麥弗遜前懸架設(shè)計(jì)(含全套CAD圖紙)

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1、摘 要 隨著汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們對汽車的行駛平順性，操縱穩(wěn)定性以及乘坐舒適性和安全性的要求越來越高。汽車行駛平順性反映了人們的乘坐舒適性，而舒適性則與懸架密切相關(guān)。因此，懸架系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)具有很大的實(shí)際意義。 本次設(shè)計(jì)主要研究的是比亞迪 F3 轎車的前、后懸架系統(tǒng)的硬件選擇設(shè)計(jì)，計(jì)算出懸架的剛度、靜撓度和動(dòng)撓度及選擇出彈簧的各部分尺寸，并且通過阻尼系數(shù)和最大卸荷力確定了減振器的主要尺寸，最后進(jìn)行了橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)以及汽車平順性能的分析。本設(shè)計(jì)在轎車前后懸架的選型中均采用獨(dú)立懸架。其中前懸架采用當(dāng)前家庭轎車前懸流行的麥弗遜懸架。前、后懸架的減振器均采用雙向作用式筒式減，后懸則采用半拖曳臂式

2、獨(dú)立懸架振器。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，有效的提高了乘座的舒適性和駕駛穩(wěn)定性。 關(guān)鍵詞：懸架；平順性；彈性元件；阻尼器；1 緒論：1.1 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.傳遞它們之間一切的力（反力）及其力矩（包括反力矩）。 2.緩和，抑制由于不平路面所引起的振動(dòng)和沖擊，以保證汽車良好的平 順性，操縱穩(wěn)定性。 3.迅速衰減車身和車橋的振動(dòng)。 懸架系統(tǒng)的在汽車上所起到的這幾個(gè)功用是緊密相連的。要想迅速的衰減振動(dòng)、沖擊，乘坐舒服，就應(yīng)該降低懸架剛度。但這樣，又會(huì)降低整車的操縱穩(wěn)定性。必須找到一個(gè)平衡點(diǎn)，即保證操縱穩(wěn)定性的優(yōu)良，又能具備較好的平順性。 懸架結(jié)構(gòu)

3、形式和性能參數(shù)的選擇合理與否，直接對汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。由此可見懸架系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車上是重要的總成之一。1.2 懸架的組成 現(xiàn)代汽車，特別是乘用車的懸架，形式，種類，會(huì)因不同的公司和設(shè)計(jì)單位，而有不同形式。 但是，懸架系統(tǒng)一般由彈性元件、減振器、緩沖塊、橫向穩(wěn)定器等幾部分組成等。 它們分別起到緩沖、減振 、力的傳遞、限位和控制車輛側(cè)傾角度的作用。 彈性元件又有鋼板彈簧、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，個(gè)別高級轎車則使用空氣彈簧。螺旋彈簧只承受垂直載荷，緩和及抑制不平路面對車體的沖擊，具有占用空間小，質(zhì)量小，無需潤滑的優(yōu)點(diǎn)，但由于本身沒

4、有摩擦而沒有減振作用。這里我們選用螺旋彈簧。 減振器是為了加速衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動(dòng)，減振器有筒式減振器，阻力可調(diào)式新式減振器，充氣式減振器。它是懸架機(jī)構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機(jī)械件。 導(dǎo)向機(jī)?褂美創(chuàng)莩德鐘氤瞪砑淶牧土兀北３殖德職匆歡ㄔ碩旒Ｏ嘍猿瞪硤?，通常导向机构由控制霸r凼礁思槌傘Ｖ?jǐn)S嚶械ジ聳交蚨嗔聳降?。嘎氬弹簧作为弹性元件时，縿x渙砩璧枷蚧梗舊砑嫫鸕枷蜃饔謾Ｓ行┙緯島涂統(tǒng)瞪?，为窐枫^瞪碓謐虻惹榭魷路⑸蟮暮嵯蚯閾?，灾B芟低持屑由韜嵯蛭榷ǜ?，目的事N岣吆嵯蚋斬齲蠱稻哂脅蛔闋蛺匭裕納破檔牟僮菸榷ㄐ院托惺黃剿承?。蠄?zhí)敵艿姆⒄故摯歟歡銑魷鄭感碌男

5、蘢爸謾０純刂菩問講煌治歡叫芎橢鞫叫堋Ｄ殼岸嗍瞪隙疾捎帽歡?，也就是藷酐车醉灛（状态）只能睔g厝【鲇諑訪婕靶惺蛔純齪推檔牡栽?，导向机箳旒s凹跽衿髡廡┗盜慵?.3 懸架的分類：汽車的懸架從大的方面來看，可以分為兩類：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架系統(tǒng)。1.3.1 獨(dú)立懸架 圖 2 獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架是兩側(cè)車輪分別獨(dú)立地與車架（或車身）彈性地連接，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊，其運(yùn)動(dòng)不直接影響到另一側(cè)車輪，獨(dú)立懸架所采用的車橋是斷開式的。這樣使得發(fā)動(dòng)機(jī)可放低安裝，有利于降低汽車重心，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

6、簧載質(zhì)量小，可提高汽車車輪的附著性。如圖 2 所示。 獨(dú)立懸架的類型及特點(diǎn)： 圖3 獨(dú)立懸架的車軸分成兩段（如圖 3），每只車輪用螺旋彈簧獨(dú)立地，彈 性地連接安裝在車架或車身下面，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊，其運(yùn)動(dòng)不直接影響 到另一側(cè)車輪，獨(dú)立懸架所采用的車橋是斷開式的。 現(xiàn)在，前懸架基本上都采用獨(dú)立懸架系統(tǒng)，最常見的有雙橫臂式和滑柱 。擺臂式（又稱麥弗遜式）⒈雙橫臂式 。 圖 4 雙橫臂式獨(dú)立前懸架 工作原理：由上短下長兩根橫臂連接車輪與車身，通過選擇比例合適的長度，可使車輪和主銷的角度及輪距變化不大 這種獨(dú)立懸架被廣泛應(yīng)用在轎車前輪上。雙橫臂的臂有做成 A 字形或 V字形，V 形臂的上下 2 個(gè) V

7、 形擺臂以一定的距離，分別安裝在車輪上，另一端安裝在車架上。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但經(jīng)久耐用，同時(shí)減振器的負(fù)荷小，壽命長。可以承載較大負(fù)荷，多用于輕型、小型貨車的前橋。缺點(diǎn)：因?yàn)橛袃蓚€(gè)擺臂，所以占用的空間比較大。所以，乘用車的前懸架一般不用此種結(jié)構(gòu)形式。⒉麥弗遜式（滑柱連桿式） 圖 5 麥弗遜式獨(dú)立前懸架工作原理：這種懸架目前在轎車中采用很多。這種懸架將減振器作為引導(dǎo)車輪跳動(dòng)的滑柱，螺旋彈簧與其裝于一體。 這種懸架將雙橫臂上臂去掉并以橡膠做支承，允許滑柱上端作少許角位移。內(nèi)側(cè)空間大，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)布置，并降低車子的重心。 車輪上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，主銷軸線的角度會(huì)有變化，這是因?yàn)闇p振器下端支點(diǎn)隨橫擺臂擺動(dòng)。

8、以上問題可通過調(diào)整桿系設(shè)計(jì)布置合理得到解決。 典型的結(jié)構(gòu)如圖 6 和 7。 圖6 麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)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6-副車架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 12-防塵罩13-U 形夾14-軸承15-定位螺栓 圖 7 麥弗遜懸架的另一種結(jié)構(gòu)圖 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- 反跳緩沖彈簧麥弗遜獨(dú)立懸架的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)速度快，占用空間少，便于裝車及整車布局，多用于中低檔乘用車的前橋。缺點(diǎn)：由于結(jié)構(gòu)過于簡單，剛度小，穩(wěn)定性較差，轉(zhuǎn)彎側(cè)傾明顯，必須加裝

9、橫向穩(wěn)定器，加強(qiáng)剛度。1.3.2 非獨(dú)立懸架 非獨(dú)立懸架如圖 8 所示。其特點(diǎn)是兩側(cè)車輪安裝于一整體式車橋上，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊力時(shí)會(huì)直接影響到另一側(cè)車輪上，當(dāng)車輪上下跳動(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)大為簡化，降低成本。目前廣泛應(yīng)用于貨車和大客車上，有些轎車后懸架也有采用的。非獨(dú)立懸架由于非簧載質(zhì)量比較大，高速行駛時(shí)懸架受到?jīng)_擊載荷比較大，平順性較差。 圖81.4 懸架的國內(nèi)外發(fā)展情況 汽車懸架的發(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)汽車上都采用被動(dòng)懸架，20 世紀(jì) 80 年代以來主動(dòng)懸架開始在一部

10、分汽車上應(yīng)用，并且目前還在進(jìn)一步研究和開發(fā)中。主動(dòng)懸架可以能主動(dòng)地控制垂直振動(dòng)及其車身姿態(tài)，根據(jù)路面和行駛工況自動(dòng)調(diào)整懸架剛度和阻尼。 隨著當(dāng)前世界汽車工業(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)今汽車發(fā)展的一大趨勢，特別是在大型客車和載重汽車上尤為突出。其實(shí)，早在 20 世紀(jì) 50 年代，空氣懸架彈簧就開始應(yīng)用在載重車、小轎車、大客車及鐵道車輛上。到 60 年代，德國、美國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的大部分公共汽車上裝有了主動(dòng)式空氣彈簧懸架。 國內(nèi)早在 20 世紀(jì) 60 年代就設(shè)計(jì)生產(chǎn)了空氣?尚?，但由釉彜覍?dǎo)際跆跫邢?，倒P鄙牟肥褂瞇Ч簧趵硐?，以后哉娖Hひ歡問逼冢

11、訪揮薪徊椒⒄?，因此，国宛x掌艿傻某Ъ移窘枳拋式鷯爰際跤攀平牘謔諧。諫闌統(tǒng)檔某Ъ遺涮壯墑斕鬧鞫嬌掌尚懿貳?同時(shí)我國公路條件的改善為汽車懸架創(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)輸量的增加以及對高性能客車的需求，都對汽車的操縱穩(wěn)定性、平順性、安全性提出了更高的要求。此外，重型汽車對路面破壞機(jī)制的研究及認(rèn)識的進(jìn)一步加深，政府對高速公路養(yǎng)護(hù)的重視，限制超載逐步在國內(nèi)各地受到重視，這些因素都將促使新型懸架在重型車市場的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大。 隨著國內(nèi)客車產(chǎn)品檔次的逐步升級，空氣懸架彈簧逐步被市場接受。目前，在國內(nèi)有多家客車廠生產(chǎn)的豪華大客車

12、裝有空氣懸架，如安凱、金龍客車、桂林大宇、合肥現(xiàn)代、杭州客車等，。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，提高綜合開發(fā)能力，以適應(yīng)市場的需求和變化，新型懸架的誕生迫在眉睫。2 懸架分析設(shè)計(jì)2.1 懸架結(jié)構(gòu)方案分析2.1.1 獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式的選擇 為適應(yīng)不同車型和不同類型車橋的需要，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，轎車對乘坐舒適性要求較高，故選擇獨(dú)立懸架。2.1.2 懸架具體結(jié)構(gòu)形式的選擇 麥弗遜式獨(dú)立

13、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)簡單、性能好、布置緊湊占用空間少。因此對布置空間要求高的發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)動(dòng)轎車的前懸架幾乎全部采用了麥弗遜式懸架。 此次設(shè)計(jì)的懸架為發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的桑塔納 2000 車型，故選擇麥弗遜式獨(dú)立懸架形式。2.2 彈性元件 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緩地面不平度對車身造成的沖擊，即將短暫的大加速度沖擊化解為相對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；對貨物可減少其被破壞的可能性。彈性元件主要有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、空氣彈簧等常用類型。除了板彈簧自身有減

14、振作用外，配備其它種類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)的汽車盡快靜止。鋼板彈簧是汽車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)逐步被其它種類彈性元件所取代，本文選擇螺旋彈簧。2.3 減振元件 減振元件主要起減振作用。為加速車架和車身振動(dòng)的衰減，以改善汽車的行駛平順性，在大多數(shù)汽車的懸架系統(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 8 所示。汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力減振器。液力減振器的作用原理是當(dāng)車架與車橋作往復(fù)相對運(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)腔通過一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)，孔壁與油液間的摩擦及液體分子

15、內(nèi)摩擦便形成對振動(dòng)的阻尼力，使車身和車架的振動(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。 圖 8 含減振器的懸架簡圖 1.車身 2.減震器 3.彈性原件 4.車橋2.4 傳力構(gòu)件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 車輪相對于車架和車身跳動(dòng)時(shí)，車輪（特別是轉(zhuǎn)向輪）的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)符合一定的要求，否則對汽車某些行駛性能（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)著使車輪按一定軌跡相對于車架和車身跳動(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)。對前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求（1）懸架上載荷變化時(shí)，保證輪距變化不超過4.0mm，輪距變化大會(huì)引起輪胎早期磨損；（2）

16、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，車輪不應(yīng)產(chǎn)生縱向加速度；（3） 汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，應(yīng)使車身側(cè)傾角小。在 0.4g 側(cè)向加速度作用下，車身側(cè)傾角≤6-7 度。并使車輪與車身的傾斜同向，以增強(qiáng)不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)。（4） 制動(dòng)時(shí)，應(yīng)使車身有抗前俯作用；加速時(shí)，有抗后仰作用。（5） 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。2.5 橫向穩(wěn)定器 在多數(shù)的轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向行駛等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在懸架中還設(shè)有輔助彈性元件——橫向穩(wěn)定器。橫向穩(wěn)定器實(shí)際是一根近似 U 型的桿件，兩個(gè)端頭與車輪剛性連接，用來防止車身產(chǎn)生過大側(cè)傾。其原理是當(dāng)一側(cè)車輪相對車身位

17、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)車輪遇障礙物時(shí)，限制該側(cè)車輪跳動(dòng)幅度。3 懸架主要參數(shù)的確定 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)影響到許多整車特性，并且涉及其他總成的布置，因而一般要與總布置共同配合確定。此次設(shè)計(jì)是對桑塔納 2000前獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)。桑塔納 2000 參數(shù)： 長/寬/高mm 4680/1700/1423 發(fā)動(dòng)機(jī)型式 74 千瓦 4 缸 2 氣門電子控制多點(diǎn)噴射汽油機(jī)AYJ 變速器型式 自動(dòng)變速箱/手動(dòng)變速箱 排量毫升 1781 最大功率KW 72/5200 最大扭矩N.m 155/3500 油耗L/100km 6.2 軸距mm 2656 前輪距（mm）1414 后輪距（mm）1422 滿載質(zhì)量（kg）1540 空車質(zhì)量（kg）1120 滿載前軸允許負(fù)荷