汽车悬架设计方案的尝试

2020-09-10

总体方案:

在设计时首先考虑改型车的总体方案要求,在借鉴原型车悬架系统结构的基础上,提出改型车悬架系统的总体方案。接着,根据悬架总体方案,进行悬架系统各零部件的设计计算,在计算时应重点计算对悬架整体性能影响较大的零部件如:螺旋弹簧、横向稳定杆、减振器等。然后,运用CAD工具进行悬架系统的实体建模和二维零件图的绘制;最后,利用计算机仿真手段对悬架系统的运动学特性进行仿真分析。


为什么前悬架选择麦弗逊式悬架?

麦弗逊式悬架的特点

麦弗逊悬架一般用于轿车的前轮。与其它悬架系统相比,麦弗逊式悬架系统具有结构简单,紧凑,占用空间少,性能优越等特点。麦式悬架还具有较为合理的运动特性,能够保证整车性能要求􀀀。虽然麦弗逊悬挂在行车舒适性上的表现令人满意,其结构简单体积不大,可有效扩大车内乘坐空间,但也由于其构造为滑柱式,对左右方向的冲击缺乏阻挡力,抗刹车点头等性能较差。


麦佛逊式悬架的经济性分析

自20世纪30年代美国通用汽车的一名工程师麦弗逊(McPherson)发明了麦弗逊式悬架以来,麦弗逊式独立悬架已成为使用量最多的悬架结构形式之一[5]。从宝马M3,保时捷911等高性能车,到菲亚特STILO,福特FOCUS和国产的夏利、哈飞面包车等前悬挂采用的都是麦弗逊式悬架。麦弗逊式悬架的有效性和经济型已经得到了无数事实的佐证。

随着世界能源的日益匮乏,微型汽车和节能汽车已成为世界汽车工业发展的一个重要方向,小排量汽车和经济型汽车的推广势必会带来麦弗逊式独立悬架更为广泛的运用,麦弗逊式悬架的经济性也将得到充分的体现。麦弗逊式悬架最大的设计特点就是结构简单,结构简单能带来两个直接好处是:悬挂质量轻和占用空间小。我们知道,汽车的质量是影响汽车燃油经济性的一个关键因素,减轻悬架的质量进而减轻整车的质量就可以有效地降低汽车的油耗,从而达到减少能源消耗和降低使用成本的目的;同样,由于麦式悬架有着结构紧凑、占用空间小等结构特点,这就使汽车的前置前驱式布置方案(FF)成为可能。这样,不仅省去了采用前置后驱式布置(FB)时所使用的驱动轴,减轻了汽车的质量降低了油耗,还缩小的整车的尺寸,便于汽车向着微型化方向发展。

当然,和其它结构形式的悬架相比从使用经济性角度来讲,麦弗逊式悬架也存在一定的不足。我们知道,悬挂属于运动部件,在汽车运行过程中,悬架将要承受来之路面和车身各个方向的力和力矩。对于麦弗逊式悬架这些冲击载荷将完全由减振器支柱和下摆臂来承受,所以这些部位较易发生几何变形,进而使零件损害造成悬架的失效。

悬架弹性特性

    悬架受到的垂直外力F与由此所引起的车轮中心相对于车身位移厂(即悬架的变形)的关系曲线称为悬架的弹性特性。其切线的斜率是悬架的刚度。

    悬架的弹性特性有线性弹性特性和非线性弹性特性两种。当悬架变形厂与所受垂直外力F之间呈固定比例变化时,弹性特性为一直线,称为线性弹性特性,此时悬架刚度为常数。当悬架变形 与所受垂直外力F之间不呈固定比例变化时,弹性特性如图4—1所示。此时,悬架刚度是变化的,其特点是在满载位置(图中点8)附近,刚度小且曲线变化平缓,因而平顺性良好;距满载较远的两端,曲线变陡,刚度增大。这样可在有限的动挠度 范围内,得到比线性悬架更多的动容量。悬架的动容量系指悬架从静载荷的位置起,变形到结构允许的最大变形为止消耗的功。悬架的动容量越大,对缓冲块击穿的可能性越小。

    空载与满载时簧上质量变化大的货车和客车,为了减少振动频率和车身高度的变化,应当选用刚度可变的非线性悬架。轿车簧上质量在使用中虽然变化不大,但为了减少车轴对车架的撞击,减少转弯行驶时的侧倾与制动时的前俯角和加速时的后仰角,也应当采用刚度可变的非线性悬架。

    钢板弹簧非独立悬架的弹性特性可视为线性的,而带有副簧的钢板弹簧、空气弹簧、油气弹簧等,均为刚度可变的非线性弹性特性悬架。


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