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导向机构设计

3.4 导向机构的设计

3.4.1 导向机构设计要求

独立悬架的导向机构承担着悬架中除垂直力之外的所有作用力和力矩,并决定了悬架跳动时车轮的运动轨迹和车轮定位角的变化,因此,悬架的设计要求有:

1)形成强档的侧倾中心和侧倾轴线。

2)形成恰当的纵倾中心。

3)个交接点处受力尽量小,减小橡胶元件的弹性形变,以保证导向精确。

4)保证车轮定位参数及其随车轮跳动哦的变化能满足要求。

5)具有足够的疲劳强度。

对于前轮独立悬架机构的要求是:

1) 悬架上载荷变化时,保证轮距变化不超过±4.0mm,轮距变化大会引起轮胎早期磨损。

2)悬架上载荷变化时,前轮定位参数要有合理的变化特性,车轮不应产生纵向加速度。

3)汽车转弯行使时,应使车身倾角小。在0.4g侧向加速度作用下,车身侧倾角≦6°~7°,并使车轮与车身的倾斜同向,以增强不足转向效应。

4)只用时,应使车身有抗前俯作用;加速时,有抗后仰作用。

3.4.2 导向机构的布置参数

1)侧倾中心

麦弗逊式独立悬架的侧倾中心由下图所示方式得出。从悬架与车身的固定连接点E作活塞杆运动方向的垂直并将下横臂延长。两条的交点即为极点P 。将P点与车轮接地点N的连线交在汽车的轴线上,交点W即为侧倾中心。

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图3-1 麦弗逊式独立悬架侧倾中心的确定

Fig.3-1 Maifuxunshi independent suspension roll centre established

麦弗逊式独立悬架的弹簧减震器轴线EG 布置得越接近垂直,下横臂GD 布置得越接近于水平,则侧倾中心W 就越接近于地面,从而使得在车轮上跳动时车轮外倾角的变化不理想 麦弗逊式独立悬架的侧倾中心高度为

s

v

w r d k p

b h ++=

σβtan cos 2

(3-42)

式中 )

s i n (βα++=o c k d k p +=βsin

(3-43)

表3-4 215/60R16轮胎标准 Table.3-4 215/60R16 Tire standards

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选取:

d=360mm s

r =152 β=60 σ=50 (3-44)

根据图

3-4

α

=

σ

=50 (3-45) 因为弹簧自由高度 0H =260mm ,减振器的长度L=300mm 所以取

C+o=478mm (3-46)

因为轮胎的断面宽度B=189mm ,车宽度a B =1673mm ,所以:

v

b =

2

2

B B a -

=

=-

2

1892

1673742mm

(3-47)

根据设计要求满载时: K=

)

65sin(4780

+o

=2505.24mm

(3-48)

87.6213606sin 24.25050

=+?=p mm

(3-49) 所以

152

5tan 3606cos 24.250587

.6212

7240

+?+?=

w h =84.2mm (

3-50)

满足在独立悬架中,前悬架侧倾中心高度在0~120mm 范围内。

2)侧倾轴线

在独立悬架中,汽车前部与后部侧倾中心的连线称为侧倾轴线,侧倾轴线应大致与地面平行,且尽可能离地高些。平行是为了使得在曲线行驶时前、后轴上的轴荷变化接近相等,从而保证中型转向特性;而尽可能高则是为了使车身的侧倾限制在允许范围内

然而,在前悬架的侧倾中心高度收到允许的轮距变化限制,并其尽可能超过150mm.此外,在前轮驱动驱动的汽车中,由于前桥轴荷大,且为驱动桥,故应尽可能是前轮轮荷变化小。

3)纵倾中心

麦弗逊式独立悬架纵倾中心,可由E 点座减震器运动方向的垂直线。该垂直线与横臂轴D 延长线的交点v O 即为纵倾中心,如下图所示:

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图3-2 麦弗逊式悬架的纵倾中心

Fig.3-2 Maifuxunshi Suspension trim Centre

4) 抗制动纵倾性

抗制动纵倾性可能使制动过程中汽车车头的下沉量及车尾的抬高量减小。只有在前后悬架的纵倾中心位于两根车桥(轴)之间时,这一性能方可实现

5) 抗驱动纵倾性

抗驱动纵倾性可减小后轮驱动汽车车尾的下沉量或前轮驱动汽车车头的抬高量。对于独立悬架而言,当纵倾中心位置高于驱动桥车轮中心时,这一可能性方可实现。

6) 悬架横臂的定位角

独立悬架中的横臂铰链轴大多空间倾斜布置。

3.4.3 导向机构受力分析

分析如图的麦弗逊式独立悬架受力简图可知:作用在导向套上的横向力F 3,可根据图上的布置尺寸求得

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图3-3 麦弗逊式独立悬架导向机构受力简图

Fig.3-3 Maifuxunshi independent suspension-oriented institutions force diagram

根据弹簧设计要求以及减震器升级要求,和上面布置要求,确定上面参数: a=152mm b=357mm

c=120mm d=404mm (3-51) 42.418334342.38405.08.9701=+=??+=F F

(3-52)

)

)((13c d d c ad F F -+=

(

3-53)

式中,F 1为前轮上的静载荷1'

F 减去前轴簧下质量的1/2 所以

120)

-)(404044(12040425142.41833+??=

F =1726.26N (

3-54)

将弹簧和减震器的轴线相互偏移距离s=6mm,在考虑到弹簧轴向力F 6的影响,则作用到套筒上的力将减小,即

c

d s F c d b c ad F F --

-+=

613)

)((

(3-55) 式

165

c

o s F F ==4183.42×0.996=4166.69N

(3-56)

)

120404(669.416626.17263-?-=F =1638.23N

(3-57)

增加距离s ,有助于减小作用到导向套筒上面的横向力。

3.4.4 横向轴线布置方式的选择

麦弗逊式独立悬架的横臂轴线与主销后倾角的匹配,影响汽车的纵倾稳定性。O 点为汽车纵向平面内悬架相对于车身跳动的运动瞬心。当摇臂轴的抗前俯角'β-等于静平衡位置的主销后倾角γ时,横臂轴线正好与主销轴线垂直,运动瞬心交于无穷远处,主销轴线在悬架跳动时作运动。因此, γ值保持不变。

当'β-与γ的匹配使运动瞬心O 交于前轮后方时(图3-4),在悬架压缩行程,γ角有增大的趋势

当'β-与γ的匹配使运动瞬心O 交于前轮前方时(图3-4),在悬架压缩行程,γ角有减小的趋势。

为了减小汽车制动时的纵倾,一般希望在悬架压缩行程主销后倾角γ有增加的趋势,因此,在设计麦弗逊式独立悬架时,应选择参数'β能使运动瞬心O 交于前轮后方。

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图3-4 γ角变化示意图 Fig.3 -4 γangle diagram

3.4.5 横臂长度的确定

有图3-5可以看出,横臂越长,B y曲线越平缓,即车轮跳动时轮距变化越小,有利于提高轮胎寿命。主销内倾角β、车轮外倾角α和主销后倾角γ曲线的变化规律也都与B y类似,说明摆臂越长,前轮定位角度的变化越小,将有利于提高汽车的操纵稳定性。

因此,在满足布置要求的前提下,应尽量加长横臂长度。

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图3-5 麦弗逊式独立悬架运动特性

Fig.3-5 mcpherson independent suspension motion characteristics