關于汽車麥弗遜式懸架結構及裝配技術的研究與創新

羅杰 袁雪松 黃海峰

【摘 要】隨著汽車行業的日漸成熟，消費者對汽車行駛平順性及舒適性的要求不斷提高，對汽車的懸架性能及安裝質量的要求也日趨嚴格。麥弗遜式獨立懸架是一種應用最為廣泛的結構，因此研究其安裝的性能十分重要。文章在研究麥弗遜式獨立懸架的基礎上，進行了一定程度的探討并進行了改善該結構的思索。文章主要介紹了麥弗遜式懸架的組成結構、工作原理和裝配技術，簡要分析了該懸架在裝配過程中出現的技術問題和質量不良對汽車行駛平順性的影響，提出了一種輔助麥弗遜式懸架安裝的工裝，并介紹了該工裝的主要技術要點和該工裝帶來的效果。

【關鍵詞】汽車;麥弗遜式;懸架;裝配;工裝

【中圖分類號】U463.33 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）03-0057-03

0 引言

麥弗遜式獨立懸架結構是汽車上應用最廣泛的結構，從入門車到中高端各類車型均能見到此結構的身影。國內外關于麥弗遜式前懸掛結構的研究層出不窮，國外學者S. Dehbari，J. Marzbanrad于2020年9月2日發表了關于麥弗遜式前懸架的研究，該文采用一個完整的多體系統，并考慮了兩個自由度，使用位移矩陣對麥弗遜式前懸架進行了動力學研究 [1]。2020年6月15日，國內學者王健、薛少科等人也在《汽車實用技術》一刊中發表了他們借助ADAMS動力學軟件對麥弗遜式前懸架側向力優化的見解 [2]。

然而，關于麥弗遜式前懸掛的主要研究均在動力學方面，而制造領域方面關于麥弗遜式獨立懸架的研究相對較少。事實上，小型乘用車的懸架大都采用自下向上的方式，麥弗遜式前懸架存在安裝困難、安裝精度不足等缺點。本文在研究麥弗遜式前懸架的動力學之余，提出了一種輔助安裝麥弗遜式前懸架的裝置，以提高該懸架實際在工程應用中的制造效率和裝配質量。

1 麥弗遜式獨立懸架的結構與原理

目前，大多數汽車的懸架結構大致分為5類：？譹？訛麥弗遜結構;？譺？訛雙叉臂結構;？譻？訛多連桿結構;？譼？訛扭力梁結構;？譽？訛整體橋結構 [3]。這5種結構各有特點，其中麥弗遜式結構以其成本低、橫向空間占用率低、杠桿比高等特性，相比其他結構具有更廣泛的應用。麥弗遜懸架可細分為兩種，傳統麥弗遜懸架和先進麥弗遜懸架，兩者主要是在一體式下擺臂和分體式下擺臂，轉向節與減震器下端和下擺臂連接形式，以及有無傳動軸的細節上進行區分。麥弗遜懸架結構主要由減震器和下擺臂兩個部分組成，與其他結構不同的是，它的主銷與減震器通常不在同一條直線上，以保證減震器的使用壽命。因此，麥弗遜懸架結構中的主銷和減震器存在一定角度。

麥弗遜式獨立懸架的原理相對簡單，彈簧與減震器一體，彈簧承受汽車行駛時所受到的來自前后左右各個方向的絕大部分力。彈簧固定在減震器上，只能沿其做上下運動，以此起到緩沖的作用。減震器可以通過調整行程，調節彈簧的松緊程度，達到減震效果，兩者相輔相成。

2 麥弗遜式懸架裝配技術的研究與改進

麥弗遜式懸架存在一定的缺陷，由于減震器和彈簧都是對車輛上下方向的晃動進行緩沖，因此車輛的外傾特性相對較差。而且，減震器在懸架向下并承受側向力時，會受到彎矩的影響。隨著車輪在行駛過程中的上下跳動，減震器的主銷的定位角都會隨著車架的變形而發生變化。這種反復且不規則的受力形式，必然對麥弗遜式懸架裝配提出更高的要求。在受力形式上，麥弗遜式獨立懸架裝配精度的優良也同樣影響著車輪前束角、前后輪外傾角，而主銷后傾角和內傾角等參數對汽車行駛平順性有著較大的影響 [4-6]。此外，外傾和前束的誤差也嚴重影響輪胎的壽命。根據市場調查，絕大部分的輪胎磨損均與汽車長期行駛的外傾角和前束有關。

2.1 麥弗遜式懸架裝配技術的現狀

目前，對于國內大部分主機廠而言，麥弗遜式懸架裝配以人工居多，自動化程度不高。主要的裝配步驟如下：①人工手持減振器支柱下部，并用內六角扳手固定活塞桿，防止轉動，并擰緊螺母蓋。②將傳動軸裝入車輪軸承殼，并與懸架下搖臂裝配。③依次擰緊橫向穩定桿緊固螺栓和球頭銷緊固螺栓。該過程并不復雜，主流的主機廠大都只是在設計時通過加強螺栓的穩定性，并沒有在裝配技術做太多文章。麥弗遜式懸架的主銷和減震器在結構設計上并不在一條直線上，實際上這種手工式的安裝過程不但效率較低，而且對精度不高，對懸架安裝的可靠性有很大的影響。筆者針對上汽通用五菱汽車股份有限公司某款車型進行研究，該車型的車體的螺紋孔位考慮到加工工藝的實際情況，孔徑比減震器上的螺栓大1 mm，根據計算可以得到，在沒有輔助工裝對心的情況下，此裝配工藝對外傾角的影響大概有3′;同理，減震器連接轉向節在裝配環節對外傾角的影響有12′左右;擺臂到副車架在裝配工藝中對外傾角的影響有2′左右。將整個誤差鏈累積后發現，制造過程中外傾角的實際誤差遠遠大于設計誤差。

2.2 輔助工裝在汽車裝配技術的應用

每一輛汽車上有成千上萬的零件，汽車的裝配技術一直處于四大工藝之首，汽車的裝配是一個龐大的工程，也是國內各大主機廠的主營業務。為了降低零件安裝的難度，減少零件安裝的工時，設計更符合人機工程學的裝配工藝，大量的工裝夾具應運而生 [7]。無論是整車設計的早期試制階段，還是量產后的SOP階段，無處不見各式各類的輔助工裝。工裝設計的能力好與壞，不但是國內主機廠裝配技術能力的體現，也是裝配質量的重要保證。一般而言，輔助工裝除了滿足改善裝配工藝的功能外，還應具備結構簡單、操作簡單的特性，屬于簡約但不簡單的設計。

2.3 基于麥弗遜式懸架裝配技術要點的新型輔助工裝

本文在研究麥弗遜式懸架的裝配現狀，結合其結構及動力學原理，創造性地提出了一種新型的輔助工裝。該工裝主要由安裝定位銷、限位銷、螺栓、底座、支柱組成（如圖1所示），工作原理主要是由頂上的安裝定位銷頂住麥弗遜式懸架，由底座共同限位麥弗遜懸架，以此達到較好的限位目的。與傳統的自下向上的裝配方式不同，采用該輔助支撐工裝只需使用簡單的水平推進對準即可。使用情況主要分兩種：①安裝過程，將需要裝配的前懸掛下擺臂孔插進定位錐形銷中，然后將舉升小車升到一定高度，使前懸掛頂部安裝螺柱與車身安裝孔相吻合，然后用螺母進行固定，最后將舉升小車降低到與前懸掛下擺臂安裝孔相離的高度后將其從車架底部拉出即可完成安裝過程。②拆卸過程，將裝好支撐裝置的舉升小車舉升至一定的高度，使定位錐形銷插進前懸掛下擺臂安裝孔中，然后松開前懸掛與車身連接的螺母，隨之降低舉升小車到前懸掛與車架不干涉的位置，最后將支撐有前懸掛的舉升小車從車底拉出來即可完成拆卸過程。其中，該輔助支撐工裝定位錐形銷呈錐形設計，不僅適用于不同大小的前懸掛下擺臂安裝孔與之配合，而且當前懸掛與定位錐形銷安裝連接或者拆卸分離時順暢不卡滯。支柱一端面設計為斜面，該斜面與下擺臂安裝孔基座底面保持平行，使得垂直安裝在支柱上的定位錐形銷與下擺臂安裝孔保持同軸，保證了支撐裝置與前懸掛拆裝順暢。支柱另一端面設計為平面且與底座連接固定，確保支撐裝置平穩安裝在舉升小車上。設計的支撐裝置通過底座固定在舉升小車邊緣處，通過下擺臂安裝孔將前懸掛總成放入支撐裝置的定位錐形銷中，當固定前懸掛時不需要專門的操作者將其舉升起來，消除了零件在安裝過程中意外掉落砸傷操作者的安全隱患，確保了零件質量，整個過程僅需一位操作者即可完成。此外，該輔助工裝采用在支柱側面安裝定位銷和在底座相應處開兩個對稱的限位銷槽的方式，不僅實現支柱在底座上的限位，而且當限位銷轉動卡進到兩個限位銷槽處時可分別滿足前驅前懸掛和后驅前懸掛的定位安裝。支柱的固定是采用螺栓通過底座上的螺紋孔扭緊卡住支柱側面上的扁位實現的，設計結構簡單實用，整個安裝拆卸前懸掛過程安全、輕松、簡便、快速。

2.4 輔助支撐工裝的實際改善效果

根據本工裝在汽車試制環節的使用效果來看，該工裝不僅明顯提高了工人師傅的工作效果，而且極大地提高了該懸架的安裝精度。根據檢測工裝安裝的試驗車的結果，使用該工裝裝配的車輛相比于傳統安裝工藝具有更好的外傾角和前束，較大程度地減輕了汽車調試工的工作強度。由于結合了人機工程學，因此工人師傅裝配麥弗遜式懸架更為輕松，得到了廣泛的好評。此外，經試驗車的可靠性試驗，使用該工裝裝配的懸架顯示出更好的K特性，螺栓的失效概率大大減低，也證明了該輔助支撐工裝能提高安裝精度。

此外，該輔助支撐工裝對材料的要求簡單，普通的鋼材、工程塑料均可以制作。實際上，筆者采用車間邊角料就制作了幾套該工裝。該工裝投入使用后，原裝配工位的工時由原來的2.5 min降低為1.5 min，裝配效率提升了66.67%。而且，該輔助支撐工裝用小車即可以推送，避免了懸架墜落等安全隱患的發生，也降低了懸架摔到地面引起的零件報廢率。

3 結語

總的來說，本文在研究麥弗遜式懸架結構及動力學之余，提出了一種新型的輔助支撐工裝，該工裝極大地改善了麥弗遜式獨立懸架的裝配工藝及質量效果。根據反復的試驗認證，該工裝不僅適用于汽車試制階段的裝配環節，還可以進一步推廣到量產工藝。

參 考 文 獻

[1]S Dehbari，J Marzbanrad.Kinematic and Dynamic Analysis for a New MacPherson Strut Suspension System[J].Mechanics and Mechanical Engineering，2020，22（4）：1223-1238.

[2]劉叢浩，薛少科，王一臣，等.C形彈簧在麥弗遜懸架側向性能調校的研究[J].汽車實用技術，2021，46（4）：27-28.

[3]張繼鵬.麥弗遜式獨立懸架的仿真分析和優化設計[D].成都：電子科技大學，2015.

[4]孫文，劉歡，趙景波，等.麥弗遜式前懸架系統結構設計與運動仿真分析[J].常州工學院學報，2020，33（2）：9-16.

[5]馮東明，謝琦林，張京，等.麥弗遜式前懸架輪胎外傾角偏差的研究與解決[J].汽車與駕駛維修（維修版），2020（2）：60-61.

[6]賈紅偉，章駿.麥弗遜式懸架車輪外傾角偏差的分析[J].汽車工程師，2011（10）：32-34，62.

[7]宋華，姚海蓉.面向設計的計算機輔助汽車裝配工藝規劃系統[J].汽車實用技術，2020（2）：157-159.