毕业设计（论文）汽车双横臂独立悬架设计

1、 广西科技大学（筹）毕业设计（论文）说明书课题名称 汽车悬架设计 院 别 汽车与交通学院 专 业 车辆工程 班 级 车辆083 学 号 2008002051* 姓 名 指导教师 2012年 5月 18日摘 要 悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架（或车身）与车轴（或车轮）弹性的连接起来。它最主要的功能是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩，缓和路面传给车架（或车身）的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车的行驶平顺性。本文是在奥迪r8 5.2l fsi quattro 2010款轿车前悬架基础上设计的，目的是为了考察大学四年的学习成果并为将来走向工作岗位打下坚实的基

2、础。所做的说明书中包括轿车前悬架的选型、减振器的选型及计算、弹性元件形式的选择计算及选型、导向机构的设计，横向稳定杆的设计计算和车轮定位参数的确定。经过查阅大量的资料，以及结合所学知识，对该前悬架进行了方案论证、结构方案分析以及设计计算。设计中包括了减振器、弹性元件和横向稳定杆各项参数的确定，包括主要参数的选择计算、受力情况、强度校核等。在最后，对本次设计做出总结。设计中包括计算机辅助设计catia建模（零件图、装配图），计算机辅助设计cad绘图(零件图)折合1.5张a0图纸，手绘一张a1图纸，翻译外文资料一份，编辑说明书一份。关键词:双横臂独立悬架 导向机构 减震器 螺旋弹簧 横向稳定杆ab

3、stract the suspension is one of the modern automobile assembly, frame (or body) and the axle (or wheel) flexible connection up. its primary function is to pass the role of force and torque between the wheels and the frame (or body) to ease the load of the road to pass the impact of the frame (or bod

4、y), the attenuation caused by the vibration of the bearing system ensure riding comfort.this article is based on the audi spyder 5.2 fsi quattro car front suspension , the purpose is to lay a solid foundation for the future go to work for the learning outcomes of the inspection four years of college

5、. made to the instructions included in the suspension in the front of the car selection, the selection and calculation of the shock absorber, the choice of the form of the elastic element calculation and selection, guiding mechanism design, design and calculation of the stabilizer bar and wheel alig

6、nment parameters to determine . access to large amounts of data, and combine the suspension of the former demonstration program, the structure of program analysis and design calculations. the design includes a shock absorber, the elastic element and the horizontal stabilizer of the parameters identi

7、fied, including the choice of the main parameters to calculate the forces and strength check. finally, make a summary on the design.catia modeling of computer-aided design (parts and assembly drawings), computer-aided design cad drawing (drawing) equivalent to 1.5 a0 drawings, hand-painted an a1 dra

8、wings, translate foreign data copy editing a manual included in the design.key words: double wishbone suspension，guide mechanism，absorber，absorber springs，stabilizer bar目 录摘 要a目 录i绪 论11.1汽车悬架概述11.2论文研究的背景及意义21.3 毕业论文研究内容2第2章汽车悬架概述32.1悬架基本概念32.1.1悬架概念32.1.2悬架最主要的功能32.1.3悬架基本组成32.1.4悬架类型42.2悬架系统研究与设计的

9、领域42.3悬架设计要求42.4悬架的主要特性52.4.1 悬架的垂直弹性特性52.4.2 减振器的特性62.5 本章小结6第3章悬架对汽车主要性能的影响73.1悬架对汽车平顺性的影响73.1.1悬架弹性特性对汽车行驶平顺性的影响73.1.2悬架系统中的阻尼对汽车行驶平顺性的影响103.1.3非簧载质量对汽车行驶平顺性的影响113.1.4改善平顺性的主要措施123.2悬架与汽车操纵稳定性123.2.1 汽车的侧倾123.2.2侧倾时垂直载荷对稳态响应的影响143.3本章小结16第4章悬架主要参数的确定174.1 悬架静挠度的计算174.2 悬架动挠度的计算17第5章双横臂独立悬架导向机构的设计

10、195.1 导向机构设计要求195.2导向机构的布置参数195.2.1侧倾中心195.2.2侧倾轴线205.2.3纵倾中心205.2.4悬架横臂的定位角215.2.5纵向平面内上、下横臂的布置方案215.2.6横向平面内上、下横臂的布置方案225.2.7水平面内上、下横臂摆动轴线的布置方案235.2.8上、下横臂长度的确定245.3 前轮定位参数与主销轴的布置255.3.1主销偏移距255.3.2四个前轮定位参数的初步选取26第6章弹性元件的计算286.1 螺旋弹簧的刚度286.1.1螺旋弹簧的刚度286.1.3弹簧校核316.2 小结31第7章振器的结构类型与主要参数的选择327.1 减振器

11、的分类327.2 双筒式液力减振器工作原理327.3 减震器参数的设计计算357.3.1相对阻尼系数的确定357.3.2减震器阻尼系数的确定357.3.3减震器最大卸荷力的确定367.3.4减震器工作缸直径的确定37第8章横向稳定杆设计计算398.1 横向稳定杆的作用398.2 横向稳定杆参数的选择39第9章导向机构的仿真设计419.1 仿真设计及分析419.1.2前轮外倾角（camber）变化439.1.3前轮前束角（toe）的变化439.1.4主销内倾角（kingpin）的变化449.1.5车轮跳动产生的转向角的变化449.1.6车轮跳动对轮距的影响459.1.7抗点头（anti-dive

12、）459.1.8抗举升（anti-lift）469.1.9磨胎半径46第10章catia三维软件绘图47结 论52致 谢53参考文献54附 录55绪 论1.1 汽车悬架概述悬架由弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器等组成1。导向装置由导向杆系组成，用来决定车轮相对于车架(或车身)的运动特性，并传递除弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩。当用纵置钢板弹簧作弹性元件时，它兼起导向装置作用。缓冲块用来减轻车轴对车架(或车身)的直接冲撞，防止弹性元件产生过大的变形。装有横向稳定器的汽车，能减少转弯行驶时车身的侧倾角和横向角振动。根据导向机构的结构特点，汽车悬架可分为非独立悬架和独立悬架两大

13、类。非独立悬架的鲜明特色是左、右车轮之间由一刚性梁或非断开式车桥联接，当单边车轮驶过凸起时，会直接影响另一侧车轮。独立悬架中没有这样的刚性梁，左右车轮各自“独立”地与车架或车身相连或构成断开式车桥，按结构特点又可细分为横臂式、纵臂式、斜臂式等等。它的主要功用如下2：1 缓和、抑制由于不平路面所引起的振动和冲击，以保证汽车的行驶平顺性；2 迅速衰减车身和车桥(或车轮)的振动；3 传递作用在车轮和车架(或车身)之间的各种力(驱动力、制动力、横向力)和力矩(制动力矩和反作用力矩)；4 保证汽车行驶稳定性。为了完成1、2项功能，悬架使用了弹簧和减震器。汽车悬架常用的弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹

14、簧、橡胶弹簧及空气弹簧等。减震器有多种形式，现在最常用的是筒式减震器。为了完成3、4项功能，悬架采用了适当的导向杆系把车架(车身)与车轴(车轮)联接起来。导向杆系有多种形式，可单独用其中的一种，也可将几种配合起来使用。钢板弹簧悬架中的钢板弹簧不仅用作弹性元件而且兼起导向的作用。为了减轻车轴对车架(或车身)的直接冲撞，采用了缓冲块。为了减小车身的侧倾角，有的汽车还装有横向稳定杆。钢板弹簧简介钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件，它是由若干片等宽但不等长（厚度可以相等，也可以不相等）的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁。当钢板弹簧安装在汽车悬架中，所承受的垂直载荷为正向时，各弹簧片

15、都受力变形，有向上拱弯的趋势。这时，车桥和车架便相互靠近。当车桥与车架互相远离时，钢板弹簧所受的正向垂直载荷和变形便逐渐减小，有时甚至会反向。主片卷耳受力严重，是薄弱处，为改善主片卷耳的受力情况，常将第二片末端也弯成卷耳，包在主片卷耳的外面，称为包耳。为了使得在弹性变形时各片有相对滑动的可能，在主片卷耳与第二片包耳之间留有较大的空隙。有些悬架中的钢板弹簧两端不做成卷耳，而采用其他的支撑连接方式，如橡胶支撑垫。扁平长方形的钢板呈弯曲形，以数片叠成底盘用弹簧，一端以梢子安装在吊架上，另一端使用吊耳连接到大梁上，使弹簧能伸缩。目前适用于中大型的货卡车上。1.2论文研究的背景及意义国内汽车悬架弹簧生产

16、企业160余家，遍布全国各地，具有规模的专业生产企业(生产规模在0.8万吨以上)约80余家。产品质量水平刚达到国外先进国家90年代水平。大部分企业规模较小，生产集中度低，散乱差问题较严重。其中真正形成大规模、大批量生产的企业为数不多，大多仍停留在简单生产工艺的水平上，产品成本较高，难以参与国际市场竞争。国内能够生产高档次汽车钢板悬架弹簧的企业只有4家：一汽集团辽阳汽车弹簧厂、东风汽车悬架弹簧有限公司、重庆红岩汽车弹簧厂、山东汽车弹簧厂，他们都具有生产多种叠片簧、渐变刚度弹簧、少片变截面钢板弹簧和双曲率半径及平直段的汽车钢板弹簧的能力。国内能够同时生产客车、货车、轿车悬架弹簧的厂家只有三个：一汽

17、集团辽阳汽车弹簧厂、东风汽车悬架弹簧有限公司、山东汽车弹簧厂。自主开发是中国汽车产业持续发展的保障。我国汽车产业在经过半个世纪的发展，已经初具规模，但是面临着能源紧张、技术落后、自主品牌严重缺乏以及国际竞争加剧带来的压力。我国的汽车产业要加速、持续和健康的发展，并成为我国国民经济的支柱产业，必须坚持产业创新，选择面向自主发展具有中国特色的产业创新模式，推动汽车产业结构的升级、技术的进步、以及民族品牌的崛起。所以为了适应汽车产业的自主开发道路，对悬架进行设计和强度计算并进行推广交流显得尤为重要。1.3 毕业论文研究内容本文主要对高级轿车前悬架进行设计研究。1 双横臂独立悬架导向机构设计介绍双横臂

18、导向机构的设计方法，确定双横臂主要参数的过程和结构的设计过程。2 对螺旋弹簧进行结构强度分析介绍钢板弹簧悬架结构强度分析方法和过程。3 最后以奥迪r8四驱车车型为例设计前悬架双横臂螺旋弹簧独立悬架结构设计和强度设计，并对其结构强度分析。第2章 汽车悬架概述悬架是汽车的车架与车桥或者车轮之间的一切传力、连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，并且缓冲衰减由不平路面传给车架或车身的冲击，以保证汽车能平顺行驶。2.1悬架基本概念2.1.1悬架概念 保证车轮或车桥与汽车承载系统(车架或承载式车身)之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置

19、的总称。 2.1.2悬架最主要的功能悬架最主要的功能是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩，并缓和汽车驶过不平路面时所产生的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车的行驶平顺性。为此必须在车轮与车架或车身之间提供弹性连接，依靠弹性元件来传递车轮或车桥与车架或车身之间的载荷，并依靠其变形来吸收能量，达到缓冲的目的。采用弹性连接后，汽车可以看作是由悬挂质量（簧载质量）、非悬挂质量(即非簧载质量)和弹簧 (弹性元件)组成的振动系统，承受来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。为了迅速衰减不必要的振动，悬架中还必须包括阻尼元件，即减振器。此外，悬架中确保车轮与车架或车身之间所有

20、力和力矩可靠传递并决定车轮相对于车架或车身的位移特性的连接装置统称为导向机构。导向机构决定了车轮跳动时的运动轨迹和车轮定位参数的变化，以及汽车前后侧倾中心及纵倾中心的位置，从而在很大程度上影响了整车的操纵稳定性和抗纵倾能力。2.1.3悬架基本组成3 6悬架主要由弹性元件、导向机构和减振器组成，有些悬架中还有缓冲块和横向稳定杆。弹性元件受冲击后会产生持续的振动，使乘坐不适，因此，设有减振器将振动迅速衰减，使振幅迅速减小。导向机构用来确定车轮相对于车架或车身的运动，传递除垂直力以外的各种力和力矩。为减少车轴对车架或车身的直接冲撞，一些汽车悬架上装有缓冲块，起限制移动行程。横向稳定杆的作用是减少转弯

21、时车身的侧倾，并提高轮胎对地面的附着力。2.1.4悬架类型71 根据导向机构的结构特点，汽车悬架可以分为非独立悬架和独立悬架两大类：(1) 非独立悬架是左、右车轮之间由一刚性梁或非断开式车桥联接，当单边车轮驶过凸起时，会直接影响另一侧车轮。(2) 独立悬架中没有这样的刚性梁，左右车轮各自“独立”地与车架或车身相连或构成断开式车桥，按结构特点又可细分为横臂式、纵臂式、斜臂式等。 2 按照弹性元件不同所分的种类：钢板弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹簧悬架、空气悬架以及油气悬架等。 2.2悬架系统研究与设计的领域汽车悬架系统的研究与设计主要是为了提高汽车整车的操纵稳定性和行驶平顺性。汽车悬架系统的研究

22、与设计的领域也相应地分为两大部分：一是对汽车平顺性产生主要影响的悬架特性；另一是对汽车操纵稳定性产生主要影响的悬架特性。前一部分主要是对悬架的弹性元件和阻尼元件特性展开工作，主要是将路面、轮胎、非簧载质量、悬架、簧载质量作为一个整体进行研究与设计，由于它主要研究的是在路面的反作用力的激励下，影响汽车平顺性的弹性元件以及阻尼元件的力学特性，因此可以称之为悬架系统动力学研究。后一部分主要是对悬架的导向机构进行工作，主要是研究在车轮与车身发生相对运动时，悬架导向机构如何引导和约束车轮的运动、车轮定位及影响转向运动的一些悬架参数的运动学特性。这一部分的研究称为悬架的运动学研究。考虑了弹性衬套等连接件对

23、悬架性能的影响，则悬架运动学即为悬架弹性运动学。悬架弹性运动学是阐述由于轮胎和路面之间的力和力矩引起的车轮定位等主要悬架参数的变化特性。这样悬架系统的运动学研究就包括了悬架运动学和弹性运动学两个方面的内容。2.3悬架设计要求如前所述，汽车悬架和簧载质量、非簧载质量构成了一个振动系统，该振动系统的特性很大程度上决定了汽车的行驶平顺性，并进一步影响到汽车的行驶车速、燃油经济性和运营经济性。该振动系统也决定了汽车承载系和行驶系许多零部件的动载，并进而影响到这些零件的使用寿命。此外，悬架对整车操纵稳定性、抗纵倾能力也起着决定性的作用。因而在设计悬架时必须考虑以下几个方面的要求8 9： 1 通过合理设计

24、悬架的弹性特性及阻尼特性确保汽车具有良好的行驶平顺性，具有较低的振动频率、较小的振动加速度值和合适的减振性能，并能避免在悬架的压缩伸张行程极限点发生硬冲击，同时还要保证轮胎具有足够的接地能力； 2 合理设计导向机构，以确保车轮与车架或车身之间力和力矩可靠传递。 3 导向机构的运动应与转向杆系的运动相协调，避免发生运动干涉，否则可能引起转向轮摆振；4 侧倾中心及纵倾中心位置恰当，汽车转向时具有抗侧倾能力，汽车制动和加速时能保持车身的稳定，避免发生汽车在制动和加速时的车身纵倾(即所谓“点头”和“后仰”)；5 悬架构件的质量要小，尤其是其非悬挂部分的质量要尽量小； 6 便于布置；7 所有零部件应具有

25、足够的强度和使用寿命； 8 制造成本低； 9 便于维修、保养。悬架设计可以大致分为结构型式及主要参数选择和详细设计两个阶段，有时还要反复交叉进行。由于悬架的参数影响到许多整车特性，并且涉及其他总成的布置，因而一般要与总布置共同协调确定。2.4悬架的主要特性2.4.1 悬架的垂直弹性特性汽车悬架的垂直弹性特性表示作用在悬架上的垂直载荷与在轮轴上方的变形之间的关系。图2-1 悬架弹性特性曲线弹性特性上任意点的悬架刚度c，为： (2-1)当簧下质量固定不变时，而又无减震器时，簧上质量的自由振动偏频仅与有效静挠度有关 (2-2)2.4.2 减振器的特性减振器阻力p与其活塞位移速度y之间的关系。经常用的

26、是双向作用的，具有非对称特性及卸荷阀的减振器。在现有的减振器中，复原阻力系数比压缩阻力系数要大26倍。减震器的外特性主要指的是阻力-速度特性10，特性图如下图。图2-2 减震器的外特性2.5 本章小结本章通过对悬架的一般基础知识的介绍，对悬架有了初步的认识，了解其分类，功能，设计要求，熟悉悬架的弹性特。熟悉本章内容，对后文的分析和设计起基础作用。悬架是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的振动，以保证汽车能平顺行驶。依靠弹性元件来传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂向载荷，并依靠其变形来吸收能量，达到缓冲的目的。采用弹性联接后，汽车可以看作

27、是由悬挂质量(即簧载质量)、非悬挂质量(即非簧载质量)和弹簧 (弹性元件)组成的振动系统，承受来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。悬架设计可以大致分为结构型式及主要参数选择和详细设计两个阶段，有时还要反复交叉进行。由于悬架的参数影响到许多整车特性，并且涉及其他总成的布置，因而一般要与总布置共同协商确定。第3章 悬架对汽车主要性能的影响悬架型式、导向杆系的布置以及悬架参数的选择等对汽车性能的影响，并不是孤立的，而是存在着一定的内在联系。为此从不同角度去分析汽车各种性能的影响。3.1悬架对汽车平顺性的影响良好的汽车行驶平顺性不仅能保证乘员的舒适与所运货物的完整无损，而且还可以提高汽车的运

28、输生产率、降低燃油消耗、延长零件的使用寿命及提高零件的工作可靠性等。目前主要参照国际标准iso2631来评价汽车平顺性，它把乘员承受的疲劳-降低工效界限表示为振动加速度均方根值随频率变化的函数。对垂直振动而言，人体对48hz的振动最敏感，所以这一频带的界限值最低。为使人体承受的振动不超过规定的界限值，主要靠悬架来降低车身振动加速度均方根值。在一定随机路面不平度的输入下，车身加速度的均方根值的大小，取决于车身加速度对路面不平度g的幅频特性“/g”，与车身在悬架上振动的固有频率n、非周期性系数及非簧载质量m的大小有关。从下图可以看出，当车身固有频率越低曲线越低，车身加速度均方根值越小。图3-1 幅

29、频特性曲线3.1.1悬架弹性特性对汽车行驶平顺性的影响1)车身固有振动频率11 13若不考虑轮胎和减震器的影响，则车身固有频率 = hz (3-1)式中 固有角振动频率，rad/s c悬架刚度，n/m m簧载质量，kg由于在静载荷作用下悬架的静挠度= (3-2)则 = (3-3)当以每秒振动次数表示时， = hz (3-4)式中静挠度（cm）。是指汽车满载静止时悬架上的载荷f与此时的悬架刚度c之比。从上述公式中可见，车身振动的固有频率由簧载质量m、悬架刚度c或由悬架静挠度决定。由试验得知，为了保持汽车具有良好的平顺性，车身振动的固有频率应接近人体所习惯的步行时的身体上、下运动的频率11.4hz

30、(6085次/min)，振动的加速度的极限允许值为0.30.4g。从保持所运货物完整性的观点出发，车身振动加速度也不能过大，如果车身加速度达到1g，则未经固定的货物可能离开车厢底板。因此为保证所运货物完整无损，振动加速度的极限值不应超过0.60.7g。悬架的动挠度是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形(通常指缓冲块压缩到其自由高度的12或23)时，车轮中心相对车架(或车身)的垂直位移。从图3-1可知，车身固有频率低于3hz就可以保证人体最敏感的48hz处于减震区。值越低，车身加速度的均方根值越小。但在悬架设计时，值不能选得太低，这主要是值降低，悬架的动挠度就增大，在布置上若不能保

31、证足够大小的限位行程，就会使限位块撞击的概率增加。另外，值选得过低，悬架设计不选取一定措施，就会增大制动“点头”角和转弯侧倾角，使空、满载时车身高度的变化过大。各种车型车身固有频率的实用范围为：货车1.52hz；旅行客车1.21.8hz；高级轿车11.3hz。2 )弹性特性在悬架设计中，通常把力和变形的关系曲线，即车轮受到的垂直外力与由此所引起的车轮中心相对于车身位移的关系曲线，称为悬架的弹性特性曲线，曲线的斜率为悬架的刚度。a、线性弹性特性线性弹性特性，即悬架变形与所受载荷成比例地变化。其刚度g是常数。一般钢板弹簧悬架即属此类。具有线性弹性特性的汽车，在使用中其车身振动的固有频率将随装载的多

32、少而改变，尤其是后悬架载荷变化很大的货车和大客车，这种变化会使汽车前后悬架的频率相差过大，结果导致汽车车身的猛烈颠簸(纵向角振动)，因而使汽车行驶平顺性变坏。图3-2 弹性特性曲线a线性弹性特性 b非线性弹性特性b、非线性弹性特性非线性弹性特性的悬架，即悬架的刚度可随载荷的改变而变化，也称变刚度悬架。由于刚度c随载荷而改变，可以使得在载荷变化时，保持车身振动的固有频率不变，从而获得良好的汽车行驶平顺性。这时，在曲线上任意点m，必须满足p=f=常数 (3-5)式中 p特性曲线上任意点m的载荷； 任意点m的悬架刚度；f求刚度时的次切矩(不是悬架从原点的变形)，也有人称f为悬架的折算静挠度； 在静载

33、荷时，为汽车获得较为良好平顺性所要求的悬架静挠度。因为 = (3-6)可将上式改写成 = (3-7)积分得 ln p=+a (3-8)因为当f=时，p=所以 a= ln-1 (3-9)因此 p=这就是说，不管载荷如何变，为保持车身固有频率不变，当载荷p等于大于时，悬架的特性应该是按指数函数的规律变化。然而，这种较为理想的弹性特性的悬架是难于实现的。目前，在悬架设计中，只不过是力求减小固有频率随载荷而变化的幅度(或范围)，从而不同程度地改善汽车行驶平顺性。非线性的悬架弹性特性可以采用适当的悬架结构(导向机构)或弹性元件(如加辅助弹簧、调节弹簧、空气弹簧等)来实现。3.1.2悬架系统中的阻尼对汽车

34、行驶平顺性的影响减震器起衰减振动的作用14 16，对汽车平顺性有影响，其主要参数为阻尼系数，阻尼系数的选取要根据具体汽车的型号来选取。下图是减振器阻尼对车身振动衰减的曲线示图。图3-3 减震器阻尼对振动的衰减作用a振动完全没有衰减的曲线，车身按悬架的固有振动频率不断振动；b有衰减的情况，车身振动的振幅逐渐减小。c减振器的衰减能力很强的情况，车身没有振动，车身的位移很快恢复到原位。为了衰减车身由路面反馈来的自由振动和抑制车身、车轮、车架等的共振，以减小车身的垂直振动所引起的加速度和车轮垂直方向振动的振幅(减小车轮对地面压力的变化，防止车轮过于跳离地面)，悬架系统中应具有适当的阻尼。当增大时，动挠

35、度的幅频特性/在高、低两个共振区幅值均显著下降，在两个共振区幅值之间变化很小。随阻尼比增大，在低频共振区幅频特性/峰值下降，车身加速度均方根值，提高平顺性。下图示出了车身加速度、车轮相对动载荷和弹簧行程与阻尼比(相对阻尼系数)之间的关系。图3-4 、和(z-)与阻尼比的关系图中曲线走向表示，只是弹簧行程(z-)曲线是随阻尼比单调变化，阻尼比愈大，所要求的弹簧行程愈小，相反，对于车身加速度和车轮动载而言，可找到一个最佳阻尼比值。然面对车身加速度和车轮动载的最佳阻尼比值也是不同的，前者为0.18，后者为04以上，故设计人员只能从中采取折中方案。3.1.3非簧载质量对汽车行驶平顺性的影响由悬架支承的

36、部件、总成等称为簧载质量(或悬挂质量)，不是由悬架支承的部分称为非簧载质量(或非悬挂质量)。减小非悬挂质量，使悬挂质量与非悬挂质量的比值较大，可以减小高频共振区车身振动加速度和减少车轮离开地面的机率。因此，在汽车设计中，为提高汽车行驶平顺性，采用非簧载质量较小的独立是架更为有利。3.1.4改善平顺性的主要措施(1) 增大悬架静挠度(降低固有频率)。使其频率接近人体所习惯的步行时的身体上、下运动的频率。(2) 尽量减少非簧载质量。由频率公式得到减少非簧载质量，进而增大了簧载质量，同样有降低汽车固有频率的效果，从而也有使频率接近人体习惯的运动频率。(3)配合适当的阻尼和限位行程。通过减震器来吸收路

37、面传到车上的振动能量，使汽车振动得到衰减。3.2悬架与汽车操纵稳定性所谓的汽车操纵稳定性，是指汽车能正确地按照驾驶员通过操纵转向系所确定的方向行驶，且在外力干扰下，能保持稳定或经过干扰后在一定时间内恢复稳态工况的性能。影响操纵稳定性的主要参数是车轮偏离角、前轮定位角、导向杆系与转向杆系的运动协调性。当汽车曲线行驶时，在离心力的作用下，由于轮胎的横向弹性和前、后悬架导向机构特性，一般会使转弯半径发生变化。在离心力的作用下，使转弯半径变大的特性称为不足转向，反之，称为过度转向。3.2.1 汽车的侧倾1 )车身侧倾轴线车身相对地面转动时的瞬时轴线称为车身侧倾轴线。该轴线通过车身在前、后轴处横断面上的

38、瞬时转动中心，这两个瞬时中心称为侧倾中心。侧倾中心到地面的距离称为侧倾中心高度。侧倾中心位置高，它到车身质心的距离缩短，可使侧向力臂及侧倾力矩小些，车身的侧倾角也会减小。但侧倾中心过高会使车身倾斜时轮距变化大，加速轮胎的磨损。2 )悬架的侧倾角刚度悬架的侧倾角刚度是指侧倾时(车轮保持在地面上)，单位车身转角时，悬架系统给车身总的弹性恢复力偶矩。若令t为悬架系统作用于车身的总弹性恢复力偶矩，为车身转角，则悬架的侧倾角刚度为=可以通过悬架的线刚度来计算侧倾角刚度。(1) 悬架的线刚度17 18悬架的线刚度指的是车轮保持在地面上,车身作垂直运动时，单位车身位移时，悬架系统给车身的总弹性恢复力。a 非

39、独立悬架 具有非独立悬架的汽车车身作垂直位移时所受到的弹性恢复力，就是弹簧直接作用于车身的弹性力。所以，悬架的线刚度就等于两个弹簧线刚度之和。若一个弹簧的线刚度为 ks,则悬架的线刚度为 ：k=2ks (3-10) 图3-5非独立悬架b 独立悬架具有独立悬架的汽车车身作垂直位移时，在垂直方向上车身受到的随位移而变的力包括两部分：弹簧直接作用于车身的弹性力在垂直方向的分量和导向杆系约束反力在垂直方向的分量。若能求出车身作垂直位移时地面作用于轮胎的反作用力，就可以求出悬架的线刚度。即： (3-11)(2) 悬架的侧倾角刚度19车身侧倾时受到悬架的弹性恢复力偶矩，可以用等效弹簧的概念来进行分析。车身

40、上一侧受到的弹性恢复力，相当于一个上端固定于车身，下端固定于轮胎接地点且垂直于地面，具有悬架线刚度的螺旋弹簧施加于车身的弹性力。这个相当的弹簧称为等效弹簧。图3-6等效弹簧参照上图3-7，当车厢发生小侧倾角d时，等效弹簧的变形量为d,故车厢受到的弹性恢复力偶矩为dt=d悬架侧倾角刚度为 = (3-12)式中 一侧悬架的线刚度；b为轮距。若已知悬架的线刚度，即可算出该悬架的侧倾角刚度。例如，单横臂独立 悬架的侧倾角刚度为 = (3-13)应该指出，上面的计算只适用于小倾角，而且在分析中没有考虑导向杆系中铰接点处弹性村套的影响。实际轿车的前侧倾角刚度为300-1200nm（），后侧倾角刚度为180

41、-700nm（）3.2.2侧倾时垂直载荷对稳态响应的影响在正常工作状态下，汽车左、有车轮的垂直载荷大体上是相等的。但曲线行驶时，由于侧倾力矩的作用，作用在前、后轴左、右车轮上的垂直反力，将是静止状态下的垂直反力及由侧倾引起的垂直反力变动量之和。这将使车轮垂直载荷在左、右车轮上是不相等（外侧车轮是增加垂直反力的，而在内侧车轮则是减少垂直反力的），将影响轮胎的侧偏特性，导致汽车稳态响应发生变化。有的汽车甚至会从不足转向变为过多转向。垂直载荷的变化对轮胎侧偏特性有显著影响20 22。如下图3-8所示：图3-7垂直载荷对轮胎侧偏特性的影响垂直载荷增大后，侧偏刚度随垂直载荷的增加而加大；但垂直载荷过大时

42、，轮胎与地面接触区的压力变得极不均匀，使轮胎侧偏刚度反而有所减小。无侧向力作用时，令为车轴左、右车轮的垂直载荷，为每个车轮的侧偏刚度有侧向力作用时，设左、右车轮垂直载荷没有发生变化，则相应的侧偏角为：= (3-14)实际上，在侧向力作用下，左、右车轮垂直载荷均发生变化。内侧车轮减少w，外侧车轮增加w，两个车轮的侧偏刚度随之变为、。由于左、右车轮的侧偏角相等，故有 =+ (3-15)或 = (3-16)若令=，为垂直载荷重新分配后每个车轮的平均侧偏刚度，则两个车轮的侧偏角为= (3-17)w垂直载荷w侧偏刚度k图3-8 左右车轮垂直载荷再分配时侧偏刚度由上图3-9可知，平均侧偏刚度即为梯形abc

43、d中线ef的高度。显然，即。进一步分析可知，左、右车轮垂直载荷差别越大，平均侧偏刚度越小。由此可知，在侧向力作用下，若汽车前轴左、右车轮垂直载荷变动量较大，汽车趋向于增加不足转向量；若后铀左、右车轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于减少不足转向量一般应使汽车有适度的不足转向特性。汽车前轴及后轴左、右车轮载荷变动量决定于：前、后悬架的侧倾角刚度、悬挂质量、非悬挂质量、质心位置以及前、后悬架侧倾中心位置等一系列参数的数值。3.3本章小结本章主要介绍了影响汽车行驶平顺性和操纵稳定性的一些主要因素，如影响汽车行驶稳定性的有钢板弹簧的弹性特性、减震器的阻尼系数、非簧载质量等。架型式、导向杆系的布置以及悬架参数

44、的选择等对汽车性能的影响，并不是孤立的，而是存在着一定的内在联系。通过对本章内容得学习和研究，知道影响汽车行驶平顺性和操纵稳定性的几个因素，知道在设计钢板弹簧悬架时，应该着重考虑这些因素，通过对这些因素的分析和研究，了解这些因素是如何影响汽车行驶平顺性和操纵稳定性，从而在设计时综合各个方面的知识，设计出使汽车同时具有适当的行驶平顺性和操纵稳定性的钢板弹簧悬架。第4章 悬架主要参数的确定4.1 悬架静挠度的计算对于大多数汽车而言，其悬挂质量分配系数=0.81.2，因而可以近似地认为=1，即前后桥上方车身部分的集中质量的垂直振动是相互独立的，并用偏频，表示各自的自由振动频率，偏频越小，则汽车的平顺

45、性越好。用途不同的汽车，对平顺性的要求是不一样的。轿车对平顺性的要求最高，客车次之，载货车更次之。由前面得各种车型车身固有频率的实用范围为：货车1.52.17hz；旅行客车1.21.8hz；高级轿车11.3hz。取n=1.0hz。 悬架的工作行程由静挠度与动挠度之和组成。 由n (4-1)式中 悬架静挠度（cm）得悬架静挠度： (4-2) 4.2 悬架动挠度的计算悬架的动挠度是指悬架从满载静平衡位置开始压缩到结构允许的最大变形 (通常指缓冲块压缩到其自由高度的1/2或1/3) 时，车轮中心相对车架(或车身)的垂直位移。要求悬架应有足够大的动挠度，以防止在坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块。一般：动挠

46、度，轿车：79 cm； 大客车：58cm； 货 车：69cm 。故选择动挠度为8cm即：80mm。为了得到良好的平顺性，应当采用较软的悬架以降低偏频，但软的悬架在一定载荷下其变形量也大，对于一般轿车而言，悬架总工作行程（静扰度与动扰度之和）应当不小于160mm。而=250+80=330mm160mm 符合要求。4.3 悬架刚度计算本次设计车型参考奥迪r8，发动机中置四驱。前后悬架采用双横臂独立悬架。已知：已知整备质量：m1=1655kg,取簧上质量ma：1555kg,簧下质量mb：254kg.允许总质量：m=1855kg.空载时前轴单轮轴荷取50%：ma（m1-mb）50%2=122260%/

47、2=388.75kg满载时前轴单轮轴荷取50%：mb(m-mb)50%/2=175550%/2=438.75kg 表4-1 奥迪r8 5.2 fsi quattro 2010款相关数据 单位mm驱动方式中置四驱前悬挂类型双横臂独立悬架整备质量1655kg空载前轴轴载质量388.75kg满载质量1855kg满载前轴轴载质量438.75kg簧下质量254kg悬架刚度：=(438.759.8)/250=17.199nmm (4-3)第5章 双横臂独立悬架导向机构的设计5.1 导向机构设计要求对前轮导向机构的设计要求是：1） 悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过4.0mm，轮距变化大会引起轮胎早期磨损

48、。2） 悬架上载荷变化时，前轮定位参数要有合理的变化特性，车轮不应该产生纵向加速度。3） 汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小。在0.4g 侧向加速度作用下，车身侧倾角小于等于67，并使车轮与车身的倾斜同向，以增强不足转向效应。4） 制动时，应使车身有抗前俯作用；加速时，有抗后俯作用。对汽车后轮独立悬架导向机构的要求：1） 悬架上载荷变化时，轮距无显著变化。2） 汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小，并使车轮与车身的倾斜反向，以减小过多转向效应。此外，导向机构还应有足够强度，并可靠地传递除垂直力以外的各种力和力矩。5.2导向机构的布置参数5.2.1侧倾中心双横臂式独立悬架的侧倾中心由如图5-1所示方式

49、得出。将横臂内外转动点的连线延长，以便得到极点p，并同时获得p点的高度。将p点与车轮接地点n连接，即可在汽车轴线上获得侧倾中心w。当横臂相互平行时，p点位于无穷远处。作出与其平行的通过n点的平行线，同样可获得侧倾中心w。图5-1双横臂式独立悬架侧倾中心w的确定图5-2横臂相互平行的双横臂式独立悬架侧倾中心w的确定本次设计采用非相互平行的双横臂布置。5.2.2侧倾轴线在独立悬架中，前后侧倾中心连线称为侧倾轴线。侧倾轴线应大致与地面平行，且尽可能离地面高些。平行是为了使得在曲线行驶时前、后轴上的轮荷变化接近相等，从而保证中性转向特性（保证转向特性这并不是唯一的措施）；而尽可能高则是为了使车身的侧倾

50、限制在允许范围内。但是前悬架侧倾中心高度受到允许轮距变化的限制且几乎不可能超过150mm（上下摆臂初始角度过大）。独立悬架的侧倾中心高度推荐值如下：前悬架o120mm；后悬架80150mm。设计时首先要确定(与轮距变化有关的)前悬架的侧倾中心高度，然后确定后悬架的侧倾中心高度。当后悬架采用独立悬架时，其侧倾中心高度要稍大些。如果用钢板弹簧非独立悬架时，后悬架的侧倾中心高度要取得更大些。5.2.3纵倾中心双横臂式悬架的纵倾中心可用作图法得出，见图5-3。自铰接点e和g作摆臂转动轴c和d的平行线，两线的交点即为纵倾中心。图5-3 双横臂式独立悬架的纵倾中心5.2.4悬架横臂的定位角独立悬架中的摆臂

51、铰链轴大多为空间倾斜布置。为了描述方便，将摆臂空间定位角（图5-4）定义为：摆臂的水平斜置角，悬架抗前俯角，悬架斜置初始角。图5-4 、的定义5.2.5纵向平面内上、下横臂的布置方案上、下横臂轴抗前俯角的匹配对主销后倾角的变化有较大影响。图5-5给出了六种可能布置方案的主销后倾角值随车轮跳动的曲线。图中横坐标为（主销后倾角）值，纵坐标为车轮接地中心的垂直位移量z。角度的取值见图注，其正负号按右手定则确定。图5-5 -1、2的匹配对的影响为了提高汽车的制动稳定性和舒适性，一般希望主销后倾角的变化规律为：在悬架弹簧压缩时后倾角增大；在弹簧拉伸时后倾角减小，用以造成制动时因主销后倾角变大而在控制臂支

52、架上产生防止制动前俯的力矩。1 方案：弹簧压缩后倾角增大，拉伸时减小；2 方案：弹簧压缩后倾角增大，拉伸时减小；3方案：主销后倾角基本不变化，但抗前俯的作用也最小，现代汽车中采用的较少。4 方案：弹簧压缩后倾角减小，拉伸时增大；5 方案：弹簧压缩后倾角减小，拉伸时增大；6方案：弹簧压缩后倾角增大，拉伸时减小。1，2，6的跳动规律是比较好的，目前被广泛采用。本次设计选择方案2进行设计。5.2.6横向平面内上、下横臂的布置方案比较图5-6 a、b、c三图可以清楚地看到，上、下横臂布置不同，所得侧倾中心位置也不同，这样就可根据对侧倾中心位置的要求来设计上、下横臂在横向平面内的布置方案。 图5-6 a) b) c)上、下横臂在横向平面内的布置方案本次按照图7）a进行设计。5.2.7水平面内上、