红旗世纪星轿车悬架设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 随着汽车工业的发展，人们对汽车的乘坐舒适性和安全性的要求逐渐提高，而 悬架对 汽车这一方面性能 有很大的影响 。 因此对汽车的悬架系统和减振器也提出了更高的要求 。 本次设计主要内容是：红旗世纪星轿车的前、后悬架系统的结构设计， 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麦弗逊悬架。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 利用 件对悬架系统的平顺性进行了编程分析 , 论证了该系统设计方案的合理正确性，能够满足实际的需要。 关键词 ： 悬架 ； 汽车减振器 ；平顺性； 导向机构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of of of a As a is a on of s of on in of in of to of of of of of a In of in of of in of in of of to 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 第 1 章 绪 论 . 1 架简介 . 1 计要求： . 1 第 2 章 前、后悬架结构的选择 . 3 立悬架结构特点 . 3 立悬架结构形式及评价指标分析 . 3 后悬架结构方案 . 4 助元件 . 5 向稳定杆图 . 5 向机 构 . 6 第 3 章 技术参数确定与计算 . 7 振频率 . 7 架刚度 . 7 架静挠度 . 7 架动挠度 . 8 架弹性特性曲线 . 8 第 4 章 弹性元件的设计计算 . 9 悬架弹簧 . 9 簧中径、钢丝直径、及结构形式 . 9 簧圈数 . 9 完全并紧时的高度 . 9 力校核 . 10 悬架弹簧 . 10 簧中径、钢丝直径、及结构形式 . 10 簧圈数 . 10 簧完全并紧时的高度 . 11 力校核 . 11 第 5 章 悬架导向机构的设计 . 12 向机构设计要求 . 12 弗逊独立悬架示意图 . 12 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 向机构受力分析 . 13 臂轴线布置方式 . 14 向机构的布置参数 . 14 倾中心 . 14 倾中心 . 15 制动纵倾性（抗制动前俯角） . 16 驱动纵倾性（抗驱动后仰角） . 17 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 . 18 振器主要性能参数 . 19 对阻尼系数 . 19 振器阻尼系数 . 20 大卸荷力 . 21 式减振器主要尺寸 . 21 式减振器工作直径 . 21 筒直径 . 22 第 7 章 横向稳定杆设计 . 23 第 8 章 平顺性分析 . 25 顺性概念 . 25 . 34 附 录 . 44 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 悬架是汽车的车架 （或承载式车身） 与车桥 （ 或车轮 ） 之间的一切传力连接装置的总称 。 其 功用 是 把路面作用于车轮上的垂直反力，纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传递到车架（或承载式车身）上，以保证汽车的正常行驶。 外表看似简单的悬挂系统 综合多种作用力，决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性，是现代轿车十分关键的部件之一。 汽车悬架包括弹性元件，减振器和 导向机构 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。 导向机构 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。 计 要求： 汽车悬架和簧载质量质量、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： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 1）保证汽车有良好的行驶平顺性； 2）具有合适的衰减振动的能力； 3）保证汽车具有良好的操纵稳定性； 4）汽车制动或加速时，要保证车身稳定，减少车身纵倾，转 弯时车身侧倾角要合适； 5）有良好的隔音能力； 6）结构紧凑、占用空间尺寸要小； 7）可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，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，但会把路面较大的冲击传递到车身， 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 立悬架结构特点 独立悬架的结构特点是车桥做成断开的， 两侧 的车轮 各自独立地 与车架 或 车身 弹性 连接 。 两侧车轮可以单独跳动，互不影响。 独立悬架的优点是： 悬架弹性元件在一定的变形范围内，两侧车轮可以单独运动，而互不影响，这样在不平道路上行驶时可减少车架和车身的振动，而且有助于消除 转向轮不断偏摆的不良现象；减少了汽车的非簧载质量 。在非独立悬架的情况下，整个车桥和车轮都属于非簧载质量部分。在用独立悬架时，对驱动桥而言 ，由于主减速器，差速器及其外壳都固定在车架上，成了簧载质量；对转向桥而言，它仅具有转向主销和转向节，而中部的整体梁不再存在。所以在采用独立悬架时，非簧载质量只包括车轮质量和悬架系统中的一部分零件的全部或部分质量，显然比用非独立悬架时的非簧载质量要小得多。在道路条件和车速相同时，非簧载质量越小，则悬架所受到的冲击载荷也越小。故采用独立悬架可以提高汽车的平均行驶速度；采用断开式车桥，发动机总成的位置便可以降低和前移，使汽车质心下降，提高了汽车行驶稳定性。同时能给与车轮较大的上下运动的空间，因而可以将 悬架刚度设计 得较小，使车身振动频率降低，以改善行驶平顺性； 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。 立悬架结构形式 及评价指标 分析 独立悬架可分为 横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬架等 形式 。 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，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 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。 后悬架结构方案 目前轿车的前后悬架采用的方案有：前轮和后轮均架 采用独立悬 ；前轮用独立悬架，后轮用非独立悬架。我所设计的是前、后均采用独立悬架。因为独立悬架具有如下 优点是：质量轻，减少了车身受到的冲击，并提高了车轮的地面附着力；可用刚度小的较软弹簧，改善汽车的舒适性；可以使发动机位置降低，汽车重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性；左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和震动。不过，独立悬架存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点。现代轿车上大都采用独立式悬架 ，此次设计为：前、后悬架 均 为麦弗逊式悬架。 如图 2 1所示， 麦弗逊式 独立悬架也称滑柱连杆式悬架，它是由滑动立柱和横摆臂组成。该结构可看做是烛式悬架的改进型，由于增加了横摆臂改善了滑动立柱的受力状况。 滑柱摆臂式悬架将减振器作为引导车轮跳动的滑柱，螺旋弹簧与其装于一体。这种悬架将双横臂上臂去掉并以橡胶做支承，允许滑柱上端作少许角位移。 内侧空间大，有利于发动机布置，并降低车子的重心。车轮上下运动时，主销轴线的角度会有变化，这是因为减振器下端支点随横摆臂摆动。以上问题可通过调整杆系设计布置合理得到解决 。 筒式减振器装在滑柱桶内，滑柱桶与转向 节刚性连接，螺旋弹簧安装在滑柱桶及转向节总成上端的支承座内，弹簧上端通过软垫支承在车身连接的前簧上座内，滑柱桶的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 下端通过球铰链与悬架的横摆臂相连。当车轮上下运动时，滑柱桶及转向节总成沿减振器活塞运动轴线移动，同时，滑柱桶的下支点还随横摆臂摆动。 该悬架突出的优点是增大了两前轮内侧的空间，便于发动机和其他一些部件的布置；其缺点是滑动立柱摩擦和磨损较大。为减摩擦通常是将螺旋弹簧中心线与滑柱中心线 图 2弗逊式独立悬架 的布置不相重合。另外，还可将减振器导向座和活塞的摩擦表面用减磨材料制成，以减少磨损。 但麦弗逊式悬架在使用中也有缺点，就是行驶在不平路面时，车轮容易自动转向，故驾驶者必须用力保持方向盘的方向，当受到剧烈冲击时，滑柱易造成弯曲，因而影响转向性能， 减振器活塞杆受的侧向力较大，从而摩擦力大。 麦弗逊式 独立悬架是目前前置前驱动轿车和某些轻型客车首选的较好的悬架结构形式。 助元件 向稳定 杆 图 为了降低汽车固有振动频率以改善行驶平顺性，现代轿车悬架垂直 刚度都较小，而使汽车的侧倾角刚度值也很小，使汽车转弯时车身侧倾严重，影响了汽车的行驶稳定性。为此，现代车大多装有横向稳定杆如图 2 来加大悬架的侧倾角刚度来改善汽车行驶稳定性 。恰当的选择前、后悬架的侧倾角刚度比值，也有助于使 图 2 汽 车获得所需要的不足转向特性。通常，在汽车的前、后悬架中都装有横向稳定杆，或者只在前悬架中安装。 汽车转弯 时 产生侧倾力矩，使内外侧车轮的负荷发生转移且影响车轮侧偏角刚度和车轮侧偏 角的变化。前后轴车轮负荷的转移大小，主要取决于前后悬架的侧倾角刚度值。当前后悬架侧倾角刚度值大于后悬架的侧倾角刚度值时，前轴的负荷大于后轴车轮的负荷转移，并使前轮侧倾角大于后轮的侧倾角，以保证汽车具有不足转向特性。在汽车悬架上设计横向稳定器，能增大前悬架的侧倾角刚度。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 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 7 第 3 章 技术参数确定与计算 振频率 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 即 后悬架偏频为 即 架刚度 前、后悬架的簧载质量 21,别为： 90010010001 m 8 0 0808802 m 前、后悬架的刚度 21,别为： 5 1 1 1 044 2221121 5 3 3 2 044 2222222 架静挠度 前悬架静挠度： mm735 1 1 1 2/981900111 后悬架静挠度： 475 3 3 2 1981800222 4712 cc cc 式中：汽车静止时悬架上的载荷 g 重力加速度 )981( 2 前、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。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 架动挠度 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，对于轿车 。 cd 因为： 1 dd 所以： 架弹性特性曲线 图 3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 悬架弹簧 簧中径、钢丝直径、及结构形式 初定 弹簧中径 20 钢丝直径 2 结构形式为两端辗细 所选用的材料为 机械设计手册得 则 M P 簧圈数 由前知 单侧螺旋弹簧所受轴向载荷 P 为 4 0 o 0c o 其中1m 前悬架单侧簧载质量（ 前悬架减振器安装角（ 3 ） 螺旋弹簧在 P 下的变形 f 为 c s 螺旋弹簧的刚度 5 4 5 71 7 4 0 4 由 4 8 得弹簧工作圈数 i 5457)1000120(8)100012(41034 取 0.6i ， 又 弹簧总圈数 n 与有效圈数 i 关系为 2则弹簧总圈数 8n 完全并紧时的高度 弹簧总圈数 n 与有效圈数 i 以及弹簧完全并紧时的高度 s 916)18( 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 t=3 5 4901 7 391 取弹簧总高度 00 力校核 所选螺旋弹簧的剪应力为： 28 C 为 弹簧指数（旋绕比）， 10121 2 0 m 104()1104(4()14( 曲度系数，则 ： M P K 2 符合要求。 悬架弹簧 簧中径、钢丝直径、及结构形式 初定 弹簧中径 20 钢丝直径 2 结构形式为两端辗细 所选用的材料为 机械设计手册得 则 M P 簧圈数 由前知 单侧螺旋弹簧所受轴向载荷 P 为 9 1 o o 其中2m 后悬架单侧簧载质量（ 后悬架减振器安装角（ 2 ） 螺旋弹簧在 P 下的变形 f 为 c s 螺旋弹簧的刚度 6 6 5 1 83 由 4 8 得弹簧工作圈数 i 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 4 . 9 526653)1000120(8)100012(41034 取 5i ， 又 弹簧总圈数 n 与有效圈数 i 关系为 2则弹簧总圈数 7n 簧完全并紧时的高度 弹簧总圈数 n 与有效圈数 i 以及弹簧完全并紧时的高度 s 796)17( t=3 则 068014779 取弹簧总高度 50 力校核 所选螺旋弹簧的剪应力为： 28 C 为弹簧指数（旋绕比）， 10121 2 0 m 104()1104(4()14( 曲度系数，则 ： M P K 2 符合要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 第 5 章 悬架导向机构的设计 向机构设计要求 独立悬架的导向机构承担着悬架中除垂向力之外的所有作用力和力矩， 并且决定了悬架跳动时车轮的运动轨迹和车轮定位角的变化。因此在设计独立悬架的导向机构时，应使其满足以下要求： (1) 适当 的侧倾中心和侧倾轴线； (2) 形成恰当的纵倾中心； (3) 各铰接点处受力尽量小，减小橡胶元件的弹性变形，以保证导向精确； (4) 保证车轮定位参数及其随车轮跳动的变化能满足要求； (5) 具有足够的疲劳强度和寿命。 弗逊独立悬架示意图 图 5弗逊式独立悬架 1） 适用弹簧：螺旋弹簧 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 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； （ 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。 向机构受力分析 3F 作用到导向套上的力 1F 前轮上的静载荷 1F 减去前轴簧下质量的 21 6F 弹簧轴向力 a 弹簧和减振器的轴线相互偏移的距离 图 5分析如图 5示麦弗逊式独立悬架导向机构受力简图可知，作用在导向套上的横向力 3买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 )( 13 横向力3作用在导向套和活塞上的摩擦力越大，这对汽车平顺性有不良影响。为了减小摩擦力，在导向套和活塞表面应用了减磨材料和特殊工艺。由上式可知，为了减小3F，要求尺寸 越大越好，或者减小尺寸 a 。增大 使悬架占用空间增大，在布置上有困难；若采用增加减振器轴线倾斜度的方法，可达到减小 a 的目的，但也存在布置困难的问题。为此，在保持减振器轴线不变的条件下，常将图中的 G 点外伸至车轮内部，既可以达到缩短尺寸 a 的目的，又可以获得较小的甚至是负 的主销偏移距，提高制动稳定性。移动 G 点后的主销轴线不再与减振器轴线重合。 为了发挥弹簧减小横向力3时还将弹簧下端布置靠近车轮，从而造成弹簧轴线及减振器轴线成一角度。这就是麦弗逊式独立悬架中，主销轴线、滑柱轴线和弹簧轴线不共线的主要原因。 臂轴线布置方式 麦弗逊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，在设计麦弗逊式独立悬架时，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 麦弗逊式独立悬架侧倾中心的高度)t a nc o （式中 )s ( 注： 式中 轮距 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 5倾中心 麦弗逊式独立悬架的纵倾中心，可由 E 点作减振器运动方向的垂直线。该直线与横臂轴 D 延长线的交点 O 即为纵倾中心，如图 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 图 5弗逊式独立悬架的纵倾中心 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。 只有买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 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 图 5制动纵倾性 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。 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 振器概述 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