乘用車麥弗遜獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析（含CAD圖紙三維模型）,乘用車麥弗遜,獨(dú)立,懸架,導(dǎo)向,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),分析,cad,圖紙,三維,模型 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） （小初黑體居中） 乘用車麥弗遜獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)與分析 專業(yè)年級(jí) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 2011 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 評(píng) 閱 人 （宋體 小 3） 年 6 月 中國(guó) 馬鞍山 鄭 重 聲 明 （宋體粗體 2 號(hào)居中） 本人呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ，是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn) 行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）的研究成果不包含他 人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本設(shè)計(jì)（論文）所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn) 的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本設(shè)計(jì)（論文） 的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。 （宋體 4 號(hào)） 本人簽名： 日期： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 摘 要 汽車懸架是汽車中作為行駛系統(tǒng)中不可缺少的一部分，主要用于安裝支撐 車輪，吸收因路面顛簸帶來的沖擊，減震保證車輛行駛順暢等作用。而獨(dú)立懸 架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)承擔(dān)著懸架中除垂向力之外的所有作用力和力矩，并且決定了懸 架跳動(dòng)時(shí)車輪的運(yùn)動(dòng)軌跡和車輪定位角的變化。 本次課題設(shè)計(jì)是依托乘用車麥弗遜獨(dú)立懸架對(duì)其導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。 首先通過已知的汽車相關(guān)參數(shù)，確定懸架的結(jié)構(gòu)方案及整車中行駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 形式、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式等。然后對(duì)獨(dú)立懸架中導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、穩(wěn)定桿、拉桿等主 要零件尺寸計(jì)算，并進(jìn)行強(qiáng)度校核。接下來是根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果對(duì)汽車前麥弗 遜獨(dú)立懸架進(jìn)行圖紙繪制。最后完成設(shè)計(jì)說明書準(zhǔn)備答辯。 關(guān)鍵詞：麥弗遜獨(dú)立懸架；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；穩(wěn)定桿；強(qiáng)度校核； 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 ABSTRACT As an indispensable part of the driving system, vehicle suspension is mainly used to install supporting wheels, absorb the impact caused by road bumps, and ensure the smooth running of vehicles. The guiding mechanism of the independent suspension bears all the forces and moments except the vertical forces in the suspension, and determines the change of wheel trajectory and wheel alignment angle when the suspension runs out. The design of this project is based on the McPherson independent suspension of passenger car to design and analyze its guiding mechanism. Firstly, the suspension structure scheme, the structure form of the driving system and the steering system are determined by the known vehicle parameters. Then the dimensions of the main parts such as the guide mechanism, the stabilizer rod and the tie rod in the independent suspension are calculated and the strength is checked. Next is drawing the front McPherson independent suspension according to the design calculation results. Finally, the design instructions are completed and the defense is prepared. Key words: Mcpherson independent suspension; shock absorber; driving system; 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 目 錄 摘 要 .3 ABSTRACT.4 目 錄 .5 第 1 章 緒 論 .7 1.1 機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展 .7 1.2 懸架的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 .8 1.3 懸架的功用 .9 1.4 懸架的結(jié)構(gòu)與組成 .10 1.5 懸架的分類 .10 1.5.1 獨(dú)立懸架 .11 1.5.2 非獨(dú)立懸架 .12 1.6 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 .12 1.7 主要設(shè)計(jì)思路及方法 .13 第 2 章 懸架系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的確定 .13 2.1 懸架的參數(shù)確定 .13 2.2 懸架的彈性工作特性確定 .14 2.2.1 懸架頻率的選擇 .14 2.2.2 懸架的工作行程 .14 2.2.3 懸架剛度計(jì)算 .15 第 3 章 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析 .15 3.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) .15 3.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的受力分析 .18 3.3 軸線布置方式的選擇 .20 3.4 橫臂長(zhǎng)度的確定 .21 3.4 螺旋彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .21 3.4.1 螺旋彈簧的剛度計(jì)算 .21 3.5 導(dǎo)向彈簧的受力分析 .22 3.6 減振器的設(shè)計(jì)與分析 .24 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 3.7 橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì) .33 3.7.1 橫向穩(wěn)定桿的作用 .33 3.7.2 橫向穩(wěn)定桿參數(shù)的選擇 .33 結(jié) 論 .34 參考文獻(xiàn) .36 致 謝 .37 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 第 1 章 緒 論 1.1 機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展 機(jī)械制造也的設(shè)計(jì)水平與制造這水平，預(yù)示著一個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)水平， 其直接影響著國(guó)家的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平。 近幾年，隨著改革開放的大力發(fā)展，國(guó)家不斷的發(fā)展自主產(chǎn)業(yè)，提高我國(guó) 機(jī)械行業(yè)的水平，大力支持制造產(chǎn)業(yè)化的構(gòu)建?，F(xiàn)今為止，我們已經(jīng)逐漸從制 造產(chǎn)業(yè)大國(guó)轉(zhuǎn)化成制造產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)。最近，國(guó)家電影總局剛剛上映一部厲害了， 我的國(guó)的電影，其中很形象的描述了中國(guó)在近五年的制造產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。 從航海、航天。陸地三個(gè)方面進(jìn)行概括，如建筑行業(yè)、到輪船、船舶行業(yè)，從 飛機(jī)制造業(yè)，到高鐵的上千個(gè)零部件的裝配，還有歷經(jīng) 6 年高鐵上電子元件自 主的研發(fā)，無一不彰顯著我國(guó)制造、技術(shù)大幅度的躍進(jìn)。如同習(xí)主席說的，我 們不在是世界制造業(yè)大國(guó)，而是制造業(yè)強(qiáng)國(guó)。天舟一號(hào)與天舟二號(hào)的完美對(duì)接， 實(shí)現(xiàn)了中國(guó)空間補(bǔ)給的首次勝利，也宣告著，中國(guó)有可能成為世界上首個(gè)建立 太空空間站的國(guó)家。從中不僅體現(xiàn)了我國(guó)科技水平的提高，機(jī)械制造行業(yè)的制 造水平提高，同時(shí)也體現(xiàn)了我國(guó)工人技術(shù)裝配能力的提高。全球最大規(guī)模，技 術(shù)最先進(jìn)的全自動(dòng)碼頭即生孩洋山四期自動(dòng)化碼頭的建立，意味著智能化、自 動(dòng)化的機(jī)械設(shè)備誕生，讓我們也看到了制造、機(jī)械行業(yè)的遠(yuǎn)景目標(biāo)，將奔著智 能化發(fā)展。 現(xiàn)在，隨著國(guó)家政策的逐步推進(jìn)，人民的生活水平不斷提高，物質(zhì)享受與 精神享受的同步發(fā)展，將機(jī)械制造行業(yè)中的技術(shù)、工藝、設(shè)備、原材料、人員 等都在不斷的優(yōu)化、改善和提高。以滿足現(xiàn)在以及將來人們的要求。通過技術(shù) 的引進(jìn)，消化吸收以及工藝的不斷創(chuàng)新，全面質(zhì)量的不斷把控，將制造行業(yè)的 水平提升到很大的一個(gè)層次。一些先進(jìn)的技術(shù)在生產(chǎn)、制造中得到了很廣泛的 應(yīng)用，能夠很多應(yīng)用在批量生產(chǎn)中。但是我們同歐美地區(qū)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還是 存在著很大的差距。例如：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)備，其發(fā)達(dá)國(guó)家工藝覆蓋率可以達(dá)到 80%，而我們國(guó)家僅僅達(dá)到 30%左右；發(fā)達(dá)國(guó)家自動(dòng)化設(shè)備的使用率很高，而 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 我們的企業(yè)往往會(huì)因?yàn)楦鞣N因素所有的是比較落后的設(shè)備。而這些原因往往體 現(xiàn)在我們國(guó)家技術(shù)人員的開發(fā)以及創(chuàng)新能力上比較薄弱，有些技術(shù)我們只能依 靠從國(guó)外進(jìn)口，在其基礎(chǔ)殺那個(gè)優(yōu)化或者改進(jìn)。還有一種原因是缺乏將研究成 果應(yīng)用在大批量企業(yè)中，且缺少其管理機(jī)制。 未來，機(jī)械行業(yè)與制造行業(yè)將逐步向智能化、集成化發(fā)展。其不僅釋放了 人的雙手，大大提高生產(chǎn)效率，保證零部件的質(zhì)量，且能提前預(yù)警與預(yù)防各種 事故的發(fā)生。智能機(jī)器人，全自動(dòng)汽車生產(chǎn)鏈、無人駕駛汽車的開發(fā)已經(jīng)逐步 趨于成型。在以后智能化將逐步走向各行各業(yè)，將成為工業(yè) 4.0 的主體。 1.2 懸架的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 汽車能夠?qū)崿F(xiàn)在道路上行駛，主要使靠可以支撐車輪，吸收地面?zhèn)鬟f的振 動(dòng)的汽車懸架實(shí)現(xiàn)的，但是如何降低動(dòng)力的損失，還有減少燃油的消耗，提高 人們乘坐的舒適度這是進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮的問題，同時(shí)對(duì)于購(gòu)車的人 來說，這也是他們選擇汽車的主要性能指標(biāo)。隨著社會(huì)的發(fā)展，近幾年以來人 民大眾經(jīng)濟(jì)都好起來，對(duì)汽車的舒適性方面和動(dòng)力性方面等要求非常高。 21 世紀(jì)以來，微電子技術(shù)的發(fā)展及機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)在人們生活 當(dāng)中隨處可見，汽車行業(yè)的發(fā)展，主要是向著多元化和工業(yè)化的方向發(fā)展，其 中汽車懸架的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)在汽車中具有非常重要的位置。目前汽車對(duì)車速和燃 油量的要求方面很高，所以汽車懸架的使用對(duì)性能將會(huì)有十分重要的影響。 目前，我國(guó)自主汽車的行業(yè)發(fā)展已到達(dá)一定的階段，針對(duì)主要性能零部件 已完成了自主研發(fā)及批量生產(chǎn)。而且隨著近些年汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)主 要汽車零部件也競(jìng)爭(zhēng)激烈。針對(duì)汽車懸架就是其中很重要的一部分，因?yàn)槠?懸架關(guān)系著整車的性能及運(yùn)動(dòng)安全性。 在國(guó)外，一方面汽車行駛的路況越來越好，平均車速逐漸提高，另一方面 節(jié)約能源，減少對(duì)環(huán)境的污染意識(shí)使得發(fā)動(dòng)機(jī)正向著大轉(zhuǎn)矩和低轉(zhuǎn)速的方向發(fā) 展。國(guó)家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，引領(lǐng)國(guó)產(chǎn)汽車邁向一個(gè)新的起點(diǎn)，人們生活的提高 對(duì)于性能的要求越來越高。為適應(yīng)以上情況，提高人們乘坐的舒適性就必須針 對(duì)汽車懸架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。因而目前在國(guó)外貨車上廣泛的采用的是麥弗遜獨(dú)立 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 懸架，麥弗遜獨(dú)立懸架具有成本低，質(zhì)量輕，維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單，噪音小，溫升低 和整車油耗低等優(yōu)點(diǎn)。因此被廣泛應(yīng)用，在本設(shè)計(jì)中也主要對(duì)汽車麥弗遜獨(dú)立 懸架行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與模型的建立。 汽車懸架系統(tǒng)的主要功用是支撐車身的重量,并且使汽車穩(wěn)定有效的進(jìn)行轉(zhuǎn) 向操縱控制,同時(shí)有效的分離路面波動(dòng)對(duì)車身的影響。不同的需要導(dǎo)致設(shè)計(jì)的要 求不同,半自動(dòng)懸架由從動(dòng)彈簧和需要克服不同路面狀況和汽車運(yùn)行條件的阻尼 離的自動(dòng)減振器組成。由于主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜而傳統(tǒng)的消極式懸架無法滿足不 同路面狀況和汽車運(yùn)行狀況的要求。因此,半自動(dòng)懸架是目前最常用的懸架系統(tǒng)。 半自動(dòng)懸架系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是帶有液壓減振使車身在低動(dòng)力情況下振動(dòng)降低。目前, 許多控制系統(tǒng)是為半自動(dòng)懸架系統(tǒng)而開發(fā)的。從 Karnoopp 的 Skyhook 方法開始。 這個(gè)方法主要是使緩沖器承受一定的力的作用,而這個(gè)力是與汽車全速時(shí)懸架上 的質(zhì)量成一定比例的。許多調(diào)查都是用一維模型,它可以推導(dǎo)出模糊的控制點(diǎn)和 控制運(yùn)算法則。如 LQG 和活躍控制。由于汽車懸架固有非線性特性,導(dǎo)致這種控 制方法不能充分發(fā)揮半自動(dòng)懸架的功用。為充分利用懸架系統(tǒng)的非線性功用。 如模糊邏輯控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊神經(jīng)控制等智能化控制方法近來都已被 科研人員用于非線性懸架系統(tǒng)控制。 由于主動(dòng)式空氣懸架彈簧價(jià)格較貴，為降低成本，有的企業(yè)部分車型前橋 使用鋼板彈簧，后橋使用空氣懸架彈簧。由此可知懸架正充分關(guān)注這方面的變 化，提高綜合開發(fā)能力，以適應(yīng)市場(chǎng)的需求和變化，新型懸架的誕生迫在眉睫。 1.3 懸架的功用 懸架一般安裝在汽車的底部，其是汽車設(shè)計(jì)過程中不可缺少的一部分，同 時(shí)也是整車 NVH 的關(guān)鍵。其主要功用如下： (1) 支撐車輪，用于傳遞車輪的力矩。 (2）為保證汽車良好的平順性，需要吸收不平路面所引起的振動(dòng)和沖擊。 (3）為整車的 NVH 降低提供保障。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 (4）保證乘車人員的舒適性。 綜述所述正確的選擇懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)，是影響汽車行駛平順性、 操縱穩(wěn)定性和舒適性的直接因素。因此本設(shè)計(jì)中對(duì)轎車的麥弗遜獨(dú)立懸架進(jìn)行 設(shè)計(jì)。 1.4 懸架的結(jié)構(gòu)與組成 不同的懸架有不同的結(jié)構(gòu)形式，但是不同的懸架總體必不可少的結(jié)構(gòu)有懸 架由彈性元件、減振器、緩沖塊、橫向穩(wěn)定器等主要的幾部分組成等，具體結(jié) 構(gòu)如圖 1-1 所示。 圖 1-1 汽車懸架組成示意圖 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 彈性元件根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧等 幾種形式，空氣彈簧主要用于高級(jí)轎車上，由于其成本較高。而目前大多數(shù)轎 車使用的是螺旋彈簧。螺旋彈簧具有占用空間小，質(zhì)量小，無需潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)， 因此被廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)也采用螺旋彈簧。 減振器是起到了減震作用，本設(shè)計(jì)中采用筒狀減震器。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展懸架的結(jié)構(gòu)形式也是在飛速的發(fā)展，各種結(jié)構(gòu)的出現(xiàn) 也將汽車的舒適性提高了一個(gè)等級(jí)。這對(duì)于懸架的要求也越來越高。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 1.5 懸架的分類 汽車的懸架按照結(jié)構(gòu)類型的不用可以分為兩類：非獨(dú)立懸架與獨(dú)立懸架系 統(tǒng)， 1.5.1 獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架是兩側(cè)車輪分別獨(dú)立地與車架（或車身）彈性地連接，當(dāng)一側(cè)車 輪受沖擊，其運(yùn)動(dòng)不直接影響到另一側(cè)車輪，獨(dú)立懸架所采用的車橋是斷開式 的。這樣使得發(fā)動(dòng)機(jī)可放低安裝，有利于降低汽車重心，并使結(jié)構(gòu)緊湊。獨(dú)立 懸架允許前輪有大的跳動(dòng)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(shí)獨(dú)立懸架非簧載質(zhì)量小，可提高汽車車輪的附著性。 獨(dú)立懸架的類型及特點(diǎn)：獨(dú)立懸架的車軸分成兩段（如圖 1-2），每只車 輪用螺旋彈簧獨(dú)立地，地連接安裝在車架(或車身)下面，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊， 其運(yùn)動(dòng)不直接影響到另一側(cè)車輪，獨(dú)立懸架所采用的車橋是斷開式的。 圖 1-2 獨(dú)立懸架的運(yùn)動(dòng) 目前獨(dú)立懸架系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于汽車前懸架上面，本設(shè)計(jì)的也為汽車前懸 架，最常見的是麥弗遜式汽車前懸架，具體結(jié)構(gòu)如下圖： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 圖 1-3 麥弗遜式獨(dú)立前懸架 這種懸架目前被廣泛引用在轎車中。懸架將減振器作為車輪跳動(dòng)的滑柱， 螺旋彈簧與其裝于一體。有利于發(fā)動(dòng)機(jī)布置，并降低車子的重心。而且麥弗遜 獨(dú)立懸架具有結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)速度快，占用空間少，便于裝車及整車布局等優(yōu) 點(diǎn)，多用于中低檔乘用車的前橋。 1.5.2 非獨(dú)立懸架 非獨(dú)立懸架如圖 1-4 所示。其特點(diǎn)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(shí)會(huì)直接 影響到另一側(cè)車輪上，當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)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(jiǎn)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(dú)立懸架由于非簧載質(zhì)量比較大，高速行駛時(shí)懸架受到?jīng)_擊載荷比較大，平順 性較差。 圖 1-6 懸架在汽車的承載力 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 1.6 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 獨(dú)立懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)承擔(dān)著懸架中除垂直力之外的所有作用力和力矩，并 決定了懸架跳動(dòng)時(shí)車輪的運(yùn)動(dòng)軌跡和車輪定位角的變化，因此，懸架的設(shè)計(jì)要 求有： 1）形成強(qiáng)檔的側(cè)傾中心和側(cè)傾軸線。 2）形成恰當(dāng)?shù)目v傾中心。 3）個(gè)交接點(diǎn)處受力盡量小，減小橡膠元件的彈性形變，以保證導(dǎo)向精確。 4）保證車輪定位參數(shù)及其隨車輪跳動(dòng)哦的變化能滿足要求。 5）具有足夠的疲勞強(qiáng)度。 對(duì)于前輪獨(dú)立懸架機(jī)構(gòu)的要求是： 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(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)產(chǎn)生 縱向加速度。 3）汽車轉(zhuǎn)彎行使時(shí)，應(yīng)使車身傾角小。在 0.4g 側(cè)向加速度作用下，車身 側(cè)傾角67，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）只用時(shí)，應(yīng)使車身有抗前俯作用；加速時(shí)，有抗后仰作用。 1.7 主要設(shè)計(jì)思路及方法 1.7.1 研究方法 （1）通過查閱相關(guān)資料，掌握麥弗遜獨(dú)立懸架主要參數(shù)。 （2）充分考慮已有麥弗遜獨(dú)立懸架的優(yōu)缺點(diǎn)來確定麥弗遜獨(dú)立懸架的總體 設(shè)計(jì)方案，對(duì)現(xiàn)有裝置的不足進(jìn)行分析。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 （3）對(duì)設(shè)計(jì)的麥弗遜獨(dú)立懸架進(jìn)行修改和優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出能滿足要求的 麥弗遜獨(dú)立懸架。 1.7.2 研究技術(shù)路線 （1）根據(jù)題目和原始數(shù)據(jù)查看相關(guān)資料，了解當(dāng)今國(guó)內(nèi)外麥弗遜獨(dú)立懸架 的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景，撰寫文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告。 （2）根據(jù)產(chǎn)品功能和技術(shù)要求提出多種設(shè)計(jì)方案，對(duì)各種方案進(jìn)行綜合評(píng) 價(jià)，從中選擇較好的方案，再對(duì)所選擇的方案做進(jìn)一步的修改或優(yōu)化，最終確 定總體設(shè)計(jì)方案。 （3）具體設(shè)計(jì)麥弗遜獨(dú)立懸架的驅(qū)動(dòng)裝置、工作裝置等。 （4）對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)中的重要零件進(jìn)行校核計(jì)算，保證設(shè)計(jì)的合理性 和可行性。 ； （5）繪制零件圖、裝配圖，完成要求的圖紙量； （6）整理各項(xiàng)設(shè)計(jì)資料，撰寫論文。 第 2 章 懸架系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的確定 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配合確定。此次設(shè)計(jì)是對(duì)乘用車麥弗遜前 獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)。 2.1 懸架的參數(shù)確定 在確定零件尺寸之前，需要先確定懸架的空間幾何參數(shù)。麥弗遜式懸架的 受力圖如圖 3-1 所示 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 圖 2-1 麥弗遜式懸架的受力分析 根據(jù)車輪尺寸，確定 G 點(diǎn)離地高度為 158.3mm，根據(jù)車身高度確定 C 大致 高度為 700mm，O 點(diǎn)距車輪中心平面 110mm，減震器安裝角度 14。 2.2 懸架的彈性工作特性確定 2.2.1 懸架頻率的選擇 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。一1n2 般對(duì)于鋼制彈簧的轎車， 約為 11.3Hz（6080 次/min）， 約為n 2n 1.171.5Hz（7090 次/min），非常接近人體步行時(shí)的自然頻率。取 n=1.2HZ 2.2.2 懸架的工作行程 懸架的工作行程由靜撓度與動(dòng)撓度之和組成。 由 n (2-1)cf5 式中： 懸架靜撓度cf 得懸架靜撓度： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 (2-2) 25nfc mfc6.1732 則懸架動(dòng)撓度： =（0.50.7）dfcf 取 =0.5 =0.5173.686.8mmfcf 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(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 =173.6+86.8=260.4mm160mm 符合要求dcf 2.2.3 懸架剛度計(jì)算 已知：已知整車裝備質(zhì)量：m =920kg，取簧上質(zhì)量為 870kg；取簧下質(zhì)量 為 50kg，則由軸荷分配圖知： 空載前軸單輪軸荷取 60%： =261kg2%60871m 滿載前軸單輪軸荷取 50%： （滿載時(shí)車上 5kg5.29)5(2 名成員，60kg/名）。 懸架剛度： =cWcfFC滿 載 mnN/85.16.7329 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 第 3 章 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析 3.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) 1）側(cè)傾中心 麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心由下圖所示方式得出。從懸架與車身的固定 連接點(diǎn) E 作活塞桿運(yùn)動(dòng)方向的垂直并將下橫臂延長(zhǎng)。兩條的交點(diǎn)即為極點(diǎn) P 。 將 P 點(diǎn)與車輪接地點(diǎn) N 的連線交在汽車的軸線上，交點(diǎn) W 即為側(cè)傾中心。 圖 3-1 麥弗遜式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的確定 麥弗遜式獨(dú)立懸架的彈簧減震器軸線 EG 布置得越接近垂直，下橫臂 GD 布置得越接近于水平，則側(cè)傾中心 W 就越接近于地面，從而使得在車輪上跳動(dòng) 時(shí)車輪外傾角的變化不理想 麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心高度為 （3-1）svwrdkpbhtancos2 式中 （3-2）)i(dki 表 3-1 輪胎標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)格 級(jí)別 外徑 mm 斷面寬 mm 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 185/65R14 85H 596mm 189 設(shè)計(jì)當(dāng)滿載時(shí)候 選取: d=360mm =152 =6 0 =5 0 （3-3）sr 根據(jù)圖 3-4 可知 = =5 0 (3-4) 因?yàn)閺椈勺杂筛叨?=260mm ，減振器的長(zhǎng)度 L=300mm 所以取0H C+o=478mm 因?yàn)檩喬サ臄嗝鎸挾?B=189mm，車寬度 =1673mm，所以：aB = = 742mm （3-5）vb2Ba189673 根據(jù)設(shè)計(jì)要求滿載時(shí)： K= =2505.24mm （3-6）)65sin(480o mm （3-7）87.6213si2.p 所以 =84.2mm (3-8)152tan360cos24.50.70wh 滿足在獨(dú)立懸架中，前懸架側(cè)傾中心高度在 0120mm 范圍內(nèi)。 2）側(cè)傾軸線 在獨(dú)立懸架中，汽車前部與后部側(cè)傾中心的連線稱為側(cè)傾軸線，側(cè)傾軸線 應(yīng)大致與地面平行，且盡可能離地高些。平行是為了使得在曲線行駛時(shí)前、后 軸上的軸荷變化接近相等，從而保證中型轉(zhuǎn)向特性；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) 然而，在前懸架的側(cè)傾中心高度收到允許的輪距變化限制，并其盡可能超 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 過 150mm.此外，在前輪驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的汽車中，由于前橋軸荷大，且為驅(qū)動(dòng)橋，故 應(yīng)盡可能是前輪輪荷變化小。 3）縱傾中心 麥弗遜式獨(dú)立懸架縱傾中心，可由 E 點(diǎn)座減震器運(yùn)動(dòng)方向的垂直線。該垂 直線與橫臂軸 D 延長(zhǎng)線的交點(diǎn) 即為縱傾中心，如下圖所示：vO 圖 3-2 麥弗遜式懸架的縱傾中心 4) 抗制動(dòng)縱傾性 抗制動(dòng)縱傾性可能使制動(dòng)過程中汽車車頭的下沉量及車尾的抬高量減小。 只有在前后懸架的縱傾中心位于兩根車橋（軸）之間時(shí)，這一性能方可實(shí)現(xiàn) 5) 抗驅(qū)動(dòng)縱傾性 抗驅(qū)動(dòng)縱傾性可減小后輪驅(qū)動(dòng)汽車車尾的下沉量或前輪驅(qū)動(dòng)汽車車頭的抬 高量。對(duì)于獨(dú)立懸架而言，當(dāng)縱傾中心位置高于驅(qū)動(dòng)橋車輪中心時(shí)，這一可能 性方可實(shí)現(xiàn)。 6) 懸架橫臂的定位角 獨(dú)立懸架中的橫臂鉸鏈軸大多空間傾斜布置。 3.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的受力分析 分析如圖的麥弗遜式獨(dú)立懸架受力簡(jiǎn)圖可知：作用在導(dǎo)向套上的橫向力 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 F3，可根據(jù)圖上的布置尺寸求得 圖 3-3 麥弗遜式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力簡(jiǎn)圖 根據(jù)彈簧設(shè)計(jì)要求以及減震器升級(jí)要求，和上面布置要求，確定上面參數(shù)： a=152mm b=357mm c=120mm d=404mm （3-9） （3-10）42.18342.3805.9701 F (3-11)(13cda 式中，F(xiàn) 1 為前輪上的靜載荷 減去前軸簧下質(zhì)量的 1/2 F 所以 =1726.26N (3-12)120)-)(4(205.1833 將彈簧和減震器的軸線相互偏移距離 s=6mm,在考慮到彈簧軸向力 F6 的影響， 則作用到套筒上的力將減小，即 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 (3-13)cdsFbcaF613)( 式中， =4183.420.996=4166.69N （3-14）0165os =1638.23N （3-15）)1204(69.6.723 增加距離 s ，有助于減小作用到導(dǎo)向套筒上面的橫向力。 3.3 軸線布置方式的選擇 麥弗遜式獨(dú)立懸架的橫臂軸線與主銷后傾角的匹配，影響汽車的縱傾穩(wěn)定 性。O 點(diǎn)為汽車縱向平面內(nèi)懸架相對(duì)于車身跳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)瞬心。當(dāng)搖臂軸的抗前 俯角 等于靜平衡位置的主銷后傾角 時(shí)，橫臂軸線正好與主銷軸線垂直， 運(yùn)動(dòng)瞬心交于無窮遠(yuǎn)處，主銷軸線在懸架跳動(dòng)時(shí)作運(yùn)動(dòng)。因此, 值保持不變。 當(dāng) 與 的匹配使運(yùn)動(dòng)瞬心 交于前輪后方時(shí)（圖 3-4） ，在懸架壓縮行程， O 角有增大的趨勢(shì) 當(dāng) 與 的匹配使運(yùn)動(dòng)瞬心 交于前輪前方時(shí)（圖 3-4） ，在懸架壓縮行程， 角有減小的趨勢(shì)。 為了減小汽車制動(dòng)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(shì)，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) 能使運(yùn)動(dòng)瞬心 交于O 前輪后方。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 圖 3-4 角變化示意圖 3.4 橫臂長(zhǎng)度的確定 有圖 3-5 可以看出，橫臂越長(zhǎng)，B y 曲線越平緩，即車輪跳動(dòng)時(shí)輪距變化越 小，有利于提高輪胎壽命。主銷內(nèi)傾角 、車輪外傾角 和主銷后傾角 曲 線的變化規(guī)律也都與 By 類似，說明擺臂越長(zhǎng)，前輪定位角度的變化越小，將有 利于提高汽車的操縱穩(wěn)定性。 因此，在滿足布置要求的前提下，應(yīng)盡量加長(zhǎng)橫臂長(zhǎng)度。 圖 3-5 麥弗遜式獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)特性 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 3.4 螺旋彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)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(jié)構(gòu)緊湊，制造方便及高的比能容量 等特點(diǎn)，在輕型以下汽車的懸架中運(yùn)用普遍。根據(jù)哈飛路寶汽車工作時(shí)螺旋彈 簧的受力特點(diǎn)和壽命要求（可參考下文的計(jì)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。 3.4.1 螺旋彈簧的剛度計(jì)算 由于存在懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的關(guān)系，懸架剛度 C 與彈簧剛度 是不相等的，其S 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 僅指彈簧本C 身單位撓度所需的力。 例如麥弗遜獨(dú)立懸架的懸架剛度 C 的計(jì)算方法： 選定下擺臂長(zhǎng)：EH=284mm；半輪距：B=680mm ；減震器布置角度：=9， 高度 430.48mm。 可知懸架剛度與彈簧剛度的關(guān)系如下： 可知： C=(uCos/PCos)Cs （3- 16） 式中： C懸架剛度；Cs彈簧剛度。 已知 u=1392.9mm p=1565.3mm =16=24 得： 19.36 N/mmcos/PUCS 3.5 導(dǎo)向彈簧的受力分析 根據(jù)懸架系統(tǒng)的裝配圖，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析 計(jì)算可以得到平衡位置處彈簧 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 所受壓縮力 P 與車輪載荷 Nv 的關(guān)系式: P=Ay= = =2890(N) （3-17）cosNva29.5cos9.81-3。 。 式中： -車輪外傾角； -減震器的內(nèi)傾角 -主銷軸線與減震器的夾角。 圖 3-5 彈簧的受力 （1）彈簧所受的最大力 取動(dòng)載荷系數(shù) k=1.7 則彈簧所受的最大力 Pdmax 為 Pdmax=kp=1.72890= (N) 34.910 圖 3-6 螺旋彈簧受力 （2）車輪到彈簧的力及位移傳動(dòng)比 車輪與路面接觸點(diǎn)和零件連接點(diǎn)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 Ks 與懸架剛度 Kx 可由傳遞比建立聯(lián)系；利 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 用位移傳遞比 ix 便可計(jì)算出螺旋彈簧的剛度 Ks (3-18) .w=FNvhiyxKsff 其中分?jǐn)?shù) 代表懸架的線性剛度。從而，得到如下關(guān)系式 .Nvhfskxiy 當(dāng)球頭支撐 B 由減震器向車輪移動(dòng) t 值時(shí)，根據(jù)文獻(xiàn)，懸架的行程傳遞比及力 的傳遞比為 ix=1/cos( - )=1.005 (3-19) iy= =1.022 (3-20)cos()sin()cos()()Rdtgcott 代入數(shù)值可得 ix=1.005 iy=1.022 所以，位移傳遞比 iyix 為 1.027 （3）彈簧在最大壓縮力作用下得變形量 由于前懸架給定的偏頻 f=1.2Hz.可得汽車懸架的線剛度 K= (3-21)24f6.95427.83(/m)mN 可得到彈簧的剛度 Ks Ks=Kxiyix=28.43(n.mm) (3-22) 進(jìn)而可得到彈簧在最大壓縮力 Pdmax 作用下的變形量 F F=Pdmax/Ks=172.8(mm) (3-23) 所以，彈簧所受最大彈簧力和相應(yīng)的最大變形為： Pdmax=4913N F=172.8 mm 3.6 減振器的設(shè)計(jì)與分析 減振器的功能是吸收懸架垂直振動(dòng)的能量，并轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，使振動(dòng) 迅速衰減。汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力式減震器。其作用原理是，當(dāng)車架與 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 車橋作往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減震器中的活塞在缸筒內(nèi)業(yè)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，于是減震器 殼體內(nèi)的油液反復(fù)地從一個(gè)內(nèi)腔通過另一些狹小的孔隙流入另一個(gè)內(nèi)腔。此時(shí)， 孔與油液見的摩擦力及液體分子內(nèi)摩擦便行程對(duì)振動(dòng)的阻尼力，使車身和車架 的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為熱能，被油液所吸收，然后散到大氣中。 減振器大體上可以分為兩大類，即摩擦式減振器和液力減振器。故名思義， 摩擦式減振器利用兩個(gè)緊壓在一起的盤片之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力提供阻尼。 由于庫(kù)侖摩擦力隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的提高而減小，并且很易受油、水等的影響， 無法滿足平順性的要求，因此雖然具有質(zhì)量小、造價(jià)低、易調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn) 代汽車上已不再采用這類減振器。液力減振器首次出現(xiàn)于 1901 年，其兩種主要 的結(jié)構(gòu)型式分別為搖臂式和筒式。與筒式液力減減振器振器相比，搖臂式減振 器的活塞行程要短得多，因此其工作油壓可高達(dá) 75-30MPa，而筒式只有 2.5- 5MPa。筒式減振器的質(zhì)量?jī)H為擺臂式的約 1/2，并且制造方便，工作壽命長(zhǎng)， 因而現(xiàn)代汽車幾乎都采用筒式減振器。筒式減振器最常用的三種結(jié)構(gòu)型式包括: 雙筒式、單筒充氣式和雙筒充氣式。 雙筒式液力減振器 雙筒式液力減振器雙筒式液力減振器的工作原理如圖 3-7 所示。其中 A 為 工作腔，C 為補(bǔ)償腔，兩腔之間通過閥系連通，當(dāng)汽車車輪上下跳動(dòng)時(shí)，帶動(dòng) 活塞 1 在工作腔 A 中上下移動(dòng)，迫使減振器液流過相應(yīng)閥體上的阻尼孔，將動(dòng) 能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳⒌?。車輪向上跳?dòng)即懸架壓縮時(shí)，活塞 1 向下運(yùn)動(dòng)，油液通 過閥進(jìn)入工作腔上腔，但是由于活塞桿 9 占據(jù)了一部分體積，必須有部分油 液流經(jīng)閥進(jìn)入補(bǔ)償腔 C;當(dāng)車輪向下跳動(dòng)即懸架伸張時(shí)，活塞 1 向上運(yùn)動(dòng)，工 作腔 A 中的壓力升高，油液經(jīng)閥流入下腔，提供大部分伸張阻尼力，還有一 部分油液經(jīng)過活塞桿與導(dǎo)向座間的縫隙由回流孔 6 進(jìn)人補(bǔ)償腔，同樣由于活塞 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 桿所占據(jù)的體積，當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，必定有部分油液經(jīng)閥流入工作腔下腔。 減振器工作過程中產(chǎn)生的熱量靠貯油缸筒 3 散發(fā)。減振器的工作溫度可高達(dá) 120 攝氏度，有時(shí)甚至可達(dá) 200 攝氏度。為了提供溫度升高后油液膨脹的空間， 減振器的油液不能加得太滿，但一般在補(bǔ)償腔中油液高度應(yīng)達(dá)到缸筒長(zhǎng)度的一 半，以防止低溫或減振器傾斜的情況下，在極限伸張位置時(shí)空氣經(jīng)油封 7 進(jìn)入 補(bǔ)償腔甚至經(jīng)閥吸入工作腔，造成油液乳化，影響減振器的工作性能。 圖 3-7 雙筒式減振器工作原理圖 1-活塞；2-工作缸筒；3-貯油缸筒；4-底閥座；5-導(dǎo)向座；6-回流孔活塞桿；7-油封；8- 防塵罩 9-活塞桿 減振器的特性可用圖 3-5 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(jié)構(gòu)和各閥開啟力的選擇。一般而言，當(dāng)油液 流經(jīng)某一給定的通道時(shí)，其壓力損失由兩部分構(gòu)成。其一為粘性沿程阻力損失， 對(duì)一般的湍流而言，其數(shù)值近似地正比于流速。其二為進(jìn)入和離開通道時(shí)的動(dòng) 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(yuǎn)比密度隨溫度的變化顯著，因而在設(shè)計(jì)閥系時(shí)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， 也即不易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，如圖 10 所示。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(guān)系，若與通道 A 并聯(lián)一個(gè)直徑更/大的通道 B，則總的特性將如 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 圖中曲線 A+B 所示。如果 B 為一個(gè)閥門，則當(dāng)其逐漸打開時(shí)，可獲得曲線 A 與 曲線 A+B 間的過渡特性。恰當(dāng)選擇 A,B 的孔徑和閥的逐漸開啟量，可以獲得任 何給定的特性曲線。閥打開的過程可用三個(gè)階段來描述，第一階段為閥完全關(guān) 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(dāng)減振器 活塞相對(duì)于缸筒的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到 0. lm/s 時(shí)閥就開始打開，完全打開則需要運(yùn) 動(dòng)速度達(dá)到數(shù)米每秒。 圖 3-8 閥的開啟程度對(duì)減振器特性影響示意圖 圖 3-8 給出了三種典型的減振器特性曲線。第一種為斜率遞增型的，第二 種為等斜率的(線性的)，第三種為斜率遞減型的。其中第一種在小速度時(shí)，阻 尼力較小，有利于保證平坦路面上的平順性，第三種則在相當(dāng)寬的振動(dòng)速度范 圍內(nèi)都可提供足夠的阻尼力，有利于提高車輪的接地能力和汽車的行駛性能。 根據(jù)汽車的型式、道路條件和使用要求，可以選擇恰當(dāng)?shù)淖枘崃μ匦浴?圖 3-9 典型的減振器特性曲線 圖 3-10 減振器斜置時(shí)計(jì)算傳遞比示意圖 需要注意的是，在大部分汽車上，減振器不是完全垂直安裝，如圖 3-10 所 示為剛性橋非獨(dú)立懸架的情況。這時(shí)減振器本身的阻尼力與車輪處的阻尼力之 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 間存在差異，當(dāng)左右車輪同向等幅跳動(dòng)時(shí)，阻尼力的傳遞比 ，由于cos/1Di 角度 (見圖 3-10)同時(shí)造成車輪處力的減小和減振器行程的減小，因此減振 器的阻尼系數(shù)應(yīng)為車輪處阻尼系數(shù)的 倍。當(dāng)車身側(cè)傾時(shí)，相應(yīng)的傳遞比2Di ，式中 B 為輪距，b 為減振器下固定點(diǎn)的安裝距。cos/bBiD 單筒充氣式液力減振器 單筒充氣式減振器的工作原理如圖（3-11）所示。其中浮動(dòng)活塞 3 將油液 和氣體分開并且將缸筒內(nèi)的容積分成工作腔 4 和補(bǔ)償腔 2 兩部分。當(dāng)車輪下落 即懸架伸張時(shí)，活塞桿 8 帶動(dòng)活塞 5 下移，壓迫油液經(jīng)過伸張閥 10 從工作腔下 腔流入上腔。此時(shí)，補(bǔ)償腔 2 中的氣體推動(dòng)活塞 3 下移以補(bǔ)償活塞桿抽出造成 的容積減小;車輪上跳時(shí)，活塞 5 向上運(yùn)動(dòng)，油液通過壓縮閥 6 由上腔流入下腔， 同時(shí)浮動(dòng)活塞向上移動(dòng)以補(bǔ)償活塞桿在油液中的體積變化。 與前述的雙筒式減振器相比，單筒充氣式減振器具有以下優(yōu)點(diǎn):工作缸筒 n 直接暴露在空氣中，冷卻效果好;在缸筒外徑相同的前提下，可采用大直徑 活塞，活塞面積可增大將近一倍，從而降低工作油壓;在充氣壓力作用下，油 液不會(huì)乳化，保證了小振幅高頻振動(dòng)時(shí)的減振效果;由于浮動(dòng)活塞將油、氣隔 開，因而減振器的布置與安裝方向可以不受限制。其缺點(diǎn)在于:為保證氣體密 封，要求制造精度高;成本高;軸向尺寸相對(duì)較大;由于氣體壓力的作用， 活塞桿上大約承受 190-250N 的推出力，當(dāng)工作溫度為 100時(shí)，這一值會(huì)高達(dá) 450N，因此若與雙筒式減振器換裝，則最好同時(shí)換裝不同高度的彈簧。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 圖 3-11 單筒充氣式減振器 雙筒充氣式減振器的優(yōu)點(diǎn)有:在小振幅時(shí)閥的響應(yīng)也比較敏感;改善了 壞路上的阻尼特性;提高了行駛平順性;氣壓損失時(shí)，仍可發(fā)揮減振功。 圖 3-9 為雙筒充氣式減振器用于麥克弗遜懸架時(shí)的結(jié)構(gòu)圖 1-六方;2-蓋板;3-導(dǎo)向座;4-貯油缸筒;5-補(bǔ)償腔;6-活塞桿;7-彈簧托架;8-限位塊;9-壓縮 閥;10-密封環(huán);11-閥片;12-活塞緊固螺母;13-活塞桿小端;14-底閥 （1）相對(duì)阻尼系數(shù) 相對(duì)阻尼系數(shù) 的物理意義是：減震器的阻尼作用在與不同剛度 C 和不 同簧上質(zhì)量 的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。 值大，振動(dòng)能迅sm 速衰減，同時(shí)又能將較大的路面沖擊力傳到車身； 值小則反之，通常情況下， 將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻 尼系數(shù) 取小些，伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù) 取得大些，兩者之間保持YS =（ 0.25-0.50） 的關(guān)系。S 設(shè)計(jì)時(shí)，先選取 與 的平均值 。相對(duì)無摩擦的彈性元件懸架，取Y =0.25-0.35；對(duì)有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架， 值取的小些，為避免懸架碰撞 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 31 車架，取 =0.5YS 取 =0.3，則 有： 計(jì)算得： =0.4， =0.SY （2）減震器阻尼系數(shù) 的確定 減震器阻尼系數(shù) 。因懸架系統(tǒng)固有頻率 ，所以理論scm2 smc 上 。實(shí)際上，應(yīng)根據(jù)減震器的布置特點(diǎn)確定減震器的阻尼系數(shù)。我sm2 選擇下圖的安裝形式，則起阻尼系數(shù) 為： （ 3-18）22cosabm 圖 4-10 減震器的布置 根據(jù)公式 ，可得出：smCn21nmcs2 滿載時(shí)計(jì)算前懸剛度 N/m2413.9.513.7S 代入數(shù)據(jù)得： =6.3HZ，取 ,80/ba4 按滿載計(jì)算有：簧上質(zhì)量 kg，代入數(shù)據(jù)得減震器的阻尼系數(shù)為：2.m 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 32 （3-19） 22120.39.5831640/0.94.73Nsm （3）減震器最大卸荷力 的確定0F 為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減震器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減震 器打開卸荷閥。此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度 ，按上圖安裝形式時(shí)有：xV (3-20)baAVx/cos 式中， 為卸荷速度，一般為 0.150.3m/s，A 為車身振幅，取 ；x m40 為懸架振動(dòng)固有頻率。 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得卸荷速度為： 0.4823.9cos160.3/xVms 符合 在 0.150.3m/s 之間范圍要求。x 根據(jù)伸張行程最大卸荷力公式： 可以計(jì)算最大卸荷力。式中，c 是沖xVF0 擊載荷系數(shù)，取 c=1.5；代入數(shù)據(jù)可得最大卸荷力 為： 0F01.8640.385.6FN （4）減震器工作缸直徑 D 的確定 根據(jù)伸張行程的最大卸荷力 計(jì)算工作缸直徑 D 為：0F (3-21)24=P1- 其中， 工作缸最大壓力，在 3Mpa4Mpa,取 =3Mpa； P 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 連桿直徑與工作缸直徑比值， =0.40.5，取 =0.4。 代入計(jì)算得工作缸直徑 D 為： (3-22)62485.1.63.1014m 減震器的工作缸直徑 D 有 20mm，30mm，40mm，45mm，50mm，65mm，等幾種。 選取時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)選用，按下表選擇。 表 3.12 減震器的工作缸選擇 工作缸直徑 D 基長(zhǎng) L 貯油直徑 cD吊環(huán)直徑 吊環(huán)直徑寬 度 B 活塞行程 S 30 11 （120） 44 （47） 29 24 230、240、250 、260、270、28 0 40 14 （150） 54 39 32 120、130、140 、150、270、28 0 50 17 （180） 70 （75） 47 40 120、130、140 、150、160、17 0、180 65 210 210 62 50 120、130、140 、150、160、17 0、180、190 所以選擇工作缸直徑 D=30mm 的減震器，對(duì)照上表選擇起長(zhǎng)度： 活塞行程 S=240mm，基長(zhǎng) L=110mm，則： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 34 （壓縮到底的長(zhǎng)度）mSL3501240min （拉足的長(zhǎng)度）95iax 取貯油缸直徑 =45mm，壁厚取 2.6mm。CD 3.7 橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì) 3.7.1 橫向穩(wěn)定桿的作用 橫向穩(wěn)定桿是一根擁有一定剛度的扭桿彈簧，它和左右懸掛的下托臂或減 震器滑柱相連。當(dāng)左右懸掛都處于顛簸路面時(shí)，兩邊的懸掛同時(shí)上下運(yùn)動(dòng)，穩(wěn) 定桿不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，當(dāng)車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于外側(cè)懸掛承受的力量較大，車身發(fā)生 一定得側(cè)傾。此時(shí)外側(cè)懸掛收縮，內(nèi)測(cè)懸掛舒張，那么橫向穩(wěn)定桿就會(huì)發(fā)生扭 轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一定的彈力，阻止車輛側(cè)傾。從而提高車輛行駛穩(wěn)定性。 3.7.2 橫向穩(wěn)定桿參數(shù)的選擇 具體尺寸選擇如下：桿的直徑 d=22mm，桿長(zhǎng) L=1000mm，c=363mm，a=68mm，b=69mm， =156mm，圓角半徑 R=23mm。2l 圖 3-18 橫拉桿 第四章 三維建模設(shè)計(jì)與分析 CATIA體現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系列軟件的最新發(fā)展方向，成為提供工業(yè)解 決方案的有力工具。它已被廣泛應(yīng)用于電子，機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、 航空、航天、軍工、紡織、家電、玩具等行業(yè)。CATIA可謂是個(gè)全方位的三維 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 35 產(chǎn)品開發(fā)軟件，集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品組合、模具開發(fā)、NC加工、鈑金件設(shè)計(jì)、 鑄造設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能 于一體，模塊眾多。 4.1 三維設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 CATIA作為三維造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件， 其功能強(qiáng)大，用途廣泛，是新一代. CAD/ CAM系統(tǒng)軟件。它以尺寸驅(qū)動(dòng)、特征 建模、全參數(shù)設(shè)計(jì)、單一全關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬現(xiàn)實(shí)及多數(shù)據(jù)接口等優(yōu)點(diǎn)改變 了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念，使設(shè)計(jì)工作直觀化、高效化、精確化和系統(tǒng)化，成為目前 機(jī)械CAD 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)僅提供繪圖工具不同，CATIA 提供了 一套完整的機(jī)械產(chǎn)品解決方案，包括工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、鈑金設(shè) 計(jì)、加工制造、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理，甚至包括了產(chǎn)品生 命周期，是多項(xiàng)技術(shù)的集成產(chǎn)品。CATIA的主要特征有：（1）3D實(shí)體模型； （2）單一數(shù)據(jù)庫(kù)；（3）基于特征的參數(shù)化實(shí)體建模；（4）行為建模技術(shù)； （5）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)；（6）強(qiáng)大的裝配功能；（7）NC加工；（8）二次開發(fā)技 術(shù)。 4.2 參數(shù)化建模 參數(shù)化特征造型被公認(rèn)為是目前幾何造型的發(fā)展趨勢(shì)，CATIA實(shí)體模型由 一些工程特征組合而成，Pro/Feature模塊提供了拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、過渡、孔、 槽、扭曲、圓角、倒角、抽殼、拔模斜度、自由變形、管道、變截面掃掠和掃 描性過渡等眾多的特征和特征構(gòu)造方法，為用戶提供了設(shè)計(jì)非常復(fù)雜形狀曲面 或?qū)嶓w模型的有力工具。 基于特征的參數(shù)化造型是將參數(shù)化造型的思想和特征造型的思想有機(jī)地結(jié) 合到一起，用尺寸驅(qū)動(dòng)或變量設(shè)計(jì)的方法定義特征并進(jìn)行類似的操作，這樣就 形成了參數(shù)化特征造型。由于特征全部用參數(shù)化定義，因此對(duì)形狀、尺寸、公 差、表面粗糙度等均可隨時(shí)修改和更新，最終達(dá)到修改設(shè)計(jì)的目的。參數(shù)化方 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 36 法使設(shè)計(jì)者在構(gòu)造幾何模型時(shí)可以集中于概念設(shè)計(jì)和整體設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮創(chuàng)造 性，提高設(shè)計(jì)效率?；谔卣鞯募夹g(shù)為設(shè)計(jì)者提供了符合人們思維習(xí)慣的設(shè)計(jì) 環(huán)境，二者有機(jī)地結(jié)合起來進(jìn)行實(shí)體造型將極大地提高設(shè)計(jì)效率。 在CATIA的環(huán)境中，構(gòu)建實(shí)物實(shí)體的方法有很多。選擇一個(gè)有效的方法， 使建立的特征少，且能有效生成實(shí)體；形成的特征有利于后續(xù)特征的建立和修 改是非常重要的。所以在設(shè)計(jì)初，對(duì)零件的外型設(shè)計(jì)要有一個(gè)整體規(guī)劃，要清 楚自己所做的零件的復(fù)雜程度，首先要確定整個(gè)零件的基準(zhǔn)參考中心和參考面， 使后面建立的特（Feature）都是基于該基準(zhǔn)建立的，這樣有利于后面特征修改 （Modify）和再生成（Regenerate）；其次要確定模型（Model ）的所有特征間 構(gòu)建的大致先后順序，把一些小而非重要特征先做，對(duì)開始不太明確的、并且 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 37 需要經(jīng)常改動(dòng)變化的特征放到后面建立。這樣就可以在需要修改時(shí)改動(dòng)局部就 可以了，既節(jié)省了時(shí)間又省去了許多麻煩。 4.3 有限元分析 對(duì)于汽車零部件設(shè)計(jì)而言，由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，必須要對(duì)其設(shè)計(jì)的零部 件進(jìn)行受力與強(qiáng)度分析。而 CATIA 軟件的出現(xiàn)解決了這一難題。本文也是借助 CATIA 軟件的有限元模塊 dui 設(shè)計(jì)的麥弗遜懸架進(jìn)行分析，結(jié)果如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 38 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 39 結(jié) 論 在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，通過對(duì)乘用車麥弗遜獨(dú)立懸架的導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計(jì) 工作。本文按照劉惟信編著的汽車設(shè)計(jì)一書詳細(xì)研究了麥弗遜懸架的設(shè)計(jì) 方案，提出了比較可行的設(shè)計(jì)思路，并按照這一思路進(jìn)行詳細(xì)地計(jì)算，最終根 據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)繪制出麥弗遜懸架系統(tǒng)的總裝配圖及其零部件圖。大學(xué)的生涯即將 到達(dá)尾聲，而我最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)則是由我獨(dú)立完成，從開題報(bào)告、說明書到整 個(gè)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，每一項(xiàng)都是自己認(rèn)認(rèn)真真的完成，將是我大學(xué)生涯中最好的一份 試卷。 從這次設(shè)計(jì)中，我發(fā)現(xiàn)了自己很多不足之處。首先自己對(duì)寫說明書沒有一 個(gè)很好的概念，第一眼看到說明書，感到無從下手，沒有一個(gè)清晰的邏輯。直 到將大的框架做出來后，自己才有一個(gè)清晰的思路去屑。從中我發(fā)現(xiàn)，做任何 事情需要提前做好計(jì)劃，這樣才不至于事情到眼前了，無從下手，這次事情則 給了我很深的一次教訓(xùn)。同時(shí)，在我的設(shè)計(jì)中我也充分的發(fā)揮主動(dòng)機(jī)能，在遇 到問題的時(shí)候，及時(shí)的去圖書館查找相關(guān)書籍，要求做到有理有據(jù)，從中培養(yǎng) 了我獨(dú)立思考的能力。這在以前，我基本是比較依賴別人的，遇到自己不會(huì)的 或者不懂得，總是習(xí)慣性的去讓別人去解決。而通過本次設(shè)計(jì)之后，我發(fā)現(xiàn)自 己獨(dú)立能力大大提高，且獨(dú)立的自己學(xué)習(xí)二維、三維軟件。雖然計(jì)算機(jī)軟件自 己現(xiàn)在不太熟梨，但是基本的繪圖命令都能夠操作，二維圖紙也能完成繪制， 就是花費(fèi)時(shí)間有點(diǎn)長(zhǎng)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我從中遇到過很多問題，在這里 很感謝我的指導(dǎo)老師，是他在不斷的指點(diǎn)我，給予我選擇最有方案的方法，陪 著我一次一次不斷的修改我的論文，修改我的圖紙。 本次設(shè)計(jì)從汽車的主要零部件的發(fā)展史開始，詳談國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀，依據(jù)整 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 40 車裝配中零部件的裝配功能，作用，要求，來選擇合適的零部件。每個(gè)零部件 都需要仔細(xì)的對(duì)比，分析其材料性能，強(qiáng)度，使用效果，來尋找最合適的零件。 從這些零部件的選擇中，我學(xué)習(xí)到了很多，比如螺釘?shù)闹睆?，長(zhǎng)度選擇等等， 需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐來完成。二維圖紙的繪制、三維建模的應(yīng)用也讓我從繪圖 小白成長(zhǎng)為能夠熟練使用 CAD 等軟件。不僅能夠自主的完成整個(gè)設(shè)計(jì)，也為自 己的工作之路做好了鋪墊，相信在不久的將來，計(jì)算機(jī)繪圖軟件的應(yīng)用將會(huì)作 為我尋找合適工作的一項(xiàng)有利的技能。 通過本次設(shè)計(jì)，讓我明白了很多，同時(shí)學(xué)習(xí)到了很多的東西，也深刻的發(fā) 現(xiàn)了自己的不足，在以后的工作中，自己應(yīng)該多多加強(qiáng)自己能力的應(yīng)用，提高 自己的專業(yè)知識(shí)，深入細(xì)致的學(xué)習(xí)一門技術(shù)，為自己的將來做好鋪墊。每次認(rèn) 真的做事情都能讓我學(xué)會(huì)很多東西，也能從中發(fā)現(xiàn)我的不足之處，我會(huì)不斷地 學(xué)習(xí)，不斷地改進(jìn)。將自己身上的缺點(diǎn)以及不足之處進(jìn)行彌補(bǔ)，提高自己的專 業(yè)能力，為了自己美好的未來，奮斗！加油！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 41 參考文獻(xiàn) 1 陳家瑞 馬天飛 【汽車構(gòu)造 】 第 5 版 人民交通出版社 2 王望予 【汽車設(shè)計(jì)】 第 4 版 機(jī)械工業(yè)出版社 3 程耀東 李培玉 【機(jī)械振動(dòng)學(xué)】 浙江大學(xué)出版社 4 余志生 【汽車?yán)碚摗?第 5 版 機(jī)械工業(yè)出版社 5 李鵬 【汽車概論】 人民交通出版社 6 姜鐵均 傅強(qiáng) 【汽車機(jī)械基礎(chǔ)】 同濟(jì)大學(xué)出版社 7 劉維信 【機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì)】第 2 版清華大學(xué)出版社 8 哈工大理論力學(xué)教研室 【理論力學(xué)】 第 6 版 高等出版社 9 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 10 劉惟信 【汽車設(shè)計(jì)】 清華大學(xué)出版社 11 西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室 【機(jī)械設(shè)計(jì)】第八版 高 等教育出版社 12Martin W.Stockel,Martin T.Stockel.AFundamentalsR.U.S.A Goodheart Wilcox Company,2003 13 Bryson, George Y. Deal III, Walter F. The automobile: A designersdreamJ. Technology Teacher，1996 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 42 致 謝 轉(zhuǎn)眼間，大學(xué)四年匆匆而過，時(shí)間是短暫的，但是其點(diǎn)點(diǎn)滴滴卻一輩子留 在我的記憶中。依然記得自己剛步入大學(xué)時(shí)候的迷茫；與舍友一塊去探秘美麗 的校園；在自己生病的時(shí)候，舍友陪我看病、給我送飯的場(chǎng)景；在自己遇到生 活上或者學(xué)習(xí)上的困難時(shí)候，老師不斷地在精神上給予引導(dǎo)；現(xiàn)在的我只想對(duì) 你們說聲感謝！感謝生命種有你們。 我的舍友們，是你們陪伴我走過大學(xué)四年的時(shí)光，陪我走過人生中最輝煌 的時(shí)刻，同時(shí)也是我最青春年華的時(shí)候。因?yàn)槟承┦虑橐庖姴缓?，我們也曾?zhēng) 吵過，但說過鬧過之后我們還是最親密的。但同時(shí)，你們也是教會(huì)我做事最多 的人，我們一塊學(xué)習(xí)，一塊生活，一塊玩耍，一塊旅游，在這些經(jīng)歷中，我們 逐步成為最親密的朋友關(guān)系。也許，以后我們會(huì)生活在天南海北，但是，我們 的心是在一起的。對(duì)于我來說，你們不是我人生歲月中的過客，而是親人。 我的老師們，是您教會(huì)我如何在大學(xué)這個(gè)小社會(huì)為人處事，告訴我如何處 理處理好人與人之間的關(guān)系。是您用生動(dòng)，有趣的課堂氛圍來讓我們記住書本 上的知識(shí)。您的知識(shí)，帶給了我很大的啟示也給予我提供了工作上的就業(yè)機(jī)會(huì)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成離不開您的悉心指導(dǎo)，在此我要感謝指導(dǎo)的我畢業(yè)設(shè)計(jì)指 導(dǎo) XX 老師，是您認(rèn)真負(fù)責(zé)的監(jiān)督我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，也給予我在遇到難點(diǎn)時(shí)給予 我解決問題的思路與路徑，讓我少走了很多的彎路。 最后，我還要感謝我的家人，是你們?cè)谖业谋澈竽С种遥屛覜] 有后顧之憂的學(xué)習(xí)，生活。父母永遠(yuǎn)是孩子最好的依靠，感謝我擁有的幸福家 庭，感謝你們將我送入大學(xué)學(xué)府，在以后的生活、工作中，