電動車懸架系統(tǒng)設計

摘 要隨著汽車工業(yè)技術的發(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。因此，懸架系統(tǒng)的開發(fā)與設計具有很大的實際意義。 本次設計主要研究的是比亞迪F3轎車的前、后懸架系統(tǒng)的硬件選擇設計，計算出懸架的剛度、靜撓度和動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，最后進行了橫向穩(wěn)定桿的設計以及汽車平順性能的分析。本設計在轎車前后懸架的選型中均采用獨立懸架。其中前懸架采用當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獨立懸架振器。這種結構的設計，有效的提高了乘座的舒適性和駕駛穩(wěn)定性。采用CAXA軟件分別繪制前后懸架的裝配圖和部分主要零件圖。關鍵詞：懸架；平順性；彈性元件；阻尼器； AbstractWith the development of the automobile industry of motor vehicles on ride comfort, handling and stability as well as comfort and safety of the increasingly demanding, Vehicle Ride also closely related with the suspension. Therefore, the design of the suspension system has a practical significance. The main design of the study is BYD F3 car front and rear the suspension system of choice of hardware design, calculate the suspension stiffness, static and dynamic deflection deflection. By damping and unloading of the largest absorber identified the main dimensions. Finally, the design of the horizontal stabilizer. The design of the car before and after the suspension are used in the selection of independent suspension. Suspension of them adopted before the current family sedan before hanging popular McPherson suspension, was suspended after a drag arm suspension. Before and after the suspension of the shock absorber have adopted a two-way role-Shock Absorber. The design of this structure, effectively raising theof comfort and driving stability. By CAXA software were drawn before and after the suspension of the assembly and parts plans. Key words: suspension; ride comfort; elastic element;buffer; 目 錄摘 要IAbstractII目 錄III第1章 緒 論11.1懸架系統(tǒng)概述11.2懸架的構成和類型31.2.1構成31.2.2類型31.3課題研究的目的及意義4第2章 前、后懸架結構的選擇52.1懸架的結構形式52.2非獨立懸架52.3獨立懸架62.4 前后懸架方案的選擇72.5主要元件82.5.1彈性元件82.5.2減振器92.6輔助元件92.6.1橫向穩(wěn)定器92.6.2緩沖塊10第3章 技術參數(shù)確定與計算113.1懸架性能參數(shù)的選擇113.2懸架的自振頻率113.3側傾角剛度123.4懸架的動、靜撓度選擇12第4章 彈性元件的設計計算144.1前懸架彈簧144.2后懸架彈簧15第5章 懸架導向機構的設計175.1導向機構設計要求175.2麥弗遜獨立懸架示意圖175.3導向機構受力分析185.4橫臂軸線布置方式205.5導向機構的布置參數(shù)205.5.1 側傾中心20第6章減振器設計226.1減振器的概述226.2減振器的分類226.3減振器參數(shù)選取236.4減振器阻尼系數(shù)236.5最大卸荷力246.6筒式減振器主要尺寸246.6.1筒式減振器工作直徑246.6.2油筒直徑25第7章橫向穩(wěn)定桿的設計26第8章 平順性分析278.1平順性概念278.2汽車的等效振動分析278.3車身加速度的幅頻特性288.4相對動載的幅頻特性298.5懸架動撓度的幅頻特性318.5影響平順性的因數(shù)328.5.1結構參數(shù)對平順性的影響328.5.2使用因素對平順性的影響33第9章 總結34參考文獻35致 謝36附錄37Suspension Principle Of Work37附錄48IV第1章 緒 論1.1懸架系統(tǒng)概述自十九世紀末期出現(xiàn)第一輛汽車以來，汽車工業(yè)經歷了一百多年的發(fā)展過程。由于汽車設計在社會需求的不斷增長和科學技術發(fā)展的推動下其運輸生產率和各項性能都有很大的提高。因此，現(xiàn)代汽車已成為世界各國國民經濟和社會生活中不可缺少的一種運輸工具。汽車工業(yè)的規(guī)模和其產品的品質也成為衡量一個國家技術水平的重要標志之一。近年來,舒適性問題對于汽車企業(yè)的要求逐年提高,影響舒適性的主要因素有操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性對于這些因素,起著主要作用.作為懸架的基本性能,首先是為了保護車輛、乘員、貨物等,防止由于路面的凸凹不平而引起的振動和噪聲。其次,為了把車輪和路面間產生的驅動力、制動力、橫向力等的前后、左右載荷有效地傳遞給車體,用最佳的狀態(tài)使輪胎與路面接地,達到理想的汽車運動狀態(tài)。并且現(xiàn)代汽車懸架是重要總成之一，它把懸架（或車身）與車軸（或輪胎）彈性的連接在一起。其作用為：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)系并能傳遞載荷遞載荷、緩和沖擊、衰減振動以及調節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關裝置的總稱。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，并緩和汽車駛過不平路面時所產生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，保證汽車的行駛平順性。保證車輪在路面不平和載荷變化有理想的運動特性，保證汽車的操作穩(wěn)定性，使汽車獲得高速行駛能力。為此，必須在車輪與車架或車身之間提供彈性聯(lián)接，依靠彈性元件來傳遞車輪或車橋與車架或車身之間的垂向載荷，并依靠其變形來吸收能量，達到緩沖的目的。采用彈性聯(lián)接后，汽車可以看作是由懸掛質量(即簧載質量)、非懸掛質量(即非簧載質量)和彈簧（彈性元件)組成的振動系統(tǒng)，承受來自不平路面、空氣動力及傳動系、發(fā)動機的激勵。為了迅速衰減不必要的振動，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于車架或車身的位移特性的連接裝置統(tǒng)稱為導向機構。導向機構決定了車輪跳動時的運動軌跡和車輪定位參數(shù)的變化，以及汽車前后側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。在有些懸架中還有緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿。盡管一百多年來汽車懸架從結構型式到作用原理一直在不斷地演進，但從結構功能而言，它都是由彈性元件、減振裝置和導向機構三部分組成。在有些情況下，某一零部件兼起兩種或三種作用，比如鋼板彈簧兼起彈性元件及導向機構的作用，麥克弗遜懸梁(McPherson strut suspension，或稱滑枝擺臂式獨立懸架)中的減振器枝兼起減振器及部分導向機構的作用，有些主動懸架中的作動器則具有彈性元件、減振器和部分導向機構的功能。懸架是汽車幾大系統(tǒng)當中主要總成之一，懸架的設計是否合理直接關系到汽車的使用性能的好壞，并且汽車懸架和懸掛質量、非懸掛質量構成了一個振動系統(tǒng)。該振動系統(tǒng)的特性很大程度上決定了汽車的行駛平順性，并進一步影響到汽車的行駛車速、燃油經濟性和運營經濟性。該振動系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多零部件的動載，并進而影響到這些零件的使用壽命。此外，懸架對整車操縱穩(wěn)定性、抗縱傾能力也起著決定性的作用。因而在設計懸架時必須考慮以下幾個方面的要求：(1)通過合理設計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，即具有較低的振動頻率、較小的振動加速度值和合適的減振性能，并能避免在懸架的壓縮或伸張行程極限點發(fā)生硬沖擊，同時還要保證輪胎具有足夠的接地能力；(2)合理設計導向機構，以確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩的可靠傳遞，保證車輪跳動時車輪定位參數(shù)的變化不會過大，并且能滿足汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性的要求；(3)導向機構的運動應與轉向桿系的運動相協(xié)調，避免發(fā)生運動十涉，否則可能引發(fā)轉向輪擺振；(4)側擺中心及縱傾中心位置恰當，汽車轉向時具有抗側傾能力，汽車制動和加速時能保持車身的穩(wěn)定，避免發(fā)生汽車在制動和加速時的車身縱傾(即所謂“點頭”和“后仰”)；(5)結構緊湊、占用空間尺寸要小。(6)在保證零部件質量要小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。為了滿足汽車具有良好的行使平順性，要求由簧上質量與彈性元件組成的振動系統(tǒng)的固有頻率應適應于合適的頻段，并盡可能的低。前后懸架的固有頻率的匹配應合理，對轎車，要求前懸架的固有頻率略低于后懸架的固有頻率，還要求盡量避免懸架撞擊懸架。在簧上質量變化的情況下，車身的高度變化要小，因此，要用非線性彈性特性的懸架。汽車在不平的路面上行使時，由于懸架的彈性作用，使汽車產生垂直振動，為了迅速衰減這種振動和抑制車身、車輪的共振，減小車輪的振幅，懸架應裝有減振器，并使之具有合理的阻尼。利用減振器的阻尼作用，使汽車的振動幅度連續(xù)減小，直至振動停止。要正確的選擇懸架的方案參數(shù)，在車輪上下跳動時，使主銷的定位參數(shù)變化車架、車輪運動與到導向機構運動要協(xié)調，避免前輪擺振；汽車轉向時，應使之具有不足轉向特性。獨立懸架導向桿系數(shù)鉸接處多用橡膠的襯套，能隔絕車輪來自不平路面上的沖擊向車身的傳遞。1.2懸架的構成和類型1.2.1構成1（1）彈性元件具有傳遞垂直力和緩和沖擊的作用。常見的彈性元件有：鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、空氣彈簧、油氣彈簧、橡膠彈簧。（2）阻尼元件具有衰減振動的作用。常見的阻尼元件有：筒式液力減振器、搖臂式液力減振器、充氣式減震器、阻尼可調式減振器等。（3）導向裝置其作用是傳遞除垂直力外的其它力和全部力矩、保證車輪按最佳軌跡相對于車身運動。常見的導向裝置有：斜置單臂式、單橫臂式、雙橫臂式、雙縱臂式、燭式、麥弗遜式等。1.2.2類型（1）非獨立懸架其特點是左右車輪由一整體式車橋相聯(lián)接，具有結構簡單、成本低、強度高、保養(yǎng)容易、行車中前輪定位變化小的優(yōu)點，但其舒適性及操縱穩(wěn)定性都較差。（2）獨立懸架每個車輪單獨通過一套懸掛安裝于車身或者車橋上，車橋采用斷開式，中間一段固定于車架或者車身上；此種懸掛兩邊車輪受沖擊時互不影響，而且由于非懸掛質量較輕；緩沖與減震能力很強，乘坐舒適。各項指標都優(yōu)于非獨立式懸掛，但該懸掛結構復雜，而且還會使驅動橋、轉向系變得復雜起來。1.3課題研究的目的及意義隨著人們對汽車舒適性的要求逐漸提高，懸架的設計和改進變得越來越重要。懸架是汽車的車架與車橋或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扭矩，比如支撐力、制動力和驅動力等，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的震動，保證乘員的舒適性、減小貨物和車輛本身的動載荷。故進行比亞迪F3懸架設計可使汽車具有良好的平順性和可靠性。第2章 前、后懸架結構的選擇2.1懸架的結構形式為適應不同車型和不同類型車橋的需要，懸架有不同的結構型式，總體可分為獨立懸架和非獨立懸架。而獨立懸架的結構又可分為橫臂式、縱臂式、燭式、麥弗遜式、連桿式、半拖曳臂式等多種形式。2.2非獨立懸架非獨立懸掛系統(tǒng)的結構特點是兩側車輪由一根整體式車架相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸掛系統(tǒng)懸掛在車架或車身的下面。非獨立懸架的優(yōu)點：(1)結構簡單，制造、維護方便，經濟性好； (2)工作可靠，使用壽命長；(3)車輪跳動時，輪距、前束不變，因而輪胎磨損??； (4)轉向時，車身例傾后車輪的外傾角不變，傳遞側向力的能力不降低；(5)側傾中心位置較高，有利于減小轉向時車身的側傾角。非獨立懸架的缺點是：(1)由于車橋與車輪一起跳動，因而需要較大的空間，影響發(fā)動機或行李箱的布置。用于轎車或載貨汽車的前懸架時，一般需要拾高發(fā)動機或是將車橋(軸)做成中間下凹的形狀以利發(fā)動機布置，這將增加制造成本；用于轎車后懸架時，會導致行李箱容積減小，備胎的布置也不方便； (2)用于驅動橋時，會使得非懸掛質量較大，不利于汽車的行駛乎順性及輪胎的接地性能；(3)當兩側車輪跳動高度不一致時(例如左右車輪駛過的凸起高度不同)，整根車橋會傾斜，使左右車輪直接相互影響；(4)在不平路面直線行駛時，由于左右車輪跳動不一致而導致的軸轉向會降低直線行駛的穩(wěn)定性；然而由于非獨立懸架結構簡單、便于維護以及可使用多種類型的彈性元件等優(yōu)點，非獨立懸架廣泛應用于載貨汽車以及大客車的前、后懸架。一些全輪驅動的多用途車(MPV,multiple purpose vehicle)也采用非獨立懸架作為其前、后懸架。隨著彈性元件、減振器及其他結構件的設計、制造技術的不斷進步，非獨立懸架的性能也日益得到改善，在一些大批量生產的高級轎車和運動型轎車中，仍采用非獨立懸梁用于其后懸架。對于前置前驅動汽車尤其是輕型載貨汽車而言，由于后橋沒有笨重的主減速器與差速器，其非獨立懸架與獨立懸架的非懸掛質量相差不太大，因而非獨立后懸架具有很好的應用前景。2.3獨立懸架現(xiàn)代轎車前后懸架大都采用了獨立懸架，并已成為一種發(fā)展趨勢。獨立懸架的結構可分有橫臂式、縱臂式、燭式、麥弗遜式、連桿式、半拖曳臂式等多種形式。雙橫臂式獨立懸架按上下橫臂是否等長，又分為等長雙橫臂式和不等長雙橫臂式兩種懸架。等長雙橫臂式懸架在車輪上下跳動時，能保持主銷傾角不變，但輪距變化大(與單橫臂式相類似)，造成輪胎磨損嚴重，現(xiàn)已很少用。對于不等長雙橫臂式懸架，需要適當選擇、優(yōu)化上下橫臂的長度，以及合理的布置、才可以使輪距及前輪定位參數(shù)變化均在可接受的限定范圍內，從而能保證汽車具有良好的行駛穩(wěn)定性。多連桿懸架能使車輪繞著汽車縱軸線成一定角度的軸線擺動，是橫臂式和縱臂式懸架的折中方案，適當選擇橫臂軸線和汽車縱軸線所成的夾角，它雖能夠較好的消除對地外傾角的變化，即使車身晃動時，也能讓車輪胎保持垂直，這在目前低扁平比的趨勢中，是非常重要的特性；同樣它對輪跳時車輪前束和輪距的變化有較好的抑制作用；能較好的消除轉彎時重心升高、對地外傾角減少引起的頂起現(xiàn)象；還能提高懸架系統(tǒng)的剛性，使其不易受橫向力影響而產生幾何變化。然而由于結構復雜造成它占用的空間較大，另外對于連桿的材質要求也較高，零件較多，組裝復雜也就導致了多連桿的制造成本較高，故多連桿懸架只是在高檔轎車中越來越多的使用。麥弗遜式獨立懸掛通常在轎車前懸上應用最廣泛，麥弗遜式獨立懸架有結構簡單、成本低廉、舒適性尚可的優(yōu)點且其主銷位置和前輪定位角隨車輪的上下跳動而變化，且前輪定位變化小，擁有良好的行 圖2-1麥弗遜式獨立懸架駛穩(wěn)定性。在麥弗遜式獨立懸架中，支柱式減震器除具備減震效果外，還要擔負起支撐車身的作用，所以它的結構必須緊湊且剛度足夠，并且套上螺旋彈簧后還要能減震，而彈簧與減震器一起，構成了一個可以上下運動的滑柱，節(jié)省汽車前部空間，有利于發(fā)動機布置。與雙橫臂獨立懸架相比麥弗遜式懸架的優(yōu)點是：結構緊湊，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的緣故，給發(fā)動機及轉向系統(tǒng)的布置帶來方便，麥弗遜式獨立懸架簡圖如圖2-1所示。 半拖曳臂式懸架是專為后輪而設計的懸架結構，它的構成非常簡單以上下擺動式拖臂實現(xiàn)車輪與車身或車架的硬性連接，并且通過橫梁或支架連接兩車輪，然后以液壓減震器和螺旋彈簧充當軟性連接，起到吸震和支撐車身的作用。半拖曳臂式懸掛本身具有非獨立懸掛的存在的缺點但同時也兼有獨立懸掛的優(yōu)點， 半拖曳臂式懸掛的最大優(yōu)點是左右兩輪的空間較大， 而且車身的外傾角沒有變化， 避震器不發(fā)生彎曲 應力，所以摩擦小，并且與多連桿獨立懸架相比有結構簡單，造價較低的優(yōu)點，故半拖曳臂式獨立懸架更適合作為中級轎車后懸架。半拖曳臂是獨立懸架簡圖如圖2-2所示。 圖2-2半拖曳臂式獨立懸架2.4 前后懸架方案的選擇目前轎車的前后懸架采用的方案有：前輪和后輪均采用獨立懸架；前輪用獨立懸架，后輪用非獨立懸架。本設計要求是前后均是獨立懸架，因為獨立懸架具有如下優(yōu)點：非簧下質量小，懸架所受到并傳給車身的沖擊載荷小，有利于提高汽車的行駛平順性及輪胎的接地性能；懸架占用的空間小，便于發(fā)動機布置，可以降低發(fā)動機的安裝位置，從而降低汽車質心位置，有利于提高汽車的行駛穩(wěn)定性；左右車輪各自獨立運動，互不影響，可減小車身的傾斜和振動，同時在起伏的路面上能獲得良好的地面附著力。非獨立懸架的缺點是在不平路面上行駛時，左、右車輪相互影響，會降低直線行駛的穩(wěn)定性；由于車橋與車輪一起跳動，因而需要較大的空間，影響發(fā)動機或行李箱的布置。根據有關資料，麥 弗遜式是絞結式滑柱與下橫臂組成的懸架形式，減振器可兼做轉向主銷，轉向節(jié)可以繞著它轉動。特點是主銷位置和前輪定位角隨車輪的上下跳動而變化，構造簡單，布置緊湊，前輪定位變化小，具有良好的行駛穩(wěn)定性。麥弗遜懸架由于構造簡單，性能優(yōu)越的緣故，被行家譽為經典的設計。故該設計前懸架為:目前較為流行的麥弗遜式懸架.結構如上述圖2-3所示。半拖曳臂式是專為后輪設計的懸吊系，以支臂結合車軸前方的車身部主軸與車軸，其中車身部主軸的旋轉軸垂直于車身中心線者，亦 圖2-3麥弗遜獨立懸架即直向后方，稱為半拖曳臂式，使用這類系統(tǒng)的車，像PEUGEOT車系、CITROEN車系、OPEL車系等，而半拖曳臂式之擺動臂系傾斜于車身中心線即斜向后方。拖曳臂式懸吊的結構為車身部的主軸直接結合于車身，然后將主軸結合于懸吊系統(tǒng)，再將此構件安裝于車身，彈簧與避震器通常是分開安裝或是構成一體，直立安裝于車軸附近。懸吊系統(tǒng)本身的運動，支臂以垂直車身中心線的軸，亦即平行于車軸的軸為中心進行運動，車軸不傾斜于車身，在任一上下運動位置，車軸平行于車身，對車身外傾角變化為零。其最大的優(yōu)點乃在于左右兩輪的空間較大，而且車身的外傾角沒有變化，避震器不發(fā)生彎曲應力，所以摩擦小，當其剎車時除了車頭較重會往下沉外，拖曳臂懸吊的后輪也會往下沉平衡車身。2.5主要元件2.5.1彈性元件懸架彈性元件有鋼板彈簧、扭桿彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧等幾種。鋼板彈簧優(yōu)點是不僅能承受作用在不同方向的力(垂直、側向、和縱向)，而且還能承受原地起步和制動時的扭矩。但是其也有許多缺點：弧高和片間摩擦力隨時間變化；由于磨損以及由此出現(xiàn)的應力集中使其壽命降低，這樣使得其在貨車或客車的非獨立懸架中使用較多。扭桿彈簧在汽車上可以縱置、橫置或介于上述兩者之間。因為扭桿彈簧單位質量儲能量比鋼板彈簧大許多，所以扭桿彈簧質量?。ɑ上沦|量得以減少），目前在總長較短的客車和總質量較小的貨車上得到比較廣泛的應用。除此之外，空氣彈簧的單位質量儲能比較大，所以空氣彈簧本身的質量比較輕，因而簧下質量小。又因為氣囊內空氣介質的內摩擦小，工作是幾乎沒有噪聲，對高頻振動的吸收和隔聲性能均良好。除此之外，空氣彈簧的壽命是鋼板彈簧的2-3倍。但采用空氣懸架是，必須設置能傳遞垂直力的其他各種力和力矩的桿系，因此懸架結構復雜；空氣懸架對蜜密封要求嚴格，不得漏氣。除此之外，懸架復雜、成本較高等缺點。螺旋彈簧廣泛地應用于獨立懸架，特別是前輪獨立懸架中。然而在有些轎車的后輪非獨立懸架中，其彈性元件也采用螺旋彈簧。螺旋彈簧與鋼板彈簧相比較有以下優(yōu)點：無需潤滑，不忌泥污；安置它所需的縱向空間不大；彈簧本身質量小，且較空氣彈簧結構簡單，安裝方便等優(yōu)勢，故綜合以上彈性元件的特點，本設計方案的懸架均用螺旋彈簧作為彈性元件。2.5.2減振器根據結構形式不同，減振器分為搖臂式和筒式兩種。雖然搖臂式減振器能比較大的工作壓力下工作，單由于它的工作特性受活塞磨損和工作溫度變化的影響大而被淘汰。筒式減振器工作壓力雖然較小，單因為工作性能穩(wěn)定而在現(xiàn)代汽車上得到廣泛的應用。筒式減振器又分為單筒式、雙筒式和充氣筒式三種。雙筒式充氣液力減振器具有工作性能穩(wěn)定、干摩擦阻力小、噪聲低、總長度短等優(yōu)點，在乘用車上得到越來越多的應用。該方案采用雙筒式充氣液力減振器。2.6輔助元件2.6.1橫向穩(wěn)定器通過減小懸架的垂直剛度c，能減低車身的振動固有頻率n，達到改善汽車平順性的目的。但因為懸架的側傾角剛度c和垂直剛度的之間c的正比的關系，所以減小垂直剛度c的同時使側傾角剛度減小，并使側傾角增加，結果車廂中的成員會感到不舒服和降低了行車的安全感。解決這一矛盾的主要方法就是在汽車上安裝橫向穩(wěn)定器。有了橫向穩(wěn)定器，就可以做到在不增大懸架垂直剛度的前提下，增大懸架的側傾角剛度。汽車轉彎是產生側傾力矩，使內外側車輪的負荷發(fā)生轉移且影響車輪側偏角剛度和車輪側偏角的變化。前后軸車輪負荷的轉移大小，主要取決于前后懸架的側傾角剛度值。當前后懸架側傾角剛度值大于后懸架的側傾角剛度值時，前軸的負荷大于后軸車輪的負荷轉移，并使前輪側傾角大于后輪的側傾角，以保證汽車具有不足轉向特性。在汽車懸架上設計橫向穩(wěn)定器，能增大前懸架的側傾角剛度。故該設計方案的前懸架選擇加橫向穩(wěn)定器，而后懸不加橫向穩(wěn)定器。2.6.2緩沖塊緩沖塊通常由橡膠制造。通過硫化將橡膠與鋼板連為一體，再焊接在鋼板上的螺釘將緩沖塊固定在車身上，起到限制懸架最大行程的作用。 有些汽車裝用的多孔聚氨脂做成。它兼由輔助彈性元件的作用。多孔聚氨脂是一種很高強度的和耐磨性能的復合材料。這種材料起泡時形成了致密的耐磨外層，它保護內部的發(fā)泡不受損失。由于在材料中有封閉的氣泡，在載荷下壓縮，但其外輪廓尺寸變化卻不大，這點與橡膠不同。所以在設計中，我選擇了多孔聚氨脂制成的緩沖塊。第3章 技術參數(shù)確定與計算3.1懸架性能參數(shù)的選擇懸架設計可以大致分為結構型式及主要參數(shù)選擇和詳細設計兩個階段，有時還要反復交叉進行。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。3.2懸架的自振頻率懸架設計的主要目的之一是確保汽車有良好的行駛平順性。汽車行駛時振動越劇烈，則平順性越差。由于個體對振動的反應干差萬別，人們提出了各種各樣的平順性評價標難。n懸架的頻率；M簧載質量；K懸架剛度；懸架頻率 n 隨簧載質量的變化而變化，人體最舒適的頻率范圍為1.6Hz，如果要將汽車行駛過程中的頻率保持在11.6Hz內。依據ISO2631人體承受全身振動的評價指南，轎車的自振頻率范圍為0.7-1.6Hz，對于簧載質量大的車型取偏小的方向，（大致為1Hz或更低）本設計選取的范圍是0.7-1.6Hz。取n1 =1.2 Hz;懸架n1/n2=0.9所以n2=1.3Hz;懸架的剛度Ka+b=1.25+1.35=2.6m前：=1.25/2.6=0.48后：=1.35/2.6=0.52m1=16500.52=856.7kgm2=16500.48=793.3kgms1=856.7-55=801.7kgms2=793.3-65=728.3kg 依據懸架剛度公式可得：=（K/m）懸架的角速度，=2nK懸架剛度m簧上質量即K=2m3.3側傾角剛度隨著汽車車速的不斷提高，所設計的懸架不僅應該保持良好的行使穩(wěn)定性，還應保證良好的操縱穩(wěn)定性。在懸架的性能參數(shù)中，以前后懸架的側傾角剛度的分配以及側傾中心高度值對操縱穩(wěn)定性有較大的影響。所以選擇懸架的主要參數(shù)時要加以考慮。在汽車轉彎時，為了使車身的側傾角不超過規(guī)定值（按規(guī)定總體設計要求，當側向慣性力不超過車重的1/4時，車身的側傾角不大于6度7度）。懸架應該有足夠的的側傾角剛度。所謂的側傾角剛度的側傾力矩。側傾角剛度不足會使汽車轉彎時由于側傾過大使乘客有不穩(wěn)的感覺。側傾角過大，有會減輕駕駛員的路感，防害他正確的掌握車速。所以，對側傾角剛度要選擇適當。從汽車理論中知，為了保證良好的操縱穩(wěn)定性，希望汽車有一些不足的轉向，而不希望有過多的轉向。而懸架的側傾角剛度會影響到車輪的側傾角，前后懸架的側傾角剛度值的不同匹配就會改變前后車輪的側傾角的比值，從而改變轉向特性。則前后懸架的單個彈簧的側傾角剛度值為：n=/4*2)*ms/2=(1.2*6.28)*801.7/2=22765N/m 。n/4*2)*ms/2=(1.3*6.28)*728.3/2=24271N/m 。3.4懸架的動、靜撓度選擇懸架的靜撓度fc是汽車滿載靜止時懸架的載荷Fw與此時的懸架的剛度之比，即fc=Fw/c。汽車前、后懸架與其簧上質量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車的行使平順性的主要參數(shù)之一。因現(xiàn)代汽車的質量參數(shù)分配系數(shù)近視等于1，于是汽車前后軸上方車身兩點的振動不存在聯(lián)系。對于剛度為常數(shù)的懸架，靜撓度fc完全由所選擇的自振頻率所決定：fc=g/（2n）2 圖 3-1 懸架自振頻率由上式可以知道，懸架的靜撓度fc直接影響車身的偏振n。因此，欲保證汽車的良好的行使平順性，必須正確的選擇懸架的靜撓度。在選擇前后懸架的靜撓度時，應使之接近，并希望后懸架的靜撓度fc2比前懸架的靜撓度fc1小些，這有利于防止車身產生較大的縱向角擺動。理論分析證明：若汽車以較高的車速駛過單個路障，n1/n21時的車身縱向角振動要比n1/n21時小，故取值為 fc1=g/(2nl)2=9.8/(2*1.2)2=172.57173mm fc2=g/(2n2)2=9.8/(2*1.3)2=147.88148mm轎車的靜撓度取值范圍如下：fc=100300mm，所以我的選擇滿足條件。懸架的動撓度fd是指從懸架從滿載靜平衡位置開始壓縮到結構容許的最大變形時，車輪中心相對于車架的垂直位移。要求懸架有足夠大的撓度，以防止在壞路面上行使時經常碰到緩沖塊。對于轎車懸架的動撓度fd可按下列范圍選取： fd=（0.50.7）fc 所以我的選取為:Fd1=0.6*173=104mmFd2=0.6*149=89mm動撓度與靜撓度的總和為：fc1+fd1=173+104=277mm fc2+fd2=149+89=238mm 第4章 彈性元件的設計計算4.1前懸架彈簧（1）彈簧中徑、鋼絲直徑、及結構形式定彈簧中徑 鋼絲直徑結構形式：端部并緊、不磨平、支撐圈為1圈所選用的材料為硅錳彈簧鋼，查機械設計手冊得 則 （2）彈簧圈數(shù)由前知 單側螺旋彈簧所受軸向載荷為 其中m前懸架單側簧載質量（）前懸架減振器安裝角（）螺旋彈簧在下的變形為 螺旋彈簧的剛度由 得彈簧工作圈數(shù)取，又彈簧總圈數(shù)與有效圈數(shù)關系為 則彈簧總圈數(shù) （3）彈簧完全并緊時的高度彈簧總圈數(shù)與有效圈數(shù)以及彈簧完全并緊時的高度間的關系如下： 則 取彈簧總高度（4）應力校核所選螺旋彈簧的剪應力為： 又 則 式中 曲度系數(shù) 彈簧指數(shù) 4.2后懸架彈簧（1）彈簧中徑、鋼絲直徑、及結構形式定彈簧中徑 鋼絲直徑結構形式：端部并緊、不磨平、支撐圈為1圈所選用的材料為硅錳彈簧鋼， 查機械設計手冊得 則 （2） 彈簧圈數(shù)由前知 單側螺旋彈簧所受軸向載荷為 其中后懸架單側簧載質量（）后懸架減振器安裝角（）螺旋彈簧在下的變形為 螺旋彈簧的剛度由 得彈簧工作圈數(shù)取，又彈簧總圈數(shù)與有效圈數(shù)關系為 則彈簧總圈數(shù) （3）彈簧完全并緊時的高度彈簧總圈數(shù)與有效圈數(shù)以及彈簧完全并緊時的高度間的關系如下： 則 取彈簧總高度（4）應力校核所選螺旋彈簧的剪應力為： 又 則： 式中 曲度系數(shù) 彈簧指數(shù) 第5章 懸架導向機構的設計5.1導向機構設計要求對前輪獨立懸架機構的要求是：1.懸架上的載荷變化時，保證輪距變化不超過正負4.0mm，輪距變化會引起早期磨損。2.載荷變化時，前輪定位參數(shù)要有合理的變化特性，車輪不應產生縱向加速度。3.轉彎時，應使車身側傾角小。在0.4g側向加速度下車身側傾角不大于67，并使車輪與車身的側傾同向，以增加不足轉向效應。對后獨立懸架導向機構的要求是：1.懸架的載荷無變化時，輪距無顯著變化。2.汽車轉彎行使時，應使車身側傾角小，并使車輪與車身側傾相反，以減小過多轉向的效應。此外，導向機構還應有足夠的強度，并可靠傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。5.2麥弗遜獨立懸架示意圖 圖5-1 麥弗遜式獨立懸架（1）適用彈簧：螺旋彈簧；（2）主要使用車型：轎車前輪；（3）車輪上下振動時前輪定位的變化：1) 輪距、外傾角的變化比稍??；2) 拉桿布置可在某種程度上進行調整。側擺剛度：很高、不需穩(wěn)定器；（4）操縱穩(wěn)定性：1) 橫向剛度高；2) 在某種程度上可由調整外傾角的變化對操縱穩(wěn)定性進行調整。5.3導向機構受力分析作用到導向套上的力前輪上的靜載荷減去前軸簧下質量的彈簧軸向力彈簧和減振器的軸線相互偏移的距離圖5-2 麥弗遜式獨立懸架導向機構受力簡圖分析如圖5-2所示麥弗遜式獨立懸架導向機構受力簡圖可知，作用在導向套上的橫向力 可根據圖上的布置尺寸求得 橫向力越大，則作用在導向套和活塞上的摩擦力越大（為摩擦系數(shù)），這對汽車平順性有不良影響。為了減小摩擦力，在導向套和活塞表面應用了減磨材料和特殊工藝。由上式可知，為了減小，要求尺寸越大越好，或者減小尺寸。增大使懸架占用空間增大，在布置上有困難；若采用增加減振器軸線傾斜度的方法，可達到減小的目的，但也存在布置困難的問題。為此，在保持減振器軸線不變的條件下，常將圖中的點外伸至車輪內部，既可以達到縮短尺寸的目的，又可以獲得較小的甚至是負的主銷偏移距，提高制動穩(wěn)定性。移動點后的主銷軸線不再與減振器軸線重合。由圖5-3可知，將彈簧和減振器的軸線相互偏移距離，再考慮到彈簧軸向力的影響，則作用到導向套上的力將減小，即 由上式可知，增加距離，有助于減小作用到導向套上的橫向力。圖5-3麥弗遜式獨立懸架導向機構受力簡圖為了發(fā)揮彈簧減小橫向力的作用，有時還將彈簧下端布置靠近車輪，從而造成彈簧軸線及減振器軸線成一角度。這就是麥弗遜式獨立懸架中，主銷軸線、滑柱軸線和彈簧軸線不共線的主要原因。5.4橫臂軸線布置方式麥弗遜式獨立懸架的擺臂軸線與主銷后傾角的匹配影響到汽車的側傾穩(wěn)定性。當擺臂軸的抗前傾俯角等于靜平衡位置的主銷后傾角時，擺臂軸線正好與主銷軸線垂直，運動瞬心交于無窮遠處，主銷軸線在懸架跳動作平動。因此，主銷后傾角保持不變。當抗前傾俯角與主銷后傾角的匹配使運動瞬心交于前輪后方時，在懸架壓縮行程，主銷后傾角有增大的趨勢。當抗前傾俯角與主銷后傾角的匹配使運動瞬心交于前輪前方時，在懸架壓縮行程，主銷后傾角有減小的趨勢。為了減少汽車制動時的縱傾，一般希望在懸架壓縮行程主銷后傾角有增加的趨勢。因此，在設計麥弗遜式獨立懸架時，應選擇參數(shù)抗前傾俯角能使運動瞬心交于前輪后方。5.5導向機構的布置參數(shù)5.5.1 側傾中心 麥弗遜式獨立懸架側傾中心的高度為 式中 5-4麥弗遜式懸架側傾中心其中=800mm , =0，=10， =12；則=2.14 ；=0.54m;=0.22m 。第6章減振器設計6.1減振器的概述為加速車架與車身的振動的衰減，以改善汽車的行使平順性，在大多數(shù)汽車的懸架系統(tǒng)內部裝有減振器。在麥弗遜式懸架中，減振器與彈性元件是串聯(lián)的安裝。汽車懸架系統(tǒng)中廣泛的采用液力減振器。液力減振器的工作原理是，當車架和車橋作往復的相對運動而活塞在鋼筒內作往復的運動時，減振器殼底內的油液便反復的通過一些窄小的空隙流入另一內腔。此時孔壁與油液間的摩擦及液體分子內摩擦便形成對振動的阻尼力，使車身和車架的振動能量轉化成為熱能被油液和減振器殼所吸引，然后散到大氣中。減振器的阻尼力的大小隨車架和車橋相對速度的增減而增減，并且與油液的黏度有關。要求油液的黏度受溫度的變化的影響近可能的小，且具有抗氧化性，抗汽化以及對各種金屬和非金屬零件不起腐蝕的作用等性能。減振器的阻尼力越大，振動消除的越快，但卻使串聯(lián)的彈性元件的作用發(fā)揮的作用不能充分的發(fā)揮，同時，過大的阻尼力還可能導致減振器連接零件及車架的損壞。為解決彈性元件與減振器之間的這一矛盾，對減振器提出了如下的要求：1) 再懸架的壓縮行程內，減振器的阻尼力應該小，以充分利用彈性元件來緩和沖擊。2) 在懸架的伸張行程內，減振器的阻尼力應該大，以要求迅速的減振。3) 當車橋與車架的相對速度較大時，減振器能自動加大液流通道的面積，使阻尼力始終保持在一定的限度之內，以避免承受過大的沖擊載荷。6.2減振器的分類減振器按結構形式的不同可分為：筒式減振器和搖臂式減振器。雖然搖臂式能夠在較大的工作壓力下（1020MP）工作，但由于它的工作特性受活塞的磨損和工作溫度變化影響大，現(xiàn)在已經被淘汰。筒式減振器的工作壓力僅為2.55MP，但是由于工作性能穩(wěn)定而得到廣泛應用。減振器按作用方式不同，可分為單向作用減振器和雙向作用減振器。在壓縮和伸張行程都能起作用的減振器車稱為雙向作用減振器；僅在伸張行程起作用的叫單向作用減振器。該設計選用雙向筒式減振器。6.3減振器參數(shù)選取通常情況下，將壓縮行程時的相對阻尼系數(shù)取得小些，伸張行程的相對阻尼系數(shù)取得大些。兩者之間保持的關系 設計時，先選取與的平均值。對于無內摩擦的彈性元件懸架，??；對于有內摩擦的彈性元件懸架，值取小些。對于行使路面條件較差的汽車，值應取大些，一般??；為避免懸架碰撞車架，取 對于本設計選用的懸架，取 6.4減振器阻尼系數(shù)減振器阻尼系數(shù)。因懸架系統(tǒng)固有頻率，所以理論上。實際上應根據減振器的布置特點確定減振器的阻尼系數(shù)。例如，當減振器如圖6-2安裝時，減振器阻尼系數(shù)為 所以 （單邊） （單邊） 圖6-1 減振器安裝位置 在下擺臂長度不變的條件下，改變減振器下橫臂的上固定點位置或者減振器軸線與鉛直線之間的夾角，會影響減振器阻尼系數(shù)的變化。6.5最大卸荷力為減小傳到車身上的沖擊力，當減振器活塞振動速度達到一定值時，減振器打開卸荷閥，此時的活塞速度稱為卸荷速度。在減振器安裝如圖7-2所示時， 式中 車身振幅，取 懸架系統(tǒng)的固有頻率為卸荷速度,一般為、均符合要求.如已知伸張時的阻尼系數(shù),在伸張行程的最大卸荷力 則 6.6筒式減振器主要尺寸6.6.1筒式減振器工作直徑可根據最大卸荷力和缸內最大壓力強度來近似的求工作缸的直徑 式中 P-工作缸內最大允許壓力,取 -連桿直徑與缸筒直徑之比,雙筒式取 由汽車筒式減振器尺寸系列及技術條件可知:減振器的工作缸直徑 有等幾種。所以筒式減振器工作直徑可取： 取 取6.6.2油筒直徑貯油筒直徑，壁厚取，材料可取鋼 前貯油筒直徑 取后貯油筒直徑 取連桿直徑的選擇：；第7章橫向穩(wěn)定桿的設計為了降低汽車的固有頻率，改善行使穩(wěn)定性，近代汽車的垂直剛度設計的很低。結果，在汽車轉彎時，產生很大的車身側傾角，影響了行使的穩(wěn)定性。為了克服這一缺點，經常在懸架中（特別是前懸架中）采用橫向穩(wěn)定器來提高側傾角剛度。在獨立懸架中，橫向穩(wěn)定桿還兼起導向桿的作用，為了緩沖隔振和降低噪聲，橫向穩(wěn)定桿與車輪及車架連接處有橡膠支撐。懸架的側傾角剛度為：K=1/2Kf(Ba/n)=17629N/mK=1/2Kf(Ba/n)=35921N/m由K+C=1.5 K C=1.5 K- K=1.5*17629-35921=9477.5Na=100 b=100 c=300 L=1200 L=270 L=240d=取d=16mm 。側傾角剛度的大小對車身的側傾角影響很大。要求在側傾力矩為0.4倍的車重時，轎車為1.45度。側傾慣性力矩為：M1=0.4*總簧載質量*g*質心到側傾中心的距離=0.4*1530*9.8*0.56=3358N.m 。相對系數(shù)為 =M1/C=50，不在2度4度之間，所以前懸架必須安裝橫向穩(wěn)定桿。第8章 平順性分析8.1平順性概念汽車行使時，由路面不平以及發(fā)動機、傳動系和車輪等旋轉部件激發(fā)汽車的振動。通常，路面不平是汽車振動的基本輸入。汽車的平順性主要是保持汽車在行駛過程中產生的振動和沖擊環(huán)境對乘員舒適性的影響在一定界限之內。因此平順性主要根據乘員主觀感覺的舒適性來評價，對于載貨汽車還包括保持貨物完好的性能，它是現(xiàn)代汽車的主要性能之一。 8.2汽車的等效振動分析建立建立具有代表性的二自由度汽車振動系統(tǒng)動力學模型，如圖所示根據力學定理，上圖所示系統(tǒng)的振動微分方程： 解式（1）可得該系統(tǒng)振動的兩個主頻率： 式中，。由上式可知，汽車振動存在兩個主頻和，它們僅為系統(tǒng)結構參數(shù)的函數(shù)而與外界的激勵條件無關，是表征系統(tǒng)特征的固有參數(shù)。一般地說，其中較小值的一階主頻，且接近由彈簧質量和懸架剛度所決定的頻率，而較大值的二階主頻率，較接近主要由輪胎剛度和非簧載質量所決定的頻率。方程的解是由自由振動齊次方程的解與非齊次方程特解之和組成。令，則齊次方程為 式中的稱為系統(tǒng)固有頻率，而阻尼對運動的影響取決于和的比值變化，稱為阻尼比 汽車懸架系統(tǒng)阻尼比的數(shù)值通常在0.25左右，屬于小阻尼，此時微分方程的通解為 8.3車身加速度的幅頻特性雙質量系統(tǒng)在，質量比剛度比，阻尼比兩種情況下的幅頻特性曲線。由四個參數(shù)可按下式確定車輪部分的固有頻率和阻尼比 （一階阻尼比） （二階阻尼比）8-2 車身加速度的幅頻特性曲線圖圖8-2雙質量系統(tǒng)，車輪部分的具體參數(shù)為 ， ，共振時，增大而幅頻減小，在第一共振峰和第二共振峰之間的高頻區(qū)，增大幅頻也增大，在高頻共振區(qū)，雙質量系統(tǒng)出現(xiàn)第二共振峰，在之后，幅頻按一定斜率衰減，也減小，所以對共振與高頻段的效果相反，綜合考慮，取比較合適。8.4相對動載的幅頻特性車輪動載 ，頻率響應函數(shù) 將 代入上式，得： 式中 圖8-3的參數(shù)采用與圖8-2