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本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計 BJ1042輕型載貨汽車前懸架設(shè)計 The design of front suspension of BJ1042 light truck 學(xué)生姓名： 專 業(yè)： 導(dǎo)師姓名 及 職 稱： 學(xué)位類別： 論文起止年月： 中文摘要 BJ1042 輕型載貨汽車前懸架設(shè)計 隨著汽車的逐漸普及，用戶對汽車性能的要求越來越 高，在獲得良好的動力性和經(jīng)濟性的同時，還要求具有良 好的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。傳統(tǒng)的鋼板彈簧式懸架已 難以滿足汽車行駛舒適性和操縱穩(wěn)定性等方面提出的要求， 因而在輕型載貨車及輕型客車上推廣使用獨立懸架，尤其 是雙橫臂獨立懸架得到較大的發(fā)展。所以，研究雙橫臂獨 立懸架是非常必要的。 雙橫臂獨立懸架的剛度和靜撓度等參數(shù)對汽車的平順 性有很大影響，而導(dǎo)向機構(gòu)的空間位置關(guān)系直接影響汽車 的操作穩(wěn)定性。因此，對雙橫臂獨立懸架進行靜力學(xué)和動 力學(xué)分析是非常有必要的。 本論文在比較了多種靜力學(xué)和運動學(xué)分析方法的基礎(chǔ) 上，決定采用以空間機構(gòu)運動學(xué)分析理論進行計算分析。 本文主要研究輕型貨車前雙橫臂獨立懸架的靜力學(xué)和運動 學(xué)特性的計算和分析方法，以及機構(gòu)零件的工藝性分析。 首先，本文介紹了前輪定位參數(shù)的有關(guān)概念以及獨立 懸架導(dǎo)向機構(gòu)運動特性對汽車性能的影響。然后給出了進 行懸架靜力學(xué)和運動學(xué)特性分析與計算時所需要的數(shù)學(xué)工 具和有關(guān)結(jié)論。并且，給出了應(yīng)用這些數(shù)學(xué)工具進行具體 分析與計算的方法和步驟。 并且本文采用該算法對BJ1042前懸架進行了改進，將 原來的鋼板彈簧改為雙橫臂獨立懸架并對其導(dǎo)向機構(gòu)進行 了靜力學(xué)參數(shù)和運動特性參數(shù)計算, 并對計算結(jié)果和試驗 結(jié)果進行了對比分析。結(jié)果表明: 該算法可行、有效, 利 用該方法指導(dǎo)設(shè)計可改進導(dǎo)向機構(gòu)的運動特性。 關(guān)鍵詞 車輛工程 雙橫臂獨立懸架 導(dǎo)向機構(gòu) 靜力學(xué) 運動學(xué) 外文摘要 Title The design of front suspension of BJ1042 light truck Abstract With the increasing popular use of automobiles, customers seek for better and better performance in autos. In addition to good dynamic and feul economic performance, good handling and stability are also requested. Traditional leaf spring suspensions can’t meet the need of both vehicle ride comfort and handling performance , so Independent Suspension is widely used in light pick-up truck and light passenger car, especially Double Wishbone Independent Suspensions are developed more quickly. For that, it’s very necessary to study Double Wishbone Independent Suspensions. Double-wishbone independent suspension stiffness and static deflection, and other parameters on the car ride great, oriented agencies and the spatial relationships directly affect the stability of a vehicle's operation. Therefore, the double-wishbone independent suspension for static and dynamic analysis is very necessary. This paper compares the number of static and kinematic analysis on the basis of decided to adopt the space agencies to kinematic analysis theory analysis This paper is mainly about the methods of the calculation and analysis of the static and kinematic characteristics of front independent suspension with double-wishbone of light vehicles. First, the paper introduced some of the basic concepts of the suspension and the history and future of independent suspension’s development. Then introduced the concepts of the front wheel alignment parameters and the affect to the vehicle performancean, which is caused by the movement characteristics of the independent suspension’s guide mechanisms. Then listed the required mathematical tools and relevant conclusions of the mechanical analysis and calculation of the suspension’s static and kinematic characteristics. Moreover, it also contains the methods and steps of the application of mathematical tool for a specific analysis and calculation. And this paper, the algorithm BJ1042 front suspension has improved, the original leaf springs to two-arm independent suspension and guidance of their bodies and the static mechanical parameters of movement parameters, and the results and test results A comparative analysis. The result s show ed that the algorithm w as effective and feasible, and could be used to imp rove the guiding mechanism kinem a tic characteristics of a designed vehicle. Keywords Vehicle Engineering Independent suspension with double-wishbone 目 錄 第一章 緒 論 .....................................1 第二章 設(shè)計任務(wù)和要求 ............................7 2．1 設(shè)計任務(wù)和要求 ............................7 2.1.1 設(shè)計任務(wù) ..............................7 2.1.2 設(shè)計要求 ..............................7 2.2 設(shè)計主要內(nèi)容 ...............................8 第三章 方案論證 ..................................9 3．1 懸架的作用和組成 ..........................9 3.1.1 懸架的作用 ............................9 3.1.2 懸架的組成 ............................9 3.1.3 懸架的設(shè)計要求 .......................12 3．2 懸架的種類 ...............................13 3.2.1 非獨立懸架 ...........................13 3.2.2 獨立懸架 .............................14 3.2.3 幾種典型的獨立懸架的特點 .............16 3. 3 雙橫臂獨立懸架 ...........................18 3.3.1 按擺臂長度分類 .......................18 3.3.2 按懸架中彈性元件分類 .................19 3. 4 前輪定位參數(shù)的作用及變化要求 .............23 3.4.1 外傾角 ...............................23 I 3.4.2 主銷后傾角 ...........................24 3.4.3 主銷內(nèi)傾角 ...........................24 3.4.4 車輪前束 .............................26 3. 5 懸架結(jié)構(gòu)元素 .............................27 3.5.1 雙橫臂獨立懸架的特點 .................27 3.5.2 扭桿彈簧 .............................27 3.5.3 上、下控制臂長度比值 .................29 第四章 雙橫臂獨立懸架運動學(xué)分析以及車輪定位參數(shù)的 計算 ............................................31 4．1 雙橫臂獨立懸架運動學(xué)分析 .................31 4.1.1 空間機構(gòu)學(xué)理論 .......................31 4.1.2 雙橫臂獨立懸架空間運動分析計算 .......36 4.2 雙橫臂獨立懸架車輪定位參數(shù)的分析計算 ......42 第五章 懸架靜力學(xué)的分析與計算 ...................45 5. 1 懸架靜力學(xué)分析計算 .......................45 5.2 計算過程 ..................................50 5.2.1 確定懸架的平衡位置 .....................51 5.2.2 求平衡位置時的各點坐標(biāo) .................53 5.2.3 對懸架進行運動學(xué)特性分析計算 ...........55 5.2.4 扭桿彈簧的剛度計算 ...................55 5.2.5 扭桿強度計算 .........................56 5.2.6 對懸架進行靜力學(xué)計算 ...................57 第六章 扭桿彈簧的加工工藝 .......................59 6.1 扭桿彈簧的制造 ............................59 6.2 扭桿彈簧的檢驗 ............................61 II 6.2.1 外觀檢查 .............................62 6.2.2 尺寸檢查 .............................62 6.2.3 檢驗彈簧特性 .........................62 6.2.4 硬度檢驗 .............................62 結(jié)論 ............................................63 參考文獻 ........................................64 致謝 ...........................................110 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 0 第一章 緒 論 懸架是保證車輪或車橋與汽車的承載系統(tǒng)（車架或承 載式車身）之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、 衰減振動以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總 稱。 懸架的主要任務(wù)是傳遞作用在車輪和車架（或車身） 之間的一切力和力矩；緩和路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖 擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，保證汽車的行 駛平順性；保證車輪在路面不平和載荷變化時有理想的運 動特性，保證汽車的操縱穩(wěn)定性，使汽車獲得高速行駛能 力。為此必須在車輪（或車橋）與車架（或車身）之間提 供彈性聯(lián)接，依靠彈性元件來傳遞車輪（或車橋）與車架 （或車身）之間的垂向載荷，并依靠其變形來吸收能量， 達到緩沖的目的。采用彈性聯(lián)接后，汽車可以看作是由懸 掛質(zhì)量（簧載質(zhì)量） 、非懸掛質(zhì)量（非簧載質(zhì)量）和彈簧 （彈性元件）組成的振動系統(tǒng)，承受來自不平路面、空氣 動力及傳動系、發(fā)動機的激勵。為了衰減不必要的振動， 懸架中還必須包括阻尼元件，即減振器。此外，懸架中確 第一章 緒 論 1 保車輪與車架（或車身）之間所有力和力矩可靠傳遞并決 定車輪相對于車架（或車身）的位移特性的連接裝置統(tǒng)稱 為導(dǎo)向機構(gòu)。導(dǎo)向機構(gòu)決定了車輪跳動時的運動軌跡和車 輪定位參數(shù)的變化，以及汽車前后側(cè)傾中心以及縱傾中心 的位置，從而在很大程度上影響了整車的操縱穩(wěn)定性和抗 縱傾能力。在有些懸架中還有緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿。 根據(jù)導(dǎo)向機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點，汽車懸架可分為非獨立 懸架和獨立懸架兩大類。非獨立懸架的鮮明特色是左、右 車輪之間由一根剛性梁或非斷開式車橋聯(lián)接，當(dāng)單邊車輪 行駛過突起時，會直接影響另一側(cè)車輪。獨立懸架中沒有 這樣的梁，左、右車輪各自獨立的與車架（或車身）相連 或構(gòu)成斷開式車橋，按結(jié)構(gòu)特點又可分為橫臂式、縱臂式 和斜臂式等等。 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、空氣彈簧懸架以及 油氣彈簧懸架等等。 按照作用原理，懸架可分為被動懸架、主動懸架和介 于二者之間的半主動懸架。 從動懸架即傳統(tǒng)式的懸架，是由彈簧、減振器（減振筒） 、 導(dǎo)向機構(gòu)等組成，它的功能是減弱路面?zhèn)鹘o車身的沖擊力， 衰減由沖擊力而引起的承載系統(tǒng)的振動。其中彈簧主要起 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2 減緩沖擊力的作用，減振器的主要作用是衰減振動。由于 這種懸架是由外力驅(qū)動而起作用的，所以稱為從動懸架。 主動懸架是近十幾年發(fā)展起來的，由電腦控制的一種 新型懸架，具備三個條件：（1）具有能夠產(chǎn)生作用力的 動力源；（2）執(zhí)行元件能夠傳遞這種作用力并能連續(xù)工 作；（3）具有多種傳感器并將有關(guān)數(shù)據(jù)集中到微電腦進 行運算并決定控制方式。因此，主動懸架匯集了力學(xué)和電 子學(xué)的技術(shù)知識，是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置。 例如裝置了主動懸架的法國雪鐵龍桑蒂雅，該車懸架 系統(tǒng)的中樞是一個微電腦，懸架上有 5 種傳感器，分別向 微電腦傳送車速、前輪制動壓力、踏動油門踏板的速度、 車身垂直方向的振幅及頻率、轉(zhuǎn)向盤角度及轉(zhuǎn)向速度等數(shù) 據(jù)。電腦不斷接收這些數(shù)據(jù)并與預(yù)先設(shè)定的臨界值進行比 較，選擇相應(yīng)的懸架狀態(tài)。 同時，微電腦獨立控制每一只車輪上的執(zhí)行元件，通 過控制減振器內(nèi)油壓的變化產(chǎn)生抽動，從而能在任何時候、 任何車輪上產(chǎn)生符合要求的懸架運動。因此，桑蒂雅橋車 備有多種駕駛模式選擇，駕車者只要扳動位于副儀表板上 的“正常”或“運動”按鈕，轎車就會自動設(shè)置在最佳的 懸架狀態(tài)，以求最好的舒適性能。 如前所述，汽車懸架和懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量構(gòu)成了 第一章 緒 論 3 一個振動系統(tǒng)，該振動系統(tǒng)的特性很大程度上決定了汽車 的行駛平順性，并進一步影響到汽車的行駛車速、燃油經(jīng) 濟性和運營經(jīng)濟性。該振動系統(tǒng)也決定了汽車承載系統(tǒng)和 行駛系許多零部件的動載，并進而影響到這些零部件的使 用壽命。此外，懸架對整車操縱穩(wěn)定性、抗縱傾能力也起 著決定性的作用。因而在設(shè)計懸架時必須考慮以下幾個方 面的要求： 1.通過合理設(shè)計懸架的彈性特性以及阻尼特性確保汽車 具有良好的行駛平順性，即具有較低的振動頻率、較小的 振動加速度值和合適的減振性能，并能避免在懸架的壓縮 或伸張行程極限點發(fā)生硬沖擊，同時還要保證輪胎具有足 夠的接地能力； 2.合理設(shè)計導(dǎo)向機構(gòu)，以確保車輪與車架（或車身）之 間力和力矩的可靠傳遞，保證車輪跳動時車輪定位參數(shù)的 變化不會過大，并且能滿足汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性的 要求； 3.導(dǎo)向機構(gòu)的運動應(yīng)與轉(zhuǎn)向桿系的運動相協(xié)調(diào)，避免發(fā) 生運動干涉；否則可能發(fā)生轉(zhuǎn)向輪擺振； 4.側(cè)傾中心和縱傾中心位置恰當(dāng)，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時具有抗 側(cè)傾能力，汽車制動和加速時能保證車身的穩(wěn)定，避免發(fā) 生汽車在制動和加速時車身的縱傾（即所謂“點頭”和 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 4 “后仰” ） ； 5.懸架構(gòu)件的質(zhì)量要小，尤其是非懸掛部分的質(zhì)量要盡 量小，可以提高行駛的穩(wěn)定性； 6.便于布置，在轎車設(shè)計中特別要考慮給發(fā)動機和行禮 箱留出足夠的空間； 7.所有零件、部件應(yīng)該具有足夠的強度和使用壽命； 8.制造成本低； 9.便于維修保養(yǎng)。 我國現(xiàn)在正在通過同國際上的大的汽車商的合作方式 來改進我們設(shè)計懸架的能力。同時，在全國高校的相關(guān)專 業(yè)也正通過先進課題的研究突破來增強我們民族工業(yè)的競 爭力。在國家的政策和技術(shù)支持下，我們應(yīng)該看到未來的 中國汽車工業(yè)將會是蓬勃發(fā)展的。 改革開放以來，我國國民經(jīng)濟得到飛速發(fā)展，人民群 眾的生活水平得到日益提高，汽車正悄然進入普通百姓的 家中。而且隨著時代的發(fā)展，人們對汽車乘坐舒適性的要 求也越來越高。所以汽車懸架的設(shè)計將會更為重要。我們 這些未來要從事汽車設(shè)計行業(yè)的大學(xué)生也將肩負(fù)起振興民 族汽車工業(yè)的重?fù)?dān)。 本次輕型客車的前懸架設(shè)計，考慮到舒適性的要求。 該懸架采用的形式是雙橫臂獨立懸架，同其它懸架相比， 第一章 緒 論 5 它具有良好的基本性能。對雙橫比獨立懸架的運動學(xué)分析， 傳統(tǒng)方法是平面作圖法和平面解析法，這兩種方法都忽略 了主銷后傾角和擺臂軸軸線的空間角度，而實際中并非如 此。因此在進行懸架運動學(xué)分析以及確定車輪定位參數(shù)變 化和輪距變化以及懸架剛度計算時會出現(xiàn)一定程度的誤差， 有時尤其當(dāng)擺臂軸軸線空間角度較大時，誤差十分明顯， 分析的結(jié)果往往不夠合理，因此平面法已無法勝任這種情 況的解決，必須采用空間機構(gòu)學(xué)原理進行空間運動分析其 結(jié)果才算合理，而矩陣法在空間機構(gòu)分析中，是既易于理 解和掌握應(yīng)用又富有解題威力的一種解題方法，本設(shè)計中 將采用它來分析本次所要設(shè)計的雙橫臂獨立懸架的車輪定 位參數(shù)的變化情況。 在整車坐標(biāo)系中，建立了懸架運動分析模型，通過空 間機構(gòu)學(xué)理論，進行了細(xì)致的分析和推導(dǎo)，的出了懸架運 動分析結(jié)果。之后又建立了簡化后的力學(xué)模型，進行了受 力分析和求解，并與懸架的運動分析相結(jié)合，準(zhǔn)確求出了 懸架的剛度，以上計算結(jié)果為評價懸架的性能提供了充分 的依據(jù)，根據(jù)這些計算結(jié)果設(shè)計確定了該懸架的基本尺寸 和參數(shù)。 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 6 第二章 設(shè)計任務(wù)和要求 2．1 設(shè)計任務(wù)和要求 2.1.1 設(shè)計任務(wù) BJ1042 輕型載貨汽車前懸架設(shè)計，主要設(shè)計技術(shù)參數(shù)： 1) 前軸軸荷： 空載 11000N 滿載 13700N 2) 前軸非簧載質(zhì)量： 125kg 3) 軸距： 2500mm 4) 輪距： 1390mm 2.1.2 設(shè)計要求 1）掌握懸架結(jié)構(gòu)，理論與設(shè)計的基本知識； 2）分析懸架參數(shù)變化對車輛系統(tǒng)性能的影響； 3）了解雙橫臂獨立懸架實際裝配關(guān)系； 4）進行方案論證，確定設(shè)計方案； 5）繪制總成以及零部件圖 4A0;? 第二章 設(shè)計任務(wù)和要求 7 6)編寫設(shè)計計算說明書（20000 字） 。 2.2 設(shè)計主要內(nèi)容 結(jié)合南京依維柯輕型貨車的前懸架，并參考丹東黃海 SG1020 輕型貨車懸架結(jié)構(gòu)，對其雙橫臂獨立懸架進行力學(xué) 分析及計算設(shè)計 BJ1042 輕型貨車前雙橫臂獨立懸架。 主要工作包括： 1.相關(guān)文獻的閱讀：閱讀有關(guān)懸架結(jié)構(gòu)、理論及設(shè)計和 運動學(xué)等方面的文獻、資料； 2.自學(xué)雙橫臂獨立懸架運動學(xué)和靜力學(xué)計算方法，繪制 程序流程圖； 3.實車測繪雙橫臂獨立懸架布置草圖； 4.仿真計算雙橫臂懸架前輪定位參數(shù)變化特性以及靜撓 度/偏頻； 5.了解雙橫臂獨立懸架關(guān)鍵零件的加工工藝； 6.繪制懸架裝配圖，總成圖及零部件圖 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 8 第三章 方案論證 3．1 懸架的作用和組成 3.1.1 懸架的作用 懸架是車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間 一切傳力連接裝置的總稱。它是現(xiàn)在汽車上的重要總成之 一。 懸架的主要任務(wù)是傳遞作用在車輪和車架（或承載式 車身）之間的一切力和力矩，并且緩和路面?zhèn)鹘o車架（或 承載式車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振 動，保證汽車行駛的平順性，保證汽車在路面不平和載荷 變化時有理想的變化特性，保證汽車的操縱穩(wěn)定性，使汽 車獲得高速行駛的能力。 3.1.2 懸架的組成 懸架由彈性元件、導(dǎo)向裝置、減振器、緩沖塊和橫向 穩(wěn)定器等組 成（如左圖） 。 3.1.2.1 彈性 第三章 方案論證 9 元件 彈性元件使車架（或車身）與車橋（或車輪）之間作 彈性聯(lián)接，以緩和沖擊，并使汽車具有良好的行駛平順性。 彈性元件有鋼板彈簧，螺旋彈簧，扭桿彈簧，氣體彈 簧，橡膠彈簧等。一般常見的，廣泛應(yīng)用的是前三種，即 鋼板彈簧，螺旋彈簧，扭桿彈簧。而鋼板彈簧一般應(yīng)用于 非獨立懸架，螺旋彈簧、扭桿彈簧則應(yīng)用于獨立懸架。 3.1.2.2 導(dǎo)向裝置 導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向機構(gòu)組成，用來決定車輪相對于車架 的運動特性，并傳遞除彈性元件的垂直力以外的各種力和 力矩，當(dāng)用縱置鋼板彈簧作彈性元件時，它兼起導(dǎo)向裝置 的作用。 3.1.2.3 減振器 汽車在不平路面上行駛，由于懸架的彈性作用，使汽 車產(chǎn)生垂直振動。持續(xù)振動會使成員感到不舒服和疲勞， 為了衰減這種振動和抑制車輪、車身的振動，減少車輪的 振幅，懸架一般裝有減振器。減振器和彈性元件是并聯(lián)安 裝的。 汽車懸架系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用液力減振器，液力減振器又 可分為在壓縮行程和伸張行程都起作用的減振器——雙作 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 10 用減振器，和僅在伸張行程起作用的減振器——單作用減 振器。目前汽車上廣泛采用雙作用減振器。近年來，有不 少新式減振器應(yīng)用于懸架系統(tǒng)，如充氣式減振器，阻尼可 調(diào)式減振器等。 3.1.2.4 輔助元件 1）橫向穩(wěn)定器 因為通過減少懸架垂直剛度，雖然能降低車身固有頻 率，達到改善車身平順性的目的。但是因為懸架的側(cè)傾剛 度和懸架垂直剛度之間是正比關(guān)系，所以減少垂直剛度的 同時會使側(cè)傾剛度也減少，并且使車廂側(cè)傾角增加，結(jié)果 車廂中的成員會感到不舒服并且會降低行車安全性。故在 汽車上設(shè)置橫向穩(wěn)定器。有了橫向穩(wěn)定器，就可以做到不 增大懸架垂直剛度的條件下，增大懸架的側(cè)傾剛度。 2）緩沖塊 緩沖塊通常由橡膠制成，通過硫化橡膠與鋼板連接為 一體，在經(jīng)由焊在鋼板上的螺釘將緩沖塊固定在車架（或 車身）或其他部位上，起到限制懸架最大行程的作用。有 些汽車裝有多孔聚氨脂制成的幾種形狀的緩沖塊，它兼有 輔助彈性元件的作用。多孔聚氨脂是一種有很高強度和耐 磨性的復(fù)合材料。這種材料起泡時就形成了致密的耐磨外 層，它保護內(nèi)部的發(fā)泡部分不受損傷。由于在該材料中有 第三章 方案論證 11 些封閉的氣泡，在載荷作用下彈性元件被壓縮，但其外闊 尺寸增加卻不大，這點與橡膠不同。有些汽車的緩沖塊裝 在減振器上。 3.1.3 懸架的設(shè)計要求 對懸架提出的設(shè)計要求有： 1.保證汽車有良好的行駛性。 2.具有合適的衰減振動的能力。 3.保證汽車具有具有良好的操縱穩(wěn)定性。 4.汽車制動或加速時，要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾， 轉(zhuǎn)彎時車身側(cè)傾角要合適。 5.結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小。 6.可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，在滿足 零部件質(zhì)量要小的同時，還要保證有足夠的強度和使用壽 命。 為了滿足汽車具有良好的行駛平順性，要求由簧上質(zhì) 量與彈性元件組成的振動系統(tǒng)的固有頻率在合適的頻率范 圍，并且盡量可能低。前、后懸架固有頻率的匹配應(yīng)當(dāng)合 理，對乘用車，要求前懸架固有頻率略低于后懸架的固有 頻率，還要盡量避免懸架撞擊車架（或車身） 。在簧上質(zhì) 量變化的情況下，車身高度變化要小，因此，應(yīng)該采用非 線性彈性特性懸架。 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 12 汽車在不平路面上行駛時，由于懸架的彈性作用，使 汽車產(chǎn)生垂直振動。為了迅速衰減這種振動和抑制車身車 輪的共振，減少車輪的振幅，懸架應(yīng)裝有減振器，并使之 具有合理的阻尼。利用減振器的阻尼作用，使汽車振動的 振幅連續(xù)減小，直至振動停止。 要正確地選擇懸架方案和參數(shù)，在車輪上、下跳動時， 使主銷定位角變化不大、車輪運動與導(dǎo)向機構(gòu)運動要協(xié)調(diào)， 避免前輪擺振；汽車轉(zhuǎn)向時，應(yīng)使之稍有不足轉(zhuǎn)向特性。 近年來，主動懸架的出現(xiàn)不僅能很好的提高汽車行駛 性能，而且能更好的保持車廂姿態(tài)，減小側(cè)傾、縱傾。 3．2 懸架的種類 根據(jù)汽車導(dǎo)向機構(gòu)的不同，懸架可以分為獨立懸架 和非獨立懸架。 3.2.1 非獨立懸架 常見的非獨立懸架是以縱置鋼板彈簧元件兼作導(dǎo)向機 構(gòu)裝置的非獨立懸架。非獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點是左右車輪 用一根整體車軸連接，再經(jīng)過懸架與車架（或車身）連接。 以縱置鋼板彈簧非獨立懸架為例，其主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單， 制造容易，維修方便，工作可靠。缺點是，由于整車布置 上的限制，鋼板彈簧不可能有足夠的長度（特別是前懸架） ，使之剛度較大，所以汽車平順性較差；簧下質(zhì)量大；在 第三章 方案論證 13 不平路面行駛時，左右車輪相互影響，并使車軸和車身傾 斜，當(dāng)兩側(cè)車輪不同步跳動時，車輪會左右搖擺，使前輪 容易產(chǎn)生擺振；前輪跳動時，懸架容易與轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)產(chǎn) 生運動干涉；當(dāng)汽車直線行駛在凹凸不平上的路段時，由 于左右兩側(cè)車輪反向跳動或者只有一側(cè)車輪跳動時，不僅 車輪外傾角有變化，還會產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性；汽車轉(zhuǎn) 彎行駛時，離心力也會產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性；車軸（橋） 上方要求有與彈簧行程相適應(yīng)的空間。這種懸架主要用在 總質(zhì)量大些的商用車前后懸架以及乘用車的后懸架上。 3.2.2 獨立懸架 獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點是左右車輪通過各自的懸架與車 架（或車身）連接。 獨立懸架的優(yōu)點是：簧下質(zhì)量??；懸架占用的空間小； 彈性元件只承受垂直力，所以可以用剛度小的彈簧，使車 身振動頻率降低，改善了汽車行駛平順性；由于采用斷開 式車軸，所以能降低發(fā)動機的位置高度，使整車的質(zhì)心高 度下降，改善了汽車的行駛穩(wěn)定性；左右車輪各自獨立運 動互相不影響，可以減少車身的傾斜和振動，同時在起伏 的路面上能獲得良好的地面附著能力；獨立懸架可提供多 種方案供設(shè)計人員使用，以滿足不同設(shè)計要求。獨立懸架 的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維修困難。這種懸架主要 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 14 用于乘用車和部分總質(zhì)量不大的商用車上。 獨立懸架又可以分為雙橫臂式、單橫臂式、雙縱臂式、 單縱臂式 式、單斜臂式、 麥弗遜式和扭轉(zhuǎn)梁隨動臂式等幾種類。對于不同結(jié)構(gòu)形式， 不僅結(jié)構(gòu)特點不同，而且許多基本特性也有較大區(qū)別。評 價時常從以下幾個方面進行： 1.側(cè)傾中心高度 汽車在側(cè)向力作用下，車身在通過左 右車輪中心的橫向垂直平面內(nèi)發(fā)生側(cè)傾時，相對于地面 的瞬時轉(zhuǎn)動中心，稱為側(cè)傾中心。側(cè)傾中心到地面的距 離，稱為側(cè)傾中心高度。側(cè)傾中心位置高，它到車身質(zhì) 心的距離縮短，可以使側(cè)向力臂及側(cè)傾力矩小些，車身 的側(cè)傾角也會減小。但側(cè)傾中心過高，會使車身傾斜時 輪距變化大加快輪胎的磨損。 2.車輪定位參數(shù)的變化 車輪相對車身上下跳動時，主 銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、車輪外傾角以及車輪前束等定 位參數(shù)會發(fā)生變化。若主銷后傾角發(fā)生變化，容易使轉(zhuǎn) 向輪產(chǎn)生擺振；若車輪外傾角變化大，會影響汽車的直 線行駛穩(wěn)定性，同時也會影響輪距的變化和輪胎的磨損 速度。 3.懸架側(cè)傾角剛度 當(dāng)汽車作穩(wěn)態(tài)圓周行駛時，在側(cè)向 力作用下，車廂饒側(cè)傾軸線轉(zhuǎn)動，并將此轉(zhuǎn)動角度稱之 第三章 方案論證 15 為車廂側(cè)傾角。車廂側(cè)傾角與側(cè)傾力矩和懸架總的側(cè)傾 角剛度大小有關(guān)，并影響汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性。 4.橫向剛度 懸架的橫向剛度影響操縱穩(wěn)定性。若用于 轉(zhuǎn)向軸上的懸架橫向剛度小，則容易造成轉(zhuǎn)向輪發(fā)生擺 振現(xiàn)象。 不同類型的懸架占用的空間尺寸不同，占用橫向尺寸 大的懸架影響發(fā)動機的布置和從車上拆裝發(fā)動機的困難程 度。占用高度空間小的懸架，則允許行李箱寬敞，而且底 部平整，布置油箱容易。因此，懸架占用的空間尺寸也用 來作為評價指標(biāo)之一。 3.2.3 幾種典型的獨立懸架的特點 3.2.3.1 雙橫臂獨立懸架 1 側(cè)傾中心高度比較低； 2 車輪相對車身跳動時，車輪外傾角和主銷內(nèi)傾角均有變 化； 3 輪距變化小，故輪胎磨損速度慢； 4 懸架側(cè)傾角剛度小；橫向剛度大； 5 占用空間較多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，前懸架用的比較多。 3.2.3.2 單橫臂獨立懸架 1 側(cè)傾中心比較高； 2 車輪相對車身跳動時，車輪外傾角和主銷內(nèi)傾角變化大； 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 16 3 輪距變化大，故輪胎磨損速度快； 4 懸架側(cè)傾角剛度比較大，可以不裝橫向穩(wěn)定器； 5 橫向剛度大； 6 占用空間較小，結(jié)構(gòu)簡單，成本低前懸架用的少。 3.2.3.3 單縱臂獨立懸架 1 側(cè)傾中心比較低； 2 車輪相對車身跳動時，主銷后傾角變化大； 3 輪距不變，故輪胎磨損速度慢； 4 懸架側(cè)傾角剛度比較小，需要裝橫向穩(wěn)定器； 5 橫向剛度?。?6 幾乎不占用高度空間，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。 3.2.3.4 單斜臂獨立懸架 1 側(cè)傾中心居單縱臂和單橫臂式之間； 2 車輪相對車身跳動時，車輪定位參數(shù)有變化； 3 輪距變化不大； 4 懸架側(cè)傾角剛度居單縱臂和單橫臂式之間； 5 轉(zhuǎn)向剛度?。?6 幾乎不占用高度空間，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。 3.2.3.5 麥弗遜式獨立懸架 1 側(cè)傾中心比較高； 第三章 方案論證 17 2 車輪相對車身跳動時，車輪定位參數(shù)變化小； 3 輪距變化小，故輪胎磨損速度慢； 4 懸架側(cè)傾角剛度比較大，可以不裝橫向穩(wěn)定器； 5 占用空間小，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，轎車上用的多。 3.2.3.6 扭轉(zhuǎn)梁隨動臂式獨立懸架 1 側(cè)傾中心比較低； 2 車輪相對車身跳動時，左右車輪同時跳動； 3 輪距不變； 4 懸架側(cè)傾角剛度比較大，可以不裝橫向穩(wěn)定器； 5 橫向剛度大； 6 占用空間小，結(jié)構(gòu)簡單，用于發(fā)動機前置前驅(qū)動轎車后 懸架。 3. 3 雙橫臂獨立懸架 本節(jié)從兩個方面對雙橫臂獨立懸架進行分類。 3.3.1 按擺臂長度分類 按擺臂長度可分為：等臂式雙橫臂獨立懸架和不等臂 式雙橫臂獨立懸架。 3.3.1.1 等臂式雙橫臂獨立懸架 上下擺臂長度相等。裝有這種懸架的汽車，當(dāng)車輪上 下跳動時，車輪平面沒有傾斜，但輪距發(fā)生了比較大的變 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 18 化，這將增加車輪側(cè)向滑動的可能性。 3.3.1.2 不等臂式雙橫臂獨立懸架 這種雙橫臂獨立懸架上下擺臂長度不相等。在擺臂不 等長的獨立懸架中，如果將兩臂長度選擇合適，可以使車 輪和主銷的角度以及輪距的變化都不大。不大的輪距變化 在輪胎比較軟時可以由輪胎變形來適應(yīng)，目前轎車的輪胎 可允許輪距的變化在每個車輪上達到 4——5mm 而不致使 車論沿路面滑移。因此，不等臂式雙橫臂獨立懸架在轎車 的前輪上應(yīng)用的比較廣泛。本次設(shè)計就選用不等臂式雙橫 臂前獨立懸架。 3.3.2 按懸架中彈性元件分類 按懸架中彈性元件分類，雙橫臂獨立懸架上一般安裝 螺旋彈簧或者扭桿彈簧，故可以將雙橫臂獨立懸架分為扭 桿彈簧雙橫臂獨立懸架和螺旋彈簧雙橫臂獨立懸架。 3.3.2.1 螺旋彈簧雙橫臂獨立懸架 如下圖所示的 CA7560 型轎車的前懸架，就采用了螺 旋彈簧雙橫臂獨立懸架 第三章 方案論證 19 。 上橫臂 11 和下橫臂 4 的內(nèi)端分別通過擺臂軸 15 和 1 與車架作鉸鏈連接，二者的外端分別通過上球頭銷 14 和 下球頭銷 3 與轉(zhuǎn)向節(jié) 9 相連。螺旋彈簧 5 的上下端分別通 過橡膠墊圈 7 支撐與車架橫梁上的支撐座和下橫臂上的支 撐盤內(nèi)。雙向作用筒式減振器 6 的上下兩端同樣分別通過 橡膠襯墊與車架和下橫臂的支撐盤相聯(lián)接。 3.3.2.2 扭桿彈簧雙橫臂獨立懸架 汽車懸掛的金屬彈簧有三種形式，分別是螺旋彈簧、 鋼板彈簧和扭桿彈簧。螺旋彈簧形似螺旋線而得名，具有 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 20 重量小且占位置少的優(yōu)點，當(dāng)路面對輪子的沖擊力傳來時， 螺旋彈簧產(chǎn)生變形，吸收輪子的動能轉(zhuǎn)換為螺旋彈簧的位 能（勢能） ，從而緩和了地面的沖擊對車身的影響。鋼板 彈簧的中部通過 U 型螺栓（又稱騎馬螺栓）固定在車橋上， 兩端的卷耳用銷子鉸接在車架的支架上，通過鋼板彈簧將 車橋與車身連接起來，當(dāng)路面對輪子的沖擊力傳來時，鋼 板產(chǎn)生變形，起到緩沖、減振的作用。扭桿彈簧一端與車 架固定連接，另一端與懸架控制臂連接，通過扭桿的扭轉(zhuǎn) 變形達到緩沖作用。在三種彈簧中，螺旋彈簧和鋼板彈簧 都是常見的汽車彈簧，它們的作用比較好理解。而許多人 對扭桿彈簧的形狀與作用則不太明了。 如下圖所式的南京依維柯輕型貨車的前懸架，就采用 了扭桿彈簧雙橫臂獨立懸架。 扭桿彈簧縱 向布置在車架縱 梁的外側(cè)，其前 端借花鍵與上橫 臂 6 相連，后端 通過花鍵固定在 支架 1 的花鍵上。 第三章 方案論證 21 筒式減振器的上端與焊接在車架上的減振器支架相連。當(dāng) 車輪上下跳動時，作用于車輪上的垂直載荷經(jīng)轉(zhuǎn)向節(jié) 10 和橫臂 6 傳給扭桿彈簧，是扭桿彈簧產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，因而 緩和了不平路面產(chǎn)生的沖擊載荷。車輪所受的縱向力，側(cè) 向力及其力矩有上下橫臂和上下支撐桿承受并傳給車架。 為了消除扭桿彈簧在使用中因為塑性變形對車身高 度的影響，在安裝時需要對扭桿施以預(yù)加載荷（如下圖） 。 預(yù)加載荷的大小可以用調(diào)整螺釘 2 來調(diào)整。施預(yù)加載荷的 機構(gòu)如下圖。帶有花鍵套的調(diào)整臂 4 借花鍵與扭桿彈簧相 連，將扭桿插入花鍵套調(diào)整臂時，需要將配合標(biāo)記 B 對準(zhǔn)。 調(diào)整螺栓 2 旋入固定在支架上的螺母中，當(dāng)旋緊調(diào)整螺栓 2 時，螺栓的前端頂住調(diào)整臂，使扭桿產(chǎn)生逆時針扭轉(zhuǎn)， 上橫臂 1 的外端下移。因為上橫臂外端與轉(zhuǎn)向節(jié)相連，被 其抵住不能下移，則扭桿本身不僅產(chǎn)生預(yù)加載荷，而且車 身還被提高。因此，用此機構(gòu)還可以調(diào)整車身的高度，調(diào) 整后將鎖緊螺母 3 鎖緊。 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 22 3. 4 前輪定位參數(shù)的作用及變化要求 前輪定位參數(shù)隨車輪上下跳動的變化特性常指從滿載 位置到車輪跳動 40mm 的范圍內(nèi)而言。? 3.4.1 外傾角 外傾角的作用是多方面的，其中一個重要作用是產(chǎn)生 外傾推力，減小輪胎的側(cè)偏剛度，以次影響汽車的轉(zhuǎn)向特 性；還有一個作用是使輪胎傾斜觸地，便于轉(zhuǎn)向盤的操作。 現(xiàn)在汽車普遍裝用子午線輪胎，大的外傾角回使輪胎偏磨， 降低輪胎摩擦力，動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的增加也使外傾角不斷減 小，盡管如此，設(shè)計少許外傾角可對車軸上的車輪軸承施 加適當(dāng)?shù)妮S向力，現(xiàn)在的汽車一般將外傾角設(shè)為 左右，1? 接近垂直。 在雙橫臂獨立懸架中，外傾角變化情況取決于懸架上 第三章 方案論證 23 下上下臂運動的幾何關(guān)系。往往是外傾角隨彈簧壓縮行程 的增大而減小這樣會產(chǎn)生過度轉(zhuǎn)向趨勢，所以應(yīng)盡量減少 車輪相對于車身跳動時的外傾角變化，在所定車輪跳動范 圍內(nèi)，其變化量在 以內(nèi)為佳。?1? 此外，在選定的上、下臂的長度范圍內(nèi)，上、下臂長 的比值對外傾角變化的影響較大，所以對上、下臂長的選 擇要慎重。 3.4.2 主銷后傾角 汽車側(cè)視圖中，轉(zhuǎn)向主銷向后傾斜一定的角度，此為 后傾角，主銷中心線的接地點與車輪中心地面投影之間產(chǎn) 生距離，兩點間的距離稱為主銷縱傾移距如右下圖。 車輪接地點位于轉(zhuǎn)向主銷延長線的 后端，車輪就會靠行駛中的滾動阻力被 后拉，使車輪的方向朝向行進方向。 設(shè)定很大的主銷后傾角可提高直線 行駛性能，同時主銷縱傾移距過大，會 加重轉(zhuǎn)向盤的操作能力，由于路面干擾 而加劇車輪的前后顛簸，使方向盤產(chǎn)生 打手現(xiàn)象。 3.4.3 主銷內(nèi)傾角 在汽車前視圖中，主銷軸線向車身的內(nèi)側(cè)傾斜，該角 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 24 度稱為主銷內(nèi)傾角。 以帶有主銷軸線為中心轉(zhuǎn)向，所以從直線行駛狀態(tài)變 為轉(zhuǎn)向時，單側(cè)車輪位置就會下降，實際上是由于反作用 力使單側(cè)車身提高。使單側(cè)車身提起的力就形成了使車輪 恢復(fù)直線行駛的力，但是此力若不適當(dāng)，轉(zhuǎn)彎時的正常操 作力增大，感覺轉(zhuǎn)向操縱沉重。 主 銷內(nèi) 傾角 還有 其它 作用， 它決 定了 主銷軸延長線接地點與輪胎接地中心的差，稱為磨損半徑。 如左圖所示 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，轉(zhuǎn)向輪以主銷軸線接點為中心轉(zhuǎn)向，所以 輪胎的接地點再路面上劃出一個 C 字。減少磨胎半徑時的 磨損量也使操作方向盤輕便。一般情況下設(shè)定磨胎半徑時 點 C 處于點 B 的內(nèi)側(cè)，如果加大主銷的內(nèi)傾角，就會發(fā)生 點 C 與點 W 的重疊，使磨胎半徑為零，或者點 C 處于點 W 第三章 方案論證 25 的外側(cè)，形成負(fù)磨胎半徑。如果磨胎半徑設(shè)為零，不僅轉(zhuǎn) 向盤操作輕便，當(dāng)制動或駛越凸起物時，還可減少以主銷 軸為中心的車輪擺頭現(xiàn)象，使轉(zhuǎn)向盤操縱穩(wěn)定。 汽 車 在 制 動 中 左 右 車輪產(chǎn)生阻力差時（如左圖所示）會發(fā)生使車身向阻力大 側(cè)偏轉(zhuǎn)的橫向擺動力矩。設(shè)定了負(fù)磨胎半徑，可向阻力大 的一側(cè)的輪胎產(chǎn)生消除橫向擺動力矩的力，便于保持車身 的方向，減輕制動側(cè)傾。 3.4.4 車輪前束 在汽車側(cè)視圖中，車輪的中心線并不完全朝著直線行 駛的方向，而是稍微帶有一定角度，像內(nèi)八字一樣內(nèi)側(cè)帶 有一定角度的稱為前束，而朝向為側(cè)的稱為后束，它的作 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 26 用主要是修整車輪外傾橫向推力（ 如圖 ） 3. 5 懸架結(jié)構(gòu)元素 3.5.1 雙橫臂獨立懸架的特點 在實際應(yīng)用中多采用橫臂不等長的雙橫臂獨立懸架， 如果將兩臂長度選擇得得當(dāng)，可以使車輪和主銷的定位角 度以及輪距的變化都不太大，不大的輪距的變化都不太大， 不大的輪距變化在輪胎較軟時，可以由輪胎變形來適應(yīng)。 這種懸架的最大特點是設(shè)計上的自由度教大，既上述懸架 控制臂的支點位置可自由設(shè)定（在允許較大的空間范圍內(nèi)） ，可使汽車具有突出的轉(zhuǎn)彎性能、直線行駛性及乘坐舒適 性。 3.5.2 扭桿彈簧 扭桿彈簧本身是一根由彈簧鋼制成的桿件，其端面形 狀有花鍵，多邊形等形式，扭桿彈簧的作用原理是：扭桿 彈簧的一端固定于車架，另一端與懸架控制臂連接，控制 第三章 方案論證 27 臂則與車輪相連；當(dāng)車輪跳動時，連接控制臂上的扭臂便 繞扭桿軸線擺動，使扭桿產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)彈性變形，借以保證車 輪與車架的彈性聯(lián)系。 扭桿本身的扭轉(zhuǎn)剛度雖然是常數(shù)，但采用扭桿的懸架 剛度卻是可變的，原因在于控制臂扭轉(zhuǎn)一定角度時，地面 支反力對于扭桿軸線的力作用臂長度也隨之發(fā)生變化。值 得注意的是，懸架的變剛度特性與控制臂長度有著直接的 關(guān)系，當(dāng)懸架行程一定時，臂越短扭轉(zhuǎn)角的變化就越大， 因此臂越短，懸架的變剛度越明顯，如下圖，但是臂長度 同時又影響到車輪定位和受空間布置的限制，因此只能是 一個折中的產(chǎn)物。 采用扭桿彈簧的另一個特點是，若將扭桿連接的固定 端轉(zhuǎn)過一定角度，則控制臂的初始位置將相應(yīng)改變，借此 可以調(diào)節(jié)車架與車輪之間的相對位置，既達到調(diào)節(jié)車身高 度的目的。 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 28 扭桿的疲勞損壞多因為扭桿表面質(zhì)量引起的，因此加 工中其表面粗糙度尺寸及軸線的直線度等要求非常嚴(yán)格， 并且使用中必須對扭桿表面進行很好的保護，為了防止腐 蝕以及表面機械損傷，可采用表面處理（如碳化、涂漆） 以及用橡膠帶、尼龍布、環(huán)氧樹脂漆層等方法加以保護。 扭桿加工時，對其進行預(yù)扭強化處理（加載方向同工 作載荷方向）和表面強化處理（如滾壓、噴丸等）可以明 顯增加扭桿的疲勞壽命。此外，加工后還要進行嚴(yán)格的磁 力探傷和消磁。 對于扭桿彈簧預(yù)扭時，一定要打印扭轉(zhuǎn)方向標(biāo)記，在 裝配時，若方向安裝錯，反而會大大降低扭桿的疲勞壽命。 在空間布置上縱置扭桿彈簧可節(jié)省縱向空間，使用于小型 車及廂式車的懸架系。 扭桿彈簧還具有質(zhì)量輕，不需潤 滑等優(yōu)點。 3.5.3 上、下控制臂長度比值 等長雙橫臂懸架在車輪跳動過程中，雖然沒有外傾角 的變化，因此，現(xiàn)實中不采用這種形式、對于不等長雙橫 臂懸架設(shè)計中，如何選擇適當(dāng)?shù)纳?，下控制臂長度比值， 以得到輪距變化與車輪定位參數(shù)變化矛盾的最佳妥協(xié)結(jié)果 是非常關(guān)鍵的。 討論外傾角受影響情況，如圖，在 a)中轉(zhuǎn)向節(jié)上、下 第三章 方案論證 29 球銷中心距長度不變，等 于 0.6 下臂長， 而上臂長 在 0.6～1.0 下臂長范 圍內(nèi)變動。 在圖 b） 上球銷中心距在 0.6～1.0 下臂長范圍內(nèi)變動，而上臂長 不變，等于 0.6 下臂長。從圖上可以 看出，適當(dāng)選擇上、下臂長比值是可能達到外傾角不大于 規(guī)定植的要求（ ） 。1?? 下表為國內(nèi)外轎車雙橫臂獨立懸架的一些參數(shù)： 在本設(shè)計中，選定上臂長 A=220mm,下臂長 C=363mm， 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 30 轉(zhuǎn)向節(jié)球銷中心距 B=252mm,其比值 A/C=0.61、B/C=0.67 都在經(jīng)驗植范圍內(nèi)。 第四章 雙橫臂獨立懸架運動學(xué)分析以及車輪 定位參數(shù)的計算 4．1 雙橫臂獨立懸架運動學(xué)分析 4.1.1 空間機構(gòu)學(xué)理論 4.1.1.1 已知空間直線上兩點坐標(biāo)（或者該直線方向余弦 以及直線上一點坐標(biāo)）和直線外一點坐標(biāo)，確定過該線外 一點作該線垂線的垂足坐標(biāo)。 如圖 4.1 所式，空間直線過 和 兩點，過該直1M2 線外一點 做該線垂線，M 垂足為 N 點。 各點空間坐標(biāo)為： =?? 第四章 雙橫臂獨立懸架運動學(xué)分析以及車輪定位參數(shù)的計算 31 ??,TMXYZ =??1M??11,TM =??2??22,TMXYZ =??N??,TN 圖 4.1 根據(jù)空間機構(gòu)運動學(xué)理論，垂足 N 點的坐標(biāo)為： = = +a（ - ）???,TNXYZ?1M?2?1 其中 a= /??T????1M? ??221M?A 式中 = +??221A212MX +21MY212MZ 4.1.1.2 已知空間一點的初始位置坐標(biāo)以及空間某個軸線 的方向余弦，還已知該點向該軸線作垂線所得的垂足點的 坐標(biāo)。確定當(dāng)該點繞該軸旋轉(zhuǎn) γ 角度后該點的位置坐標(biāo)。 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 32 機構(gòu)如圖 4.2 所示，空間一點 B，軸線 L 的方向余弦 ， ， 已知。垂足點 D 各點的初始位置坐標(biāo)為：xUyz = ??000,TBXYZ???? = ??D??,TD 當(dāng) B 點繞軸線 L 旋轉(zhuǎn) γ 角時，B 點 的新位置坐 標(biāo)由下式確定： 圖 4.2 = =??B?,TBXYZ +??Q??0BD??? 式中轉(zhuǎn)換矩陣 的表達式為Q????????201120313023 21102230103qqq? ????? ?????? ? 軸 線γ 第四章 雙橫臂獨立懸架運動學(xué)分析以及車輪定位參數(shù)的計算 33 矩陣 中的 ， ， , 分別為：??Q0q123q =cos , = sin , = sin , 0γ xUγ 2yUγ = sin3qzU2γ 4.1.1.3 空間四連桿機構(gòu)，當(dāng)其中一桿繞其軸線旋轉(zhuǎn)某個 角度時，另一桿繞其軸線的旋轉(zhuǎn)角度。 機構(gòu)如圖 4.3 所示，空間四連桿機構(gòu) 桿12ov 的旋轉(zhuǎn)軸線為 L1，桿 1ov2vo 的旋轉(zhuǎn)軸線為 L2，桿 的長度為 r= ，各點的初始位12v12v?? 置坐標(biāo)已知： ??111,ToXYZ?????1vv ??222,Too???? 211LV 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 34 ??222,ToovvXYZ????? 軸線 L1 的方向余弦： ， ，1xuy1z 軸線 L2 的方向余弦： ， ，22z 當(dāng)桿 繞 L1 旋轉(zhuǎn) α 角度時，設(shè) 繞 L2 旋轉(zhuǎn)1ov2vo β 角度。下面討論如何確定 β 值。 根據(jù) 4.1.1.2 節(jié)中的內(nèi)容，桿 繞 L1 旋轉(zhuǎn) α 角度1v 時， 點的坐標(biāo)為：1v ????????1111,TovvXYZQv???????????? 矩陣 的表達式如上，只需要將 ， ， ， 轉(zhuǎn)0q23q 換成： =cos , = sin , = sin , 0q2α 1qxu2α 21yuα = sin ,31zuα 同理，桿 繞 L2 旋轉(zhuǎn) β 角時， 點的位置坐標(biāo)為：2vo2v ????????222 22,TvvXYZQo???????????? 矩陣 的表達式同上，只需要將 ， ， ， 轉(zhuǎn)Q0q13q 換成： 第四章 雙橫臂獨立懸架運動學(xué)分析以及車輪定位參數(shù)的計算 35 =cos ， = sin ， = sin ， 0q2β 1q2xuβ 2qyuβ = sin 3zuβ 由 r= 可得：12v?? = + + =?A??12vX12vY???12vZr 這是一個含有未知數(shù) β 的非線性方程，可以將其轉(zhuǎn) 化為極小值問題，用一維搜 索法確定 β 的數(shù)值使 minF(β)=0，就可以確定該方程的 解。 4.1.2 雙橫臂獨立懸架空間運動分析計算 如圖 4.4 所示為雙橫臂獨立懸架結(jié)構(gòu)簡圖，坐標(biāo)系原 點選在整車總布置坐標(biāo)原點上。X 軸指向汽車尾部，Z 軸 垂直車架表面向上，Y 軸由右手定則確定。 吉林大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 36 （ 圖 4.4） ：下橫臂擺動中心 ：上橫臂擺動中心1A2A ：下球頭銷中心 : 上球頭銷中心BB ：下橫臂擺動軸線 ：上橫臂擺動軸線1L2L C：主銷軸線與轉(zhuǎn)向節(jié)軸線交點 D: 輪胎中心 E：輪胎接地點 圖中 ， 點在懸架運動過程中保持不變，可以由1A2 設(shè)計圖紙得到，圖中 ， 點的初始位置的坐標(biāo)可由設(shè)1B2 計圖紙確定。 設(shè) 和 分別為上下橫臂擺動軸線在 x-y 平面內(nèi)的投1θ 2θ 影角（俯視圖投影角） ， ， 分別為上下橫臂擺動軸線1Φ 2Φ 在 x-z 平面內(nèi)的投影角（側(cè)視圖投影角） ，其數(shù)值由設(shè)計 圖紙確定。 和 按右手定則繞