麦弗逊独立悬架受力分析及计算.ppt

麦弗逊(Macpherson)悬架中的作用力分析与计算方法

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:
A.静载荷的确定；B.持续作用力的确定；C.短时作用力的确定
A.麦弗逊悬架中静载荷的确定
1.弹簧和铰接中的静载荷(见图1):
在进行静力平衡分析时，将车轮、轮轴、减振器（含活塞杆）对点A及下控制臂形成一整体，点A固定在挡泥板上，下控制臂的铰接固定于B处。图2是无约束系统图，选取减振器轴线为Y轴；X轴则与它垂直，用X及Y轴上的反力代替支承A点。X-Y坐标相对于地面旋转一个δ0角，也就是车轮回转轴在横向平面内的倾角。按图1所示的距离符号，对D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：b=Ro+dtgδ0mm
Uv/2前轮簧下质量的一半N

图1由(1)式可知:若(c+a)值增大(即点A在挡泥板处愈高)，b值减小时，则使减振器活塞杆上的弯曲载荷Ax减小。

另外,在Y轴方向上的所有力之和应等于零，即∑F=0见图2。因此，弹簧上的静载荷为：
∵∑Fy=0
∴Ay=Ny+By
式中，Ny=N‘ycosδ0；By=Bxtg（β+δ0）
∵∑Fx=0
∴Bx=Ax+Nx；式中Nx=N’vsinδ0
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：Cx=AxL/（L-a）
作用于活塞上的力为：Kx=Cx-Ax
线段a越短，Cx和kx就越小，导向套中和活塞上的摩擦力（Ckμ1+Kxμ2）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3所示。
利用已知力N’v和下`控制臂BD所产生力的方向，就可获得力A，将力A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。
当代小轿车为了减小前轮驱动转动力臂R0
（scubradius），常常把下臂球头B从减振器轴线向车轮方向移动t的距离，见图4。此时，车轮回转轴线和减振器轴线形成夹角α，该角可用已知线段长来表示：
tgα=t/（c+o）
图4展示出力N’v、B和A在减振器轴向上的分解，即旋转
δ0-α角度时的分解。点A的力矩方程为：
bN’v+Byt-Bx（c+o）=0
取b=R0+dtgδ0+tcos（δ0–α）+
（c+a）sin（δ0–α）；
By=Bxtg（β+δ0–α）
则可算出Bx，然后，将车轮载荷N’v=Nv-（Uv/2）分解成分力Nx=N’vsin（δ0–α）；
和Ny=N’vcos（δ0–α）；由此确定弹簧压缩力Ay与铰接上的载荷Ax。
当载荷为两名乘客时，力Ax应尽可能地小，若是结构上可能的话甚至Ax=0，见图5。为此，将弹簧作用力线向车轮方向移动S距离，使其通过力N’v和B的作用线交点M。
移动距离可用作图法或按简图6进行计算。
s=t+（R0+dtgδ0）cos（β+δ0–α）/cosβ

如果t与R0值不大，弹簧可在有限范围内作必要的移动。
此时,下摆臂的作用力线、弹簧上铰接点作用力线和轮胎接地面的作用力线同时通过M点（见图7），这样便可用作图法求得A0、B0、R0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,
因此就出现下面力的上限值(理想状态)和下限值的讨论。

B.麦弗逊悬架中动载荷(持续作用力)的确定：
汽车在行驶过程中,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、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。
1.承受侧向力S1时的分析:
当汽车转弯时(或受侧风、侧向坡度等影响），车轮对路面的反作用力S1通过图7和力三角形图，用作图法来确定作用于下摆臂球头销B与固定滑柱点A上力的上限值，可由下面两个力得到合力Rvo进行：
N’v=Nv-（Uv/2）
Uv/2前轮簧下质量的一半N
Nv前轮(单轮)下的载荷NS1=φNv
φ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轮胎发生侧滑时，此时φ=0.70左右,则:
S1max=0.7NvN
图8.给出确定A、B两点的力的下限值简图。
只要求得合力Rvu即可绘得力三角形求出Bu及Au的大小，方法如下：
合力Rvu可利用N’v=Nv-Uv/2计算得到。各参数的坐标简图可用1：1前桥总图或1：2.5的比例关系绘制，力的比例尺推荐用1cm=200N。
当下摆臂球头移动距离为t时，弹簧由减振器轴线向外移动距离s。为了得到力Ao（图6）和Au（图7）的方向应将上铰接处支反力Ax及Ay一