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汽車前部用麥弗遜結構的比較常見,後面同樣採用此結構的很少見,那汽車構造中的獨立懸架: 麥弗遜懸架系統到底有什麼優缺點,我帶大家一起學習下。
發動機、底盤、變速箱俗稱汽車的三大件,這三個部分決定了整車的效能,也是決定整車價格的主要因素,而組成底盤系統的懸架又是車輛的重要組成部分,懸架系統有幾種呢,一般情況下主流車型中的前懸架共有三種形式:麥弗遜懸架,雙叉臂懸架,多連桿懸架。
麥弗遜懸架:
為何叫麥弗遜懸架呢,這麼拗口的名字怎麼來的呢?原來麥弗遜是一名設計師,麥弗遜(Mcpherson)是美國伊利諾斯州人,1891年生,於1924年加入了通用汽車公司。1950年由麥弗遜在英國的子公司生產的兩款車首次使用了這種懸架結構。由於這種結構構造簡單,效能優越。自這種結構面世之後應用廣泛,加上本身質量穩定,成本較低、維護方便等因素迅速被廣泛傳播大量使用代替之前的鋼板懸掛。大到寶馬M3,保時捷911這類高效能車,小到中國產幾萬元的小轎車均採用這種懸架設計,最終人們以他的名字命名了這種懸掛系統-麥弗遜懸掛系統。
麥弗遜懸架系統由兩部分組成:支柱式彈簧減震器和A字型託臂。支柱式彈簧減震器不僅是起到了支撐整個車身的作用還有就是他的濾震能力,這種結構緊湊,減震器在內,減震彈簧圍繞一週,形成一個上下滑動的整體。下託臂是由A字型的設計組成,主要作用就是承擔整個車身的重量以及承受全部的前後方向衝擊力。並且這種結構的減振器可兼做轉向主銷,轉向節可以圍繞著它轉動,特點是主銷位置和前輪定位角隨車輪的上下跳動而變化。
麥弗遜的設計特點就是結構簡單,懸掛重量輕和佔用空間小。懸掛的響應速度和回彈速度快,懸掛的減震能力也就越強,舒適性也越好。並且這種結構佈置緊湊,前輪定位變化小,具有良好的行駛穩定性,因為它沒有上控制臂,所以降低了簧下質量,減輕了車輪上下運動時的慣性提高了車輪的反應速度。
還有一點就是這種結構構造簡單,成本較低,維護維修方便,這才是他被廣泛應用的主要原因。麥弗遜式是目前A級車和部分B級車使用最廣泛的前懸架型式,由於該懸架型式結構緊湊,佔用的橫向空間小,所以大部分前置前驅的車型都採用這一型式的懸架。
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作為獨立懸掛中可以說是採用率最高的懸掛形式,麥佛遜(英文MacPherson Strut,香港根據粵語音譯作“麥花臣”)廣泛應用於民用車領域。麥弗遜懸掛起名源自它的發明者“麥佛遜”。雖然麥佛遜以其結構緊湊,運作高效而成為能見度最高的前懸掛形式,它卻不是最先被髮明出來的獨立懸掛形式。最初的懸掛系統,是與非承載式車身搭配的,也就是大梁式車架。於是能夠輕易地將懸掛系統的導向機構以及彈性元件全部安裝在大梁之上的雙橫臂系統,便是當時出現最早,並且普及率最高(事實上不存在其他形式的獨立懸掛,能合理地與大梁式車架搭配)。隨著承載式車身被髮明出來,汽車的尺寸也可以很大程度地緊湊化。而懸掛系統亦有緊湊化的需求。麥佛遜式懸掛系統的概念是,作為彈性元件的避震器,透過結構強化之後,同時擔任轉向以及傳遞力以及力矩的作用,從而可以簡化導向機構,騰出更多的空間給引擎艙。
麥弗遜式懸掛的結構相當簡單:下橫臂是唯一的導向機構元件,負責傳遞縱向以及橫向的作用力,因而下橫臂的形態與雙橫臂的橫臂相近,都是呈“A”形,在複雜的受力環境裡能兼顧各個方向的強度;彈性元件的避震機柱則同時要整合彈簧、減震,以及軸向、橫向的受力結構,所以避震機柱的結構比其他形式的避震機要更為堅固,視覺上也更為粗壯。在這裡要強調一點,“麥佛遜”是對前懸掛的專稱,它的必要條件是“避震機柱”同時負責轉向。而類似斯巴魯翼豹(9代及以前)的後懸掛結構,只能稱為“類麥弗遜”。
麥佛遜的避震機柱,一端與轉向機剛性固定,另一端也就是上固定點,就是安裝在我們俗稱的“避震器塔頂”之上。上固定點要兼顧避震機柱的旋轉(隨轉動輪)以及承受力與力矩。因此麥佛遜懸掛的“塔頂”,比起雙橫臂或者多連桿系統,其設計強度要求更高。插句題外話,為補強塔頂強度,也就衍生出被稱為“頂吧”的橫向撐杆,將左右塔頂剛性連線起來,使得原本半開放的整個引擎艙,從正前方切面看過去是個閉合的四邊形,消除了兩端塔頂因為受力而向中間彎折的變形。
麥佛遜懸掛的優點相信很多人都耳熟能詳了:結構緊湊,佔用空間少;車架受力點少,車架受力設計簡單;部件少,成本低。而缺點就是車輪上下運動時,主銷的運動規律由下搖臂的幾何角度決定,軌跡是單一的圓弧,無法透過改變轉向節的約束條件,來獲取複雜的定位引數變化規律,因此在運動性與舒適性方面,麥佛遜都不顯得特別出色。可以說麥弗遜就是最中庸的設計,成本低、工作可靠、效能不過不失。
圖:這是麥佛遜懸掛的全貌,下搖臂連線著轉向節的下半部分,避震機柱則固定在轉向節的上部分,轉向橫拉桿控制轉向節與避震機柱整體轉動。