(畢業(yè)設(shè)計(jì))標(biāo)志206中級轎車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：標(biāo)致206汽車的前、后懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其前懸架采用目前比較流行的麥弗遜式獨(dú)立懸架，后懸架采用拖曳臂式獨(dú)立懸架。減震器為液力雙向作用筒式減震器。本說明書還包括前、后懸架性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的介紹，懸架參數(shù)的確定，減震器設(shè)計(jì)及計(jì)算過程，螺旋彈簧設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)過程，懸架剛度和撓度的計(jì)算以及各零部件包括連接處的選擇。并用MATLAB軟件編程平順性的分析，論證了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的正確性和可行性。在對樣車懸架進(jìn)行平順性分析中，建立了兩自由度的平順性分析模型，分別繪制車身加速度幅頻特性曲線、相對動載幅頻特性曲線、彈簧動撓度幅頻特性曲線分析了懸架參數(shù)對汽車平順性的影響。因此，這次設(shè)計(jì)的懸架系統(tǒng)具有良好的行使平順性。關(guān)鍵詞：懸架設(shè)計(jì)；獨(dú)立懸架；平順性；自由度I本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AbstractTheprojectmainlyincludesthedesignsofthefrontandsuspensionsystemofthePeugeot206Automobiles.TheindependentMcPhersonsuspensionincommonuseisadoptedinthefrontsuspensionsystem，TherearsuspensionisIndependentSuspensionArmdragTheshockabsorberwithtwo-directionhydraulic-cylinderisappliedhere.Thispapersintroducedthestructurecharacteristicsofthefrontandrearsuspension,determinedthesuspensionparameters,designedandcalculatedtheshockabsorbersandcoilspring,etc.Furthermore,aprogramforrideperformancecomputationiscompiledbyusingMATLABsoftware.Inthesuspensionanalysisofthesamplecar,amodelwithtwodegreeoffreedomsisestablished.Somecurvesforridequalityanalysisarecarriedout.Fromthecalculatedcurves,sometopicsonhowthesuspensionparameterseffectontheridecomfortarediscussed.Therefore,aconclusioncanbedrawnthatthecurrentdesignedsuspensionsystemhasagoodrideperformance.Keyword:Suspensionforkdesign;Independentsuspensionfork;Smoothness;DegreesoffreedomII本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄第1章緒論1第2章前后懸架結(jié)構(gòu)的選擇.22.1汽車懸架的性能要求22.2懸架結(jié)構(gòu)形式分析22.2.1懸架的分類22.2.2獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式3第3章懸架技術(shù)參數(shù)確定計(jì)算53.1自振頻率53.2懸架的剛度C63.3懸架的靜撓度fc和動撓度fd63.3.1懸架的靜撓度fc63.3.2懸架的動撓度fd7第4章彈性元件的設(shè)計(jì)計(jì)算84.1前懸架彈簧84.2后懸架彈簧9第5章懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)115.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求115.2麥弗遜獨(dú)立懸架示意圖115.3導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力分析125.4橫臂軸線布置方式14第6章減振器設(shè)計(jì)156.1減震器的概述156.2減振器分類156.3減振器參數(shù)選擇166.4減振器阻尼系數(shù)166.5最大卸荷力176.6筒式減振器工作缸直徑17第7章橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)197.1橫向穩(wěn)定桿作用19III本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7.2穩(wěn)定桿直徑計(jì)算19第8章平順性分析218.1平順性概念218.2汽車的等效振動分析218.3車身加速度的幅頻特性238.4相對動載的幅頻特性258.5懸架動撓度的幅頻特性258.6影響平順性的因素278.6.1結(jié)構(gòu)參數(shù)對平順性的影響278.6.2使用因素對平順性的影響27第9章結(jié)論29參考文獻(xiàn)30致謝31附錄Ⅰ.32附錄Ⅱ36IV本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章緒論這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是標(biāo)致206懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該題目來源于科研課題。近年來，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對汽車的的乘坐舒適性，操縱穩(wěn)定性的要求逐漸提高，舒適性要求汽車有良好的行駛平順性。汽車行駛平順性又與懸架密切相關(guān)。懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到汽車的舒適性能。汽車懸架是車架與車軸之間的彈性聯(lián)結(jié)裝置的統(tǒng)稱。它的作用是彈性地連接車橋和車架，緩和行駛中車輛受到的沖擊力。懸架系統(tǒng)必須能滿足以下這些性能的要求：首先懸架系統(tǒng)要保證汽車有良好的行駛平順性，對以載人為主要目的的轎車來講，乘員在車中承受的振動加速度不能超過國標(biāo)規(guī)定的界限值。其次，懸架要保證車身和車輪在共振區(qū)的振幅小，振動衰減快。再次，要能保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性，一方面懸架要保證車輪跳動時(shí)，車輪定位參數(shù)不發(fā)生很大的變化，另一方面要減小車輪的動載荷和車輪跳動量。還有就是要保證車身在制動、轉(zhuǎn)彎、加速時(shí)穩(wěn)定，減小車身的俯仰和側(cè)傾。最后要保證懸架系統(tǒng)的可能性，有足夠的剛度、強(qiáng)度和壽命。懸架結(jié)構(gòu)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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章前、后懸架結(jié)構(gòu)的選擇2.1汽車懸架的性能要求汽車懸架是車架（車身）與車橋（或車輪）之間彈性連接的部件。它的主要作用是緩和、抑制由不平路面引起的振動和沖擊，保證乘員乘坐舒適和所運(yùn)貨物完好；除傳遞汽車垂直力以外，還傳遞其它各個(gè)方向的力和力矩，并保證車輪和車身（或車架）之間有確定的運(yùn)動關(guān)系，使汽車具有良好的駕駛性能。汽車懸架性能是影響汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和行速度的重要因素，在懸架的設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足如下性能的要求：（1）保證汽車有良好的行駛平順性。為此，汽車應(yīng)有較低的振動頻率，乘員在車中承受的振動加速度應(yīng)滿足國際標(biāo)準(zhǔn)ISO-2631-97規(guī)定的人體承受振動界限值。（2）有合適的減振性能。它應(yīng)與懸架的彈性特性很好匹配，保證車身和車輪在共振區(qū)的振幅小，振動衰減快，使汽車具有良好的乘坐舒適性。（3）保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在車輪跳動時(shí)，應(yīng)不使主銷定為參數(shù)變化過大，車輪運(yùn)動與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動協(xié)調(diào)，不出現(xiàn)擺振現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向時(shí)整車應(yīng)有一些不足轉(zhuǎn)向特性。（4）汽車制動時(shí)和加速時(shí)能保持車身穩(wěn)定，減少車身縱傾（即‘點(diǎn)頭’或‘后仰’）的可能性。（5）能可靠地傳遞車身與車輪的一切力和力矩，零部件質(zhì)量輕并有足夠的強(qiáng)度和壽命，保證車輛的正常行駛，和減少輪胎磨損等功能。2.2懸架結(jié)構(gòu)形式分析2.2.1懸架的分類汽車懸架可分為兩大類：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。非獨(dú)立懸架（如圖2.1）2本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的特點(diǎn)是左右車輪用一根剛性軸連接起來，并通過懸架與車架（車身）相連。其典型代表是縱置板簧式懸架。主要形式有縱置板簧式非獨(dú)立懸架、螺旋彈簧非獨(dú)立懸架、空氣彈簧非獨(dú)立懸架、油氣彈簧非獨(dú)立懸架。非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，被廣泛應(yīng)用于貨車的前、后懸架。在轎車中，非獨(dú)立懸架僅用于后橋。現(xiàn)代轎車的前懸架都用獨(dú)立懸架來代替非獨(dú)立懸架。1.非獨(dú)立懸架優(yōu)點(diǎn)：1)結(jié)構(gòu)簡單；2)制造容易；3)維修方便；4)工作可靠。2.非獨(dú)立懸架缺點(diǎn)：1)汽車行使平順性較差；2)容易使車軸和車身傾斜；3)前輪容易產(chǎn)生擺動；4)非簧載質(zhì)量大，高速行使時(shí)穩(wěn)定性不容易保證。獨(dú)立懸架（如圖2.2）的特點(diǎn)是左右車輪不連在一根軸上，單獨(dú)通過懸架和車架（或車身）相連。獨(dú)立懸架按車輪運(yùn)動的形式可分為：車輪在汽車橫向平面內(nèi)擺動的（單橫臂式或雙橫臂式）懸架；車輪在汽車縱向平面內(nèi)擺動的（單縱臂式或雙縱臂式）懸架；車輪繞著汽車縱軸線一定角度的軸線擺動的（斜臂式）懸架；車輪沿主銷滑動的滑柱擺臂式懸架（麥弗遜式懸架）。3獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)是：簧下質(zhì)量??；懸架占用的空間??；彈性元件只承受垂直力，所以可以用剛度小的彈簧，使車身振動頻率降低，改善了汽車行駛平順性；由于采用斷開式車軸，所以能降低發(fā)動機(jī)的位置高度，使整車的質(zhì)心高度下降，改善了汽車的行駛穩(wěn)定性；左、右車輪獨(dú)自運(yùn)動互不影響，可減少車身的傾斜和振動，同時(shí)在起伏的路面上能獲得良好的地面附著能力；獨(dú)立懸架可提供多種方案供設(shè)計(jì)人員選用，以滿足不同設(shè)計(jì)要求。。4獨(dú)立懸架的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維修困難。這種懸架主要用于乘用車和部分質(zhì)量不大的商用車上。2.2.2獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式麥弗遜式(滑柱擺臂式)懸架系統(tǒng)有下橫臂和減振器—彈簧組兩個(gè)機(jī)構(gòu)連接車輪與車身，其結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、占用空間小、上下行程長等,缺點(diǎn)是由于減振器—彈簧組充當(dāng)了主銷的角色,使它同時(shí)也承受了地面作用于車輪上的橫向力，它具有很強(qiáng)的道路適應(yīng)能力和良好的行駛穩(wěn)定性，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠的獨(dú)立3本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）架。拖曳臂獨(dú)立懸架占用車身空間小，不會讓車身在運(yùn)動中發(fā)生外傾角變化，減振器不會發(fā)生應(yīng)力彎曲加劇輪胎磨損，同時(shí)該懸架制造成本低，裝配簡單。目前市場上的主流微型、小型車低端SUV都采用了這種形式的后懸架。拖拽式獨(dú)立懸架的設(shè)置可以保證良好的駕乘舒適性。本次設(shè)計(jì)為，前懸架為麥弗遜式懸架，后懸架為拖曳臂獨(dú)立懸架。4本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章技術(shù)參數(shù)確定與計(jì)算3.1自振頻率汽車前后懸架與其簧載質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性的主要參數(shù)之一。懸架設(shè)計(jì)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(shí)振動越劇烈，則平順性越差。由于個(gè)體對振動的反應(yīng)干差萬別，人們提出了各種各樣的平順性評價(jià)標(biāo)難。懸架自振頻率選取的主要依據(jù)是“ISO2631《人體承受全身振動的評價(jià)指南》”自振頻率的取值與人不行時(shí)身體上下運(yùn)動的頻率相近。轎車的自振頻率范圍為0.7-1.6Hz。簧載質(zhì)量的車型取值偏小(約為1Hz或更低)，反之則取大值。貨車的自振頻率范圍為1.5-4.0Hz。由于貨車空、滿載時(shí)簧載質(zhì)量變化很大，且前、后懸架簧載質(zhì)量變化也很大，因此，貨車的自振頻率按如下方法?。呵皯壹茏哉耦l率你n1在滿載時(shí)取1.5-2.3Hz，空載時(shí)為1.7-2.4Hz;后懸架自振頻率n2在滿載時(shí)取1.7-2.4Hz，空載時(shí)為2.0-4.0Hz。前、后懸架的自振頻率的匹配對汽車行駛平順性影響也很大，一般使二者接近以免產(chǎn)生較大的車身縱向角振動。由于汽車高速通過單個(gè)路障時(shí)，n1<n2引起的車身角振動小于n1>n2的，故推薦n1/n2的取值范圍是0.55-0.95。對于一些微型轎車，也有設(shè)計(jì)成后懸架的自振頻率低于前懸架的，以改善后座的舒適性。n1=12πc11=m12πg(shù).c11及n2=G12πc21=m22πg(shù).c2G2式中g(shù)—重力加速度.g=981cm/s2c1、c2—前后懸架剛度.N/cmG1、G2—前后懸架簧載重量.N轎車的自振頻率范圍為0.7-1.6Hz。所以我取n1=1.2Hz;n1/n2=0.9所以n2=1.33Hz;5本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.2懸架的剛度Ca+b=1.2+1.23=2.43m前：a=1.2/2.43=0.494abb=1.23/2.43=0.506abm1=15500.494=765.4kgm2=15500.506=784.6kgms1=765.4-55=710.4kgms2=784.6-60=724.6kg后：c1(2n1)2m1(23.141.2)2710.440344.5N/mc2(2n2)2m2(23.141.33)2724.650550N/m3.3懸架的靜撓度fc及動撓度fd3.3.1懸架的靜撓度fc懸架的靜撓度fc是指汽車滿載靜止時(shí)懸架的載荷Fw與此時(shí)的懸架的剛度c之比，即fc=Fw/c。汽車前、后懸架與其簧上質(zhì)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(zhì)量參數(shù)分配系數(shù)ε近似等于1，于是汽車前、后軸上方車身兩點(diǎn)的振動不存在聯(lián)系。因此，汽車前、后部分的固有頻率n1和n2可用下式表示n1=N2=krs2/(2)。kfs1/(2)；當(dāng)采用彈性特性為線性變化的懸架時(shí)，前、后懸架的靜撓度可用下式來表示fc1m1gc16本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）fc2=m2gc2式中g(shù)為重力加速度。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(shí)，應(yīng)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(chǎn)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(gè)路障，n1/n2＜1時(shí)的車身縱向角振動要比n1/n2＞1時(shí)小，故推薦取fc2=(0.8-0.9)fc1?？紤]到貨車的前、后軸荷的差別與駕駛員的乘坐舒適性，取前懸架的靜撓度值大于后懸架的靜撓度值，推薦fc2=(0.6-0.8)fc1。為了改善小排量乘用車后排乘客的乘坐舒適性，有時(shí)取后懸架的偏頻低于前懸架的偏頻。故計(jì)算前、后懸架的靜撓度為：前懸架靜撓度：fc1=m1gc1=710.4?981/40344.5=17.3cm后懸架靜撓度：fc2=m2gc2=724.6?=14.06cmfc2=0.81fc1符合fc2=(0.7~0.9)fc13.3.2懸架的動撓度fd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(jié)構(gòu)容許的最大變形時(shí)，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(shí)經(jīng)常碰到緩沖塊。對于轎車懸架的動撓度fd可按下列范圍選?。篺d=（0.5～0.7）fc。故我選取fd=0.5fcfd1=0.5fc1=0.5*173=86.54mm;Fd2=0.6fc2=0.5*140.6=70.3mm7本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第4章彈性元件的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1前懸架彈簧根據(jù)彈簧工作條件選用用油淬火回火硅錳（60Si2MnA）彈簧鋼絲，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本（彈簧）》表7-2-17查的材料切變模量G8104N/mm2；根據(jù)表7-2-6按Ⅰ類負(fù)荷取許用切應(yīng)力480N/mm2。確定簧絲直徑：按式計(jì)算：d1.6KPC初定簧絲直徑d'=13mm,查表取C=6，K=1.24其中C為旋繞比，K為曲度系數(shù)F[1.2(1.21.23)155055]9.812710.434.9053484.6NF1Fcos83484.60.993450.7Nd1.6KPC1.6.43450.7648012.43mm根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列值，取d13mm?；九c原假設(shè)相符合。彈簧的鋼絲直徑：d13mm彈簧中徑：D2Cd61378mm彈簧內(nèi)徑：D1D2d781365mm彈簧外徑：DD2d781391mm節(jié)距:PD2278239確定工作圈數(shù)和總?cè)?shù)前單側(cè)最大載荷為3450.7N彈簧在載荷下的變形為fc1cos0.1730.9917.47mmGD81041317.47n3.05其中G為切變模量8FC383450.763彈簧有效圈數(shù)：n3.5彈簧總?cè)?shù)：n1n23.525.5彈簧自由高度：H0Pn1.5d393.51.513156mm8本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）螺旋角：arctanp39arctan7.8D3.1491材料展開長度：LD2n1785.51347.1mm彈簧間隙：pd391326mm彈簧剛度：KFGd8nc3800001383.5631.72108N/4.2后懸架彈簧根據(jù)彈簧工作條件選用用油淬火回火硅錳（60Si2MnA）彈簧鋼絲。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本（彈簧）》表7-2-17查的材料切變模量G8104N/mm2；根據(jù)表7-2-6按Ⅰ類負(fù)荷取許用切應(yīng)力480N/mm2確定簧絲直徑：按式計(jì)算：d1.6KPC初定簧絲直徑d'=12mm,查表取C=5，K=1.3其中C為旋繞比，K為曲度系數(shù)F[1.23(1.21.23)155060]9.8123554NF1Fcos1035540.9853550Nd1.6KPC1.6.33550548011.02mm根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列值，取d12mm?；九c原假設(shè)相符合。彈簧的鋼絲直徑：d12mm彈簧中徑：D2Cd51260mm彈簧內(nèi)徑：D1D2d601248mm彈簧外徑：DD2d601272mm節(jié)距:PD2260230確定工作圈數(shù)和總?cè)?shù)前單側(cè)最大載荷為3500N彈簧在載荷下的變形為fc1cos0.14060.98514.27mmGD81041214.27n4.03其中G為切變模量8FC38355053彈簧有效圈數(shù)：n5彈簧總?cè)?shù)：n1n2527彈簧自由高度：H0Pn1.5d3051.512168mm9本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）螺旋角：arctanp30arctan7.56D3.1472材料展開長度：LD2n16071318.8mm彈簧間隙：pd301218mm彈簧剛度：KFGd8nc3800001285531.92108N/10本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第5章懸架導(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)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)加速度下，車身側(cè)傾角不大于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）汽車制動時(shí)，應(yīng)使車身有抗前俯作用，加速時(shí)有抗后仰作用。5.2麥弗遜獨(dú)立懸架示意圖圖5-1麥弗遜式獨(dú)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(shí)前輪定位的變化：（1）輪距、外傾角的變化比稍??；11本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（2）拉桿布置可在某種程度上進(jìn)行調(diào)整。4）側(cè)擺剛度：很高、不需穩(wěn)定器；5）操縱穩(wěn)定性：（1）橫向剛度高；（2）在某種程度上可由調(diào)整外傾角的變化對操縱穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)整。5.3導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力分析F3—作用到導(dǎo)向套上的力F1—前輪上的靜載荷F1'減去前軸簧下質(zhì)量的2F6—彈簧軸向力a—彈簧和減振器的軸線相互偏移的距離圖5-2麥弗遜式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力簡圖(a)分析如圖5-2所示麥弗遜式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力簡圖可知。12本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）F3=F1ad(c+b)(d-c)橫向力F3越大，則作用在導(dǎo)向套和活塞上的摩擦力F3f越大（f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(dǎo)向套和活塞表面應(yīng)用了減磨材料和特殊工藝。由上式可知，為了減小F3，要求尺寸c+d越大越好，或者減小尺寸a。增大c+d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(dá)到減小a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G點(diǎn)外伸至車輪內(nèi)部，既可以達(dá)到縮短尺寸a的目的，又可以獲得較小的甚至是負(fù)的主銷偏移距，提高制動穩(wěn)定性。移動G點(diǎn)后的主銷軸線不再與減振器軸線重合。圖5-3麥弗遜式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力簡圖(b)為了發(fā)揮彈簧減小橫向力F3的作用，有時(shí)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(dú)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。13本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5.4麥弗遜式獨(dú)立懸架的擺臂軸線與主銷后傾角的匹配影響到汽車的側(cè)傾穩(wěn)定性。當(dāng)擺臂軸的抗前傾俯角等于靜平衡位置的主銷后傾角時(shí)，擺臂軸線正好與主銷軸線垂直，運(yùn)動瞬心交于無窮遠(yuǎn)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(dāng)抗前傾俯角與主銷后傾角的匹配使運(yùn)動瞬心交于前輪后方時(shí)，在懸架壓縮行程，主銷后傾角有增大的趨勢。當(dāng)抗前傾俯角與主銷后傾角的匹配使運(yùn)動瞬心交于前輪前方時(shí)，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(shí)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(shè)計(jì)麥弗遜式獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)選擇參數(shù)抗前傾俯角能使運(yùn)動瞬心交于前輪后方。14本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第6章減振器設(shè)計(jì)6.1減振器概述減振器的功能是吸收懸架垂直振動的能量，并轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，使振動迅速衰減。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(nèi)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(dāng)車架和車橋作往復(fù)的相對運(yùn)動而活塞在鋼筒內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動時(shí)，減振器殼底內(nèi)的油液便反復(fù)的通過一些狹小的空隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)孔壁與油液間的摩擦及液體分子內(nèi)摩擦便形成對振動的阻力，使車身和車架的振動能量轉(zhuǎn)化成為熱能被油液和減振器殼體所吸收，然后釋放到大氣中。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(guān)。要求油液的黏度受溫度變化的影響近可能的小，且具有抗氧化抗汽化性及對各種金屬和非金屬零件不起腐蝕作用等性能。減振器的阻尼力越大，振動消除的越快，但卻使串聯(lián)的彈性元件的作用不能充分發(fā)揮，同時(shí)，過大的阻尼力還可能導(dǎo)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，對減振器提出如下的要求：1）在懸架的壓縮行程內(nèi)，減振器的阻尼力應(yīng)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(nèi)，減振器的阻尼力應(yīng)該大，以要求迅速的減振；3）當(dāng)車橋與車架的相對速度較大時(shí)，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(nèi)，以避免承受過大的沖擊載荷。6.2減振器分類減振器按結(jié)構(gòu)形式不同，分為搖臂式和筒式兩種。雖然搖臂式減振器能在比較大的工作壓力(10~20MPa)條件下工作，但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遭淘汰。筒式減振器工作壓力雖然僅為(2.5~5MPa)，但是因?yàn)楣ぷ餍阅芊€(wěn)定而在現(xiàn)代汽車上得到廣泛的應(yīng)用。筒式減振器又分為單筒式、雙筒式和充氣筒式三種。雙筒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(diǎn)，在乘用車上得到越來越多的應(yīng)用。15本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6.3減振器參數(shù)選取通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對阻尼系數(shù)Y取得小些，伸張行程的相對阻尼系數(shù)S取得大些。兩者之間保持Y(0.25~0.50)S的關(guān)系設(shè)計(jì)時(shí)，先選取Y與S的平均值。對于無內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，取0.25~0.35；對于本設(shè)計(jì)選用的懸架，取前0.35后0.256.4減振器阻尼系數(shù)C，所以理論上2MW。M實(shí)際上應(yīng)根據(jù)減振器的布置特點(diǎn)確定減振器的阻尼系數(shù)。例如，當(dāng)減振器如圖6-1安裝時(shí)，減振器阻尼系數(shù)為(2MW)2減振器阻尼系數(shù)2CM。因懸架系統(tǒng)固有頻率W所以前(2M1W1)cos1(20.352710.440344.52)cos282710.422704N/m后(2M2W2)cos22(20.25724.62505502)cos2102205N/m724.62圖6-1減振器安裝位置16本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）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(diǎn)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最大卸荷力上面取到前0.35后0.25Y(0.25~0.50)S所以取前Y0.2，前S0.5,后Y0.1，后S0.4前懸架：40344.523785.5N/m710.42由于Vx為卸荷速度，一般為0.15~0.30m/s取VX0.3m/ss12Sm20.5710.42F01s1VX3785.50.31135.7N；后懸架：s22Sm20.4724.62取VX0.3m/s5055023423.6N/m724.62F02s2Vx23423.60.31027.1N；6.6筒式減振器的工作缸直徑根據(jù)伸張行程的最大卸荷力F0計(jì)算工作缸的直徑D為D4F02[P](1)式中[P]為工作缸內(nèi)最大允許壓力,取3~4MPa為連桿直徑與缸筒直徑之比,雙筒式取0.40~0.50，單筒式取0.30~0.40。前取[P]=3,0.5前懸架減振器的工作缸直徑D1D14F0141135.725.36mm;22[P](1)3.143.3(10.5)取標(biāo)準(zhǔn)值D1=30mm;17本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）貯油筒直徑取DC1.4D11.43042mm后懸架減振器的工作缸直徑D2后取[P]=4,0.4D24F0241027.119.5mm;22[P](1)3.144(10.4)取標(biāo)準(zhǔn)值D1=20mm;貯油筒直徑取DC1.4D11.42028mm18本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第7章橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)7.1橫向穩(wěn)定桿的作用為了降低汽車的固有振動頻率以改善行使平順性，現(xiàn)代汽車懸架的垂直剛度值都較小，從而使汽車的側(cè)傾角剛度值也很小，結(jié)果使汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾嚴(yán)重，影響了汽車的行使穩(wěn)定性。為此，現(xiàn)代汽車大多數(shù)都裝有橫向穩(wěn)定桿來加大懸架的側(cè)傾角剛度以改善汽車的行使穩(wěn)定性。當(dāng)左右車輪同向等幅跳動時(shí)，橫向穩(wěn)定桿不起作用；當(dāng)左右車輪有垂直的相對位移時(shí)，穩(wěn)定桿受扭，發(fā)揮彈性元件的作用。橫向穩(wěn)定桿帶來的好處除了可增加懸架的側(cè)傾角剛度，從而減小汽車轉(zhuǎn)向時(shí)車身的側(cè)傾角外，恰當(dāng)?shù)剡x擇前后懸架的側(cè)傾角剛度比值，也有助于使汽車獲得所需要的不足轉(zhuǎn)向特性。通常，在汽車的前后懸架中都裝橫向穩(wěn)定桿，或者只在前懸架中安裝。若只在后懸架中安裝，則會使汽車趨于過多轉(zhuǎn)向。橫向穩(wěn)定桿帶來的不利因素有：當(dāng)汽車在坑洼不平的路面行駛時(shí)，左右車輪有垂直的相對位移，由于橫向穩(wěn)定桿的作用，增加了車輪處的垂直剛度，會影響汽車的行駛平順性。7.2穩(wěn)定桿直徑計(jì)算橫向穩(wěn)定桿用來增加側(cè)傾角剛度，從而改善穩(wěn)定性。穩(wěn)定桿是橫置的扭桿彈簧，以阻止一個(gè)車輪相對另一個(gè)車輪作垂直運(yùn)動。圖4.1為規(guī)則結(jié)構(gòu)穩(wěn)定桿[9]的一種，由于結(jié)構(gòu)對稱，取其一半來分析。若在整個(gè)穩(wěn)定桿兩端A施加彼此反向且垂直于穩(wěn)定桿平面的力P。1.側(cè)傾角剛度計(jì)算前懸架的側(cè)角剛度為：1Bm1.30.30C1c1.5.4N/m0.540344247252n0.35M為彈簧中心至橫臂鉸接點(diǎn)距離，n為橫臂長后懸架的側(cè)傾角剛度為：2219本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖7-1橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)計(jì)算示意圖C21c2B0.5505501.4336143.3N/m2由式C1C1.5C2可知：C1.5C2C129489.6N/mL1080mm，R15mm,初步選取l0250mm，l2290mm，l3l4125mm，60。其中l(wèi)1216.5mm將其代入下式得所需要的穩(wěn)定桿直徑d為：C313[llL(l3l4)24l12(l2l3)]0423LE2E—材料的彈性模量，E2.06105MPa求得d22mm。d一般情況下，穩(wěn)定桿的最大應(yīng)力發(fā)生在圖中截面B的內(nèi)側(cè)，其大小與B處的圓角半徑R有關(guān)，因此R決定了此處的曲度系數(shù)。對于穩(wěn)定桿最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力不應(yīng)超過700MPa。即16Pl1k700MPa3d式中，k—曲度系數(shù)，k4C10.615；4C4C求得k1.8C—彈簧指數(shù)，C(2Rd)d。16Pl1k16765.40.21651.881.4310Pa143MPa700MPa33d3.140.022滿足設(shè)計(jì)要求。橫向穩(wěn)定桿材料取45鋼。20本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第8章平順性分析8.1平順性概念汽車行使時(shí)，由路面不平以及發(fā)動機(jī)、傳動系和車輪等旋轉(zhuǎn)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(chǎn)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(nèi)。因此平順性主要根據(jù)乘員主觀感覺的舒適性來評價(jià)，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為增強(qiáng)車內(nèi)乘員的舒適感，必須降低汽車行駛中的振動，即提高汽車的行駛平順性能。汽車在一定路面上行駛時(shí)，其振動量（振幅、振動速度及加速度）的大小取決于汽車的質(zhì)量、懸架剛度、輪胎剛度和阻尼等結(jié)構(gòu)參數(shù)。但是，汽車振動是一個(gè)極為復(fù)雜的空間多自由度振動系統(tǒng)。為便于分析，需把復(fù)雜的實(shí)際汽車在某些假設(shè)條件下，簡化為等效振動系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用4汽車振動系統(tǒng)模型。如圖8-1。圖8-14汽車振動系統(tǒng)模型根據(jù)力學(xué)定理，可列出圖8-1所示系統(tǒng)的振動微分方程：21本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）c(Zs)k(Zs)0MZsc(Z)k(Zs)kskqmstt式中，M為簧載質(zhì)量(765.4kg)；m為非簧載質(zhì)量(55kg)；k為左右兩側(cè)懸架的合成剛度(90894.5Nm)；c為左右兩側(cè)懸架的合成當(dāng)量阻尼系數(shù)(0.3Nm)；kt為左右兩側(cè)懸架的合成輪胎剛度(Nm)；Z為簧載質(zhì)量M的垂直位移(m)；s為簧載質(zhì)量m的垂直位移(m)；q為路面不平度賦值函數(shù)(m)，即路面不平度對汽車的實(shí)際激勵(lì)。解式（1）可得該系統(tǒng)振動的兩個(gè)主頻率：212(t20)1212kkt1222(t0)4Mmkkt1222(t0)4Mmkktk式中，02，t2。由上式可知，汽車振動存在兩個(gè)主頻1和2，它Mm222(t20)們僅為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù)而與外界的激勵(lì)條件無關(guān)，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10，且接近由彈簧質(zhì)量和懸架剛度所決定的頻率0，而較大值的二階主頻率2t，較接近主要由輪胎剛度kt和非簧載質(zhì)量m所決定的頻率t。c(Zs)k(Zs)0的解是由自由振動齊次方程的解與非齊次方程特方程MZ解之和組成。令2bck，02，則齊次方程為MM2bZ2Z0Z0式中的0稱為系統(tǒng)固有頻率，而阻尼對運(yùn)動的影響取決于b和0的比值變化ζ，22本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ζ02Mk汽車懸架系統(tǒng)阻尼比ζ的數(shù)值通常在0.25左右，屬于小阻尼，此時(shí)微分方程的通解為2b2ta)ZAentsin(08.3車身加速度的幅頻特性0.5兩種雙質(zhì)量系統(tǒng)在f11.2Hz，質(zhì)量比12.9,剛度比9，阻尼比0.25、情況下的幅頻特性曲線。由f1、、、四個(gè)參數(shù)可按下式確定車輪部分的固有頻率ft和阻尼比tKKt)Mf0(1)13.62cKKtt(1)2Mftt12.83（一階阻尼比）t25.67（二階阻尼比）23本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共振時(shí)，ζ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)，ζ增大幅頻也增大，在f=ft高頻共振區(qū)，雙質(zhì)量系統(tǒng)出現(xiàn)第二共振峰，在f>ft之后，幅頻按一定斜率衰減，ζ也減小，所以對共振與高頻段的效果相反，綜合考慮，ζ取0.2~0.4比較合適。8.4相對動載的幅頻特性車輪動載Fd=Kt(z1-q)，頻率響應(yīng)函數(shù)H(jω)Fd將G~q=FdKtz-q=1Gqqm(μ+1)gA2KtA2Ktz1代入上式，得：==qA3A2-A12NFd?A2KtKt?=-1?Gq?Nm(μ+1)g???λ2??22??+4ζλ??Fdγω??1+μ??=??Gqg???????式中A1=jωC+KA2=-ω2m+jωC+K圖8-3的參數(shù)采用與圖8-2所示雙質(zhì)量系統(tǒng)同樣的參數(shù)。相對動載的幅頻特性曲線在f=f1低頻共振區(qū)，與車身加速度的幅頻特性曲線趨勢不同，；在f=ft高頻共振區(qū)，阻尼比對相對動載的幅頻特性曲線的峰值影響很大；在f1~ft之間的幅頻，阻尼比越大幅頻就越大；在f>ft之后，相對動載幅頻特性曲線按一定斜率衰減，ζ越大幅頻衰減越快。綜合考慮，ζ取0.2~0.4比較合適。21224本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖8-3相對動載的幅頻特性曲線8.5懸架彈簧動撓度的幅頻特性1.懸架動撓度fd對q幅頻特性由圖8.4所示，由車身平衡位置起，懸架允許的最大壓縮行程就是其限位行程[fd]。彈簧動撓度fd與限位行程[fd]應(yīng)適當(dāng)配合，否則會增加行駛中撞擊限位的概率，使平順性變壞。懸架彈簧動撓度的復(fù)振幅fdzq，因此fd對q的頻率響應(yīng)函數(shù)為：fdzqz1將其代入下式qqqH(j)z~qfdzKjC2得q(m22K)jCq122j12圖8-4限位行程[fd]的示意圖fd4則可知fd對q幅頻特性：222q(1)(2)25本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）幅頻特性2.懸架動撓度fd對q的頻率響應(yīng)函數(shù)為H(j)fd~qfd對qfdz2z1z2z1qqqq有車輪z1對路面位移q的頻率響應(yīng)函數(shù)A2KtA2Ktz1qA3A2A12N式中，A1jCK,A22m2jCK,NA3A2A12，A32m1jCKKt其車身位移z2對路面位移q的頻率響應(yīng)函數(shù)，可得得：fdAKAKK(AA2)1t2tt1qNNNfd12q12z2z2z1A1A2KtA1Ktqz1qA2NN幅頻特性則fd對q圖8-5彈簧動撓度的幅頻特性曲線懸架系統(tǒng)對于車身位移Z來說，是將高頻輸入衰減的低通濾波器；對于動撓度fd來說，是將低頻輸入衰減的高26本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通濾波器。阻尼比對fd/q只在共振區(qū)起作用，而且當(dāng)0.5時(shí)已不呈現(xiàn)峰值。且阻尼比與幅頻值成反比，如圖8.5所示8.6影響平順性的因素8.6.1結(jié)構(gòu)參數(shù)對平順性的影響（1）懸架剛度彈性元件是汽車懸架的主要組成部分，彈性元件的剛度或懸架等效剛度k及其特性是影響平順性的主要因素。當(dāng)簧載質(zhì)量M一定時(shí)，減小k可降低車體固有振k，但k值過小會使車體振動過程中的懸架動行程增大，并使非簧M載質(zhì)量m的振動位移也增大，甚至導(dǎo)致車輪離開地面，對汽車操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生不利后果。汽車在實(shí)際使用中，簧載質(zhì)量M隨汽車的裝載情況而變，當(dāng)k值一定時(shí)，動頻率0k將隨M減小而增大。因此，理想的懸架彈性特性應(yīng)具有變剛度或非線性M特性，即隨汽車載荷的變化，懸架剛度能自動增大或減小，以減小懸架限位塊碰撞車身的機(jī)率，使車體免遭撞擊。（2）懸架阻尼0汽車懸架系統(tǒng)中裝有減振器。減振器阻尼對車體固有頻率的影響不大，但卻能使車體振動迅速衰減，改善車內(nèi)乘員的舒適感。研究表明，懸架阻尼的大小還對操縱穩(wěn)定性和制動方向穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。（3）輪胎輪胎徑向剛度kt與輪胎結(jié)構(gòu)、尺寸和氣壓有關(guān)，若以kt與懸架剛度k之比krt來表示，則可見，對于一定型號的輪胎，降低胎內(nèi)氣壓（即剛度kt減?。┛蒶改善平順性，但也將增加車輪的側(cè)向偏離，以惡化操縱穩(wěn)定性，應(yīng)予以注意。（4）非簧載質(zhì)量在整車質(zhì)量一定時(shí)，減小非簧載質(zhì)量m可改善平順性。目前多數(shù)轎車和客車采用獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)之一可在一定總質(zhì)量下減小非簧載質(zhì)量m，改善平順性。8.6.2使用因素對平順性的影響道路不平是引起汽車振動的主要原因，當(dāng)汽車在不平路面行駛時(shí)，前、后車橋和車體都經(jīng)常受來自道路的沖擊。路面越惡劣，行駛速度越高，車體加速度均27本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）方根值越大。當(dāng)激勵(lì)頻率與車輛系統(tǒng)的一階主頻率1或二階主頻率2重和時(shí)，將產(chǎn)生車體的共振，加速車體的振動。路面的激勵(lì)頻率由路面譜的頻率分量和車速決定，因此對應(yīng)一定的路面必有某一引起車體共振的車速，行駛時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離共振車速。此外，汽車的自身技術(shù)狀況的不正常，如減振器油液黏度過大或漏油及密封失效等故障，均將導(dǎo)致車體振動加劇、沖擊頻繁、平順性惡化。HYPERLINK"/retype/zoom/f1c60349fe4733687e