红旗轿车悬架设计【图纸丢失，只有论文】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘  要  如今 汽车技术的发展 越来越快 ，人们对汽车舒适性的要求 也 越来越高，而汽车的这一方面性能需要靠悬架系统予以保证。  根据当前轿车悬架的发展情况，本设计的轿车前后悬架均采用独立悬架的形式。并且前后悬均采用比较流行的 双横臂 悬架。根据确定的结构选取悬架的自振频率，从而可以计算出悬架的刚度、静挠度和动挠度。采用以上数据计算弹性元件尺寸并且进行应力校核。在设计减振器时，根据阻尼系数和最大卸荷力来计算选取减振器的主要尺寸。然后再依次确定导向机构和横向稳定杆。在所有结构尺寸确定后采用 件绘制前后悬架的装配图和零件 图。  在对样车悬架进行平顺性分析中，建立了两自由度的平顺性分析模型，分别绘制 车身加速度幅频特性曲线、相对动载幅频特性曲线、弹簧动挠度幅频特性曲线 分析了悬架参数对汽车平顺性的影响。文章最后讨论汽车的操纵稳定性，进行运动学分析，总结了影响汽车操纵稳定性因素。  本文所做工作可为 红旗盛世 级 轿车的悬架系统设计提供理论依据，具有一定的实际应用意义。  关键词：汽车；悬架；平顺性；运动学分析  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 ow of on of on to  on in of in of to of of of of of a In of in of of In is of In of a a of of of of of of a  on up of  In i 3.0 s a of a  文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985  1 章  绪  论  . 1 架简介  . 1 计要求：  . 2 第 2 章  前、后悬架结构的选择  . 3 立悬架结构特点  . 3 立悬架结构形式分析  . 3 后悬架结构方案  . 4 助元件  . 5 向稳定器  . 5 向机构  . 5 第 3 章    技术参数确定与计算  . 6 振频率  . 6 架刚度  . 6 架静挠度  . 6 架动挠度  . 7 架弹性特性曲线  . 7 第 4 章     弹性元件的设计计算  . 9 悬架弹簧  . 9 悬架弹簧  . 10 第 5 章   悬架导向机构的设计  . 11 向机构设计要求  . 11 横臂独立悬架示意图  . 13 臂轴线布置方式  . 14 向机构的布置参数  . 14 倾中心  . 14 5. 倾中心  . 15 5. 制动纵倾性（抗制动前俯角）  . 16 5. 驱动纵倾性（抗驱动后仰角）  . 16 5. 架横臂的定位角  . 17 第 6 章  减振器设计  . 18 振器概述  . 18 振器分类  . 19 振器主要性能参数  . 19 对阻尼系数  . 19 振器阻尼系数  . 21 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 大卸荷力  . 22 式减振器主要尺寸  . 23 式减振器工作直径  . 23 筒直径  . 24 第 7 章   横向稳定杆设计  . 25 第 8 章   平顺性分析  . 27 顺性概念  . 27 车的等效振动分析  . 27 身加速度的幅频特性  . 29 对动载的幅频特性  . 31 架动挠度的幅频特性  . 32 响平顺性的因素  . 34 构参数对平顺性的影响  . 34 用因素对平顺性的影响  . 35 第 9 章  结  论  . 36 参考文献  . 37 致  谢  . 38 附  录  . 39 . 40 . 43 附录 . 51 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章  绪  论  架简介  悬架是汽车的重要组成部件，它把车 架（或车身）与车轴（或轮胎）弹性的连接起来。 它的作用是传递 车架与车 桥（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，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车 高速行驶 。  汽车悬架包括弹性元件，减振器和传力装置等三部分，这三部分分别起缓 冲，减振和力的传递作用。从轿车上来讲，弹性元件多指螺旋弹簧，它 承受垂直载荷，缓和及抑制不平路面对车体的冲击，具有占用空间小，质量小，无需润滑的优点，但 没有减振作用。减振器多指液力减振器，作用是 加速衰减车身的振动。传力装置是指车架的上下摆臂 等叉形刚架、转向节等元件，用来传递纵向力，侧向力及力矩，并保证车轮相对于车架 (或车身 )有确定的相对运动规律。  按结构特点分，悬架主要分为两大类，独立悬架和非独立悬架。本设计主要介绍独立悬架。  非独立悬架的车轮装在一根整体车轴的两端，当一边车轮跳动时，影响另一侧车轮也作相应的跳动，使整个车身振动或倾斜，汽车的平稳性和舒适性较差，但由于构造较简单，承载力大，目前仍有部分轿车的后悬架采用这种型式。  独立悬架的车轴分成两段，每只车轮用螺旋弹簧独立地安装在车架 (或车身 )下面，当一边车轮发生跳动时，另一边车轮不受波及， 汽车的平稳性和舒适性好。但这种悬架构造较复杂，承载力小。现代轿车前后悬架大都采用了独立悬架，并已成为一种发展趋势。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2  1）通过合理选择悬架固有频率 保证具有 良好 的行驶平顺性；  2）根据红旗高级轿车的对舒适性要求很高，通过选择减振器 阻尼比 等参数使其 具有合适的衰减振动的能力；  3）通过导向机构设计保证红旗轿车在高速行驶时 具有良好的操纵稳定性  4）选择多连杆悬架要保证 结构紧凑，占用空间尺寸要小；  5）通过强度计算能可靠地传递车身与车轮之间各种力和力矩 ，还要保证有足够的强度和寿命。  为了满足汽车具有良 好的行驶平顺性，要求簧上质量与弹性元件组成的振系统的固有频率应在合适的频段，并尽可能低。前、后悬架固有频率的匹配应合理，对于轿车，要求前悬架的固有频率略低于后悬架的固有频率，还要尽量避免悬架撞击车架（或车身 ）。  汽车在不平路面行驶时，由于悬架的弹性作用，使汽车产生垂直振动。为了迅速衰减这种振动和抑制车身、车轮的共振，减小车轮的振幅，悬架应装有减振器，并使之具有合理的阻尼 。阻尼 值取大，能使振动迅速衰减，但会把路面较大冲击传递到车身， 阻尼 值取小，振动衰减慢，受冲击后振动持续时间长，使乘客感到不舒服。为充分发挥弹 簧在压缩行程中作用，常把压缩行程的阻尼比设计得比伸张 行程 小。  利用减振器的阻尼作用，使汽车振动的振幅减小，直至振动停止。  适当 地选择悬架方案和参数，在车轮上、下跳动时，使主销定位角变化不大、车轮运动与导向机构运动要协调，避免前轮摆振；汽车转向时，应使之稍有不足转向特性。  独立悬架导向杆系铰接处多采用橡胶衬套，能隔绝车轮所受来自路面的冲击向车身的传递。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 第 2 章  前、后悬架结构的选择  独立悬架 ： 是两侧车轮分别独立地与车架（或车身）弹性地连接，当一侧车轮受冲击，其运动不 直接影响到另一侧车轮 ，独立悬架所采用的车桥是断开式的 。轿车和载重量 1t 以下的货车前悬架广为采用独立悬架，轿车后悬架上也在逐渐采用独立悬架，越野车、矿用车和大客车的前悬架也有一些采用独立悬架。   独立悬架的优点是：簧下质量小；悬架占用的空间小；弹性元件只承受垂直力，所以可以用刚度小的弹簧，使车身振动频率降低，改善了汽车行驶平顺性；由于采用断开式车轴，所以能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，改善了汽车的行驶稳定性；左、右车轮独自运动互不影响，可减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力；独立悬架可提 供多种方案供设计人员选用，以满足不同设计要求。独立悬架的缺点是结构复杂，成本较高，维修困难。这种悬架主要用于乘用车和部分质量不大的商用车上。  根据导向机构不同的结构特点，独立悬架可分为：双横臂，单横臂，纵臂式，单斜臂，多杆式及滑柱（杆）连杆（摆臂）式等等。按目前采用较多的有以下三种形式：双横臂式，滑柱连杆式，斜置单臂式。按弹性元件采用不同分为：螺旋弹簧式，钢板弹簧式，扭杆弹簧式，气体弹簧式，中级轿车目前采用最多的是螺旋弹簧悬架。   评价时常从以下几个方面进行：  （ 1）侧倾中心高度    汽车在侧向力作用下，车身在通过左、右车轮中心的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 横向垂直平面内发生侧倾时，相对于地面的瞬时转动中心，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，加快轮胎的磨损。  （ 2）车轮定位参数的变化    车轮相对车身上、下跳动时，主销内倾角、主销后倾角、车轮外倾角及车轮前束等定位参数会发生变化。若主销内倾角变化大，容易使转向轮产生摆振；若车轮外倾角变化大，会影响汽车的直线行驶 稳定性，同时也会影响轮距的变化和轮胎的磨损速度。  （ 3）悬架侧倾角刚度    当汽车作稳态圆周行驶时，在侧向力作用下，车厢绕侧倾轴线转动，并将此转动角称之为车厢侧倾角。车厢侧倾角与侧倾力矩和悬架总的侧倾角刚度大小有关，并影响汽车的操纵稳定性和平顺性。  （ 4）横向刚度    悬架的横向刚度影响操纵稳定性。若用于转向轴上的悬架横向刚度小，则容易造成转向轮发生摆振现象。  悬架不同占用的空间尺寸不同，占用横向尺寸大的悬架影响发动机的布置和从车上拆装发动机的困难程度。占用空间小的悬架，则允许行李箱宽敞，而且底部平整，布置 油箱容易。因此，悬架占用的空间尺寸也用来作为评价指标之一。  目前汽车的前、后悬架采用的方案有：前轮和后轮均采用非独立悬架；前轮采用独立悬架，后轮采用非独立悬架；前轮和后轮均采用独立悬架等几种。参考相关资料，本设计的前、后悬架均采用独立悬架。并参照各式悬架的特点前悬架采用双横臂，后悬架采用多连杆。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 向稳定器  近代汽车的悬架一般都很软 ，而且 螺旋弹簧作为弹性元件只能承受垂直载荷，在高速行驶中转向时，车身会产生很大的横向倾斜和横向角振动。为了减少这种横向倾斜，往往 在悬架中添置横向稳定器来加大悬架的侧倾角刚度以改善汽车的行驶稳定性。当左右车轮有垂向的相对位移时，稳定杆受扭，发挥作用。它除了可增加悬架的侧倾角刚度，从而减小汽车转向时车身的侧倾角外，也有助于使汽车获得所需要的不足转向。  向机构  导向机构 的作用是 传递车轮与车身间的力和力矩，同时保持车轮按一定运动轨迹相对车身跳动， 它由 导向机构由控制摆臂式杆件组成 。出于对中级轿车的考虑为了在原有独立悬架的基础上添加导向机构又不使结构复杂，决定采用单杆式导向机构。   买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 第 3 章    技术参数确定与计算  对于普通级以下轿车满载的情况 ,前悬架偏频 (车身的固有频率 )后悬架偏频要求在 对于高级轿车满载的情况 , 前悬架偏频要求在 后悬架偏频要求在 原则上轿车的级别越高 ,悬架的偏频越小。  因此取：前悬架偏频为    后悬架偏频为    满载时  前后承载的质量  116011201160 55 1105   1120 60 1060kg  12n ） 2 21m（ ） 2 1105/2 m  22n ） 2 22m（ ） 2 1060/2 30100 m g 为重力加速度， g 9810   22 21 2 c 810 =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 22 2 c 810 =、后悬架的静挠度1使后悬架静挠度2样有利于防止车身产生较大的纵向角振动。  为了防止在不平路面上行驶时经常冲击缓冲块，悬架还必须具备足够的动挠度 前、后悬架的动挠度常按其相应的静挠度来选取。  前、后悬架自振频率的不同，决定了他们挠度数值不同。各类汽车动静挠度取值范围如下：  货车      1050cd 越野车    3060cd 大客车   5070cd 轿车     00100cd 所以， 11 6.0 cd         22 6.0 cd 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 图  3架弹性特性曲线  1 23 45 67 8买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 第 4 章     弹性元件的设计计算  车满载静止时悬架上的载荷     0829N 材料名称：硅锰合金弹簧钢丝 (60 标准号： 361 查机械设计手册得    则 M P      弹簧指数，设计中一般推荐取 64 C ，常用的初选范围为 C=58   所以，初选 C=5 曲度系数1 4 =簧丝直径设计： 2740    Cd w=  取 d=12    D=8d=96i=67 取  i=6 螺旋弹簧的静挠度：3343   22 /   0 23 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 0308N 材料名称：硅锰合金弹簧钢丝 (60 标准号： 361 查机械设计手册得    则 M P      弹簧指数，设计中一般推荐取 64 C ，常用的初选范围为 C=58 所以，初选 C=5 曲度系数1 4 =簧丝直径设计： 2740    Cd w= 取 d=12    D=7d=84i=67 取  i=6 螺旋弹簧的静挠度：3343   22 / P a 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 第 5 章   悬架导向机构的设计  向机构设计要求  1）悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过 ，轮距变化大会引起轮胎早期磨损。  2）悬架上载荷变化时，前轮定位参数有合理的变化特性，车轮不应产生纵向加速度。  3）汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小。在 加速度下，车身侧倾角不大于 76 ，并使车轮与车身的倾斜同向，以增强不足转向效应。  4）汽车制动时，应使车身有抗前俯作用，加速时有抗后仰作用。  2112 根据结构需要，选定从悬架支撑点到螺旋弹簧中心之间的距离 m=320悬架支撑点到轮胎中心之间的距离 n=470此，前悬架每个弹簧的刚度为：  后悬架弹簧刚度 选定从悬架支撑点到螺旋弹簧中心之间的距离 m=320悬架支撑点到轮胎中心之间的距离 n=470此，后悬架每个弹簧 的刚度为：  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 前悬架的侧倾角刚度为：  211  后悬架的侧倾角刚度为：  222  由21 b 则  3 5  4 3  5 2 2 )(4)(23 222331   E材料的弹性模量， M P  I稳定杆的截面惯性矩， 44 ,64 d稳定杆的直径， 端点作用力， N f端点位移， mm (4)(231284 22331124 2223312  0  20 2 7 0  0 0 3 '2  式中   'K 4' 4/)2( 后悬架稳定杆的角刚度   2 6  5 2   买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 (4)(231284 22331124 2223312  0  60 2 6 0  0 0 3 '2  立悬架示意图  图 5横臂 式独立悬架  1） 适用弹簧：螺旋弹簧  2） 主要使用车型：轿车前轮；  3） 车轮上下振动时前轮定位的变化：  （ 1）  轮距、外倾角的变化比稍小；  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 （ 2）  拉杆布置可在某种程度上进行调整。  4） 侧摆刚度：很高、不需稳定器；  5） 操纵稳定性：  （ 1）  横向刚度高；  （ 2）  在某种程度上可由调整外倾角的变化对操纵稳定性进行调整。  双横臂 式独立悬架的摆臂轴线与主销后倾角的匹配影响到汽车的侧倾稳定性。当摆臂轴的抗前倾 俯角等于静平衡位置的主销后倾角时，摆臂轴线正好与主销轴线垂直，运动瞬心交于无穷远处，主销轴线在悬架跳动作平动。因此，主销后倾角保持不变。  当抗前倾俯角与主销后倾角的匹配使运动瞬心交于前轮后方时，在悬架压缩行程，主销后倾角有增大的趋势。当抗前倾俯角与主销后倾角的匹配使运动瞬心交于前轮前方时，在悬架压缩行程，主销后倾角有减小的趋势。为了减少汽车制动时的纵倾，一般希望在悬架压缩行程主销后倾角有增加的趋势。因此，在设计 双横臂 式独立悬架时，应选择参数抗前倾俯角能使运动瞬心交于前轮后方。  向机构的布置参数  倾中心  双横臂 式独立悬架侧倾中心的高度)t a nc o w （式中   )s )90(s   k      买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 5横臂 式悬架侧倾中心的确定  独立悬架的侧倾高度为  前悬架  ；后悬架 0 。    5. 倾中心  双横臂 式独立悬架的纵倾中心，可由 用作图法得出，作两横臂转动轴 C 和 线 的交点 O 即为纵倾中心，如图 5示。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 图 5横臂 式独立悬架的纵倾中心  5. 制动纵倾性（抗制动前俯角）  抗制动纵倾性使得制动过程中汽车车头的下沉量与车尾的抬高量减小。只有当前、后悬架 的纵倾中心位于两根车桥（轴）之间时，这一性能方可实现，如图5示。  图 5制动纵倾性  5. 驱动纵倾性（抗驱动后仰角）  抗驱动纵倾性可减小后轮驱动汽车车尾的下沉量或前驱动汽车车头的抬高量。与买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 抗制动纵倾性不同的是，只有当汽车为单桥驱动时，该性能才起作用。对于独立悬架而言，当纵倾中心位置高于驱动桥车轮中心时，这一性能方可实现。  5. 架横臂的定位角  图 5 、 ' 的定义  如图 5横臂轴的水平斜置角 '  、悬架抗前俯角 '  、悬架斜置初始角 ' 的定义  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 第 6 章  减振器设计  为加速车架与车身的振动的衰减，以改善汽车的行使平顺性，在大多数汽车的悬架系统内部装有减振器。在麦弗逊悬架中，减振器与弹性元 件是串联安装。  汽车悬架系统中广泛的采用液力减振器。液力减振器的工作原理是，当车架和车桥作往复的相对运动而活塞在钢筒内作往复运动时，减振器壳底内的油液便反复的通过一些狭小的空隙流入另一内腔。此时孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻力，使车身和车架的振动能量转化成为热能被油液和减振器壳体所吸收，然后释放到大气中。减振器的阻尼力的大小随车架和车桥相对速度的增减而增减，并且与油液的黏度有关。要求油液的黏度受温度变化的影响近可能的小，且具有抗氧化抗汽化性及对各种金属和非金属零件不起腐蚀作用等性能。  减 振器的阻尼力越大，振动消除的越快，但却使串联的弹性元件的作用不能充分发挥，同时，过大的阻尼力还可能导致减振器连接零件及车架的损坏。为解决弹性元件与减振器之间的这一矛盾，对减振器提出如下的要求：  1）在悬架的压缩行程内，减振器的阻尼力应该小，以充分利用弹性元件来缓和冲击；  2）在悬架的伸张行程内，减振器的阻尼力应该大，以要求迅速的减振；  3）当车桥与车架的相对速度较大时，减振器能自动加大液流通道的面积，使阻尼力始终保持在一定的限度之内，以避免承受过大的冲击载荷。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 减振器按结构形式不同，分为摇 臂式和筒式两种。虽然摇臂式减振器能在比较大的工作压力 )2010( 条件下工作，但由于它的工作特性受活塞磨损和工作温度变化的影响大而遭淘汰。筒式减振器工作压力虽然仅为 )5，但是因为工作性能稳定而在现代汽车上得到广泛的应用。筒式减振器又分为单筒式、双筒式和充气筒式三种。双筒充气液力减振器具有工作性能稳定、干摩擦阻力小、噪声低、总长度短等优点，在乘用车上得到越来越多的应用。  减振器 按作用方式不同，可分为单向作用减振器和双向作用减振器。仅在伸张行程起作用的减振器称为单向作用减振器；在压缩和伸张行程都能起到作用的减振器称为双向作用减振器。  双 向作用 筒式减振器具有工作性能稳定、干燥摩擦阻力小、噪音低总长度短等优点在高级轿车上广泛应用。    对阻尼系数  减振器的性能通常用阻力 图具有如下特点：阻力 速度特性由四段近似的直线线段组成，其中的压缩行程和伸张行程的阻力 速度各占两段；各段特性线的斜率是减振器的阻尼系数  ，所以减振器有四个阻尼系数。在没有特别指明时，减振器的阻尼系数是指卸荷阀开启前的阻尼系数。通常压缩行程的阻尼系数   与伸张行程的阻尼系数 不等。    买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 图 6减振器特性（阻力   汽车悬架有阻尼以后，簧上质量的振动是周期衰减振动，用相对阻尼系数 的大小来评定振动衰减的快慢程度。 的表达式为  2      式中   C M 上式表明，相对阻尼系数的物理意义是：减振器的阻尼作用在与不同刚度 c 和不同簧上质量 M 的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效果。 值大，振动能迅速衰减，同时又能将较大的路面冲击传到车身； 值小则反之。通常情况下， 将压缩行程时的