汽车麦弗逊前悬架设计说明书

1湖南科技大学课程设计说明书题 目 名 称 轿车前悬架设计 课 程 名 称 汽车设计 学 生 姓 名 学 号 专 业 指 导 教 师 2017 年 5 月2设计任务书轿车前悬架设计1.整车性能参数 驱动形式 4*2 前轮轴距：2471mm前轮轮距：1429mm后轮轮距：1422mm整车整备质量：1060kg空载时前轴分配负荷 60%最高车速 180km/h最大爬坡度 35%制动距离（初速 30km/h） 5.6最小转向直径 11m最大功率/转速：74/5800kw/rpm最大转矩/转速：150/4000N*m/rpm轮胎型号：185/60R14T手动 5 档2.具体设计任务1）查阅汽车悬架的相关材料，确定捷达轿车前悬架的结构尺寸参数。2）确定车辆的纵倾中心，计算悬架摆臂的定位角，对导向机构进行受力分析。3）设计减振弹簧，选定减震器。4）根据设计参数对主要零部件进行设计与强度计算。5）绘制所有零件图、二维装配图、三维装配图。6）完成 8 千字的设计说明书。3摘 要悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架（或车身）和车轴（或车轮）弹性的连接在一起。其主要任务是传递作用在车轮和车架之间的一切力和力矩；缓和由不平路面传给车身的冲击载荷、衰减由此引起的振动、保证乘员的舒适性、减小货物和车辆本身的动载荷。本文根据设计题目要求，设计捷达轿车前悬架，选用麦弗逊式悬架作为轿车前悬架并以此为基础进行设计，重点从捷达轿车前悬架的选型、减振器的计算及选型、弹性元件形式的选择计算及选型和横向稳定杆的设计计算。首先将形式不同的悬架的优缺点进行了比较，然后定下捷达轿车前悬架的形式麦弗逊式悬架。然后围绕麦弗逊式悬架的部件进行设计。先是弹簧的设计计算，再是减振器的计算选型，最后是横向稳定杆的计算。关键词：悬架，麦弗逊式，设计，轿车AbstractSuspension is one of the most important assembly on modern cars,which combine the carframe and axle elastically.The mainly mission is to deliver every forces and torques which react between wheels and The carframe and soft the impact load delivered from the rough road and weak the vibration、assure the passengerscomfort and cut down the dynamic load.According to the requirement of this subject,this essay designs the front suspension based on macpherson suspension.First,it compare the characteristic of different suspension finally,we decide to design the form of the front suspension based on macpherson suspension.we design and calculate the spring firstly,then it turns to be the shock absorber.The last is Anti-Roll Bar.Keywords: suspension macpherson design carriage 4目 录摘要 3第一章 总论61悬架的作用及功能 62悬架设计应满足的要求 63已知参数 6第二章 悬架的结构形式分析71.独立悬架与非独立悬架72.独立悬架与非独立悬架优缺点分析73.悬架形式比较选型84独立悬架的主要分类以及评价指标 85辅助元件的选择 11第三章 悬架的挠度计算 121悬架静挠度 fc 的计算 122.悬架动挠度的计算 133.悬架弹性特性 13第四章 减振器的结构类型与主要参数的选择141.减振器的分类 142.双筒式液力减振器工作原理 143.减振器计算 16第五章 弹性元件的设计121.弹簧参数的选择 182.满载计算刚度 183.螺旋弹簧设计计算 19第六章导向机构设计 201导向机构设计要求202麦弗逊式独立悬架导向机构设计20第七章 横向稳定杆的设计2251.横向稳定杆的作用 222.横向稳定杆参数的选择 23第八章 结论23参考文献 246一、总论1. 悬架的作用及功能悬架的主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等，并且缓和由不平路面传给车身的冲击载荷、衰减由此引起的振动、保证乘员的舒适性、减小货物和车辆本身的动载荷。其主要任务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，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，使汽车获得高速行驶能力。汽车在不平路面上行驶时，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。利用减振器的阻尼作用，使汽车振动的振幅连续减小，直至振动停止。2 悬架设计应满足的要求为了满足汽车具有良好的行驶平顺性，要求由簧上质量与弹性元件组成的振动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，对乘用车，要求前悬架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） 。在簧上质量变化的情况下，车身高度变化要小，因此，应采用非线性弹性特性悬架。要正确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。 悬架与汽车的多种使用性能有关，为满足这些性能，对悬架提出的设计要求有：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）有良好的隔声能力。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。73.已知参数空载时前轴分配负荷 60%（即空载前轴轴载质量：636kg 空载后轴轴载质量：424kg）整车整备质量：1060kg 轴距：2471mm前轮轮距：1429mm 后轮轮距：1422mm最大爬坡度 ： 35% 制动距离（初速度 30km/h）： 5.6m最小转向直径：11m 最大功率/转速 ：74/5800kw/rpm最大转矩/转速 ：150/4000Nm/rpm 轮胎型号：185/60R14T 手动 5 档二、悬架的结构形式分析1独立悬架与非独立悬架汽车悬架可以分为独立悬架和非独立悬架两大类（如图 3.1） 。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。1)非独立悬架 2)独立悬架图 2.1独立悬架将车轴分成两段，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。2.独立悬架与非独立悬架优缺点分析（1）独立悬架优缺点分析非独立悬架的结构特点是，左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接。优点是：结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。缺点是：1）由于整车布置上的限制，钢板弹簧不可能有足够的长度（特别是前悬架） ，使之刚度较大，所以汽车平顺性较差； 2）簧下质量大；在不平路面上行驶时，左、8右车轮相互影响，并使车轴（桥）和车身倾斜；3）当两侧车轮不同步跳动时，车轮会左、右摇摆，使前轮容易产生摆振；前轮跳动时，悬架易与转向传动机构产生运动干涉； 4）当汽车直线行驶在凹凸不平的路段上时，由于左右两侧车轮反向跳动或只有一侧车轮跳动时，不仅车轮外倾角有变化，还会产生不利的周转向特性；5）汽车转弯行驶时，离心力也会产生不利的轴转向特性；车轴（桥）上方要求有与弹簧行程相适应的空间。这种悬架主要用在总质量大些的商用车前、后悬架以及某些乘用车的后悬架上。（2）.独立悬架优缺点分析独立悬架的结构特点是，左、右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接。优点是：1）簧下质量小；2）悬架占用的空间小；3）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；4）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；5）左、右车轮各自独立运动互不影响，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；6）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。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总质量不大的商用车上。3.悬架形式比较选型由于这次题目要求是设计捷达轿车前悬架，对比捷达轿车前悬架实际应用，采用麦弗逊式独立悬架作为设计准则。4. 独立悬架的主要分类以及评价指标独立悬架又分为双横臂式、单横臂式、双纵臂式、单纵臂式、单斜臂式、麦弗逊式和扭转梁随动臂式等几种类型。对于不同结构形式的独立悬架，不仅结构特点不同，而且许多基本特性也有较大区别。（1） 评价指标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产生侧倾时，相对于地面的瞬时转动中心，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少。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、9车轮外倾角及车轮前束等定位参数会发生变化。若主销后倾角变化大，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，并将此转动角度称之为车厢侧倾角。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。(2)主要分类图 2.21） 双横臂式结构及特性分析特性：侧倾中心高度较低；车轮外倾角与主销内倾角均有变化；轮距变化小，故轮胎磨损速度慢；悬架侧倾角刚度较小需要横向稳定器；横向刚度大；空间尺寸大；结构稍复杂，前悬架用得较多。2） 单横臂式悬架结构及特性分析结构如下图：，图 2.310特性：侧倾中心高度较高；车轮外倾角与主销内倾角变化大；轮距变化大，故轮胎磨损速度快；悬架侧倾角刚度较大可不装横向稳定器；横向刚度大；空间尺寸较小；结构简单、成本低