朗逸轿车前麦弗逊悬架设计(含5张CAD图纸)
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3 传动系统3.1变速箱和齿轮比3.1.1变速箱的原因现代车辆中使用的内燃机将在有限的有效转速范围内运行,例如15007000 rpm,从而产生相对较低的扭矩(转向力)。 如果速度降至下限以下,或者负载过大,则发动机将熄火,车辆将进入静止状态。 如果车辆没有变速箱,则以下缺点很快就会变得明显。启动时加速不足离合器必须打滑相当长的时间才能避免发动机熄火。 之前必须达到约24 kph(15 mph)的道路速度图3.1变速箱关闭可能会发生完全啮合,在此期间,车轮的驱动力(拉力)只会略大于与车辆运动相反的力(拉力)。 加速度取决于牵引力和阻力之间的差异。 如果该差很小,则加速度将较差。牵引力:向前移动物体或车辆所需的力。牵引阻力:牵引力必须克服以产生运动的反向力。爬坡能力差坡度会增加阻力,这意味着一旦爬上山坡,发动机就会减速并最终失速。 这可以通过采用具有高扭矩输出的大型发动机来克服,但这将是不经济的。车辆不能低速行驶随着车速降低,发动机转速也将降低。 如果车辆必须以低速行驶,则需要打滑离合器以避免失速。无中性或反向不可能在不熄火的情况下保持车辆静止,因此在车辆不行驶时始终必须分离离合器。 这也使车辆难以操纵。3.1.2齿轮杠杆图3.2显示了一种简单的方法,可以通过操纵杆来帮助人向前推动车辆。 当人没有杠杆而施加努力时,就没有足够的力来向前运动。 当使用操纵杆并使之在保险杠上枢转时,由于在操纵杆的整个长度上施加了重复的力,因此人可以产生向前运动。 实际上,杠杆的长度提供了来自人相同量力而施加的力的倍增。图3.2强调了安装变速箱的重要性。其他机械设备也可以产生类似的结果,尽管不一定要使用杠杆。 诸如齿轮之类的组件可以提供来自给定输入的力的倍增。 图3.3a显示了使用重物和滑轮的杠杆的另一种简单形式。 利用砝码m和皮带轮施加到杠杆末端的力可以举起四倍的砝码(砝码M)。 这个简单的实验表明,使用杠杆系统可以放大较小的输入力。图3.3b显示了如何使用两个圆盘来获得杠杆。 在此示例中,作用在轴C上的质量将在轴D上支撑更大的质量。此布置可以视为简单的变速箱,发动机连接到C轴,车轮连接到D轴。在此示例中,输出扭矩 是发动机扭矩的两倍,如果将圆盘B制成A直径的三倍,则输出扭矩为高音三倍。 这似乎无所不能,但是必须考虑速度。 可以看出,随着转矩的增加,速度成比例地减小,因此,假设该机构的效率为100,则功率保持不变。在图3.3b中,速度比(运动比)也称为齿轮比,在这种情况下为2:1,这表示输入轴需要旋转两圈才能使输出轴旋转一圈。在汽车的早期设计中使用了皮带,皮带轮和摩擦驱动器,但由于采用了滑动齿轮装置,这些系统逐渐消失了。3.1.3齿轮比的确定要获得较高的最高车速,并在整个速度范围内实现良好的加速度和经济性,就需要一种齿轮传动系统,使发动机能够以使其发挥最佳性能的速度运转。 最大的发动机功率,扭矩和经济性都出现在不同的发动机转速下,因此这使得匹配传动比的任务变得困难,尤其是在必须考虑可变的工况和驾驶员需求的情况下。设置多个传动比时要考虑发动机的要求,以使其适应给定的工作条件(表3.1)。表3.1操作条件需求最高车速最大引擎功率最大加速度最大发动机扭矩最大牵引力最大发动机扭矩最大经济发动机处于中速和轻载状态,节气门开度较小如今,适合于轻型车辆的发动机类型通常需要能够提供五个前进速度和一个倒档的变速箱(即,除了倒档之外,还有五个不同的前进档速比)。 这样可以提供合理的性能,以适应包括经济在内的大多数驾驶条件。但是,有些车辆装有六速,七速甚至八速变速箱。 应该注意的是,高齿轮是具有低数值的传动比的齿轮(即,传动比为1:1,高于传动比为2:1)。档位越低,发动机和车轮之间的减速力就越大; 这意味着,对于给定的发动机转速,车轮转速较低。最高车速当车辆设置在最高档位并且油门保持完全打开时,可以达到最高车速。为了使大多数情况下使用的齿轮的摩擦损失最小,“顶级齿轮”的传动比应选择为1:1(直接驱动)。 因此,“最高档”的设置实际上是根据轮毂直径和发动机特性选择最终传动比的选择。图3.4显示了确保车辆能够达到较高的最大速度所必须考虑的因素。 它显示了所需功率和可用功率之间的平衡。 前者的数据由发动机的制动功率曲线给出。 对于后者,通过计算车辆在水平道路上行驶时克服其牵引阻力所需的功率来获得数据。牵引阻力(有时称为总阻力)包括:1空气阻力由于车辆在空中移动2滚动阻力由于轮胎和路面之间的摩擦。 很大程度上受路面类型的影响3坡度阻力随着坡度(坡度)对车辆运动的影响而增加。图3.4a表明,推动给定车辆所需的功率随速度的立方而增加。 这意味着,如果速度加倍,则所需功率将是原来的八倍。 在此示例中,需要150 kW的功率才能以200 kph的速度驱动车辆。适配于该车辆的发动机的动力输出如图3.4b所示。 该功率曲线表明,发动机在5000 rpm时产生150 kW的峰值制动功率。如果最大道路速度要尽可能高,则必须设置该车辆的齿轮比,以使“可用功率”曲线的峰值出现在道路速度为200 kph时。 在这种情况下,发动机转速为5000 rpm,以200 kph的速度驱动车辆。总齿轮比(齿轮箱比最终传动比)一旦确定了两条曲线的相对位置,就可以检查加速度的总体性能。 两条曲线之间的垂直差是可用于加速的剩余功率,因此可以将其绘制为单独的曲线以显示达到最大加速的速度。假设摩擦被忽略,则必须认识到,齿轮系统既不增加也不减少动力(即,从传动系统输出的动力类似于发动机制动动力,而与传动比无关)。因此,图3.5中的曲线所示的车辆的齿轮比的变化将导致峰值P从其在图3.4c中占据的位置水平移动。 降低比率(曲线A)将“可用功率”曲线向左移动,提高比率(曲线C)将其向右移动。 这两个条件分别称为齿轮不足和齿轮过度。在这两种情况下,最大可能速度都会降低,但这不是主要考虑因素。 表3.2列出了两种齿轮传动条件的优点。表3.2条件优点不足更大的加速动力,因此车辆响应更快灵活的顶级档位性能,因此当车辆遇到较高的牵引阻力时,只需进行较少的换档过度在给定的行驶速度下降低发动机转速,因此:更好的经济性更低的发动机噪音水平发动机磨损少不足档位的优点可用于克服过度档位的缺点,反之亦然。 对这两种情况的比较表明,档位不足更适合普通汽车,因此档位不足通常为10至20。 这意味着,在达到最大可能车速之前,发动机功率峰值出现在10至20之间,尽管有更多的可用档位可以更好地匹配齿轮。最大牵引力一旦设计人员设定了总的最高齿轮比,便可以确定最低齿轮比(第一齿轮)。 该齿轮在下车时使用,在需要最大牵引力时也需要使用,以使车辆能够爬上非常陡峭的山坡。牵引力是基于发动机扭矩的,因此,当发动机发展其最大扭矩时,特定齿轮会出现最大牵引力。 在图3.6a中,最高档位的性能(以前以功率差异表示)显示为力的平衡。 可以看出,驱动力曲线的形状与发动机转矩曲线相似。 牵引力曲线的峰值出现在由整体齿轮传动比和车轮有效直径控制的道路速度上。 力和阻力曲线之间的差异代表可用于加速的力。图3.6b显示了降低传动比对牵引力曲线的影响。 在这种情况下,底部齿轮箱的传动比为4:1,足以充分满足牵引爬坡需求的牵引力。离合器的逐渐接合动作必须用于提供足够的牵引力,以使车辆在由曲线表示的陡坡上行驶。 一旦离合器完全接合,并且发动机在最大扭矩范围内运行,则可能会产生较小的加速度-这是假定发动机转速不会降低得太低。通过将所需的最大努力除以顶部齿轮中可用的最大努力来计算最低齿轮箱速比。中间齿轮设置了最高和最低变速箱速比之后,然后插入中间速比,以使它们形成几何级数(GP)。 这意味着所有单独的比率都按公共比率前进。 例如,假设最高和最低总传动比分别为4:1和16:1,那么三速和四速变速箱的传动比组为:三速变速箱:4、8和16(普通速比2)四速变速箱:4、6.35、10和16(普通比1.59)为了获得最佳的速度和加速性能,发动机应在最大扭矩和最大功率的限制之间的速度范围内运行。 该工作范围越宽,弥合顶部和底部之间的间隙所需的比率数量越少。 大多数现代汽车发动机的范围都很窄,因此与这些发动机配合使用的变速箱通常至少具有五速箱,在某些情况下甚至是六速或七速。在装有六个齿轮的变速箱中,通常第五个齿轮比为1:1,第六个为超速档,因为它的齿轮比可以提高速度。 结果,它驱动输出轴的速度比发动机快。3.2不同类型的齿轮和变速箱3.2.1齿轮类型机动车上使用了各种类型的齿轮,但是齿轮箱采用以下一种或多种:1正齿轮平行于轴线的齿,用于滑动啮合齿轮箱。 主要用于倒档系统。2斜齿轮倾斜于轴线以形成螺旋的齿。 增强强度,使操作更安静。3双斜齿轮两组相对的斜齿。4圆柱齿轮或行星齿轮正齿轮或斜齿轮围绕非固定中心旋转。类型2和3用于恒啮合和同步啮合齿轮箱。 大多数自动变速箱使用行星齿轮传动。齿轮材质齿轮齿必须承受剧烈的冲击载荷和磨损,因此使用表面硬化钢来提供坚硬的芯和坚硬的表面。3.2.2手动变速箱现在的变速箱可分为两个主要类别:手动和自动。 手动变速箱要求驾驶员完全控制变速箱。 通常,驾驶员会使用手动控制杆来选择最合适的齿轮比,以适应驾驶条件。 通过使用自动选择手动变速箱,这已经得到进一步发展。 这种变速箱可作为手动变速箱使用,但具有电子或液压变速装置。 这可以加快换档速度,还可以使驾驶员进行自动换档。 这些在第346页上有更详细的说明。除了倒档之外,现代变速箱中提供的“速度”(齿轮比)数在某些情况下为四,五,六甚至七。 过去,出于成本原因,通常使用三速变速箱。 手动变速箱的主要类型有:滑动啮合恒啮合同步啮合。现在,同步啮合是最常用的类型。 这种类型的布局是从其他两种布局发展而来的,正是由于这个原因,现在已经过时的滑动啮合用于初始研究。3.2.3自动术语“自动变速箱”是指一种变速箱类型,能够在整个车辆运行状况下无需驾驶员的帮助即可换档。 一旦驾驶员做出初步选择以确定车辆的行驶方向(图3.8)和要使用的档位,其他决定就由变速箱控制模块或变速箱内的“大脑”做出。在美国,变速箱称为变速箱。这就解释了为什么自动变速箱有时被称为自动变速箱的原因。如今,许多自动变速箱都使用行星齿轮系统。通过借助于摩擦离合器或制动器保持或驱动齿轮系的一个或多个部分来获得所需的齿轮。制动器和离合器由液压系统控制;它要么集成了自己的传感系统,要么使用电子设备监控发动机和车辆的运行状况。除了四速周转齿轮箱外,大多数自动系统还需要在发动机和齿轮箱之间安装液力离合器装置(称为变矩器)。这代替了普通的摩擦离合器和两个功能:当发动机转速低于约1000 rpm时,它自动将发动机与变速器分离。并且还提供了无限可变的扭矩和速度比,以弥合齿轮箱周转比之间的阶跃。在英国,变矩器和自动变速箱的组合构成了自动变速器系统。3.2.4无级变速器普通发动机的功率输出随发动机转速而变化。 在低速下,输出功率非常低,因此,如果需要良好的车辆性能,则发动机必须旋转得更快。 它需要以最大功率运行。当考虑扭矩输出和燃油经济性时,将重复这个故事。 最大扭矩的产生速度与最大经济性的产生速度不同,并且这两个速度均与最大功率的点不一致。对于传统的变速箱,要达到这三个性能因素中任何一个的恒定发动机转速要求是不可能的。 这是因为必须不断改变发动机转速以适应车速。 结果,发动机仅在适合于最大发动机扭矩,功率或经济性的车速下发挥最佳性能。具有无限可变比率的齿轮系统将提供如图3.9所示的性能这被称为理想牵引力曲线。 在这种情况下,发动机将保持其提供最大功率的速度,并且通过改变传动比来改变道路速度。可以从根据图3.10所示系统原理运行的任何系统中获得理想曲线的近似值。 这种特殊的布置不是很实用,但是布局显示了这种齿轮传动方法背后的基本思想。由于无级变速的好处,无级变速箱(CVT)现在变得越来越流行,从而提高了经济性并降低了排放。 一些车辆例如混合动力汽车,为此使用CVT布置,这进一步改善了在使用电动机和汽油发动机配置时提供的经济性。 DAF是首批采用CVT的量产汽车。 该车辆具有皮带轮和皮带轮的布局,称为变速CVT系统(图3.11)。 这是由荷兰制造商开创的,并作为他们在1950年代后期生产的小型汽车的标准配置。3.2.5分步传动传统齿轮箱曲线与理想曲线的比较如图3.12所示。 该图说明了为什么使用术语“步进传动”来描述提供这种步进输出的任何系统。最初只有三个前进档的变速箱需要发动机在很宽的转速范围内运行; 这意味着在许多道路速度下的牵引力远远低于理想水平。 传动比的数量增加了相当大的改进,尽管许多乘用车的齿轮传动比要比重型汽车少,但它却在许多重型车辆以及现代乘用车中得到了使用。 当比率的数量增加到大约10时,为缩小比率之间的差距所需的狭窄发动机范围与实际牵引曲线接近理想值的近似组合使发动机可以在其周围运行 最佳速度。通过使用带有变矩器的自动变速箱可以达到理想的牵引力曲线。 尽管变矩器在低发动机转速下效率非常低下,但变矩器在大约2:1到1:1的极限之间无限变化的比率的影响会在主自动变速箱的步进比之间实现平稳过渡和正向驱动( 图3.13)。3.2.6其他类型的变速箱和变速器如今,许多适合于车辆的变速箱都采用了手动和自动变速箱系统的示例,并将它们链接在一起,以提供能够像手动变速箱一样运行的变速箱,但是变速箱是通过使用电动马达或液压辅助装置的自动机构进行变速的。 通过使用这种自动换档设置,驾驶员可以在完全手动变速箱模式下驾驶车辆之间进行选择,换档可以通过使用拨片或使用操纵杆前进或后退以向上和向后移动来进行。 降低速比,或在自动模式下由变速箱电子控制单元(ECU)决定何时换档。 在这两种情况下,系统都是电子控制的,通常可以非常快速地进行齿轮更换,从而提高性能和经济性。 这些新的变速箱在346页上有更详细的介绍。3.3驱动器配置3.3.1驱动布局车辆的一般驾驶配置通常取决于其预期的功能和目的。 发动机产生动力使车辆沿着路面移动。 该动力通过变速箱和变速箱总成传输。 尽管今天的道路上仍有少量三轮车,但大多数轻型车都有四个轮。 因此,驱动器配置布局为两轮或四轮驱动。四轮驱动的产品阵容为客户提供了选择。 四轮驱动通常只在越野车上看到,但是现在它可以在各种普通公路车上使用,从家庭轿车,掀背车到房地产和跑车。 四轮驱动系统会因所有四个车轮推动车辆而产生的牵引力增加而产生收益,特别是在摩擦较小的情况下。三轮车辆通常通过后桥中的最终驱动器将来自发动机的动力传递至后轮。 但是,有一些较小的带发动机的三轮车辆,它们将发动机置于前转向轮上方,并将驱动力直接传递给该转向轮。 一些生产更高功率的三轮车辆的独立制造商采用了驱动装置,其中后轮为单轮,前轮为两个。 后轮通常由强大的摩托车发动机通过链条或螺旋桨轴驱动。制造商对驱动装置的选择通常取决于车辆的市场和目的。 从前轮驱动到四轮驱动的每种类型的驱动装置都有优点和缺点,车辆设计者在生产新型车辆时会考虑到这些优点和缺点。3.3.2后轮驱动传统上,汽车采用后轮驱动布局(图3.14)。 在这里,后轮充当驱动轮,前轮旋转以允许汽车转向。 以这种方式定位主要的车辆驱动部件和发动机单元为技术人员提供了更好的可达性,但同时通过安装传动隧道将螺旋桨轴沿乘客舱的长度方向定位,也影响了乘客空间。 后轮驱动在干燥和牢固的抓地力条件下提供良好的牵引力。 但是,在松散的表面上以及在潮湿条件下的加速下,后轮驱动车辆容易弯曲并失去抓地力,从而导致汽车后部向侧面移动,如果要保持直线行驶,则需要对前(转向)轮进行连续校正。 保持。3.3.3前轮驱动布置更紧凑的好处使前轮驱动布局成为制造商的热门选择(图3.15)。小型车的需求增长与经济型车的需求增长一样快。这促使制造商生产更紧凑的设计,通常采用前轮驱动。将所有主要部件容纳在发动机罩下,为乘员提供了更多的车辆空间,并消除了对传输隧道的需要。现在,驱动桥以变速驱动桥的方式组合在一起,这允许发动机和变速箱的输出轴沿相同方向移动,并使用较短的驱动轴连接至车轮。驱动轴装有一个内部和外部接头,称为等速万向节(CV接头),可确保在旋转时获得均匀的速度,即使在大角度传动时也可减少振动。前轮驱动的一个缺点是在大加速度和爬坡条件下缺乏抓地力,因为车辆的重量向后移动,从而使前轮失去重量。如果不使用动力转向,转向也很沉重。但是,操作性得到了改善,尤其是在潮湿条件下。开题报告1目的及意义1.1选题研究背景伴随着我国经济的高速发展,人民生活水平和质量明显提高,汽车已经是人们的日常生活中必不可少的交通工具。因此人们对汽车的舒适性,安全性以及驾驶操控性等越来越重视,汽车行业也随着消费者的需求而不断发展。作为汽车安全结构的重要组成部分,一直以来,汽车的行驶操控性和舒适性与底盘结构中的悬挂系统息息相关,而悬挂结构的简单与复杂也直接决定着汽车制造成本的高低。一辆汽车,既要舒适又操控性好,这个极难妥协又要达到尽可能平衡的悬架总成设计,相对厂家的技术实力,无疑是一个极大的挑战。麦弗逊式独立悬架是众多悬挂系统中的一种,它以结构简单、成本低廉、舒适性尚可的优点赢得了广泛的市场应用。因此有必要对上海大众朗逸轿车麦弗逊悬架设计进行研究。1.2选题研究的目的及意义本题研究的目的主要是针对上海大众朗逸轿车结合国内研究背景以及市场趋势等设计一款前麦弗逊悬架。对于汽车来说,舒适性、安全性、操控性的决定性因素主要取决于汽车的基础设计悬架。悬挂系统应有的功能是支持车身,改善乘坐的感觉,不同的悬挂设置会使驾驶者有不同的驾驶感受。外表看似简单的悬挂系统综合多种作用力,决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性,是现代轿车十分关键的部件之一。悬架是现代汽车的重要组成部分之一。虽然并非汽车在行进必不可少的装备,但如果没有悬架,将极大的影响汽车的操纵稳定性和平顺性。悬架对整车性能有着重要的影响。在汽车市场竞争日益加剧的今天,人们对汽车的性能的认识更多的靠更为直接的感观感受,而非他们不太懂得的专业术语。因此,对汽车操纵稳定性平顺性的提升成为了各大汽车厂商的共识。与此关系密切的悬架系统也被不断改进,主动半主动悬架等具有反馈的电控系统在高端车辆上的应用日趋广泛。无论定位高端市场,还是普通家庭的经济型轿车,没有哪个厂家敢忽视悬架系统及其在整车中的作用。这一切,都是因为悬架系统对乘员的主观感受密切联系。悬架系统的优劣,乘员在车上可以马上感受到。“木桶理论”,很多人都知道,整车就好比是个“大木桶”,悬架是它的一片木板。虽然,没有悬架的汽车还是可以跑动的,但是坐在上面是很不舒服的。只有当悬架这块木板得到足够重视,才能使整车性能得以提升。否则,只能是句空话。完善的汽车悬架系统可以很好的缓解路面给予车辆的冲击,减轻汽车振动给乘客带来头晕,晕车等不良反应,使乘客感受到很好的乘坐舒适性。同时将汽车的悬架系统调校好,好的悬架系统在弯道性能上就能很好的表现出来,还有出去郊游时,能在恶劣的路况下行驶,可以给驾驶员带来更好的操作稳定性。优良的悬架避震性能,也可以减轻振动给零件带来的冲击导致损坏,减少故障,降低维修成本和行驶安全。悬架系统使汽车能精准的过弯转向,也能避免一定的交通事故发生可能性。因此可以发现,悬架对于整辆车具有重大的意义,不可或缺。而当前的汽车悬架虽然已经十分先进,但是毕竟没有完美的事物,不论什么形式的独立悬架或非独立悬架都有其缺点和不足。因此还需要不断的研究发展。1.3国内研究现状国内对麦弗逊悬架的研究非常之多:四川理工学院机械工程学院和人工智能四川省重点实验室的周军超,袁杰,廖映华,汤爱华结合D-最优试验设计理论,建立了汽车的麦弗逊独立悬架动力学模型.结合随机路面模型仿真,对悬架各个结构参数进行最优实验分析,得到麦弗逊式悬架优化性能参数.经过优化分析与优化前悬架的性能进行对比,得出最优结构参数1;皖西学院机械与车辆工程学院的张鹏,张晓东,王洪新,刘建树提出一种基于多岛遗传算法进行麦弗逊悬架参数优化设计的方法。他们以某款采用了麦弗逊式前悬架的轿车为研究对象,基于Matlab/Simulink构建了前悬架动力学分析的数学模型,并通过相应Adams模型的仿真分析对数学模型进行了可靠性验证。在这个基础上,通过扰动法分析得到结构参数对悬架性能的影响方式。通过具体分析灵敏度大小,可获取对刚度特性影响最灵敏的参数。最后运用多岛遗传算法对参数的优化,从而实现悬架性能的优化2。合肥工业大学机械与汽车工程学院的李强提出了一种基于瞬心法进行麦弗逊悬架运动特性分析与优化设计的方法3。李璞,李澄,黄长征,王洪荣,胡松喜针对传统优化方法需要频繁调用仿真模型的弊端,提出基于非自适应采样和稀疏响应面方法的麦弗逊悬架多约束优化方法4。1.4国外研究现状Gao Qi;Feng Jinzhi;Zheng Songlin提出一种综合评价指标体系并证明该体系的可行性,广义多维自适应学习粒子群算法对于麦克弗森悬架系统关键参数的优化设计是有效的12。Shi Qin;Peng Chengwang;Chen Yikai设计了一种新颖的双环多目标粒子群算法13。Byung Chul Choi,Seunghyeon Cho,Chang-Wan Kim通过使用Kriging模型进行了优化设计以最小化侧向载荷14。K.Vikranth Reddy;Madhu Kodati;Kishen Chatra介绍了悬架系统的完整空间模型的位置运动学分析15M.S.Fallah,R.Bhat&W.F.Xie提出一种用于行驶控制应用的Macpherson支撑系统的非线性模型。该模型包括弹簧悬挂质量的垂直加速度,并包含了悬架连杆机构的运动学特性16。Su Zhuoyu;Xu Fengxiang;Hua Lin;Chen Hao;Wu Kunying进行了小型货车麦克弗逊式悬架系统的运动学特性分析和优化设计。可获得更好的车轮定位参数,并进一步提高了悬架的系统性能17。Sung,K-G;Park,M-K研究了配备可控磁流变(MR)减震器的电子控制悬架(ECS)的设计和控制以及适当的控制策略18。2设计的基本内容、目标、拟采用的方案及措施2.1选题研究内容、目标根据选题要求查询上海大众朗逸轿车参数,并分析前麦弗逊悬架的组成和功用,对上海大众朗逸轿车的前麦弗逊悬架进行设计。具体研究工作包括以下几点:1.分析上海大众朗逸轿车麦弗逊独立悬架的组成和功用;2.对悬架上的各零部件强度的校核;3.详细考虑各部件之间的连接关系;4.悬架自然振动频率,悬架静挠度和动挠度以及悬架弹性特性的计算。2.2论文技术路线为设计上海大众朗逸轿车前麦弗逊悬架,首先查阅目标车型参数,分析上海大众朗逸轿车麦弗逊独立悬架的各组成部分及其功用,对比上海大众朗逸轿车与其他车型前麦弗逊悬架的区别以及原因。根据各参数对各零部件进行初步计算确定数据,再进行各零部件的强度校核。若校核不合格则需重新计算直到校核通过。在算得数据基础上使用CATIA进行三维建模,然后应用仿真软件ADAMS对麦弗逊悬架模型进行运动学仿真分析,找出悬架系统中存在的问题,并进行修改,直至仿真分析的结果符合要求并最终确定悬架系统的结构。最后进行装配图及零件图的手工绘图和计算机绘图。3进度安排周次(时间)工作内容提交内容(阶段末)1-2(7学期第18、19周)确定毕业设计选题、完善毕业设计任务书(相关参数)、校内外资料收集毕业设计任务书3-4(8学期第1-2周)方案构思、文献检索、完成开题报告文献检索、开题报告5(8学期第3周)外文翻译、资料再收集外文翻译6(8学期第4周,3月19日)开题答辩开题答辩PPT、开题答辩记录表78(8学期第5-6周)设计计算、草图绘制设计计算草稿、草图911(8学期第7-9周)图样绘制、编写设计计算说明书(论文)图样、论文初稿1215(8学期第10-13周)图样及论文整理;关注组中期检查正式图样、论文毕业实习两周(8学期第11-12周)校外实习或线上实习、资料收集、完成实习报告实习报告16(8学期第14周)学生提出答辩申请,作答辩准备,资料袋整理;答辩资格审查,查重;教师审阅图纸、说明书毕业设计资料袋17(8学期15周)参加答辩答辩PPT毕业设计成绩4参考文献1周军超,袁杰,廖映华.基于D-最优试验设计的麦弗逊悬架优化J.中国工程机械学报,2018(05).2张鹏,张晓东,王洪新.基于多岛遗传算法的麦弗逊悬架参数优化设计J.湖北汽车工业学院学报,2018(01).3李强.基于瞬心法的麦弗逊悬架特性分析与改进设计J.合肥工业大学学报,2016(11).4李璞,李澄,黄长征.基于稀疏响应面的麦弗逊悬架多约束优化J.汽车工程学报,2015(05).5过学迅.汽车设计(第二版)M.人民交通出版社,2013.6余晨光.汽车理论M.中南大学出版社,2016.7王望予.汽车设计M.机械工业出版社,2017.8成大先.机械设计手册M.化学工业出版社,2016.9史文库,姚为民.汽车构造M.人民交通出版社,2013.10John C.Dixon.The Shock Absorber HandbookM.2007.11冯国胜、杨绍普.车辆现代设计方法M.科学出版社,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 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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 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论31.1研究背景和意义31.2国内外研究现状41.3 主要研究内容和目的41.4 本文的技术路线5第2章 悬架结构方案分析62.1悬架的分类及特点6第3章 麦弗逊式独立悬架设计93.1麦弗逊悬架设计概述93.2 轿车的主要参数93.3 悬架弹性特性设计103.4悬架挠度fc设计113.4.1悬架静挠度设计113.4.2悬架动挠度设计123.5 弹簧的设计123.5.1 螺旋弹簧的材料选择123.5.2 螺旋弹簧参数计算133.5.3 计算空载刚度133.5.4 计算满载刚度133.5.5 按满载计算弹簧钢丝直径133.5.6 螺旋弹簧校核143.5.7 小结143.6导向机构设计153.6.1 导向机构设计要求163.6.2导向机构的布置参数163.7 减振器设计163.7.1 减振器分类173.7.5 最大卸荷力F0的计算183.7.6 减振器工作缸直径计算193.7.7 减振器外缸筒的设计193.7.8 减振器活塞杆设计193.7.9 小结193.8 横向稳定杆设计20第4章 ADAMS分析214.1主销内倾角分析214.2主销后倾角分析214.3前轮外倾角分析224.4车轮跳动量分析23第5章 结论24参考文献25致谢27附录28第1章 绪论1.1研究背景和意义在最近这些年,老百姓们生活质量较以往有了很大提高,汽车不再是少数人才能有的代步工具,普通人也都可以拥有一辆自己的小汽车。当越来越多的人拥有汽车时,人们不仅对能够出行感到满意,而且对汽车的舒适性,安全性和操作稳定性也提出了更高的要求。正是由于人们的这些更多需求,汽车行业才能不断发展以满足人们的各种需求。 本文研究的目的是结合国内研究背景和市场趋势,为上海大众朗逸轿车设计前悬挂系统。对于汽车,悬架在汽车的稳定性,舒适性和安全性中起着决定性的作用。悬架的功能是支撑汽车,提升驾驶员的使用感受。以不同方式设置悬架将为驾驶员带来不同的驾驶体验。虽然悬架的外观看上去比较简单,但是他决定了汽车的舒适度等,是现代汽车中非常重要的系统。尽管在驾驶过程中悬架缺失也可以行驶,但是悬架如果没有安装的话,汽车的平稳性将大大降低。悬架对汽车的性能影响很大。现在,汽车市场的竞争变得越来越激烈,人们对汽车的性能有了更高的了解并提出了更高的要求。因此,所有主要的汽车制造商都越来越重视悬架,并意识到有必要尽可能提高汽车的安全性和稳定性,以便为驾驶员带来更好的体验。多年来,悬架系统一直在不断改进,性能逐渐得到改善,先进技术也不断与悬架系统相结合,无论是高端汽车还是低端汽车都在不断普及。无论是面向高端市场还是低端的汽车制造厂,他们都不敢忽视悬架对汽车的影响。这是因为驾驶员可以主观上感觉到悬架系统的冲击,并且可以通过汽车的舒适性容易地体验悬架的质量。 崎岖路面对车架的冲击可以靠良好的悬架系统来缓解,过大的振动会给驾驶员造成不良影响如头晕目眩、晕车恶心等。有良好的悬架就可以使驾驶员的驾驶体验大大提升。驾车出去游玩经常会遇到不平的路面这时良好的悬架系统就能让驾驶员在不平的路面上平顺行驶,极大改善驾驶体验。另外零件的损坏有很大一部分原因是不平路面传递的冲击力对零件造成冲击,改善悬架系统就可以降低这种冲击,可以延长零件的使用寿命,降低行驶时发生故障的概率。由此我们可以看出,悬架是汽车相当重要的组成部分之一,是不可以缺少的一部分。虽然悬架经过长时间不断的改进完善,目前已经比较先进性能也很强大,但是事物都不是完美的,各种形式的悬架也还存在各种问题,还需要不断的发展来使悬架更加完善。1.2国内外研究现状我国目前对悬架的研究已经非常多:四川理工的周军超,袁杰等人提出了D-最优试验设计这一个新理论,通过这个理论并结合实验他们得到了结构的最优参数1;张鹏,张晓东等人提出了一种新的优化方法,这种方法是以多胰岛遗传算法为基础的,并且他们通过实验得出了最能影响刚度特性的参数2。李强提出了一种基于瞬心法进行麦弗逊悬架运动特性分析与优化设计的方法3。李璞,李澄,黄长征等人针对传统优化方法需要频繁调用仿真模型的弊端,提出一种基于非自适应采样和稀疏响应面方法的麦弗逊悬架多约束优化方法4。Gao Qi;Feng Jinzhi;Zheng Songlin提出一种综合评价指标体系并证明该体系的可行性,广义多维自适应学习粒子群算法对于麦克弗森悬架系统关键参数的优化设计是有效的12。Shi Qin;Peng Chengwang;Chen Yikai设计了一种新颖的双环多目标粒子群算法13。Byung Chul Choi,Seunghyeon Cho,Chang-Wan Kim通过使用Kriging模型进行了优化设计以最小化侧向载荷14。K.Vikranth Reddy;Madhu Kodati;Kishen Chatra介绍了悬架系统的完整空间模型的位置运动学分析15M.S.Fallah,R.Bhat&W.F.Xie提出一种用于行驶控制应用的Macpherson支撑系统的非线性模型。该模型包括弹簧悬挂质量的垂直加速度,并包含了悬架连杆机构的运动学特性16。Su Zhuoyu;Xu Fengxiang;Hua Lin;Chen Hao;Wu Kunying进行了小型货车麦克弗逊式悬架系统的运动学特性分析和优化设计。可获得更好的车轮定位参数,并进一步提高了悬架的系统性能17。Sung,K-G;Park,M-K研究了配备可控磁流变(MR)减震器的电子控制悬架(ECS)的设计18。1.3 主要研究内容和目的根据选题要求查询上海大众朗逸轿车参数,并分析前麦弗逊悬架的组成和功用,对上海大众朗逸轿车的前麦弗逊悬架进行设计。具体研究工作如表1.1表1.1 主要工作分析上海大众朗逸轿车麦弗逊独立悬架的组成和功用对悬架上的各零部件强度的校核详细考虑各部件之间的连接关系悬架自然振动频率,悬架静挠度和动挠度以及悬架弹性特性的计算1.4 本文的技术路线为设计上海大众朗逸轿车前麦弗逊悬架,首先查阅目标车型参数,分析上海大众朗逸轿车麦弗逊独立悬架的各组成部分及其功用,对比上海大众朗逸轿车与其他车型前麦弗逊悬架的区别以及原因。用查阅到的各项数据,可以进行初步的计算,计算结束后根据校核的结果决定是否要重新计算,只有校核后的结果符合要求才进行下一步计算。计算完成后,根据算得结果用CATIA进行建模,用ADAMS对悬架进行仿真分析,检验悬架是否符合要求。最后进行装配图及零件图的手工绘图和计算机绘图。第2章 悬架结构方案分析2.1悬架的分类及特点从古到今,人们对科技进步的追求没有片刻的停止,当最初的交通工具马车出现的时候,人们为了有更好的体验,让马车颠簸的程度不至于太大,人们就开始了对“悬架”的设计,人们采用叶片弹簧来让马车坐的更舒服。在后来很长的一段时间里,人们都是使用这种弹簧,直道20世纪30年代,螺旋弹簧出现才取代了之前的这种弹簧。汽车被发明出来以后,人们对悬架的研究就更加深入,出现了很多采用不同种类的弹性元件的悬架,如扭杆弹簧和气体弹簧等。随着研究的深入,人们发明出了被动悬架,这种悬架就是用螺旋弹簧组成的,但是被动悬架存在很多问题,它的参数是不能在行驶中变化的,这就意味着它无法根据各种不同的情况来调整以适合各种路面。20世纪70年代人们开始研究半主动悬架,这种悬架在性能上就要优于被动悬架,它的阻尼是可以调节的,阻尼系数可以根据不同的路况调节。主动悬架的概念提出的时间很早但是直到80年代才开始试验,几大世界知名厂家开始研究,这种悬架性能大大提高,但是制造的成本太高,结构也太复杂。比较可惜的是我国在这方面起步比较晚,和国外还有很大的差距,所以我国大部分汽车上都是用的被动悬架悬架就是一种用来传递车架和车桥间力的装置,而且可以减轻崎岖的地面传到车架或者车身上的力,这样可以减轻地面传到车架上的力造成的震动,并确保汽车的平稳性。它是现代汽车的重要组件之一。悬架的各种类型分类如下:纵向臂式横向臂式独立悬架 麦弗逊式纵臂悬架悬架瓦特多连杆半独立悬架螺旋弹簧式 非独立悬架空气弹簧式 汽车如果用的是独立悬架,那么每一边的车轮连接都是由整体式的连接起来。非独立悬架系统有很多的优势,比如他的造价比较低,还有他的构造不复杂,并且在行驶过程中前轮定位参数的变化很小。然而,非独立悬架汽车的性能(如舒适性和稳定性)相对较差,现在很少有汽车仍使用非独立悬架。 目前,大多数汽车都使用独立悬架。2.2 独立悬架优缺点分析独立悬架有其特有的结构,在这个系统中,每一边的轮子都是互相不干扰的,各自独立的悬挂。优缺点如下表2.1:表2.1 优缺点优点缺点簧下质量相对较小结构较复杂由于弹性元件只需要承受垂直力,因此可以使用刚度较小的弹簧,可以降低车身的振动频率,提高平顺性成本较高悬挂所需空间小维护困难由于独立悬架的特殊结构,所以发动机可以适当降低位置高度,从而可以降低汽车质心的高度,提高了行驶稳定性两侧车轮可独立运动而不会互相影响,可减少车身的倾斜和振动,在坑洼的道路上具有良好的地面附着力设计者可以选择各种不同的方案来设计独立的悬架,以满足不同的设计要求在乘用车中,现在都基本使用独立悬架,质量小的商用车中也会使用2.3 麦弗逊式悬架分析独立悬挂有很多种不同的类型,在之前的小节中,我已经对它进行了分类。我在这里从很多个种类中选择了McPherson悬架。McPherson悬架是目前在各个国家/地区中被最多使用的。McPherson悬架的结构主要分为三部分,这三部分指的是弹簧、减振器和导向机构。在很多时候,还会给它加装上一个横向稳定杆。将这个结构简化以后,可以看出,就是将弹簧套在了减振器上。当弹簧受到压力时,它就会在水平方向上进行各向的移动偏移。为了避免这种情况,可以将其放在减震器上以限制弹簧只做上下振动。悬架的柔软度和性能可以通过减震器的长度和松紧来设定。由于McPherson悬架与其他类型的独立悬架相比具有更简单的机制,因此其质量更小。另外,在这种结构中,车轮的外倾角可以自动调节,可以更好的转弯,轮胎和地面的接触面积可以达到最大值。尽管McPherson悬架不是最先进的技术的悬架,但使用McPherson悬架的汽车的行驶舒适性令人满意,但是由于其笔直的结构,它缺乏在左右方向上的撞击阻力,并且耐刹车点头效果很差,并且有很大的侧倾。第3章 麦弗逊式独立悬架设计3.1麦弗逊悬架设计概述在设计悬架之前,我们必须首先了解McPherson悬架的结构特征。例如McPherson悬架的侧倾中心较高。在了解了这些特性之后,可以在设计过程中针对设计。其次,有必要知道哪些设计参数是必要的以及它们如何关联。只有知道这些可以逐步设计。 我查询了各种资料了解到,汽车能否有一个令人满意的平稳性,取决于簧上质量和弹性元件的系统有一个合适的频率,这个频率要在适合的频带当中,而且如果可以的话要求尽可能的小一些。前悬架和后悬架的固有频率的匹配应合理,也要注意防止悬架和车架的碰撞。簧上质量变化的时候还要求车身高度不能有大的改变,对于这些要求,选用时应该选择弹性特性是非线性变化的的悬架。 McPherson悬架会影响多种汽车性能,因此对于满足这些性能的悬架提出了以下要求,如表3.1表3.1 悬架的要求确保汽车具有良好的乘坐舒适性可以适当减少振动确保汽车具有良好的操纵稳定性制动或加速汽车时,确保车身稳定,减小车身俯仰,并在转弯时使车身侧倾角适当具有良好的隔音能力结构紧凑,使用的体积小在车身和车轮之间可靠地传递各种力和力矩。在满足零件和组件的低质量的同时,必须确保足够的强度和寿命3.2 轿车的主要参数我选择的车型是上海大众朗逸2018款1.5L自动舒适版。该车型的部分参数如下表3.2表3.2 车型主要参数参数名称数据车型上海大众朗逸2018款1.5L自动舒适版轴距2688mm整备质量1265kg满载质量前悬架类型麦弗逊式悬架前轮距1546mm3.3 悬架弹性特性设计由悬架所承受的垂直外力F引起的车轮中心与车身位移F之间的关系称为悬架的弹性特性。线性特性和非线性弹性特性是悬架的两个弹性特性。当悬架的挠度f在接收到的垂直外力f之间以固定的比例变化时,弹性特性是一条直线,称为线性弹性特性。目前,悬架的刚度是恒定的。如果悬挂的挠度f和垂直外力f在固定速率下不发生变化,则弹性特性如图3.1所示。在这一点上,悬架的刚度发生了变化,其特点是在总荷载位置附近(图3.1点8)有一个小的刚度和一个平滑的曲线,使行程良好。总荷载的远端具有更陡的曲线和更大的刚度。通过这种方式,可以在有限的动态挠度范围内获得比线性悬架更大的动态能力。悬架的动态能力是指悬架从静载荷位置到结构最大允许变形位置所消耗的功。悬架的动态容量越大,通过缓冲块的可能性就越小。图3.1悬架特性曲线3.4悬架挠度fc设计3.4.1悬架静挠度设计静挠度就是当满载时,负载和刚度的比,即(3.1)在当前的汽车中,基本上所有的车中质量分配系数都大约是1,这就可以说前后桥上的车身振动是各自独立的,两者之间是无关的。因此,固有频率N(偏频)可以由下式表示(3.2)在上式中,c表示悬架刚度(N/cm),m表示簧上质量(kg)当悬架选择了一种弹性特性的变化不是非线性的,是线性的时候,就可以使用以下公式计算静态挠度:(3.3)在这个式子中g表示重力加速度。g=981cm/s2将3.3式带入3.2式可得下式(3.4)分析式3.4车身振动的频率N受悬架的静态挠度影响。因此,如果要确保汽车具有良好的行驶舒适性,则需要选择适当的悬架静态挠度。 用于各种目的的汽车对乘坐舒适性有不同的要求。其中,主要用于载人的乘用车对乘坐舒适性的要求最高,其次是乘用车和卡车。对于发动机排量低于1.6L的乘用车,要求前悬架满负荷偏频在1.00和1.45(Hz)之间。原则上,乘用车的发动机排量越大,悬架偏频应该越小。满载之前的偏频在0.08至1.15(Hz)之间。选择偏频后,可以使用公式(3.4)计算出悬架的静挠度如下:选择n = 1.1Hz 反代入式(3.4)得出 = = 20.66cm = 206.6mm3.4.2悬架动挠度设计当悬架从满载平衡位置压缩到结构允许的最大变形时,轮心相对于车架的垂直位移称为悬架的动态挠度,用fd表示。对于乘用车,fd在7到9(cm)之间;对于客车,fd在5到8(cm)之间;对于卡车,fd在6到9(cm)之间。 由于上海大众朗逸属于乘用车这一类别,因此悬架的动挠度fd为8cm。3.5 弹簧的设计由于其简单的结构,方便的制造和较高的比能,螺旋弹簧目前广泛用于轻型车辆。特别是在汽车中,对舒适性的要求很高,并且悬架引导机构仍具有保持车轮定位角的能力。因此,螺旋弹簧悬架长期以来将钢板弹簧代替。3.5.1 螺旋弹簧的材料选择为了想要让弹簧工作正常,不至于在使用中不能完成工作,出现快速损坏或者达不到要求的情况,选用材料时必须要考虑到材料的弹性和疲劳极限是否能满足工作的需要,这两项要求是非常重要的。另外选择的时候也要考虑到它的韧性如何,是否容易加工等。考虑到以上这些要求,我最初选用了60Si2MnA ,该材料的性能参数如表3.2所示。表3.2 60Si2MnA性能参数参数数据许用切应力64Kgf/mm2剪切应力100Kgf/mm2剪切模量G8000Kgf/mm2弹性模量E20000MP3.5.2 螺旋弹簧参数计算现在我们使用的几乎所有汽车中,悬架质量分配系数 =2y /ab都在0.8到1.2之间,这样我们可以说,的值近似是1,换一种说法就是前后轴上方车身集中质量的垂直振动是互相没有影响的,用偏频表示每个的自由振动频率。偏频越小,汽车的行驶性能越好。对于带有钢弹簧的汽车,前悬架的偏频N通常在1到1.3 Hz之间。 我在计算时使用前悬架的偏频N = 1.1Hz,并且可以通过以下公式计算前悬架的刚度:(3.5) 在该公式中,Cs表示汽车的前悬架刚度的单位是N / mm,Ms表示车辆的前悬架的弹簧质量的单位是kg,并且N表示前悬架的偏频的单位是HZ。3.5.3 计算空载刚度前悬架的未悬挂质量估计为50Kg,卸载前悬架时,前轴的质量为759kg。这些数据可用于计算一侧的簧载质量。簧上质量用Ms表示,则Ms=1/2(759-50)=354.5kg,N取1.1HZ,将这些数据代入式3.5得出如下结果Cs=4N22Ms=16916.9N/m3.5.4 计算满载刚度现在已经得到了前悬架满载时轴载质量为862kg,可以计算一侧簧上质量Ms=1/2(862-50)=406kgN取1.1HZ将数据代入式3.5得出Cs=19374.5N/m。3.5.5 按满载计算弹簧钢丝直径使用下面的公式可以计算出弹簧的直径(3.6) 在该公式中,i表示弹簧的有效工作循环数,初步选择为8,G表示材料的剪切弹性模量为8104MPa,Dm表示弹簧的中径取100mm。将数据代入式3.5中计算得d=11.2mm,若选择12mm则表面剪切应力校核不能符合要求所以改为取14mm。3.5.6 螺旋弹簧校核1)弹簧刚度校核计算弹簧刚度的公式为: 将上述数据代入式子可以算出弹簧刚度: = 48.02N/mm 19.37 N/mm所以弹簧选择符合刚度要求。2)表面剪切应力校核弹簧在压缩时与扭力杆的工作方式相似,两者都依靠材料的剪切变形来吸收能量。弹簧钢丝表面的剪应力为:(3.7)式中,C表示弹簧指数,是弹簧直径与钢丝直径的比值,即C=Dm/d;K表示曲度系数,计算公式为;P表示弹簧轴向载荷。已知弹簧中径为100m,钢丝直径为14mm,根据这两项数据,弹簧指数和曲度系数可以计算为:C=Dm/d=7.14;K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C=1.21。P=1/2(862-50)9.8cos10=3918N。将数据代入式3.5得=440MPa。440MPa=640MPa,所以符合表面剪切应力要求。3.5.7 小结通过以上数据可以算得螺旋弹簧其它数据:弹簧外径 D=Dm+d=100mm+14mm=114mm弹簧内径 D1=Dm-d=100mm-14mm=86mm总圈数 n1=n+2=8+2=10节距 p=(0.280.5)Dm=0.3100=30mm自由高度 H0=pn+1.5d=261mm压平高度 Hb=(n1-0.5)d=133mm弹簧整体参数及建模如表3.3及图3.2表3.3 弹簧整体参数参数名称数据弹簧丝直径14mm弹簧外径114mm弹簧内径86mm总圈数10节距30mm自由高度261mm压平高度133mm图3.2螺旋弹簧3.6导向机构设计悬架具有用于各种目的的具有不同结构的各种引导机构。轿车上,整体轴主要是多连杆式。对于独立悬架,主要有单(双)纵臂型,双横臂型,麦弗逊支柱型,多连杆型,拖曳臂型,半拖曳臂型和摆动轴型。当前在汽车中广泛使用的引导机构是双横臂型。中型和重型卡车通常使用整体轴。导向机构主要包括板簧型,A型架,双横臂骨型,双纵臂型,纵臂型。在这个毕业设计中,我选择了A形架架导向机构。3.6.1 导向机构设计要求在汽车前轮上对导向机构的设计要求如下表3.4:表3.4 导向机构要求当悬架上的负载发生变化时,确保前轮的轴距变化不超过4.0mm当悬架上的负载发生变化时,前轮定位参数的变化特性应合理,并且车轮不应具有纵向加速度汽车转弯时,车身侧倾角应较小。在0.4g的横向加速度作用下,车身的侧倾角小于或等于67制动时,应使车身有抗前俯作用;加速时,有抗后俯作用3.6.2导向机构的布置参数引导机构的布局参数对车辆的转向稳定性有很大的影响。侧倾中心,纵倾中心和悬架摆臂的定位角度这四项是主要的四种布置参数。1 侧倾中心如果McPherson悬架中的弹簧减震器柱更接近垂直,而下横臂更接近水平,则该悬架的滚动中心将更靠近地面,这将导致外部倾斜度的变化。想要提高运动学特性的话,可以考虑让下摆臂长度增加。2 纵倾中心McPherson悬架的螺距中心可以通过一条标点为减震器运动方向的垂直线。该垂直线与通过点G的摆臂轴线的平行线的交点为俯仰中心O。3悬架摆臂定位角独立悬架中摆臂的铰链轴大多是空间倾斜的。为了便于描述,将摆臂的空间定位角定义为摆臂的水平倾斜角,悬架的抗前俯角和悬架倾斜的初始角。3.7 减振器设计在驾驶汽车的过程中,坑坑洼洼不平的地面会产生冲击振动。该振动将通过车轮传递到悬架。如果减震器与悬架配合良好,则可以迅速吸收振动并减少车身振动。由于汽车的悬架系统决定了汽车的舒适性和安全性,并且减震器是汽车悬架的主要阻尼元件,因此提高减震器的性能在汽车的发展中起着重要的作用。3.7.1 减振器分类车辆悬架中有许多不同的减震器。根据结构,工作介质和作用方式,减震器可分为各种类别。 根据减震器的不同结构,可分为摇臂式和桶形减震器。根据能量转换介质,减震器可分为摩擦式减震器,液压式减震器等。根据作用方式,减震器可分为单作用减震器和双作用减震器。在这两种减震器中,双作用减震器可用于恢复行程和压缩行程,因此被广泛使用在车上。现在,双筒液压减震器在汽车中使用最广泛。3.7.2 液压筒式减振器工作原理气缸液压油气混合减震器的工作原理如图所示。在图中,A代表工作室,C代表补偿室。阀门系统连接这两个腔室。当车轮上下跳动时,它将驱动活塞1在工作室A中上下移动,这将把通过相应阀门阀体上的阻尼孔流动的液体的动能转化为热能并将其消散。当车轮弹起时,即当悬浮液被压缩时,活塞1向下移动,油通过阀门II进入工作室的上腔。由于活塞销9占据了部分体积,一定数量的油必须通过阀门IV流入平衡室C;当车轮跳动和悬架展开时,活塞1向上移动,工作腔内的压力增加,油通过阀门I流到下腔内,提供了大部分的拉伸阻尼力。部分油通过活塞销和导轨座之间的空间,通过返回孔6进入补偿室。此外,由于活塞销所占的体积,当活塞向上移动时,部分油流必须通过阀门III进入工作室的下腔室。3.7.3 减振器相对阻尼系数相对阻尼系数的物理含义是:悬架都有各自不同的刚度,他们的簧上质量也各不相同。当减振器与这些不同的相匹配时,产生的阻尼效果就是各不相同的。的值和振动减弱是有关系的,如果取大的数值,那么振动减弱的就快。同时可以将较大的道路冲击力传递给车身。在一般情况下,人们在设计的时候如果给取小数值的话,就会选择在压缩冲程来选择,给它选一个比较小的数值Y。并在伸展冲程期间选择相对大阻尼系数S。他们两个之间应该有Y=(0.25-0.50)S的关系。设计时,首先选择y和s的平均。弹性元件的相对无摩擦悬架,= 0.250.35;对于具有内摩擦的弹性元件悬架,值较小。为了避免悬架与车架相撞,取y=0.5s。如果= 0.3,则:(s+0.5)/ 2 = 0.3计算可以得到:s= 0.4y= 0.23.7.4 减振器阻尼系数的确定减振器的阻尼系数可以用下面公式来计算:(3.8)因为悬架系统固有频率的计算公式是,所以从理论上讲 。但在实际设计中,如果采用了不同的布局,那计算上就会有区别,不能使用理论公式。在本文中我选择了图示的一种方式,那么这样则阻尼系数计算公式就是:(3.9)根据公式,可得出:=2n 将数据代入上式得=6.908HZ,选取a/b=0.8,=10。将数据代入式中计算得 =2547Ns/m。3.7.5 最大卸荷力F0的计算为了减小冲击力,然后将其传递到车身,当减震器活塞的振动速度达到一定值时,减震器将打开卸荷阀。此时的活塞速度称为卸载速度,其计算公式如下:(3.10)在这个公式中,表示的是卸荷速度,通常我们选择在这一范围中,A代表车身振幅,我们一般情况中都选取, 它代表的是悬架振动固有频率。将数据代入计算得vx=0.22m/s。0.150.220.3,所以符合要求。伸张行程的阻尼系数公式为:=c 式中c表示冲击载荷系数,取c=1.5则伸张行程最大卸荷力=840.51N。3.7.6 减振器工作缸直径计算上一个小节中,我已经对最大卸荷力进行了计算,有了这个结果可以计算出工作缸直径: (3.11)式子中,p表示工作缸最大允许压力,最大允许压力的范围一般在34MPa,我们选择3.5MPa。代表的是连杆直径与缸筒直径的比值,它的范围一般在0.40.5,双筒式减振器取=0.45将F0代入式中计算得D=20.6mm。选取时按照标准选择30mm。3.7.7 减振器外缸筒的设计减震器的外缸的主要功能是储油,即储油缸。设计外缸体的直径时,通常是内缸体直径的倍数,即,即在这个式子中,表示储油缸的直径与内缸的直径之比,该比通常为1.351.50这一个范围。在本文中我选择,用这个数据就可以得出外缸筒的直径,为Dc=42mm。减振器外筒的壁厚通常都会选择2.0到2.5mm这个区间内,本文选择2mm,材料选择20#钢。3.7.8 减振器活塞杆设计根据减震器的活塞杆直径与减震器的内筒直径之比的要求,可以在减震器的内筒直径时计算出活塞杆的直径通过计算确定活塞: (3.12)式中,表示减振器中内筒的直径;它表示减振器的活塞杆直径和内筒直径的比值,一情况下选择,在本文中我选取将数据代入式中得=9mm。3.7.9 小结这一节对减振器进行了设计计算,其主要参数如表3.5表3.5 减振器数据参数名称数据工作缸直径30mm储油缸直径42mm活塞杆直径9mm3.8 横向稳定杆设计为了让汽车的固有振动频率变的更低来提高汽车驾驶时的平顺性,轿车当前悬架的垂直刚度值较小,这种情况所导致的结果就是汽车的侧倾角刚度值也较小,转弯时车身侧倾严重,汽车的行驶稳定性收到很大的影响。为解决这一情况汽车都加装了横向稳定杆来提高行驶稳定性。根据实际经验和观察,我选择了直径是20mm的稳定杆,它的每一段长度都应该和车架和悬架相适应。第4章 ADAMS分析这一个章节中对各项参数受到瞬时向上力的分析,通过分析的结果来判断悬架能否满足使用要求,分析的结果如以下几个小节。4.1主销内倾角分析主销内倾角的分析如图4.1图4.1 主销内倾角分析从这个图中我们可以看出,在最开始的时候主销内倾角是9.965,而且从图中还表现出角度一直在9.92和9.97之间变化,一直没有超过这个范围,在这个范围内变化的最大值也没有超过0.05,属于很小的角度变化。从左往右看的话,可以看出随着时间的流逝,角度的变化幅度越来越小,这表明悬架起到了减振作用,由这些可以得出结果是符合要求的。4.2主销后倾角分析这一项的分析如图4.2所示图4.2 主销后倾角分析从这个图中我们可以看出,当静止的时候,初始值是0,后面曲线变化表示的是受到重力和弹簧的影响。图中数值最大的点位于0.7下方,始终是在0到0.7之间变化的,属于很小的变化范围,是符合要求的。4.3前轮外倾角分析这一项的分析如图4.3所示图4.3 前轮外倾角分析图中显示角度初始值是0,经过一段时间后稳定在-0.04。变化范围在-0.15到0.15,范围不大而且最后很快趋于不变,这表示外倾角是-0.04而且悬架起到了很好的减振效果。4.4车轮跳动量分析这一项的分析如图4.4所示图4.4 车轮跳动量分析在这个图中我们可以看出,车轮跳动量按正弦衰减。经过短时间后,最终趋向于稳定,曲线不发生变化时表示已经停止跳动。跳动的范围在-20cm到3cm。这个范围不大是符合要求的。第5章 结论本文在查阅大量国内外相关文献了解了悬架的组成、分类、作用等的基础上,完成了对上海大众朗逸轿车前麦弗逊式独立悬架的各组成部分的设计计算、CATIA三维建模装配,并且用ADAMS 软件对设计的悬架进行了虚拟建模和运动学仿真分析,对仿真结果进行分析与比较。本文主要完成的工作如下:1 分析计算了悬架的动静挠度,对悬架的主要组成零件弹簧和减振器的主要相关参数进行了设计计算,得到了CATIA绘图的基本尺寸。2 用CATIA对零部件设计建模,并将零部件进行约束装配,由此得到麦弗逊悬架关键硬点的三维坐标值。3 分析了前悬架的四个车轮定位参数即主销内倾角、主销后倾角、前轮外倾角、前轮前束角对车轮平顺性的影响及合理的取值范围。这几个月的毕业设计过程中,我遇到过很多的问题,查阅资料和寻求老师帮助解决这些问题的时候,让我掌握了很多原来并不理解的东西。比如这个对悬架的设计,以前的学习可以了解它的作用它的组成等等,在毕业设计中我亲自设计出了一个悬架。这不仅让我把已经学到的知识融会贯通联系起来,还在实际设计中知道了如何使用它们。由于我的水平有限和其它因素的影响,本篇论文有很多不完善的地方,还需要我进一步的研究。我只对前悬架进行了模拟仿真和动力学分析,取的硬点坐标变化范围比较小,使试验结果有很大的局限性。随着研究的深入和个人水平的提高,目前存在的问题一定会得到解决。参考文献1周军超,袁杰,廖映华.基于D-最优试验设计的麦弗逊悬架优化J.中国工程机械学报,2018(05).2张鹏,张晓东,王洪新.基于多岛遗传算法的麦弗逊悬架参数优化设计J.湖北汽车工业学院学报,2018(01).3李强.基于瞬心法的麦弗逊悬架特性分析与改进设计J.合肥工业大学学报,2016(11).4李璞,李澄,黄长征.基于稀疏响应面的麦弗逊悬架多约束优化J.汽车工程学报,2015(05).5过学迅.汽车设计(第二版)M.人民交通出版社,2013.6余晨光.汽车理论M.中南大学出版社,2016.7王望予.汽车设计M.机械工业出版社,2017.8成大先.机械设计手册M.化学工业出版社,2016.9史文库,姚为民.汽车构造M.人民交通出版社,2013.10John C.Dixon.The Shock Absorber HandbookM.2007.11冯国胜、杨绍普.车辆现代设计方法M.科学出版社,2007.12Gao Qi;Feng Jinzhi;Zheng Songlin;Optimization design of the key parameters of McPherson suspension systems using generalized multi-dimension adaptive 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