机械毕业设计（论文）-柴油动力微型客车悬挂系统设计（全套图纸） .pdf

车辆与交通工程学院毕业设计说明书 目 录 第一章 前言 . 1 第二章 设计的主要内容和要求 . 2 第三章 悬架结构方案分析 . 3 第四章 前悬架设计 . 4 4.1 分析麦弗逊式悬架结构及特性 . 4 4.2 确定悬架主要参数 . 5 4.3 悬架的弹性特性设计 . 6 4.4 悬架扰度的设计 . 7 4.4.1 悬架频率的选择 7 4.4.2 悬架静扰度 c f 设计 7 4.4.3 悬架动扰度 d f 设计 8 4.4.4 悬架刚度的计算 8 4.5 悬架弹性元件设计 . 9 4.5.1 螺旋弹簧分析 9 4.5.2 选择螺旋弹簧尺寸及材料 . 10 4.5.3 弹簧钢丝直径按受最大载荷时计算 . 11 4.5.4 弹簧的校核 . 11 4.5.5 小结 . 12 4.6 悬架导向机构设计 13 4.6.1 导向机构设计要求 . 13 4.6.2 麦弗逊式独立悬架结构示意图 . 13 4.6.3 导向机构受力分析 . 14 4.6.4 导向机构的布置参数 . 15 4.7 悬架减震器设计 17 4.7.1 减震器的概述 . 17 4.7.2 减震器的分类 . 18 4.7.3 双向筒式液力减振器的工作原理 . 18 4.7.4 相对阻力系数 . 19 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 4.7.5 确定减振器阻尼系数 . 19 4.7.6 确定减振器工作缸直径 d . 20 4.7.7 小结 . 22 4.8 横向稳定器 23 第五章 后悬架设计 25 5.1 钢板弹簧的种类 25 5.2 选取钢板弹簧主要的结构元件 26 5.2.1 钢板弹簧断面形状 . 26 5.2.2 弹簧端部形状 . 28 5.2.3 弹簧卷儿形状 . 29 5.2.4 弹簧包耳 . 30 5.3 钢板弹簧设计计算 30 5.3.1 钢板弹簧布置方案 . 31 5.3.2 确定钢板弹簧主要参数 . 31 第六章 结论 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 1 第一章第一章 前言前言 近些年来，我国的汽车行业发展迅速，尤其是随着人均消费的提高， 轿车的需求量迅速增加。这时，我们国家在整个汽车行业地位渐渐提高。 目前，中国汽车行业国产品牌发展态势良好，国产品牌乘用车销量十分 不错。到现在，中国汽车工业取得良好的成绩与中国汽车品牌在汽车领 域技术不断学习，积极引进外国经验有很大关系。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 然而要继续发展汽车工业，创造自己国家的汽车品牌，就要从最基 本做起来，从零部件设计开发开始，用自己研发的零部件组成的汽车才 能是自主研发的汽车，才能成就自主品牌。 本次设计的内容为乘用车悬架。一般情况下，汽车悬架由导向机构， 弹性元减震器和横向稳定杆等构成。悬架的作用是把车架子和车轱辘间 所有传递力装备连接起来。悬架可以减缓地面冲击，提高不同的路况的 通过性，以及可以为驾驶员提供良好的操作稳定性能。故此，悬架是整 车良好运行的必不可缺少的零部件。虽然当前悬架种类繁多，十分先进， 但并不能完全解决所有问题，不论何种悬架都有着这样或那样的不足。 于是乎，汽车悬架还需要技术创新和研究发展。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 2 第二章第二章 设计的主要内容和要求设计的主要内容和要求 根据本次设计要求和方案布置对悬架中的导向机构，弹性元件，减 振器等机构进行必要的设计计算和校核。 对悬架的设计要求： （1）使车辆能够在行驶过程中有不错的平顺性 （2）具备适当的震动衰减能力 （3）具备良好的操作稳定性 （4）具备良好的隔音能力 （5）使汽车能够拥有紧凑的布置，尽量少占用地方 （6）具备传导车架与车轱辘之间所有力和力矩。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 3 第三章第三章 悬架结构方案分析悬架结构方案分析 悬架是用来传导车轱辘和车身架子他们的中间的所有的力与力矩， 并且能够减缓汽车驶在不平整的路面上的时候所能接受到的冲击性的 力， 在这个相同的时间里使由这个冲击力引起的振动会得到相当的减弱， 来确保汽车的行驶过程中的平顺性能的要求。 根据悬架导向机构的构成的不一样。汽车悬架我们可以把悬架分为 两种，一种就是非独立悬架而另外一种独立悬架。第一中非独立悬架的 结构的特别之处是左边车轱辘和右车边轱辘安装在同一个的刚性梁或着 是非断开式车桥的两头， 当其中一边的车轱辘经过路面凸起向上跳动时， 将会产生影响对另一侧车的轱辘。非独立悬架主要优点结构大为简单， 制造很方便，且方便维修，但是会使汽车的行驶过程中的平顺性变得较 差，收到载荷冲击也较大。根据悬架的结构的特别之处，非独立悬架又 可分为下面这几种一个是钢板弹簧式非独立悬架，而后另外一种呢是螺 旋弹簧式非独立悬架，然后就是空气弹簧式非独立悬架，最后一种就是 空气弹簧式非独立悬架。而独立悬架中没有类似的统一车轴，两侧车轱 辘各独自与车骨架或车的身体相连，当其中一个车轱辘收到碰撞，它并 不让另一个车轱辘运动。其结构特点是占用空间小，降低重心，能够使 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 4 汽车具有非常棒的使乘客更舒适和司机操作更为舒适。 由于此次设计车辆为微型客车，为了满足其操作舒适性，乘坐舒适 性，行驶平顺性，同时降低造价，故选择前悬架为独立悬架，后悬架选 用非独立悬架。 第四章第四章 前悬架设计前悬架设计 本次设计过程中，前悬架选用麦弗逊式这种独立悬架。 4.1 分析麦弗逊式悬架结构及特性 麦弗逊式悬挂一般由这几种成分组成一是螺旋弹簧，另外一个是减 振器以及还有下摆臂等，除此之外绝大部分汽车还会用上横向稳定杆。 主要的结构是将选用的螺旋弹簧套在所选的减震器上，而减震器则是能 够保证选用的螺旋弹簧在受到地面的冲击力的时候不会产生或向前、或 向后、或向左、或向右向一侧偏的现象，使选用的螺旋弹簧只能够是向 上或向下方移动，并且能够用减震器的来回距离来制定悬架的软硬件及 以其性能。由于麦弗逊式悬挂组成很是简单因此才会让其轻量、反应快。 其结构又能够自动的调整车轱辘向外侧的倾角，从而能够在其转变角度 的时候自动的能够适应各种不一样的路面，让轮胎的与地面接触的面积 能够达到最大化。虽然说是麦弗逊式悬架这类悬架的结构并不是很有技 术，但是麦弗逊式悬架在汽车行使过程中的舒适性上的能力还是非常让 人感到很不错的，不过由于他的结造是直筒式的，因此对来自左方向和 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 5 来自右方向的冲击力缺少足够的阻挡力， 导致抗刹车点头作用能力不好， 悬挂刚度比较低，而且它的稳定性也是很差，它的转弯时产生侧倾也很 是明显。由于其占用的地方小，麦弗逊式悬架适合那些小型汽车车和一 些微型客车这些车型。例如国内广州本田飞 度、国产 的 桑塔纳、卡 罗 拉 、高尔夫、大众 迈腾等。 图 4-1 麦弗逊式悬架图 悬架特别的性能：有较高的向一侧倾斜的中间的高度；有改变较小 的车轱辘向外侧的倾角与主销向里的倾角；两车轮之间的距离变化基本 不改变的，于是轮胎损耗的速度就会很慢的；有若是较大的悬架向一侧 的倾角刚度因此可以不加装备横向的稳定器；横向刚度大；占用空间尺 寸小；结构相对简单；因此在紧密凑在一起型的乘用汽车上使用的较多。 4.2 确定悬架主要参数 本次悬架的设计可分为结构方面的设计，主要组成重要参数的确定 校核和。悬架上的参数会影响到大多整车特别的性能，而且又与其他零 部件的摆放有关。故此要与车身总体部件安排的同学共同商量确定。 表 4.1 参考数据 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 6 总长（mm） 4790 总宽(mm) 1800 总高(mm) 1970 轴距 l(mm) 2985 前后轮距(mm) 1560/1540 发动机型式 3r2 排量（cc） 2693 整车整备质量（kg） 1900 车轱辘 铝合金 轮胎 205/70r15 驱动型式 前置后驱 4.3 悬架的弹性特性设计 当独立悬架变化才生的偏离量 f 和其所受垂直方向的所受的力 f 之间不成不变化的比例变化时， 其弹性特别的性能如图 4-1 所示。此时， 悬架所具有的刚度不是不改变的， 它的特别之处是在满载的位置 （图 4-1 点 8）附近，刚度是不大的而且曲线的改变不是陡峭的，故此它的又平 又顺性很是不错。距离最大负重时较远的两头，曲线骤然变的急陡，悬 架的刚度也就随着增大。这样，我们就可以在相应一定范围内的动挠度 fd 内，能够得到比成线性一样的特性的悬架还要有更为较多的动容量。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 7 图 4-1 悬架弹性特性曲线 4.4 悬架扰度的设计 4.4.1 悬架频率的选择 对大多数汽车来说，它悬架所具有的质量的分配系数=0.81.2， 因而我们可以近似地把这个系数 1= ，也就是汽车前面车桥和后面车桥 上面的车身那一部分质量的垂直方向上振动是没有联系的，并可以用偏 频n1，n2表示前面悬架和后面悬架的不受约束的振动频率，它的偏频欲 是小，于是汽车在运行过程中的平顺性也就相当不错。一般情况下对于 钢板制做成弹簧的轿车，n1约为 11.3hz（6080 次/min），n2约为 1.171.5hz（7090 次/min），很是接近与人们步行时的自然频率。 原则上，汽车发动机的排量越大，那么它的悬架应有的偏频就应该越小， 汽车载满货物或人时前面悬架应该有的偏频我们就要求在 0.80 1.15hz，而后面悬架的则需要尽量在 1.702.17hz。 因此取：前悬架偏频 n=1.2hz 后悬架偏频 n=1.3hz 4.4.2 悬架静扰度 c f 设计 汽车悬架和它的悬架上的质量所形成振动体系的固有的频率，是能 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 8 够改变乘用车行驶过程中车辆平顺性最为有用参数中的一个。由于现今 汽车的质量的分配系数可以约为 1，因此乘用车在前轴上方点的振动和 后轴上方车身点的振动没有一点关系。 于是， 乘用车体的固有的频率 n(偏 频)就可以用式 4-1 表示 2n m c = (4-1) 式中，c-为悬架刚度 n/cm;m-悬架簧上质量 kg。 当所采用的弹簧特性是成线一样的变化的悬架的时候，悬架静挠度 就可以用式4-2来表示： cmgfc= (4-2) 式中，g-重力加速度，g = 9.8m/s 2.。 将fc代入式（4-1）得到： c fn5= 则 2 25 nfc= = 2 .2125 =173.6mm 4.4.3 悬架动扰度 d f 设计 悬架应要有具有满足要求那么大的动挠度，以用来避免汽车行驶在 不好的路面上时不断的发生车悬架碰撞车架上面的缓冲块。对乘用车， fd 取70-90m；对客车，fd取50-80mm；对货车，fd取60-90mm。 由于本次设计车型为乘用车型，故设定悬架的动扰度fd为80mm。 4.4.4 悬架刚度的计算 已知：已知整车装备质量：m =1900kg 取簧上质量为 1820kg；设 置簧下质量为 80kg。 我们可以由下面的轴荷分配图中所示的轴荷分配知： 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 9 图 4-2 各类轴荷分配范围 汽车空载的时候前面轴一个轮轴荷取 52%：错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 = 2 %521820 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。73.2kg 汽车满载的时候前面轴一个轮轴荷取 47%： () = + = 2 %478601820 m2540.5kg （乘用车满载时车上 8 人，60kg/名）。 则悬架刚度：mmn fc f c13.31 6 . 173 5405 = 满载 4.5 悬架弹性元件设计 4.5.1 螺旋弹簧分析 螺旋弹簧作为弹性元件的一种，它的结构较不复杂、制做很是容易 而且还有相当不错的比能容量，因此在现今轻型汽车的悬架中被使的很 是普遍，尤其是在轿车中，对其要求要有不错的乘客乘坐非常舒服性和 悬架的导向机构在发生很大摆动时产生的偏移下仍然能够让车轱辘定位 角不变的本事，于是乎螺旋弹簧作为悬架的弹性元件代替了钢板弹簧悬 架的位置。 螺旋弹簧的头部形状也是非常值得我们注意的，螺旋弹簧头部形式 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 10 多样。可以是形成碾细的样子、或者是并紧，还可以是成直角切断或将 尾部向内弯曲，其最常见的结构如图4-3所示那样。其中(a)为弹簧两尾 部碾细型。这种形状的优点一来可以减少使用材料，二来能够占用很小 的地垂向空间小，而且尤其的是由于两尾部都是平整，安装的时候能够 随便的旋转，因而在设计过程中弹簧的总圈数根据设计的需要可以选择 取随意的值，而且不需要就是整数。但是它的缺点是需要一定的的方法 和专用的设备来碾细， 这就增加了这类弹簧制做成本。 (b)为直角切断型。 该结构的优点不仅制作时缠绕绕简单方便，还是特便宜，但缺点确是增 大了它的垂直方向上长度和使的材料的消耗增加，安装时且需要必须在 一定方向并且需要一个和它能够配合的弹簧座。 (c)为端部向里面弯并且 形成了与弹簧的中心线相互垂直的平面，该种结构弹簧经常用在与弹簧 的座位配合起定位作用，如果要是两端都向里面弯，那么就需要有一定 的设备。 图 4-3 螺旋弹簧的尾部形状 4.5.2 选择螺旋弹簧尺寸及材料 为了让弹簧很靠谱的工作，弹簧的材料必须要拥有非常高的疲劳极 限和弹性极限，与此同时应使其非常高的不可逆变形性与韧性，以及相 当不错的可热处理性。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 11 因此开始选用的弹簧的材料就是 60si2mna ，材料性能的参数如表 4.2 所示： 表 4.2 60si2mna 性能参数 4.5.3 弹簧钢丝直径按受最大载荷时计算 按下面公式能够运算制成弹簧的钢丝直径： idgdcs m 3 4 8= 4 3 8gicsdd m = (4-3) 式 4-3 中 i-弹簧有效的工作圈数量，暂定 8； g-剪切弹性摸量，为 8.3 10 4mpa； dm-弹簧中径，取 100mm； 带入计算得： d = 12.45mm 查建用表可取相近的标准值 d = 14mm 于是能够初确以下列参数： d = 14mm （弹簧丝直径） dm = 100mm （弹簧中径） i = 8 （弹簧圈数） 4.5.4 弹簧的校核 （1）弹簧刚度校核 弹簧刚度计算公式：idgdcs m 3 4 8= (4-4) 代入上面那些参数就能够得出弹簧的刚度 cs： 性能参数数据 许用切应力 64 2 kmmgf 剪切应力 100 2 kmmgf 剪切模量g 8000 2 kmmgf 弹性模量e 20000mp 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 12 idgdcs m 3 4 8= = 49.82n/mm 31.13 n/mm 因此所选弹簧刚度符合要求。 （2）校核弹簧的表面剪切应力 弹簧的压缩工作的时候其实和扭杆的差不多，他们原理是用材料的 剪切方向的变形来吸收对其产生的能量， 下面是弹簧钢丝表面的剪应力： 3 8dkpdm= = 2 8dpck (4-5) 式中 c-弹簧指数（旋绕比），c = dm/d cc615. 04-c414k+=）（）（ （4-6） p-弹簧轴向载荷。 已知 ：dm = 100mm ， d = 14mm 可以算出弹簧指数c 和曲度系数 k： ddm=c = 7.14 cc615. 04-c414k+=）（）（ = 1.20 0 10cos*8 . 9*)70425(21=p= 5216.42 n 可得弹簧的表面剪切应力： 3 8dkpdm= = 2 8dpck = 580.6mp = 640 mp 所以弹簧满足要求。 4.5.5 小结 由以上计算的结果就能够确定弹簧的设计参数： 弹簧钢丝直径：d=14mm 弹簧外径：d=100mm 弹簧有效工作圈数：n=8 弹簧节距：t=(0.280.5)d 取 t=0.3d=0.3*100=30mm 弹簧间距：=t-d =30-14=16mm 弹簧自由高度：不容易运算出非常准确的结果，那么它的近似值就 可以按照图 4-5 中的公式运算，并推荐按 gb1538 的规定- gb/t1239.1692中华人民共和国国家标准 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 13 本次设计弹簧选用两尾部磨平，因此 图 4-5 弹簧端部 取dth2n 0 += n工作圈数 dth2n 0 += =8*30+2*14=268mm 4.6 悬架导向机构设计 4.6.1 导向机构设计要求 （1）悬架所受力变化时，要确保两轮之间的距离变化不超过 mm0 . 4，否则两轮之间的距离若是变化太大就会引起轮胎在起始阶段就 发生磨损。 （2）悬架所受力发生变化时，前面车轱辘的定位参数一定要有合乎 理的变化特别性能，要使车轱辘不应该产生有纵向方向上的加速度。 （3）汽车在行驶过程改变方向时，一定要确保使车的身体的侧倾角 要很小很小的。在g4 . 0侧向加速度下，车身向一侧的倾角应该要不大于 oo 76，并且使车轱辘和车身体有同一侧的倾斜，以用来增加不足的改 变方向的能力。 （4）在汽车停车过程中，要确保车的身体具有一定抵抗向前俯冲作 用能力，加速时要具有抗后仰作用能力。 4.6.2 麦弗逊式独立悬架结构示意图 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 14 图 4-6 麦弗逊悬架 （1）适用弹簧：螺旋弹簧 （2）使用情况：汽车前轱辘； （3）车轱辘在向上向下振动的时候前轱辘定位发生的变化： a.两轮之间的距离和向外面倾斜角的改变相对是不大的； b.在相当的程度上拉杆布置是能够发生改变的。 (4)操纵稳定性： a.横向刚度高； b.一定成度上能够通过改变向外倾斜角的变化来改变汽车的操纵稳 定性。 4.6.3 导向机构受力分析 受力简略图形（如图 4-7）。由图可知：可以得到横向力 f3 ： f3 = f1ad/(c+b)(d-c) 式中 f1 -前轮静力 ； f1-减去前轴悬架系统下质量的一半。 横向上的力 f3 越是大， 那么相互作用的摩擦力 f3f 也就跟着越大， 那么这对于汽车行驶过程中所需求的又平又顺性能会产生的非常不好的 影响。为能让其摩擦力变小，则会在导向套与活塞的表面的之间添加使 摩擦力变小的材料和比较不同的方法。由上面那个公式我们能知到，为 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 15 能让 f3变 小 ，那么就一定要使 c + b的结果 最好是最大的，或者让a的 长度变小。增大c+b会使悬架占用整车的地方增加，这会在空间安排上产 生一些困难；若是通过增加筒式减振器的中心线倾斜角的办法，能够减 小a 的尺寸，可是这会有空间安排上有不少困难的问题。于是，若是让 减振器的中心线保持不变的，经常把下图中的那个g 点向外延伸到车轱 辘里面，不仅能够缩小a ，而且还得到相对不太大的还有可能是负的主 销偏向一边移动的距距离，有利于提高刹车时稳定性能。因此改变g 点 位置后的主销中心线将不会再和减振器中心线重叠在一起。 图 4-7 悬架受力简图 4.6.4 导向机构的布置参数 导向机构布置的参数能够很重要影响汽车行驶过程中驾驶员操做 的稳定性，布置参数包括有侧倾中心、纵倾中心、悬架摆臂的定位角。 （1） 侧倾中心 麦弗逊式独立悬架的向一侧倾斜的中心可以由图 4-8所示方法得 到。从e点作和活塞杆相垂直的直线并且延长下横臂所在直线。那么这两 条直线所交到的那一点就是图上显示的p 点。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 16 图 4-8 麦弗逊悬架侧倾中心图 麦弗逊悬架中的减振器eg 安置得越是和地面相垂直， 那么下横臂gd 安置更是邻近于水平，于是乎向一侧倾斜的中心w 更是邻近于地面，则 车轱辘跳动时车轱辘向外倾角的变化有些大。可以通过换成更长的下面 横摆臂，来使运动这方面的特性变得更好。 设计过程中要先确定(与两轮轮之间距离距变化有关的)车辆前面悬 架的向一侧倾斜的中心的高度，然后再安排后面的悬架的向一侧倾斜的 中心的高度。若是悬架用独立悬架，那么它的向一侧倾斜的中心的高度 就要变大点。若是悬架为用钢板制成的弹簧作为非独立悬架，那么后面 悬架的向一侧倾斜的中心要增大其相应一定的高度。 （2）纵倾中心 麦弗逊式悬架的纵向倾斜的中心， 可以通过e这一点来作悬架上减振 器向上后下运动方向上的垂线， 那么这条相垂的直线和过g这一点的摆胳 膊轴的相互平行 两条线的相交点就是纵向倾斜中心o，如图4-9所示。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 17 图 4-9 麦弗逊悬架的纵倾中心示意图 （3）悬架摆臂的定位角 在独立的悬架中的摆胳膊轴其中大部分为空间向一侧倾斜摆放。为 了说明更为方便，我们就把摆胳膊空间确定位置角认为摆胳膊的水平面 向一边斜置角 ，抵抗向前倾俯角 ，向一边斜置的初始角 。如图 4-10 所示。 图 4-10 、的定义 4.7 悬架减震器设计 4.7.1 减震器的概述 为使车的骨架与车的身体的振动能够得到更快的减弱，来提高汽车在运 动过程中的平顺性，于是在很大一部分汽车的独立的悬架体系里装备有各式 不同特性的减振器。在麦弗逊悬架中，减震器是放在螺旋弹簧里面的。 现在汽车悬架系统中我们大多数是使用是液力这种减振器。它的工作原 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 18 理是，当车身体和车的车桥作一来一去的相对或相向的运动时减震器的活塞 在筒内作一来一去相对或相向运动时，减振器外壳底下里面的油性液体便一 来一去的通过一个不大的孔洞进入到另一个腔体重，此时筒上小孔与油性液 体之间的摩擦及油性液体分子内会产生摩擦那么就会阻止悬架形成的振动， 使车的身体和车架子的振动具有的能量转化成为看不见的热能然后就被油性 液体和减振器外壳身体所吃掉，然后就放到到大气中。 4.7.2 减震器的分类 减振器按照其内部形式的不一样，我们就可以将减震器分为摇臂式减震 器与筒式减震器两种类。而筒式这种类的减振器工作时所产生的压力相对于 摇臂式的要小的多，仅为)55 . 2(mpa ，然而由于其工作的时候性能很是稳定 所以在如今的汽车上得到大范围的使用。筒式这种减振器又可以把他们分成 为一个筒式的两个筒式的以及充气筒式的这三种类型的。两个筒的充气液力 这种减振器由于其工作的时候很是稳定、纯摩擦力较小、产生噪声很是低的、 总的身体长度短等这些好处，所以更多的用在乘用车上。 4.7.3 双向筒式液力减振器的工作原理 两个筒的液力减振器的工作时候的样子就似图 4-11 所示。 图示 a 是工作 腔，c 是补偿腔。两个腔体之间是通过中间的阀系相连通的。当车轱辘因路面 不平上下移动时，会通过一定压力推动动相连的活塞 1 在工作腔 a 中向上向 下的移动，这就会压迫减振器中的液体流经一定身体的有阻力的孔，将运动 中能量转变为热能然后消耗散掉。车轱辘向上跳起来的时候也就是说悬架受 压收缩的时候，活塞 1 会向下移动，这时油就会通过阀进入到工作腔体中 的上面空腔，然而有因为活塞杆 9 这一部分又会占具了一定的体积，因此一 定要有一部分油性液经过阀进入到能够作为补偿的腔体 c； 当车轱辘经过凹 坑向下面跳下去的时候是也就是悬架受拉伸张的时候，活塞 1 会向移，工作 腔体 a 中压力会上升，油性液体经过阀流入到了下腔的时候，它就会提供 一大部分阻止上升的力，另外会有一部分油性液体就经过活塞杆和导向座体 之间的小缝然后再经过作为回流用的孔 6 进入到补偿腔。那么同样的，活塞 杆是实体也会占具整个内筒的一定的体积，于是乎当活塞在向上运动的时候， 那么就肯定会有一部分油性液体经过另外一个阀流入到工作时所有腔的下 面那个腔。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 19 图 4-11 减震器原理图 4.7.4 相对阻力系数 的值大的时候，那么产生震动就能等到很快减弱，同时还可以把 较大的路面冲击力传达到车的身体；的值小的时候则反之。一般的情 况下， 我们设计时会把向下受压收缩过程时的相对阻尼系数y选用的就 小一点，把向上伸张过程时的s选的相对的大一点。它们之间保持这样 的关系y =（0.250.50）s。 设计的过程中，一般先要取取出y和s这两系数的平均值。若 是没有内部相互磨蹭的弹性元件悬架，那么我们就会取=0.250.35； 若是有内部相互磨蹭的弹性元件悬架，那么我们就会将值选的相对的 小一些。为了不让悬架会碰撞到车的身体，那么我们就会取y=0.5s。 取=0.3，则有：（s+0.5）/2 = 0.3 计算可得到：s=0.4 y=0.2 4.7.5 确定减振器阻尼系数 减振器的阻尼系数cms2=。由于悬架系统的固有频率 msc=,因此在理论上ms2= 。然而在实际的设计过程中，我们 就应该要依据减振器的放置的特别来具体选取我们需要的减振器的阻尼 系数。由于我们这次设计选择用图(4-12)的安装方式，于是乎我们就能 够确定它的阻尼系数为： 222 cosm2abs= (4-7) 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 20 图 4-12 减振器位置图 根据公式mssnc21=，可得出： msc=2n (4-8) 代入数据得： =7.54hz，取 a/b=0.8,取 10 0 代入上面运算得到数据那么我们就可以算出减振器的阻力系数： 222 cosm2abs=3705.5ns/m。 4.7.6 确定减振器工作缸直径 d 依据拉伸张开过程时的所受到的最大的力 f0来运算减震器的工作缸 的直径 d ： )1(f4d 2 0 =p (4-9) 其中，p工作缸最大压力，在 3 mp 4 mp ，取p=3 mp ； 连杆它的直径与工作用缸体的直径之比 =0.4 0.5，=0.4。 代入数据计算可以算的出工作缸体的直径 d ： d= 25mm 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 21 图 4-13 推荐工作缸直径 由上图按照标准可以选d为30mm， 查表可得基长l=103mm， 图4-14推荐减震器基长 查看下面的图4-15我们就可以选取活塞的行程s=240mm， 图4-15 活塞行程 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 22 则有如下数据： lmin = l + s = 343mm （压到底时是长度） lmax = lmin + s =583 （拉足时的长度） 贮油桶直径： 那么我们就选取贮油桶的直径为45mm错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 壁厚 为1.5-2mm 查表可以选则活塞杆直径：d=13mm 4.7.7 小结 通过上面的各种运算我们可以得出减振器主要需要的参数： 表 4.3 减振器参数 减振器参数名称 数据mm 工作缸直径 30 贮油缸直径 45 最大压缩长度 343 拉足长度 583 连杆直径 13 基长 103 活塞行程 240 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 23 4.8 横向稳定器 横向稳定杆是一根能够具有相应刚度的扭杆弹簧，一般和左边右边 两侧独立悬架的下面的托臂或着是减震器它的滑柱相连结的。当两侧的 悬架在不是平整的路面上的时候，两侧的悬架会一起的向上或者向下运 动，那么稳定杆就不会旋转；然而当汽车转动方向的时候，这就会使外 面那一侧的悬架所承受的力相对较大，车身就会产生一定的向外侧倾。 这个时候外面那一侧的悬架就会压缩，而里边的悬挂就会伸开，于是乎 横向稳定杆就发生一定角度的旋转，然后产生相应的弹力，那么这个弹 力就会阻碍汽车发生的侧倾。这也就是为什么会提高汽车行驶不平整路 面上的过程中的稳定性。如果若是再加上纵向的支撑杆，那么就能够同 时使悬架的纵向刚度得到增加。可是，单单只是凭借添加稳定杆来使性 能得到提高，那么它是有限的。也就是说通过用各种稳定用的杆只能够 提高一定程度稳的定性和悬架的几何刚度。然而要是想从最根本上解决 这些问题，那么说就要必须重新设计悬架的整体布置。由于本次设计用 的麦弗逊式悬架的减震器支柱会承受相应的横向作用力，而且还要减低 向上或者向下运动的震动，所以说减震器它的用来支撑的杆会产生很不 均匀的摩擦力。同时减震器油封也是很容易发生的磨损的，这就会造成 液压油泄露从而会导致减震效果下降。为了使汽车的本身带有的振动的 频率减小来达到行驶时的平顺性能更佳，如今的汽车悬架的基本上都会 有相对较小的垂直方向上的刚度值，因此汽车的向一侧倾斜角刚度值也 会相对不大，这就是导致汽车改变方向时车身发生严重向一侧的倾斜， 从而会使汽车在行进过程中的稳定性发生改变。为了解决上述问题，现 在的汽车基本上都会通过装置横向稳定杆这一零部件来变大悬架的向一 侧的倾斜角的刚度以此来使汽车的行进的稳定性得到提高。图4-16是横 向稳定杆应用在悬架中的最常用的样子。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 24 图 4-16 横向稳定杆示意图 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 25 第五章 后悬架设计 5.1 钢板弹簧的种类 现如今汽车上用的钢板弹簧主要有下面这四种类型: (1) 普通多片钢板弹簧；图 5-1 所示。 图 5-1 普通多片钢板弹簧 图 5-2 弹簧弹性特性曲线 (2) 少片变截面形式钢板弹簧；图 5-3 所示。 图 5-3 变截面形式钢板弹簧 图 5-4 弹簧弹性特性曲线 (3) 两级变刚度复式钢板弹簧，图 5-5 所示。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 26 图 5-5 两级变刚度复式钢板弹簧 图 5-6 弹簧弹性特性曲线 （4）渐变刚度钢板弹簧，如下图所示。 图 5-7 渐变刚度钢板弹簧 图 5-8 弹簧弹性特性曲线 由于本次设计车型属于微型客车， 后悬架的载荷不会发生太大变化。 那么设计过程中考虑到经济成本的问题， 故此我们可以选用以一种弹簧- 普通多片钢板组成的弹簧。 5.2 选取钢板弹簧主要的结构元件 5.2.1 钢板弹簧断面形状 （1）矩形断面 图 5-9 矩形断面簧片 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 27 图 5-9 的长方形断面簧片其特点是制做方面相当容易，现在最为广 泛的使用。长方形钢板断面其中心轴线是在断面的中间部位，这种钢板 的两面的压应力与拉应力是一样一样的。 但是因为 材料的抗压应力的性 能没有它抵抗拉应力性能好，所以长方形断面的弹簧在承受拉应力的那 一面是相当容易被用坏的。一般多用于轻型汽车 （2）单面带槽断面 图 5-10 单面带槽断面 （3）t 形断面 图 5-11 t 形断面 （4）单面带双槽断面 图 5-12 单面带双槽断面 图 5-10、图 5-11 和图 5-12 的断面形状成并不是对称式的，这就会 令断面中性轴向受拉断面移动，那么这会改变其所受应力的布局，从而 减小能够弹簧所受的拉应力。实验得出，这种断面的钢板弹簧会将弹簧 使用时间提高 30，节约大概 10的材料，相对于长方形断面。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 28 由于本次设计车型是微型客车，其不需要较大断面许用应力，因此 矩形断面弹簧就可以，而且再加上他的制造的时候很简单，成本又不高， 故此选用矩形断面。 5.2.2 弹簧端部形状 现在市场上常见的三种簧片尾部形状型式。 （1）矩形 图 5-13 矩形端部 这种弹簧制做起来相当容易，多应用在拉货的汽车上。但是由于片 端是长方形，这会使弹簧钢板之间相互摩擦较大，也就增大了弹簧的刚 度。 （2） 梯形 图 5-14 梯形端部 为克服矩形端部弹簧的缺点，可以把弹簧钢板头部切去两个角而形 成梯形，如图 5-14。 （3） 压延 图 5-15 压延端部 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 29 通过将头部沿长并且逐渐挤压延长减薄如图 c，这样可以避免长方 形断面的缺点。上面说的这两种钢板弹簧实际上都可以减小钢板弹簧片 之间的相互摩擦，而且同时还能够降低钢板弹簧的刚度，使弹簧的应力 分布能够更为合理。但是这种头部轧压延长弹簧就会增加头部轧制这种 工艺，于是乎弹簧制造手法就更加复杂。 由于矩形断面弹簧缺点太明显，而端部压延弹簧造价有太高，因此 选用梯形端部弹簧。 5.2.3 弹簧卷儿形状 钢板弹簧的卷耳在一般的情况我们将其分为 3 种，一种是下卷耳， 一种上卷耳以及平卷耳， 如图 5-16 所示。 一般情况下上卷耳使用的较多， 下卷耳没法和上卷耳那样，其容易张开，不能够保证强度，但必要时可 以用下面一块钢板加强卷耳的结构；平卷耳可以减少卷耳所受的拉应力 或压应力，原因是弹簧所受纵向方向上的力的作用方向是与弹簧第一片 断面的中心线相重合的，主要用于条件不允许增加第一片弹簧的厚度可 是同时又要使第一片卷耳有一定强度的钢板弹簧。由于平卷耳制做起来 比其他两种卷耳制做起来要不容易的，所用费用较多，因此一般是不常 用的 图 5-16 下卷耳 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 30 图 5-17 上卷耳 图 5-18 平卷耳 对于微型客车来说经常使用上卷耳，可不仅可以避免下卷耳不能承 受较大强度的问题又能使卷耳的制做花费没有平卷耳的那么高. 5.2.4 弹簧包耳 汽车由于会条件非常不好的的情况下使用，因此我们需要用一些其 他办法来强化卷耳。目前我们最常见到的方法就是把钢板弹簧的第二片 弹簧制做成包耳的样子，以用来保护第一片弹簧。用的最多包耳形状的 有 14 包耳如图 5-19 和 34 包耳如图 5-20。 图 5-19 14 包耳 图 5-20 34 包耳 本车属于微型客车，那么我们选用 14 包耳就可以了。 5.3 钢板弹簧设计计算 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 31 5.3.1 钢板弹簧布置方案 汽车上的钢板弹簧布置上一般的情况有两种，其中一种是纵向放置 的，那么另外一种是横向放置的。由于横置钢板弹簧要传递纵向力，就 一定要安装另外的导向传递力的装置，那么这就会使整个结构变得复杂 而又增加质量，因此这种结构并不常用。纵置钢板弹簧不仅能够传导车 轱辘与车架之间各种所受力和力矩，而且其身体结构较为清楚明白不复 杂，所以能够广泛的应用到汽车上。纵置钢板弹簧又可以按它的对称与 否又可以分成为对称式的钢板弹簧和不对称式的钢板弹簧。 为节约人力成本，本车用对称式的钢板弹簧。 5.3.2 确定钢板弹簧主要参数 已知初始条件 后悬架偏频：n=1.25 静扰度：fc2=147.9mm fc2/fc1=0.85 符合 fc2=(0.7-0.9)fc1 汽车空载时后面轴一个轮轴荷取 48%：kg m 8 . 436 2 %481820 11 = = 汽车满载后面一个轮轴荷取 53%：kg 5 . 609 2 %53)8601820( m12 = + = 悬架刚度：mm/21.41 f n f c c = 满载 汽车轴距：l=2985mm (1)满载弧高 a f 当 0 a f = 时，那么表示了弹簧就运作在相互对称的地方上。由于设计 中想到在使用的过程中钢板弹簧会产生不可逆的变形，在同一时间里为 了能够使车架的高度不变时能保证获得到充足的动挠度值，常取 1020 a fmm=: 。这里取 15 a fmm= 。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 32 图 5-21 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高 (2)确定钢板弹簧长度l 钢板弹簧长度l的增加能能很明显使弹簧应力得到下降，能够延长 其使用时间，并且会减弱弹簧的刚度，同时还能够使汽车在行驶过程中 的平顺性能够更好。若是给定垂直方向上的刚度 s c ，那么就可以非常清 楚的使钢板弹簧的纵向的角刚度得到加大。原则上，如若是总体位置安 排能给出相应的条件，那么钢板弹簧尽量用长点。通常，设计者会在给 出的长度范围内选自己要用的钢板弹簧的： 乘用车： (0.40 0.55)l = 轴距 货车前悬架： (0.26 0.35)l = 轴距 后悬架： (0.35 0.45)l = 轴距 本次设计车型为微型客车，从上面的选择范围中，选取后悬架的钢 板弹簧为 0.40 轴距，则长度为mml12002985%40=。 (3)确定钢板断面尺寸及片数 a.确定钢板断面宽度b 对于运算钢板弹簧的刚度、强度等，那么我们可以把其当作断面的 简支梁来运算，但是这需在相同断面的简支梁的计算式子中引入挠度增 大系数来来修改。于是，我们就可以得到修改之后的式子，然后来进 行运算所有的钢板弹簧的总共的惯性矩 0 j 。对于对称钢板弹簧有： ()() 3 0 / 48jlksce = (5-1) 式 5-1 中 su 形状螺栓的中心距 mm； ku 形状的螺栓在紧夹住弹簧后的没有用到的长尺寸系数。 刚 性夹紧：取 0.5k = ；挠性夹紧：取 0k = ； 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 33 c弹簧在垂直方向上的钢板的刚度 n/mm， / wc cff= ； 挠度增大系数（首先选择与第一片一样长的相重叠在一起 的片数 1 n ，然后再估算总共需要的片数 0 n ，可以求得 10 /nn = ，而后再用 ()1.5/ 1.04 1 0.5=+ 这个公式初定 ）； e材料弹性模量（mpa）； 选取 100smm= ； 采用刚性夹紧，所以 0.5k = ； 有前面数据可得到钢板弹簧在垂直方向上的刚度： c=fw/fc=41.21n/mm； 选与第一片一样长的相重叠在一起片数 1 2n = ；估计总共片数为 no=6； 3 1 /n 01 =n； 挠度增大系数 ()1.5/ 1.04 10.51.24=+= ； 材料的弹性模量 5 2.1 10empa= 。（选择20crmo作为悬架材料） 所以 计算得到：jo=12472.8mm4。 下面我们就来计算钢板的弹簧的总体的截面的系数 0 w ： ()() 0 / 4 ww wflks (5-2) 式中 w 需用弯曲应力；我们设计的时候要尽量让 w 在下 面范围选用：前弹簧和平衡悬架弹簧为350 450mpa；后主簧为 450 550mpa；后副簧为220 250mpa。 这里选取500 w mpa=。 所以 计算得到，wo=4031.84； 故此 总截面的系数 wo=6000。 将式 4-15 代入下面的式子我们就可以运算出钢板弹簧的平均厚度 p h ： () 2 00 2/ 6 w p c lks hjw ef = (5-3) 那么 代入上面计算所得的 0 j 和 0 w 得到 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 34 6106 . 0/10247 . 1 2/2 44 00 =wjhpmm 根据相关推荐，选用的钢板片的宽度与钢板片的厚度的可选比值 / p b h 能取在 610 这个范围内。 本次设计所用钢板片的宽度和钢板片的厚 度的比值为/10 p b h =，于是乎可确定钢板弹簧片宽6 1060bmm=。 b，选择钢板弹簧片厚h 我们可以用下面这个式子来计算长方形断面同样厚的钢板弹簧的它 的总惯性矩 0 j ： 3 0 /12jnbh= (5-4) 式 5-4 中， n-钢板弹簧的片数。 在这一次的设计中我们就初步选取钢的板弹簧的片厚6hmm=。采用 相同厚度钢板。 c，钢板弹簧的片数 n 对于多片钢板弹簧来说， 其弹簧片的数量一般多会在在614片之内 选用，而对于大型拉货车最多可用20片。若是设计时运用不等截面少片 簧的时候，那么它的弹簧片的数量一般的应该是在14片之内选用。那 么此次设计我们就把钢板弹簧的数量选取n=6片。 （4）确定钢板弹簧各片长度 用画图的方法来得出每一个钢板弹簧的长的尺寸，其原理就是根据 实际上每一片钢板在打开后然后连接成的图形非常接近于梯形梁的样子 这样的一个原则来进行画图测量的。假设各片钢板厚度不不相同的，那 么其详细的画图步骤如下： 首先呢我们要把每一片钢板的厚度 i h 的立方根值 3 i h 按照相同的比例 尺运算长度后然