夏利轿车前独立悬架毕业设计【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 毕业设计（论文） 设计论文题目：夏利轿车前独立悬架设计 学生姓名： 王科 学生学号： 20030410414 专业班级： 车辆工程 4 班 学院名称： 机械与汽车工程学院 指导老师： 林逸 杨沿平 学院院长： 刘桂荣 2007 年 5 月 27 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 I 页 夏利轿车前独立悬架设计 摘要 夏利轿车 前悬所使用的 是麦弗逊式独 立悬架。麦弗 逊式独立悬架 有着结构简 单、紧凑、占用空间小等众多优点，在现代轻型汽车中得到了广泛运用。 本毕业设 计要求根据夏 利某改型车的 改型总体方案 要求，对其前 悬架进行设 计计算。为了阐述悬架的设计过程，说明书分别从设计计算、仿真分析、优化设 计等方面对夏利用麦式悬架的设计过程进行了介绍。说明书首先阐述了悬架中关 键零部件如：螺旋弹簧、横向稳定杆、减振器等的设计、选型和校核；进而运用 空间坐标变换的方法分析了悬架的 结构特点和运动特征，并以此为基础建立了悬 架的物理模型和数学模型。同时，运用机械优化理论，以干涉量的加权均值为目 标函数，优化了转向横拉杆断开点的位置。附录中还提供了基于 仿真、 优化程序和基于 夏利汽车车轮自生成程序。 关键词 :夏利轿车 ;麦弗逊式悬架 ;设计计算 ;运动分析 ;转向横拉杆断开点 ;优化设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 I 页 of it is in in of of in ,of on a is up ( of so 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 1 页 目 录 1 绪论 . 1 题背景及研究意义 . 1 题来源、要求和研究方法 . 2 题来源和要求 . 2 究方法 . 2 究目的和主要内容 . 2 夏利原型车的麦弗逊式悬架 . 3 弗逊式悬架的特点 . 3 佛逊式悬架的经济性分析 . 3 2 麦佛逊式悬架的设计计算 . 5 架的总体布置方案和相关参数的计算 . 5 架的总体布置方案 . 5 弗逊悬架的结构分析 . 6 架总体参数的计算 . 6 螺旋弹簧的设计计算 . 7 旋弹簧材料的选择 . 7 簧的受力及变形 . 7 簧几何参数的计算 . 10 算结果的处理 . 11 向稳定杆的设计计算 . 13 向稳定杆的作用 . 13 向稳定杆的设计计算 . 13 震器的设计与选型 . 15 振器类型的选择 . 15 要性能参数的选择 . 16 要尺寸的确定 . 17 算结果的处理 . 17 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 2 页 簧限位缓冲块的设计 . 17 3 麦佛逊式悬架导向机构的仿真与优化 . 20 独立悬架导向机构 . 20 麦弗逊式悬架系统物理模型的建立 . 20 导向机构运动学分析 . 21 数学准备 . 21 向机构运动学计算 . 23 基于 件的运动特性仿真分析 . 26 际问题中的悬架参数 . 26 真程序 的建立 . 27 真结果及分析 . 28 基于 件转向横拉杆断开点的优化计算 . 31 佛逊式悬架导向机构对转向梯形的影响 . 31 弗逊悬架转向横拉杆断开点位置的优化 . 32 真程序的建立 . 34 化结果分析 . 36 4 关键零部件的校核 . 38 螺旋弹簧的强度校核 . 38 横向稳定杆的强度校核 . 39 5 结论 . 42 致谢 . 43 参考文献 . 44 附录 . 46 附录 A 基于 UG 夏利车轮自生成程序 . 46 附录 B 基于 运动学仿真程序 . 53 附录 C 基于 优化计算程序 . 58 附录 D 序用悬架参数 .定义书签。 62 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 1 页 1 绪论 题背景及研究意义 悬架是现 代汽车上的重 要总成之一， 它把车架（或 车身）与车轮 弹性地连接 起来 。悬架需要 传递作用在车 轮和车身之 间的一切力和 力矩，缓和 路面传给车 身的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，使汽车获得高速的行驶能力和 理想的运动特性。悬架对于整车的意义重大。 鉴于悬架 设计在汽车特 别是在轿车总 成开发中的重 要地位，天津 夏利汽车公 司一直非常重视悬 架总成的设计开发。悬架本身的性能特点、与整车的匹配关系 等直接决定了汽车的行驶平顺性、操纵稳定性和乘坐舒适性，进而影响着整车的 档次和价格。因此，对悬架的研究有着重要的实用意义。 图 夏利 100 悬架系统 本论文是 基于夏利某型 车的改型总体 方案要求进行 的，与生产实 际结合较紧 密。通过对悬架系统中重要零部件的设计、计算和校核；各定位参数涵义及其对 整车动力学性能影响的分析，初步达到介绍悬架设计全过程目的，具有很强的操 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 2 页 作性，能够为夏利轿车的生产实际提供一定意义上的指导。 题来源、要求和研究方法 题来源及要求 本课题来 源于生产实际 ，要求根据夏 利某改型车的 改型总体方案 要求，针对 其前独立悬架进行重新设计。在此设计中需要完成悬架中关键零部件的设计计算 和校核、减振器的选型、导向机构的仿真等。另外，设计还需包括悬架系统部分 零件的二维零件图、装配图和三维装配图的绘制。本设计从生产实际中来，因此， 设计的方法和结果应对生产实际具有一定的指导作用。 究方 法 在设计时 首先考虑改型 车的总体方案 要求，在借鉴 原型车悬架系 统结构的基 础上，提出改型车悬架系统的总体方案。接着，根据悬架总体方案，进行悬架系 统各零部件的设计计算，在计算时应重点计算对悬架整体性能影响较大的零部件 如：螺旋弹簧、横向稳定杆、减振器等。然后，运用 具进行悬架系统的实 体建模和二维零件图的绘制；最后，利用计算机仿真手段对悬架系统的运动学特 性进行仿真分析。 究目的和主要内容 本文的研 究对象是夏利 某改型轿车的 前悬架。通过 对悬架弹性元 件的计算、 分析， 导向机构的仿真和优化，可以验证悬架中关键零部件的可行性，掌握悬架 的适用范围和使用条件，改善整车的行驶平顺性和操纵稳定性。在此基础上文章 还进一步提出和悬架性能有着密切关系的转向横拉杆断开点位置的优化方案，并 对仿真结果进行了剖析。 具体内容包括： （ 1）根据原型车的设计要求和布置方案对悬架中的弹性元件、减振器、缓冲 限位块等重要零部件进行了设计计算和可行性校核； （ 2）运用空间坐标变换理论和空间刚体运动学原理，通过对悬架的简化和抽 象，将实物模型转成可供分析和研究的物理模型和数学模型； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 3 页 （ 3）运用 件的混合编程工具对建立的数学模型进行封装，对得 到的悬架性能评定参数：车轮外倾角、主销后倾角等车轮定位参数讨论分析，并 以此为根据来评定所设计悬架的性能； （ 4）提出转向横拉杆断开点位置的优化设计方案，运用 件加以 实现，通过优化前后干涉量与车轮跳动量关系曲线的对比分析，提出断开点位置 的改进方案。 原型车的麦弗逊悬架 原型车的 悬架结构形式 为麦弗逊式。 从其和整车的 匹配效果来看 ，麦弗逊式 独立悬架较为出色地完成了所承担的任务，能够充分发挥自身的优点；从经济性 的角度来看，装有麦式悬架的整车能够适应市场需要，市场反映良好，这在我国 的出租车市场上得到了充分的体现。当然，这两种表现都和麦弗逊式独立悬架的 特点密不可分。 弗逊式悬架的特点 麦弗逊悬 架一般用于轿 车的前轮。与 其它悬架系统 相比，麦弗逊 式悬架系统 具有结构简单，紧凑，占用空间少，性能优越等特点。麦式悬架还具有较为合理 的运动特性，能够保证整车性能要求 。虽然麦弗逊悬挂在行车舒适 性上的表现 令人满意，其结构简单体积不大，可有效扩大车内乘坐空间，但也由于其构造为 滑柱式，对左右方向的冲击缺乏阻挡力，抗刹车点头等性能较差。 佛逊式悬架的经济性分析 自 20 世纪 30 年代美国通用汽车的一名工程师麦弗逊（ 明了麦 弗逊式悬架以来，麦弗逊式独立悬架已成为使用量最多的悬架结构形式之一 。 从宝马 时捷 911 等高性能车，到菲亚特 特 国产的夏 利、哈飞面包车等前悬挂采用的都是麦弗逊式悬架。麦弗逊式悬架的有效性和经 济型已经得到了无数事实的佐证。 随着世界 能源的日益匮 乏，微型汽车 和节能汽车已 成为世界汽车 工业发展的 一个重要方向，小排量汽车和经济型汽车的推广势必会带来麦弗逊式独立悬架更 2 4 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 4 页 为广泛的运用，麦弗逊式悬架的经济性也将得到充分的体现。麦弗逊式悬架最大 的设计特点就是结构简单，结构简单能带来两个直接好处是：悬挂质量轻和占用 空间小。我们知道，汽车的质量是影响汽车燃油经济性的一个关键因素，减轻悬 架的质量进而减轻整车的质量就可 以有效地降低汽车的油耗，从而达到减少能源 消耗和降低使用成本的目的；同样，由于麦式悬架有着结构紧凑、占用空间小等 结构特点，这就使汽车的前置前驱式布置方案（ 为可能。这样，不仅省去 了采用前置后驱式布置（ 所使用的驱动轴，减轻了汽车的质量降低了油耗， 还缩小的整车的尺寸，便于汽车向着微型化方向发展。 当然，和 其它结构形式 的悬架相比从 使用经济性角 度来讲，麦弗 逊式悬架也 存在一定的不足。我们知道，悬挂属于运动部件，在汽车运行过程中，悬架将要 承受来之路面和车身各个方向的力和力矩。对于麦弗 逊式悬架这些冲击载荷将完 全由减振器支柱和下摆臂来承受，所以这些部位较易发生几何变形，进而使零件 损害造成悬架的失效。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 1 页 2 麦弗逊式悬架的设计计算 架的总体布置方案和相关参数的计算 架的总体布置方案 此改型车是一款小排量的经济型轿车，总体参数要求见表 表中给出的 数据来看，改型车在轴荷、车轮定位参数都和原型车不同，但变化不大。鉴于设 计时间、经济性以及麦弗逊式悬架特点方面的考虑， 改型车的前悬架仍采用麦弗 逊式悬架（结构如图 示），但需要对其相关零部件重新进行计算和选择，同 时还需对它的可行性进行仿真和校核。 表 改型车总布置参数要求 设计状态下的前轴轴荷 空载时的前轴轴载 桥左右悬架的总质量 悬架的设计偏频 销内倾角 主销后倾角 车轮外倾角 710639734 2 20 20 图 利轿车左前悬架结构 0 0 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 2 页 弗逊悬架的结构分析 麦弗逊悬架由多个零件组成（图 为夏利 轿车的悬架系统总图）， 故在悬架机构分析中采用空间机构分析法对其进行分析。在运用此方法进行分析 时，将悬架总成中的构件等效成刚体来研究悬架系统的空间运动。 图 1/2 麦弗逊式悬架的等效机构图，借助图中所示的等效方式，我们可 以清楚地看出悬架摆臂和转向节之间的连接通过球副来等效；减振器外套筒和活 塞的联接方式被等效成一个移动副；减振器的上支点和车身的联接被等效成一个 转 动副。这样，麦弗逊式悬架被抽象成一个封闭的空间机构。通过图示的等效方 案可以使我们对悬架系统的分析变得简单，且不会在很大程度上影响分析的结果。 架总体参数的计算 图 麦弗逊悬架的等效机构图 在设计时 首先对悬架总 体参数进行计 算，如悬架的 刚度、悬架的 挠度等，这 样，在下文对零部件的计算时，就可以以悬架的总体参数为依据，根据悬架的结 构参数求出相关零部件的受力、刚度等参数。 根据设计 要求给定的设 计状态下的轴 荷及簧下质量 ，可求得前悬 架单侧的簧 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 上质量 m s 1 湖南大学毕业设计（论文） 第 3 页 2 2 于是，前悬架的刚度 C 为 1 s 2 N / m) N / 悬架的静挠度 f c1 f 和悬架刚度之间有如下关系： （ 代入数值得： f ，取 f 146为了防止汽车在坏路面上行使驶时悬架经常碰撞到缓冲块，悬架必须有足够大 的动挠度。 从结构和使用要求上来考虑选此悬架的动挠度 80 螺旋弹簧的设计计算 旋弹簧材料的选择 螺旋弹簧 作为弹性元件 的一种，具有 结构紧凑、制 造方便及高的 比能容量等 特点，在轻型以下汽车的悬架中运用普遍 。根据夏利汽车工作时螺旋弹簧的受 力特点和 寿命要求（ 可参考下文 的计算 分析 ），选择 60簧丝的 材料，以 提高弹簧在交变载荷下的疲劳寿命。 簧的受力及变形 根据悬架系统的装配图 (1 号图纸 )，对其进行结构分析、计算可以得出平衡位置 处弹簧所受压缩力 P 与车轮载荷 N v 的关系式： m m 1 318.5( （ 2 C 2n m 2 2 6 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 P=A y N v 湖南大学毕业设计（论文） 第 4 页 0 ) 0 12 30 ) 式中， 为车轮外倾角， 式中角度如图 示。 0 为减振器内倾角， 为主销轴线与减振器的夹角 取动荷系数 k=弹簧所受的最大力 ： 3 3 k P=10 =10 ( N) （ 图 弹簧安装角度示意图 车轮与路 面接触点和零 件连接点间的 传递比既表明 行程不同也表 明作用在该 二处的力的大小不同。弹簧的刚度 K s 与悬架的线刚度 K x 可由传递比建立联系 ： 利用位移传递比 i x 便可计算出螺旋弹簧的刚度 K s s w F y x 其中分数 N v,h / f 代表悬架的线刚度。从而，得到如下关系式： K s = K x i x i y 3 0 ( N) （ 0 6 K = F / f N i i / f （ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 5 页 当球头支承 B 由减振器向车轮移动 t 值时，根据文献 7，悬架的行程传递比 及力的传递比为（其中的参数说明详见图 i x =1/ 0 ) （ (c o)0 ) t 代入数值可得到 i 图 悬架受力和位移比分析 x i y 以，位移传递比 i x i y 为 由夏利轿车前悬给定的偏频 f 得到了汽车悬架的线刚度： K x =4 f M n/ （ 于是可得出弹簧的刚度 K s ： K s = K x i x i y 21(N/ （ 进而可得到弹簧在最大压缩力 用下的变形量 F： F=K s =5420/21=258( （ 所以，弹簧所受最大弹簧力和相应的最大变形为： 420N F=258簧几何参数的计算 根据已求得的弹簧所受的最大力和相应的变形进行弹 簧的设计。 R t ) (c o) ) i = ) （ 2 2 2 2 2 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 6 页 根据其工作条件已经选择簧丝材料 60料的性能参数如表 示 表 60性能参数 许用切应力 48 2 许用剪应力 100 K 8000 g f/ 剪切模量 G K g f/ 弹性模量 E 强度范围 20000 45 旋绕比（ 弹簧指数）影 响着弹簧的加 工工艺，当旋 绕比过小时将 给弹簧的制 造带来困难。一般的选择范围是 C=48,这里初选旋绕比 C=8。 3. 计算钢丝直径 d 4C 4 C 择 *d=8*84选 0n 选择 8 8 2110 选 n=6 圈 两端均选 支承圈，则弹簧总圈数为： n1=n+ 6 F j 0. 258 （ 工作极限载荷： 4C 1 率系数K= （ d = 选 d=4 9 3 4 0 (10 ) n= （ 3 3 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 7 页 F 258 节距 t t=d+F/n+ 8 4.2 自由高度 H0= 8选 70 90 外径 D： D=D2+d=90+ 进而需将原有弹簧座的尺寸作相应的改变（实际尺寸根据弹簧的外径尺寸而 定）。 内径 2算结果的处理 上述对螺旋弹簧的计算的结果如下表 示 表 螺旋弹簧的参数 自由高 度 弹簧圈数 n 螺旋角 内径 外径 D 节距 t 370 在 件环境下绘制螺旋弹簧的工程图（如图 示。为了改善 弹簧在安装后的受力状况，螺旋弹簧的两端需作端平处理，在装配时此处的配合 精度选为七级精度，又因为弹簧的外径为 据文献 18，粗糙度值选为 F 3 P P 10 N （ t 旋角： 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 8 页 图 螺旋弹簧的零件图 进而可根据螺旋弹簧二维图在 件的三维建模环境下建立零件的三维模 型如图 图 基于 件的螺旋弹簧三维零件图 向稳定杆的设计计算 向稳定杆的作用 汽车在高速行驶时，车身会产生很大的横向倾斜和横向角振动。因此，悬架 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 中需添设横向稳定杆 9 10 湖南大学毕业设计（论文） 第 9 页 。采用横向稳定杆除了可减轻车身倾斜外，还会影响汽 11 车的操 纵稳定性。主要包括以下两点 ： （ 1）前悬架中采用较硬的横向稳定杆有助于汽车的不足转向性，并能改善汽 车的蛇形行驶性能； （ 2）增大后悬架的稳定性，会使前轮驱动汽车具有中性转向性能，使后轮驱 动车具有更大的过度转向性。 向稳定杆的设计计算 夏利轿车采用的前置前驱（ 案，因此汽车总布置对空间的要求比较严 格，可利用的空间不大。基于这样的布置要求和使用条件，这里选用型稳定器 （图 夏利汽车横向稳定杆的三维图）。 确定横向稳定杆杆径 公式如下： G 32 （ 其中： E=196 G=80 k对于圆截面杆段，所采用的修正系数； 523 63 00 10 00 145各参数的含义如图 示，其数值可参考横向稳定杆的零件图。 图 横向稳定杆示意图 于是可以求得横向稳定杆 的杆径 择整数标准值 21向 C 3e s d (2l l l l 2l ) 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 10 页 稳定杆的形状应由它的空间布置要求来定。 在 件环境下绘制螺旋弹簧的工程图（如图 示。为了使横 向稳定杆在拐角处的半径值不至于过小，此处取最小半径 R 18 图 横向稳定杆零件简图 由上述的计算结果和二维零件图，可利用 件的建模环境建立横向稳定 杆的三维模型如图 示。 图 基于 件的横向稳定杆三维图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 震器的选型与设计 振器类型的选择 湖南大学毕业设计（论文） 第 11 页 夏利轿车的工作工况一般为城市道路工况，总体来说，它所行驶的路面较为 平缓。悬架的减振器在这样的路面上工作时，振动的幅值不大，但频率较高。所 以，在此设计方案中选用液力式减振器如图 示。使用液力减振器后，当车 架与车桥作往复相对运动时，减振器能够通过内部粘性油液的流动，将车身和车 架的振动能量转化为热能，最终散 到大气中，从而达到使振动迅速衰减的目的。 图 夏利轿车减振器的三维模型图 要性能参数的选择 减振器的主要性能参数主要有两个：相对阻尼系数 和阻尼系数 。它们决定 了减振器的阻力 位移特性和阻力 速度特性 的选择 8 。 在选择相对阻尼系数时，应考虑到：取得大虽然能使振动迅速衰减，但会把 较大的不平路面的冲击力传到车身；另一方面，取得过小又会使振动衰减慢，不 利于行驶平顺性。由前面的计算得知螺旋弹簧的刚度为 21N/m、汽车悬 架的偏频 为 了使减振器和螺旋弹簧有较好的匹配关系，在考虑型车设计要求的 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湖南大学毕业设计（论文） 第 12 页 情况下，本车的相对阻尼系数拟选