朗逸轎車前麥弗遜懸架設(shè)計(jì)（含5張CAD圖紙）
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3 傳動(dòng)系統(tǒng)
3.1變速箱和齒輪比
3.1.1變速箱的原因
現(xiàn)代車輛中使用的內(nèi)燃機(jī)將在有限的有效轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行，例如1500–7000 rpm，從而產(chǎn)生相對(duì)較低的扭矩（轉(zhuǎn)向力）。 如果速度降至下限以下，或者負(fù)載過(guò)大，則發(fā)動(dòng)機(jī)將熄火，車輛將進(jìn)入靜止?fàn)顟B(tài)。 如果車輛沒(méi)有變速箱，則以下缺點(diǎn)很快就會(huì)變得明顯。
啟動(dòng)時(shí)加速不足
離合器必須打滑相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能避免發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。 之前必須達(dá)到約24 kph（15 mph）的道路速度
圖3.1變速箱關(guān)閉
可能會(huì)發(fā)生完全嚙合，在此期間，車輪的驅(qū)動(dòng)力（拉力）只會(huì)略大于與車輛運(yùn)動(dòng)相反的力（拉力）。 加速度取決于牽引力和阻力之間的差異。 如果該差很小，則加速度將較差。
牽引力：向前移動(dòng)物體或車輛所需的力。
牽引阻力：牽引力必須克服以產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的反向力。
爬坡能力差
坡度會(huì)增加阻力，這意味著一旦爬上山坡，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)減速并最終失速。 這可以通過(guò)采用具有高扭矩輸出的大型發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)克服，但這將是不經(jīng)濟(jì)的。
車輛不能低速行駛
隨著車速降低，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也將降低。 如果車輛必須以低速行駛，則需要打滑離合器以避免失速。
無(wú)中性或反向
不可能在不熄火的情況下保持車輛靜止，因此在車輛不行駛時(shí)始終必須分離離合器。 這也使車輛難以操縱。
3.1.2齒輪杠桿
圖3.2顯示了一種簡(jiǎn)單的方法，可以通過(guò)操縱桿來(lái)幫助人向前推動(dòng)車輛。 當(dāng)人沒(méi)有杠桿而施加努力時(shí)，就沒(méi)有足夠的力來(lái)向前運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)使用操縱桿并使之在保險(xiǎn)杠上樞轉(zhuǎn)時(shí)，由于在操縱桿的整個(gè)長(zhǎng)度上施加了重復(fù)的力，因此人可以產(chǎn)生向前運(yùn)動(dòng)。 實(shí)際上，杠桿的長(zhǎng)度提供了來(lái)自人相同量力而施加的力的倍增。
圖3.2強(qiáng)調(diào)了安裝變速箱的重要性。
其他機(jī)械設(shè)備也可以產(chǎn)生類似的結(jié)果，盡管不一定要使用杠桿。 諸如齒輪之類的組件可以提供來(lái)自給定輸入的力的倍增。 圖3.3a顯示了使用重物和滑輪的杠桿的另一種簡(jiǎn)單形式。 利用砝碼m和皮帶輪施加到杠桿末端的力可以舉起四倍的砝碼（砝碼M）。 這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)表明，使用杠桿系統(tǒng)可以放大較小的輸入力。
圖3.3b顯示了如何使用兩個(gè)圓盤來(lái)獲得杠桿。 在此示例中，作用在軸C上的質(zhì)量將在軸D上支撐更大的質(zhì)量。此布置可以視為簡(jiǎn)單的變速箱，發(fā)動(dòng)機(jī)連接到C軸，車輪連接到D軸。在此示例中，輸出扭矩 是發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的兩倍，如果將圓盤B制成A直徑的三倍，則輸出扭矩為高音三倍。 這似乎無(wú)所不能，但是必須考慮速度。 可以看出，隨著轉(zhuǎn)矩的增加，速度成比例地減小，因此，假設(shè)該機(jī)構(gòu)的效率為100％，則功率保持不變。
在圖3.3b中，速度比（運(yùn)動(dòng)比）也稱為齒輪比，在這種情況下為2：1，這表示輸入軸需要旋轉(zhuǎn)兩圈才能使輸出軸旋轉(zhuǎn)一圈。
在汽車的早期設(shè)計(jì)中使用了皮帶，皮帶輪和摩擦驅(qū)動(dòng)器，但由于采用了滑動(dòng)齒輪裝置，這些系統(tǒng)逐漸消失了。
3.1.3齒輪比的確定
要獲得較高的最高車速，并在整個(gè)速度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的加速度和經(jīng)濟(jì)性，就需要一種齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠以使其發(fā)揮最佳性能的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 最大的發(fā)動(dòng)機(jī)功率，扭矩和經(jīng)濟(jì)性都出現(xiàn)在不同的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，因此這使得匹配傳動(dòng)比的任務(wù)變得困難，尤其是在必須考慮可變的工況和駕駛員需求的情況下。
設(shè)置多個(gè)傳動(dòng)比時(shí)要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，以使其適應(yīng)給定的工作條件（表3.1）。
表3.1
操作條件
需求
最高車速
最大引擎功率
最大加速度
最大發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩
最大牽引力
最大發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩
最大經(jīng)濟(jì)
發(fā)動(dòng)機(jī)處于中速和輕載狀態(tài)，節(jié)氣門開(kāi)度較小
如今，適合于輕型車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)類型通常需要能夠提供五個(gè)前進(jìn)速度和一個(gè)倒檔的變速箱（即，除了倒檔之外，還有五個(gè)不同的前進(jìn)檔速比）。 這樣可以提供合理的性能，以適應(yīng)包括經(jīng)濟(jì)在內(nèi)的大多數(shù)駕駛條件。
但是，有些車輛裝有六速，七速甚至八速變速箱。 應(yīng)該注意的是，高齒輪是具有低數(shù)值的傳動(dòng)比的齒輪（即，傳動(dòng)比為1：1，高于傳動(dòng)比為2：1）。
檔位越低，發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪之間的減速力就越大； 這意味著，對(duì)于給定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，車輪轉(zhuǎn)速較低。
最高車速
當(dāng)車輛設(shè)置在最高檔位并且油門保持完全打開(kāi)時(shí)，可以達(dá)到最高車速。
為了使大多數(shù)情況下使用的齒輪的摩擦損失最小，“頂級(jí)齒輪”的傳動(dòng)比應(yīng)選擇為1：1（直接驅(qū)動(dòng)）。 因此，“最高檔”的設(shè)置實(shí)際上是根據(jù)輪轂直徑和發(fā)動(dòng)機(jī)特性選擇最終傳動(dòng)比的選擇。
圖3.4顯示了確保車輛能夠達(dá)到較高的最大速度所必須考慮的因素。 它顯示了所需功率和可用功率之間的平衡。 前者的數(shù)據(jù)由發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)功率曲線給出。 對(duì)于后者，通過(guò)計(jì)算車輛在水平道路上行駛時(shí)克服其牽引阻力所需的功率來(lái)獲得數(shù)據(jù)。
牽引阻力（有時(shí)稱為總阻力）包括：
1空氣阻力–由于車輛在空中移動(dòng)
2滾動(dòng)阻力–由于輪胎和路面之間的摩擦。 很大程度上受路面類型的影響
3坡度阻力–隨著坡度（坡度）對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)的影響而增加。
圖3.4a表明，推動(dòng)給定車輛所需的功率隨速度的立方而增加。 這意味著，如果速度加倍，則所需功率將是原來(lái)的八倍。 在此示例中，需要150 kW的功率才能以200 kph的速度驅(qū)動(dòng)車輛。
適配于該車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出如圖3.4b所示。 該功率曲線表明，發(fā)動(dòng)機(jī)在5000 rpm時(shí)產(chǎn)生150 kW的峰值制動(dòng)功率。
如果最大道路速度要盡可能高，則必須設(shè)置該車輛的齒輪比，以使“可用功率”曲線的峰值出現(xiàn)在道路速度為200 kph時(shí)。 在這種情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為5000 rpm，以200 kph的速度驅(qū)動(dòng)車輛。
總齒輪比（齒輪箱比×最終傳動(dòng)比）
一旦確定了兩條曲線的相對(duì)位置，就可以檢查加速度的總體性能。 兩條曲線之間的垂直差是可用于加速的剩余功率，因此可以將其繪制為單獨(dú)的曲線以顯示達(dá)到最大加速的速度。
假設(shè)摩擦被忽略，則必須認(rèn)識(shí)到，齒輪系統(tǒng)既不增加也不減少動(dòng)力（即，從傳動(dòng)系統(tǒng)輸出的動(dòng)力類似于發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)動(dòng)力，而與傳動(dòng)比無(wú)關(guān)）。
因此，圖3.5中的曲線所示的車輛的齒輪比的變化將導(dǎo)致峰值P從其在圖3.4c中占據(jù)的位置水平移動(dòng)。 降低比率（曲線A）將“可用功率”曲線向左移動(dòng)，提高比率（曲線C）將其向右移動(dòng)。 這兩個(gè)條件分別稱為齒輪不足和齒輪過(guò)度。
在這兩種情況下，最大可能速度都會(huì)降低，但這不是主要考慮因素。 表3.2列出了兩種齒輪傳動(dòng)條件的優(yōu)點(diǎn)。
表3.2
條件
優(yōu)點(diǎn)
不足
更大的加速動(dòng)力，因此車輛響應(yīng)更快
靈活的頂級(jí)檔位性能，因此當(dāng)車輛遇到較高的牽引阻力時(shí)，只需進(jìn)行較少的換檔
過(guò)度
在給定的行駛速度下降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，因此：
?更好的經(jīng)濟(jì)性
?更低的發(fā)動(dòng)機(jī)噪音水平
?發(fā)動(dòng)機(jī)磨損少
不足檔位的優(yōu)點(diǎn)可用于克服過(guò)度檔位的缺點(diǎn)，反之亦然。 對(duì)這兩種情況的比較表明，檔位不足更適合普通汽車，因此檔位不足通常為10％至20％。 這意味著，在達(dá)到最大可能車速之前，發(fā)動(dòng)機(jī)功率峰值出現(xiàn)在10％至20％之間，盡管有更多的可用檔位可以更好地匹配齒輪。
最大牽引力
一旦設(shè)計(jì)人員設(shè)定了總的最高齒輪比，便可以確定最低齒輪比（第一齒輪）。 該齒輪在下車時(shí)使用，在需要最大牽引力時(shí)也需要使用，以使車輛能夠爬上非常陡峭的山坡。
牽引力是基于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的，因此，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展其最大扭矩時(shí)，特定齒輪會(huì)出現(xiàn)最大牽引力。 在圖3.6a中，最高檔位的性能（以前以功率差異表示）顯示為力的平衡。 可以看出，驅(qū)動(dòng)力曲線的形狀與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線相似。 牽引力曲線的峰值出現(xiàn)在由整體齒輪傳動(dòng)比和車輪有效直徑控制的道路速度上。 力和阻力曲線之間的差異代表可用于加速的力。
圖3.6b顯示了降低傳動(dòng)比對(duì)牽引力曲線的影響。 在這種情況下，底部齒輪箱的傳動(dòng)比為4：1，足以充分滿足牽引爬坡需求的牽引力。
離合器的逐漸接合動(dòng)作必須用于提供足夠的牽引力，以使車輛在由曲線表示的陡坡上行駛。 一旦離合器完全接合，并且發(fā)動(dòng)機(jī)在最大扭矩范圍內(nèi)運(yùn)行，則可能會(huì)產(chǎn)生較小的加速度-這是假定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不會(huì)降低得太低。
通過(guò)將所需的最大努力除以頂部齒輪中可用的最大努力來(lái)計(jì)算最低齒輪箱速比。
中間齒輪
設(shè)置了最高和最低變速箱速比之后，然后插入中間速比，以使它們形成幾何級(jí)數(shù)（GP）。 這意味著所有單獨(dú)的比率都按公共比率前進(jìn)。 例如，假設(shè)最高和最低總傳動(dòng)比分別為4：1和16：1，那么三速和四速變速箱的傳動(dòng)比組為：
三速變速箱：4、8和16（普通速比2）
四速變速箱：4、6.35、10和16（普通比1.59）
為了獲得最佳的速度和加速性能，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)在最大扭矩和最大功率的限制之間的速度范圍內(nèi)運(yùn)行。 該工作范圍越寬，彌合頂部和底部之間的間隙所需的比率數(shù)量越少。 大多數(shù)現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的范圍都很窄，因此與這些發(fā)動(dòng)機(jī)配合使用的變速箱通常至少具有五速箱，在某些情況下甚至是六速或七速。
在裝有六個(gè)齒輪的變速箱中，通常第五個(gè)齒輪比為1：1，第六個(gè)為超速檔，因?yàn)樗凝X輪比可以提高速度。 結(jié)果，它驅(qū)動(dòng)輸出軸的速度比發(fā)動(dòng)機(jī)快。
3.2不同類型的齒輪和變速箱
3.2.1齒輪類型
機(jī)動(dòng)車上使用了各種類型的齒輪，但是齒輪箱采用以下一種或多種：
1正齒輪–平行于軸線的齒，用于滑動(dòng)嚙合齒輪箱。 主要用于倒檔系統(tǒng)。
2斜齒輪–傾斜于軸線以形成螺旋的齒。 增強(qiáng)強(qiáng)度，使操作更安靜。
3雙斜齒輪–兩組相對(duì)的斜齒。
4圓柱齒輪或行星齒輪–正齒輪或斜齒輪圍繞非固定中心旋轉(zhuǎn)。
類型2和3用于恒嚙合和同步嚙合齒輪箱。 大多數(shù)自動(dòng)變速箱使用行星齒輪傳動(dòng)。
齒輪材質(zhì)
齒輪齒必須承受劇烈的沖擊載荷和磨損，因此使用表面硬化鋼來(lái)提供堅(jiān)硬的芯和堅(jiān)硬的表面。
3.2.2手動(dòng)變速箱
現(xiàn)在的變速箱可分為兩個(gè)主要類別：手動(dòng)和自動(dòng)。 手動(dòng)變速箱要求駕駛員完全控制變速箱。 通常，駕駛員會(huì)使用手動(dòng)控制桿來(lái)選擇最合適的齒輪比，以適應(yīng)駕駛條件。 通過(guò)使用自動(dòng)選擇手動(dòng)變速箱，這已經(jīng)得到進(jìn)一步發(fā)展。 這種變速箱可作為手動(dòng)變速箱使用，但具有電子或液壓變速裝置。 這可以加快換檔速度，還可以使駕駛員進(jìn)行自動(dòng)換檔。 這些在第346頁(yè)上有更詳細(xì)的說(shuō)明。
除了倒檔之外，現(xiàn)代變速箱中提供的“速度”（齒輪比）數(shù)在某些情況下為四，五，六甚至七。 過(guò)去，出于成本原因，通常使用三速變速箱。 手動(dòng)變速箱的主要類型有：
滑動(dòng)嚙合
恒嚙合
同步嚙合。
現(xiàn)在，同步嚙合是最常用的類型。 這種類型的布局是從其他兩種布局發(fā)展而來(lái)的，正是由于這個(gè)原因，現(xiàn)在已經(jīng)過(guò)時(shí)的滑動(dòng)嚙合用于初始研究。
3.2.3自動(dòng)
術(shù)語(yǔ)“自動(dòng)變速箱”是指一種變速箱類型，能夠在整個(gè)車輛運(yùn)行狀況下無(wú)需駕駛員的幫助即可換檔。 一旦駕駛員做出初步選擇以確定車輛的行駛方向（圖3.8）和要使用的檔位，其他決定就由變速箱控制模塊或變速箱內(nèi)的“大腦”做出。
在美國(guó)，變速箱稱為變速箱。這就解釋了為什么自動(dòng)變速箱有時(shí)被稱為自動(dòng)變速箱的原因。
如今，許多自動(dòng)變速箱都使用行星齒輪系統(tǒng)。通過(guò)借助于摩擦離合器或制動(dòng)器保持或驅(qū)動(dòng)齒輪系的一個(gè)或多個(gè)部分來(lái)獲得所需的齒輪。制動(dòng)器和離合器由液壓系統(tǒng)控制；它要么集成了自己的傳感系統(tǒng)，要么使用電子設(shè)備監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛的運(yùn)行狀況。
除了四速周轉(zhuǎn)齒輪箱外，大多數(shù)自動(dòng)系統(tǒng)還需要在發(fā)動(dòng)機(jī)和齒輪箱之間安裝液力離合器裝置（稱為變矩器）。這代替了普通的摩擦離合器和兩個(gè)功能：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于約1000 rpm時(shí)，它自動(dòng)將發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器分離。并且還提供了無(wú)限可變的扭矩和速度比，以彌合齒輪箱周轉(zhuǎn)比之間的階躍。
在英國(guó)，變矩器和自動(dòng)變速箱的組合構(gòu)成了自動(dòng)變速器系統(tǒng)。
3.2.4無(wú)級(jí)變速器
普通發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而變化。 在低速下，輸出功率非常低，因此，如果需要良好的車輛性能，則發(fā)動(dòng)機(jī)必須旋轉(zhuǎn)得更快。 它需要以最大功率運(yùn)行。
當(dāng)考慮扭矩輸出和燃油經(jīng)濟(jì)性時(shí)，將重復(fù)這個(gè)故事。 最大扭矩的產(chǎn)生速度與最大經(jīng)濟(jì)性的產(chǎn)生速度不同，并且這兩個(gè)速度均與最大功率的點(diǎn)不一致。
對(duì)于傳統(tǒng)的變速箱，要達(dá)到這三個(gè)性能因素中任何一個(gè)的恒定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速要求是不可能的。 這是因?yàn)楸仨毑粩喔淖儼l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以適應(yīng)車速。 結(jié)果，發(fā)動(dòng)機(jī)僅在適合于最大發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，功率或經(jīng)濟(jì)性的車速下發(fā)揮最佳性能。
具有無(wú)限可變比率的齒輪系統(tǒng)將提供如圖3.9所示的性能–這被稱為理想牽引力曲線。 在這種情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)將保持其提供最大功率的速度，并且通過(guò)改變傳動(dòng)比來(lái)改變道路速度。
可以從根據(jù)圖3.10所示系統(tǒng)原理運(yùn)行的任何系統(tǒng)中獲得理想曲線的近似值。 這種特殊的布置不是很實(shí)用，但是布局顯示了這種齒輪傳動(dòng)方法背后的基本思想。
由于無(wú)級(jí)變速的好處，無(wú)級(jí)變速箱（CVT）現(xiàn)在變得越來(lái)越流行，從而提高了經(jīng)濟(jì)性并降低了排放。 一些車輛例如混合動(dòng)力汽車，為此使用CVT布置，這進(jìn)一步改善了在使用電動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)配置時(shí)提供的經(jīng)濟(jì)性。 DAF是首批采用CVT的量產(chǎn)汽車。 該車輛具有皮帶輪和皮帶輪的布局，稱為變速CVT系統(tǒng)（圖3.11）。 這是由荷蘭制造商開(kāi)創(chuàng)的，并作為他們?cè)?950年代后期生產(chǎn)的小型汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。
3.2.5分步傳動(dòng)
傳統(tǒng)齒輪箱曲線與理想曲線的比較如圖3.12所示。 該圖說(shuō)明了為什么使用術(shù)語(yǔ)“步進(jìn)傳動(dòng)”來(lái)描述提供這種步進(jìn)輸出的任何系統(tǒng)。
最初只有三個(gè)前進(jìn)檔的變速箱需要發(fā)動(dòng)機(jī)在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行； 這意味著在許多道路速度下的牽引力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理想水平。 傳動(dòng)比的數(shù)量增加了相當(dāng)大的改進(jìn)，盡管許多乘用車的齒輪傳動(dòng)比要比重型汽車少，但它卻在許多重型車輛以及現(xiàn)代乘用車中得到了使用。 當(dāng)比率的數(shù)量增加到大約10時(shí)，為縮小比率之間的差距所需的狹窄發(fā)動(dòng)機(jī)范圍與實(shí)際牽引曲線接近理想值的近似組合使發(fā)動(dòng)機(jī)可以在其周圍運(yùn)行 最佳速度。
通過(guò)使用帶有變矩器的自動(dòng)變速箱可以達(dá)到理想的牽引力曲線。 盡管變矩器在低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下效率非常低下，但變矩器在大約2：1到1：1的極限之間無(wú)限變化的比率的影響會(huì)在主自動(dòng)變速箱的步進(jìn)比之間實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡和正向驅(qū)動(dòng)（ 圖3.13）。
3.2.6其他類型的變速箱和變速器
如今，許多適合于車輛的變速箱都采用了手動(dòng)和自動(dòng)變速箱系統(tǒng)的示例，并將它們鏈接在一起，以提供能夠像手動(dòng)變速箱一樣運(yùn)行的變速箱，但是變速箱是通過(guò)使用電動(dòng)馬達(dá)或液壓輔助裝置的自動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行變速的。 通過(guò)使用這種自動(dòng)換檔設(shè)置，駕駛員可以在完全手動(dòng)變速箱模式下駕駛車輛之間進(jìn)行選擇，換檔可以通過(guò)使用撥片或使用操縱桿前進(jìn)或后退以向上和向后移動(dòng)來(lái)進(jìn)行。 降低速比，或在自動(dòng)模式下由變速箱電子控制單元（ECU）決定何時(shí)換檔。 在這兩種情況下，系統(tǒng)都是電子控制的，通?？梢苑浅？焖俚剡M(jìn)行齒輪更換，從而提高性能和經(jīng)濟(jì)性。 這些新的變速箱在346頁(yè)上有更詳細(xì)的介紹。
3.3驅(qū)動(dòng)器配置
3.3.1驅(qū)動(dòng)布局
車輛的一般駕駛配置通常取決于其預(yù)期的功能和目的。 發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力使車輛沿著路面移動(dòng)。 該動(dòng)力通過(guò)變速箱和變速箱總成傳輸。 盡管今天的道路上仍有少量三輪車，但大多數(shù)輕型車都有四個(gè)輪。 因此，驅(qū)動(dòng)器配置布局為兩輪或四輪驅(qū)動(dòng)。
四輪驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品陣容為客戶提供了選擇。 四輪驅(qū)動(dòng)通常只在越野車上看到，但是現(xiàn)在它可以在各種普通公路車上使用，從家庭轎車，掀背車到房地產(chǎn)和跑車。 四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)會(huì)因所有四個(gè)車輪推動(dòng)車輛而產(chǎn)生的牽引力增加而產(chǎn)生收益，特別是在摩擦較小的情況下。
三輪車輛通常通過(guò)后橋中的最終驅(qū)動(dòng)器將來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞至后輪。 但是，有一些較小的帶發(fā)動(dòng)機(jī)的三輪車輛，它們將發(fā)動(dòng)機(jī)置于前轉(zhuǎn)向輪上方，并將驅(qū)動(dòng)力直接傳遞給該轉(zhuǎn)向輪。 一些生產(chǎn)更高功率的三輪車輛的獨(dú)立制造商采用了驅(qū)動(dòng)裝置，其中后輪為單輪，前輪為兩個(gè)。 后輪通常由強(qiáng)大的摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)鏈條或螺旋槳軸驅(qū)動(dòng)。
制造商對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的選擇通常取決于車輛的市場(chǎng)和目的。 從前輪驅(qū)動(dòng)到四輪驅(qū)動(dòng)的每種類型的驅(qū)動(dòng)裝置都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，車輛設(shè)計(jì)者在生產(chǎn)新型車輛時(shí)會(huì)考慮到這些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
3.3.2后輪驅(qū)動(dòng)
傳統(tǒng)上，汽車采用后輪驅(qū)動(dòng)布局（圖3.14）。 在這里，后輪充當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪，前輪旋轉(zhuǎn)以允許汽車轉(zhuǎn)向。 以這種方式定位主要的車輛驅(qū)動(dòng)部件和發(fā)動(dòng)機(jī)單元為技術(shù)人員提供了更好的可達(dá)性，但同時(shí)通過(guò)安裝傳動(dòng)隧道將螺旋槳軸沿乘客艙的長(zhǎng)度方向定位，也影響了乘客空間。 后輪驅(qū)動(dòng)在干燥和牢固的抓地力條件下提供良好的牽引力。 但是，在松散的表面上以及在潮濕條件下的加速下，后輪驅(qū)動(dòng)車輛容易彎曲并失去抓地力，從而導(dǎo)致汽車后部向側(cè)面移動(dòng)，如果要保持直線行駛，則需要對(duì)前（轉(zhuǎn)向）輪進(jìn)行連續(xù)校正。 保持。
3.3.3前輪驅(qū)動(dòng)
布置更緊湊的好處使前輪驅(qū)動(dòng)布局成為制造商的熱門選擇（圖3.15）。小型車的需求增長(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)型車的需求增長(zhǎng)一樣快。這促使制造商生產(chǎn)更緊湊的設(shè)計(jì)，通常采用前輪驅(qū)動(dòng)。將所有主要部件容納在發(fā)動(dòng)機(jī)罩下，為乘員提供了更多的車輛空間，并消除了對(duì)傳輸隧道的需要?，F(xiàn)在，驅(qū)動(dòng)橋以變速驅(qū)動(dòng)橋的方式組合在一起，這允許發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱的輸出軸沿相同方向移動(dòng)，并使用較短的驅(qū)動(dòng)軸連接至車輪。驅(qū)動(dòng)軸裝有一個(gè)內(nèi)部和外部接頭，稱為等速萬(wàn)向節(jié)（CV接頭），可確保在旋轉(zhuǎn)時(shí)獲得均勻的速度，即使在大角度傳動(dòng)時(shí)也可減少振動(dòng)。前輪驅(qū)動(dòng)的一個(gè)缺點(diǎn)是在大加速度和爬坡條件下缺乏抓地力，因?yàn)檐囕v的重量向后移動(dòng)，從而使前輪失去重量。如果不使用動(dòng)力轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向也很沉重。但是，操作性得到了改善，尤其是在潮濕條件下。
開(kāi)題報(bào)告
1目的及意義
1.1選題研究背景
伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平和質(zhì)量明顯提高，汽車已經(jīng)是人們的日常生活中必不可少的交通工具。因此人們對(duì)汽車的舒適性，安全性以及駕駛操控性等越來(lái)越重視，汽車行業(yè)也隨著消費(fèi)者的需求而不斷發(fā)展。
作為汽車安全結(jié)構(gòu)的重要組成部分，一直以來(lái)，汽車的行駛操控性和舒適性與底盤結(jié)構(gòu)中的懸掛系統(tǒng)息息相關(guān)，而懸掛結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單與復(fù)雜也直接決定著汽車制造成本的高低。一輛汽車，既要舒適又操控性好，這個(gè)極難妥協(xié)又要達(dá)到盡可能平衡的懸架總成設(shè)計(jì)，相對(duì)廠家的技術(shù)實(shí)力，無(wú)疑是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。麥弗遜式獨(dú)立懸架是眾多懸掛系統(tǒng)中的一種，它以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、舒適性尚可的優(yōu)點(diǎn)贏得了廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用。因此有必要對(duì)上海大眾朗逸轎車麥弗遜懸架設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。
1.2選題研究的目的及意義
本題研究的目的主要是針對(duì)上海大眾朗逸轎車結(jié)合國(guó)內(nèi)研究背景以及市場(chǎng)趨勢(shì)等設(shè)計(jì)一款前麥弗遜懸架。
對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)，舒適性、安全性、操控性的決定性因素主要取決于汽車的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)懸架。懸掛系統(tǒng)應(yīng)有的功能是支持車身，改善乘坐的感覺(jué)，不同的懸掛設(shè)置會(huì)使駕駛者有不同的駕駛感受。外表看似簡(jiǎn)單的懸掛系統(tǒng)綜合多種作用力，決定著轎車的穩(wěn)定性、舒適性和安全性，是現(xiàn)代轎車十分關(guān)鍵的部件之一。
懸架是現(xiàn)代汽車的重要組成部分之一。雖然并非汽車在行進(jìn)必不可少的裝備，但如果沒(méi)有懸架，將極大的影響汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性。懸架對(duì)整車性能有著重要的影響。在汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇的今天，人們對(duì)汽車的性能的認(rèn)識(shí)更多的靠更為直接的感觀感受，而非他們不太懂得的專業(yè)術(shù)語(yǔ)。
因此，對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性﹑平順性的提升成為了各大汽車廠商的共識(shí)。與此關(guān)系密切的懸架系統(tǒng)也被不斷改進(jìn)，主動(dòng)半主動(dòng)懸架等具有反饋的電控系統(tǒng)在高端車輛上的應(yīng)用日趨廣泛。無(wú)論定位高端市場(chǎng)，還是普通家庭的經(jīng)濟(jì)型轎車，?沒(méi)有哪個(gè)廠家敢忽視懸架系統(tǒng)及其在整車中的作用。這一切，都是因?yàn)閼壹芟到y(tǒng)對(duì)乘員的主觀感受密切聯(lián)系。懸架系統(tǒng)的優(yōu)劣，乘員在車上可以馬上感受到。
“木桶理論”，很多人都知道，整車就好比是個(gè)“大木桶”，懸架是它的一片木板。雖然，沒(méi)有懸架的汽車還是可以跑動(dòng)的，但是坐在上面是很不舒服的。只有當(dāng)懸架這塊木板得到足夠重視，才能使整車性能得以提升。否則，只能是句空話。
完善的汽車懸架系統(tǒng)可以很好的緩解路面給予車輛的沖擊，減輕汽車振動(dòng)給乘客帶來(lái)頭暈，暈車等不良反應(yīng)，使乘客感受到很好的乘坐舒適性。同時(shí)將汽車的懸架系統(tǒng)調(diào)校好，好的懸架系統(tǒng)在彎道性能上就能很好的表現(xiàn)出來(lái)，還有出去郊游時(shí)，能在惡劣的路況下行駛，可以給駕駛員帶來(lái)更好的操作穩(wěn)定性。優(yōu)良的懸架避震性能，也可以減輕振動(dòng)給零件帶來(lái)的沖擊導(dǎo)致?lián)p壞，減少故障，降低維修成本和行駛安全。懸架系統(tǒng)使汽車能精準(zhǔn)的過(guò)彎轉(zhuǎn)向，也能避免一定的交通事故發(fā)生可能性。
因此可以發(fā)現(xiàn)，懸架對(duì)于整輛車具有重大的意義，不可或缺。而當(dāng)前的汽車懸架雖然已經(jīng)十分先進(jìn)，但是畢竟沒(méi)有完美的事物，不論什么形式的獨(dú)立懸架或非獨(dú)立懸架都有其缺點(diǎn)和不足。因此還需要不斷的研究發(fā)展。
1.3國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)對(duì)麥弗遜懸架的研究非常之多:四川理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院和人工智能四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的周軍超，袁杰，廖映華，湯愛(ài)華結(jié)合D-最優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論,建立了汽車的麥弗遜獨(dú)立懸架動(dòng)力學(xué)模型.結(jié)合隨機(jī)路面模型仿真,對(duì)懸架各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)實(shí)驗(yàn)分析,得到麥弗遜式懸架優(yōu)化性能參數(shù).經(jīng)過(guò)優(yōu)化分析與優(yōu)化前懸架的性能進(jìn)行對(duì)比,得出最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)[1]；皖西學(xué)院機(jī)械與車輛工程學(xué)院的張鵬，張曉東，王洪新，劉建樹(shù)提出一種基于多島遺傳算法進(jìn)行麥弗遜懸架參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。他們以某款采用了麥弗遜式前懸架的轎車為研究對(duì)象，基于Matlab/Simulink構(gòu)建了前懸架動(dòng)力學(xué)分析的數(shù)學(xué)模型,并通過(guò)相應(yīng)Adams模型的仿真分析對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了可靠性驗(yàn)證。在這個(gè)基礎(chǔ)上,通過(guò)擾動(dòng)法分析得到結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)懸架性能的影響方式。通過(guò)具體分析靈敏度大小,可獲取對(duì)剛度特性影響最靈敏的參數(shù)。最后運(yùn)用多島遺傳算法對(duì)參數(shù)的優(yōu)化,從而實(shí)現(xiàn)懸架性能的優(yōu)化[2]。合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院的李強(qiáng)提出了一種基于瞬心法進(jìn)行麥弗遜懸架運(yùn)動(dòng)特性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法[3]。李璞,李澄,黃長(zhǎng)征,王洪榮,胡松喜針對(duì)傳統(tǒng)優(yōu)化方法需要頻繁調(diào)用仿真模型的弊端,提出基于非自適應(yīng)采樣和稀疏響應(yīng)面方法的麥弗遜懸架多約束優(yōu)化方法[4]。
1.4國(guó)外研究現(xiàn)狀
Gao Qi;Feng Jinzhi;Zheng Songlin提出一種綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并證明該體系的可行性，廣義多維自適應(yīng)學(xué)習(xí)粒子群算法對(duì)于麥克弗森懸架系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是有效的[12]。Shi Qin;Peng Chengwang;Chen Yikai設(shè)計(jì)了一種新穎的雙環(huán)多目標(biāo)粒子群算法[13]。Byung Chul Choi,Seunghyeon Cho,Chang-Wan Kim通過(guò)使用Kriging模型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)以最小化側(cè)向載荷[14]。K.Vikranth Reddy;Madhu Kodati;Kishen Chatra介紹了懸架系統(tǒng)的完整空間模型的位置運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[15]M.S.Fallah,R.Bhat&W.F.Xie提出一種用于行駛控制應(yīng)用的Macpherson支撐系統(tǒng)的非線性模型。該模型包括彈簧懸掛質(zhì)量的垂直加速度，并包含了懸架連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性[16]。Su Zhuoyu;Xu Fengxiang;Hua Lin;Chen Hao;Wu Kunying進(jìn)行了小型貨車麥克弗遜式懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。可獲得更好的車輪定位參數(shù)，并進(jìn)一步提高了懸架的系統(tǒng)性能[17]。Sung,K-G;Park,M-K研究了配備可控磁流變（MR）減震器的電子控制懸架（ECS）的設(shè)計(jì)和控制以及適當(dāng)?shù)目刂撇呗訹18]。
2設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、目標(biāo)、擬采用的方案及措施
2.1選題研究?jī)?nèi)容、目標(biāo)
根據(jù)選題要求查詢上海大眾朗逸轎車參數(shù)，并分析前麥弗遜懸架的組成和功用，對(duì)上海大眾朗逸轎車的前麥弗遜懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體研究工作包括以下幾點(diǎn)：
1.分析上海大眾朗逸轎車麥弗遜獨(dú)立懸架的組成和功用；
2.對(duì)懸架上的各零部件強(qiáng)度的校核；
3.詳細(xì)考慮各部件之間的連接關(guān)系；
4.懸架自然振動(dòng)頻率，懸架靜撓度和動(dòng)撓度以及懸架彈性特性的計(jì)算。
2.2論文技術(shù)路線
為設(shè)計(jì)上海大眾朗逸轎車前麥弗遜懸架，首先查閱目標(biāo)車型參數(shù)，分析上海大眾朗逸轎車麥弗遜獨(dú)立懸架的各組成部分及其功用，對(duì)比上海大眾朗逸轎車與其他車型前麥弗遜懸架的區(qū)別以及原因。根據(jù)各參數(shù)對(duì)各零部件進(jìn)行初步計(jì)算確定數(shù)據(jù)，再進(jìn)行各零部件的強(qiáng)度校核。若校核不合格則需重新計(jì)算直到校核通過(guò)。在算得數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上使用CATIA進(jìn)行三維建模，然后應(yīng)用仿真軟件ADAMS對(duì)麥弗遜懸架模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，找出懸架系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，并進(jìn)行修改，直至仿真分析的結(jié)果符合要求并最終確定懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。最后進(jìn)行裝配圖及零件圖的手工繪圖和計(jì)算機(jī)繪圖。
3進(jìn)度安排
周次(時(shí)間)
工作內(nèi)容
提交內(nèi)容(階段末)
1-2（7學(xué)期第18、19周）
確定畢業(yè)設(shè)計(jì)選題、完善畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(相關(guān)參數(shù))、校內(nèi)外資料收集
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
3-4（8學(xué)期第1-2周）
方案構(gòu)思、文獻(xiàn)檢索、完成開(kāi)題報(bào)告
文獻(xiàn)檢索、開(kāi)題報(bào)告
5（8學(xué)期第3周）
外文翻譯、資料再收集
外文翻譯
6（8學(xué)期第4周，3月19日）
開(kāi)題答辯
開(kāi)題答辯PPT、開(kāi)題答辯記錄表
7～8（8學(xué)期第5-6周）
設(shè)計(jì)計(jì)算、草圖繪制
設(shè)計(jì)計(jì)算草稿、草圖
9～11（8學(xué)期第7-9周）
圖樣繪制、編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書（論文）
圖樣、論文初稿
12～15（8學(xué)期第10-13周）
圖樣及論文整理；關(guān)注組中期檢查
正式圖樣、論文
畢業(yè)實(shí)習(xí)兩周（8學(xué)期第11-12周）
校外實(shí)習(xí)或線上實(shí)習(xí)、資料收集、完成實(shí)習(xí)報(bào)告
實(shí)習(xí)報(bào)告
16（8學(xué)期第14周）
學(xué)生提出答辯申請(qǐng)，作答辯準(zhǔn)備，資料袋整理；答辯資格審查，查重；教師審閱圖紙、說(shuō)明書
畢業(yè)設(shè)計(jì)資料袋
17（8學(xué)期15周）
參加答辯
答辯PPT
畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)
4參考文獻(xiàn)
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5指導(dǎo)教師意見(jiàn)
指導(dǎo)教師（簽名）：
年月日
8
朗逸轎車前麥弗遜懸架設(shè)計(jì)
摘 要
懸架就是一種用來(lái)傳遞車架和車橋間力的裝置，而且可以減輕崎嶇的地面?zhèn)鞯杰嚰芑蛘哕嚿砩系牧?，這樣可以減輕地面?zhèn)鞯杰嚰苌系牧υ斐傻恼饎?dòng)，使汽車的平順性得到保障。是現(xiàn)代汽車重要的總成之一。
這篇文章的目標(biāo)是以朗逸為對(duì)象，設(shè)計(jì)一個(gè)適合的前懸架。通過(guò)CATIA和ADAMS仿真分析來(lái)檢驗(yàn)是否符合要求。本文主要工作內(nèi)容如下：
首先我對(duì)懸架的類型和優(yōu)缺點(diǎn)等做了簡(jiǎn)要的分析，并最終選擇麥弗遜式懸掛。第一步我進(jìn)行了懸架的撓度計(jì)算，第二步是彈簧設(shè)計(jì)，先初步計(jì)算了結(jié)果然后又校核，第三步是減振器設(shè)計(jì)，減振器也需要校核，最后是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)。選擇減振器的時(shí)候，對(duì)不同的種類做了對(duì)比。計(jì)算完成之后，我使用ADAMS分析懸架，結(jié)果顯示符合要求。
關(guān)鍵詞：懸架、麥弗遜式、設(shè)計(jì)
ABSTRACT
Suspension is a device used to transmit the force between the frame and the axle, and can reduce the force transmitted by the rough ground to the frame or the body. The smoothness of the car is guaranteed. It is one of the important assembly of Hyundai Motor.
The goal of this article is to design a suitable front suspension with LaVida. Through CATIA and ADAMS simulation analysis to verify compliance. The main contents of this article are as follows:
First, I made a brief analysis of the type, advantages and disadvantages of the suspension, and finally chose the McPherson suspension. In the first step, I performed the deflection calculation of the suspension. The second step was the design of the spring. The results were first calculated and then checked. The third step was the design of the shock absorber. And lateral stabilizer design. When choosing a shock absorber, a comparison was made of different types. After the calculation was completed, I used ADAMS to analyze the suspension and the results showed that it met the requirements.
Keyword : Suspension, Macpherson ,Design
III
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 緒論 3
1.1研究背景和意義 3
1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.3 主要研究?jī)?nèi)容和目的 4
1.4 本文的技術(shù)路線 5
第2章 懸架結(jié)構(gòu)方案分析 6
2.1懸架的分類及特點(diǎn) 6
第3章 麥弗遜式獨(dú)立懸架設(shè)計(jì) 9
3.1麥弗遜懸架設(shè)計(jì)概述 9
3.2 轎車的主要參數(shù) 9
3.3 懸架彈性特性設(shè)計(jì) 10
3.4懸架撓度f(wàn)c設(shè)計(jì) 11
3.4.1懸架靜撓度設(shè)計(jì) 11
3.4.2懸架動(dòng)撓度設(shè)計(jì) 12
3.5 彈簧的設(shè)計(jì) 12
3.5.1 螺旋彈簧的材料選擇 12
3.5.2 螺旋彈簧參數(shù)計(jì)算 13
3.5.3 計(jì)算空載剛度 13
3.5.4 計(jì)算滿載剛度 13
3.5.5 按滿載計(jì)算彈簧鋼絲直徑 13
3.5.6 螺旋彈簧校核 14
3.5.7 小結(jié) 14
3.6導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
3.6.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 16
3.6.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) 16
3.7 減振器設(shè)計(jì) 16
3.7.1 減振器分類 17
3.7.5 最大卸荷力F0的計(jì)算 18
3.7.6 減振器工作缸直徑計(jì)算 19
3.7.7 減振器外缸筒的設(shè)計(jì) 19
3.7.8 減振器活塞桿設(shè)計(jì) 19
3.7.9 小結(jié) 19
3.8 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì) 20
第4章 ADAMS分析 21
4.1主銷內(nèi)傾角分析 21
4.2主銷后傾角分析 21
4.3前輪外傾角分析 22
4.4車輪跳動(dòng)量分析 23
第5章 結(jié)論 24
參考文獻(xiàn) 25
致謝 27
附錄 28
第1章 緒論
1.1研究背景和意義
在最近這些年，老百姓們生活質(zhì)量較以往有了很大提高，汽車不再是少數(shù)人才能有的代步工具，普通人也都可以擁有一輛自己的小汽車。當(dāng)越來(lái)越多的人擁有汽車時(shí)，人們不僅對(duì)能夠出行感到滿意，而且對(duì)汽車的舒適性，安全性和操作穩(wěn)定性也提出了更高的要求。正是由于人們的這些更多需求，汽車行業(yè)才能不斷發(fā)展以滿足人們的各種需求。
本文研究的目的是結(jié)合國(guó)內(nèi)研究背景和市場(chǎng)趨勢(shì)，為上海大眾朗逸轎車設(shè)計(jì)前懸掛系統(tǒng)。對(duì)于汽車，懸架在汽車的穩(wěn)定性，舒適性和安全性中起著決定性的作用。懸架的功能是支撐汽車，提升駕駛員的使用感受。以不同方式設(shè)置懸架將為駕駛員帶來(lái)不同的駕駛體驗(yàn)。雖然懸架的外觀看上去比較簡(jiǎn)單，但是他決定了汽車的舒適度等，是現(xiàn)代汽車中非常重要的系統(tǒng)。
盡管在駕駛過(guò)程中懸架缺失也可以行駛，但是懸架如果沒(méi)有安裝的話，汽車的平穩(wěn)性將大大降低。
懸架對(duì)汽車的性能影響很大。現(xiàn)在，汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)變得越來(lái)越激烈，人們對(duì)汽車的性能有了更高的了解并提出了更高的要求。因此，所有主要的汽車制造商都越來(lái)越重視懸架，并意識(shí)到有必要盡可能提高汽車的安全性和穩(wěn)定性，以便為駕駛員帶來(lái)更好的體驗(yàn)。多年來(lái)，懸架系統(tǒng)一直在不斷改進(jìn)，性能逐漸得到改善，先進(jìn)技術(shù)也不斷與懸架系統(tǒng)相結(jié)合，無(wú)論是高端汽車還是低端汽車都在不斷普及。無(wú)論是面向高端市場(chǎng)還是低端的汽車制造廠，他們都不敢忽視懸架對(duì)汽車的影響。這是因?yàn)轳{駛員可以主觀上感覺(jué)到懸架系統(tǒng)的沖擊，并且可以通過(guò)汽車的舒適性容易地體驗(yàn)懸架的質(zhì)量。
崎嶇路面對(duì)車架的沖擊可以靠良好的懸架系統(tǒng)來(lái)緩解，過(guò)大的振動(dòng)會(huì)給駕駛員造成不良影響如頭暈?zāi)垦?、暈車惡心等。有良好的懸架就可以使駕駛員的駕駛體驗(yàn)大大提升。駕車出去游玩經(jīng)常會(huì)遇到不平的路面這時(shí)良好的懸架系統(tǒng)就能讓駕駛員在不平的路面上平順行駛，極大改善駕駛體驗(yàn)。另外零件的損壞有很大一部分原因是不平路面?zhèn)鬟f的沖擊力對(duì)零件造成沖擊，改善懸架系統(tǒng)就可以降低這種沖擊，可以延長(zhǎng)零件的使用壽命，降低行駛時(shí)發(fā)生故障的概率。
由此我們可以看出，懸架是汽車相當(dāng)重要的組成部分之一，是不可以缺少的一部分。雖然懸架經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間不斷的改進(jìn)完善，目前已經(jīng)比較先進(jìn)性能也很強(qiáng)大，但是事物都不是完美的，各種形式的懸架也還存在各種問(wèn)題，還需要不斷的發(fā)展來(lái)使懸架更加完善。
1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
我國(guó)目前對(duì)懸架的研究已經(jīng)非常多:四川理工的周軍超，袁杰等人提出了D-最優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)這一個(gè)新理論,通過(guò)這個(gè)理論并結(jié)合實(shí)驗(yàn)他們得到了結(jié)構(gòu)的最優(yōu)參數(shù)[1]；張鵬，張曉東等人提出了一種新的優(yōu)化方法，這種方法是以多胰島遺傳算法為基礎(chǔ)的，并且他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出了最能影響剛度特性的參數(shù)[2]。李強(qiáng)提出了一種基于瞬心法進(jìn)行麥弗遜懸架運(yùn)動(dòng)特性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法[3]。李璞,李澄,黃長(zhǎng)征等人針對(duì)傳統(tǒng)優(yōu)化方法需要頻繁調(diào)用仿真模型的弊端,提出一種基于非自適應(yīng)采樣和稀疏響應(yīng)面方法的麥弗遜懸架多約束優(yōu)化方法[4]。
Gao Qi;Feng Jinzhi;Zheng Songlin提出一種綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并證明該體系的可行性，廣義多維自適應(yīng)學(xué)習(xí)粒子群算法對(duì)于麥克弗森懸架系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是有效的[12]。Shi Qin;Peng Chengwang;Chen Yikai設(shè)計(jì)了一種新穎的雙環(huán)多目標(biāo)粒子群算法[13]。Byung Chul Choi,Seunghyeon Cho,Chang-Wan Kim通過(guò)使用Kriging模型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)以最小化側(cè)向載荷[14]。K.Vikranth Reddy;Madhu Kodati;Kishen Chatra介紹了懸架系統(tǒng)的完整空間模型的位置運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[15]M.S.Fallah,R.Bhat&W.F.Xie提出一種用于行駛控制應(yīng)用的Macpherson支撐系統(tǒng)的非線性模型。該模型包括彈簧懸掛質(zhì)量的垂直加速度，并包含了懸架連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性[16]。Su Zhuoyu;Xu Fengxiang;Hua Lin;Chen Hao;Wu Kunying進(jìn)行了小型貨車麥克弗遜式懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。可獲得更好的車輪定位參數(shù)，并進(jìn)一步提高了懸架的系統(tǒng)性能[17]。Sung,K-G;Park,M-K研究了配備可控磁流變（MR）減震器的電子控制懸架（ECS）的設(shè)計(jì)[18]。
1.3 主要研究?jī)?nèi)容和目的
根據(jù)選題要求查詢上海大眾朗逸轎車參數(shù)，并分析前麥弗遜懸架的組成和功用，對(duì)上海大眾朗逸轎車的前麥弗遜懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體研究工作如表1.1
表1.1 主要工作
分析上海大眾朗逸轎車麥弗遜獨(dú)立懸架的組成和功用
對(duì)懸架上的各零部件強(qiáng)度的校核
詳細(xì)考慮各部件之間的連接關(guān)系
懸架自然振動(dòng)頻率，懸架靜撓度和動(dòng)撓度以及懸架彈性特性的計(jì)算
1.4 本文的技術(shù)路線
為設(shè)計(jì)上海大眾朗逸轎車前麥弗遜懸架，首先查閱目標(biāo)車型參數(shù)，分析上海大眾朗逸轎車麥弗遜獨(dú)立懸架的各組成部分及其功用，對(duì)比上海大眾朗逸轎車與其他車型前麥弗遜懸架的區(qū)別以及原因。用查閱到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行初步的計(jì)算，計(jì)算結(jié)束后根據(jù)校核的結(jié)果決定是否要重新計(jì)算，只有校核后的結(jié)果符合要求才進(jìn)行下一步計(jì)算。計(jì)算完成后，根據(jù)算得結(jié)果用CATIA進(jìn)行建模，用ADAMS對(duì)懸架進(jìn)行仿真分析，檢驗(yàn)懸架是否符合要求。最后進(jìn)行裝配圖及零件圖的手工繪圖和計(jì)算機(jī)繪圖。
第2章 懸架結(jié)構(gòu)方案分析
2.1懸架的分類及特點(diǎn)
從古到今，人們對(duì)科技進(jìn)步的追求沒(méi)有片刻的停止，當(dāng)最初的交通工具馬車出現(xiàn)的時(shí)候，人們?yōu)榱擞懈玫捏w驗(yàn)，讓馬車顛簸的程度不至于太大，人們就開(kāi)始了對(duì)“懸架”的設(shè)計(jì)，人們采用葉片彈簧來(lái)讓馬車坐的更舒服。在后來(lái)很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，人們都是使用這種彈簧，直道20世紀(jì)30年代，螺旋彈簧出現(xiàn)才取代了之前的這種彈簧。汽車被發(fā)明出來(lái)以后，人們對(duì)懸架的研究就更加深入，出現(xiàn)了很多采用不同種類的彈性元件的懸架，如扭桿彈簧和氣體彈簧等。隨著研究的深入，人們發(fā)明出了被動(dòng)懸架，這種懸架就是用螺旋彈簧組成的，但是被動(dòng)懸架存在很多問(wèn)題，它的參數(shù)是不能在行駛中變化的，這就意味著它無(wú)法根據(jù)各種不同的情況來(lái)調(diào)整以適合各種路面。20世紀(jì)70年代人們開(kāi)始研究半主動(dòng)懸架，這種懸架在性能上就要優(yōu)于被動(dòng)懸架，它的阻尼是可以調(diào)節(jié)的，阻尼系數(shù)可以根據(jù)不同的路況調(diào)節(jié)。主動(dòng)懸架的概念提出的時(shí)間很早但是直到80年代才開(kāi)始試驗(yàn)，幾大世界知名廠家開(kāi)始研究，這種懸架性能大大提高，但是制造的成本太高，結(jié)構(gòu)也太復(fù)雜。比較可惜的是我國(guó)在這方面起步比較晚，和國(guó)外還有很大的差距，所以我國(guó)大部分汽車上都是用的被動(dòng)懸架
懸架就是一種用來(lái)傳遞車架和車橋間力的裝置，而且可以減輕崎嶇的地面?zhèn)鞯杰嚰芑蛘哕嚿砩系牧?這樣可以減輕地面?zhèn)鞯杰嚰苌系牧υ斐傻恼饎?dòng)，并確保汽車的平穩(wěn)性。它是現(xiàn)代汽車的重要組件之一。懸架的各種類型分類如下：
縱向臂式
橫向臂式
獨(dú)立懸架
麥弗遜式
縱臂懸架
懸架
瓦特多連桿
半獨(dú)立懸架
螺旋彈簧式
非獨(dú)立懸架
空氣彈簧式
汽車如果用的是獨(dú)立懸架，那么每一邊的車輪連接都是由整體式的連接起來(lái)。非獨(dú)立懸架系統(tǒng)有很多的優(yōu)勢(shì)，比如他的造價(jià)比較低，還有他的構(gòu)造不復(fù)雜，并且在行駛過(guò)程中前輪定位參數(shù)的變化很小。然而，非獨(dú)立懸架汽車的性能（如舒適性和穩(wěn)定性）相對(duì)較差，現(xiàn)在很少有汽車仍使用非獨(dú)立懸架。
目前，大多數(shù)汽車都使用獨(dú)立懸架。
2.2 獨(dú)立懸架優(yōu)缺點(diǎn)分析
獨(dú)立懸架有其特有的結(jié)構(gòu)，在這個(gè)系統(tǒng)中，每一邊的輪子都是互相不干擾的，各自獨(dú)立的懸掛。優(yōu)缺點(diǎn)如下表2.1：
表2.1 優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
簧下質(zhì)量相對(duì)較小
結(jié)構(gòu)較復(fù)雜
由于彈性元件只需要承受垂直力，因此可以使用剛度較小的彈簧，可以降低車身的振動(dòng)頻率，提高平順性
成本較高
懸掛所需空間小
維護(hù)困難
由于獨(dú)立懸架的特殊結(jié)構(gòu)，所以發(fā)動(dòng)機(jī)可以適當(dāng)降低位置高度，從而可以降低汽車質(zhì)心的高度，提高了行駛穩(wěn)定性
兩側(cè)車輪可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)而不會(huì)互相影響，可減少車身的傾斜和振動(dòng)，在坑洼的道路上具有良好的地面附著力
設(shè)計(jì)者可以選擇各種不同的方案來(lái)設(shè)計(jì)獨(dú)立的懸架，以滿足不同的設(shè)計(jì)要求
在乘用車中，現(xiàn)在都基本使用獨(dú)立懸架，質(zhì)量小的商用車中也會(huì)使用
2.3 麥弗遜式懸架分析
獨(dú)立懸掛有很多種不同的類型，在之前的小節(jié)中，我已經(jīng)對(duì)它進(jìn)行了分類。我在這里從很多個(gè)種類中選擇了McPherson懸架。McPherson懸架是目前在各個(gè)國(guó)家/地區(qū)中被最多使用的。McPherson懸架的結(jié)構(gòu)主要分為三部分，這三部分指的是彈簧、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。在很多時(shí)候，還會(huì)給它加裝上一個(gè)橫向穩(wěn)定桿。將這個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化以后，可以看出，就是將彈簧套在了減振器上。當(dāng)彈簧受到壓力時(shí)，它就會(huì)在水平方向上進(jìn)行各向的移動(dòng)偏移。為了避免這種情況，可以將其放在減震器上以限制彈簧只做上下振動(dòng)。懸架的柔軟度和性能可以通過(guò)減震器的長(zhǎng)度和松緊來(lái)設(shè)定。由于McPherson懸架與其他類型的獨(dú)立懸架相比具有更簡(jiǎn)單的機(jī)制，因此其質(zhì)量更小。另外，在這種結(jié)構(gòu)中，車輪的外傾角可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，可以更好的轉(zhuǎn)彎，輪胎和地面的接觸面積可以達(dá)到最大值。盡管McPherson懸架不是最先進(jìn)的技術(shù)的懸架，但使用McPherson懸架的汽車的行駛舒適性令人滿意，但是由于其筆直的結(jié)構(gòu)，它缺乏在左右方向上的撞擊阻力，并且耐剎車點(diǎn)頭效果很差，并且有很大的側(cè)傾。
第3章 麥弗遜式獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)
3.1麥弗遜懸架設(shè)計(jì)概述
在設(shè)計(jì)懸架之前，我們必須首先了解McPherson懸架的結(jié)構(gòu)特征。例如McPherson懸架的側(cè)傾中心較高。在了解了這些特性之后，可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中針對(duì)設(shè)計(jì)。其次，有必要知道哪些設(shè)計(jì)參數(shù)是必要的以及它們?nèi)绾侮P(guān)聯(lián)。只有知道這些可以逐步設(shè)計(jì)。
我查詢了各種資料了解到，汽車能否有一個(gè)令人滿意的平穩(wěn)性，取決于簧上質(zhì)量和彈性元件的系統(tǒng)有一個(gè)合適的頻率，這個(gè)頻率要在適合的頻帶當(dāng)中，而且如果可以的話要求盡可能的小一些。前懸架和后懸架的固有頻率的匹配應(yīng)合理，也要注意防止懸架和車架的碰撞?；缮腺|(zhì)量變化的時(shí)候還要求車身高度不能有大的改變，對(duì)于這些要求，選用時(shí)應(yīng)該選擇彈性特性是非線性變化的的懸架。
McPherson懸架會(huì)影響多種汽車性能，因此對(duì)于滿足這些性能的懸架提出了以下要求，如表3.1
表3.1 懸架的要求
確保汽車具有良好的乘坐舒適性
可以適當(dāng)減少振動(dòng)
確保汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性
制動(dòng)或加速汽車時(shí)，確保車身穩(wěn)定，減小車身俯仰，并在轉(zhuǎn)彎時(shí)使車身側(cè)傾角適當(dāng)
具有良好的隔音能力
結(jié)構(gòu)緊湊，使用的體積小
在車身和車輪之間可靠地傳遞各種力和力矩。在滿足零件和組件的低質(zhì)量的同時(shí)，必須確保足夠的強(qiáng)度和壽命
3.2 轎車的主要參數(shù)
我選擇的車型是上海大眾朗逸2018款1.5L自動(dòng)舒適版。該車型的部分參數(shù)如下表3.2
表3.2 車型主要參數(shù)
參數(shù)名稱
數(shù)據(jù)
車型
上海大眾朗逸2018款1.5L自動(dòng)舒適版
軸距
2688mm
整備質(zhì)量
1265kg
滿載質(zhì)量
前懸架類型
麥弗遜式懸架
前輪距
1546mm
3.3 懸架彈性特性設(shè)計(jì)
由懸架所承受的垂直外力F引起的車輪中心與車身位移F之間的關(guān)系稱為懸架的彈性特性。
線性特性和非線性彈性特性是懸架的兩個(gè)彈性特性。當(dāng)懸架的撓度f(wàn)在接收到的垂直外力f之間以固定的比例變化時(shí)，彈性特性是一條直線，稱為線性彈性特性。目前，懸架的剛度是恒定的。如果懸掛的撓度f(wàn)和垂直外力f在固定速率下不發(fā)生變化，則彈性特性如圖3.1所示。在這一點(diǎn)上，懸架的剛度發(fā)生了變化，其特點(diǎn)是在總荷載位置附近（圖3.1點(diǎn)8）有一個(gè)小的剛度和一個(gè)平滑的曲線，使行程良好?？偤奢d的遠(yuǎn)端具有更陡的曲線和更大的剛度。通過(guò)這種方式，可以在有限的動(dòng)態(tài)撓度范圍內(nèi)獲得比線性懸架更大的動(dòng)態(tài)能力。懸架的動(dòng)態(tài)能力是指懸架從靜載荷位置到結(jié)構(gòu)最大允許變形位置所消耗的功。懸架的動(dòng)態(tài)容量越大，通過(guò)緩沖塊的可能性就越小。
圖3.1懸架特性曲線
3.4懸架撓度f(wàn)c設(shè)計(jì)
3.4.1懸架靜撓度設(shè)計(jì)
靜撓度就是當(dāng)滿載時(shí)，負(fù)載和剛度的比，即
（3.1）
在當(dāng)前的汽車中，基本上所有的車中質(zhì)量分配系數(shù)都大約是1，這就可以說(shuō)前后橋上的車身振動(dòng)是各自獨(dú)立的，兩者之間是無(wú)關(guān)的。因此，固有頻率N（偏頻）可以由下式表示
（3.2）
在上式中，c表示懸架剛度（N/cm），m表示簧上質(zhì)量（kg）
當(dāng)懸架選擇了一種彈性特性的變化不是非線性的，是線性的時(shí)候，就可以使用以下公式計(jì)算靜態(tài)撓度：
（3.3）
在這個(gè)式子中g(shù)表示重力加速度。g=981cm/s2
將3.3式帶入3.2式可得下式
（3.4）
分析式3.4車身振動(dòng)的頻率N受懸架的靜態(tài)撓度影響。因此，如果要確保汽車具有良好的行駛舒適性，則需要選擇適當(dāng)?shù)膽壹莒o態(tài)撓度。
用于各種目的的汽車對(duì)乘坐舒適性有不同的要求。其中，主要用于載人的乘用車對(duì)乘坐舒適性的要求最高，其次是乘用車和卡車。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)排量低于1.6L的乘用車，要求前懸架滿負(fù)荷偏頻在1.00和1.45（Hz）之間。原則上，乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)排量越大，懸架偏頻應(yīng)該越小。滿載之前的偏頻在0.08至1.15（Hz）之間。
選擇偏頻后，可以使用公式（3.4）計(jì)算出懸架的靜撓度如下：
選擇n = 1.1Hz 反代入式（3.4）得出
= = 20.66cm = 206.6mm
3.4.2懸架動(dòng)撓度設(shè)計(jì)
當(dāng)懸架從滿載平衡位置壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形時(shí)，輪心相對(duì)于車架的垂直位移稱為懸架的動(dòng)態(tài)撓度，用fd表示。對(duì)于乘用車，fd在7到9（cm）之間；對(duì)于客車，fd在5到8（cm）之間；對(duì)于卡車，fd在6到9（cm）之間。
由于上海大眾朗逸屬于乘用車這一類別，因此懸架的動(dòng)撓度f(wàn)d為8cm。
3.5 彈簧的設(shè)計(jì)
由于其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，方便的制造和較高的比能，螺旋彈簧目前廣泛用于輕型車輛。特別是在汽車中，對(duì)舒適性的要求很高，并且懸架引導(dǎo)機(jī)構(gòu)仍具有保持車輪定位角的能力。因此，螺旋彈簧懸架長(zhǎng)期以來(lái)將鋼板彈簧代替。
3.5.1 螺旋彈簧的材料選擇
為了想要讓彈簧工作正常，不至于在使用中不能完成工作，出現(xiàn)快速損壞或者達(dá)不到要求的情況，選用材料時(shí)必須要考慮到材料的彈性和疲勞極限是否能滿足工作的需要，這兩項(xiàng)要求是非常重要的。另外選擇的時(shí)候也要考慮到它的韌性如何，是否容易加工等。
考慮到以上這些要求，我最初選用了60Si2MnA ，該材料的性能參數(shù)如表3.2所示。表3.2 60Si2MnA性能參數(shù)
參數(shù)
數(shù)據(jù)
許用切應(yīng)力[τ]
64Kgf/mm2
剪切應(yīng)力[]
100Kgf/mm2
剪切模量G
8000Kgf/mm2
彈性模量E
20000MP
3.5.2 螺旋彈簧參數(shù)計(jì)算
現(xiàn)在我們使用的幾乎所有汽車中，懸架質(zhì)量分配系數(shù) μ =ρ2y /ab都在0.8到1.2之間，這樣我們可以說(shuō)，μ的值近似是1，換一種說(shuō)法就是前后軸上方車身集中質(zhì)量的垂直振動(dòng)是互相沒(méi)有影響的，用偏頻表示每個(gè)的自由振動(dòng)頻率。偏頻越小，汽車的行駛性能越好。對(duì)于帶有鋼彈簧的汽車，前懸架的偏頻N通常在1到1.3 Hz之間。
我在計(jì)算時(shí)使用前懸架的偏頻N = 1.1Hz，并且可以通過(guò)以下公式計(jì)算前懸架的剛度：
（3.5）
在該公式中，Cs表示汽車的前懸架剛度的單位是N / mm，Ms表示車輛的前懸架的彈簧質(zhì)量的單位是kg，并且N表示前懸架的偏頻的單位是HZ。
3.5.3 計(jì)算空載剛度
前懸架的未懸掛質(zhì)量估計(jì)為50Kg，卸載前懸架時(shí)，前軸的質(zhì)量為759kg。這些數(shù)據(jù)可用于計(jì)算一側(cè)的簧載質(zhì)量?；缮腺|(zhì)量用Ms表示，則Ms=1/2（759-50）=354.5kg，N取1.1HZ，將這些數(shù)據(jù)代入式3.5得出如下結(jié)果
Cs=4N2π2Ms=16916.9N/m
3.5.4 計(jì)算滿載剛度
現(xiàn)在已經(jīng)得到了前懸架滿載時(shí)軸載質(zhì)量為862kg，可以計(jì)算一側(cè)簧上質(zhì)量
Ms=1/2（862-50）=406kg
N取1.1HZ
將數(shù)據(jù)代入式3.5得出Cs=19374.5N/m。
3.5.5 按滿載計(jì)算彈簧鋼絲直徑
使用下面的公式可以計(jì)算出彈簧的直徑
（3.6）
在該公式中，i表示彈簧的有效工作循環(huán)數(shù)，初步選擇為8，G表示材料的剪切彈性模量為8×104MPa，Dm表示彈簧的中徑取100mm。
將數(shù)據(jù)代入式3.5中計(jì)算得d=11.2mm，若選擇12mm則表面剪切應(yīng)力校核不能符合要求所以改為取14mm。
3.5.6 螺旋彈簧校核
1）彈簧剛度校核
計(jì)算彈簧剛度的公式為：
將上述數(shù)據(jù)代入式子可以算出彈簧剛度：
= 48.02N/mm > 19.37 N/mm
所以彈簧選擇符合剛度要求。
2）表面剪切應(yīng)力校核
彈簧在壓縮時(shí)與扭力桿的工作方式相似，兩者都依靠材料的剪切變形來(lái)吸收能量。彈簧鋼絲表面的剪應(yīng)力為：
（3.7）
式中，C表示彈簧指數(shù)，是彈簧直徑與鋼絲直徑的比值，即C=Dm/d；K’表示曲度系數(shù)，計(jì)算公式為；P表示彈簧軸向載荷。
已知彈簧中徑為100m，鋼絲直徑為14mm，根據(jù)這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)，彈簧指數(shù)和曲度系數(shù)可以計(jì)算為：C=Dm/d=7.14；K’=（4C-1）/（4C-4）+0.615/C=1.21。
P=1/2（862-50）×9.8×cos10°=3918N。
將數(shù)據(jù)代入式3.5得τ=440MPa。440MPa＜[τ]=640MPa，所以符合表面剪切應(yīng)力要求。
3.5.7 小結(jié)
通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以算得螺旋彈簧其它數(shù)據(jù)：
彈簧外徑 D=Dm+d=100mm+14mm=114mm
彈簧內(nèi)徑 D1=Dm-d=100mm-14mm=86mm
總?cè)?shù) n1=n+2=8+2=10
節(jié)距 p=（0.28～0.5）Dm=0.3×100=30mm
自由高度 H0=pn+1.5d=261mm
壓平高度 Hb=（n1-0.5）d=133mm
彈簧整體參數(shù)及建模如表3.3及圖3.2
表3.3 彈簧整體參數(shù)
參數(shù)名稱
數(shù)據(jù)
彈簧絲直徑
14mm
彈簧外徑
114mm
彈簧內(nèi)徑
86mm
總?cè)?shù)
10
節(jié)距
30mm
自由高度
261mm
壓平高度
133mm
圖3.2螺旋彈簧
3.6導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
懸架具有用于各種目的的具有不同結(jié)構(gòu)的各種引導(dǎo)機(jī)構(gòu)。轎車上，整體軸主要是多連桿式。對(duì)于獨(dú)立懸架，主要有單（雙）縱臂型，雙橫臂型，麥弗遜支柱型，多連桿型，拖曳臂型，半拖曳臂型和擺動(dòng)軸型。當(dāng)前在汽車中廣泛使用的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)是雙橫臂型。中型和重型卡車通常使用整體軸。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要包括板簧型，A型架，雙橫臂骨型，雙縱臂型，縱臂型。在這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我選擇了A形架架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
3.6.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
在汽車前輪上對(duì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求如下表3.4：
表3.4 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)要求
當(dāng)懸架上的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，確保前輪的軸距變化不超過(guò)±4.0mm
當(dāng)懸架上的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，前輪定位參數(shù)的變化特性應(yīng)合理，并且車輪不應(yīng)具有縱向加速度
汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，車身側(cè)傾角應(yīng)較小。在0.4g的橫向加速度作用下，車身的側(cè)傾角小于或等于6°?7°
制動(dòng)時(shí)，應(yīng)使車身有抗前俯作用；加速時(shí)，有抗后俯作用
3.6.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)
引導(dǎo)機(jī)構(gòu)的布局參數(shù)對(duì)車輛的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性有很大的影響。側(cè)傾中心，縱傾中心和懸架擺臂的定位角度這四項(xiàng)是主要的四種布置參數(shù)。
1 側(cè)傾中心
如果McPherson懸架中的彈簧減震器柱更接近垂直，而下橫臂更接近水平，則該懸架的滾動(dòng)中心將更靠近地面，這將導(dǎo)致外部?jī)A斜度的變化。想要提高運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的話，可以考慮讓下擺臂長(zhǎng)度增加。
2 縱傾中心
McPherson懸架的螺距中心可以通過(guò)一條標(biāo)點(diǎn)為減震器運(yùn)動(dòng)方向的垂直線。該垂直線與通過(guò)點(diǎn)G的擺臂軸線的平行線的交點(diǎn)為俯仰中心O。
3懸架擺臂定位角
獨(dú)立懸架中擺臂的鉸鏈軸大多是空間傾斜的。為了便于描述，將擺臂的空間定位角定義為擺臂的水平傾斜角α，懸架的抗前俯角β和懸架傾斜的初始角θ。
3.7 減振器設(shè)計(jì)
在駕駛汽車的過(guò)程中，坑坑洼洼不平的地面會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。該振動(dòng)將通過(guò)車輪傳遞到懸架。如果減震器與懸架配合良好，則可以迅速吸收振動(dòng)并減少車身振動(dòng)。由于汽車的懸架系統(tǒng)決定了汽車的舒適性和安全性，并且減震器是汽車懸架的主要阻尼元件，因此提高減震器的性能在汽車的發(fā)展中起著重要的作用。
3.7.1 減振器分類
車輛懸架中有許多不同的減震器。根據(jù)結(jié)構(gòu)，工作介質(zhì)和作用方式，減震器可分為各種類別。
根據(jù)減震器的不同結(jié)構(gòu)，可分為搖臂式和桶形減震器。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換介質(zhì)，減震器可分為摩擦式減震器，液壓式減震器等。根據(jù)作用方式，減震器可分為單作用減震器和雙作用減震器。在這兩種減震器中，雙作用減震器可用于恢復(fù)行程和壓縮行程，因此被廣泛使用在車上。現(xiàn)在，雙筒液壓減震器在汽車中使用最廣泛。
3.7.2 液壓筒式減振器工作原理
氣缸液壓油氣混合減震器的工作原理如圖所示。在圖中，A代表工作室，C代表補(bǔ)償室。閥門系統(tǒng)連接這兩個(gè)腔室。當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)，它將驅(qū)動(dòng)活塞1在工作室A中上下移動(dòng)，這將把通過(guò)相應(yīng)閥門閥體上的阻尼孔流動(dòng)的液體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能并將其消散。當(dāng)車輪彈起時(shí)，即當(dāng)懸浮液被壓縮時(shí)，活塞1向下移動(dòng)，油通過(guò)閥門II進(jìn)入工作室的上腔。由于活塞銷9占據(jù)了部分體積，一定數(shù)量的油必須通過(guò)閥門IV流入平衡室C;當(dāng)車輪跳動(dòng)和懸架展開(kāi)時(shí)，活塞1向上移動(dòng)，工作腔內(nèi)的壓力增加，油通過(guò)閥門I流到下腔內(nèi)，提供了大部分的拉伸阻尼力。部分油通過(guò)活塞銷和導(dǎo)軌座之間的空間，通過(guò)返回孔6進(jìn)入補(bǔ)償室。此外，由于活塞銷所占的體積，當(dāng)活塞向上移動(dòng)時(shí)，部分油流必須通過(guò)閥門III進(jìn)入工作室的下腔室。
3.7.3 減振器相對(duì)阻尼系數(shù)
相對(duì)阻尼系數(shù)?的物理含義是：懸架都有各自不同的剛度，他們的簧上質(zhì)量也各不相同。當(dāng)減振器與這些不同的相匹配時(shí)，產(chǎn)生的阻尼效果就是各不相同的。?的值和振動(dòng)減弱是有關(guān)系的，如果?取大的數(shù)值，那么振動(dòng)減弱的就快。同時(shí)可以將較大的道路沖擊力傳遞給車身。在一般情況下，人們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候如果給?取小數(shù)值的話，就會(huì)選擇在壓縮沖程來(lái)選擇，給它選一個(gè)比較小的數(shù)值?Y。并在伸展沖程期間選擇相對(duì)大阻尼系數(shù)?S。他們兩個(gè)之間應(yīng)該有?Y=（0.25-0.50）?S的關(guān)系。
設(shè)計(jì)時(shí)，首先選擇ψy和ψs的平均ψ。彈性元件的相對(duì)無(wú)摩擦懸架，ψ= 0.25?0.35；對(duì)于具有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，ψ值較小。為了避免懸架與車架相撞，取ψy=0.5ψs。
如果ψ= 0.3，則：
（ψs+0.5ψ）/ 2 = 0.3
計(jì)算可以得到：
ψs= 0.4ψy= 0.2
3.7.4 減振器阻尼系數(shù)δ的確定
減振器的阻尼系數(shù)可以用下面公式來(lái)計(jì)算：
（3.8）
因?yàn)閼壹芟到y(tǒng)固有頻率的計(jì)算公式是,所以從理論上講 。但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，如果采用了不同的布局，那計(jì)算上就會(huì)有區(qū)別，不能使用理論公式。在本文中我選擇了圖示的一種方式，那么這樣則阻尼系數(shù)計(jì)算公式就是：
（3.9）
根據(jù)公式，可得出：=2πn
將數(shù)據(jù)代入上式得μ=6.908HZ，選取a/b=0.8，α=10°。
將數(shù)據(jù)代入式中計(jì)算得 =2547N·s/m。
3.7.5 最大卸荷力F0的計(jì)算
為了減小沖擊力，然后將其傳遞到車身，當(dāng)減震器活塞的振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減震器將打開(kāi)卸荷閥。此時(shí)的活塞速度稱為卸載速度，其計(jì)算公式如下：
（3.10）
在這個(gè)公式中，表示的是卸荷速度，通常我們選擇在這一范圍中，A代表車身振幅，我們一般情況中都選取， 它代表的是懸架振動(dòng)固有頻率。將數(shù)據(jù)代入計(jì)算得vx=0.22m/s。0.15＜0.22＜0.3，所以符合要求。
伸張行程的阻尼系數(shù)公式為：=c
式中c表示沖擊載荷系數(shù)，取c=1.5
則伸張行程最大卸荷力=840.51N。
3.7.6 減振器工作缸直徑計(jì)算
上一個(gè)小節(jié)中，我已經(jīng)對(duì)最大卸荷力進(jìn)行了計(jì)算，有了這個(gè)結(jié)果可以計(jì)算出工作缸直徑：
（3.11）
式子中，[p]表示工作缸最大允許壓力，最大允許壓力的范圍一般在3～4MPa，我們選擇3.5MPa。代表的是連桿直徑與缸筒直徑的比值，它的范圍一般在0.4～0.5，雙筒式減振器取=0.45
將F0代入式中計(jì)算得D=20.6mm。選取時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)選擇30mm。
3.7.7 減振器外缸筒的設(shè)計(jì)
減震器的外缸的主要功能是儲(chǔ)油，即儲(chǔ)油缸。設(shè)計(jì)外缸體的直徑時(shí)，通常是內(nèi)缸體直徑的倍數(shù)，即，即
在這個(gè)式子中，表示儲(chǔ)油缸的直徑與內(nèi)缸的直徑之比，該比通常為1.35～1.50這一個(gè)范圍。在本文中我選擇，用這個(gè)數(shù)據(jù)就可以得出外缸筒的直徑，為Dc=42mm。
減振器外筒的壁厚通常都會(huì)選擇2.0到2.5mm這個(gè)區(qū)間內(nèi)，本文選擇2mm，材料選擇20#鋼。
3.7.8 減振器活塞桿設(shè)計(jì)
根據(jù)減震器的活塞桿直徑與減震器的內(nèi)筒直徑之比的要求，可以在減震器的內(nèi)筒直徑時(shí)計(jì)算出活塞桿的直徑通過(guò)計(jì)算確定活塞：
（3.12）
式中，表示減振器中內(nèi)筒的直徑；它表示減振器的活塞桿直徑和內(nèi)筒直徑的比值，一情況下選擇，在本文中我選取將數(shù)據(jù)代入式中得=9mm。
3.7.9 小結(jié)
這一節(jié)對(duì)減振器進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，其主要參數(shù)如表3.5
表3.5 減振器數(shù)據(jù)
參數(shù)名稱
數(shù)據(jù)
工作缸直徑
30mm
儲(chǔ)油缸直徑
42mm
活塞桿直徑
9mm
3.8 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)
為了讓汽車的固有振動(dòng)頻率變的更低來(lái)提高汽車駕駛時(shí)的平順性，轎車當(dāng)前懸架的垂直剛度值較小，這種情況所導(dǎo)致的結(jié)果就是汽車的側(cè)傾角剛度值也較小，轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾嚴(yán)重，汽車的行駛穩(wěn)定性收到很大的影響。為解決這一情況汽車都加裝了橫向穩(wěn)定桿來(lái)提高行駛穩(wěn)定性。
根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和觀察，我選擇了直徑是20mm的穩(wěn)定桿，它的每一段長(zhǎng)度都應(yīng)該和車架和懸架相適應(yīng)。
第4章 ADAMS分析
這一個(gè)章節(jié)中對(duì)各項(xiàng)參數(shù)受到瞬時(shí)向上力的分析，通過(guò)分析的結(jié)果來(lái)判斷懸架能否滿足使用要求，分析的結(jié)果如以下幾個(gè)小節(jié)。
4.1主銷內(nèi)傾角分析
主銷內(nèi)傾角的分析如圖4.1
圖4.1 主銷內(nèi)傾角分析
從這個(gè)圖中我們可以看出，在最開(kāi)始的時(shí)候主銷內(nèi)傾角是9.965°，而且從圖中還表現(xiàn)出角度一直在9.92°和9.97°之間變化，一直沒(méi)有超過(guò)這個(gè)范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)變化的最大值也沒(méi)有超過(guò)0.05°，屬于很小的角度變化。從左往右看的話，可以看出隨著時(shí)間的流逝，角度的變化幅度越來(lái)越小，這表明懸架起到了減振作用，由這些可以得出結(jié)果是符合要求的。
4.2主銷后傾角分析
這一項(xiàng)的分析如圖4.2所示
圖4.2 主銷后傾角分析
從這個(gè)圖中我們可以看出，當(dāng)靜止的時(shí)候，初始值是0°，后面曲線變化表示的是受到重力和彈簧的影響。圖中數(shù)值最大的點(diǎn)位于0.7°下方，始終是在0到0.7之間變化的，屬于很小的變化范圍，是符合要求的。
4.3前輪外傾角分析
這一項(xiàng)的分析如圖4.3所示
圖4.3 前輪外傾角分析
圖中顯示角度初始值是0，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后穩(wěn)定在-0.04°。變化范圍在-0.15到0.15，范圍不大而且最后很快趨于不變，這表示外傾角是-0.04°而且懸架起到了很好的減振效果。
4.4車輪跳動(dòng)量分析
這一項(xiàng)的分析如圖4.4所示
圖4.4 車輪跳動(dòng)量分析
在這個(gè)圖中我們可以看出，車輪跳動(dòng)量按正弦衰減。經(jīng)過(guò)短時(shí)間后，最終趨向于穩(wěn)定，曲線不發(fā)生變化時(shí)表示已經(jīng)停止跳動(dòng)。跳動(dòng)的范圍在-20cm到3cm。這個(gè)范圍不大是符合要求的。
第5章 結(jié)論
本文在查閱大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)了解了懸架的組成、分類、作用等的基礎(chǔ)上，完成了對(duì)上海大眾朗逸轎車前麥弗遜式獨(dú)立懸架的各組成部分的設(shè)計(jì)計(jì)算、CATIA三維建模裝配，并且用ADAMS 軟件對(duì)設(shè)計(jì)的懸架進(jìn)行了虛擬建模和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析與比較。本文主要完成的工作如下：
1 分析計(jì)算了懸架的動(dòng)靜撓度，對(duì)懸架的主要組成零件彈簧和減振器的主要相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，得到了CATIA繪圖的基本尺寸。
2 用CATIA對(duì)零部件設(shè)計(jì)建模，并將零部件進(jìn)行約束裝配，由此得到麥弗遜懸架關(guān)鍵硬點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。
3 分析了前懸架的四個(gè)車輪定位參數(shù)即主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、前輪外傾角、前輪前束角對(duì)車輪平順性的影響及合理的取值范圍。
這幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我遇到過(guò)很多的問(wèn)題，查閱資料和尋求老師幫助解決這些問(wèn)題的時(shí)候，讓我掌握了很多原來(lái)并不理解的東西。比如這個(gè)對(duì)懸架的設(shè)計(jì)，以前的學(xué)習(xí)可以了解它的作用它的組成等等，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中我親自設(shè)計(jì)出了一個(gè)懸架。這不僅讓我把已經(jīng)學(xué)到的知識(shí)融會(huì)貫通聯(lián)系起來(lái)，還在實(shí)際設(shè)計(jì)中知道了如何使用它們。
由于我的水平有限和其它因素的影響，本篇論文有很多不完善的地方，還需要我進(jìn)一步的研究。我只對(duì)前懸架進(jìn)行了模擬仿真和動(dòng)力學(xué)分析，取的硬點(diǎn)坐標(biāo)變化范圍比較小，使試驗(yàn)結(jié)果有很大的局限性。隨著研究的深入和個(gè)人水平的提高，目前存在的問(wèn)題一定會(huì)得到解決。
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