汽車(chē)獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u28128汽車(chē)獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核計(jì)算案例 1145751.1設(shè)計(jì)要求 1146511.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) 129131.2.1側(cè)傾中心 1300781.2.2側(cè)傾軸線(xiàn) 3185371.2.3縱傾中心 4171761.2.4抗制動(dòng)縱傾性(抗制動(dòng)前俯角) 5171951.2.5抗驅(qū)動(dòng)縱傾性(抗驅(qū)動(dòng)后仰角) 5213101.2.6懸架擺臂的定位角 541051.3雙橫臂式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5309251.3.1縱向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 5282921.3.2橫向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 753861.3.3水平面內(nèi)關(guān)于上、下橫臂擺動(dòng)軸線(xiàn)的布置方案 78751.3.4上、下橫臂長(zhǎng)度的確定 81.1設(shè)計(jì)要求A、當(dāng)懸架上的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，請(qǐng)確保輪距不超過(guò)±1.0毫米，過(guò)大的輪距變化將導(dǎo)致輪胎過(guò)早磨損。B、當(dāng)懸架上的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，前輪的定位參數(shù)必須具有合理的變化特性，并且前輪不得產(chǎn)生縱向加速度。C、汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，車(chē)身的側(cè)傾角應(yīng)較小。在0.4g的縱向加速度作用下，為提高轉(zhuǎn)向不足效應(yīng)，車(chē)身的側(cè)傾角小于或等于6°?7°，車(chē)輪和車(chē)身得向同一方向傾斜。D、汽車(chē)剎車(chē)時(shí)，車(chē)身可以抵抗前傾；加速時(shí)，它必須起到防后仰的效果。1.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)1.2.1側(cè)傾中心如圖4-1所示，可以獲得獨(dú)立的雙橫臂懸架的側(cè)傾中心。延長(zhǎng)橫臂內(nèi)外轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的連線(xiàn)，以同時(shí)獲得P極點(diǎn)和戶(hù)點(diǎn)的高度。通過(guò)連接戶(hù)點(diǎn)和車(chē)輪接地點(diǎn)N，可以獲得在汽車(chē)軸線(xiàn)上的側(cè)傾中心W。當(dāng)橫臂臂彼此平行時(shí)，如圖4-2所示，戶(hù)點(diǎn)位于無(wú)窮遠(yuǎn)處。通過(guò)N點(diǎn)畫(huà)出一條和它相平行的平行線(xiàn)，也可以獲得側(cè)傾中心W。圖4－1橫臂式懸架和縱橫臂式懸架的距離和P的計(jì)算法和圖解法圖4—2橫臂相互平行的雙橫臂式懸架側(cè)傾中心的確定雙橫臂式獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心的高度通過(guò)下式計(jì)算得出(4－1)式中麥克弗森獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心如圖4-3所示。從懸架和車(chē)身的固定連接點(diǎn)E取活塞桿運(yùn)動(dòng)方向的垂直線(xiàn)，并延伸下橫臂REF_Ref4436\r\h[7]。兩條線(xiàn)的交點(diǎn)即為P點(diǎn)。圖4—3普通規(guī)格的麥弗遜式懸架的尺寸和P的計(jì)算法和圖解法麥弗遜式懸架的彈簧減振器柱EG的擺放越豎直，下橫臂GD的位置就越接近于水平，那么側(cè)傾中心W就會(huì)離地面更近，這樣就會(huì)導(dǎo)致車(chē)輪上跳動(dòng)時(shí)車(chē)輪外傾角的變化與理想變化有很大的差距。要想改善它的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性就要把其下橫臂加長(zhǎng)。麥弗遜式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的高度可通過(guò)下式計(jì)算(4-2)式中1.2.2側(cè)傾軸線(xiàn)在獨(dú)立懸架中，連接前后側(cè)傾中心的線(xiàn)稱(chēng)為側(cè)傾軸線(xiàn)。側(cè)傾軸線(xiàn)應(yīng)大致平行于地面，并盡可能的遠(yuǎn)離地面。平行是為了讓汽車(chē)在非直線(xiàn)行駛時(shí)使前后軸上的車(chē)輪載荷變化大致相等，以確保中性轉(zhuǎn)向特性；盡可能高是想要將車(chē)身側(cè)傾限定在允許的范圍里。但是，前懸架側(cè)傾中心高度受限于允許輪距變化，而且?guī)缀鯖](méi)可能大于150mm。另外，在前輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛中，由于汽車(chē)前軸上的負(fù)載較大并且是驅(qū)動(dòng)橋，因此前輪的負(fù)載變化應(yīng)盡可能小。因此，獨(dú)立懸架（縱臂式懸架除外）的側(cè)傾中心高度為：前懸架：0～120mm；后懸架：80～150mm。在設(shè)計(jì)時(shí)（與輪距改變有關(guān)的），應(yīng)首先確定前懸架的側(cè)傾中心的高度，然后確定后懸架的側(cè)傾中心的高度。后懸架采用獨(dú)立懸架時(shí)，其側(cè)傾中心高度應(yīng)稍大。如果使用非獨(dú)立的板簧懸架，則后懸架的側(cè)傾中心高度必須更大。1.2.3縱傾中心雙橫臂懸架的縱傾中心如圖4-4所示（由作圖法得出）。由于自鉸接點(diǎn)和G是擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)軸C和D的平行線(xiàn)，因此兩條線(xiàn)的交點(diǎn)是縱傾中心?！胞溈烁ド瓚壹艿目v傾中心O可以是減震器從正點(diǎn)開(kāi)始的運(yùn)動(dòng)方向的垂直線(xiàn)與穿過(guò)點(diǎn)G的擺臂軸平行線(xiàn)的交點(diǎn)是俯仰的中心”REF_Ref4488\r\h[8]，見(jiàn)圖4—5。圖4—4雙橫臂式懸架的縱傾中心圖4—5麥弗遜式懸架的縱傾中心1.2.4抗制動(dòng)縱傾性(抗制動(dòng)前俯角)制動(dòng)時(shí)，抗制動(dòng)縱傾性可減少汽車(chē)頭部的下沉量和汽車(chē)尾部的抬高量。僅當(dāng)前懸架和后懸架的縱傾中心位于兩個(gè)車(chē)軸之間時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)此性能，如圖4-6所示：圖4－6抗制動(dòng)縱傾性1.2.5抗驅(qū)動(dòng)縱傾性(抗驅(qū)動(dòng)后仰角)抗驅(qū)動(dòng)縱傾性對(duì)于減少后輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛車(chē)尾的下沉量或前輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的車(chē)頭的抬升高度是有用的。與抗制動(dòng)縱傾性不同，此性能僅在汽車(chē)由單橋驅(qū)動(dòng)時(shí)才起作用。對(duì)于獨(dú)立懸架，只有在縱傾中心的位置高于驅(qū)動(dòng)橋車(chē)輪的中心的情況下才能實(shí)現(xiàn)此性能。1.2.6懸架擺臂的定位角獨(dú)立懸架中的大多數(shù)擺臂鉸鏈軸在空間上是傾斜的。為了更好描述，擺臂的空間定位角定義如下：，擺臂的水平傾斜角;,懸架抗前俯角;,懸架斜置初始角。如圖4—6所示。1.3雙橫臂式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1.3.1縱向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案上、下橫臂軸抗前俯角的匹配在很大和程度上影響了主銷(xiāo)后傾角的改變。六種布置方案的主銷(xiāo)后傾角值，隨車(chē)輪跳動(dòng)的曲線(xiàn)如圖4—7所示。圖中為橫坐標(biāo)值，Z是縱坐標(biāo)，代表了車(chē)輪接地中心的垂直位移量。在這六種方案中，“、的值必須參見(jiàn)圖注，然后用右手定則確定其正負(fù)號(hào)”REF_Ref4553\r\h[9]。圖4—7、、的定義圖4—8、的匹配對(duì)的影響為了提高汽車(chē)的制動(dòng)穩(wěn)定性和乘坐的舒適性，通常預(yù)期主銷(xiāo)后傾角發(fā)生如下改變：當(dāng)懸架彈簧被壓縮時(shí)，后傾角角度增加；當(dāng)彈簧被拉伸時(shí)，后傾角角度縮小。隨著主銷(xiāo)后傾角主銷(xiāo)腳輪角度的增大，控制臂支架上會(huì)產(chǎn)生力矩，以防止制動(dòng)時(shí)向前傾斜。通過(guò)分析圖4—8中相關(guān)的變化曲線(xiàn)，第4、第5方案的變化規(guī)律：減小壓縮行程，增大拉伸行程，因?yàn)檫@一規(guī)律與期望的規(guī)律截然不同，所以不適合被用在在汽車(chē)前懸架上；第3方案：變化最小的時(shí)主銷(xiāo)后傾角，但是抗前俯的作用很小，所以現(xiàn)代汽車(chē)一般也很少用它；第1、2、6方案：主銷(xiāo)后傾角變化時(shí)相對(duì)較好的，所以被廣泛運(yùn)用在汽車(chē)領(lǐng)域。1.3.2橫向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案REF_Ref4638\r\h1）2）3）圖4—9上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置方案“通過(guò)對(duì)圖4—91）、2）、3）三圖的比較我們可以得出，上、下橫臂布置的改變的同時(shí)會(huì)造成側(cè)傾中心位置的改變，我們可以根據(jù)對(duì)側(cè)傾中心位置的要求對(duì)上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置進(jìn)行設(shè)計(jì)”REF_Ref16463\r\h[10]。1.3.3水平面內(nèi)關(guān)于上、下橫臂擺動(dòng)軸線(xiàn)的布置方案三種上、下橫臂軸線(xiàn)在水平面內(nèi)的相關(guān)的布置方案，見(jiàn)圖4—10?！跋聶M臂軸M—M與縱軸線(xiàn)夾角為，上橫臂軸N—N與縱軸線(xiàn)夾角為，分別叫作導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上臂軸和下橫臂軸的水平斜置角。一般規(guī)定，夾角的正負(fù)取決于軸線(xiàn)前端是否原理汽車(chē)縱軸線(xiàn)，遠(yuǎn)離為正，反之為負(fù)，如果與汽車(chē)縱軸線(xiàn)平行則為0”[8]。1）2）3）圖4—10水平面內(nèi)上、下橫臂軸布置方案為了使輪胎在遇到凸起障礙的時(shí)侯輪胎可以一面上跳，而另外一面向后退讓?zhuān)瑥亩鸬绞箓鞯杰?chē)身上的沖擊力減少的作用和讓布置發(fā)動(dòng)機(jī)更方便，大多數(shù)前置發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)的懸架為正，則有三種布置方案，分別是正，負(fù)，零。如圖4—10中的1）、2）、3）所示。不同的組合方案會(huì)對(duì)車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)前輪定位參數(shù)的變化規(guī)律造成極大的影響。當(dāng)為正值、為負(fù)值或零，車(chē)輪的主銷(xiāo)后傾角隨著上跳的增大而增大。當(dāng)、都為正值，如圖4—331）所示，則主銷(xiāo)后傾角隨車(chē)輪的上跳較少增加而減少(當(dāng)＜時(shí)）。對(duì)于如何選取最合適的方案還要考慮到上、下橫臂在縱向平面內(nèi)的布置。伴隨車(chē)輪上跳、主銷(xiāo)后傾角變大而來(lái)的是懸架支承處所產(chǎn)生的可以抑制制動(dòng)時(shí)前俯的作用的反力矩。但是如果主銷(xiāo)后傾角過(guò)大的話(huà)，會(huì)很容易導(dǎo)致車(chē)輪擺振或轉(zhuǎn)向盤(pán)上力的改變。所以，如轎車(chē)的主銷(xiāo)后傾角原始值：-1°～+2°。車(chē)輪的上跳的過(guò)程中，懸架每壓縮了10mm，主銷(xiāo)后傾角變化就是大約10°～40°。1.3.4上、下橫臂長(zhǎng)度的確定REF_Ref26865\r\h“雙橫臂式懸架的上下臂的長(zhǎng)度在車(chē)輪上下跳動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)前輪的定位參數(shù)造成很大影響。現(xiàn)代汽車(chē)通常使用具有較短的上橫臂和較長(zhǎng)的下橫臂的雙橫臂式前懸架首先是考慮發(fā)動(dòng)機(jī)布局的便利性。其次也是為了達(dá)到理想的懸架運(yùn)動(dòng)特性的目的。在設(shè)計(jì)汽車(chē)懸架時(shí)，通過(guò)縮減輪距的變化來(lái)所見(jiàn)輪胎的損耗來(lái)達(dá)到增加它的使用時(shí)間的目的。因此，對(duì)于上臂和下臂的長(zhǎng)度比值，我們要選擇盡量接近0.6的比