松花江微型車前懸架設計

PAGEPAGE1第1章緒論懸架設計的背景及研究意義懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它把車架（或車身）與車輪彈性地連接起來。懸架需要傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，緩和路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，使汽車獲得高速的行駛能力和理想的運動特性。懸架對于整車的意義重大?，F(xiàn)代車除了保證其基本性能，即行駛性、轉向性和制動性之外，目前正致力于提高安全性與舒適性，向高附加價值、高性能和高質量的方向發(fā)展。對此，尤其作為提高操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性的轎車懸架必須加以改進。舒適性是汽車最重要的使用性能之一。與生產實際結合較緊密。通過對懸架系統(tǒng)中重要零部件的設計、計算和校核；各定位參數(shù)涵義及其對整車動力學性能影響的分析，初步達到介紹懸架設計全過程目的，具有很強的操作性，能夠為標致轎車的生產實際提供一定意義上的指導。1.2懸架設計的主要內容、要求和研究方法主要內容本文的研究對象是松花江微型車的前懸架。通過對懸架彈性元件的計算、分析，導向機構的核算和校核，可以驗證懸架中關鍵零部件的可行性，掌握懸架的適用范圍和使用條件，改善整車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。在此基礎上文章還進一步提出和懸架性能有著密切關系的轉向橫拉桿斷開點位置的分析方案，并對結果進行了剖析。具體內容包括：（1）對懸架中的彈性元件、減震器、橫向穩(wěn)定桿等重要部件進行了設計計算和可行性校核；（2）運用空間坐標變換理論和空間剛體運動學原理，通過對懸架的簡化和抽象，將實物模型轉成可供分析和研究的物理模型和數(shù)學模型；（3）提出轉向橫拉桿斷開點位置的設計方案，通過前后干涉量與車輪跳動量關系曲線的對比分析，提出斷開點位置方案。設計要求為了滿足汽車具有良好的行駛平順性，要求由簧上質量與彈性元件組成的振動系統(tǒng)的固有頻率應在合適的頻段，并盡可能低。前、后懸架固有頻率的匹配應合理，對乘用車要求前懸架固有頻率略低于后懸架的固有頻率，還有盡量避免懸架撞擊車架（或車身）。在簧上質量變化的情況下，車身高度變化要小，因此，應采用非線性彈性特性懸架。要正確地選擇懸架方案和參數(shù)，在車輪上、下跳動時，使主銷定位角變化不大、車輪運動與導向運動要協(xié)調，避免前輪擺振，汽車轉向時，應使之稍有不足的轉向特性。懸架與汽車的多種使用性能有關，為滿足這些性能，對懸架提出的設計要求有：保證汽車具有良好的行駛平順性；具有合適的衰減震動的能力；保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性；汽車制動或加速時，要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾，轉彎時車身側傾要合適；具有良好的隔聲能力；結構緊湊、占用空間尺寸要?。豢煽康貍鬟f車身與車輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件質量要小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。研究方法在設計時首先考慮車的總體方案要求，接著根據(jù)懸架總體方案，進行懸架系統(tǒng)各零部件的設計計算，在計算時應重點計算對懸架整體性能影響較大的零部件如：螺旋彈簧、橫向穩(wěn)定桿、減振器等。最后，對關鍵零件進行強度校核麥弗遜式懸架的特點麥弗遜懸架一般用于轎車的前輪。與其它懸架系統(tǒng)相比，麥弗遜式懸架系統(tǒng)具有結構簡單，緊湊，占用空間少，性能優(yōu)越等特點。麥式懸架還具有較為合理的運動特性，能夠保證整車性能要求。雖然麥弗遜懸掛在行車舒適性上的表現(xiàn)令人滿意，其結構簡單體積不大，可有效擴大車內乘坐空間，但也由于其構造為滑柱式，對左右方向的沖擊缺乏阻擋力，抗剎車點頭等性能較差。麥弗遜懸掛通常由兩個基本部分組成：支柱式減震器和A字型托臂之所以叫減震器支柱是因為它除了減震還有支撐整個車身的作用，他的結構很緊湊，把減震器和減震彈簧集成在一起，組成一個可以上下運動的滑柱；下托臂通常是A字型的設計，用于給車輪提供部分橫向支撐力，以及承受全部的前后方向應力。整個車體的重量和汽車在運動時車輪承受的所有沖擊就這兩個部件承擔。所以麥弗遜的一個最大的設計特點就是結構簡單，結構簡單能帶來兩個直接好處那就是：懸掛重量輕和占用空間小。我們知道，汽車懸掛屬于運動部件，運動部件越輕，那么懸掛響應速度和回彈速度就會越快，所以懸掛的減震能力也就越強；而且懸掛質量減輕也意味著彈簧下質量減輕，那么在車身重量一定的情況下，舒適性也越好。占用空間小帶來的直接好處就是設計師能在發(fā)動機倉布置下更大的發(fā)動機，而且發(fā)動機的放置方式也能隨心所欲。在中型車上能放下大型發(fā)動機，在小型車上也能放下中型發(fā)動機，讓各種發(fā)動機的匹配更靈活。為了追求運動性，把其重心布置在前軸之后，因此發(fā)動機要占用大量的引擎?zhèn)}空間，那么，選用一款結構簡單，占用空間小的懸掛設計就顯得由為重要。麥弗遜懸掛在向上行程時，也就是在發(fā)生轉向側傾時，車輪外傾角會自動加大，使輪胎能更好的跟路面結合，給整車提供更大的橫向力，提高了轉向操控極限。擁有出色的操控和響應性再加上緊湊的結構，很顯然就成了哈飛設計師設計前懸架時的首選方案。對于小型車和微型車來說，盡可能的在狹小的發(fā)動機倉騰出空間布置發(fā)動機就更加重要了，所以他們也不得不選擇麥弗遜懸掛，況且，如果做出合理的匹配，麥弗遜無論是操控和舒適性都是相當出色的。圖1-1麥弗遜懸架也正是因為麥弗遜結構過于簡單，造成懸掛的剛度有限。由于麥弗遜懸掛只能下托臂和減震器支柱來承受強大的車輪沖擊力，所以較易發(fā)生幾何變形。這種變形體現(xiàn)到駕駛感受上，就是駕駛者會明顯的感覺到車身穩(wěn)定性較差。無論是轉彎側傾，還是剎車點頭現(xiàn)象，都非常明顯。當然，設計師們也想了不少辦法來解決穩(wěn)定性問題。我們經常聽說的橫向穩(wěn)定桿，防傾桿，平衡桿等等都是用來提高麥福遜懸掛幾何剛度和橫向穩(wěn)定性的部件。橫向穩(wěn)定桿是一根擁有一定剛度的扭桿彈簧，他與左右懸掛的下托臂或減震器滑柱相連。當左右懸掛都處于顛簸路面時，兩邊的懸掛同時上下運動，穩(wěn)定桿不發(fā)生扭轉；當車輛在轉彎時，由于外側懸掛承受的力量較大，車身發(fā)生一定側傾。此時外側懸掛收縮，內側懸掛舒張，那么橫向穩(wěn)定桿就會發(fā)生扭轉，產生一定的彈力，阻止車輛側傾。從而提高了車輛行駛穩(wěn)定性。而再增加支撐桿部件，則能達到同時提高懸掛縱向剛度的目的。但是，光增加穩(wěn)定桿所提高的性能是有限的，使用各種穩(wěn)定桿設計能從一定程度上提高穩(wěn)定性和懸掛幾何剛度。如果要從根本解決這些問題，就必須改變整個懸掛的幾何形狀，那么多連桿和雙搖臂懸掛就成了高性能懸掛的代表。麥弗遜懸掛除了在穩(wěn)定性和剛度方面要遜色于多連桿以外，在耐用性上也不能與多連桿懸掛相提并論。由于麥弗遜懸掛的減震器支柱需要承受橫向力，同時又要起到上下運動減低震動的目的，所以減震器支撐桿的摩擦很不均勻，減震器油封容易磨損造成液壓油泄露降低減震效果。總評：優(yōu)點：麥弗遜懸掛擁有良好的響應性和操控性，而且結構簡單，占用空間小，成本低，適合布置大型發(fā)動機以及裝配在小型車身上。缺點：穩(wěn)定性差，抗側傾和制動點頭能力弱，增加穩(wěn)定桿以后有所緩解但無法從根本上解決問題，耐用性不高，減震器容易漏油需要定期更換。麥弗遜式懸架的經濟性分析自20世紀30年代美國通用汽車的一名工程師麥弗遜（McPherson）發(fā)明了麥弗遜式懸架以來，麥弗遜式獨立懸架已成為使用量最多的懸架結構形式之一。從寶馬M3，保時捷911等高性能車，到菲亞特STILO，福特FOCUS，標致和國產的夏利、哈飛面包車等前懸掛采用的都是麥弗遜式懸架。麥弗遜式懸架的有效性和經濟型已經得到了無數(shù)事實的佐證。隨著世界能源的日益匱乏，微型汽車和節(jié)能汽車已成為世界汽車工業(yè)發(fā)展的一個重要方向，小排量汽車和經濟型汽車的推廣勢必會帶來麥弗遜式獨立懸架更為廣泛的運用，麥弗遜式懸架的經濟性也將得到充分的體現(xiàn)。麥弗遜式懸架最大的設計特點就是結構簡單，結構簡單能帶來兩個直接好處是：懸掛質量輕和占用空間小。我們知道，汽車的質量是影響汽車燃油經濟性的一個關鍵因素，減輕懸架的質量進而減輕整車的質量就可以有效地降低汽車的油耗，從而達到減少能源消耗和降低使用成本的目的；同樣，由于麥式懸架有著結構緊湊、占用空間小等結構特點，這就使汽車的前置前驅式布置方案（FF）成為可能。這樣，不僅省去了采用前置后驅式布置（FB）時所使用的驅動軸，減輕了汽車的質量降低了油耗，還縮小的整車的尺寸，便于汽車向著微型化方向發(fā)展。當然，和其它結構形式的懸架相比從使用經濟性角度來講，麥弗遜式懸架也存在一定的不足。我們知道，懸掛屬于運動部件，在汽車運行過程中，懸架將要承受來之路面和車身各個方向的力和力矩。對于麥弗遜式懸架這些沖擊載荷將完全由減振器支柱和下擺臂來承受，所以這些部位較易發(fā)生幾何變形，進而使零件損害造成懸架的失效。第2章麥弗遜式懸架的設計計算2.1懸架的總體布置方案和相關參數(shù)的計算懸架的總體布置方案此型車是一款經濟型商用車，總體參數(shù)要求見表2.1。表2.1總布置參數(shù)要求滿載軸荷623/787kg空載時的前軸軸載400/280前橋左右懸架的總質量mu73kg前懸架的設計偏頻n11.31Hz主銷內傾角12°30′主銷后傾角2°30′車輪外傾角1°30′整車整備質量870kg麥弗遜懸架的結構分析麥弗遜懸架由多個零件組成，故在懸架機構分析中采用空間機構分析法對其進行分析。在運用此方法進行分析時，將懸架總成中的構件等效成剛體來研究懸架系統(tǒng)的空間運動。圖2-2是麥弗遜式懸架的等效機構圖，借助圖中所示的等效方式，我們可以清楚地看出懸架擺臂和轉向節(jié)之間的連接通過球副來等效；減振器外套筒和活塞的聯(lián)接方式被等效成一個移動副；減振器的上支點和車身的聯(lián)接被等效成一個轉動副。這樣，麥弗遜式懸架被抽象成一個封閉的空間機構。通過圖示的等效方案可以使我們對懸架系統(tǒng)的分析變得簡單，且不會在很大程度上影響分析的結果圖2-1 麥弗遜懸架的等效機構圖懸架總體參數(shù)的計算在設計時首先對懸架總體參數(shù)進行計算，如懸架的剛度、懸架的撓度等，這樣，在下文對零部件的計算時，就可以以懸架的總體參數(shù)為依據(jù)，根據(jù)懸架的結構參數(shù)求出相關零部件的受力、剛度等參數(shù)。1.懸架的剛度根據(jù)設計要求給定的設計狀態(tài)下的軸荷及簧下質量，可求得前懸架單側的簧上質量(2.1)于是，前懸架的剛度C為(23.1415926531.31)357=24186.362(N/m)=21.6(N/mm)2.懸架的靜撓度懸架的靜撓度和懸架剛度之間有如下關系：(2.2)代入數(shù)值得：，取3.懸架的動撓度為了防止汽車在壞路面上行使駛時懸架經常碰撞到緩沖塊，懸架必須有足夠大的動撓度。從結構和使用要求上來考慮選此懸架的動撓度2.2螺旋彈簧的設計計算螺旋彈簧材料的選擇螺旋彈簧作為彈性元件的一種，具有結構緊湊、制造方便及高的比能容量等特點，在輕型以下汽車的懸架中運用普遍。根據(jù)松花江微型車工作時螺旋彈簧的受力特點和壽命要求（可參考下文的計算分析），選擇60Si2MnA為簧絲的材料，以提高彈簧在交變載荷下的疲勞壽命。彈簧的受力及變形根據(jù)懸架系統(tǒng)的裝配圖，對其進行結構分析、計算可以得出平衡位置處彈簧所受壓縮力P與車輪載荷的關系式：(2.3)式中，為車輪外傾角，為減振器內傾角，為主銷軸線與減振器的夾角式中角度如圖2-3所示。彈簧所受的最大力取動荷系數(shù)k=1.7，則彈簧所受的最大力Pdmax為：Pdmax=(2.4)圖2-2彈簧安裝角度示意圖2.車輪到彈簧的力及位移傳遞比車輪與路面接觸點和零件連接點間的傳遞比既表明行程不同也表明作用在該二處的力的大小不同。彈簧的剛度與懸架的線剛度可由傳遞比建立聯(lián)系[6]：利用位移傳遞比便可計算出螺旋彈簧的剛度(2.5)其中分數(shù)代表懸架的線剛度。從而，得到如下關系式：當球頭支承B由減振器向車輪移動t值時，根據(jù)文獻[7]，懸架的行程傳遞比及力的傳遞比為（其中的參數(shù)說明詳見圖2-4）： (2.6)(2.7)圖2-3懸架受力和位移比分析代入數(shù)值可得到ix＝1.002 iy＝1.146。所以，位移傳遞比ixiy為1.1483.彈簧在最大壓縮力作用下的變形量由松花江微型前懸給定的偏頻f＝1.31Hz，可得到了汽車懸架的線剛度：(2.8)于是可得出彈簧的剛度(2.9)進而可得到彈簧在最大壓縮力Pdmax作用下的變形量F：(2.10)所以，彈簧所受最大彈簧力和相應的最大變形為：Pdmax=7310NF=191.9mm2.2.3彈簧幾何參數(shù)的計算根據(jù)已求得的彈簧所受的最大力和相應的變形進行彈簧的設計。1.彈簧的材料許用應力根據(jù)其工作條件已經選擇簧絲材料60Si2MnA。表2.2材料的性能參數(shù)許用切應力[]48kgf/mm2許用剪應力[]100kgf/mm2剪切模量G8000kgf/mm2彈性模量E20000MP強度范圍45-50HRC2.選擇彈簧旋繞比：旋繞比（彈簧指數(shù)）影響著彈簧的加工工藝，當旋繞比過小時將給彈簧的制造帶來困難。一般的選擇范圍是C=4-16,這里初選旋繞比C=8。3.計算鋼絲直徑d曲率系數(shù)(2.11）=14.5mm選d=14.54.彈簧中徑D2選擇D2=Cd=810.5＝116mm選D2=1165.彈簧圈數(shù)n選擇(2.12)選n=7圈兩端均選0.5圈支承圈，則彈簧總圈數(shù)為：n1=n+n2=7+1=8圈6.彈簧的工作極限變形(2.13)工作極限載荷：(2.14)7.彈簧的幾何尺寸節(jié)距自由高度H0 H0=nt+1.5d選 H0=329螺旋角：外徑D： D=D2+d=116+14.5=1進而需將原有彈簧座的尺寸作相應的改變（實際尺寸根據(jù)彈簧的外徑尺寸而定）。內徑D1： D1=D2-d=116-14.5=101.52.2.4計算結果的處理上述對螺旋彈簧的計算的結果如下表2.3所示。表2.3螺旋彈簧參數(shù)自由高度H0329彈簧圈數(shù)n8圈螺旋角6.88°內徑D1101外徑D1節(jié)距t43.9在AUTOCAD軟件環(huán)境下繪制螺旋彈簧的工程圖（如圖2-5）所示。為了改善彈簧在安裝后的受力狀況，螺旋彈簧的兩端需作端平處理，在裝配時此處的配合精度選為七級精度，又因為彈簧的外徑為13圖2-4螺旋彈簧的零件圖2.3橫向穩(wěn)定桿的設計計算2.3.1橫向穩(wěn)定桿的作用汽車在高速行駛時，車身會產生很大的橫向傾斜和橫向角振動。因此，懸架中需添設橫向穩(wěn)定桿。采用橫向穩(wěn)定桿除了可減輕車身傾斜外，還會影響汽車的操縱穩(wěn)定性。主要包括以下兩點：（1）前懸架中采用較硬的橫向穩(wěn)定桿有助于汽車的不足轉向性，并能改善汽車的蛇形行駛性能；（2）增大后懸架的穩(wěn)定性，會使前輪驅動汽車具有中性轉向性能，使后輪驅動車具有更大的過度轉向性。2.3.2橫向穩(wěn)定桿的設計計算松花江微型車采用的前置前驅（FF）方案，因此汽車總布置對空間的要求比較嚴格，可利用的空間不大?；谶@樣的布置要求和使用條件，這里選用Ⅱ型穩(wěn)定器。確定橫向穩(wěn)定桿桿徑d0的公式如下：其中：Cs=9.52N/mm; E=196Gpa; G=80Gpa;k——對于圓截面桿段，所采用的修正系數(shù)；=523mm; =363mm; =200mm; =210mm;=500mm; ls=1145mm.各參數(shù)的含義如圖2-6所示，其數(shù)值可參考橫向穩(wěn)定桿的零件圖。圖2-5 橫向穩(wěn)定桿示意圖于是可以求得橫向穩(wěn)定桿的桿徑d0=20.9，選擇整數(shù)標準值d1＝21mm，橫向穩(wěn)定桿的形狀應由它的空間布置要求來定。在AUTOCAD軟件環(huán)境下繪制螺旋彈簧的工程圖（如圖2-8）所示。為了使橫向穩(wěn)定桿在拐角處的半徑值不至于過小，此處取最小半徑R＝18mm。圖2-6橫向穩(wěn)定桿零件簡圖2.4減震器的選型與設計2.4.1減振器類型的選擇懸架中用的最多的減振器是內部充有液體的液力式減振器。汽車車身和車輪振動時減振器內的液體在流經阻尼孔時的摩擦和粘性液體的摩擦形成了振動阻尼，將振動能量轉化為熱能，并散發(fā)到周圍的空氣中去，達到迅速衰減振動的目的。如果能量的消耗僅僅只是在壓縮行程或者是在伸張行程進行，則把這種減振器稱為單向作用減振器；反之稱為雙向作用減振器。后者因為減振作用比前者好而得到廣泛應用。減振器大體上分為兩大類，即摩擦式減振器和液力減振器。摩擦式減振器利用兩個緊壓在一起的盤片之間相對運動時的摩擦力提供阻尼。但是由于庫侖摩擦力隨相對運動速度的提高而減小，并且很容易受到油、水等的影響，無法正常工作，無法滿足平順性的要求，因此雖然具有質量小、造價低、容易調整等優(yōu)點，但現(xiàn)在汽車上已經不再采用這類減振器。液力減振器最早出現(xiàn)于1901年，有兩種主要的結構形式分別是搖臂式和筒式。懸架中用的最多的減振器是內部充有液體的液力式減振器。松花江微型車的工作工況一般為城市道路工況，總體來說，它所行駛的路面較為平緩。懸架的減振器在這樣的路面上工作時，振動的幅值不大，但頻率較高。所以我選擇筒式減振器。而在筒式減振器中，常用的三種形式是：雙筒式、單筒充氣式和雙筒充氣式。我選擇雙筒式液力減振器。使用雙筒式液力減振器后，當車架與車橋作往復相對運動時，減振器能夠通過內部粘性油液的流動，將車身和車架的振動能量轉化為熱能，最終散到大氣中，從而達到使振動迅速衰減的目的。圖2-7減振器2.4.2汽車懸架與減震器的匹配與減震器的放置結構如右圖，特性：側傾中心高度較高；車輪外傾角與主銷內傾角變化?。惠喚嘧兓苄?，故輪胎磨損速度慢；懸架側傾角剛度較大可不裝橫向穩(wěn)定器；橫向剛度大；占用空間尺寸??；結構簡單、緊湊乘用車上用得較多。(2-8)2.4.3雙筒式液壓減振器的外特性懸架減振器的外特性，是指減振器伴隨（相對）運動的位移或（相對）運動的速度，與相應產生的工作阻力之間的關系，通常我們分別稱之為示功特性和速度特性。外特性能良好的匹配懸架的性能需要，就能獲得良好的振動特性。設計的減振器在實際使用中，其外特性必須保證良好的相對穩(wěn)定性。減振器外特性的畸變往往會使預期設計的外特性出現(xiàn)某些缺陷，因此，減振器的設計有兩個基本質量要求：一是外特性必須滿足車輛懸架的性能需求；二是無畸變，即這種外特性要有穩(wěn)定而持久的工作質量。減振器的外特性即為其速度特性，如圖2-9所示。圖2-9減振器特性阻力一位移特性b)阻力一速度特性減振器的特性可以用下圖所示的示功圖和阻尼力-速度曲線描述。減振器特性曲線的形狀取決于閥系的具體結構和各閥開啟力的選擇。一般而言，當油液流經某一給定的通道時，其壓力損失由兩部分構成。其一為粘性阻力損失，對一般的湍流而言，其數(shù)值近似地正比于流速。其二為進入和離開通道時的動能損失，其數(shù)值也與流速近似成正比，但主要受油液密度而不是粘性的影響。由于油液粘性隨溫度的變化遠比密度隨溫度的變化顯著，因而在設計閥系時若能盡量利用前述的第二種壓力損失，則其特性將不易受油液粘性變化的影響，也即不受油液溫度變化的影響。不論是哪種情形，其阻力都大致與速度的平方成正比。圖中曲線A所示為在某一給定的A通道下阻尼力F與液流速度v的關系，若遇通道A并聯(lián)一個直徑更大的通道B，則總的特性將如圖中曲線A+B所示。如果B為一個閥門，則當其逐漸打開時，可獲得曲線A與曲線A+B間的過渡特性。恰但選擇A、B的孔徑和閥的逐漸開啟量，可以獲得任何給定特性曲線。閥打開的過程可用三個階段來描述，第一階段為閥完全關閉，第二階段為閥部分開啟，第三階段為閥完全打開。通常情況下，當減振器活塞相對于缸筒的運動速度達到0.1m/s時閥就開始打開，完全打開則需要速度達到數(shù)米每秒。2.4.4雙筒式減振器的外特性設計原則對外特性的基本設計依據(jù)，需要研究車身的振動。車身的振動又取決與輪軸的振動。輪軸的振動同時受上、下兩端的影響，與車輪的阻尼有關。車輪的激振力等于懸架質量的慣性力和輪軸質量的慣性力之和。同時車輪的激振力又決定了車輪的接地性能，是行駛安全性的重要尺度，在懸架系統(tǒng)中配置適當?shù)臏p振器，能有效的阻尼車身振動，保證良好的平順性。通過查閱資料可以知道，增大相對阻尼系數(shù)將有效的抑制車身加速度和車輪動栽增大，但是增大相對阻尼系數(shù)雖然有利于降低車身動載，但車身的加速度會相對于阻尼系數(shù)的增大而增大。因此在高的激振情況下，減振器的作用加劇了車身的振動，降低了舒適性，但減振器此時由于對車輪動載有抑制作用，卻能提高行駛的安全性。因此外特性的設計應該有兩個基本方面的意義：一是使減振器的外特性與車輛懸架振動特性相匹配；二是在復雜的運行工況下，能較穩(wěn)定的保持這種相適應的外特性。車輛在復雜的運行工況下，減振器的相對穩(wěn)定地保持其外特性的預期設計能力，是評價懸架減振器減振效能和等級質量的決定性標志。2.4.5主要性能參數(shù)的選擇筒式減振器設計中涉及的參數(shù)較多，大致可以分為如下幾類：（1）整車參數(shù)包括車輛全重、懸置質量、車輛縱向的轉動慣量、車輛懸架剛度、車輛振動固有頻率（圓頻率）、減振器個數(shù)等。（2）幾何布置參數(shù)包括減振器的位置、彈性元件位置、安裝杠桿角度等。（3）減振器結構參數(shù)包括減振器長度、減振器活塞直徑、活塞桿直徑、閥孔位置、閥孔個數(shù)、閥孔直徑、減振器筒徑、工作缸直徑與長度、儲液筒直徑與長度等。（4）減振器工作參數(shù)包括減振器的工作長度、限壓閥閥門彈簧的剛度、彈簧預緊壓縮量、閥門附加最大行程、活塞行程、活塞最大線速度、活塞正反最大阻力、開閥壓力、減振器阻尼系數(shù)等。這些參數(shù)在設計中有的是作為已知量，有的是作為待確定量，所以選擇參數(shù)時，要考慮的情況比較多，但一般來說，主要包括活塞面積計算、閥門機構設計計算、阻尼比或者阻尼系數(shù)，最大卸荷力等參數(shù)的計算，尺寸設計計算，強度校合，壽命計算等?；钊娣e按反行程的最大阻力來確定，反行程最大阻力與活塞最大線速度有關，活塞最大線速度取決于懸架裝置結構。閥門機構設計主要包括常通孔面積計算和閥門彈簧的計算。減振器內通常有兩個常通孔，活塞上常通孔和補償閥座上的常通孔。活塞上常通孔面積按壓縮行程最大活塞線速度即開閥速度計算。設計減振器時，阻尼比的確切值是未知的，它只能通過測定減振器工作時的衰減振動情況計算求得。但是阻尼比的大小又關系到活塞最大線速度、減振器阻尼力等物理量的值，所以，在設計過程中通常從減振器吸收振動能量的角度來估計阻尼比的值。表2.4松花江微型技術參數(shù)車型松花江微型HFJ1010系列長×寬×高（mm）3215×1405×1660軸距（mm）1840輪距前/后（mm）1300/1310最小離地間隙（mm）180最小轉彎直徑（m）8.2行李箱容積（L）油箱容積（L）36整備質量（kg）870最大功率（PS(kW)/rpm）35.5/5000最大扭矩（N·m/rpm）74/3500發(fā)動機型式水冷直列斜置四缸四沖程排量（ml）797（870）壓縮比10燃料要求93號及以上無鉛汽油，可使用符合國家標準的乙醇汽油懸架前：麥克弗遜式獨立懸架，螺旋彈簧，帶三角型下橫臂及橫向穩(wěn)定桿轉向系統(tǒng)循環(huán)球齒條齒扇式制動系統(tǒng)雙領蹄式制動最高車速（km/h）1202.4.6主要尺寸的確定1.筒式減振器工作缸半徑徑D的確定根據(jù)伸張行程的最大卸荷力F0計算工作缸半徑D為式中，p最大允許壓力，取3Mpa；為連桿半徑與缸筒直徑之比，取＝0.48根據(jù)求得的工作缸半徑，查汽車筒式減振器的有關國標(JB1459—85)，就可以就近選用一個標準尺寸。這里我們選用的工作缸半徑D=25mm。2.最大卸荷力F0的確定（4）懸架剛度的分配為保證懸架有良好的平順性，要求固有頻率變化小。整個負荷變化范圍內頻率的變化應最小。可求得：(4.1)總剛度為：=267.3——掛車滿載時的固有頻率。4.2懸掛的基本參數(shù)計算該載貨汽車后懸掛的總負荷空載時，滿載時；；；(3)鋼板彈簧主要參數(shù)的確定式中：、分別為滿載時鋼板彈簧主簧、副簧承受的載荷。鋼板彈簧長度L的確定：在總布置可能的條件下，應盡可能將鋼板彈簧取長些。推薦掛車懸掛后鋼板彈簧主簧長度軸距；??；鋼板斷面尺寸及片數(shù)的確定：平均厚度：(4.2)式中：——考慮U形螺栓夾緊板簧后的無效長度系數(shù)（剛性夾緊時=0.5，撓性夾緊時=0）；S——U形螺栓中心距；——為撓度增大系數(shù)；——材料的彈性模量，；——許用彎曲應力，采用的55SiMnVB材料，表面經噴丸處理后，推薦的后主簧為450～550，后副簧為220～250。主簧：片寬b：推薦片寬與片厚的比值在6～10范圍內選取，取前后鋼板彈簧主副簧=4.3cm。鋼板斷面形狀彈簧采用矩形斷面形狀，其中性軸在鋼板斷面的對稱位置上，工作時，一面受拉應力、另一面受壓應力作用，并且應力絕對值相等。鋼板彈簧片數(shù)：根據(jù)掛車的總質量，選取的片數(shù)為=6片(4)鋼板彈簧各片長度的確定鋼板彈簧各片長度就是基于實際鋼板各片展開圖接近梯形梁的形狀這一原則來作圖確定的，具體進行步驟如下：先將各片厚度的立方值按同一比例尺沿縱坐標繪制在圖上，再沿橫坐標量出主片長度的一半和U形螺栓中心距的一半，得到A、B兩點，連接A、B既得到三角形的鋼板彈簧展開圖。AB線與各葉片的上側邊交點既為各片長度。各片實際長度尺寸需經過圓整后確定。L/2L/2s/2ABh33圖4-1確定鋼板彈簧各片長度的作圖法鋼板彈簧各片長度：1012mm、865mm、715mm、542mm、408mm、255mm4.3懸掛的強度校核計算(1)鋼板彈簧的剛度驗算根據(jù)懸架布置的可能性及生產工藝的允許條件，最后決定的彈簧剛度為： (4.3)其中：；；。式中：——經驗修正系數(shù)，=0.83～0.93；E——材料彈性模量；、——主片和第片的一半長度。代入已知數(shù)據(jù)可得：；鋼板彈簧總截面系數(shù)：(4.4)滿載平均靜應力：=37.26Mpa(4.5)比應力：(4.6)（2）從實際規(guī)格尺寸及應力規(guī)范修正設計參數(shù)鋼板橡膠墊塊高度為3cm，壓縮量為1.4cm，極限動行程計算值應取為7.4+1.48.8cm。（3）主副鋼板彈簧負荷分配和應力核算滿載主簧撓度：(4.7)滿載極限應力：(4.8)鋼板彈簧采用的是55SiMnVB材料，表面經噴丸處理后，推薦的為450～550，由上述計算結果可知，滿載平均靜應力和極限應力都在許用值范圍內，故滿足使用條件。4.4本章小結敘述了在鋼板彈簧式懸架的設計中需要的各種設計參數(shù)與校核。介紹了鋼板彈簧式減振器各類參數(shù)的選用方法和在設計過程中需要的各種公式以及對重要參數(shù)的確定。結論本畢業(yè)設計根據(jù)松花江微型車給定的設計要求，分別從設計、制造、分析設計等方面著手，完成了懸架中關鍵零部件的設計計算和校核、導向機構的分析、轉向斷開點的設計等工作。從而較系統(tǒng)地闡述了松花江微型車用麥弗遜式前懸架和鋼板彈簧式后懸架的設計優(yōu)化過程，這對生產實際具有一定的指導意義。作為本科畢業(yè)設計，其設計目的重在對課本知識的鞏固和運用。因此，文章從和書本知識結合較緊密的計算開始，分別從零件的結構形式和受力分析兩方面，對懸架中關鍵零部件進行了設計，并對它們的可行性進行了校核。然后，文章又不拘泥于課本知識，在對懸架導向機構進行分析時，從運動學角度對懸架進行了分析。我的畢業(yè)設計是在黑龍江工程學院完成的，在此過程中我遇到了很多以前沒有接觸過的問題，在查閱大量資料的基礎上和老師、同學的幫助下這些問題基本得到了解決。但限于篇幅和設計時間，尚有很多值得深入研究和改進的地方。如本文在建立物理模型和數(shù)學模型時，對左前車輪和懸架單獨考慮，而沒有考慮左右車輪在轉向時的聯(lián)動關系，盡管對結果不會產生較大影響，但總的來說存在一定偏差。如果同時對左右兩側的轉向橫拉桿斷開點位置進行分析，需要先確定內側或者外側的車輪轉角，然后按照阿克曼原理計算出另外一側車輪的理想轉角，將理想轉角和實際轉角之差的絕對值作為另一個目標函數(shù)，這樣，對左右兩側橫拉桿斷開點進行分析就變成了一個多目標函數(shù)的問題。參考文獻[1]劉惟信主編.汽車車橋設計[M].北京：清華大學出版社，2004,4.[2]劉惟信主編.汽車設計[M].北京：清華大學出版社，2001,7.[3]陳家瑞主編.汽車構造第四版[M].北京：人民交通出版社，2006,1.[4]劉惟信.機械最優(yōu)化設計[M].北京:清華大學出版社，1994.[5]王望予編.汽車設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000,5.[6]陳家瑞.汽車構造(下冊)[M].第三版.北京:人民交通出版社，1994.[7]清華大學汽車工程系本書編寫組編著.汽車構造[M].北京：人民郵電出版社，2000,3.[8]余志生.汽車理論[M].第5版.北京:機械工業(yè)出版社，2010.[9]陸克久.松花江微型客車[M].福建:福建科學技術出版社，2001.[10]哈飛機車股份有限公司.松花江牌HFJ1010系列微型汽車零配件目錄[M].第1版，人民交通出版社，1998.[11]趙新紅.麥弗遜懸架在車輪轉向和跳動時的分析[D]:[碩士學位論文].長沙:湖南大學,1997.[12]劉子鍵.現(xiàn)代CAD設計基礎.長沙[M]:湖南大學出版社,1999.[13]陳啟發(fā)、談勝利、梁樺.微型汽車使用與維修[M]。北京理工大學出版社，2001.[14]陸克久蒙留記。新編國產微型客車使用與維修[M]。金盾出版社，2004.[15]王敏.周恒昌.微型汽車構造與維修(底盤及電器輯)[M].第1版.北京:人民交通出版社，1995.[16]曹立田.林穎.陳明宇.非獨立懸架汽車轉向輪運動分析[J].機械設計與制造，1998.[17]DuymSWRSimulationtolls.Modelinganddentificationforanautomotiveshockabsorberinthecontestofvehicle.vehicle,ynamics，2000(33)[18]WTThomsonMDDehleh.TheoryofVibrationwithApplicationwithApplications.Prentice-Hall，1998[19]陸波.麥氏懸架系統(tǒng)運動分析.汽車技術[J]，1994.[20]許早龍.UG在麥克弗遜式前懸架運動分析中的運用.計算機輔助設計與制造[J]，2001.致謝隨著畢業(yè)設計的完成，我們的大學生活接近了尾聲。雖然幾個月的時間忙碌而又緊張，但我感受到更多的是充實和快樂。在本次設計中，非常感謝我的導師呂德剛老師在繁忙的工作中抽出時間對我的設計進行指導，在我不會的時候為我引路；在我迷茫的時候，為我撥開迷霧。為了我們的畢業(yè)設計，犧牲出自己的休息時間。在這里衷心的對他說一聲謝謝。同時，也非常感謝汽車工程與交通學院的所有老師，在我不會的時候為我指點，對我論文悉心的指導、對我生活無微不至的關照。沒有你們的幫助、理解和支持，我決然不能夠按時完成這次設計。當然，也非常感謝我的同學，在畢業(yè)設計期間，我們相互幫助，互相支持，我們才能保質保量的完成任務。最后，衷心的祝愿我的老師和同學身體健康，工作順利。附錄附錄ABasicPartsandTypesoftheSuspensionandSteeringSystemsSuspensionSystemIfavehicle'saxleswerebolteddirectlytoitsframeorbody,everyroughspotintheroadwouldtransmitajarringforcethroughoutthevehicle.Ridingwouldbeuncomfortable,andhandlingatfreewayspeedswouldbeimpossible.Thefactthatthemodernvehicleridesandhandleswellisadirectresultofasuspensionsystem.Eventhoughthetiresandwheelsmustfollowtheroadcontour,thebodyshouldbeinfluencedaslittleaspossible[1].Thepurposeofanysuspensionsystemistoallowthebodyofthevehicletotravelforwardwithaminimumamountofup-and-downmovement.Thesuspensionshouldalsopermitthevehicletomaketurnswithoutexcessivebodyrollortireskidding.SuspensionSystemComponentsVehicleFrameAvehicle'sframeorbodymustformarigidstructuralfoundationandprovidesolidanchoragepointsforthesuspensionsystem.Therearetwotypesofvehicleconstructionincommonusetoday:body-over-frameconstruction,whichusesaseparatesteelframetowhichthebodyisboltedatvariouspointsandunibodyconstruction,inwhichthebodysectionsserveasstructuralmembers.Unibodyconstructionisthemostcommon,butbody-over-frameconstructionisstillusedonpickuptrucksandlargecars.SpringsThespringsarethemostobviouspartofthesuspensionsystem.Everyvehiclehasaspringofsomekindbetweentheframeorbodyandtheaxles.Therearethreetypesofspringsingeneralusetoday:leafspring,coilspring,andtorsionbar.Twodifferenttypesofspringscanbeusedononevehicle.Airspringswereonceusedinplaceoftheothertypesofsprings,butarenowobsolete.Manymodernvehicleshaveair-operatedsuspensions,buttheyareusedtosupplementthesprings.ShockAbsorbersWhenthevehicleistravelingforwardonalevelsurfaceandthewheelsstrikeabump,thespringisrapidlycompressed(coilsprings)ortwisted(leafspringsandtorsionbars).Thespringwillattempttoreturntoitsnormalloadedlength.Insodoing,itwillrebound,causingthebodyofthevehicletobelifted.Sincethespringhasstoredenergy,itwillreboundpastitsnormallength.Theupwardmovementofthevehiclealsoassistsinreboundingpastthespring'snormallength.Theweightofthevehiclethenpushesthespringdownafterthespringrebounds.Theweightofthevehiclewillpushthespringdown,butsincethevehicleistravelingdownward,theenergybuiltupbythedescendingbodywillpushthespringbelowitsnormalloadedheight.Thiscausesthespringtoreboundagain.Thisprocess,calledspringoscillation,graduallydiminishesuntilthevehicleisfinallystill.Springoscillationcanaffecthandlingandridequalityandmustbecontrolled.AirShockAbsorbersSomesuspensionsystemsincorporatetwoadjustableairshockabsorbersthatareattachedtotherearsuspensionandconnectedtoanairvalvewithflexibletubing.Airoperatedshockabsorbershavehydraulicdampeningsystemswhichoperateinthesamemannerasthoseonconventionalshocks.Inaddition,theycontainasealedairchamber,whichisactedonbypressurefromaheightcontrolsensor.Varyingthepressuretotheairchambercausestheairshocktoincreaseordecreaseitslengthoroperatingrange.Airpressureisdeliveredtotheairshocksthroughplastictubing.Thetubingconnectstheshockstoanairvalve.Airpressureforraisingtheshocksisgenerallyobtainedfromanoutsidesource,suchasaservicestationcompressor,andisadmittedthroughtheairvalve.Todepletetheshocksofunwantedair(lowervehiclecurbheight),theairvalvecoreisdepressed,allowingairtoescape.ControlArmsAllvehicleshaveeithercontrolarmsorstrutstokeepthewheelassemblyintheproperposition.Thecontrolarmsandstrutsallowthewheeltomoveupanddownwhilepreventingitfrommovinginanyotherdirection.Thewheelwilltendtomoveinundesirabledirectionswheneverthevehicleisaccelerated,braked,orturned.Vehiclesuspensionsmayhavecontrolarmsonlyoracombinationofcontrolarmsandstruts.TypesoftheSuspensionFrontSuspensionSystemsAlmostallmodernfrontsuspensionsystemsareindependent.Withanindependentsuspension,eachfrontwheelisfreetomoveupanddownwithaminimumeffectontheotherwheel.Inanindependentsuspensionsystem,thereisalsofarlesstwistingmotionimposedontheframethaninasystemwithasolidaxle.Nevertheless,afewoff-road,fourwheeldrivevehiclesandlargetruckscontinuetouseasolidaxlefrontsuspension.ThetwomajortypesofindependentfrontsuspensionaretheconventionalfrontsuspensionandtheMacPhersonstrutfrontsuspension.ConventionalFrontSuspensionIntheconventionalfrontsuspensionsystem,oneortwocontrolarmsareusedateachwheel.Inmostsystems,thecoilspringsaremountedbetweenthevehicle'sframeandthelowercontrolarm.Inoldersystems,coilspringsaremountedbetweentheuppercontrolarmandvehiclebody.Inatorsionbarfrontsuspensionsystem,thelowerarmmovesupward,ittwiststhetorsionbar.CoilSpringFrontSuspensionFig.11-1showsatypicalindependentfrontsuspensionthatusesrubberbushingcontrolarmpivots.Thetopofthecoilspringrestsinacup-likespotagainsttheframe(unshown).Thebottomofthecoilspringissupportedbyapadonthelowercontrolarm.Thetopofeachshockabsorberisfastenedtotheframe;thebottomisattachedtothelowercontrolarm.TorsionBarFrontSuspensionAtorsionbarislocatedoneachsideoftheframeinthefrontofthevehicle.Thelowercontrolarmisattachedtothefreeendofthetorsionbar.Whenthewheelisdrivenupward,thelowercontrolarmmovesupward,twistingthelongspringsteelbar.MacphersonStrutFrontSuspensionMostmodernvehicles,especiallythosewithfront-wheeldrive,usetheMacPhersonstrutfrontsuspensionsystems,Fig.11-2.NotethattheMacPhersonstrutcontainsacoilspring,whichismountedontopoftheheavystrut-and-pedestalassembly.TheentireMacPhersonstrutassemblyisattachedtothesteeringknuckleatthelowerpartofthepedestal.ThebottomoftheMacPhersonstrutassemblyisattachedtothesinglecontrolarmthroughaballjoint.Theentirestrutassemblyturnswhenthewheelisturned.Abearingorthrustplateatthetopofthestrutassemblyallowsrelativemovementbetweentheassemblyandthevehiclebody.Theballjointallowsthestrutassemblytoturninrelationtothecontrolarm.Thestrutcontainsadamper,whichoperatesinthesamemannerasaconventionalshockabsorber.Mostdamperassemblieshaveaprotectivecoverthatkeepsdirtandwaterawayfromthedamperpistonrod.TheadvantageoftheMacPhersonstrutisitscompactdesign,whichallowsmoreroomforserviceonsmallcarbodies.SolidAxleFrontSuspensionTheuseofthesolidaxlefrontsuspension(ordependentsuspension)isgenerallyconfinedtotrucksandoff-roadvehicles.Thissystemusesasolidsteeldead.RearSuspensionSystemsRearsuspensionsonvehicleswithasolidrearaxlehousinggenerallyutilizecoilspringsorleafsprings.Whenthevehiclehasanindependentrearsuspensionsystem,coilsprings,MacPhersonstruts,asingletransverseleafspring,oreventorsionbarscanbeused.SteeringSystemThesteeringsystemisdesignedtoallowthedrivertomovethefrontwheelstotherightorleftwithaminimumofeffortandwithoutexcessivemovementofthesteeringwheel.Althoughthedrivercanmovethewheelseasily,roadshocksarenottransmittedtothedriver.Thisabsenceofroadshocktransferisreferredtoasthenonreversiblefeatureofsteeringsystems.Thebasicsteeringsystemcanbedividedintothreemainassemblies:Thespindleandsteeringarmassemblies.Thelinkageassemblyconnectingthesteeringarmsandsteeringgear.Thesteeringwheel,steeringshaft,andsteeringgearassembly.SteeringGearThesteeringgearisdesignedtomultiplythedriver'sturningtorquesothefrontwheelsmaybeturnedeasily.Whentheparallelogramlinkageisused,thetorquedevelopedbythedriverismultipliedthroughgearsandisthentransmittedtothewheelspindleassembliesthroughthelinkage.Ontherack-and-pinionsteeringsystem,thesteeringshaftisconnecteddirectlytothepinionshaft.Turningthepinionmovestheracksection,witchmovesthelinkage.Late-modelvehiclesuseeithermanualsteeringgearsorpowersteeringgears.Therearethreetypesofthesteeringgearsinuse:recirculatingballsteeringgear,worm-and-rollersteeringgearandrack-and-pinionsteeringgear.PowerSteeringPowersteeringisdesignedtoreducetheeffortneededtoturnthesteeringwheelbyutilizinghydraulicpressuretobolster(strengthen)thenormaltorquedevelopedbythesteeringgear.Powersteeringsystemsshouldeasesteeringwheelmanipulationand,atthesametime,offerenoughresistancesothatthedrivercanretainsomeroadfeel.Powersteeringisusedwithbothconventionalandrack-and-pinionsystems(Fig.11-3).Theself-containedsteeringgearcontainsthecontrolvalvemechanism,thepowerpiston,andthegears.PressuredevelopedbytheunitisappliedtothepitmanshaftThepowerrack-and-pinionsteeringsystemalsousesarotarycontrolvalvethatdirectsthehydraulicfluidfromthepumptoeithersideoftherackpiston.AnoverallviewofthissetupisshowninFigure11-3.Steeringwheelmotionistransferredtothepinion.Fromthere,itissentthroughthepinionteeth,whichareinmeshwiththerackteeth.Theintegralrackpiston,whichisconnectedtotherack,changeshydraulicpressuretoalinearforce(backandforthmovementinastraightline).This,inturn,movestherackinarightorleftdirection.Theforceistransmittedbytheinnerandoutertierodstothesteeringknuckles,which,inturn,movethewheels.附錄B懸架與轉向系統(tǒng)懸架與轉向系統(tǒng)的基本組成與類型1.懸架系統(tǒng)如果將一輛汽車的車橋直接固定到車架或車身上，道路上的每個凹凸不平的點都會將一個沖擊力傳遞給車輛。乘客會覺得不舒適，高速操縱極為困難?，F(xiàn)代汽車乘坐舒適、操控性好就是懸架系統(tǒng)的直接作用結果。盡管輪胎和車輪必須隨著道路的凹凸不平而上、下跳動，但對車身的影響應盡可能小。采用任何一種懸架系統(tǒng)的目的都是允許車身向前移動，而將上、下運動減到最小程度。懸架還應允許汽車轉彎，但不能有過大的車身橫搖或輪胎側滑。2.懸架系統(tǒng)的組成1）車架汽車的車架或車身應為懸架系統(tǒng)形成一個剛性結構基礎，并未該系統(tǒng)提供堅固的錨固點。今天常見的車身結構有兩種：車身在車架上的結構（非承載式車身）和整體式結構（承載式車身）。前者采用了單獨的鋼車架，車身的