畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-朗逸轎車前麥弗遜懸架設(shè)計(jì)

朗逸轎車前麥弗遜懸架設(shè)計(jì)摘 要懸架就是一種用來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CATIA和ADAMS仿真分析來檢驗(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)全套圖紙加扣 3346389411或3012250582ABSTRACTSuspension 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 ,DesignIII目 錄摘 要IABSTRACTII第1章 緒論31.1研究背景和意義31.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀41.3 主要研究內(nèi)容和目的41.4 本文的技術(shù)路線5第2章 懸架結(jié)構(gòu)方案分析62.1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)93.1麥弗遜懸架設(shè)計(jì)概述93.2 轎車的主要參數(shù)93.3 懸架彈性特性設(shè)計(jì)103.4懸架撓度fc設(shè)計(jì)113.4.1懸架靜撓度設(shè)計(jì)113.4.2懸架動(dòng)撓度設(shè)計(jì)123.5 彈簧的設(shè)計(jì)123.5.1 螺旋彈簧的材料選擇123.5.2 螺旋彈簧參數(shù)計(jì)算133.5.3 計(jì)算空載剛度133.5.4 計(jì)算滿載剛度133.5.5 按滿載計(jì)算彈簧鋼絲直徑133.5.6 螺旋彈簧校核143.5.7 小結(jié)143.6導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)153.6.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求163.6.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)163.7 減振器設(shè)計(jì)163.7.1 減振器分類173.7.5 最大卸荷力F0的計(jì)算183.7.6 減振器工作缸直徑計(jì)算193.7.7 減振器外缸筒的設(shè)計(jì)193.7.8 減振器活塞桿設(shè)計(jì)193.7.9 小結(jié)193.8 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)20第4章 ADAMS分析214.1主銷內(nèi)傾角分析214.2主銷后傾角分析214.3前輪外傾角分析224.4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)。盡管在駕駛過程中懸架缺失也可以行駛，但是懸架如果沒有安裝的話，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，以便為駕駛員帶來更好的體驗(yàn)。多年來，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，無論是高端汽車還是低端汽車都在不斷普及。無論是面向高端市場(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到懸架系統(tǒng)的沖擊，并且可以通過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)來緩解，過大的振動(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)過長時(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題，還需要不斷的發(fā)展來使懸架更加完善。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國目前對(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15M.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)?？色@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 主要研究內(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，人們就開始了對(duì)“懸架”的設(shè)計(jì)，人們采用葉片彈簧來讓馬車坐的更舒服。在后來很長的一段時(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)懸架存在很多問題，它的參數(shù)是不能在行駛中變化的，這就意味著它無法根據(jù)各種不同的情況來調(diào)整以適合各種路面。20世紀(jì)70年代人們開始研究半主動(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年代才開始試驗(yàn)，幾大世界知名廠家開始研究，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。比較可惜的是我國在這方面起步比較晚，和國外還有很大的差距，所以我國大部分汽車上都是用的被動(dòng)懸架懸架就是一種用來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。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減震器的長度和松緊來設(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1546mm3.3 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fc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，這就可以說前后橋上的車身振動(dòng)是各自獨(dú)立的，兩者之間是無關(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 = 206.6mm3.4.2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fd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，螺旋彈簧懸架長期以來將鋼板彈簧代替。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64Kgf/mm2剪切應(yīng)力100Kgf/mm2剪切模量G8000Kgf/mm2彈性模量E20000MP3.5.2 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 =2y /ab都在0.8到1.2之間，這樣我們可以說，的值近似是1，換一種說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=4N22Ms=16916.9N/m3.5.4 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）=406kgN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=440MPa。440MPa=640MPa，所以符合表面剪切應(yīng)力要求。3.5.7 小結(jié)通過以上數(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=（0.280.5）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±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)致外部傾斜度的變化。想要提高運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的話，可以考慮讓下擺臂長度增加。2 縱傾中心McPherson懸架的螺距中心可以通過一條標(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，懸架的抗前俯角和懸架傾斜的初始角。3.7 減振器設(shè)計(jì)在駕駛汽車的過程中，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?，F(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)量的油必須通過閥門IV流入平衡室C;當(dāng)車輪跳動(dòng)和懸架展開時(shí)，活塞1向上移動(dòng)，工作腔內(nèi)的壓力增加，油通過閥門I流到下腔內(nèi)，提供了大部分的拉伸阻尼力。部分油通過活塞銷和導(dǎo)軌座之間的空間，通過返回孔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y和s的平均。彈性元件的相對(duì)無摩擦懸架，= 0.250.35；對(duì)于具有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，值較小。為了避免懸架與車架相撞，取y=0.5s。如果= 0.3，則：（s+0.5）/ 2 = 0.3計(jì)算可以得到：s= 0.4y= 0.23.7.4 減振器阻尼系數(shù)的確定減振器的阻尼系數(shù)可以用下面公式來計(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：=2n 將數(shù)據(jù)代入上式得=6.908HZ，選取a/b=0.8，=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。0.150.220.3，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34MPa，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0.40.5，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1.351.50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9mm3.8 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，通過分析的結(jié)果來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，一直沒有超過這個(gè)范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)變化的最大值也沒有超過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)過程中，我遇到過很多的問題，查閱資料和尋求老師幫助解決這些問題的時(shí)候，讓我掌握了很多原來并不理解的東西。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，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，目前存在的問題一定會(huì)得到解決。參考文獻(xiàn)1周軍超，袁杰，廖映華.基于D-最優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的麥弗遜懸架優(yōu)化J.中國工程機(jī)械學(xué)報(bào),2018(05).2張鵬，張曉東，王洪新.基于多島遺傳算法的麥弗遜懸架參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)J.湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（01）.3李強(qiáng).基于瞬心法的麥弗遜懸架特性分析與改進(jìn)設(shè)計(jì)J.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016(11).4李璞,李澄,黃長征.基于稀疏響應(yīng)面的麥弗遜懸架多約束優(yōu)化J.汽車工程學(xué)報(bào)，2015（05）.5過學(xué)迅.汽車設(shè)計(jì)（第二版）M.人民交通出版社,2013.6余晨光.汽車?yán)碚揗.中南大學(xué)出版社,2016.7王望予.汽車設(shè)計(jì)M.機(jī)械工業(yè)出版社,2017.8成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M.化學(xué)工業(yè)出版社,2016.9史文庫，姚為民.汽車構(gòu)造M.人民交通出版社，2013.10John C.Dixon.The Shock Absorber HandbookM.2007.11馮國勝、楊紹普.車輛現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法M.科學(xué)出版社，2007.12Gao Qi;Feng Jinzhi;Zheng Songlin;Optimization design of the key parameters of McPherson suspension systems using generalized multi-dimension adaptive learning particle swarm optimizationJ.ProQuest,2019,3403-342313Shi Qin;Peng Chengwang;Chen Yikai;He Jie;Li Peiqing;Chen Jiajia.Robust kinematics design of MacPherson suspension based on a double-loop multi-objective particle swarm optimization algorithmJ.ProQuest,2019,12;3263-327814Byung Chul Choi,Seunghyeon Cho,Chang-Wan Kim,Kriging Model Based Optimization of MacPherson Strut Suspension for Minimizing Side Load using Flexible Multi-Body DynamicsJ,International Journal of Precision Engineering and Manufacturing,2018,873-87915K.Vikranth Reddy;Madhu Kodati;Kishen Chatra;Sandipan Bandyopadhyay,A comprehensive kinematic analysis of the double wishbone and MacPherson strut suspension systemsJ,Mechanism and Machine Theory 2016 441-47016M.S.Fallah,R.Bhat&W.F.Xie,New model and simulation of Macpherson suspensionsystem for ride control applicationsJ.Vehicle System Dynamics,2007,1111;195-22017Su Zhuoyu;Xu Fengxiang;Hua Lin;Chen Hao;Wu Kunying;Zhang Suo,Design optimization of minivan MacPherson-strut suspension system based on weighting combination method and neighborhood cultivation genetic algorithmJ.ProQuest,2019,650-66018Sung,K-G;Park,M-K,Design and control of electronic control suspension using a magneto-rheological shock absorberJ.ProQuest,2012致謝28