微型客貨兩用車前懸架、轉向系設計含6張CAD圖,微型,客貨兩用車,懸架,轉向,設計,cad 題目：微型客貨兩用車前懸架、轉向系設計演講人：XXX客貨兩用車1轉向系的設計機械式轉向系齒輪齒條式轉向器齒輪齒條轉向器的空間布置方式CAD作圖法轉向梯形非獨立懸架 獨立懸架如圖可以看出，非獨立懸架的車軸是一體的，而獨立懸架是相對分開的。地面的凹凸不平，對非獨立懸架影響較大，但對獨立懸架影響較小。目前大部分汽車的前懸架基本上都選取了獨立懸架系統(tǒng)，因為這種懸架所受路面干擾較小，是汽車行駛更為平穩(wěn)。2前懸架的設計麥弗遜式獨立前懸架THANKS謝謝老師！ 微型客貨兩用車前懸架、轉向系設計 摘 要 微型客貨兩用車是一種目前日常生活中常用的運輸貨物的車型。對于個體或小型企業(yè)來說，是既能載人又能載貨的多功能車型。對于購買者而言，首先考慮的就是它的載貨空間。所以可用空間大的新型微型客貨兩用車會迅速占領微型客貨車輛市場。所以對新型客貨兩用車的設計需求很大，近幾年也有很多品牌推出了這種車型。本文主要設計了微型客貨兩用車的前懸架及轉向系。 本文通過完成拆裝實驗和查找相關參考文獻，了解了前懸架和轉向系的結構，對微型客貨兩用車的前懸架和轉向系進行了研究。轉向系的設計主要包括轉向系類型的選擇、轉向器類型的選擇和轉向梯形的設計等。本次設計的車型屬于輕型車，由于轉向時方向盤轉動所需的力對于駕駛員來說不大，不需要動力式轉向系，所以選用了機械式轉向系。本次設計采用了齒輪齒條式轉向器，這種轉向器的正效率高，結構簡單，制作成本低。為了節(jié)省空間，本次設計采用后置式轉向梯形。前懸架的設計主要采用了麥弗遜獨立懸架。最后對減振器和橫向穩(wěn)定器等進行了一部分設計和研究。 關鍵字：微型客貨兩用車、轉向系、前懸架、麥弗遜式獨立懸架 Abstract ????A minivan is a vehicle that is commonly used in everyday life to transport goods. For individuals or small businesses, it is a multi-functional vehicle that can both carry people and carry goods. For buyers, the first consideration is its cargo space. Therefore, the new minivans with large available space will quickly occupy the minivan market. Therefore, there is a great demand for the design of new passenger and cargo vehicles. In recent years, many brands have introduced such models. This article mainly designed the front suspension and steering system of mini passenger and cargo vehicles. In this paper, the front suspension and steering system of the miniature passenger/cargo vehicle are studied by completing the disassembly and assembly experiment and finding relevant references to understand the structure of the front suspension and the steering system. The design of the steering system mainly includes the selection of the steering type, the selection of the steering type, and the design of the steering trapezoid. The model designed this time belongs to the light vehicle. Because the force required to turn the steering wheel during steering is not large for the driver, no power steering system is required, so the mechanical steering system is selected. This design uses a rack-and-pinion steering gear, which is highly efficient, simple in structure, and low in manufacturing cost. In order to save space, this design uses a rear-mounted steering trapezoid. The design of the front suspension mainly uses MacPherson independent suspension. Finally, a part of the shock absorber and stabilizers were designed and studied. Key words: minivan, steering, front suspension, MacPherson independent suspension 目 錄 引 言 1 第一章 參考車型數(shù)據 3 第二章 汽車轉向系設計 4 2.1 汽車轉向系的類型 4 2.1.1 機械式轉向系 4 2.1.2 動力式轉向系 5 2.2機械式轉向系的組成 5 2.2.1轉向器 5 2.2.2.轉向操縱機構 6 2.3轉向系傳動比 7 第三章 轉向系有關的計算及校核 9 3.1 轉向系主要性能參數(shù) 9 3.1.1轉向器的效率 9 3.2力傳動比與轉向系角傳動比的關系 9 3.3轉向系計算載荷的確定 10 3.4　轉向器有關參數(shù)的設計計算及校核 12 3.4.1轉向器齒輪設計有關參數(shù) 12 3.4.2齒條設計有關參數(shù) 13 3.5　轉向傳動機構的設計計算與強度校核 14 3.5.1轉向梯形的設計與計算 14 3.5.2轉向傳動機構元件的強度校核 15 第四章 懸架結構方案分析 18 4.1 懸架的功用 18 4.2 懸架系統(tǒng)的組成 18 4.3 懸架的類型及其特點 20 4.3.1非獨立懸架和獨立懸架 20 第五章 前懸架的設計計算 23 5.1彈簧的設計計算 23 5.1.1彈簧形式的選擇 23 5.1.2 彈簧參數(shù)的計算 23 5.1.3 彈簧的校核 25 5.2 減振器的結構原理及其功用 26 5.2.1減振器的作用 26 5.2.2 減振器的結構 27 5.2.3 減振器的工作原理 28 5.2.4 減振器主要尺寸的確定 28 5.3橫向穩(wěn)定器 29 結 論 31 參考文獻 32 致 謝 33 引 言 1.課題背景及設計目的 微型客貨兩用車是人們日常生活中常用于載人和運輸貨物的一種車型。常見車型有長安之星，五菱宏光等。這種車型在我國深受小本生意家庭的喜愛，又因為它用途廣泛，方便實用，價格實惠所以在汽車市場銷量領先。因為購買客貨兩用車的主要目的是運輸貨物，所以購買者對其主要要求是有足夠的內部空間，提高運貨效率。同時也會考慮舒適度，排量大小等因素。 本次設計的設計目的，是對汽車轉向系統(tǒng)、前懸架系統(tǒng)認識的基礎上對其結構進行優(yōu)化并重新進行設計改進，以節(jié)省材料成本，改善汽車內部的構造布局，為汽車內部提供更大空間。 2.國內外研究現(xiàn)狀 ①汽車懸架系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 汽車懸架是連接車架（或車身）與車橋（或車輪）之間的彈性部件。懸架主要由三個基本部分組成：彈性元件、導向裝置和減振器[1]。汽車懸架的設計優(yōu)劣直接影響乘坐者的乘坐體驗，所以一個優(yōu)秀的懸架結構對汽車來說十分重要。汽車懸架系統(tǒng)的主要作用是用來提高汽車的操縱穩(wěn)定性和駕駛平順性以及行駛安全性。汽車懸架運動學的研究在國外隨著獨立懸架的誕生就開始了。德國Prof.J.Reimpell(耶兒森.萊暮袙爾)著的《汽車底盤基礎》中對汽車懸架系統(tǒng)進行了許多測試，并從中得出許多結果數(shù)據，分析了車輪定位中各個參數(shù)的作用及其對汽車操控穩(wěn)定性的影響。上世紀80年代之后，汽車懸架運動學開始進行更加復雜的彈性運動學研究。在懸架運動學研究中，確定了車輪定位值和彈簧變形二者的關系；在彈性運動學研究中，闡明了由于懸架構成及其連接處是有一定彈性的，汽車行駛過程中收到的阻力和力矩也會引起的車輪定位值的改變，同時確定了部分經典車型車輪定位參數(shù)的變化曲線，這些變化曲線都是通過大量實驗后測得的數(shù)據得到的，可以直接用于認定汽車懸架的操控穩(wěn)定性。我國汽車懸架運動學的研究相對外國比較緩慢，由我國郭孔輝編輯的 《汽車操縱穩(wěn)定性》一書，對懸架的運動學做了最全面的分析，而且在我國第一次通過側向力轉向、縱向力轉向的方式來研究懸架彈性運動學。 ②汽車轉向系統(tǒng)研究狀況 汽車轉向系機構的作用是保持或改變汽車的行駛方向。在汽車改變方向的過程中，轉向系機構還起到了協(xié)調各個轉向輪之間轉角關系的作用[2]。良好的汽車轉向系統(tǒng)在如今車流量密集，車速快的社會環(huán)境中顯得尤為重要。年，美國通用汽車公司發(fā)明了含有的轉向系統(tǒng)，此后開始快速進步，導致動力轉向系統(tǒng)減小了占用空間、降低了消耗功率同時降低了大量生產成本。在1980年后，又出現(xiàn)了變減速比的液壓動力轉向系統(tǒng)。在這之后的幾年里，又出現(xiàn)了變流量泵液壓動力轉向系統(tǒng)和電動液壓助力轉向系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)是液壓轉向中較為典型的新型系統(tǒng)。此后，電動助力轉向的技術突飛猛進。線控轉向系統(tǒng)是近幾年研究出的尖端汽車電子轉向系統(tǒng)——線控轉向系統(tǒng)。它的出現(xiàn)打破了常規(guī)各類轉向系統(tǒng)的禁錮，把方向盤和車輪之間的固定構成轉換成使用電子技術操控車輪轉向，但現(xiàn)在這種技術并沒有參與實際應用，只在一些概念汽車上配備。 3.設計任務 ①汽車轉向系統(tǒng)設計任務 汽車轉向系統(tǒng)設計的主要任務有：轉向系統(tǒng)形式的選擇、轉向器的選擇、轉向梯形的計算及其布置。 ②汽車前懸架系統(tǒng)設計任務 前懸架系統(tǒng)設計內容主要包括懸架結構形式的選擇、彈性元件的選擇、減震器的選擇。 ③設計步驟 本次設計的車型是小排量車型，鑒于我國路面質量的逐步提高和作用于方向盤的作用力不是很大，故在設計中采用機械式轉向系統(tǒng)。 本次設計選用齒輪齒條式轉向器，是因為它的優(yōu)點在于：結構簡單、造價低廉、傳動效率高、操作靈敏性度高。 本次設計采用的是獨立懸架。由于麥弗遜式懸架的特性優(yōu)秀、組成簡易、造價低廉，所以現(xiàn)在大部分汽車的前懸架形式都運用了這種懸架方式。所以本次設計所選的結構也是麥弗遜式懸架。  第一章 參考車型數(shù)據 本次設計的車型是微型客貨兩用車，參考車型選用長安商用車星卡，基本信息如下表所示： 表1-1 參考車型數(shù)據 型號 SC1022S4N 類型 載貨車 軸距 2500mm 箱長級別 1.4m 發(fā)動機 東安JL466Q4 車身長度 3.86m 輪距 前輪距1280mm： 后輪距1290mm 整車重量 0.93t 額定載重 0.55t 最高車速 98Km/h 前懸 0.48m 懸架形式（前/后） 獨立懸架/非獨立懸架  第二章 汽車轉向系設計 由于汽車行駛需要駕駛員進行轉彎等操作，所以汽車需要一個專門的機構讓汽車根據駕駛員的想法隨時進行轉向。這個機構就是汽車轉向系。所以汽車轉向系的目的是時刻讓汽車處于正確的駕駛方向，在偏離正確方向時可以及時進行調整。 2.1 汽車轉向系的類型 汽車轉向系的類型按照動力方式的分類有兩種：機械式轉向系和動力轉向系。 2.1.1 機械式轉向系 通過駕駛員控制方向盤，把駕駛員傳給方向盤的力傳給一系列機械裝置。汽車轉向的全部動力都是由駕駛員提供的。當汽車駕駛者想要改變汽車的駕駛方向時，駕駛員的力從方向盤，力經過轉向器的增大和降低之后經過轉向橫拉桿傳遞給，從而使轉向輪繞著著主軸方向旋轉，從而達到轉向的目的。同時，為了在汽車轉向過程中，在方向盤轉到某個角度時，這時所有車輪行進軌跡成為平面上一個點的同心圓，這個點就是車輪的瞬時轉向中心，使輪胎在汽車轉彎過程中相對于地面沒有滑動摩擦，所以設置了轉向梯形這一機構，來調整汽車轉向時各個輪胎的偏轉角度。 2.1.2 動力式轉向系 動力式轉向系是利用外部動力裝置額外提供轉向動力的，在基本的傳動結構上額外布置動力補充動力裝置，駕駛員提供給轉向一部分動力，動力裝置補充一部分動力。動力式轉向系主要用于大型貨車，這種車載荷大，轉向時所需的轉向力也大，所以需要借助動力裝置。下文中通過計算說明本次設計所需轉向力不大，所以本文不涉及動力式不做贅述。 2.2機械式轉向系的組成 機械式轉向系的構成有轉向操縱機構、轉向器、轉向傳動機構三個部分。 2.2.1轉向器 轉向器的作用是使駕駛員對轉向盤的力矩傳給橫拉桿時更為明顯，抵抗車輪和地面之間的摩擦力，使車輛轉向便捷；降低轉向軸的轉速，帶動搖臂轉動，完成汽車轉向；通過設置蝸輪蝸桿的螺旋方向，將轉向盤的轉動方向和車輛運動方向保持一致。 目前轉向器的形式有：齒輪齒條式轉向器、循環(huán)球式轉向器、蝸桿滾輪式轉向器、蝸桿指銷式等等。最為常用的是齒輪齒條式轉向器和循環(huán)球式轉向器。 圖2-1 齒輪齒條轉向器結構圖 本次設計中選用的是齒輪齒條式轉向器。目前國產轎車使用的的轉向器大多數(shù)都是這種形式。這種轉向器的缺點是在汽車行進中可能會將車輪地面對其產生的力傳回方向盤，容易使駕駛員感到疲勞。但齒輪齒條式轉向器的優(yōu)點是剛性大，占用空間小，重量輕，且成本低廉，對路面狀態(tài)反應靈敏。齒輪齒條在配合運動時，把齒輪通過轉向桿受到的力矩轉化為齒條的水平方向的移動，齒條直接使橫拉桿水平方向移動，通過轉向梯形結構，由節(jié)臂帶動轉向節(jié)，從而使車輪轉向。齒輪一般選用斜齒，這樣做的目的減小齒輪與齒條配合運動中產生的縫隙，使轉向盤轉動一個較小方向也能夠由齒條帶動齒輪移動，提高轉向系統(tǒng)的靈敏度，也就減小了方向盤的曠量，使駕駛員操作轉向更為順暢。齒輪齒條式轉向器的結構會使傳動桿系構造更為簡易，為汽車前部提供更大空間，同時也方便了駕駛員的操作，提升了駕駛安全性。 2.2.2.轉向操縱機構 ①轉向操縱機構的組成 轉向操縱機構包括轉向盤、轉向軸、萬向節(jié)和轉向傳動軸等。 ② 轉向盤 轉向盤也叫方向盤。由圓型的握盤、與轉向軸相連的盤轂，以及連接握盤和盤轂的輪輻組成。轉向盤的輪轂中心設有內花鍵，與轉向軸上的外花鍵配合，使轉向盤固定在轉向軸末端，外部配合花鍵套，用以限制軸向移動。轉向盤內部骨架所使用的材料一般是金屬，骨架的外部一般包裹著橡膠或皮革材料等。這些材料一般都比較柔軟，可以使駕駛員握方向盤時感覺操作舒適。由于轉動方向盤需要駕駛員使用一定的力，所以還需要材料有一定的粗糙度，保證方便轉動。陽光照射的反射光會引起駕駛員的不適，所以轉向盤的材料需要具有耐磨性，還需要有耐熱性及不易反光的特性。一般輪輻數(shù)量為2-4根，采用4根輪輻時，轉向盤的強度高，但會影響駕駛員觀察前方儀表。本次設計采用3根輪輻。 轉向盤作為駕駛員直接操作的部件，是離駕駛員最近的部件之一。所以在汽車碰撞時很有可能導致轉向盤使駕駛員受傷。這就需要轉向盤有一定的可塑性，可以通過轉向盤骨架的變形來吸收一部分作用力。轉向盤中的慣性力矩也至關重要，需要取一個合適的數(shù)值來保證操作。慣性力矩小會使駕駛員感覺輪輕，過小會導致駕駛員易受到轉向盤的反力，慣性力矩過大就會導致轉向盤沉重，不易控制。一般來說方向盤的大小應適中，太大或太小都會影響駕駛員的操作手感，太小會導致駕駛員需要用較大的控制轉向力；太大會占據過大的汽車內部空間，影響駕駛員的正常操作。根據JB4 05-1986轉向盤尺寸標準，本次設計選用400mm直徑轉向盤。 ③轉向軸 轉向軸是轉向盤和轉向器之間的連接裝置，作用是將駕駛員操縱轉向盤的力傳遞到轉向器。轉向軸與轉向器之間是由很多部件相連起來的。轉向軸是由兩到三部分組成的，由十字軸萬向節(jié)連接起來。采用萬向節(jié)連接，一方面是可以改變轉向軸的角度，另一方面還可以使轉向軸能有一些與水平面垂直方向上的長度變化，以達到轉向柱需要的吸能要求。這種結構在遇到車輛碰撞時，也可以最大限度的防止方向盤對駕駛員的健康威脅。 2.3轉向系傳動比 轉向系的傳動比關系到汽車的機動性和操作的靈活性。有兩個部分：一是，二是。 是與同側之比，公式為： (2-1) 式中 ； ； 。 是指從 與在方向盤上的作用力之比，即 ： (2-2) 其中又由和所構成。 越大，汽車轉向時所需要駕駛員對轉向盤提供的手力越小，操作也越簡單，在方向盤的大小一定時，方向盤轉動所需要使用的手力越小。但如果過大會使方向盤的操作困難，讓汽車轉一個很小的彎，就必須讓駕駛員轉一圈轉向盤，使駕駛員操作不便。所以，應大小適中。 在汽車轉向時，因為橫拉桿的位置變化會使轉向節(jié)臂的杠桿作用減小，這將會使轉向盤轉到極限角度時，開始變得困難。解決辦法是，將設置成一個變化的參數(shù)，在齒條中心時，而在齒條外側時。角傳動比的大小影響轉向的輕便性，大，轉向就輕便。機械轉向的角傳動比，每種車型的都有一個固定的范圍：貨車的為，轎車的為，輕型車在之間，中性車在之間[3]。本次設計題目為微型客貨兩用車，屬于小車型，同時又具有載貨車的特點，所以選取中部嚙合處,兩端嚙合處。  第三章 轉向系有關的計算及校核 3.1 轉向系主要性能參數(shù) 3.1.1轉向器的效率 由駕駛員對方向盤所做的功率，傳遞到轉向搖臂的，以字母代替，公式為 (3-1) 與其恰好相反，以字母代替，公式為 (3-2) 式中，；。 想要讓駕駛員操作順暢，汽車轉向時打舵比較輕，所以轉向器的正效率應盡量高。逆效率過高會導致路面對車輪的影響過大，使駕駛員易受路面情況影響，產生方向盤“打手”現(xiàn)象，會導致駕駛員疲勞，所以逆效率應盡量低。但在車輛行駛過程中，又需要保證汽車有一定的逆效率，需要讓轉向輪和轉向盤自動回正。 ①轉向器的 影響轉向器正效率的因素如下：轉向器的種類、結構特點、結構參數(shù)和制造質量等。 ②轉向器的 根據逆效率大小的不同，轉向器分為可逆式、極限可逆式、和不可逆式三種[4]。 本次設計中選用的轉向器屬于可逆式轉向器，的值較大，它可以使駕駛員轉動方向盤后松手，方向盤自動回到原位置，從而使車輛自動回到正方向。這會讓駕駛員的負擔減小，同時也提升了駕駛的安全性。但是，汽車如果在顛簸路面上行駛時，車輪會將路面情況時刻傳遞回轉向盤，造成駕駛員“打手”，也會使駕駛員操作不便。這樣的影響如果路面情況一直不佳，會導致駕駛員精神疲憊，存在安全隱患。 3.2力傳動比與轉向系角傳動比的關系 轉向輪和道路產生的和添加到車輪上的的關系如下式： (3-3) 為，代表從和到轉向輪和之間的長度。小型車的值在倍輪胎寬度的范圍內選取。本次設計取。 方向盤上所受到的力為 (3-4) 式中，；。 將公式(3-1)、 (3-2)代入后得到 (3-5) 不考慮摩擦的影響條件，根據牛頓第三定律，得出 (3-6) 將(3-4)代入(3-3)得出； (3-7) 由 (3-5)可知當和不變時，大，雖然易于轉向，但，說明不夠靈活。 3.3轉向系計算載荷的確定 為了計算汽車轉變方向時的所承受的載荷，應求出轉向時轉向系各個部件所承受的力。但這些部件受到的力是很難通過計算求出的，也沒有辦法在實際中測量，所以需要下式為 的半經驗公式,即 　　　　 　 　　　（3-8) 式中，為轉向輪和道路之間的，在正常路面上的取值為，本次設計中也??；，汽車載人載貨時，前半部分承受車輛總重的百分比為， 后半部分承受車輛總重的百分比為，此時， 式中，經查表得； 將以上參數(shù)代入（3-8)中，得到： 。 在本次設計齒輪齒條如上文中計算得出，在中心配合時，在兩側配合時，由上面計算，當時，代入 　 　(3-9)　　 得出 此時 當時，代入 此時 由于駕駛員對方向盤的作用力可以達到，由上式結果得出需要駕駛員對方向盤的作用力小于。綜上得知汽車轉向時駕駛員需要對方向盤作用的手力不是很大。而且本次設計的總車重為，屬于輕型車，不需要很大的轉向力就可以輕松完成轉向。所以本次設計采用機械式轉向系形式，不需要其他形式的助力。 3.4　轉向器有關參數(shù)的設計計算及校核 3.4.1轉向器齒輪設計有關參數(shù) 齒輪齒條式轉向器的齒輪多采用斜齒圓柱齒輪，用以減小齒輪齒條之間的接觸間隙。的取值范圍為，的取值為，本次設計轉向齒輪的選為。齒輪齒數(shù)的選取范圍一般為個，本次設計選用齒輪齒數(shù)為，即。齒輪齒條中部嚙合處的，兩端為，由公式： 　　　　　 (3-10)　 式中，為半徑，為半徑，為。又由公式： (3-11) 式中為，取值范圍為，本次設計取。 梯形臂長度的取值范圍是，,根據參考車型的數(shù)據，選用。 將，，代入(4-10) 得出, 因此得出。 因為，， 所以齒輪的齒頂高為： 齒輪的齒根高為： 式中，為徑向變位系數(shù)，此處?。?。 齒頂圓直徑為： 齒根圓直徑為： 3.4.2齒條設計有關參數(shù) 齒條各齒的壓力角的取值范圍是，本次設計取齒條中部的壓力角為，齒條兩端的壓力角為。由公式： 　　　　　 　(3-12) 齒條中間的螺旋角為，齒條兩側的螺旋角為，齒條中間為，兩側部分為，，由，由上面的數(shù)據，因為相互配合的齒輪齒條的必須相等，即。所以，齒輪的為，齒條的為。由這兩個公式可以得出：當一個齒輪具有固定的模數(shù)和固定的壓力角與一個齒條模數(shù)是可變的和壓力角也是可變的齒條相嚙合時，它們嚙合過程中滿足的話，它們就可以相互配合。齒輪在與齒條的中間配合時，這時齒輪的法向模數(shù)為,由公式：可得出；齒輪在齒條的兩側配合時，由公式：可得出。齒輪的齒數(shù)z的數(shù)值為，方向盤可轉動的圈數(shù)最大為圈，求得齒條的在實際中使用到的齒數(shù)為個。 3.5　轉向傳動機構的設計計算與強度校核 3.5.1轉向梯形的設計與計算 齒輪齒條轉向器的空間放置方法如下圖3-1，因為本次設計的車型為微型客貨兩用車，由于這種車型中駕駛員的所在的位置也相對較高，而方向盤應該處于駕駛員的胸前位置才能方便控制方向盤。所以如果轉向器的位置太靠后，就需要萬向節(jié)把轉向軸轉移很大的一個角度，這樣轉向軸就需要占用很大的空間，使駕駛員腿部空間減小，對汽車其他結構的構造也會產生不好的影響。所以采用轉向器前置的形式會比較合適，減少了轉向軸的長度，節(jié)省了一部分空間，也使駕駛員駕駛更舒適[5]。 圖3-1 齒輪齒條轉向器的空間布置方式 為了滿足車輪純滾動條件，轉向時所有車輪必須同一點為圓心，運行軌跡是同心圓。兩個轉向輪的偏轉角度不同，但轉角滿足下式： (3-13) 式中：β——外輪轉角 α——內輪轉角 M——轉向軸兩軸主銷中心距 L——車輛前后軸軸距 當梯形臂長度為時，梯形底邊是確定值，確定梯形只需選用合適的梯形底角值。用CAD做幾組曲線進行對比，選出最合適的底角值，根據梯形底角和梯形臂長度m，用作圖法做出α與β的一組對應值，得到轉角的偏差值△β。如果偏差值△β大于允許偏差，則需重新選擇梯形參數(shù)，重新作圖；如果偏差值△β小于允許偏差，說明轉向梯形所選參數(shù)合理。通?！鳓轮颠x用1~3°。 選用合適的值，用CAD作圖法體現(xiàn)出來的轉向節(jié)的轉動圖示，選取最合適的取值，即：梯形底角的值為，采用齒輪齒條式轉向器時，轉向器通過螺栓連接，固定在橫拉桿上，使轉向器在轉向時齒條產生的位移傳遞給橫拉桿。使橫拉桿作為轉向梯形的上底邊。還需要橫拉桿長度，此時橫拉桿長度為mm，轉向器的長度設計為mm。 圖3-2 CAD作圖法轉向梯形 3.5.2轉向傳動機構元件的強度校核 1.球頭銷的強度校核 球頭銷又稱球鉸鏈、球接頭，是轉向橫拉桿和轉向節(jié)臂之間的連接件。主要作用是實現(xiàn)車輪上下跳動和轉向運動。因為汽車轉向時橫拉桿帶動轉向節(jié)臂運動，所以球頭銷就會產生磨損。球體結構在轉動磨損中逐漸發(fā)生損壞，球體難以轉動，導致汽車轉向困難甚至失靈。所以應該計算球頭銷的是否滿足強度要求。 常用公式： (3-14) 式中為作用在球頭銷上的力； 為通過球垂直于力方向上平面內的球載部分投影的面積。 球頭銷的使用材料有：、或者、制造，它的許用應力為，在設計初期，可以根據下表數(shù)據選擇,球頭銷上所受的的力為： ， 所以球頭銷上的應力為： ，符合強度要求。 2.轉向橫拉桿的強度校核 為了保證車輛的負荷最小，轉向橫拉桿的重量應比較輕。但是也必須滿足校核要求。在本次設計中橫拉桿材料采用鋼，實心鋼管直徑選取的數(shù)據為,長度由上文中數(shù)據，，。 由材料力學公式得： 由于，所以這里不能采用。 由上文中計算得知，汽車在普通道路上行駛中轉向輪的，則橫拉桿受到的力為： 由材料力學可知： 所以，＞的取值范圍，滿足安全性要求。  第四章 懸架結構方案分析 4.1 懸架的功用 懸架是將車軸（或車輪）通過彈簧連接在車體（或車架）上的結構，傳遞作用在它們之間的一切力和力矩，并與其它部件構成可動的機構。 懸架系統(tǒng)的作用包括輸送作用在車軸和車架之間所有的力和力矩（反力和反力矩）；使顛簸的道路導致汽車發(fā)生的搖晃和震顫削弱減小，從而讓汽車有平穩(wěn)前行的條件，提升乘坐者的舒適度；使車體的振動在懸架的結構中快速削弱。 懸架系統(tǒng)的作用是非常重要的，懸架系統(tǒng)的優(yōu)良與否直接影響到駕駛員和乘客的乘車體驗。這同時也是購買者認可的一項重要指標，如果駕駛或乘坐的舒適性沒有滿足購買者的需求，那么產品就會被購買者拒絕。所以在設計過程中應盡可能減小路面對駕駛員和乘客的影響，減小沖擊，使乘坐者在乘坐過程中感覺相對舒適，這就需要降低懸架的剛度。但降低懸架剛度會降低車的整體穩(wěn)定性，所以應設置合適的數(shù)值，平衡二者間的關系。 4.2 懸架系統(tǒng)的組成 現(xiàn)在的汽車公司會給不同車型，不同車種，設置不同的懸架類型。但懸架系統(tǒng)的大致構造是一樣的。彈性元件、減振器起到緩沖、減振的作用；傳力裝置、橫向穩(wěn)定器負責力的傳遞；緩沖塊等幾部分起到了限位作用和控制車輛側傾角的作用等。 彈性元件主要形式包括鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等幾種形式。因為螺旋彈簧的造價低廉，體積較小，重量較輕，所以現(xiàn)在的轎車大多用的是螺旋彈簧。這種彈簧減少了汽車的生產成本，為汽車內部節(jié)省了許多空間，同時這種彈簧元件無需潤滑，方便使用安裝。一些高級轎車采用了空氣彈簧，會使乘坐更舒適，但這種彈簧形式生產價格較高。 減振器的目的是把汽車行駛中產生的震動通過減震器內液體的摩擦轉換成熱能散發(fā)出去。減振器有兩種結構形式，一是搖臂式減振器，二是筒式減振器。搖臂式減震器受溫度影響較為嚴重，筒式減震器工作性能較為穩(wěn)定，一般汽車都采用這種筒式減震器形式。減震器是懸架系統(tǒng)中最精密和復雜的機械件。本次設計采用雙筒式液壓減震器。 導向機構包括控制臂和推力桿等?？刂票垡步袛[臂，一邊與車身連接，一邊用球頭銷與車輪連接。用來傳遞車身和車輪之間的力和力矩。推力桿常用管件、鍛件或鋼板沖壓件。 為了乘坐者乘坐過程中的舒適性，懸架剛度一般設置得較低，會影響到汽車的行駛穩(wěn)定性。于是設置了橫向穩(wěn)定桿，提高懸架傾斜角剛度，減小車身傾角。一般為了使汽車有不足轉向特性，應使前懸架的傾斜角比后懸架的傾斜角大一些。 現(xiàn)代汽車懸架日新月異，目前有許多新型懸架，可以更好的發(fā)揮汽車的性能。目前一部分汽車安裝了主動懸架，這種結構的懸架可以自適應的調整懸架剛度，控制懸架的垂直震動，是傳統(tǒng)的被動懸架難以企及的。被動懸架只能被動的減小路面對汽車的影響，而不能真正的解除這種影響。這種懸架形式目前還在研究中，但以后的車型中很有可能用主動懸架這種新科技取代被動懸架。 4.3 懸架的類型及其特點 汽車的懸架按照系統(tǒng)的組成，有如下圖所示兩種基本形式： 4.3.1非獨立懸架和獨立懸架 圖 4-2 非獨立懸架 圖4-3 獨立懸架 如圖為非獨立懸架和獨立懸架的示意圖。如圖可以看出，非獨立懸架的車軸是一體的，而獨立懸架是相對分開的。地面的凹凸不平，對非獨立懸架影響較大，但對獨立懸架影響較小。 1、 獨立懸架的分類 目前大部分汽車的前懸架基本上都選取了獨立懸架系統(tǒng)，因為這種懸架所受路面干擾較小，是汽車行駛更為平穩(wěn)。獨立懸架系統(tǒng)中應用最多的是雙橫臂式和滑柱連桿式（也稱為麥弗遜式）。 1）雙橫臂式 是用上下擺臂分別將左右車輪與車架或車身連接起來的懸架形式。這種懸架的本質是由上下擺臂組成的一個不等長的四桿機構。 圖5-4 雙橫臂式獨立前懸架 這種獨立懸架多用在轎車和輕型車的前懸架，擺臂通常為A字型或V字型。 優(yōu)點是汽車操縱性高，減震器的負荷小，發(fā)動機罩高度低。缺點是結構略為復雜，占用空間大，造價成本高。 2）麥弗遜式 是將減振器作為滑動立柱，與下擺臂組成的懸架形式。這種懸架形式在轎車中廣泛應用，因為它為發(fā)動機提供了更大的空間，對車架結構也非常有利。為了減小滑動立柱的摩擦阻力，有些螺旋彈簧和滑動立柱不在同一直線上。 圖5-5 麥弗遜式獨立前懸架 麥弗遜式懸架可以看做一個將上擺臂等效替換的雙橫臂式獨立懸架。增加了內部空間，這種懸架形式對前置驅動汽車來說好處極大。 麥弗遜獨立懸架的優(yōu)點是懸架性能好，減振器安裝在螺旋彈簧內部，減少了所占空間，結構簡單緊湊，制造成本低，技術成熟?，F(xiàn)在大多數(shù)轎車都采用了這種懸架形式。 缺點是懸架剛度較低，穩(wěn)定性不夠，可以采用增設橫向穩(wěn)定器的方法彌補。 考慮到現(xiàn)在汽車普遍應用這種形式的懸架，本次設計也選用了麥弗遜獨立懸架，這種懸架性能好，為發(fā)動機和其他汽車結構節(jié)省了更多空間，同時使車輛的重心比較低，來保證駕駛的安全性。 圖4-6 奧迪弗遜式前懸架轎車示意圖  第5章 前懸架的設計計算 5.1彈簧的設計計算 5.1.1彈簧形式的選擇 懸架的彈簧類型選擇普通圓柱螺旋彈簧，彈簧的材料一般選擇60Si2MnA、50CrVA、60SiCrVA等，直徑的選取范圍是。為了提高螺旋彈簧的使用壽命，需要進行塑形預壓縮，使其在之后的實際應用中不易發(fā)生塑性變形；再進行淬火回火和噴丸強化等處理，提高使用壽命。 選取為的彈簧鋼絲 ，彈簧材料選擇60Si2MnA。彈簧的基本數(shù)據如下： ； ； ； 剪應力； 彈簧的許用切應力為。 5.1.2 彈簧參數(shù)的計算 1.圓柱螺旋彈簧主要參數(shù)的確定： 由上文計算的數(shù)據，汽車只有車重時前半部分所承受重量為,載人載貨時前半部分所承受重量為，前懸架重量初定，輪胎的重量大致選用，所以： 懸架中每個彈簧在只有車重時的載重（空載）： 載人載貨時的載重（滿載）； 旋繞比C的取值一般在4~16范圍內，初選旋繞比，代入 曲度系數(shù) -，參考同類車型取。 ，由于彈簧中間還需要安裝減震器，需要留出足夠的空間，取。 此時旋繞比， 2.彈簧變形和剪應力計算 （5-1） 其中：； ，此處??； ，此處?。? ，此處取； ，此處取n=9； ：總圈數(shù)為 G為剪切彈性模數(shù)，一般取； 由公式求得 代入（5-1）公式得：彈簧剛度 其它參數(shù)如下表所示： 表5-1 彈簧參數(shù)表 節(jié)距p ， 取 滿載靜 由上述計算數(shù)據可知，車輛在滿載時行駛，遇到路途顛簸時，彈簧還有134-120=14mm的預留空間。這時減震彈簧、減震器和減震塊一起工作，彈簧先吸收一部分力，減振器產生相反的阻尼力。在懸架彈簧壓縮到壓并高度之前，減震塊和車架接觸，防止懸架系統(tǒng)被破壞，吸收沖擊載荷，對螺旋彈簧和阻尼器起到防止震動幅度過大造成破壞的作用。 5.1.3 彈簧的校核 ①檢驗穩(wěn)定性 滿足要求 ②檢驗疲勞強度 （5-2） （5-3） 滿足要求 318為彈簧材料的脈動循環(huán)剪切疲勞極限 ③共振驗算 彈簧自振頻率 符合要求[7] 5.2 減振器的結構原理及其功用 5.2.1減振器的作用 減振器又稱為阻尼器。它的作用是在車輛行駛時，產生阻尼力，迅速衰減汽車行駛過程中產生的震動，增加汽車行駛的平順性，減小乘客在乘坐時感受到的來自路面的顛簸。減振器是懸架的重要零部件。由于汽車整體構造和懸架形式的不同而導致減震器放置的位置也多種多樣[8]。下圖為麥弗遜獨立懸架中減振器的放置位置示意圖。減振器放置在螺旋彈簧中間的空隙中。 圖5-1 減振器的放置位置示意圖 由于道路顛簸，車輪在經過起伏的過程中，對車架產生沖擊力，汽車就會產生振動。汽車行駛中這種持續(xù)的振動會降低乘坐著和駕駛員的乘坐舒適度。使用減振器就是為了讓汽車產生的振動迅速減少。但減振器的功能不僅有衰減振動，還能提升車輛的駕駛平順性。它對汽車整體的其它部分的影響下圖所示： 圖5-2 減振器對汽車整體綜合性能的影響曲線圖 減振器的作用有；較快減弱道路顛簸產生的震動； 讓乘坐者感覺更加舒適，載貨不容易產生磕碰 ；減弱車體各部分所受的破壞力，降低零件磨損，使汽車使用壽命更久 ；減小車輪相對地面高度的位移，減小汽車在高速行駛時輪胎的顛簸，減小車身傾角的變化。而且減振器可以減少汽車車身動載荷，從而達到汽車使用期更久的目的。 5.2.2 減振器的結構 減振器由兩個腔體構成，由活塞相隔，腔體中裝滿了油液。下圖為雙向作用筒式液壓減振器的基本結構 ： 圖5-3 雙向作用筒式液壓減振器 5.2.3 減振器的工作原理 車輛行進過程中車身和車輪產生振動時，由減振器的和振動的車體相連，在腔體內部的油液隨車體進行振動的過程中，減振器油腔里面的液體來回的從一部分通過很多極細的阻尼孔進入另一部分。在這個過程中，油液經過阻尼孔時產生的粘性摩擦產生了與振動相反的阻力，使振動減弱。使車輛振動產生的能量轉化成了熱能，之后被減振器內部液體和減振器殼體等所吸收之后散發(fā)到周圍空氣。簡而言之，減振器將動能轉化成熱能散發(fā)出去[9]。 5.2.4 減振器主要尺寸的確定 1.選取相對阻尼系數(shù) 壓縮行程時的相對阻尼系數(shù)為，伸張行程時的相對阻尼系數(shù)為。 在選取合適的時，如果的取值較大的話，雖然可以讓振動消失的比較快卻也將道路的顛簸帶給車架，使人感覺乘坐時起伏不定；如果值選的太小，車架的振動一直持續(xù)，也會影響乘坐者的舒適性。為了平衡減振器的影響，也避免了路面帶給車架過大的振動，應使比更大，總的來說與的關系如下式： 在確定它們的取值之前，先確定和的，計算沒有內部摩擦的螺旋彈簧懸架形式，取。本次設計取， 取 （5-4） 則 （5-5） 由①、②公式解得： 2.減振器阻尼系數(shù)的確定 （5-6） 其中：是。 當減振器放置在有一定的偏轉角度時，這種情況能以如下公式計算： 3.最大卸荷力的確定 為了降低車體振動對乘坐者的影響，一個閥值的時候，就需要啟動卸荷閥開始工作，這個臨界的活塞的振動幅度就是，它的一般的取值范圍是，本次設計取。 在為： 4. 工作缸直徑D的確定 由下列公式計算： (5-7) ，取值范圍是，?。? ：減震器的，。 得出： 減震器的工作剛直徑D有等幾種尺寸，需要按標準選用。本次設計取。 ， 本次設計取，材料選用20鋼。 5.3橫向穩(wěn)定器 為了使汽車行駛更加平順，懸架剛度會被設計的很低，汽車行駛的穩(wěn)定性會因此受到影響。為了提高懸架的側傾角剛度，降低車身角，應該設計結構中增加橫向穩(wěn)定器（也叫橫向穩(wěn)定桿）這一結構。如下圖所示桿式橫向穩(wěn)定器的結構組成示意圖： 圖5-4 橫向穩(wěn)定器的構造 　　當左右車輪高度相等，橫向穩(wěn)定器不起作用；車輪相對水平存在一定角度時，一邊的車輪向上移動，穩(wěn)定器的這一邊結尾也隨著車輪的移動而向上移動，而另一側車輪較低，橫向穩(wěn)定桿的相應這一邊結尾相對于車輪向下移動，橫向穩(wěn)定桿的中部的相對高度不變，但橫向穩(wěn)定桿中部受到了扭轉，所以橫向穩(wěn)定器就相當于一個彈簧，減小了懸架的形變，增加了懸架的剛度。這種就可以，減少了懸架中螺旋彈簧的壓縮，也減小了車身的和剛度，同時使汽車具有不足轉向特性。 圖5-5 橫向穩(wěn)定桿裝置的工作原理示意圖 結 論 通過兩個月的努力，畢業(yè)設計終于完成了。本次設計研究了微型客貨兩用車前懸架和轉向系的設計計算。通過完成拆裝實驗和查找相關參考文獻，了解了前懸架和轉向系的結構，對微型客貨兩用車的前懸架和轉向系的總體進行了研究。本文的轉向系因為需要駕駛員施加到方向盤的手力不大，所以采用了機械式轉向系。轉向器采用了齒輪齒條轉向器，齒輪齒條式轉向器的優(yōu)點是剛性大，占用空間小，重量輕，且成本低廉，對路面狀態(tài)反應靈敏。通過圖表法設計了轉向梯形，通過轉向梯形的數(shù)據得出了橫拉桿長度。本次前懸架設計采用了受路面影響較小的獨立懸架，懸架形式采用了目前應用廣泛的麥弗遜式懸架，它的的優(yōu)點是懸架性能好，減振器安裝在螺旋彈簧內部，減少了所占空間，結構簡單緊湊，制造成本低，技術成熟，彈簧形式采用了螺旋彈簧。 本次設計采用的懸架和轉向系設計都采用了節(jié)省空間的結構。這對微型客貨兩用車的空間設計好處極大。購買者對微型客貨兩用車的載貨空間要求很高，所以需要節(jié)省車內的每一部分空間來為載貨空間做鋪墊。微型客貨兩用車的市場很大，所以新型載貨空間大的設計是很有必要的，這也是本次設計的目的。  參考文獻 [1] 《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊.設計篇.北京：人民交通出版社，2001.6. 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