汽車雙橫臂獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

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How to solve this problem, reflects a society from the level of science and technology to the development of human care and other aspects of. Double cross arm type independent suspension is one of the common forms of suspension, which has a wide range of applications in the automotive field. Its outstanding advantage is that the flexibility of design, through the reasonable choice of the position of the contact point and the length of the control arm, makes the suspension has a reasonable motion characteristics. This design to car models for the design of the double wishbone suspension, using plane mapping method and the plane analytical method of suspension on, under transverse arm of the size and spatial layout design, calculation and selection of double and shock absorber and a helical spring suspension matching system, ensure the tire geometry set parameters under various suspension swings are in line with the requirements of vehicle, the iterative calculation to ensure in various forms under the condition of get the best ride and handling stability. Therefore, this paper firstly makes a research on the choice of the scheme. Through the designer to master the professional knowledge, relevant information on the Internet and at home and abroad, the kinds of design present situation, after a detailed investigation, the graduation design a set of environmental protection and energy saving of electric automobile door. Key words: double cross arm independent suspension; cross arm; stability; reference 結(jié)論 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1.1 課題研究的目的和意義 2 1.2 研究的主要內(nèi)容 3 第二章 懸架的設(shè)計(jì) 5 2.1 懸架的功用和組成 7 2.2 汽車懸架的類型 7 2.3 雙橫臂獨(dú)立懸架 8 第三章 懸架主要參數(shù)的確定 9 3.1 懸架靜撓度 10 3.2 懸架的動(dòng)撓度 11 3.3 懸架彈性特性 12 第四章 獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 12 4.1 設(shè)計(jì)要求 13 4.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) 14 4.2.1 側(cè)傾中心 14 4.2.2 縱傾中心 15 4.3 雙橫臂式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 4.3.1 縱向平面內(nèi)上、下橫臂軸布置方案 16 4.3.2橫向平面內(nèi)的上、下橫臂的布局方案 17 4.3.3水平面內(nèi)上、下橫臂軸的布置方案 18 4.4 懸架螺旋彈簧剛度及應(yīng)力計(jì)算 19 4.4.1 螺旋彈簧材料的選擇 19 4.4.2 彈簧幾何參數(shù)的計(jì)算 20 4.4.3 彈簧的校核 2I 結(jié) 論 22 致 謝 23 參考文獻(xiàn) 24 第一章 緒 論 1.1課題研究的目的和意義 汽車是現(xiàn)代社會(huì)的重要交通工具，為人們提供了便捷、舒適的出行服務(wù)，隨著人們生活水平的提高，對(duì)于車輛的質(zhì)量和穩(wěn)定性都有著越來越高的要求了。所以鑒于這些原因，汽車橫臂獨(dú)立懸架以其性能穩(wěn)定，經(jīng)久耐用，功能多樣化等等諸多特點(diǎn)問居于世。以雙橫臂獨(dú)立懸架為主要結(jié)構(gòu)使得汽車在行駛過程中的穩(wěn)定性能更強(qiáng)。目前，我國(guó)正在大力研發(fā)高穩(wěn)定性的橫臂獨(dú)立懸架。 在未來的幾年里，雙橫臂獨(dú)立懸架的使用將會(huì)越來越普遍，越來越多的人們將會(huì)選擇采用雙橫臂獨(dú)立懸架的汽車，長(zhǎng)此以往，我國(guó)的汽車工業(yè)將會(huì)在安全和穩(wěn)定方面得到更一步的改變。 雙橫臂獨(dú)立懸架用的功率轉(zhuǎn)換器用作不同頻率的DC-DC轉(zhuǎn)換和DC-AC轉(zhuǎn)換。DC-DC轉(zhuǎn)換器又稱直流斬波器，用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。兩象限直流斬波器能把蓄電池的直流電壓轉(zhuǎn)換為可變的直流電壓，并能將再生制動(dòng)能量進(jìn)行反向轉(zhuǎn)換。DC-AC轉(zhuǎn)換器通常稱作逆變器，用于交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為頻率和電壓均可調(diào)的交流電。雙橫臂獨(dú)立懸架一般只使用電壓輸入式逆變器，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又能進(jìn)行雙向能量轉(zhuǎn)換。 鑒于懸架設(shè)計(jì)在汽車特別是在轎車總成開發(fā)中的重要地位，汽車必需重視懸架總成的設(shè)計(jì)開發(fā)。由于懸架本身的性能特點(diǎn)與整車的匹配關(guān)系等直接決定了汽車的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性，進(jìn)而影響著整車的檔次和價(jià)格。因此，對(duì)懸架的研究有著重要的實(shí)用意義。 本論文的題目是汽車雙橫臂獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)，本課題與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合較緊密。通過對(duì)懸架系統(tǒng)中重要零部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算和校核；各定位參數(shù)涵義及其對(duì)整車動(dòng)力學(xué)性能影響的分析，初步達(dá)到介紹懸架設(shè)計(jì)全過程目的，具有很強(qiáng)的操作性，能夠?yàn)樯a(chǎn)提供一定意義上的指導(dǎo)。 1.2研究的主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)汽車雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)，從汽車雙橫臂獨(dú)立懸架的整體方案出發(fā)，然后具體細(xì)化出具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)方面： （1）到圖書館里查閱大量相關(guān)知識(shí)的資料，搜集出各類汽車雙橫臂獨(dú)立懸架的原理及結(jié)構(gòu)，挑選相關(guān)內(nèi)容記錄并學(xué)習(xí)。 （2）分析汽車雙橫臂獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。 （3）確定設(shè)計(jì)總體方案。 （4）確定具體設(shè)計(jì)方案。 （5）汽車雙橫臂獨(dú)立懸架的三維圖的繪制、CAD裝配圖、零件圖的繪制。 （6）說明書的整理 第2章 懸架的設(shè)計(jì) 2.1 懸架的功用和組成 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(dòng)，保證保證汽車的行駛平順性；保證車輪在路面不平在和載荷變化是有理想的運(yùn)動(dòng)特性，使汽車獲得高速的行駛能力和理想的運(yùn)動(dòng)特性。汽車懸架的功用總結(jié)如下： ①抑制、緩和由不平路面引起的振動(dòng)和沖擊； ②傳遞汽車垂直力以外，還傳遞其它個(gè)方向的力和力矩； ③保證車輪和車身（或車架）之間有確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使汽車具有良好的駕駛性能。 汽車懸架是車架（或車身）與車橋（或車輪）之間彈性連接的部件。汽車懸架主要由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三個(gè)基本部分組成。此外還包括一些特殊功能的部件，如穩(wěn)定器和緩沖塊等?，F(xiàn)代汽車還采用了控制機(jī)構(gòu)，形成可控式懸架，如半主動(dòng)懸架和全主動(dòng)懸架等。 彈性元件使車架（或車身）與車橋（或車輪） 之間實(shí)現(xiàn)彈性連接，用來承受并傳遞垂直載荷，緩和不平路面、緊急制動(dòng)、加速和轉(zhuǎn)彎引起的沖擊。減振器用來衰減由于彈性系統(tǒng)受到?jīng)_擊后引起的振動(dòng)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是用來使車輪(特別是轉(zhuǎn)向輪)按一定運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)于車身運(yùn)動(dòng)。同時(shí)以上三者兼有傳遞力的作用。若鋼板彈簧作為彈性元件時(shí)，它本身兼有導(dǎo)向作用，可不另設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。在多數(shù)的轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在懸架中還設(shè)有輔助彈性元件—橫向穩(wěn)定器，用以提高側(cè)傾的剛度，使汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛的平順性。 要保持車身自然振動(dòng)頻率不變或變化很小，在汽車空載到滿載的范圍內(nèi)變化，就需要將懸架剛度做成可變的。如懸架中的有些彈性元件本身的剛度就是可變的，例如氣體彈簧；有些彈性元件的剛度雖是不變的，但如果其結(jié)構(gòu)中采取某些措施，也可使整個(gè)懸架具有可變的剛度，例如漸變剛度鋼板彈簧。這樣就使汽車空車對(duì)懸架剛度小，而載荷增加時(shí)，懸架剛度隨之增加。改善了汽車行駛時(shí)的平順性。 2.2 汽車懸架的類型 根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，汽車懸架可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩大類。非獨(dú)立懸架的鮮明特色是左、右車輪之間由一剛性梁或非斷開式車橋聯(lián)接，當(dāng)單邊車輪駛過凸起時(shí)，會(huì)直接影響另一側(cè)車輪。獨(dú)立懸架中沒有這樣的剛性梁，左右車輪各自“獨(dú)立”地與車架或車身相連或構(gòu)成斷開式車橋，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可細(xì)分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等等，各種懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將在以下章節(jié)中進(jìn)一步討論。 除上述非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架外，還有一種近似半獨(dú)立懸架，它與近似半剛性的非斷開式后支持橋相匹配。當(dāng)左右車輪跳動(dòng)幅度不一致時(shí)，后支持橋中呈V形斷面并與左右縱臂固結(jié)在一起的橫梁受扭，由于其具有一定的扭轉(zhuǎn)彈性，故此種懸架既不同于非獨(dú)立懸架，也與獨(dú)立懸架有別。該彈性橫梁還兼起橫向穩(wěn)定桿的作用。 按照彈性元件的種類，汽車懸架又可以分為鋼板彈簧懸架、螺旋彈簧懸架、扭桿彈簧懸架、空氣懸架以及油氣懸架等[4]。 按照作用原理，可以分為被動(dòng)懸架、主動(dòng)懸架和介于二者之間的半主動(dòng)懸架。 2.3 雙橫臂獨(dú)立懸架 本次設(shè)計(jì)的汽車雙橫臂式獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。 圖2-1 雙橫臂式獨(dú)立懸架 按其上下橫臂的長(zhǎng)短可分為等長(zhǎng)雙橫臂和不等長(zhǎng)雙橫臂兩種。等長(zhǎng)雙橫臂懸架在其車輪做上下跳動(dòng)時(shí)，可保持主銷傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會(huì)使輪胎磨損嚴(yán)重，多為不等長(zhǎng)雙擺臂懸架代替，后一種懸架在其車輪上下跳動(dòng)時(shí)候只需要適當(dāng)?shù)倪x擇上下橫臂的長(zhǎng)度并合理布置，即可使輪距及車輪定位參數(shù)的變化限定在一定的范圍之內(nèi)，這種不大的輪距的改變，不應(yīng)引起車輪沿路面的滑移，而為輪胎的彈性變形所補(bǔ)償，因此其保持了汽車良好的行使平順性，雙橫臂懸架的突出優(yōu)點(diǎn)在于其設(shè)計(jì)的靈活性，可以通過合理選擇空間桿系的鉸接點(diǎn)的位置及導(dǎo)向臂的長(zhǎng)度，使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特性，并且形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心。 這種不等臂懸架的優(yōu)點(diǎn)是改善了汽車的乘坐舒適性和平順性，保證了輪胎的使用壽命,雙橫臂式獨(dú)立懸架在轎車的前輪上應(yīng)用得較廣泛。 雙橫臂式獨(dú)立懸架按所使用的彈性元件可分為螺旋彈簧、扭桿彈簧和空氣彈簧。 第3章 懸架主要參數(shù)的確定 在設(shè)計(jì)時(shí)首先對(duì)懸架總體參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，如懸架的剛度、懸架的撓度等，這樣在下文對(duì)零部件的計(jì)算時(shí)，就可以以懸架的總體參數(shù)為依據(jù)，根據(jù)懸架的結(jié)構(gòu)參數(shù)求出相關(guān)零部件的受力、剛度等參數(shù)。下面是針對(duì)懸架設(shè)計(jì)所需要的基本參數(shù)： 表3-1 汽車的基本參數(shù) 車長(zhǎng) 車高/寬 前輪距 后輪距 軸距 4629mm 1653/1880mm 1617mm 1613mm 2807mm 車身重量 加速時(shí)間 最大功率 最大扭矩 最高速度 1900 kg 10.0秒（0-100km/h） 155/4300-6000 KW/rpm 350/1500-4200 N·m/rpm 180.0 km/h 輪胎 輪轂尺寸 最小轉(zhuǎn)彎半徑 最小離地間隙 235/65 R17 17 5.8 m 185 mm 3.1懸架靜撓度 懸架靜擾度是指汽車滿載靜止時(shí)懸架的載荷Fw與此時(shí)懸架剛度c之比，即=Fw/c。 （3.1） 汽車彈簧與簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車平順性的主要參數(shù)之一。而汽車部分車身的固有頻率n（亦稱偏頻）可以用式表示： 　　　　　　　　　　 （3.2） 式中：指汽車前懸架的剛度，N/mm； 　　指前懸架的簧上質(zhì)量，Kg； 　 指前懸架偏頻，Ｈｚ； 汽車的前懸架的靜繞度可以下式表示：　 　　 (3.3) 所以，懸架的靜撓度 和懸架剛度之間有如下關(guān)系： （3.4） 車用車的發(fā)動(dòng)機(jī)排量越大，懸架的偏頻應(yīng)越小，滿載情況下前懸架偏頻在0.80～1.15Hz之間取,后懸架要求在0.98～1.30Hz。=1.15 Hz 代入數(shù)值得：。 3.2 懸架的動(dòng)撓度 懸架的動(dòng)繞度是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)充許的最大變形(通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的1/2或1/3)時(shí)，車輪中心相對(duì)車架（或車身）的垂直位移。乘用車取7～9cm，貨車取6～9cm，客車取5～8cm。從汽車的通過性越野性能出發(fā)選此懸架的動(dòng)撓度 3.3 懸架彈性特性 懸架受到的垂直外力F由此引起的車輪中心相對(duì)于車身位移f（即懸架的變形）的關(guān)系曲線，稱為懸架的彈性特性,其切線的斜率式懸架的剛度。如圖3.1所示： 懸架的彈性特性有線性和非線性特性兩種。當(dāng)懸架變形和受垂直外力F之間成固定的比例關(guān)系時(shí)，彈性特性是一條直線，稱為線性彈性特性，此時(shí)懸架剛度為常數(shù)；當(dāng)懸架變形和受垂直外力F之間不成固定的比例關(guān)系時(shí)，稱為成為非彈性特性[6]。 乘用車的簧上質(zhì)量雖然變化不大，但是為了減少車軸對(duì)車架的沖擊，減少轉(zhuǎn)彎時(shí)的側(cè)傾與制動(dòng)時(shí)的前傾角和加速時(shí)的后仰角，因該采用剛度了變得非線性懸架，如圖3.1所示： 圖3-1 懸架特性曲線 懸架的主要參數(shù)總結(jié)如下表3-2： 表 3-2 懸架的主要參數(shù) 懸架靜擾動(dòng) 懸架動(dòng)撓度 懸架彈性特性 189mm 90mm 非線性 第4章 獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 4.1 設(shè)計(jì)要求 針對(duì)前雙橫臂對(duì)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求： 懸架上載荷變化時(shí)，保證輪距變化不超過mm，輪距變化會(huì)引起輪胎的早期磨損。 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)該產(chǎn)生縱向加速度。 汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，應(yīng)該車身側(cè)傾角小。在0.4g側(cè)加速度作用下，車身側(cè)傾角≤～，并使車輪與車身的傾斜同向，以增強(qiáng)轉(zhuǎn)向不足效應(yīng)。 制動(dòng)時(shí)，因該有車身的抗前俯作用；加速時(shí)，應(yīng)該有抗后仰作用。 目前，汽車上廣泛采用上下不等臂長(zhǎng)的雙橫臂獨(dú)立懸架且主要應(yīng)用前懸架。 靜止平衡的時(shí)候輪胎的定位參數(shù)如下表4.1： 表4-1 前輪定位參數(shù) 前輪前束 外傾角（°） 主銷后傾 (°) 主銷內(nèi)傾（°） 前輪距變化 后輪距變化 在0°左右 0°30` 3° 12° 3mm 4mm 4.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) 4.2.1 側(cè)傾中心 雙橫臂的獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心，如圖4.1所示方式得出； 圖4-1 雙橫臂式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心W的確定 將上下橫臂內(nèi)外轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的連線延長(zhǎng)，以得到極點(diǎn)P，比且得到P的高度。將P點(diǎn)與車輪接地點(diǎn)N連接，即可得到汽車軸線上的側(cè)傾中心W點(diǎn)[10]。雙橫臂式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的高度為： （4.1） 式中： （4.2） （4.3） 其中：C=397mm，α=7°，β=5°，??=12° 代入（4.2）得：k=397×=1909mm 且 d=235mm 代入（4.3）得到：P=401mm 且 =110mm ，=808.5mm 代入式中： 側(cè)傾中心高度：=288.5 mm 4.2.2 縱傾中心 雙橫臂式獨(dú)立懸架縱傾中心點(diǎn)O可用做圖法得出，如圖4.2所示： 圖4-2縱傾中心 作出兩條橫臂轉(zhuǎn)動(dòng)軸的延長(zhǎng)線C和D，兩條線的交點(diǎn)O即為縱傾中心。 4.3 雙橫臂式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.3.1 縱向平面內(nèi)上下橫臂軸布置方案 上、下橫臂軸抗前傾角的匹對(duì)對(duì)主銷后傾角的變化有較大的影響，圖4.3給出了六種可以匹配方案的主銷后傾角γ值隨車輪跳動(dòng)的變化曲線。縱坐標(biāo)為車輪接地點(diǎn)的垂直位移量的變化Z。各匹配方案中、的取值如圖4.3所示，其正負(fù)角按圖所示確定。 圖4-4 角的定義 圖4-3 、的匹配對(duì)的影響 其中的定義如圖所示4.4所示； 為了提高汽車的制動(dòng)穩(wěn)定性和舒適性，一般希望主銷后傾角的變化規(guī)律為：在懸架彈簧壓縮時(shí)后傾角變大；在彈簧拉伸時(shí)后傾角減小，用以制造制動(dòng)時(shí)主銷后傾角變大而在控制臂支架上產(chǎn)生防止制動(dòng)前俯的力矩。第1、2、6方案主銷后傾角的變化規(guī)律很好，根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)的布局情況我選擇二方案取0°、取-5°[5]。 4.3.2 橫向平面內(nèi)的上、下橫臂的布局方案 比較圖4.5a、b、c三圖可以清晰的看到，上下橫臂的布置不同，所得側(cè)傾中心位置也不同，根據(jù)實(shí)際前懸架側(cè)傾中心高度在0～120mm之間，設(shè)計(jì)上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置方案選用a方案。 圖4-5 上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置方案 4.3.3 水平面內(nèi)上、下橫臂軸的布置方案 橫臂軸在水平面的布置方案有三種，如圖4.6所示 圖4-6 水平面內(nèi)上、下橫臂軸的布置方案 下橫臂軸MM和尚橫臂軸NN與軸線的夾角，分別用和表示，稱為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的上下橫臂的水平斜直角。一般規(guī)定，軸線前端遠(yuǎn)離汽車軸線的夾角為正角，之為負(fù)。與汽車軸線平行者，夾角為零。 雙橫臂式懸架的上下橫臂的長(zhǎng)度對(duì)車輪上下跳動(dòng)時(shí)的定位參數(shù)影響很大?，F(xiàn)代轎車所用的雙橫臂式前懸架，一般設(shè)計(jì)，這樣可以方便發(fā)動(dòng)機(jī)的布置請(qǐng)可以得到理想的運(yùn)動(dòng)特性。 為了使車輪在遇到凸起路障時(shí)能夠使車輪一起跳動(dòng)，一面向后退讓，以減少到車身的沖擊力，還為了布置發(fā)動(dòng)機(jī)，大多數(shù)前置發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的懸架下橫臂軸MM線的斜置繳角為正值。如圖4.6所示，當(dāng)上、下橫臂軸傾斜角均為正值，主銷后傾角隨輪胎的上跳有較小增加甚至減少（當(dāng)時(shí)）。當(dāng)車輪上跳、主銷后傾角變大時(shí)，車身上的懸架支撐出會(huì)產(chǎn)生反力矩，有助于產(chǎn)生制動(dòng)時(shí)的抗前俯作用。但是注銷后傾變的太大時(shí)，會(huì)在支撐處產(chǎn)生過的反力矩，同時(shí)使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)側(cè)向力十分敏感，易造成車輪擺動(dòng)或方向盤上的力的變化。 橫臂軸在水平面的布置方案有三種，如圖4.6所示 為了使車輪在遇到凸起路障時(shí)能夠使車輪一起跳動(dòng)，一面向后退讓，以減少到車身的沖擊力，還為了布置發(fā)動(dòng)機(jī)，大多數(shù)前置發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的懸架下橫臂軸MM線的斜置繳角為正值。如圖4.6所示，當(dāng)上、下橫臂軸傾斜角均為正值，主銷后傾角隨輪胎的上跳有較小增加甚至減少（當(dāng)時(shí)）。當(dāng)車輪上跳、主銷后傾角變大時(shí)，車身上的懸架支撐出會(huì)產(chǎn)生反力矩，有助于產(chǎn)生制動(dòng)時(shí)的抗前俯作用。但是注銷后傾變的太大時(shí)，會(huì)在支撐處產(chǎn)生過的反力矩，同時(shí)使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)側(cè)向力十分敏感，易造成車輪擺動(dòng)或方向盤上的力的變化。 4.3 .4 上下橫臂長(zhǎng)度的確定 雙橫臂式懸架的上下橫臂的長(zhǎng)度對(duì)車輪上下跳動(dòng)時(shí)的定位參數(shù)影響很大[8]。現(xiàn)代轎車所用的雙橫臂式前懸架，一般設(shè)計(jì)，這樣可以方便發(fā)動(dòng)機(jī)的布置請(qǐng)可以得到理想的運(yùn)動(dòng)特性。 如圖4.7所示為下橫臂長(zhǎng)度L1保持不變，改變上橫臂的長(zhǎng)度不L2，使得L1/L2的比值分別是0.40、0.6、0.8、1.0、1.2時(shí)計(jì)算得到的懸架的運(yùn)動(dòng)特性。其中Z—（Z軸表示輪胎上下跳動(dòng)的位移量，表示為1/2輪距）表示為車輪接地點(diǎn)在橫向平面內(nèi)隨車輪跳動(dòng)的特性曲線。有圖可以看出，當(dāng)上、下橫臂之比為0.6時(shí)，曲線變化最平緩；L1/L2增大或減小時(shí)，的曲線的曲率都會(huì) 增加。圖中Z—α和Z—β分別表示車輪外傾角和車輪內(nèi)傾角隨車路跳動(dòng)的特征曲線如圖4.7。 圖4-7 上、下橫臂長(zhǎng)度之比L1/L2改變時(shí)的懸架特性 設(shè)計(jì)汽車懸架時(shí)，希望輪距變化要小，以減少輪胎磨損，提高其使用壽命，因此應(yīng)該選擇L1/L2在0.6附近的；為了保證汽車有良好的操作性，希望前輪定位角度的變化要小，這時(shí)應(yīng)選擇L1/L2在1.0附近，綜合以上分析，懸架的L1/L2應(yīng)該在0.6～1.0的范圍內(nèi)。根據(jù)我國(guó)的乘用車設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在初選尺寸時(shí)，L1/L2取0.65為宜 4.4 螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.4.1 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 。 螺旋彈簧通常應(yīng)用于獨(dú)立懸架，特別是前輪獨(dú)立懸架中。在有些轎車的后輪非獨(dú)立懸架中，其彈性元件也采用螺旋彈簧。螺旋彈簧用彈簧鋼棒料卷制而成，可做成等螺距或變螺距。前者剛度不變，后者剛度是可變的。螺旋彈簧具有以下優(yōu)點(diǎn)：無需潤(rùn)滑，不忌泥污；安置它所需的縱向空間不大；彈簧本身質(zhì)量小。根據(jù)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[1]，以提高彈簧在交變載荷下的疲勞壽命。彈簧材料特性如下表4.2： 表4-2 彈簧材料特性 許用切應(yīng)力[] 許用剪應(yīng)力[] 剪切模量G 彈性模量E 強(qiáng)度范圍 48 100 8000 20000MP 45-50HRC 4.4.2 彈簧幾何參數(shù)的計(jì)算 表4-3 設(shè)計(jì)參數(shù) 前懸架滿載軸荷 前懸架空載軸荷 前懸架總質(zhì)量 前懸架設(shè)計(jì)偏頻n 1150Kg 950Kg 102Kg 1.15Hz 4.4.2.1 彈簧所受壓力P： P=/=575×9.81/0.9847=5727.815N 彈簧所受到的最大的力：動(dòng)荷系數(shù)k取2.5則彈簧所受到的最大壓力 =14319.54N 4.4.2.2車輪到彈簧的力及位移傳遞比 車輪與路面接觸點(diǎn)和零件連接點(diǎn)檢的傳遞比即表明形成不同也表明在二處的里的大小不同。彈簧的剛度懸架的線剛度可由傳遞比建立聯(lián)系：利用傳遞比i便可計(jì)算螺旋彈簧的剛度： （4.4） 其中分?jǐn)?shù)代表懸架的線剛度。從而，得到如下關(guān)系式： （4.5） 根據(jù)文獻(xiàn)[7]，懸架的行程傳遞比及力的傳遞比為代入數(shù)值可得到 i x ＝1.185，i y ＝1.818。所以，位移傳遞比 i x i y 為 2.15 4.4.2.3 彈簧在最大壓縮力作用下的變形量 由前懸給定的偏頻 f＝1.15Hz，可得到了汽車懸架的線剛度： （4.6） 于是可得出彈簧的剛度 （4.7） 進(jìn)而可得到彈簧在最大壓縮力 Pdmax 作用下的變形量 F： （4.8） 所以，彈簧所受最大彈簧力14319.54N和相應(yīng)的最大變形為F=260.6mm： 根據(jù)公式4.4可以算出前懸架的剛度： (4.9) 式中；指汽車前懸架剛度，N/mm 指汽車前懸架的簧上質(zhì)量，Kg 指汽車前懸架的偏頻，Hz 汽車空載剛度計(jì)算： =（950?102）/2=424Kg =1.15Hz 代入計(jì)算得：=4×3.14×3.14×424=22114.7N/m 汽車滿載剛度計(jì)算 =（1150?102）/2=524Kg =1.15Hz 代入計(jì)算得：=4×3.14×3.14×524= 27330.4N/m 4.4.2.4按滿載計(jì)算彈簧鋼絲幾何參數(shù) (4.10) 所以得出： (4.11) 式中：i指彈簧的有效工作參數(shù)，取5 G指彈簧材料的剪切彈性模量，取8.3×MPa 指彈簧中經(jīng)，取112mm 代入式(4.11)中：d=14.3mm 彈簧直徑d取14mm 彈簧設(shè)計(jì)中，螺旋比,彈簧指數(shù)越小，其剛度越大，彈簧越大，彈簧越硬。彈簧內(nèi)外側(cè)的應(yīng)力相差越大，反之，彈簧越軟。彈簧絲直徑與螺旋的選取范圍如表4.4所示: 表4-4 彈簧直徑與螺旋比的選取關(guān)系 彈簧絲直徑d(mm) 0.2～0.4 0.5～1 1.1～2.2 2.5～6 7～16 18～0 螺旋比C 7～14 5～12 5～10 4～10 4～8 4～6 一般的選擇范圍是C=4～8，初選螺旋比為8. 彈簧總?cè)?shù)與其工作圈數(shù)的關(guān)系為： +2（1.25+0.75）=7 彈簧的節(jié)距t一般按公式?。? 14+260/8+≈56mm 彈簧的自由高度： (4.12) 式中：指工作圈數(shù)，取5 彈簧鋼絲的工作間隙，為42mm 指彈簧的總?cè)?shù),是7 d指彈簧的直徑，為14mm 代入式(4.12)中：H=322mm 彈簧螺旋升角： ==9.04 4.4.3 彈簧的校核 4.4.3.1 彈簧的剛度校核計(jì)算： 彈簧剛度的計(jì)算公式： (4.13) 式中：i指彈簧的有效工作參數(shù)，取5 G指彈簧材料的剪切彈性模量，取8.3×MPa 指彈簧中經(jīng)，取112mm d 指彈簧直徑d取14mm 代入式中得：=51.04N/mm符合要求 4.4.3.2 彈簧表面的剪切應(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，彈簧表面切應(yīng)力為： (4.14) 式中：C指彈簧的螺旋比，C=/d 指曲度系數(shù)，為考慮彈簧圈數(shù)曲率對(duì)強(qiáng)度的影響的系數(shù)， P指彈簧的軸向載荷，P=5727.815N 已知：112mm,d=14mm計(jì)算得到： C=112/14=8 =（4）/（4×8）+0.615/8=1.184 代入式(4.14)中得出彈簧表面的減切應(yīng)力：代入式中得出=705MPa 因?yàn)椋?，所以彈簧滿足要求 懸架彈簧的最終彈簧選定的參數(shù)如表4-5： 表4-5 綜上所述最終彈簧選定的參數(shù) 彈簧高度H 彈簧圈數(shù)n 螺旋角C 內(nèi)徑 外徑 節(jié)距t 322mm 7 9.04 98mm 126mm 56mm 結(jié) 論 寫到這里，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)總算快要完成了，通過幾個(gè)月的努力和時(shí)間的付出，總算有了這么一點(diǎn)點(diǎn)成就，覺得挺自豪的，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)自己之前思念在學(xué)校學(xué)習(xí)的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還有很多問題不大懂，也不明白，幸虧有我的導(dǎo)師和同學(xué)們的指導(dǎo)和幫助，然后自己查找相關(guān)書籍和資料，總算有了論文的初步構(gòu)思，然后通過這幾個(gè)月的付出，以至于今天的論文總算要告一段落了，此時(shí)的我心里百感交集，覺得做一門學(xué)問很不容易，想要成為一名合格的設(shè)計(jì)工程師，我們要走的路還很長(zhǎng)，需要在工作中邊工作邊學(xué)習(xí)，在工作中學(xué)習(xí)，在工作中成長(zhǎng)，這樣才能使自己成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有用的人，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 18 參考文獻(xiàn) 致 謝 時(shí)間荏苒，我的畢業(yè)論文總算完成了，此時(shí)的我的心里感到特別高興和激動(dòng)，能夠取得今天的成就，是因?yàn)橛辛死蠋煹恼佌伣虒?dǎo)。通過四年大學(xué)的學(xué)習(xí)生涯，讓我學(xué)到了很多知識(shí)和做人的道理，在這里，我由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學(xué)術(shù)上對(duì)我精心指導(dǎo)，在生活上面也給予我無微不至的關(guān)懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)，也學(xué)到了很多有用的知識(shí)，同時(shí)我的生活中的也有了一個(gè)明確的目標(biāo)。知道想要什么，不再是過去的那個(gè)愛玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新的學(xué)術(shù)風(fēng)格，認(rèn)真負(fù)責(zé)，無私奉獻(xiàn)，寬容豁達(dá)的教學(xué)態(tài)度都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和提倡的。 通過近半年的設(shè)計(jì)計(jì)算，查找各類汽車雙橫臂獨(dú)立懸架的相關(guān)資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因?yàn)槲沂窃趺聪氲模@是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識(shí)和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是來自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識(shí)，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。 參考文獻(xiàn) [1] 鄭淑芳 機(jī)械設(shè)計(jì)理論研究與探討 北京：科學(xué)出版社，2004.5 [2] 黃長(zhǎng)藝 機(jī)械手操作系統(tǒng)概述 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1 [3] 周宏甫. 汽車雙橫臂獨(dú)立懸架的創(chuàng)新設(shè)計(jì).高等教育出版社，2004.3 [4] 姜繼海，宋錦春，高常識(shí). 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