麥弗遜前懸架參數(shù)匹配與運動仿真設(shè)計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 摘 要 現(xiàn)在的人們對汽車的要求越來越高，在獲得良好的動力性和經(jīng)濟性的同時，還要求具有良好的操縱穩(wěn)定性。汽車的操縱穩(wěn)定性是影響汽車行駛安全性的重要性能之一，因此，如何研究和評價汽車的操縱穩(wěn)定性，以獲得良好的汽車主動安全性能一直是關(guān)于汽車研究的一個重要課題。 本文首先對某車型麥弗遜前懸架的結(jié)構(gòu)以及懸架的設(shè)計要求進行了分析 .然后在ADAMS/View模塊中麥弗遜式懸架建模的方法，分析了參數(shù)化懸架模型的方法，并對模型進行了參數(shù)化 ,進行了懸架運動學(xué)仿真分析。分析了懸架各性能參數(shù)（ 主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、車輪外傾 角、車輪前束角和前輪側(cè)向滑移量 ）在車輪跳動過程中的變化趨勢，并指出需要改進的地方。研究多個設(shè)計變量的變化對樣機性能的影響，并總結(jié)規(guī)律，提出優(yōu)化設(shè)計的方案。再次進行仿真，對比分析了優(yōu)化前后的仿真結(jié)果，并評價了優(yōu)化方案。優(yōu)化后懸架的性能明顯提高，驗證了優(yōu)化方案的可行性。 本文研究的目的和意義為在試制前的階段進行設(shè)計和試驗仿真，并且提出改進意見。在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計缺陷，完善設(shè)計方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計質(zhì)量和效率。本文的初步研究具有一定的實踐和應(yīng)用價值。 關(guān)鍵詞 ：麥弗遜懸架 ； ADAMS/View； 建模 ； 運動仿真 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 ABSTRACT Nowadays， along with the popularization of the vehicle， the requirement for the vehicle becomes higher and higher The favorable handling stability performance is required as well as the favorable power performance and economical performance The handling stability of a vehicle is one of the important characters that have effect on the active safety performance of vehicle， therefore， it is always an important subject that how the handling stability performance is researched and evaluated to gain a favorable active safety performance Firstly ,I have a detailed analysis for Macpherson suspension structure Following, The paper introduced how to build a model for the half of the suspension ADAMS View，discussed the performance of the front wheel alignment parameters such as the kingpin inclination ,caster ,camber ,the toe angle and sideways displacement in a front wheel vehicle positioning The model was a virtual front suspension test platform， and analyzed the change trend of the suspension performance parameters in the process of flopping the wheel The impacts of its changes in the trend of design variables are also analyzed make all optimized design of the program， with the comparative analysis to verify the feasibility of the optimization program before and after the optimization， the suspension s key data was generated， the virtual design was finished The purpose and significance of the article lies in establishing a vehicle Macpherson suspension of the virtual design platform for virtual simulation test， pioneering a more scientific approach for the design and development of Macpherson suspension， combining the automobile design theory， resolving problems in the field of kinematics and dynamics，improving the quality of design This research will also contribute to enhance the ability to independently develop products for China s automobile industry the research of this article has high theory meaning and practical value Key Words： Macpherson Suspension； ADAMS/ View； Modeling； Motion Simulation 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 目 錄 摘 要 . Abstract . 第 1 章 緒 論 . 2 1.1 選題的目的 . 2 1.2 選題的意義 . 3 1.3 懸架技術(shù)研究現(xiàn)狀 . 3 1.4 研究內(nèi)容和方法 . 4 1.5 預(yù)期結(jié)果 . 5 第 2 章 麥弗遜式獨立懸架結(jié)構(gòu)分析 . 6 2.1 懸架的組成與分類 . 6 2.1.1 懸架的組成 . 6 2.1.2 懸架的分類 . 7 2.2 本章小結(jié) . 13 第 3 章 麥弗遜式獨立懸架設(shè)計 . 13 3.1 懸架機構(gòu)形式確定 . 13 3.2 主要依據(jù)參數(shù)的確定 . 15 3.3 懸架的彈性特性和工作行程 . 16 3.4 螺旋彈簧的設(shè)計 . 18 3.4.1 螺旋彈簧的剛度 . 18 3.5 減震器結(jié)構(gòu)類型的選擇 . 20 3.6 減震器參數(shù)設(shè)計 . 25 3.7 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計 . 27 3.7.1 橫向穩(wěn)定桿的作用 . 27 3.7.2 穩(wěn)定桿接頭形式選擇 . 28 3.7.3 穩(wěn)定桿直徑計算 . 28 3.7.4 穩(wěn)定桿校核 . 30 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 3.8 輪胎尺寸 . 30 3.9 半軸初步計算 . 30 3.10 本章小結(jié) . 31 第 4 章 基于 ADAMS/View 的懸架優(yōu)化分析 . 32 4.1 虛擬樣機技術(shù)簡介 . 32 4.2 虛擬樣機技術(shù)的實現(xiàn) ADAMS 軟件介紹 . 32 4.3 麥弗遜懸架簡化模型 . 33 4.4 在 ADAMS/View 中創(chuàng)建懸架模型 . 34 4.5 測試懸架模型 . 38 4.6 懸架參數(shù)化 . 48 4.6.1 創(chuàng)建設(shè)計變量 . 49 4.6.2 設(shè)計點參數(shù)化 . 50 4.6.3 實體參數(shù)化 . 54 4.7 優(yōu)化前懸架模型 . 55 4.7.1 方法 . 55 4.7.2 優(yōu)化模型 . 57 4.7.3 優(yōu)化方案 . 59 4.7.4 優(yōu)化結(jié)果 . 61 4.7.5 優(yōu)化結(jié)果的評價 . 64 4.8 本章小結(jié) . 64 第 5 章 麥弗遜前懸架三維實體建模 . 65 5.1 懸架各零件建模 . 65 5.1.1 車輪的創(chuàng)建 . 65 5.1.2 螺旋彈簧的創(chuàng)建 . 66 5.1.3 制動盤的創(chuàng)建 . 67 5.1.4 轉(zhuǎn)向節(jié)的創(chuàng)建 . 67 5.1.5 下橫臂的創(chuàng)建 . 67 5.1.6 減震器的創(chuàng)建 . 68 5.1.7 其他零部件的創(chuàng)建 . 68 5.2 懸架的裝配 . 69 5.2.1 組件裝配概述 . 69 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 5.2.2 裝配懸架組件的過程 . 69 5.3 本章小結(jié) . 71 結(jié) 論 . 72 參考文獻 . 73 致 謝 . 75 附錄 A . 76 附錄 B . 81 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 買文檔送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 緒 論 1.1 選題的目的 由于懸架系統(tǒng)在汽車行駛中占有重要地位和發(fā)揮關(guān)鍵作用，懸架的研究越來越受到廣泛的重視。在傳統(tǒng)設(shè)計和研究方法的基礎(chǔ)上，也出現(xiàn)了許多先進的方法和技術(shù)，比如 CAD/CAE技術(shù)、有限元分析、模擬仿真、虛擬設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計等等 。所以懸架系統(tǒng)的研究設(shè)計 具 有廣闊 的 前景。 在實際當(dāng)中，如果懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)，將會大大影響汽車產(chǎn)品的使用 性能 ，出現(xiàn) 轉(zhuǎn)向沉重、車輪擺振、輪胎偏磨嚴(yán)重、輪胎使用壽命 縮短 等 現(xiàn)象 。 本課題研究的目的就在于運用 CAD/CAE技術(shù)對車輛麥弗遜式前懸架的虛擬設(shè)計。在試制前的階段進行懸架結(jié)構(gòu)布置和建模仿真，獲得分析車輪垂直跳動、轉(zhuǎn)動與車輪前束角的變化等關(guān)系，總結(jié)規(guī)律。獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計缺陷， 通過對模型某項或是多項性能指標(biāo)進行優(yōu)化，通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的參數(shù)來滿足設(shè)計要求 ,從而為汽車懸架的設(shè)計提供一種新的可行性方案 ,為生產(chǎn)實踐提供必要的理論支持 。 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 1.2 選題的意義 懸架是車輛行駛系的重要的組成部分。其 主要任務(wù)是彈性連接車輪與車架，傳遞二者之間的力和力矩，并緩和沖擊、衰減振動。 性能優(yōu)良的懸架系統(tǒng) 對改善車輛的操縱穩(wěn)定性、行駛平順性、減輕車輛自重、改善輪胎的磨損狀況以及減少對公路的破壞具有重要意義。 傳統(tǒng)的懸架設(shè)計一般采用經(jīng)驗設(shè)計法、數(shù)學(xué)推導(dǎo)法以及幾何作圖等方法 , 在懸架系統(tǒng)設(shè)計、試驗、試制整個過程中必須邊試驗、邊改進，從設(shè)計到試制、試驗、定型，產(chǎn)品開發(fā)成本較高， 雖然可以滿足設(shè)計要求 , 但精度和效率不高。所以，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)很難滿足日益加速的設(shè)計需求 , 為縮短開發(fā)周期 , 降低開發(fā)成本 , 有必要采用新的設(shè)計方法 。 運用虛擬樣機技術(shù)，結(jié)合虛擬設(shè)計和虛擬試驗，可以大大簡化懸架系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)過程，大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費用和成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的系統(tǒng)性能，獲得最優(yōu)設(shè)計產(chǎn)品。有利于企業(yè)搶占市場和發(fā)展先機，提高經(jīng)濟效益和社會效益。 1.3 懸架技術(shù)研究現(xiàn)狀 懸架的運動學(xué)、動力學(xué)仿真分析在汽車懸架系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)中占有重要的地位。懸架系統(tǒng)在發(fā)揮車輛操縱穩(wěn)定性方面至關(guān)重要。 由于汽車操縱穩(wěn)定性研究的復(fù)雜性和危險性，往往要進行計算機仿真，隨著計算機軟硬件的飛速發(fā)展，許多新的概念被提了出來，如虛擬現(xiàn)實技術(shù) (Virtual Reality Technology)，虛擬試驗技術(shù) (Virtual Experiment Technology)，虛擬仿真技術(shù) (Virtual Simulation Technology)，和虛擬原型實驗仿真技術(shù) (Virtual Prototyping Experiment Simulation Technology)等等，這為車輛計算機仿真技術(shù)描繪了美好的前景。虛擬試驗技術(shù)是一種先進的以高性能計算機系統(tǒng)為支撐平臺的計算機仿真技術(shù)，是近年來隨著計算機圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、人工智能、人機接口技術(shù)、并行技術(shù)、傳感器技術(shù)等一系列技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的。 按傳統(tǒng)的方法對新車的操縱穩(wěn)定特性進行研究時，需要經(jīng)過設(shè)計、試驗，試驗總結(jié)出來的問題反饋到設(shè)計。設(shè)計通過計算、更改后，再試驗，這種完全依靠樣車試制后對汽車進行試驗達(dá)到調(diào)整汽車性能的做法已經(jīng)不能滿足開發(fā)速度和開發(fā)質(zhì)量的要求，所以有必要在設(shè)計中 采用虛擬試驗技術(shù)對汽車的性能進行預(yù)測，以在實際樣車試制之前就對其性能進行預(yù)測，并提出改進意見，達(dá)到提高設(shè)計質(zhì)量和加快設(shè)計速度的目的，這對于提高我國汽車設(shè)計的總體水平也有著重要 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 的意義。上世紀(jì)末興起的數(shù)字化虛擬樣機技術(shù)是縮 短車輛研發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高產(chǎn)品設(shè)計和制造質(zhì)量的重要途徑。隨著虛擬產(chǎn)品開發(fā)、虛擬制造技術(shù)的逐漸成熟，計算機仿真技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，而系統(tǒng)動力學(xué)仿真就是數(shù)字化虛擬樣機技術(shù)的核心和關(guān)鍵技術(shù)。就汽車而言，車輛動力學(xué)性能、駕駛操縱穩(wěn)定性能、平順性能均為汽車的根本特性，在實際的研發(fā)生產(chǎn)過程中對這些性能的研究、測試就必不可少。為了降低產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險，在樣車制造出之前，利用數(shù)字化樣機對這些上述性能進行計算機仿真，并且優(yōu)化其參數(shù)就顯得十分必要了。在概念設(shè)計和方案論證中，利用虛擬樣機技術(shù)，設(shè)計人員可以把自己的經(jīng)驗與想象結(jié) 合在計算機內(nèi)的虛擬樣機里，讓想象力和創(chuàng)造力充分發(fā)揮。當(dāng)用虛擬樣機來代替物理樣機驗證設(shè)計時，不但可以縮短開發(fā)周期，而且設(shè)計質(zhì)量和效率也能得到提高。對操縱穩(wěn)定性的研究常常采用試驗方法和仿真分析方法進行。仿真分析是在計算機上建立簡化到一定程度的模型，輸入各種操縱控制信號，計算出系統(tǒng)的時域響應(yīng)和頻域響應(yīng)，以此來表征汽車的操縱穩(wěn)定性能。因為仿真分析花費時間短，可以在計算機上重復(fù)進行，對各種設(shè)計方案進行快速優(yōu)化并對比，并且可實現(xiàn)實車試驗條件下不能進行的嚴(yán)酷工況分析，因此廣泛地被人們采用。幾乎所有汽車生產(chǎn)設(shè)計廠家都采用仿 真分析的方法來分析汽車的某些性能。 美國 MDI(Mechanical Dynamics Inc )開發(fā)的機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件ADAMS（ Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）正是應(yīng)這些要求而誕生的。特別是專門應(yīng)用于汽車動力學(xué)分析的 ADAMS Car專用模塊，極大地方便了汽車設(shè)計人員的設(shè)計工作。 ADAMS是目前世界范圍內(nèi)使用最廣泛的虛擬樣機仿真軟件，應(yīng)用它可以方便地建立參數(shù)化的實體模型，并進行仿真分析。 1.4 研究內(nèi)容和方法 應(yīng)用機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真 分析軟件對本課題研究的主要內(nèi)容包括以下幾個方面： 1 分析車型的結(jié)構(gòu)特點并獲取懸架建模所需要的參數(shù)； 2 利用機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件 ADAMS建立前懸架模型，就其特性參數(shù)進行仿真分析，并就結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化。 分析麥弗遜式懸架的結(jié)構(gòu)和懸架設(shè)計要求，在懸架設(shè)計中，根據(jù)整車的布置要求以及經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定懸架的整體空間數(shù)據(jù)和性能參數(shù)， 運用 PRO/E 建立三維物理模型，并在 ADAMS 軟件平臺上建立麥弗遜懸架的簡化物理模型，進行運動學(xué)仿真分析，通過分析車輪垂直跳動、轉(zhuǎn)動與車輪前束角的變化等關(guān)系獲得 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 相關(guān)數(shù)據(jù)，優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，建 立虛擬麥弗遜懸架模型。 其具體路線如框圖 1.1 所示。 圖 1.1 設(shè)計路線圖 1.5 預(yù)期結(jié)果 按照任務(wù)和進度要求，應(yīng)該實現(xiàn)這些預(yù)期和相應(yīng)結(jié)果：首先在完成必要的設(shè)計計算后，利用 ADAMS平臺，建立簡化的麥弗遜前懸架模型，并進行運動學(xué)仿真，獲得相應(yīng)的性能曲線。然后將模型參數(shù)化，創(chuàng)建若干設(shè)計變量，進行優(yōu)化分析，找出影響懸架性能的主要因素，為進一步改進設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。 設(shè)計完成后應(yīng)提交的文件和圖表： （ 1） 1.5 萬字的設(shè)計說明書一份 ，包括設(shè)計計算部分內(nèi)容、懸架建模和仿真分析過程，重點是分析過程； （ 2） 零件圖一 套（包括 PRO/E 零件圖），基于優(yōu)化完成后確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)在三維建模軟件，建立懸架總成的裝配圖、零件圖 ； （ 3）基于虛擬軟件 ADAMS/View 的仿真分析，給出具體的實現(xiàn)過程。 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 第 2 章 麥弗遜式獨立懸架結(jié)構(gòu)分析 2.1 懸架的組成與分類 2.1.1 懸架的組成 現(xiàn)代汽車，特別是乘用車的懸架，形式、種類會因不同的公司和設(shè)計單位，而有不同形式。但是，懸架系統(tǒng)一般由彈性元件、減 震 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。 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 1 彈性元件； 2 縱向推力桿； 3 減 震 器； 4 橫向穩(wěn)定器； 5 橫向推力桿 圖 2.1 汽車懸架組成示意圖 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，無需潤滑等優(yōu)點，但由于本身沒有摩擦而沒有減振作用 。 減 震 器是為了加速衰減 由于彈性系統(tǒng)引起的 振動， 減 震 器有筒式減 震 器，阻力可調(diào)式新式減 震 器，充氣式減 震 器。它是懸架 機構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機械件。 導(dǎo)向機構(gòu)用來傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時保持車輪按一定運動軌跡相對車身跳動，通常導(dǎo)向機構(gòu)由控制擺臂式桿件組成。種類有單桿式或多連桿式的。鋼板彈簧作為彈性元件時，可不另設(shè)導(dǎo)向機構(gòu)，它本身兼起導(dǎo)向作用。有些轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在懸架系統(tǒng)中加設(shè)橫向穩(wěn)定桿，目的是提高橫向剛度，使汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。 現(xiàn)代汽車懸架的發(fā)展十分快，不斷出現(xiàn)，嶄新的懸架裝置。按控制形式不同分為被動式懸架和主動式懸架。目前多數(shù)汽車上都采 用被動懸架，也就是說汽車姿態(tài)（狀態(tài)）只能被動地取決于路面及行駛狀況和汽車的彈性元件，導(dǎo)向機構(gòu)以及減振器這些機械零件。 2.1.2 懸架的分類 發(fā)展至今，汽車的懸架從大的方面來看，主要可以分為兩類：獨立式懸架和非獨立式懸架。另外還形成了一種介于獨立和非獨立的中間形式，稱為半獨立式懸架。 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 1、獨立懸架 獨立懸架是兩側(cè)車輪分別獨立地與車架彈性地連接，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊，其運動不直接影響到另一側(cè)車輪，獨立懸架所采用的車橋是斷開式的。這樣使得發(fā)動機可放低安裝，有利于降低汽車重心，并使結(jié)構(gòu)緊湊。獨立懸架允許前輪有大的跳動 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。同時獨立懸架非簧載質(zhì)量小，可提高汽車車輪的附著性。如圖 2.2 所示。 ( a ) ( b )( c ) ( d )(a) 雙橫臂式； (b) 縱臂式； (c) 燭式； (d)麥弗遜式 圖 2.2 常見的獨立懸架類型 獨立懸架的類型及特點：獨立懸架 的車軸分成兩段 （如圖 2.3） ，每只車輪用螺旋彈簧獨立地， 彈性地連接 安裝在車架下面 ，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊，其運動不直接影響到另一側(cè)車輪，獨立懸架所采用的車橋是斷開式的。 圖 2.3 獨立懸架運動特點 現(xiàn)在，前懸架基本上都采用獨立懸架系統(tǒng)，最常見的有雙橫臂式和滑柱擺臂式（又稱麥弗遜式）。 （ 1）雙橫臂式獨立懸架 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， 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 可使車輪和主銷的角度及輪距變化不大。這種獨立懸架被廣泛 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 V 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。如圖 2.4、 2.5 所示。 。 圖 2.4 雙橫臂式獨立前懸架 1， 6-下擺臂及上擺臂； 2,5-球頭銷； 3-半軸等速萬向節(jié)； 4-立柱； 7， 8-緩沖塊 圖 2.5 無主銷前轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的雙橫臂懸架 雙橫臂式獨立懸架根據(jù)上下橫臂的長度相等于不相等又可分為等長雙橫臂式和不等長雙橫臂式。等長雙橫臂式懸架在其車輪作上、下跳動時，可以保持主銷傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會使輪胎磨損嚴(yán)重，故已很少使用，多為不等長雙橫臂式懸架所取代。不等長雙橫臂懸架在其車輪上、下跳動時，只要適當(dāng)?shù)剡x擇上、下橫臂的長度并合理布置，即可使車輪定位參數(shù)的變化量限定在允許的范圍內(nèi)。這種不大的輪距改變，不應(yīng)引起車輪沿路面的側(cè)滑，而為輪胎的彈性變形所補償。因此不等長雙橫臂式獨立懸架能保證汽車有良好的行駛穩(wěn)定行，已為中、高級轎車的前懸架所 廣泛采用。 雙橫臂懸架的特點。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但經(jīng)久耐用，同時減振器的負(fù)荷小，壽命長?？梢猿休d較大負(fù)荷，多用于輕型小型貨車的前橋；缺點：因為有 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 兩個擺臂，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。 （ 2）麥弗遜式獨立懸架（滑柱連桿式） 圖 2.6 麥弗遜式獨立前懸架 麥弗遜式獨立懸架是以其發(fā)明者美國通用汽車公司工程師麥弗遜 ( Earle S MacPherson)先生命名的 , 也稱麥?zhǔn)蠎壹?-30年代 , 通用的雪佛蘭分部想設(shè)計一種質(zhì)量小于 900kg、軸距小于 2740mm 的小型汽車 , 設(shè)計的關(guān)鍵是懸架總設(shè)計師麥弗遜創(chuàng)造性地將活塞桿兼做轉(zhuǎn)向主銷 , 車輪沿主銷軸線跳動 , 前輪定位變化小，具有良好的行駛穩(wěn)定性同雙橫臂式獨立懸架比 , 它沒有上橫臂 , 因而增大了兩輪間的內(nèi)部空間 , 給發(fā)動機和其他部件的布置帶來 了方便。 麥弗遜式獨立懸架在轎車上應(yīng)用最為廣泛 , 在輕型汽車也有應(yīng)用 , 例如豐田的特銳小型四驅(qū)車、日產(chǎn)的 X輕型越野車和陸虎的發(fā)現(xiàn)者輕型越野車等，北京現(xiàn)代 ix35尊貴版的前懸架也是麥弗遜式的。在中型汽車上 , 僅見于國外的一些輪式裝甲車輛 , 例如美國的斯特萊克、瑞士的皮蘭哈和意大利的美洲獅等 , 但已呈逐漸增多的趨勢。 其工作原理：這種懸架將減 震 器作為引導(dǎo)車輪跳動的滑柱，螺旋彈簧與其裝于一體。由于 其主銷軸線位置在減 震 器與車身連接鉸鏈中心和下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)連接鉸鏈中心的連線上， 車輪上下運動時，主銷軸線的角度會有變化。 因此前輪定位參數(shù)和輪距也都會相應(yīng)改變，且變化量可能很大。 以上問題可通過調(diào)整桿系設(shè)計布置合理得到解決。 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 典型的結(jié)構(gòu)如圖 2.7和圖 2.8。 圖 2.7 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)動機支座 ；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 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 圖 2.8 麥弗遜懸架的另一種結(jié)構(gòu)圖 麥弗遜獨立懸架的特點： 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 麥弗遜式是鉸接式滑柱與下橫臂組成的懸架形式，減振器可兼做轉(zhuǎn)向主銷，轉(zhuǎn)向節(jié)可以繞著它轉(zhuǎn)動。特點是主銷軸線和前輪定位角隨車輪的上下跳動而變，這種懸架構(gòu)造簡單，布置緊湊，前輪定位變化小，具有良好的行駛穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)緊湊，車輪跳動時前輪定位參數(shù)變化小，有良好的操縱穩(wěn)定性，加上由于取消了上橫臂，給發(fā)動機及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置帶來方便， 并降低車輛的重心 。技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)速度快。雖然麥弗遜式懸架并不是技術(shù)含量最高的懸架結(jié)構(gòu)（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，因此應(yīng)增加橫向穩(wěn)定器，以增強橫向剛度），但它是一種經(jīng)久耐用的獨立懸架，具有很強的道路適應(yīng)能力。所以，目前轎車使用最多的獨立懸架是麥弗遜式懸架。 2、非獨立式懸架 非獨立懸架如圖 2.9 所示。其 特點是兩側(cè)車輪安裝于一整體式車橋上，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊力時會直接影響到另一側(cè)車輪上，當(dāng)車輪上下跳動時定位參數(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。非獨立懸架由于非簧載質(zhì)量比較大，高速行駛時懸架受到?jīng)_擊載荷比較大，平 順性較差。 圖 2.9 非獨立式懸架結(jié)構(gòu)示意圖 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 2.2 本章小結(jié) 本章對懸架的基本組成和分類做了一個全面的介紹，結(jié)合具體結(jié)構(gòu)組成，說明懸架系統(tǒng)在汽車行駛時發(fā)揮著必不可少的關(guān)鍵作用。對兩種典型的獨立式懸架的特點進行了闡述，對它們的總體布置形式做了初步的說明。 第 3 章 麥弗遜式獨立懸架設(shè)計 3.1 懸架機構(gòu)形式確定 1、懸架具體結(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 ，主要有獨立懸架與非獨立懸架 。 獨立懸架與非獨立懸架各自的特點在上一章中已 經(jīng)作了介紹，本章不再累述。所選車型為乘用車。對乘坐舒適性要求較高，故選擇獨立懸架。 麥弗遜式獨立懸架是獨立懸架中的一種，是一種減震器作滑動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)動機前置前驅(qū)動轎車的前懸架幾乎 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 全部采用了麥弗遜式懸架。 此次設(shè)計的懸架為發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的 北京現(xiàn)代 ix35 尊貴版 車型，由于只知其前懸形式為麥弗遜式獨立懸架和整車基本參數(shù)。故設(shè)計時參考同類車型，根據(jù)所學(xué)知識，初步計算確定懸架的結(jié)構(gòu)參數(shù)，是為進一步的分析 研究的基礎(chǔ)。 2、彈性元件 彈性元件是懸架的最主要部件，因為懸架最根本的作用是減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 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)計不足之處，現(xiàn)在逐步被其它種類彈性元件所取代。如前所述，由螺旋彈簧 具有占 用空間小，質(zhì)量小，無需潤滑等優(yōu)點，而被大多數(shù)乘用車選用 。故本設(shè)計選擇螺旋彈簧。 3、減震元件 減 震 元件 主要 起減振作用 。為加速車架和車身振動的衰減，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 震 器。減 震 器和彈性元件是并聯(lián)安裝的，如圖 3.1 所示。 汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力減 震 器。液力減 震 器的作用原理是當(dāng)車架與車橋作往復(fù)相對運動時，而減 震 器中的活塞在缸筒內(nèi)也作往復(fù)運動，則減 震 器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個內(nèi)腔通過一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時，孔壁與油液間的摩擦及液體分子內(nèi)摩擦便形成對振動的阻尼力， 使車身和車架的振動能量轉(zhuǎn)化為熱能，而被油液和減 震 器殼體所吸收，然后散到大氣中。本文選擇雙筒式液力減 震 器（后有詳述）。 圖 3.1 含減震器的懸架簡圖 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 1.車身 2.減震器 3.彈性原件 4.車橋 4、傳力構(gòu)件及導(dǎo)向機構(gòu) 車輪相對于車架和車身跳動時，車輪（特別是轉(zhuǎn)向輪）的運動軌跡應(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)件同時還承擔(dān)著使車輪按一定軌跡相對于車架和車身跳動的任務(wù)，因而這些傳力構(gòu)件還起導(dǎo)向作用，故稱導(dǎo)向機構(gòu)。 對前輪導(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 4.0mm，輪距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 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。 （ 5）具有足夠的疲勞強度和壽命，可靠地傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。 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)定器實際是一根近似 U 型的桿件，兩個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)車輪相對車身位移比另外一側(cè)位移大時，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，限制該側(cè)車輪跳動幅度。 3.2 主要依據(jù)參數(shù)的確定 本次設(shè)計主要是根據(jù) 2010 款 北京現(xiàn)代 ix35 尊貴版 6 檔手自一體型前懸架來進行的，具體車型參數(shù)配置如表 3.1。表中前后輪距數(shù)據(jù)為參考同類車型確定。 表 3.1 北京現(xiàn)代 ix35 尊貴版 整體尺寸數(shù) 據(jù)表 車身 長 /寬 /高 4420mm /1820mm /1690mm 軸距 2640mm 前輪距 1570mm 后輪距 1570mm 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 整車整備質(zhì)量 1521kg 最小離地間隙 170mm 發(fā)動機形式 /排量 2.4D0HC 16v IIdual CWT 2359ml 輪胎規(guī)格 225/60 17R 懸架系統(tǒng) 前：麥弗遜獨立前懸架 后：多連桿獨立后懸架 最大總質(zhì)量 1821kg 1、懸架的空間幾何參數(shù) 在確定零件尺寸之前，需要先大體確定懸架的空間幾何參數(shù)。麥弗遜式懸架的受力圖如圖 3.2 所示。根據(jù)車輪尺寸，確定 G 點離地高度為 230 mm ，根據(jù)車身高度確定 D 大致高度為 850 mm ， O 點距車輪中心平面 120mm ，減震器安裝角度 10.7。 圖 3.2 懸架空間受力示意圖 3.3 懸架的彈性特性和工作行程 1、懸架頻率的選擇 對于大多數(shù)汽車而言，其懸掛質(zhì)量分配系數(shù) =0.8 1.2，因而可以近似地認(rèn)為 =1.0，即前后橋上方車身部分的集中質(zhì)量的垂直振動是相互獨立的，并用偏頻 ， 表示各自的自由振動頻率，偏頻越小，則汽車的平順性越好。一般對于鋼制彈簧的轎車， 約為 1 1.3Hz（ 60 80 次 /min）， 約為 1.17 1.5Hz（ 70 90次 /min），非常接近人體步行時的自然頻率。取 n=1.2HZ。 2、懸架的工作行程 汽車的前后偏頻的計算公式如下： 11111 2121ssss Ggcmcn （ 3.1） 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 22222 2121ssss Ggcmcn （ 3.2） 其中 g 為重力加速度其值取 g=9.8 ,1sc、2sc為前后懸架剛度 ，1sG錯誤 !未找到引用源。 、2sG錯誤 !未找到引用源。 為前后懸架的簧載質(zhì)量。 對于一般采用鋼制彈簧的轎車1n約為zH3.11、2n為zH5.117.1， 21 nn0.85 0.95。 粗取 zHn 138.11 ，zHn 250.12 。 91.0250.1 138.121 nn在 0.85 0.95 范圍內(nèi)符合要求。 ssc cgmf （ 3.3） 222221111121212121ssssssssGgcmcnGgcmcn 221176.1576.15ccfnfn 22221176.1576.15nfnfcc mmfmmfcc 0.159 6.17321 （ 3.4） 則懸架動撓度：df=（ 0.5 0.7） 錯誤 !未找到引用源。 取df=0.5 錯誤 !未找到引用源。 =0.5 173.6 86.8mm 懸架的動撓度是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形，一般對于乘用車df取 70 90mm 、客車 50 80mm 、貨車 60 90mm 。為了得到良好的平順性，因當(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，對于一般轎車而言，懸架總工作行程（靜撓度與動撓度之和）應(yīng)當(dāng)不小于 160mm 。 而dc ff =173.6+86.8=260.4mm 160mm 符合要求。 3、懸架剛度計算 已知：已知整車裝備質(zhì)量： m =1521kg， 取簧上質(zhì)量為 1060kg；取簧下質(zhì)量為 60kg，則由軸荷分配范圍表 3.2 可知： 空載前軸單輪軸荷取 60%：2 %601 5 2 11 m=456.3kg 滿載前軸單輪軸荷取 50%： 錯誤 !未找到引用源。 表 3.2 各類汽車的軸荷分配范圍 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 懸架剛度：cWc fFfFC 滿載 = mmN /84.306.173 8.9*3.546 。 3.4 螺旋彈簧的設(shè)計 3.4.1 螺旋彈簧的剛度 1、螺旋彈簧類型的選擇 螺旋彈簧形式選擇為兩端碾細(xì)并并緊如圖 3.1（ b） 圖所示，彈簧的材料為有淬火回火 硅錳 合金彈 簧鋼絲 。其試 驗載 荷 5022F ， Mpap 740， Mpa1569 。 圖 3.3 彈簧兩端結(jié)構(gòu)圖 由于存在懸架導(dǎo)向機構(gòu)的關(guān)系，懸架剛度 C 與彈簧剛度 1c 是不相等的，其區(qū)別在于懸架剛度 C 是指車輪處單位撓度所需的力；而彈簧剛度 1c 僅指彈簧本車型 空載 滿載 前軸 后軸 前軸 后軸 轎車 前置發(fā)動機前輪驅(qū)動（ FF） 56%66% 34%44% 47%60% 40%53% 前置發(fā)動機后輪驅(qū)動（ FR） 50%55% 45%50% 45%50% 50%55% 后置發(fā)動機后輪驅(qū)動（ RR） 42%50% 50%58% 40%45% 55%60% 貨車 4*2 后輪單胎 50%59% 41%50% 32%40% 60%68% 4*2 后輪雙胎，長頭、短頭車 44%49% 51%56% 27%30% 70%73% 4*2 后輪雙胎，平頭車 49%54% 46%51% 32%35% 65%68% 6*4 后輪雙胎 31%37% 63%69% 19%24% 76%81% 客車 前置發(fā)動機前輪驅(qū)動 前置發(fā)動機后輪驅(qū)動 后置發(fā)動機后輪驅(qū)動 黑龍江工 程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 身單位撓度所需的力。 例如麥弗遜獨立懸架的懸架剛度 C 的計算方法：如下圖所示。 圖 3.4 懸架幾何關(guān)系示意圖 初步選定下擺臂長 EH=491.62 mm ；半輪距 B=785 mm ；減震器的布置角度=9.1，高度 580mm ?？芍獞壹軇偠扰c彈簧剛度的關(guān)系如下： 由圖可知： C=(U*Cos/PCos) 1c （ 3.5） 式中 C懸架剛度， 1c 彈簧剛度 已知 U=2200mm P=2288.8mm =4.67 =9.1 得 )1.9c o s8.2 2 8 8/()66.4c o s2 2 0 0( 84.30c o s/c o s1 PU Cc31.79 N/mm 2、計算彈簧鋼絲直徑 d 根據(jù)下面的公式可以計算： iDGdCm 341 8 4 18 G CiDd m 式 中 i彈簧有效工作圈數(shù)，先取 8； G彈