廣西科技大學(xué)（籌）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)課題名稱 汽車懸架設(shè)計(jì) 院 別 汽車與交通學(xué)院 專 業(yè) 車輛工程 班 級(jí) 車輛083 學(xué) 號(hào) 2008002051* 姓 名 指導(dǎo)教師 2012年 5月 18日摘 要 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它把車架（或車身）與車軸（或車輪）彈性的連接起來(lái)。它最主要的功能是傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的一切力和力矩，緩和路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證汽車的行駛平順性。本文是在奧迪R8 5.2L FSI quattro 2010款轎車前懸架基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，目的是為了考察大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果并為將來(lái)走向工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。所做的說(shuō)明書(shū)中包括轎車前懸架的選型、減振器的選型及計(jì)算、彈性元件形式的選擇計(jì)算及選型、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)計(jì)算和車輪定位參數(shù)的確定。經(jīng)過(guò)查閱大量的資料，以及結(jié)合所學(xué)知識(shí)，對(duì)該前懸架進(jìn)行了方案論證、結(jié)構(gòu)方案分析以及設(shè)計(jì)計(jì)算。設(shè)計(jì)中包括了減振器、彈性元件和橫向穩(wěn)定桿各項(xiàng)參數(shù)的確定，包括主要參數(shù)的選擇計(jì)算、受力情況、強(qiáng)度校核等。在最后，對(duì)本次設(shè)計(jì)做出總結(jié)。設(shè)計(jì)中包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CATIA建模（零件圖、裝配圖），計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD繪圖(零件圖)折合1.5張A0圖紙，手繪一張A1圖紙，翻譯外文資料一份，編輯說(shuō)明書(shū)一份。關(guān)鍵詞:雙橫臂獨(dú)立懸架 導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 減震器 螺旋彈簧 橫向穩(wěn)定桿ABSTRACT The suspension is one of the modern automobile assembly, frame (or body) and the axle (or wheel) flexible connection up. Its primary function is to pass the role of force and torque between the wheels and the frame (or body) to ease the load of the road to pass the impact of the frame (or body), the attenuation caused by the vibration of the bearing system ensure riding comfort.This article is based on the AUDI Spyder 5.2 FSI quattro car front suspension , the purpose is to lay a solid foundation for the future go to work for the learning outcomes of the inspection four years of college. Made to the instructions included in the suspension in the front of the car selection, the selection and calculation of the shock absorber, the choice of the form of the elastic element calculation and selection, guiding mechanism design, design and calculation of the stabilizer bar and wheel alignment parameters to determine . Access to large amounts of data, and combine the suspension of the former demonstration program, the structure of program analysis and design calculations. The design includes a shock absorber, the elastic element and the horizontal stabilizer of the parameters identified, including the choice of the main parameters to calculate the forces and strength check. Finally, make a summary on the design.Catia modeling of computer-aided design (parts and assembly drawings), computer-aided design CAD drawing (drawing) equivalent to 1.5 A0 drawings, hand-painted an A1 drawings, translate foreign data copy editing a manual included in the design.KEY WORDS: double wishbone suspension，guide mechanism，absorber，absorber springs，stabilizer bar目 錄摘 要a目 錄I緒 論11.1汽車懸架概述11.2論文研究的背景及意義21.3 畢業(yè)論文研究?jī)?nèi)容2第2章汽車懸架概述32.1懸架基本概念32.1.1懸架概念32.1.2懸架最主要的功能32.1.3懸架基本組成32.1.4懸架類型42.2懸架系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)的領(lǐng)域42.3懸架設(shè)計(jì)要求42.4懸架的主要特性52.4.1 懸架的垂直彈性特性52.4.2 減振器的特性62.5 本章小結(jié)6第3章懸架對(duì)汽車主要性能的影響73.1懸架對(duì)汽車平順性的影響73.1.1懸架彈性特性對(duì)汽車行駛平順性的影響73.1.2懸架系統(tǒng)中的阻尼對(duì)汽車行駛平順性的影響103.1.3非簧載質(zhì)量對(duì)汽車行駛平順性的影響113.1.4改善平順性的主要措施123.2懸架與汽車操縱穩(wěn)定性123.2.1 汽車的側(cè)傾123.2.2側(cè)傾時(shí)垂直載荷對(duì)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響143.3本章小結(jié)16第4章懸架主要參數(shù)的確定174.1 懸架靜撓度的計(jì)算174.2 懸架動(dòng)撓度的計(jì)算17第5章雙橫臂獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)195.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求195.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)195.2.1側(cè)傾中心195.2.2側(cè)傾軸線205.2.3縱傾中心205.2.4懸架橫臂的定位角215.2.5縱向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案215.2.6橫向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案225.2.7水平面內(nèi)上、下橫臂擺動(dòng)軸線的布置方案235.2.8上、下橫臂長(zhǎng)度的確定245.3 前輪定位參數(shù)與主銷軸的布置255.3.1主銷偏移距255.3.2四個(gè)前輪定位參數(shù)的初步選取26第6章彈性元件的計(jì)算286.1 螺旋彈簧的剛度286.1.1螺旋彈簧的剛度286.1.3彈簧校核316.2 小結(jié)31第7章振器的結(jié)構(gòu)類型與主要參數(shù)的選擇327.1 減振器的分類327.2 雙筒式液力減振器工作原理327.3 減震器參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算357.3.1相對(duì)阻尼系數(shù)的確定357.3.2減震器阻尼系數(shù)的確定357.3.3減震器最大卸荷力的確定367.3.4減震器工作缸直徑的確定37第8章橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)計(jì)算398.1 橫向穩(wěn)定桿的作用398.2 橫向穩(wěn)定桿參數(shù)的選擇39第9章導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的仿真設(shè)計(jì)419.1 仿真設(shè)計(jì)及分析419.1.2前輪外傾角（camber）變化439.1.3前輪前束角（toe）的變化439.1.4主銷內(nèi)傾角（kingpin）的變化449.1.5車輪跳動(dòng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向角的變化449.1.6車輪跳動(dòng)對(duì)輪距的影響459.1.7抗點(diǎn)頭（anti-dive）459.1.8抗舉升（anti-lift）469.1.9磨胎半徑46第10章CATIA三維軟件繪圖47結(jié) 論52致 謝53參考文獻(xiàn)54附 錄55緒 論1.1 汽車懸架概述懸架由彈性元件、導(dǎo)向裝置、減振器、緩沖塊和橫向穩(wěn)定器等組成1。導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向桿系組成，用來(lái)決定車輪相對(duì)于車架(或車身)的運(yùn)動(dòng)特性，并傳遞除彈性元件傳遞的垂直力以外的各種力和力矩。當(dāng)用縱置鋼板彈簧作彈性元件時(shí)，它兼起導(dǎo)向裝置作用。緩沖塊用來(lái)減輕車軸對(duì)車架(或車身)的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過(guò)大的變形。裝有橫向穩(wěn)定器的汽車，能減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)車身的側(cè)傾角和橫向角振動(dòng)。根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，汽車懸架可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩大類。非獨(dú)立懸架的鮮明特色是左、右車輪之間由一剛性梁或非斷開(kāi)式車橋聯(lián)接，當(dāng)單邊車輪駛過(guò)凸起時(shí)，會(huì)直接影響另一側(cè)車輪。獨(dú)立懸架中沒(méi)有這樣的剛性梁，左右車輪各自“獨(dú)立”地與車架或車身相連或構(gòu)成斷開(kāi)式車橋，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可細(xì)分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等等。它的主要功用如下2：1 緩和、抑制由于不平路面所引起的振動(dòng)和沖擊，以保證汽車的行駛平順性；2 迅速衰減車身和車橋(或車輪)的振動(dòng)；3 傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的各種力(驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力、橫向力)和力矩(制動(dòng)力矩和反作用力矩)；4 保證汽車行駛穩(wěn)定性。為了完成1、2項(xiàng)功能，懸架使用了彈簧和減震器。汽車懸架常用的彈性元件有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、橡膠彈簧及空氣彈簧等。減震器有多種形式，現(xiàn)在最常用的是筒式減震器。為了完成3、4項(xiàng)功能，懸架采用了適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向桿系把車架(車身)與車軸(車輪)聯(lián)接起來(lái)。導(dǎo)向桿系有多種形式，可單獨(dú)用其中的一種，也可將幾種配合起來(lái)使用。鋼板彈簧懸架中的鋼板彈簧不僅用作彈性元件而且兼起導(dǎo)向的作用。為了減輕車軸對(duì)車架(或車身)的直接沖撞，采用了緩沖塊。為了減小車身的側(cè)傾角，有的汽車還裝有橫向穩(wěn)定桿。鋼板彈簧簡(jiǎn)介鋼板彈簧是汽車懸架中應(yīng)用最廣泛的一種彈性元件，它是由若干片等寬但不等長(zhǎng)（厚度可以相等，也可以不相等）的合金彈簧片組合而成的一根近似等強(qiáng)度的彈性梁。當(dāng)鋼板彈簧安裝在汽車懸架中，所承受的垂直載荷為正向時(shí)，各彈簧片都受力變形，有向上拱彎的趨勢(shì)。這時(shí)，車橋和車架便相互靠近。當(dāng)車橋與車架互相遠(yuǎn)離時(shí)，鋼板彈簧所受的正向垂直載荷和變形便逐漸減小，有時(shí)甚至?xí)聪?。主片卷耳受力?yán)重，是薄弱處，為改善主片卷耳的受力情況，常將第二片末端也彎成卷耳，包在主片卷耳的外面，稱為包耳。為了使得在彈性變形時(shí)各片有相對(duì)滑動(dòng)的可能，在主片卷耳與第二片包耳之間留有較大的空隙。有些懸架中的鋼板彈簧兩端不做成卷耳，而采用其他的支撐連接方式，如橡膠支撐墊。扁平長(zhǎng)方形的鋼板呈彎曲形，以數(shù)片疊成底盤(pán)用彈簧，一端以梢子安裝在吊架上，另一端使用吊耳連接到大梁上，使彈簧能伸縮。目前適用于中大型的貨卡車上。1.2論文研究的背景及意義國(guó)內(nèi)汽車懸架彈簧生產(chǎn)企業(yè)160余家，遍布全國(guó)各地，具有規(guī)模的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)(生產(chǎn)規(guī)模在0.8萬(wàn)噸以上)約80余家。產(chǎn)品質(zhì)量水平剛達(dá)到國(guó)外先進(jìn)國(guó)家90年代水平。大部分企業(yè)規(guī)模較小，生產(chǎn)集中度低，散亂差問(wèn)題較嚴(yán)重。其中真正形成大規(guī)模、大批量生產(chǎn)的企業(yè)為數(shù)不多，大多仍停留在簡(jiǎn)單生產(chǎn)工藝的水平上，產(chǎn)品成本較高，難以參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。國(guó)內(nèi)能夠生產(chǎn)高檔次汽車鋼板懸架彈簧的企業(yè)只有4家：一汽集團(tuán)遼陽(yáng)汽車彈簧廠、東風(fēng)汽車懸架彈簧有限公司、重慶紅巖汽車彈簧廠、山東汽車彈簧廠，他們都具有生產(chǎn)多種疊片簧、漸變剛度彈簧、少片變截面鋼板彈簧和雙曲率半徑及平直段的汽車鋼板彈簧的能力。國(guó)內(nèi)能夠同時(shí)生產(chǎn)客車、貨車、轎車懸架彈簧的廠家只有三個(gè)：一汽集團(tuán)遼陽(yáng)汽車彈簧廠、東風(fēng)汽車懸架彈簧有限公司、山東汽車彈簧廠。自主開(kāi)發(fā)是中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的保障。我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)初具規(guī)模，但是面臨著能源緊張、技術(shù)落后、自主品牌嚴(yán)重缺乏以及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)加劇帶來(lái)的壓力。我國(guó)的汽車產(chǎn)業(yè)要加速、持續(xù)和健康的發(fā)展，并成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，必須堅(jiān)持產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，選擇面向自主發(fā)展具有中國(guó)特色的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新模式，推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)、技術(shù)的進(jìn)步、以及民族品牌的崛起。所以為了適應(yīng)汽車產(chǎn)業(yè)的自主開(kāi)發(fā)道路，對(duì)懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算并進(jìn)行推廣交流顯得尤為重要。1.3 畢業(yè)論文研究?jī)?nèi)容本文主要對(duì)高級(jí)轎車前懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。1 雙橫臂獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹雙橫臂導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，確定雙橫臂主要參數(shù)的過(guò)程和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程。2 對(duì)螺旋彈簧進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析介紹鋼板彈簧懸架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析方法和過(guò)程。3 最后以?shī)W迪R8四驅(qū)車車型為例設(shè)計(jì)前懸架雙橫臂螺旋彈簧獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)，并對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析。第2章 汽車懸架概述懸架是汽車的車架與車橋或者車輪之間的一切傳力、連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力矩，并且緩沖衰減由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊，以保證汽車能平順行駛。2.1懸架基本概念2.1.1懸架概念 保證車輪或車橋與汽車承載系統(tǒng)(車架或承載式車身)之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動(dòng)以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱。 2.1.2懸架最主要的功能懸架最主要的功能是傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的一切力和力矩，并緩和汽車駛過(guò)不平路面時(shí)所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證汽車的行駛平順性。為此必須在車輪與車架或車身之間提供彈性連接，依靠彈性元件來(lái)傳遞車輪或車橋與車架或車身之間的載荷，并依靠其變形來(lái)吸收能量，達(dá)到緩沖的目的。采用彈性連接后，汽車可以看作是由懸掛質(zhì)量（簧載質(zhì)量）、非懸掛質(zhì)量(即非簧載質(zhì)量)和彈簧 (彈性元件)組成的振動(dòng)系統(tǒng)，承受來(lái)自不平路面、空氣動(dòng)力及傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)。為了迅速衰減不必要的振動(dòng)，懸架中還必須包括阻尼元件，即減振器。此外，懸架中確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩可靠傳遞并決定車輪相對(duì)于車架或車身的位移特性的連接裝置統(tǒng)稱為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定了車輪跳動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡和車輪定位參數(shù)的變化，以及汽車前后側(cè)傾中心及縱傾中心的位置，從而在很大程度上影響了整車的操縱穩(wěn)定性和抗縱傾能力。2.1.3懸架基本組成3 6懸架主要由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和減振器組成，有些懸架中還有緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿。彈性元件受沖擊后會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的振動(dòng)，使乘坐不適，因此，設(shè)有減振器將振動(dòng)迅速衰減，使振幅迅速減小。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來(lái)確定車輪相對(duì)于車架或車身的運(yùn)動(dòng)，傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。為減少車軸對(duì)車架或車身的直接沖撞，一些汽車懸架上裝有緩沖塊，起限制移動(dòng)行程。橫向穩(wěn)定桿的作用是減少轉(zhuǎn)彎時(shí)車身的側(cè)傾，并提高輪胎對(duì)地面的附著力。2.1.4懸架類型71 根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，汽車懸架可以分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩大類：(1) 非獨(dú)立懸架是左、右車輪之間由一剛性梁或非斷開(kāi)式車橋聯(lián)接，當(dāng)單邊車輪駛過(guò)凸起時(shí)，會(huì)直接影響另一側(cè)車輪。(2) 獨(dú)立懸架中沒(méi)有這樣的剛性梁，左右車輪各自“獨(dú)立”地與車架或車身相連或構(gòu)成斷開(kāi)式車橋，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可細(xì)分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等。 2 按照彈性元件不同所分的種類：鋼板彈簧懸架、螺旋彈簧懸架、扭桿彈簧懸架、空氣懸架以及油氣懸架等。 2.2懸架系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)的領(lǐng)域汽車懸架系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)主要是為了提高汽車整車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。汽車懸架系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)的領(lǐng)域也相應(yīng)地分為兩大部分：一是對(duì)汽車平順性產(chǎn)生主要影響的懸架特性；另一是對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生主要影響的懸架特性。前一部分主要是對(duì)懸架的彈性元件和阻尼元件特性展開(kāi)工作，主要是將路面、輪胎、非簧載質(zhì)量、懸架、簧載質(zhì)量作為一個(gè)整體進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，由于它主要研究的是在路面的反作用力的激勵(lì)下，影響汽車平順性的彈性元件以及阻尼元件的力學(xué)特性，因此可以稱之為懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究。后一部分主要是對(duì)懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，主要是研究在車輪與車身發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如何引導(dǎo)和約束車輪的運(yùn)動(dòng)、車輪定位及影響轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的一些懸架參數(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。這一部分的研究稱為懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究。考慮了彈性襯套等連接件對(duì)懸架性能的影響，則懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)即為懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)。懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)是闡述由于輪胎和路面之間的力和力矩引起的車輪定位等主要懸架參數(shù)的變化特性。這樣懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究就包括了懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)和彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)兩個(gè)方面的內(nèi)容。2.3懸架設(shè)計(jì)要求如前所述，汽車懸架和簧載質(zhì)量、非簧載質(zhì)量構(gòu)成了一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，該振動(dòng)系統(tǒng)的特性很大程度上決定了汽車的行駛平順性，并進(jìn)一步影響到汽車的行駛車速、燃油經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性。該振動(dòng)系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多零部件的動(dòng)載，并進(jìn)而影響到這些零件的使用壽命。此外，懸架對(duì)整車操縱穩(wěn)定性、抗縱傾能力也起著決定性的作用。因而在設(shè)計(jì)懸架時(shí)必須考慮以下幾個(gè)方面的要求8 9： 1 通過(guò)合理設(shè)計(jì)懸架的彈性特性及阻尼特性確保汽車具有良好的行駛平順性，具有較低的振動(dòng)頻率、較小的振動(dòng)加速度值和合適的減振性能，并能避免在懸架的壓縮伸張行程極限點(diǎn)發(fā)生硬沖擊，同時(shí)還要保證輪胎具有足夠的接地能力； 2 合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以確保車輪與車架或車身之間力和力矩可靠傳遞。 3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)與轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)，避免發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，否則可能引起轉(zhuǎn)向輪擺振；4 側(cè)傾中心及縱傾中心位置恰當(dāng)，汽車轉(zhuǎn)向時(shí)具有抗側(cè)傾能力，汽車制動(dòng)和加速時(shí)能保持車身的穩(wěn)定，避免發(fā)生汽車在制動(dòng)和加速時(shí)的車身縱傾(即所謂“點(diǎn)頭”和“后仰”)；5 懸架構(gòu)件的質(zhì)量要小，尤其是其非懸掛部分的質(zhì)量要盡量??； 6 便于布置；7 所有零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和使用壽命； 8 制造成本低； 9 便于維修、保養(yǎng)。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協(xié)調(diào)確定。2.4懸架的主要特性2.4.1 懸架的垂直彈性特性汽車懸架的垂直彈性特性表示作用在懸架上的垂直載荷與在輪軸上方的變形之間的關(guān)系。圖2-1 懸架彈性特性曲線彈性特性上任意點(diǎn)的懸架剛度c，為： (2-1)當(dāng)簧下質(zhì)量固定不變時(shí)，而又無(wú)減震器時(shí)，簧上質(zhì)量的自由振動(dòng)偏頻僅與有效靜撓度有關(guān) (2-2)2.4.2 減振器的特性減振器阻力P與其活塞位移速度y之間的關(guān)系。經(jīng)常用的是雙向作用的，具有非對(duì)稱特性及卸荷閥的減振器。在現(xiàn)有的減振器中，復(fù)原阻力系數(shù)比壓縮阻力系數(shù)要大26倍。減震器的外特性主要指的是阻力-速度特性10，特性圖如下圖。圖2-2 減震器的外特性2.5 本章小結(jié)本章通過(guò)對(duì)懸架的一般基礎(chǔ)知識(shí)的介紹，對(duì)懸架有了初步的認(rèn)識(shí)，了解其分類，功能，設(shè)計(jì)要求，熟悉懸架的彈性特。熟悉本章內(nèi)容，對(duì)后文的分析和設(shè)計(jì)起基礎(chǔ)作用。懸架是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力矩，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的振動(dòng)，以保證汽車能平順行駛。依靠彈性元件來(lái)傳遞車輪或車橋與車架或車身之間的垂向載荷，并依靠其變形來(lái)吸收能量，達(dá)到緩沖的目的。采用彈性聯(lián)接后，汽車可以看作是由懸掛質(zhì)量(即簧載質(zhì)量)、非懸掛質(zhì)量(即非簧載質(zhì)量)和彈簧 (彈性元件)組成的振動(dòng)系統(tǒng)，承受來(lái)自不平路面、空氣動(dòng)力及傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)。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協(xié)商確定。第3章 懸架對(duì)汽車主要性能的影響懸架型式、導(dǎo)向桿系的布置以及懸架參數(shù)的選擇等對(duì)汽車性能的影響，并不是孤立的，而是存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系。為此從不同角度去分析汽車各種性能的影響。3.1懸架對(duì)汽車平順性的影響良好的汽車行駛平順性不僅能保證乘員的舒適與所運(yùn)貨物的完整無(wú)損，而且還可以提高汽車的運(yùn)輸生產(chǎn)率、降低燃油消耗、延長(zhǎng)零件的使用壽命及提高零件的工作可靠性等。目前主要參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2631來(lái)評(píng)價(jià)汽車平順性，它把乘員承受的疲勞-降低工效界限表示為振動(dòng)加速度均方根值隨頻率變化的函數(shù)。對(duì)垂直振動(dòng)而言，人體對(duì)48Hz的振動(dòng)最敏感，所以這一頻帶的界限值最低。為使人體承受的振動(dòng)不超過(guò)規(guī)定的界限值，主要靠懸架來(lái)降低車身振動(dòng)加速度均方根值。在一定隨機(jī)路面不平度的輸入下，車身加速度的均方根值的大小，取決于車身加速度對(duì)路面不平度g的幅頻特性“/g”，與車身在懸架上振動(dòng)的固有頻率n、非周期性系數(shù)及非簧載質(zhì)量m的大小有關(guān)。從下圖可以看出，當(dāng)車身固有頻率越低曲線越低，車身加速度均方根值越小。圖3-1 幅頻特性曲線3.1.1懸架彈性特性對(duì)汽車行駛平順性的影響1)車身固有振動(dòng)頻率11 13若不考慮輪胎和減震器的影響，則車身固有頻率 = Hz (3-1)式中 固有角振動(dòng)頻率，rad/s C懸架剛度，N/m M簧載質(zhì)量，kg由于在靜載荷作用下懸架的靜撓度= (3-2)則 = (3-3)當(dāng)以每秒振動(dòng)次數(shù)表示時(shí)， = Hz (3-4)式中靜撓度（cm）。是指汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷F與此時(shí)的懸架剛度c之比。從上述公式中可見(jiàn)，車身振動(dòng)的固有頻率由簧載質(zhì)量M、懸架剛度c或由懸架靜撓度決定。由試驗(yàn)得知，為了保持汽車具有良好的平順性，車身振動(dòng)的固有頻率應(yīng)接近人體所習(xí)慣的步行時(shí)的身體上、下運(yùn)動(dòng)的頻率11.4Hz(6085次/min)，振動(dòng)的加速度的極限允許值為0.30.4g。從保持所運(yùn)貨物完整性的觀點(diǎn)出發(fā)，車身振動(dòng)加速度也不能過(guò)大，如果車身加速度達(dá)到1g，則未經(jīng)固定的貨物可能離開(kāi)車廂底板。因此為保證所運(yùn)貨物完整無(wú)損，振動(dòng)加速度的極限值不應(yīng)超過(guò)0.60.7g。懸架的動(dòng)撓度是指從滿載靜平衡位置開(kāi)始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形(通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的12或23)時(shí)，車輪中心相對(duì)車架(或車身)的垂直位移。從圖3-1可知，車身固有頻率低于3Hz就可以保證人體最敏感的48Hz處于減震區(qū)。值越低，車身加速度的均方根值越小。但在懸架設(shè)計(jì)時(shí)，值不能選得太低，這主要是值降低，懸架的動(dòng)撓度就增大，在布置上若不能保證足夠大小的限位行程，就會(huì)使限位塊撞擊的概率增加。另外，值選得過(guò)低，懸架設(shè)計(jì)不選取一定措施，就會(huì)增大制動(dòng)“點(diǎn)頭”角和轉(zhuǎn)彎側(cè)傾角，使空、滿載時(shí)車身高度的變化過(guò)大。各種車型車身固有頻率的實(shí)用范圍為：貨車1.52Hz；旅行客車1.21.8Hz；高級(jí)轎車11.3Hz。2 )彈性特性在懸架設(shè)計(jì)中，通常把力和變形的關(guān)系曲線，即車輪受到的垂直外力與由此所引起的車輪中心相對(duì)于車身位移的關(guān)系曲線，稱為懸架的彈性特性曲線，曲線的斜率為懸架的剛度。a、線性彈性特性線性彈性特性，即懸架變形與所受載荷成比例地變化。其剛度G是常數(shù)。一般鋼板彈簧懸架即屬此類。具有線性彈性特性的汽車，在使用中其車身振動(dòng)的固有頻率將隨裝載的多少而改變，尤其是后懸架載荷變化很大的貨車和大客車，這種變化會(huì)使汽車前后懸架的頻率相差過(guò)大，結(jié)果導(dǎo)致汽車車身的猛烈顛簸(縱向角振動(dòng))，因而使汽車行駛平順性變壞。圖3-2 彈性特性曲線a線性彈性特性 b非線性彈性特性b、非線性彈性特性非線性彈性特性的懸架，即懸架的剛度可隨載荷的改變而變化，也稱變剛度懸架。由于剛度c隨載荷而改變，可以使得在載荷變化時(shí)，保持車身振動(dòng)的固有頻率不變，從而獲得良好的汽車行駛平順性。這時(shí)，在曲線上任意點(diǎn)M，必須滿足P=f=常數(shù) (3-5)式中 P特性曲線上任意點(diǎn)M的載荷； 任意點(diǎn)M的懸架剛度；f求剛度時(shí)的次切矩(不是懸架從原點(diǎn)的變形)，也有人稱f為懸架的折算靜撓度； 在靜載荷時(shí)，為汽車獲得較為良好平順性所要求的懸架靜撓度。因?yàn)?= (3-6)可將上式改寫(xiě)成 = (3-7)積分得 ln P=+A (3-8)因?yàn)楫?dāng)f=時(shí)，P=所以 A= ln-1 (3-9)因此 P=這就是說(shuō)，不管載荷如何變，為保持車身固有頻率不變，當(dāng)載荷P等于大于時(shí)，懸架的特性應(yīng)該是按指數(shù)函數(shù)的規(guī)律變化。然而，這種較為理想的彈性特性的懸架是難于實(shí)現(xiàn)的。目前，在懸架設(shè)計(jì)中，只不過(guò)是力求減小固有頻率隨載荷而變化的幅度(或范圍)，從而不同程度地改善汽車行駛平順性。非線性的懸架彈性特性可以采用適當(dāng)?shù)膽壹芙Y(jié)構(gòu)(導(dǎo)向機(jī)構(gòu))或彈性元件(如加輔助彈簧、調(diào)節(jié)彈簧、空氣彈簧等)來(lái)實(shí)現(xiàn)。3.1.2懸架系統(tǒng)中的阻尼對(duì)汽車行駛平順性的影響減震器起衰減振動(dòng)的作用14 16，對(duì)汽車平順性有影響，其主要參數(shù)為阻尼系數(shù)，阻尼系數(shù)的選取要根據(jù)具體汽車的型號(hào)來(lái)選取。下圖是減振器阻尼對(duì)車身振動(dòng)衰減的曲線示圖。圖3-3 減震器阻尼對(duì)振動(dòng)的衰減作用a振動(dòng)完全沒(méi)有衰減的曲線，車身按懸架的固有振動(dòng)頻率不斷振動(dòng)；b有衰減的情況，車身振動(dòng)的振幅逐漸減小。c減振器的衰減能力很強(qiáng)的情況，車身沒(méi)有振動(dòng)，車身的位移很快恢復(fù)到原位。為了衰減車身由路面反饋來(lái)的自由振動(dòng)和抑制車身、車輪、車架等的共振，以減小車身的垂直振動(dòng)所引起的加速度和車輪垂直方向振動(dòng)的振幅(減小車輪對(duì)地面壓力的變化，防止車輪過(guò)于跳離地面)，懸架系統(tǒng)中應(yīng)具有適當(dāng)?shù)淖枘?。?dāng)增大時(shí)，動(dòng)撓度的幅頻特性/在高、低兩個(gè)共振區(qū)幅值均顯著下降，在兩個(gè)共振區(qū)幅值之間變化很小。隨阻尼比增大，在低頻共振區(qū)幅頻特性/峰值下降，車身加速度均方根值，提高平順性。下圖示出了車身加速度、車輪相對(duì)動(dòng)載荷和彈簧行程與阻尼比(相對(duì)阻尼系數(shù))之間的關(guān)系。圖3-4 、和(Z-)與阻尼比的關(guān)系圖中曲線走向表示，只是彈簧行程(Z-)曲線是隨阻尼比單調(diào)變化，阻尼比愈大，所要求的彈簧行程愈小，相反，對(duì)于車身加速度和車輪動(dòng)載而言，可找到一個(gè)最佳阻尼比值。然面對(duì)車身加速度和車輪動(dòng)載的最佳阻尼比值也是不同的，前者為0.18，后者為04以上，故設(shè)計(jì)人員只能從中采取折中方案。3.1.3非簧載質(zhì)量對(duì)汽車行駛平順性的影響由懸架支承的部件、總成等稱為簧載質(zhì)量(或懸掛質(zhì)量)，不是由懸架支承的部分稱為非簧載質(zhì)量(或非懸掛質(zhì)量)。減小非懸掛質(zhì)量，使懸掛質(zhì)量與非懸掛質(zhì)量的比值較大，可以減小高頻共振區(qū)車身振動(dòng)加速度和減少車輪離開(kāi)地面的機(jī)率。因此，在汽車設(shè)計(jì)中，為提高汽車行駛平順性，采用非簧載質(zhì)量較小的獨(dú)立是架更為有利。3.1.4改善平順性的主要措施(1) 增大懸架靜撓度(降低固有頻率)。使其頻率接近人體所習(xí)慣的步行時(shí)的身體上、下運(yùn)動(dòng)的頻率。(2) 盡量減少非簧載質(zhì)量。由頻率公式得到減少非簧載質(zhì)量，進(jìn)而增大了簧載質(zhì)量，同樣有降低汽車固有頻率的效果，從而也有使頻率接近人體習(xí)慣的運(yùn)動(dòng)頻率。(3)配合適當(dāng)?shù)淖枘岷拖尬恍谐獭Ｍㄟ^(guò)減震器來(lái)吸收路面?zhèn)鞯杰嚿系恼駝?dòng)能量，使汽車振動(dòng)得到衰減。3.2懸架與汽車操縱穩(wěn)定性所謂的汽車操縱穩(wěn)定性，是指汽車能正確地按照駕駛員通過(guò)操縱轉(zhuǎn)向系所確定的方向行駛，且在外力干擾下，能保持穩(wěn)定或經(jīng)過(guò)干擾后在一定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)工況的性能。影響操縱穩(wěn)定性的主要參數(shù)是車輪偏離角、前輪定位角、導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性。當(dāng)汽車曲線行駛時(shí)，在離心力的作用下，由于輪胎的橫向彈性和前、后懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)特性，一般會(huì)使轉(zhuǎn)彎半徑發(fā)生變化。在離心力的作用下，使轉(zhuǎn)彎半徑變大的特性稱為不足轉(zhuǎn)向，反之，稱為過(guò)度轉(zhuǎn)向。3.2.1 汽車的側(cè)傾1 )車身側(cè)傾軸線車身相對(duì)地面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)軸線稱為車身側(cè)傾軸線。該軸線通過(guò)車身在前、后軸處橫斷面上的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心，這兩個(gè)瞬時(shí)中心稱為側(cè)傾中心。側(cè)傾中心到地面的距離稱為側(cè)傾中心高度。側(cè)傾中心位置高，它到車身質(zhì)心的距離縮短，可使側(cè)向力臂及側(cè)傾力矩小些，車身的側(cè)傾角也會(huì)減小。但側(cè)傾中心過(guò)高會(huì)使車身傾斜時(shí)輪距變化大，加速輪胎的磨損。2 )懸架的側(cè)傾角剛度懸架的側(cè)傾角剛度是指?jìng)?cè)傾時(shí)(車輪保持在地面上)，單位車身轉(zhuǎn)角時(shí)，懸架系統(tǒng)給車身總的彈性恢復(fù)力偶矩。若令T為懸架系統(tǒng)作用于車身的總彈性恢復(fù)力偶矩，為車身轉(zhuǎn)角，則懸架的側(cè)傾角剛度為=可以通過(guò)懸架的線剛度來(lái)計(jì)算側(cè)傾角剛度。(1) 懸架的線剛度17 18懸架的線剛度指的是車輪保持在地面上,車身作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，單位車身位移時(shí)，懸架系統(tǒng)給車身的總彈性恢復(fù)力。a 非獨(dú)立懸架 具有非獨(dú)立懸架的汽車車身作垂直位移時(shí)所受到的彈性恢復(fù)力，就是彈簧直接作用于車身的彈性力。所以，懸架的線剛度就等于兩個(gè)彈簧線剛度之和。若一個(gè)彈簧的線剛度為 ks,則懸架的線剛度為 ：K=2ks (3-10) 圖3-5非獨(dú)立懸架b 獨(dú)立懸架具有獨(dú)立懸架的汽車車身作垂直位移時(shí)，在垂直方向上車身受到的隨位移而變的力包括兩部分：彈簧直接作用于車身的彈性力在垂直方向的分量和導(dǎo)向桿系約束反力在垂直方向的分量。若能求出車身作垂直位移時(shí)地面作用于輪胎的反作用力，就可以求出懸架的線剛度。即： (3-11)(2) 懸架的側(cè)傾角剛度19車身側(cè)傾時(shí)受到懸架的彈性恢復(fù)力偶矩，可以用等效彈簧的概念來(lái)進(jìn)行分析。車身上一側(cè)受到的彈性恢復(fù)力，相當(dāng)于一個(gè)上端固定于車身，下端固定于輪胎接地點(diǎn)且垂直于地面，具有懸架線剛度的螺旋彈簧施加于車身的彈性力。這個(gè)相當(dāng)?shù)膹椈煞Q為等效彈簧。圖3-6等效彈簧參照上圖3-7，當(dāng)車廂發(fā)生小側(cè)傾角d時(shí)，等效彈簧的變形量為d,故車廂受到的彈性恢復(fù)力偶矩為dT=d懸架側(cè)傾角剛度為 = (3-12)式中 一側(cè)懸架的線剛度；B為輪距。若已知懸架的線剛度，即可算出該懸架的側(cè)傾角剛度。例如，單橫臂獨(dú)立 懸架的側(cè)傾角剛度為 = (3-13)應(yīng)該指出，上面的計(jì)算只適用于小傾角，而且在分析中沒(méi)有考慮導(dǎo)向桿系中鉸接點(diǎn)處彈性村套的影響。實(shí)際轎車的前側(cè)傾角剛度為300-1200Nm（°），后側(cè)傾角剛度為180-700Nm（°）3.2.2側(cè)傾時(shí)垂直載荷對(duì)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響在正常工作狀態(tài)下，汽車左、有車輪的垂直載荷大體上是相等的。但曲線行駛時(shí)，由于側(cè)傾力矩的作用，作用在前、后軸左、右車輪上的垂直反力，將是靜止?fàn)顟B(tài)下的垂直反力及由側(cè)傾引起的垂直反力變動(dòng)量之和。這將使車輪垂直載荷在左、右車輪上是不相等（外側(cè)車輪是增加垂直反力的，而在內(nèi)側(cè)車輪則是減少垂直反力的），將影響輪胎的側(cè)偏特性，導(dǎo)致汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)發(fā)生變化。有的汽車甚至?xí)牟蛔戕D(zhuǎn)向變?yōu)檫^(guò)多轉(zhuǎn)向。垂直載荷的變化對(duì)輪胎側(cè)偏特性有顯著影響20 22。如下圖3-8所示：圖3-7垂直載荷對(duì)輪胎側(cè)偏特性的影響垂直載荷增大后，側(cè)偏剛度隨垂直載荷的增加而加大；但垂直載荷過(guò)大時(shí)，輪胎與地面接觸區(qū)的壓力變得極不均勻，使輪胎側(cè)偏剛度反而有所減小。無(wú)側(cè)向力作用時(shí)，令為車軸左、右車輪的垂直載荷，為每個(gè)車輪的側(cè)偏剛度有側(cè)向力作用時(shí)，設(shè)左、右車輪垂直載荷沒(méi)有發(fā)生變化，則相應(yīng)的側(cè)偏角為：= (3-14)實(shí)際上，在側(cè)向力作用下，左、右車輪垂直載荷均發(fā)生變化。內(nèi)側(cè)車輪減少W，外側(cè)車輪增加W，兩個(gè)車輪的側(cè)偏剛度隨之變?yōu)?、。由于左、右車輪的?cè)偏角相等，故有 =+ (3-15)或 = (3-16)若令=，為垂直載荷重新分配后每個(gè)車輪的平均側(cè)偏剛度，則兩個(gè)車輪的側(cè)偏角為= (3-17)w垂直載荷W側(cè)偏剛度K圖3-8 左右車輪垂直載荷再分配時(shí)側(cè)偏剛度由上圖3-9可知，平均側(cè)偏剛度即為梯形abcd中線ef的高度。顯然>，即>。進(jìn)一步分析可知，左、右車輪垂直載荷差別越大，平均側(cè)偏剛度越小。由此可知，在側(cè)向力作用下，若汽車前軸左、右車輪垂直載荷變動(dòng)量較大，汽車趨向于增加不足轉(zhuǎn)向量；若后鈾左、右車輪垂直載荷變動(dòng)量較大，汽車趨于減少不足轉(zhuǎn)向量一般應(yīng)使汽車有適度的不足轉(zhuǎn)向特性。汽車前軸及后軸左、右車輪載荷變動(dòng)量決定于：前、后懸架的側(cè)傾角剛度、懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量、質(zhì)心位置以及前、后懸架側(cè)傾中心位置等一系列參數(shù)的數(shù)值。3.3本章小結(jié)本章主要介紹了影響汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性的一些主要因素，如影響汽車行駛穩(wěn)定性的有鋼板彈簧的彈性特性、減震器的阻尼系數(shù)、非簧載質(zhì)量等。架型式、導(dǎo)向桿系的布置以及懸架參數(shù)的選擇等對(duì)汽車性能的影響，并不是孤立的，而是存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系。通過(guò)對(duì)本章內(nèi)容得學(xué)習(xí)和研究，知道影響汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性的幾個(gè)因素，知道在設(shè)計(jì)鋼板彈簧懸架時(shí)，應(yīng)該著重考慮這些因素，通過(guò)對(duì)這些因素的分析和研究，了解這些因素是如何影響汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性，從而在設(shè)計(jì)時(shí)綜合各個(gè)方面的知識(shí)，設(shè)計(jì)出使汽車同時(shí)具有適當(dāng)?shù)男旭偲巾樞院筒倏v穩(wěn)定性的鋼板彈簧懸架。第4章 懸架主要參數(shù)的確定4.1 懸架靜撓度的計(jì)算對(duì)于大多數(shù)汽車而言，其懸掛質(zhì)量分配系數(shù)=0.81.2，因而可以近似地認(rèn)為=1，即前后橋上方車身部分的集中質(zhì)量的垂直振動(dòng)是相互獨(dú)立的，并用偏頻，表示各自的自由振動(dòng)頻率，偏頻越小，則汽車的平順性越好。用途不同的汽車，對(duì)平順性的要求是不一樣的。轎車對(duì)平順性的要求最高，客車次之，載貨車更次之。由前面得各種車型車身固有頻率的實(shí)用范圍為：貨車1.52.17Hz；旅行客車1.21.8Hz；高級(jí)轎車11.3Hz。取n=1.0Hz。 懸架的工作行程由靜撓度與動(dòng)撓度之和組成。 由n (4-1)式中 懸架靜撓度（cm）得懸架靜撓度： (4-2) 4.2 懸架動(dòng)撓度的計(jì)算懸架的動(dòng)撓度是指懸架從滿載靜平衡位置開(kāi)始?jí)嚎s到結(jié)構(gòu)允許的最大變形 (通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的1/2或1/3) 時(shí)，車輪中心相對(duì)車架(或車身)的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動(dòng)撓度，以防止在壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰撞緩沖塊。一般：動(dòng)撓度，轎車：79 cm； 大客車：58cm； 貨 車：69cm 。故選擇動(dòng)撓度為8cm即：80mm。為了得到良好的平順性，應(yīng)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。而=250+80=330mm>160mm 符合要求。4.3 懸架剛度計(jì)算本次設(shè)計(jì)車型參考奧迪R8，發(fā)動(dòng)機(jī)中置四驅(qū)。前后懸架采用雙橫臂獨(dú)立懸架。已知：已知整備質(zhì)量：M1=1655kg,取簧上質(zhì)量ma：1555kg,簧下質(zhì)量mb：25×4kg.允許總質(zhì)量：M=1855kg.空載時(shí)前軸單輪軸荷取50%：Ma（M1-mb）×50%2=1222×60%/2=388.75kg滿載時(shí)前軸單輪軸荷取50%：Mb(M-mb)×50%/2=1755×50%/2=438.75kg 表4-1 奧迪R8 5.2 FSI quattro 2010款相關(guān)數(shù)據(jù) 單位mm驅(qū)動(dòng)方式中置四驅(qū)前懸掛類型雙橫臂獨(dú)立懸架整備質(zhì)量1655kg空載前軸軸載質(zhì)量388.75kg滿載質(zhì)量1855kg滿載前軸軸載質(zhì)量438.75kg簧下質(zhì)量25×4kg懸架剛度：=(438.75×9.8)/250=17.199Nmm (4-3)第5章 雙橫臂獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)5.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求對(duì)前輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求是：1） 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。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，車輪不應(yīng)該產(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)傾角小于等于6°7°，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)，有抗后俯作用。對(duì)汽車后輪獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求：1） 懸架上載荷變化時(shí)，輪距無(wú)顯著變化。2） 汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，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(guò)多轉(zhuǎn)向效應(yīng)。此外，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)還應(yīng)有足夠強(qiáng)度，并可靠地傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。5.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)5.2.1側(cè)傾中心雙橫臂式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心由如圖5-1所示方式得出。將橫臂內(nèi)外轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的連線延長(zhǎng)，以便得到極點(diǎn)P，并同時(shí)獲得P點(diǎn)的高度。將P點(diǎn)與車輪接地點(diǎn)N連接，即可在汽車軸線上獲得側(cè)傾中心W。當(dāng)橫臂相互平行時(shí)，P點(diǎn)位于無(wú)窮遠(yuǎn)處。作出與其平行的通過(guò)N點(diǎn)的平行線，同樣可獲得側(cè)傾中心W。圖5-1雙橫臂式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心W的確定圖5-2橫臂相互平行的雙橫臂式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心W的確定本次設(shè)計(jì)采用非相互平行的雙橫臂布置。5.2.2側(cè)傾軸線在獨(dú)立懸架中，前后側(cè)傾中心連線稱為側(cè)傾軸線。側(cè)傾軸線應(yīng)大致與地面平行，且盡可能離地面高些。平行是為了使得在曲線行駛時(shí)前、后軸上的輪荷變化接近相等，從而保證中性轉(zhuǎn)向特性（保證轉(zhuǎn)向特性這并不是唯一的措施）；而盡可能高則是為了使車身的側(cè)傾限制在允許范圍內(nèi)。但是前懸架側(cè)傾中心高度受到允許輪距變化的限制且?guī)缀醪豢赡艹^(guò)150mm（上下擺臂初始角度過(guò)大）。獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心高度推薦值如下：前懸架O120mm；后懸架80150mm。設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定(與輪距變化有關(guān)的)前懸架的側(cè)傾中心高度，然后確定后懸架的側(cè)傾中心高度。當(dāng)后懸架采用獨(dú)立懸架時(shí)，其側(cè)傾中心高度要稍大些。如果用鋼板彈簧非獨(dú)立懸架時(shí)，后懸架的側(cè)傾中心高度要取得更大些。5.2.3縱傾中心雙橫臂式懸架的縱傾中心可用作圖法得出，見(jiàn)圖5-3。自鉸接點(diǎn)E和G作擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)軸C和D的平行線，兩線的交點(diǎn)即為縱傾中心。圖5-3 雙橫臂式獨(dú)立懸架的縱傾中心5.2.4懸架橫臂的定位角獨(dú)立懸架中的擺臂鉸鏈軸大多為空間傾斜布置。為了描述方便，將擺臂空間定位角（圖5-4）定義為：擺臂的水平斜置角，懸架抗前俯角，懸架斜置初始角。圖5-4 、的定義5.2.5縱向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案上、下橫臂軸抗前俯角的匹配對(duì)主銷后傾角的變化有較大影響。圖5-5給出了六種可能布置方案的主銷后傾角值隨車輪跳動(dòng)的曲線。圖中橫坐標(biāo)為（主銷后傾角）值，縱坐標(biāo)為車輪接地中心的垂直位移量Z。角度的取值見(jiàn)圖注，其正負(fù)號(hào)按右手定則確定。圖5-5 -1、2的匹配對(duì)的影響為了提高汽車的制動(dòng)穩(wěn)定性和舒適性，一般希望主銷后傾角的變化規(guī)律為：在懸架彈簧壓縮時(shí)后傾角增大；在彈簧拉伸時(shí)后傾角減小，用以造成制動(dòng)時(shí)因主銷后傾角變大而在控制臂支架上產(chǎn)生防止制動(dòng)前俯的力矩。1 方案：彈簧壓縮后傾角增大，拉伸時(shí)減小；2 方案：彈簧壓縮后傾角增大，拉伸時(shí)減?。?方案：主銷后傾角基本不變化，但抗前俯的作用也最小，現(xiàn)代汽車中采用的較少。4 方案：彈簧壓縮后傾角減小，拉伸時(shí)增大；5 方案：彈簧壓縮后傾角減小，拉伸時(shí)增大；6方案：彈簧壓縮后傾角增大，拉伸時(shí)減小。1，2，6的跳動(dòng)規(guī)律是比較好的，目前被廣泛采用。本次設(shè)計(jì)選擇方案2進(jìn)行設(shè)計(jì)。5.2.6橫向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案比較圖5-6 a、b、c三圖可以清楚地看到，上、下橫臂布置不同，所得側(cè)傾中心位置也不同，這樣就可根據(jù)對(duì)側(cè)傾中心位置的要求來(lái)設(shè)計(jì)上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置方案。 圖5-6 a) b) c)上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置方案本次按照?qǐng)D7）a進(jìn)行設(shè)計(jì)。5.2.7水平面內(nèi)上、下橫臂擺動(dòng)軸線的布置方案上、下橫臂軸線在水平面內(nèi)的布置方案有三種，如圖5-7：圖5-7上、下橫臂軸線在水平面內(nèi)的布置方案下橫臂軸M-M和上橫臂軸N-N與縱軸線的夾角，分別用1與2來(lái)表示，稱為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上、下橫臂軸的水平斜置角。一般規(guī)定，軸線前端遠(yuǎn)離汽車縱軸線的夾角為正，反之為負(fù)；與汽車縱軸線平行者，夾角為零。為了使得車輪在遇到凸起路障時(shí)能夠使車輪一面上跳，一面后退，以減少傳到車身上的沖擊力，還為了便于布置發(fā)動(dòng)機(jī)，多數(shù)前置發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的懸架下橫臂軸線M-M的斜置角1為正，而上橫臂軸N-N的斜置角2則有正、有零或有負(fù)值三中布置方案；如圖中的a、b、c所示。上下橫臂軸斜置角不同的組合方案，對(duì)車輪跳動(dòng)時(shí)前輪定位參數(shù)的變化規(guī)律有很大的影響。如車輪上跳，下橫臂軸斜置角1為正、上橫臂軸斜置角2為負(fù)值或者零值時(shí)，主銷后傾角隨車輪的上跳而增大。如組合方案為上、下橫臂軸斜置角1、2都為正值時(shí)，則主銷后傾角隨車輪的上跳有較少增加甚至減少（當(dāng)1<2時(shí)）。至于采取哪種方案好，要與上下橫臂在縱平面內(nèi)的布置一起考慮。當(dāng)車輪上跳、主銷后傾角變大時(shí)，車身上的懸架支承處會(huì)產(chǎn)生反力矩，有抑制制動(dòng)時(shí)的前俯作用。但是主銷后傾角變得太大時(shí)，會(huì)使支承處反力矩過(guò)大，同時(shí)使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)側(cè)向力十分敏感，容易造成車輪擺振或轉(zhuǎn)向盤(pán)上力的變化。因此，希望乘用車的主銷后傾角原始值為-1°+2°。當(dāng)車輪上調(diào)時(shí)，懸架壓縮10mm，主銷后傾角變化范圍為1040。綜合上述要求，選擇恰當(dāng)?shù)目骨案┙?，?guó)外已根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)制定出一套列線圖，如圖5-8所示。該圖由三組線圖組成：圖5-8a為汽車在不同減速度時(shí)(以重力加速度g百分?jǐn)?shù)表示)，前輪上方車身下沉量與抗前俯率的關(guān)系；圖5-8b為下橫臂擺動(dòng)軸線與水平線夾角不相同時(shí)，主銷后傾角的變化率與抗前俯率的關(guān)系；圖5-8c為不同球銷中心距時(shí)，主銷后傾角的變化率與上、下橫臂擺動(dòng)軸線夾角(一)的關(guān)系。運(yùn)用此圖的步驟如下：先根據(jù)設(shè)計(jì)的允許前俯角(在O5g時(shí)為1º3º)確定，然后找到相應(yīng)的，并在圖5-8b上初選，求出主銷后傾角變化率(推薦懸架每壓縮lOmm時(shí)為1 O40)，如超出范圍，即重新選，直至達(dá)到要求為止。接著可用圖5-8c，先選定球銷中心距，從圖5-8b所定的值與初選的球銷中心距在圖上沿虛線所示的路線找到上、下橫臂的夾角，如布置上允許即認(rèn)為初選成功。此圖適用于軸距2.83.2m，質(zhì)心高為O.58O.6m的轎車。圖5-8 選擇上、下橫臂軸線縱向傾角的線圖充分考慮，本次設(shè)計(jì)按照?qǐng)D5-7b）方案進(jìn)行布置。5.2.8上、下橫臂長(zhǎng)度的確定 雙橫臂式懸架的上、下臂長(zhǎng)度對(duì)車輪上、下跳動(dòng)時(shí)前輪的定位參數(shù)影響很大。現(xiàn)代轎車所用的雙橫臂式前懸架，一般設(shè)計(jì)成上橫臂短、下橫臂長(zhǎng)。這一方面是考慮到布置發(fā)動(dòng)機(jī)方便，另一方面也是為了得到理想的懸架運(yùn)動(dòng)特性。 輪距變化 車輪外傾角 主銷內(nèi)傾角 圖5-9 上、下橫臂長(zhǎng)度之比L1/L2改變時(shí)的懸架運(yùn)動(dòng)特性 上圖為下橫臂長(zhǎng)度L1保持原車值不變，改變上橫臂長(zhǎng)度L2，使L1/L2分別為O.4，O.6，O.8，1.O，1.2時(shí)計(jì)算得到的懸架運(yùn)動(dòng)特性曲線。設(shè)計(jì)汽車懸架時(shí)，希望輪距變化要小，以減少輪胎磨損，提高其使用壽命，因此應(yīng)選擇L1/L2在O6附近；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，這時(shí)應(yīng)選擇L2/L1在1.O附近。綜合以上分析，該懸架的L1/L2 應(yīng)在O.61.O范圍內(nèi)。美國(guó)克萊斯勒和通用汽車分司分別認(rèn)為，上、下擺臂長(zhǎng)度之比取O.7和O.66為最佳。根據(jù)我國(guó)轎車設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，在初選尺寸時(shí)， L1/L2取O.65為宜。本次設(shè)計(jì)選擇L1/L2=0.65進(jìn)行設(shè)計(jì)。5.3 前輪定位參數(shù)與主銷軸的布置筒式減振器上鉸鏈的中心與橫擺臂外端的球鉸鏈中心的連線為麥弗遜懸架的主銷軸線。此結(jié)構(gòu)也為無(wú)主銷結(jié)構(gòu)。5.3.1主銷偏移距圖5-10所示為麥弗遜式前懸架，當(dāng)主銷軸線的延長(zhǎng)線與地面的交點(diǎn)位于輪胎胎冠印跡中心線外側(cè)時(shí)，具有負(fù)的主銷偏移距。rs為磨胎半徑。圖5-10 麥弗遜式前懸架5.3.2四個(gè)前輪定位參數(shù)的初步選取如下表所示： 表5-1 前輪定位參數(shù)表主銷后傾角（圖5-11）主銷內(nèi)傾角（圖5-12）前輪外傾角（圖5-13）前輪前束角（圖5-14） 10