麦弗逊Macpherson悬架中的作用力.ppt

麦弗逊麦弗逊(Macpherson)悬架中的作悬架中的作用力分析与计算方法用力分析与计算方法华福林编写华福林编写华福林编写华福林编写本文是我根据所收集到的一些有关本文是我根据所收集到的一些有关资料，经消化吸收后并结合自己的资料，经消化吸收后并结合自己的实践经验编写的，仅供参考实践经验编写的，仅供参考麦弗逊悬架中载荷分三部分来确定麦弗逊悬架中载荷分三部分来确定:A.静载荷的确定；静载荷的确定；B.持续作用力的确定；持续作用力的确定；C.短时作用力的确定短时作用力的确定A. 麦弗逊悬架中静载荷的确定麦弗逊悬架中静载荷的确定 1. 弹簧和铰接中的静载荷弹簧和铰接中的静载荷(见图见图1): 在进行静力平衡分析时，将车轮、轮轴、减振器（含在进行静力平衡分析时，将车轮、轮轴、减振器（含活塞杆）对点活塞杆）对点A及下控制臂形成一整体，点及下控制臂形成一整体，点A固定在挡泥固定在挡泥板上，下控制臂的铰接固定于板上，下控制臂的铰接固定于B处图2是无约束系统图，是无约束系统图，选取减振器轴线为选取减振器轴线为Y轴；轴；X轴则与它垂直，用轴则与它垂直，用X及及Y轴上的轴上的反力代替支承反力代替支承A点X-Y坐标相对于地面旋转一个坐标相对于地面旋转一个0角，角，也就是车轮回转轴在横向平面内的倾角。

按图也就是车轮回转轴在横向平面内的倾角按图1所示的距所示的距离符号，对离符号，对D点取矩后得平衡方程：点取矩后得平衡方程： Ax（c+o）= Nv-（Uv/2）b Ax= Nv-（Uv/2）b / （c+o） (1)式中：式中： b=Ro+d tg 0 mm Uv/2 前轮簧下质量的一半前轮簧下质量的一半 N 图图1 由由(1)式可知式可知: 若若 ( c+a)值增大值增大(即点即点A在挡泥板处愈高在挡泥板处愈高)，b值减小时，则值减小时，则使减振器活塞杆上的弯曲载荷使减振器活塞杆上的弯曲载荷Ax减小 另外另外, 在在Y轴方向上的所有力之和应等于零，即轴方向上的所有力之和应等于零，即F=0 见图见图2因此，弹簧上的静载荷为因此，弹簧上的静载荷为： Fy=0 Ay=Ny+By 式中，式中，Ny=Nycos 0； By=Bx tg（+0） Fx=0 Bx=Ax+Nx ； 式中式中 Nx=Nv sin 0 减振器活塞杆的弯矩为：减振器活塞杆的弯矩为：Mk=aAx 减振器活塞杆导向套上的力为：减振器活塞杆导向套上的力为： Cx=AxL/（L-a） 作用于活塞上的力为：作用于活塞上的力为： Kx=Cx-Ax 线段线段a越短，越短，Cx和和kx就越小，导向套中和活塞上的摩擦力就越小，导向套中和活塞上的摩擦力（Ck1+Kx 2）也相应地减小。

也相应地减小 2. 用作图法来确定作用力既简单又实用，如图用作图法来确定作用力既简单又实用，如图3所示 利用已知力利用已知力Nv和下和下控制臂控制臂BD所产生力的方向，就可获所产生力的方向，就可获得力得力A，将力，将力A分解成在减振器轴线方向上和与其垂直方向分解成在减振器轴线方向上和与其垂直方向上的分力，从而可得到支撑上的反力和作用于弹簧上的力上的分力，从而可得到支撑上的反力和作用于弹簧上的力 当代小轿车为了减小前轮驱动转动力臂当代小轿车为了减小前轮驱动转动力臂R0 （scub radius） ，常常把下臂球头，常常把下臂球头B从减振器轴线向车轮从减振器轴线向车轮方向移动方向移动t的距离，见图的距离，见图4此时，车轮回转轴线和减振器此时，车轮回转轴线和减振器轴线形成夹角轴线形成夹角，该角可用已知线段长来表示：，该角可用已知线段长来表示： tg = t /（c+o） 图图4展示出力展示出力Nv、B和和A在减振器轴向上的分解，即旋转在减振器轴向上的分解，即旋转 0-角度时的分解点角度时的分解点A的力矩方程为：的力矩方程为： bNv+By t-Bx（c+o）=0取取 b = R b = R0 0+d tg+d tg0 0 +t cos +t cos（0 0 ）+ + （c+ac+a）sinsin（ 0 0 ）；）； By =Bx tg By =Bx tg（+ + 0 0 ） 则可算出则可算出BxBx，然后，将车轮载荷，然后，将车轮载荷N Nv=Nv-（Uv/2）分解）分解 成分力成分力Nx=N Nv sinsin（ 0 0 ）；）； 和和 Ny=N Nv coscos（ 0 0 ）；由此确定弹簧压缩力）；由此确定弹簧压缩力AyAy与与铰接上的载荷铰接上的载荷Ax Ax 。

当载荷为两名乘客时，力当载荷为两名乘客时，力AxAx应尽可能地小，若是结构上应尽可能地小，若是结构上可能的话甚至可能的话甚至Ax=0Ax=0，见图，见图5 5为此，将弹簧作用力线向车为此，将弹簧作用力线向车轮方向移动轮方向移动S S距离，使其通过力距离，使其通过力NvNv和和B B的作用线交点的作用线交点M M 移动距离可用作图法或按简图移动距离可用作图法或按简图6 6进行计算进行计算 s=t+ s=t+（R R0 0+d tg+d tg0 0）coscos（ + + 0 0 ）/cos /cos 如果如果t与与R0值不大，弹簧可在有限范围内作必要的移动值不大，弹簧可在有限范围内作必要的移动 此时此时,下摆臂的作用力线、弹簧上下摆臂的作用力线、弹簧上铰接点铰接点作用力线和轮胎作用力线和轮胎接地面的作用力线同时通过接地面的作用力线同时通过M点（见图点（见图7），这样便可用），这样便可用作图法求得作图法求得A0、B0、R0力三角，并得出其矢量值需要提力三角，并得出其矢量值需要提醒的重要一点是：此时系统作用力矩等于零，使得减振器醒的重要一点是：此时系统作用力矩等于零，使得减振器活塞杆免受弯矩之害。

然而由于结构上的原因还不能完全活塞杆免受弯矩之害然而由于结构上的原因还不能完全消除活塞杆上的弯矩，只能作到较大的改善而已消除活塞杆上的弯矩，只能作到较大的改善而已, 因此就出现下面力的上限值因此就出现下面力的上限值(理想状态理想状态)和下限值的讨论和下限值的讨论B.B.麦弗逊悬架中动载荷麦弗逊悬架中动载荷( (持续作用力持续作用力) )的确定：的确定： 汽车在行驶过程中汽车在行驶过程中, ,麦式悬架系统除了要承受来自静载麦式悬架系统除了要承受来自静载荷及其变化所带来的作用力以外，还要承受来自驱动力、荷及其变化所带来的作用力以外，还要承受来自驱动力、制动力、侧向力（侧风、转向、侧滑等力）等引起的持续制动力、侧向力（侧风、转向、侧滑等力）等引起的持续作用力及力矩作用力及力矩 1. 1. 承受侧向力承受侧向力S S1 1时的分析时的分析: : 当汽车转弯时当汽车转弯时( (或受侧风、侧向坡度等影响），车轮对或受侧风、侧向坡度等影响），车轮对路面的反作用力路面的反作用力S1S1通过图通过图7 7和力三角形图，用作图法来确和力三角形图，用作图法来确定作用于下摆臂球头销定作用于下摆臂球头销B B与固定滑柱点与固定滑柱点A A上力的上限值，可上力的上限值，可由下面两个力得到合力由下面两个力得到合力RvoRvo进行：进行： Nv= =Nv-（Uv/2） Uv/2 前轮簧下质量的一半前轮簧下质量的一半 N Nv 前轮前轮(单轮单轮)下的载荷下的载荷 N S1= Nv 轮胎与路面的附着系数轮胎与路面的附着系数 考虑到最大侧滑力发生在干燥平整的沥青路面汽车急弯考虑到最大侧滑力发生在干燥平整的沥青路面汽车急弯轮胎发生侧滑时，此时左右轮胎发生侧滑时，此时左右,则则: S1max= 0.7Nv N 图图8.给出确定给出确定A、B两点的力的下限值简图。

两点的力的下限值简图 只要求得合力只要求得合力Rvu即可绘得力三角形求出即可绘得力三角形求出Bu及及Au的大小，的大小，方法如下：方法如下： 合力合力Rvu可利用可利用Nv=Nv-Uv/2计算得到各参数的坐标计算得到各参数的坐标简图可用简图可用1：1前桥总图或前桥总图或1：的比例关系绘制，力的比例：的比例关系绘制，力的比例尺推荐用尺推荐用1cm=200 N 当下摆臂球头移动距离为当下摆臂球头移动距离为t时，弹簧由减振器轴线向外移时，弹簧由减振器轴线向外移动距离动距离s为了得到力为了得到力Ao（图（图6）和）和Au（图（图7）的方向）的方向 应将上铰接处支反力应将上铰接处支反力Ax及及Ay一起平移，且连接一起平移，且连接A与与M两两点如果作图法有困难，则可通过计算法来确定未知力点如果作图法有困难，则可通过计算法来确定未知力Ao及及Aox（按图（按图9简图进行）图中的力分解成简图进行）图中的力分解成X与与Y轴的轴的分力（即旋转分力（即旋转0 0 角度），其平衡条件为：角度），其平衡条件为：Fx=0Fx=0 -N -No ox-Sx-S1 1x+Bx+Bo ox-Ax-Ao ox=0 (1)x=0 (1)Fy=0Fy=0 N No oy-Sy-S1 1y+By+Bo oy-Ay-Ao oy=0 (2)y=0 (2) 对点对点AA建立力矩方程，将分力建立力矩方程，将分力B Bo ox x和和B Bo oy y作为未知量，因作为未知量，因为为B Bo oy= By= Bo ox tanx tan据此即可求得解。

据此即可求得解 如果已知：如果已知：C C、d d、s s、t t和和RoRo，可对点，可对点B B取矩：取矩： M MB B=0=0； No(Ro+d tan No(Ro+d tan0 0)+S)+S1 1d-Ad-Ao ox(c+o)-Ax(c+o)-Ao oy(s-t)=0 (3)y(s-t)=0 (3) 如果将一方程除以另外一个方程如果将一方程除以另外一个方程, ,就可以消去就可以消去(Aox(Aox或或Aoy)Aoy)一一个未知力：个未知力： =+ =+0 0 Boy/Box=tan= Boy/Box=tan=（S S1y1y+ A+ Aoyoy-N-Noyoy）/ / （S S1x1x+ A+ Aoxox+N+Noxox） A Aoyoy=A=Aoxox tan+ S tan+ S1x 1x tan- Stan- S1y1y+N+Nox ox tan+Ntan+Noyoy 式中：式中：S S1x 1x =S=S1 1 coscos（0 0 ）；）；S S1x 1x =S=S1 1 sinsin（0 0 ）；）； N Noxox=No sin (=No sin (0 0 ）; N; Noyoy=No cos (=No cos (0 0 ）; ; 用同样方法可计算出用同样方法可计算出BoBo和和Axu,Axu,但应考虑在代入方程时但应考虑在代入方程时, ,所所有力都具有方向性有力都具有方向性, ,注意正负号。

注意正负号 利用已知力利用已知力AoxAox和和AuxAux即可计算出持续作用于减振器活塞即可计算出持续作用于减振器活塞杆上的弯曲力矩如果该二力方向相同，则为非交变载荷，杆上的弯曲力矩如果该二力方向相同，则为非交变载荷，应该只用应该只用AoxAox计算力矩，即计算力矩，即 Mk=Aox Mk=AoxO O 在上述举例中，力在上述举例中，力Bo和和Bu以及以及Aox和和Aux的方向相反的方向相反见图见图10.即下球头销支撑及即下球头销支撑及减振器活塞杆承受着交变减振器活塞杆承受着交变载荷载荷 为计算弯曲应力，应为计算弯曲应力，应该改变力的最大最小值，使该改变力的最大最小值，使其变成交变载荷，然后乘以其变成交变载荷，然后乘以线段长度线段长度o即可得到弯曲力矩即可得到弯曲力矩 Mkw =（0.58Aox+0.42Aux)o由于力由于力Aox与与Aux方向相反方向相反,在在Aux系数之前要加上负系数之前要加上负号计算所得的应力不得超过号计算所得的应力不得超过许用应力许用应力b=0.6 bb1b2/(kb)计算所得的应力计算所得的应力b=Mkw /Wb b Wb 活塞杆的断面模数活塞杆的断面模数mm3系数适用于表面硬化和减振器。