畢業(yè)設(shè)計(jì)-汽車懸架設(shè)計(jì)

成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院2015年畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目：汽車多功能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)〔懸架設(shè)計(jì)〕學(xué)生：葉成忠專業(yè)：車輛工程班級(jí)：51314班學(xué)號(hào)：123373 指導(dǎo)老師：劉宇目錄摘要〔滿載時(shí)車上5名成員，60kg/名〕。表2-1軸荷分配表前懸架剛度：后懸架剛度：第三章彈性元件設(shè)計(jì)3.1螺旋彈簧的剛度由于存在懸架導(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身單位撓度所需的力。但兩者可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式〔懸架剛度=彈簧剛度/杠桿比的平方〕進(jìn)行轉(zhuǎn)換，杠桿比的取值范圍為〔0—1〕，本設(shè)計(jì)中取為1，使彈簧剛度的校核值為最大值。故：3.2計(jì)算螺旋彈簧的直徑根據(jù)公式(3-1)可以計(jì)算：(3-1)式中i——彈簧有效工作圈數(shù)，先取8G——彈簧材料的剪切彈性模量，取Mpa——彈簧中徑，取110mm可得初確定螺旋彈簧直徑為，彈簧外徑D=123mm，彈簧有效工作圈數(shù)n=83.3螺旋彈簧校核3.3.1螺旋彈簧剛度校核彈簧剛度的計(jì)算公式為：(3-2)代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得彈簧剛度為：所以彈簧選擇符合剛度要求。3.3.2彈簧外表剪切應(yīng)力校核彈簧在壓縮時(shí)其工作方式與扭桿類似，都是靠材料的剪切變形吸收能量，彈簧鋼絲外表的剪應(yīng)力為：(3-3)式中C——彈簧指數(shù)〔旋繞比〕，——曲度系數(shù)，為考慮簧圈曲率對(duì)強(qiáng)度影響的系數(shù)，P——彈簧軸向載荷

=110mm，d=13mm，可以算出彈簧指數(shù)C和曲度系數(shù)：P=那么彈簧外表剪切應(yīng)力為：[τ]=0.63[σ]=0.63×1000Mpa，因?yàn)棣?lt;[τ]，所以彈簧滿足要求。綜上可以最終選定彈簧的參數(shù)為：彈簧鋼絲直徑d=13mm，彈簧外徑D=123mm，彈簧有效工作圈數(shù)n=8。第四章減振器設(shè)計(jì)4.1減振器結(jié)構(gòu)類型的選擇減振器作為阻尼元件是懸架的重要組成元件之一，其作用是迅速衰減汽車振動(dòng)，改善汽車行駛平順性，增強(qiáng)車輪與路面附著性能，減少汽車因慣性力引起的車身傾角變化，提高汽車操縱性和穩(wěn)定性。另外減振器能夠降低車身局部動(dòng)載荷，延長(zhǎng)汽車使用壽命。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。目前汽車上使用的減振器主要是筒式液力減振器，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，本次設(shè)計(jì)為雙筒充氣式減振器。雙筒充氣式減振器的優(yōu)點(diǎn)有:①在小振幅時(shí)閥的響應(yīng)也比擬敏感;②改善了壞路上的阻尼特性;③提高了行駛平順性;④氣壓損失時(shí)，仍可發(fā)揮減振功能;⑤與單筒充氣式減振器相比，占用軸向尺寸小，由于沒有浮動(dòng)活塞，摩擦也較小。圖4-3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4.2減振器參數(shù)的設(shè)計(jì)4.2.1相對(duì)阻尼系數(shù)ψ相對(duì)阻尼系數(shù)ψ的物理意義是：減振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。ψ值大，振動(dòng)能迅速衰減，同時(shí)又能將較大的路面沖擊力傳到車身；ψ值小那么反之，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=〔0.25-0.50〕的關(guān)系。設(shè)計(jì)時(shí)，先選取與的平均值ψ。相對(duì)無摩擦的彈性元件懸架，取ψ=0.25-0.35；對(duì)有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，ψ值取的小些，為防止懸架碰撞車架，取=0.5取ψ=0.3，那么有：，計(jì)算得：=0.4，=0.24.2.2減振器阻尼系數(shù)確實(shí)定減振器阻尼系數(shù)。因懸架系統(tǒng)固有頻率，所以理論上。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)。根據(jù)下列圖的安裝形式，那么阻尼系數(shù)為：圖4-4減振器布置簡(jiǎn)圖根據(jù)公式，可得出：滿載時(shí)計(jì)算前懸剛度代入數(shù)據(jù)得：=6.3Hz，取,按滿載計(jì)算有：簧上質(zhì)量kg，代入數(shù)據(jù)得減振器的阻尼系數(shù)為：4.2.3減振器最大卸荷力確實(shí)定為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度到達(dá)一定值時(shí)，減振器翻開卸荷閥。此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度，按上圖安裝形式時(shí)有：式中，為卸荷速度，一般為0.15~0.3m/s，A為車身振幅，取；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：符合在0.15~0.3m/s之間范圍要求。根據(jù)伸張行程最大卸荷力公式：式中，c是沖擊載荷系數(shù)，取c=1.5；代入數(shù)據(jù)可得最大卸荷力為：4.2.4減振器工作缸直徑D確實(shí)定根據(jù)伸張行程的最大卸荷力計(jì)算工作缸直徑D為：(4-1)其中，——工作缸最大壓力，在3Mpa~4Mpa,取=3Mpa；——連桿直徑與工作缸直徑比值，=0.4~0.5，取=0.4。代入公式〔4-1〕計(jì)算得工作缸直徑D為：減振器的工作缸直徑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4-1工作缸直徑D基長(zhǎng)L貯油直徑吊環(huán)直徑φ吊環(huán)直徑寬度B活塞行程S30110〔120〕44〔47〕2924230、240、250、260、270、28040140〔150〕543932120、130、140、150、270、28050170〔180〕70〔75〕4740120、130、140、150、160、170、180652102106250120、130、140、150、160、170、180、190所以選擇工作缸直徑D=30mm的減振器，對(duì)照上表選擇相關(guān)參數(shù)：考慮到需要減少導(dǎo)向套上的橫向力以及整個(gè)懸架的布置空間要求，選取活塞行程S=240mm，基長(zhǎng)L=110mm，那么：〔最小行程〕〔最大行程〕取貯油缸直徑=44mm，壁厚取2mm。4.3橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)4.3.1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)側(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。4.3.2橫向穩(wěn)定桿參數(shù)的選擇橫向穩(wěn)定桿的主要參數(shù)由懸架的空間布置尺寸來定，具體尺寸如下：桿的直徑d=20mm，桿長(zhǎng)L=1200mm，圓角半徑R=26mm。圖4-5橫向穩(wěn)定桿第五章麥弗遜式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)5.1.1麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心麥弗遜式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心由如圖5-1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)方向的垂直線并將下橫臂線延長(zhǎng)。兩條線的交點(diǎn)即為極點(diǎn)P。將P點(diǎn)與車輪接地點(diǎn)N的連線交在汽車軸線上，交點(diǎn)W即為側(cè)傾中心。圖5-1麥弗遜式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心確實(shí)定各數(shù)據(jù)為：，，，，d=300mm，麥弗遜式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的高度為〔5-1〕式中代入公式〔5-1〕得前懸架的側(cè)傾中心高度受到允許的輪距變化限制，并且?guī)缀醪豢赡艹^150mm。此外，在前輪前驅(qū)的汽車上，由于前橋軸荷大，且為驅(qū)動(dòng)橋，故因盡可能使前輪輪荷變化小。因此，在獨(dú)立懸架中，側(cè)傾中心高度為：前懸0～120mm，后懸80～150mm。此次設(shè)計(jì)的前懸側(cè)傾中心高度為66mm，因而設(shè)計(jì)符合要求。5.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力分析圖5-2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力圖分析麥佛遜式獨(dú)立懸架受力簡(jiǎn)圖〔圖5-2〕：作用在導(dǎo)向套上的橫向力得：式中,F1前輪上的靜載荷F1'減去前軸簧下質(zhì)量的1/2。橫向力越大，那么作用在導(dǎo)向套上的摩擦力越大〔為摩擦因數(shù)〕，這對(duì)汽車平順性有不良影響。為了減小摩擦力，在導(dǎo)向套和活塞外表應(yīng)用了減摩材料和特殊工藝。由上式可知，為了減小，要求尺寸c+b越大越好，或者減小尺寸a。增大c+b使懸架占用空間增加，在布置上有困難；假設(shè)采用增加減振器軸線傾斜度的方法，可到達(dá)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，既可以到達(dá)縮短尺寸a的目的，又可以獲得小、較小的甚至是負(fù)的主銷偏移距，提高制動(dòng)穩(wěn)定性能。移動(dòng)G點(diǎn)后的主銷軸線不再與減振器軸線重合。本次設(shè)計(jì)在滿足設(shè)計(jì)對(duì)象車型的布置空間前提下通過外伸G點(diǎn)至車輪內(nèi)部到達(dá)減少橫向力的效果。5.3下橫臂軸線布置方式的選擇麥弗遜式獨(dú)立懸架的下橫臂軸線與主銷后傾角的匹配，影響汽車的縱傾穩(wěn)定性。如圖5-3所示。其中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)下橫臂的抗俯角-β′等于靜平衡位置的主銷后傾角γ時(shí)，下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)作平動(dòng)。因此，γ值保持不變。當(dāng)-β′與γ的匹配使運(yùn)動(dòng)瞬心O交于前輪前方時(shí)，在懸架壓縮行程，γ角有增大的趨勢(shì)。當(dāng)-β′與γ的匹配使運(yùn)動(dòng)瞬心O交于前輪前方時(shí)，在懸架壓縮行程，γ角有減小的趨勢(shì)。為了減少汽車制動(dòng)時(shí)的縱傾，一般希望在懸架壓縮行程主銷后傾角γ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)該選擇參數(shù)β′能使運(yùn)動(dòng)瞬心O交于前輪前方。圖5-3γ角變化示意圖本次設(shè)計(jì)的麥佛遜式獨(dú)立懸架下橫臂軸線布置方式如下：圖5-4麥佛遜式獨(dú)立懸架下橫臂軸線布置圖5.4下橫擺臂主要參數(shù)下列圖為某乘用車采用的麥弗遜式前懸架的實(shí)測(cè)參數(shù)為輸入數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果。圖中的幾組曲線是下橫臂L取不同值時(shí)的懸架運(yùn)動(dòng)特性。由圖可以看出，下橫臂越長(zhǎng)，By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β、車輪外傾角α和主銷后傾角γ曲線的變化規(guī)律也都與yB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。具體設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足布置要求的前提下，應(yīng)盡量加長(zhǎng)橫臂長(zhǎng)度。圖5-5麥弗遜式獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)特性本次設(shè)計(jì)的下橫臂長(zhǎng)度參數(shù)如下列圖所示：圖5-6下橫臂

第六章論文總結(jié)本文的研究工作取得了一定的成果，初步到達(dá)課題研究目的。課題研究建立了大量的數(shù)據(jù)、較為可靠的模型，為今后的工作奠定了良好的根底。然而，比照汽車生產(chǎn)商在汽車獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)上，無論是車輛模型還是操縱性都還有一定距離，因此為更好地提高整車的操縱穩(wěn)定性，下一步的研究重點(diǎn)應(yīng)專注在以下幾個(gè)方面：(1)對(duì)整車的操縱平順性進(jìn)行進(jìn)一步的分析與優(yōu)化，利用如ADMAS仿真軟件進(jìn)行相關(guān)的仿真，根據(jù)國(guó)標(biāo)中關(guān)于汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評(píng)價(jià)方法進(jìn)行各試驗(yàn)的計(jì)算評(píng)分，得出量化評(píng)價(jià)，使整車操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果更為客觀標(biāo)準(zhǔn)。(2)對(duì)懸架的關(guān)鍵零部件進(jìn)行更詳細(xì)的應(yīng)力分析及優(yōu)化，如應(yīng)力分析，有限元分析及干預(yù)分析等，進(jìn)一步優(yōu)化懸架的主要零部件，從而提高整車的平順性。致謝在三年航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)又一次征程的開始。這四年是我人生中的一段重要旅程，我的師長(zhǎng)、我的老師、我的同學(xué)給予我的關(guān)心和幫助，使我終身收益，我真心地感謝他們。在論文即將完成之際，我要感謝我這次的輔導(dǎo)老師劉宇老師和以往教過我的老師們，他們治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，視野廣闊，為我營(yíng)造了一種良好的學(xué)術(shù)氣氛，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村”，正是由于您在百忙之中屢次審閱全文，對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行修改，并為本文的撰寫提供了許多中肯而且