麥弗遜懸架減振器側(cè)向力研究綜述

薛少科，曾慶東，劉慧軍，康全全，宋榮華

（遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

前言

現(xiàn)如今，麥弗遜懸架減振器作為一種傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架，憑借它結(jié)構(gòu)簡單[1]、空間占用率率小、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)深受各大汽車廠家喜愛，被廣泛應(yīng)用于中低端車型。但也正由于它的結(jié)構(gòu)特殊性導(dǎo)致麥弗遜懸架減振器會受到側(cè)向力的作用，減振器在長期受到側(cè)向力的作用下會發(fā)生減振器失效，從而縮短減振器使用壽命[2]，降低麥弗遜懸架的性能。前人對麥弗遜懸架減振器側(cè)向力優(yōu)化已經(jīng)做了許多工作，本人針對前人的研究進(jìn)行了總結(jié)，并提出了自己的意見。

1 麥弗遜懸架減振器側(cè)向力形成原因及研究狀況

1.1 麥弗遜懸架減振器側(cè)向力形成原因

如圖1a 所示，以麥弗遜懸架減振器以及車輪整體為研究對象，減振器受到來自地面的反力W，作用點(diǎn)在B 點(diǎn)（不考慮簧下質(zhì)量），方向垂直地面向上；減振器受到來自下擺臂的約束作用力Fc，作用點(diǎn)在C 點(diǎn)，方向沿下擺臂由C 指向D。減振器受到來自減振器上支點(diǎn)的約束作用力FA，作用點(diǎn)在E點(diǎn)。如圖1 b 所示，由三力平衡，根據(jù)W 以及Fc 的大小方向可以確定FA 的大小與方向[3]。如圖1 a 所示，由于減振器上支點(diǎn)受到的約束作用力FA 作用線與減振器中心軸線并不是重合的，所以將減振器上支點(diǎn)約束作用力FA 分解為沿減振器中心軸線的作用力FAy 與垂直減振器中心軸線的作用力FAX ，分解結(jié)果如圖1c 所示。

圖1 麥弗遜懸架受力圖

如圖2 所示，我們以減振器整體作為研究對象，任意一點(diǎn)所受力矩必須平衡，我們以C 點(diǎn)來分析力矩平衡，在C 點(diǎn)，E 點(diǎn)的作用力W 與A 點(diǎn)的作用力FA 力矩平衡，E 點(diǎn)產(chǎn)生的力矩M=W×e，由力矩M 作用，其減振器導(dǎo)向套與油封處產(chǎn)生力F1 作用力，其減振器活塞處B 點(diǎn)產(chǎn)生F2 作用力。F1 作用力、F2 作用力、FAx 便是減振器受到的側(cè)向力，其中導(dǎo)向套與油封處所受的側(cè)向力F1 最大，這也是導(dǎo)致減振器漏油、減振器失效的主要原因。

圖2 減振器受力圖

1.2 麥弗遜懸架減振器側(cè)向力研究狀況

2009 年，王玉順、劉江分析了麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)特征與減振器受側(cè)向力的原因并發(fā)現(xiàn)一種利用香蕉簧來減小麥弗遜懸架減振器所受側(cè)向力的方法，利用多體動(dòng)力學(xué)軟件ADAMS 進(jìn)行了仿真分析，得到了香蕉簧所受的側(cè)向力力曲線，并與普通螺旋彈簧所受的力曲線進(jìn)行了對比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明香蕉簧可以有效的減小側(cè)向力，為彈簧的設(shè)計(jì)做出了貢獻(xiàn)。

2011 年，景立新、郭孔輝、蘆蕩整理了麥弗遜懸架減振器側(cè)向力優(yōu)化的方法，建立了一種可以考慮S 形彈簧、更改彈簧座傾角、改變螺旋彈簧軸線偏置[4]等問題的多體動(dòng)力學(xué)懸架模型，以多個(gè)角度實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了麥弗遜懸架減振器所受側(cè)向力，整理了自己的一套思路，使得麥弗遜懸架減振器側(cè)向力優(yōu)化效率大大提高。

2014 年，余亮浩、楊德強(qiáng)針對麥弗遜懸架減振器側(cè)向計(jì)算方法的計(jì)算誤差，提出了一套通過空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行側(cè)向力的想法，并建立自己的計(jì)算理論，根據(jù)自己設(shè)定的計(jì)算建減振器側(cè)向力的程序，在Excel[5]上能夠快速的進(jìn)行減振器側(cè)向力的計(jì)算，對以后的減振器側(cè)向力計(jì)算具有很強(qiáng)的應(yīng)用實(shí)踐價(jià)值。

2 麥弗遜懸架減振器側(cè)向力改善方法與展望

2.1 麥弗遜懸架減振器側(cè)向力改善方法

目前麥弗遜懸架減振器側(cè)向力的改善方法主要有一下幾種：

（1）將普通圓柱螺旋彈簧結(jié)構(gòu)改為C 形螺旋彈簧；

（2）將減振器彈簧座傾斜一定角度；

（3）將彈簧中心線與減振器中心軸線偏移一定角度；

（4）將普通螺旋彈簧縮小圈偏置。

2.2 麥弗遜懸架減振器側(cè)向力展望

通過對前人關(guān)于麥弗遜懸架減振器側(cè)向力的分析計(jì)算等研究，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)者都是針對于一方面來進(jìn)行麥弗遜懸架減振器側(cè)向力的減小研究，本人認(rèn)為可以結(jié)合兩個(gè)方面來進(jìn)行麥弗遜懸架減振器側(cè)向力的優(yōu)化研究，如圖3 所示，我們可以從改變減振器彈簧托傾角并且結(jié)合C 形彈簧的特殊結(jié)構(gòu)，從而使側(cè)向力的優(yōu)化得到最佳。由于C 形彈簧安裝在不等平面的彈簧座之箭，C 形彈簧左側(cè)受到的預(yù)壓力大于C 形彈簧右側(cè)受到的預(yù)壓力，兩個(gè)力的合力會指向減振器右側(cè)，這樣減振器便會受到一個(gè)向右的彎矩M右，該彎矩M右將抵消一部分減振器本身所受到的彎矩M，如果這兩個(gè)彎矩大小相等，方向相反，那么理論上可以認(rèn)為該減振器所受到的側(cè)向力最小化。該想法屬于本人假設(shè)，后期實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證還需多體動(dòng)力學(xué)、有限元分析以及實(shí)車實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本人學(xué)識拙淺，如有錯(cuò)誤，還望大家積極指出。

圖3 麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)圖

3 總結(jié)

通過對麥弗遜懸架減振器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，指出了麥弗遜懸架減振器所受側(cè)向力的原因。

對近幾年前人關(guān)于麥弗遜懸架減振器側(cè)向力優(yōu)化的研究進(jìn)行了總結(jié)，并提出了自己的一種改善減振器側(cè)向力的想法。