以 保 證 設(shè) 計(jì) 出 的 懸 架 可 以 使 汽 車 剎 車 時 的 縱 向 傾 斜 盡 量小 。 圖 3.5 角變化3.3.5 橫 擺 臂 參 數(shù) 對 車 輪 定 位 參 數(shù) 的 影 響圖3.6是麥弗遜式懸架的運(yùn)動特性。在圖中，顯示的是下橫臂取不一樣值的時候懸架的 運(yùn) 動 特 性 ， 當(dāng) 下 橫 臂 取 的 比 較 長 ， 曲 線 會 變 得 平 穩(wěn) ， 也 就 是 說 當(dāng) 車 輪 跳 動 的 時 候 ， 輪 距的變化比較小，可以使輪胎使用的時間變長。 11第三章 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算圖 3.6 麥弗遜式懸架的運(yùn)動特性此外，懸架的主銷內(nèi)傾角、車輪外傾角以及主銷后傾角曲線差不多，由此可以說明， 當(dāng)擺臂取的越長，前輪的定位角度變化就會越平穩(wěn)，這樣做可以提高車輛控制的穩(wěn)定性。 所以在設(shè)計(jì)懸掛的時候，應(yīng)當(dāng)使橫臂的長度變大，但是必須要滿足裝配需求。 3.4 螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1 螺 旋 彈 簧 材 料 的 選 擇螺 旋 彈 簧 是 目 前 懸 架 上 應(yīng) 用 比 較 多 的 一 種 彈 性 元 件 ， 它 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 制 造 容 易 ， 而 卻 具 有高 比 能 容 量 ， 所 以 一 般 轎 車 懸 架 上 用 的 比 較 多 。 根 據(jù) 螺 旋 彈 簧 在 車 輛 工 作 時 的 受 力 特 點(diǎn) ， 我們選用60Si2MnA材料。 3.4.2 螺 旋 彈 簧 的 剛 度 計(jì) 算由 于 有 導(dǎo) 向 機(jī) 構(gòu) ， 那 么 懸 架 剛 度 C 與 彈 簧 剛 度 CS 是 不 相 等 的 ， 所 不 同 的 是 ， 該 懸 架 的剛 度 C 是車輪的單位偏轉(zhuǎn)所需要的力；但是彈簧剛度 CS 只是彈簧本身的力。 麥弗遜獨(dú)立懸架的懸架剛度 C 的計(jì)算方法： 選 定 下 擺 臂 長 ： EH高 度 為 430.5mm 。? 284 mm；半 輪 距 ： B ? 680mm ； 減 震 器 放 置 角 度 ： β = 9°，（3-5） 其 中 ： C —懸 架 剛 度 ； CS —彈簧剛度。 已知u=1393mm，p=1565mm，δ=16°，β=24° 得：SC? U cos ? / P cos ? ? 19.5N / m 3.4.3 螺 旋 彈 簧 幾 何 參 數(shù) 計(jì) 算基于最大的力和彈簧的相應(yīng)變形來設(shè)計(jì)。 1、彈簧的材料許用應(yīng)力 材料的性能參數(shù)在表 3.2 中。 C12第三章 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算? ?2? ?表 3.2 60Si2MnA 性能參數(shù)許用應(yīng)力 48kgf/ mm2許用剪切力 100kgf/ mm2剪切模量 8000kgf/ mm2彈性模量 2000mp強(qiáng)度范圍 45-50 HRC2、彈簧旋繞比C的選定 如果彈簧的旋繞比取的比較小的時候，那么制造彈簧的時候會發(fā)生一些麻煩，通常來說，彈簧旋繞比的取值范圍在4到8之間，本次設(shè)計(jì)中選擇8。 3、鋼絲的直徑d 曲率系數(shù) K 的公式為： K ? 4c ?1 ? 0.615 ? 1.18 (3-6) 4c ? 4 c? = 8 pck ' ? 704.01 MPa (3-7) ? d 2d≧1.596 ，選 d=10 mm 4、彈簧中經(jīng) D2 的選擇 D2=c×d=8×10=80 mm (3-8) 選 擇 D2=92 5、彈簧圈數(shù) n 的選擇 Gd 4ksn 4.9 選 擇 n=6 圈 （ 3-9） 8D3兩段的支撐圈選擇 0.75 那么彈簧圈數(shù)為：N1=n+n2=7.5 6、彈簧的工作極限變形 Fj≦1.12F=1.12×0.173=0.194 工 作 極 限 載 荷 Pj≦P Fj ? 5.51?103 N F7、彈簧的幾何尺寸 節(jié) 距 t：t=d+F/n+ ? =33 自由高度 Ho：Ho=nt+1.5d=279.4 取 Ho=280 mm 13第三章 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算螺旋角 ? ： ? ? arctan t ? 6.67 （3-10） 外 徑 D=D2+d=102 mm nD2然后原始彈簧座的尺寸也需要改變內(nèi) 徑 D1 =D2-d=92-10=82 3.4.4 螺 旋 彈 簧 校 核1、 彈簧剛度校核 Gd 4彈 簧 剛 度 CS ： C S （3-11） 3將數(shù)據(jù)代入算得：C S8Dm?iGd 43 ? 16.7 N/mm 所以剛度合適 8D m i2、螺旋彈簧參數(shù)匯總： 表 3.3 螺旋彈簧的參數(shù)自由高度 Ho 280 mm彈簧圈數(shù) n 7.5 圈螺旋角 6.7 度內(nèi) 徑 D1 82mm外 徑 D 102mm節(jié) 距 t 33mm為了提高在安裝彈簧后的受力情況，需要把螺旋彈簧的兩段整平，粗糙度選擇 Ra3.2。 3.5 減振器的設(shè)計(jì)與選定3.5.1 減 振 器 結(jié) 構(gòu) 類 型 的 選 擇懸架振動會產(chǎn)生一些能量，減振器先將能量吸收，然后把它變成熱能并發(fā)散掉，以此來降低懸架的振動。減振器通常來說可以被分成兩種類型，它們是摩擦式減振器以及液力減震器。由于相對運(yùn)動的速度越高庫侖摩擦力越小，而且會被油，水等液體影響，所以不具有平順性。盡管它輕便，成本低，容易調(diào)整，可是現(xiàn)在已經(jīng)沒有車輛再使用這種減振器了。直到1901年，液力減振器才被發(fā)現(xiàn)，筒式和搖臂式是液力減振的兩種機(jī)構(gòu)形式。筒式減振器一般有雙筒式、單筒充氣式和雙筒充氣式。筒式減振器只有擺臂式的一半重，又制造方便，工作時效長，因而為現(xiàn)代汽車所青睞。 雙筒式液力減振器 圖4.1顯示的是雙筒式液力減振器的工作原理。在圖中，A是工作腔，C是補(bǔ)償腔，閥系連接工作腔和補(bǔ)償腔。當(dāng)車輛行駛時，輪子會上下地竄動，1活塞會在A里面上上下下地運(yùn)動，這時候動能將會變成熱能而散發(fā)，因?yàn)樯舷逻\(yùn)動的過程中會使減振器液在各個閥體上的阻尼孔流過。當(dāng)懸架壓縮的時候，汽車車輪會向上竄動，這時候1是往下運(yùn)動的，油液從Ⅱ流到工作腔里，由于9會占用了一些空間，所以必定有少數(shù)油液通過Ⅳ進(jìn)入C;當(dāng)懸?14第三章 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算架 伸 張 時 ， 汽 車 車 輪 會 向 下 竄 動 ， 這 時 候 1是向上運(yùn)動的，A里 的 壓 力 會 增 大 ， 當(dāng) 油 液 通 過Ⅰ 流 到 下 腔 ， 這 時 會 產(chǎn) 生 比 較 多 的 伸 張 阻 尼 力 ， 另 外 一 些 油 液 從 6流到C， 同 理 ， 必 定 有 少數(shù) 油 液 通 過 Ⅲ 流 到 A的 下 腔 。 減 振 器 工 作 時 會 所 產(chǎn) 生 一 些 熱 量 ， 這 時 候 3可以將這些熱量發(fā)散 。 減 振 器 在 工 作 過 程 中 產(chǎn) 生 的 溫 度 非 常 高 ， 一 般 是 120℃ ， 更 有 甚 者 會 達(dá) 到 200℃的 高 溫 。所 以 它 的 油 液 最 好 不 要 加 太 多 ， 但 至 少 要 到 缸 筒 長 度 一 半 ， 這 是 為 了 擴(kuò) 大 溫 度 升 高 后 油 液膨脹的空間，油液高度也應(yīng)滿足最低要求，以免空氣進(jìn)入A，如果有空氣進(jìn)入，那將會使油液乳化，從而對減振器的工作性能造成一些影響。 圖 4.1 雙筒式減振器工作原理圖1-活塞；2-工作缸筒；3-貯油缸筒；4-底閥座；5-導(dǎo)向座；6-回流孔活塞桿；7-油封；8-防塵罩；9-活塞桿雙筒充氣式減振器對于閥的響應(yīng)略微敏感，即便她現(xiàn)在的振幅還不是很大，就算汽車15第三章 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算在道路不平的路上行駛，它也能很好的改善路上的阻尼特性，同時它還可以提高車輛行駛時的平穩(wěn)性，并且損失了氣壓的時候，雙筒充氣式減振器還是可以將振動減少。 圖 4.2 雙筒充氣式減振器用于麥克弗遜懸架時的結(jié)構(gòu)圖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;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3.5.2 相 對 阻 尼 系 數(shù) ψ相對阻尼系數(shù)ψ的 含 義 是 ： 當(dāng) 懸 掛 系 統(tǒng) 的 剛 度 C 和簧上質(zhì)量M s均 不 相 同 ， 擋 減 振 器 的相 對 阻 尼 系 數(shù) ψ 發(fā) 生 變 化 時 ， 所 產(chǎn) 生 的 阻 尼 效 果 也 會 變 得 不 一 樣 。 當(dāng) ψ值 比 較 大 時 ， 能 夠 快速 地 減 少 振 動 ， 與 此 同 時 會 把 路 面 沖 擊 力 傳 送 到 車 架 上 ； 當(dāng) ψ值 小 ， 正 相 反 。 一 般 來 說 ， 懸架系統(tǒng)在壓縮行程的時候，ψ y應(yīng)該小一點(diǎn)，在伸張行程的時候ψ s應(yīng)該大一點(diǎn)。Ψy應(yīng)該買組如下的關(guān)系式： ψ y =（ 0.25～ 0.50 ） ψ s 。 在本次設(shè)計(jì)中，由于麥弗遜式獨(dú)立懸架的彈性元件是螺旋彈簧，那么 取 ψ = 0.3， 則 ： （ ψ s + 0.5ψ ） /2 = 0.3 得 到 答 案 ： ψ s = 0.4 ， ψ y = 0.2 3.5.3 減 振 器 阻 尼 系 數(shù) ? 的確定16第三章 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算ssS? 的 公 式 是 ： ? ? 2? 。由于 ? ? cm所 以 ： ? ? 2?m ? 。 如 果 根 據(jù) 圖 4.3 的 方 法 s 布 置 減 振 器 ， 那 么 ? 為： ? ? 2? m ? b 2a 2 c o s 2 ? （4-1） 所以 n ? ，得： ? ?圖 4.3 減震器的布置? 2?n C 為 ： C ? 4?12 ? 3.142 ? 292.5 ? 11535.73 所 以 ： ? ?= 6.3Hz ， a / b ? 0.8,? ? 14? 這時候： m 2 ? 292.5 kg， ? 1 ?2 ? 1 ?2最 終 ： ? ? 2? 0.3? 292.5?8.23?? 0.948 ? ?? 0.9703 ? ? 1640N ? s / m? ? ? ? （4-2） 3.5.4 減 振 器 最 大 卸 荷 力 F0 的確定當(dāng)減振器的活塞振動頻率達(dá)到某一特定數(shù)值的時候，減振器自行打開泄壓閥，這樣就可以使傳到車架的沖擊力減少。此刻活塞的速度就是卸荷速度V x ： Vx ? A?a cos? / b (4-3) Vx 的 取 值 范 圍 一 般 在 0.15 ~ 0.3m/s ，式中：A 取 ? 40mm 。 將數(shù)值代入，得：V x ? 0.04?8.23? 0.948?cos16? ? 0.3m / s Vx 符合要求 根 據(jù) 最 大 卸 荷 力 公 式 ： F0 ? c?Vx （ c： 沖 擊 載 荷 系 數(shù) ） 取 c = 1.5 ； 得 ： F0 ? 1.8?1640? 0.3 ? 885.6N 3.5.5 減 振 器 工 作 缸 直 徑 D 的 確 定工作缸直徑 D 的公式為：D = (4-4) 在 公 式 中 ， ?P?的 取 值 范 圍 在 3Mpa ~ 4Mpa之 間 ,本 次 設(shè) 計(jì) 選 擇 ?P ? = 3Mpa ； ? 的 取 值 范 圍 在 0.4 ~ 0.5， 取 = 0.4 。 17第三章 麥弗遜式懸架的設(shè)計(jì)要求和計(jì)算所以： D ? ? 21.16mm (4-5) 根 據(jù) 標(biāo) 準(zhǔn) 來 選 取 的 減 振 器 參 數(shù) 為 ： D = 30mm， S = 240mm， L = 110mm ，則： L m inLmax? L ? S ? 240 ?110 ? 350 mm ? Lmin ? S ? 350 ? 240 ? 590 mm 所以選取D C = 45mm ， 壁 厚 為 2.6mm 。 18第四章 結(jié)論第四章 結(jié)論1 通過對麥弗遜式懸架的研究，提出了比較可行的設(shè)計(jì)思路，對各部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，在滿足懸架剛度的條件下，對麥弗遜式懸架進(jìn)行了簡化。 2 本文主要設(shè)計(jì)了麥弗遜式懸架的螺旋彈簧和減振器，并且對導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行了受力分析。通過檢驗(yàn)，設(shè)計(jì)后的螺旋彈簧滿足懸架剛度需求，減振器也符合設(shè)計(jì)要求。 3 本文利用AutoCAD對麥弗遜式懸架的螺旋彈簧，導(dǎo)向套，減振桿進(jìn)行了繪制，然后繪制出麥弗遜式懸架的總裝圖。利用AutoCAD對零件圖進(jìn)行繪制，可以節(jié)省很多的時間， 深刻地體會到了CAD制圖的方便和效率，它比手繪零件圖的準(zhǔn)確率更高，效率也更高。 通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，本人將大學(xué)四年所學(xué)的知識進(jìn)行了一個總結(jié)。發(fā)現(xiàn)所學(xué)到的專業(yè)知識還有待提高，專業(yè)經(jīng)驗(yàn)比較欠缺。在以后的生活和工作中，本人將積累各方面的經(jīng)驗(yàn)并努力拓寬自己的知識面，以獲得更好的成績。 19參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造（上下冊）（第 3 版 ）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009. [2] 余 志 生 .汽 車 理 論 (第 5 版 )[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009. [3] 王 望 予 .汽 車 設(shè) 計(jì) (第 4 版 )[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. [4]喻凡，林逸.汽車系統(tǒng)動力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. [5]徐石安.汽車構(gòu)造——底盤工程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008. 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[18] 艾維全.麥弗遜式前懸架的設(shè)計(jì)改進(jìn)及分析[J].上海汽車，2004，08 期 . 20謝辭謝辭本畢業(yè)論文通過諸鑫瑞老師的悉心指導(dǎo)完成了。在我撰寫論文的過程中，經(jīng)常會遇到各種困難，隨后去請教老師，老師都能夠悉心的指導(dǎo)我，幫助我順利解決困難和難題。從論文選題一直到完成，每一步都離不開老師的指導(dǎo)。在這里，對老師表示深深的感謝。 在 設(shè) 計(jì) 的 過 程 中 ， 翻 閱 了 許 多 關(guān) 于 汽 車 懸 架 的 參 考 文 獻(xiàn) ， 對 汽 車 的 認(rèn) 識 上 了 一 個 層 次 。 然后 通 過 自 己 的 分 析 和 計(jì) 算 ， 使 自 己 的 能 力 得 到 了 鍛 煉 。 在 繪 制 零 件 圖 和 裝 配 圖 時 ， 還 學(xué) 習(xí) 了CAD軟 件 。 大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生涯馬上就要結(jié)束了，在這四年中，遇到了許多老師和同學(xué)，因?yàn)橛辛怂麄儯攀刮业拇髮W(xué)生活過的多姿多彩。最后，還要感謝諸鑫瑞老師，我會永遠(yuǎn)記得你對我耐心的指導(dǎo)！