机械毕业设计（论文）-长城微型汽车车架与后悬架设计（全套图纸） .pdf

河南科技大学毕业设计说明书 1 长城微型汽车设计（车架与后悬架设计）长城微型汽车设计（车架与后悬架设计） 摘 要 汽车的主要部分有车架，悬架等，整车的性能好不好和车架和悬 架 的 好坏关系很大，尤其是对于乘车舒适性要求高的轿车更是如此 。 为了使汽车乘客具有良好的乘坐舒适性还有货物运载的安全性 ， 必 须 保证汽车有良好的平顺性， 良好的平顺性的汽车使用起来不仅仅 省 油， 而且乘坐的感觉非常好， 同时对于汽车的保养也是非常有利的 ， 汽 车 的 机 器 和 零 部 件 会 更 加 耐 用 ， 从 而 也 就 间 接 的 保 证 了 乘 客 的 安 全 。所以，一辆 好的汽车 对于悬架的要求是非常高的。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 车架 承受着 整个车身 的重量以及 载荷， 因此对于车架的设计 影响 着 整 辆车的 承载能 力。另外车架的 尺寸也影响着 汽车的 转向能力，车 架 就 像人体 的骨骼 ，是汽车存在的不可或缺 的一部分，当然，随着汽 车 技 术的发展 ， 如 今的承载式车身在功 能上已经部分替代了传统的车 架 ，但是，传统 车架 基于其具有 足够的强度和刚度，同 时有很好的使 用 寿 命，依旧被 大量使用。轿车设计 中悬架多采用焊接方式 ，本次设 计 也 采用了 焊接连接 的方法。 悬架 简单的说就是 承受缓冲外 来力的弹性部件， 悬架的好坏 事关 整 辆 车的舒适性和平顺性。如 今悬架已经向智能化发展 ，本次设计采 用 扭 转梁式 非独立 悬架。 河南科技大学毕业设计说明书 2 本次 设计后悬架 弹性 元件为对 称式螺旋弹簧 ， 减振器为液力筒双 向 作 用式减振 器；车架 采 用边梁式车架， 结合设计要求和 实际需要 ， 本 次 设计采用焊接 的方式 进行车架纵横梁之间的连接。 关键字：微型 汽车,后悬架 , 周边式车架 , 平顺性 , 稳定性 河南科技大学毕业设计说明书 3 the great wall design of micro and subcompact cars (frame and rear suspension design) abstract the main part of the automobile chassis, suspension, etc., the vehicles performance is good and the stand or fall of the chassis and suspension relationship is very big, especially for the high ride comfort requirements of cars. in order to make the car passengers has good ride comfort and the security of the cargo, must ensure that the car has good comfort, good ride comfort of vehicle fuel economy, not just to use this ride is very good, and at the same time for car maintenance is also very beneficial, auto machinery and spare parts will be more durable, thus indirectly ensure the safety of the passengers.so, a good car is very high to the requirement of suspension. the weight of the frame under the entire car and load, so for the frame design affects the bearing capacity of the whole car.frame size also influences the cars steering ability, frame like a human skeleton, is that the car is an indispensable part of, of course, with the development of automobile technology, now the monocoque body has been partly replace the traditional frame on the function, however, the traditional frame based on it has sufficient strength and rigidity, and at the same time have a good life.a good car is very high to the price. key words: mini cars, after the suspension, peripheral type frame, comfort and stability 河南科技大学毕业设计说明书 4 前前 言言 进入 21 世纪 ，随着 我国经济的高速发展，我国汽车行业也得到了 跨 越 式的进步 ，不仅仅 在整体汽车销量上得到了直线式飞跃，汽车的 科 研 能力也取得 了前所未有的进步。目前，汽车设计，生产制造已经 且 正 在为我国 的 gdp 发挥着至关重要的作用， 未来几十年 的时间内， 汽 车 产业仍会跟随着 我国经济发展的步伐， 为中国乃至全世界作出应 有 的 贡献。 可是， 一个 不可 回避 的问题是，我 国 的汽车 制造，设 计， 研发能 力 依 旧不能 跨入世界 汽车强国的行列，因此，我们应该 更加重视汽车 技 术 的进步 ，而不 仅仅追求产量和销量，长此以往，将严重影响我国 汽 车 产业的 发展 ；对于 我们开出 中国，跑向世界的伟大目标的完成是 非 常 不利的。 本 次课程 设计的 目的， 就是为了 激发我们在汽车零部件和 总成设计 方 面 的潜力。 本篇论文 全面而系统的阐述了微型汽车后悬架和车架的 结 构 以 及 工 作 原 理 ， 是 对 我 大 学 三 年 理 论 知 识 学 习 的 一 次 总 结 和 测 试，通过 此次设计，我将 会 对汽车悬架和车架有 一个更加全 面而深刻 的 理 解。 本篇论文 是在高建平 老师的指导下编写 而成的。 这篇论文 在编写 的 时 候，共参考 了二十余篇国内 外关于机 械设计、汽车设计 方面的国 内 外 文献，同时也 得到 了郗建国老师的诸多帮助和建议，另外还有同 专 业 同学的 指正，在此一并感谢！ 最后诚切希望答辩老 师 和阅读本篇论文 的同学提出批评和指正 河南科技大学毕业设计说明书 5 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 悬架的重要性 . 1 1.2 悬架的主要作用 . 1 1.3 悬架的设计要求 . 2 1.4 悬架系统研究与设计的领域 2 第 2 章 汽车悬架综述 4 2.1 悬架构成 4 2.2 悬架设计要求 4 第 3 章 悬架对汽车性能的影响5 3.1 悬架对汽车平顺性的影响 6 3.1.1 悬架弹性特性对汽车行驶平顺性的影响 . 7 3.1.2 悬架系统中阻尼对汽车行驶平顺性的影响 . 8 3.1.3 非簧载质量对汽车行驶平顺性的影响 . 9 3.1.4 改善平顺性的主要措施 . 9 3.2 悬架与汽车的操纵稳定性 10 第 4 章 悬架主要参数确定.12 4.1 悬架静挠度 . 13 4.2 悬架的动挠度 fd 14 4.3 悬架刚度计算 . 14 第 5 章 悬架主要零件设计 i14 5.1 螺旋弹簧的设计 . 15 5.1.1 螺旋弹簧刚度 . 15 5.1.2 弹簧钢丝直径 d 的计算 . 15 5.1.3 弹簧的校核 15 5.2 减振器的设计 . 16 5.2.1 减振器的结构 16 5.2.2 减振器的工作原理 . 16 5.2.3 相对阻尼系数的确定 17 5.2.4 减振器阻尼系数的确定 . 17 河南科技大学毕业设计说明书 6 5.2.5 减振器最大卸荷力 f0 的确定 18 5.2.6 减振器工作缸直径 d 的确定 . 18 第 6 章 悬架主要参数设计19 6.1 前束角 . 20 6.2 主销偏移距 . 20 6.3 车轮外倾角 . 21 第 7 章 汽车悬架设计.21 7.1 总体结构 22 7.1.1 方案选择 . 22 7.1.2 设计要求 . 22 7.2 纵梁的确定 . 22 7.3 横梁的确定 . 23 7.4 纵梁与横梁的连接 . 23 第 8 章 车架设计计算.23 81 车架弯曲强度计算 24 8.1.1 受力分析 . 24 8.1.2 弯矩的计算 . 24 8.1.3 强度验算 . 26 第 9 章 结论28 参考文献 29 河南科技大学毕业设计说明书 1 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 悬架的重要性 现代汽车不仅仅是 作为一个跑的更快的马车来使用， 已经成为了 人 们 生活的一部分， 人们愈来愈对汽车 提出更高的要求， 像安全性 ， 驾 驶 平顺性，行驶稳定 性等性能都需要有巨大的改观。而车身的固有 振动特性又与悬架的 特 性密切相关。 图 1- 1 扭 转 梁 后 悬 架 1.2 悬架的主要作用 悬架是用来 把作用在轮胎和车身 之间的所有力和 力矩，像支撑 力 、 驱动力等等， 并缓和由路面颠簸导致传给车身的 冲击载荷、衰若 由 它 导致的振动 悬 架设计的 终极 目的是 让驾驶员开着舒服，乘客乘坐舒适；确保汽车 操 纵 稳定从使汽车能 够高速运动。悬架是有 弹性的，所以颠簸行驶会 河南科技大学毕业设计说明书 2 产 生垂直方向振 动.悬架 上应该装有减振器，使汽车 振动的振幅慢慢 减 弱 。 1.3 悬架的设计要求 为了使汽车 拥有良好的行驶 平顺性， 那 簧上质量与 弹性元件构成的 振 动 系统跳动频率 必须 在 有恰当的变化区间。乘用车的要求是：前悬 架 固 有频率 应该 比后悬架 的固有频率低 一点，还要 尽可能的避免 悬架 到 车 架同时还要保证 变化时，车 身高度的变化要非常 小，所以，我们 设 计 使用非 线性弹性特性悬架。为了 确保车轮在上下蹦动的时候，各 个 参 数角基本 不变，各个机 构要一致。我们必须在设计时 确定出合适 的 悬 架类型和相关的 参数，从而保证汽车 前轮不会发生摆振，还要 确 保 汽 车转时弯，具有不 足转弯特性。悬架还应具有一下几种作用： 1 使汽车有良好的 平顺性。 2 使悬架本身 有一定的衰弱振动的本领。 3 使汽车应当具有良好的 操纵稳定性。 4 汽车 在刹车或提速时，车身必须要 稳，汽车必须 倾斜轻微。 5 良好的隔绝噪声 的能力。 6 悬架 布置 应当紧凑、尽量少的占用空间。 7 车身 和车轮之间的所有力或者 力矩，都要能够有效的传递同时 还 要 保证有 足够 的工作强 度。 1.4 悬架系统研究与设计的领域 汽车悬架系 统的研究与设计目的是： 使汽车 得到更好的 驾驶和乘 坐 体 验。 汽车设计的 范围包括两 大块： 一是影响对汽车 平顺性的特性 ， 第 二 个就是 影响 稳定 性因素。前者受限于弹簧和减震器，因此应对这 两 个 远见展开设计，设计时应当将轮胎、悬架、簧载质量等看作一个 整 体 对象进行 设计，由于它的重点是在路面的的作用下，影响汽车平 稳 的 力学特性，悬架系 统研究就是考虑这样的问题。后面的就是研究 导 向 的部分了，当轮子跟车身运动不一致，它就起到了约束限制的作 河南科技大学毕业设计说明书 3 用， 这就要 涉及到一些参数的变化。 悬架的运 动学研究就是这样来的。 考 虑 了弹性衬套 这些东西 对悬架性能的 影响， 那么悬架运 动学就可以 理 解 为它的弹性运 动学。对于悬架的 研究就是这两部分了。 河南科技大学毕业设计说明书 4 第第 2 章章 汽车悬架综述汽车悬架综述 2.1 悬架构成 大部分悬架是 由以下三 大块组成的：减震器，弹性元件，导向机 构。这三部分是必不 可少的。弹性元件收到地面的颠簸后会一直不停 的 振 动，减震器的 功能就是来 让振动停下来；而导向机构就是为了 确 保 轮 子按照 操作指示 保 证 整车各部分运 动一致 。 当然现代汽车悬架大部分 都还安装有横向 稳 定 器和缓冲 块。下面就 对横向稳定器做一定的介绍。 横向稳定器，顾名思义，它实际上就是为了 防止转弯行驶时车身 出 现 严重倾斜。在现代大部分车上都装的有横向稳定器，它虽然只是 一 个 辅助性的 构件， 但是 它在保证整 辆车的稳定行 驶方面发挥的作 用 ， 却是不 容忽 视的， 它是一根 u 形的杆，为了能 够发挥作用，它 的 两 端是跟车轮固定在一 起的，这样就能在有大的 侧向力时，杆的拉 力 来 抵掉部分 侧向力 。 当其中一侧的车轮相对于车 身的位移跟另外一 侧 相 比发生变化时，它的刚性就承受拉力，阻止倾斜。如 果没有安装 横 向 稳定器，在遇 到高一点的阻碍物时，轮胎会剧烈跳动，但是安装 了 横 向稳定 器的汽车，就能够有效的降低跳动的幅度，更加平 稳。 2.2 悬架设计要求 1、通过合理 设计 确保高速行驶不会产生剧烈振动，并且能够防 止 悬 架的压缩伸张 极限点 发生，也要 确保轮胎能够足够 的与地面接 触 。 2、合理设计悬架 结构，保证整 辆车各部分之间力和力矩可靠传 递 。 3、导向机构与转向 杆系要能够运动同步，防止彼 此干扰对方， 河南科技大学毕业设计说明书 5 4、无论是侧倾还是 纵 倾，在发生倾斜时，他们的中心位置都必 须 恰 到好处，汽车 在转 弯时，本身应当具有阻止发生侧倾的能力，汽 车 刹 车或者提速时能保证 车身不发生剧烈耸 动，以免汽车在刹动或者 提 速 时的车 身出现纵向倾斜. 5、质量要小，特别是那些的 构件重量要求更高。 6、便于布置 。 7、每个部分都应该 刚 度足够，能够达到要求的使用 年限。 8、制造成本低，能 多 便宜就多便宜。 9、便于拆卸、 安装， 保养。 河南科技大学毕业设计说明书 6 第第 3 章章 悬架对汽车性能的影响悬架对汽车性能的影响 悬架 型式的选择、 导 向杆系的安 装方式两外还有相关参数的设计 对 汽 车性能 都有很大的 影响，况且，我们要知道的是，这种影响不是 互 不 相干的，三者 之间彼此联系，密 切相关。因此我们应该 从不同方 面 ， 全方位去 分析它们对汽车各种性能指标的影响。 3.1 悬架对汽车平顺性的影响 为了使汽车乘客具有良好的乘坐舒适性还有货物运载的安全性 ， 必 须 保证汽车有良好的平顺性， 良好的 评述性的汽车使用起来不仅仅 省 油， 而且乘坐的感觉非常好， 同时对于汽车的保养也是非常有利的， 汽 车 的 机 器 和 零 部 件 会 更 加 耐 用 ， 从 而 也 就 间 接 的 保 证 了 乘 客 的 安 全 。 评价汽车平顺性的 标准有很多， 最初仅仅依靠乘客的舒适感觉来 判 断 ，以此来 进行 悬架的 改进设计，随着计算机技术的发展，结合函 数 ， 慢慢 衍生了多种分析标准， 而 现在 主要参考 的是国际标准 iso2316 来 评 价， 他用人体承受 的敏感频率极限 值与汽车悬架 震动的加速度平 方 根 值进行 加权比较，在垂直震动的评价中，由于人体对于 37hz 的 频 率最敏感，所欲对于 垂直振动的界限值是很低的。路面是否颠簸 是 客 观无法判断 的， 因此 ，车身的值，是取决于车身加速度 z 对于 路 面 不平的的 幅频 特性， 他们的关系 可以用下图来表示。 河南科技大学毕业设计说明书 7 图 3- 1 幅 频 特 性 曲 线 3.1.1 悬架弹性特性对汽车行驶平顺性的影响 如 果 把 轮 胎 对 振 动 频 率 的 影 响 和 减 震 器 对 于 此 的 影 响 则 车 身 固 有 频率 n0=0/2=1/2*c/m (3- 1) 其中 0 表示 固有的 角振动频率，c 表示悬架的刚度，m 代表选 载 质 量。 图 3- 2 悬 架 的 弹 性 特 性 对于 线性弹性特性的 汽车悬架， 其车 身振动的频率在使用并不是 一 成 不变的也就是说， 悬架的 固有频率会随着外界条件的变化而出现 相 应 的，有些载货汽车，后悬架载 荷浮动范围非常大，那么理所应当 它 的 固有频率 相应的会 出 现大的变化范围， 这就会出现汽车平顺性非 常 差 的现象。 a线性弹性弹性 b非线性弹性特性 有 些 悬架的 刚度 是可以随 着外在在 河的变化而变化的，这样的 悬架被 河南科技大学毕业设计说明书 8 称 作非线性 弹性悬架，常常也 被专业人士叫作变刚度悬架。 这样的悬 架 可 以 是 汽 车 的 振 动 频 率 不 随 着 载 重 量 也 即 是 乘 客 数 量 和 重 量 的 改 变 而 改变的，它的主要 原理是悬架 刚度是可以改变的，装有这种悬架 的 汽 车，一般都具有非常好的 行驶平顺性 从图中表现出来就是，图 形 中 的每个点都 符合下面的公式 p/cm=f=fc=常数 (3- 5) 在这这 个表达 式中 p 代表图形 中任意一点的载荷大小 cm 则表示任意 一点悬架的刚度值 f 表示 悬架的 折算静挠 度 fc 表示在静载荷条件下，能够使汽车 获得良好平顺性 所需要的的 悬 架 静挠度。 由于 cm=dp/df 可以 推导出 dp/p=df/f 对上式 进行积分得到 lnp=f/fc+a 当 f=fc 时， 可以推导出 a=lnpc- 1 所以 p=pc 上 面的分 析只是 理论 上存在 ，而现 实设计中几乎是不 可能达到的 理 想 标准， 因为要 想让汽车悬架的频率在载荷不断变化的情况下使刚 度 发 生相应的调整以保证 固有频率不变， 这在现实生活中是不可能实 现 的 。 3.1.2 悬架系统中的阻尼对汽车行驶平顺性的影响 阻尼系数的确定是根据减震器来确定的，因为减震器的作用就是 使 振 动衰弱 。然而在选取阻尼系数时，一定要根据不同的车 型进行确 定 。 河南科技大学毕业设计说明书 9 图 3- 3， 减 震 器 阻 尼 作 用 上图是减震器阻尼 对 振动的衰减示意图 ， 这张图直观的表现出了 震 动 的衰减过程，汽车 在颠簸的路面上运动时，由于轮胎与地面接触 滚 动 导致振动，振 动有车 轮传到车架，再传到车身，进而使乘客舒适 性 降 低，为了改变这种情况，必须 在悬架这里做文章，减震器就出现 了 ， 减震器的 阻尼 作用使 车身的垂直振动所引起的加 速度和 车轮垂直 方 向 振动的振 振迅速减弱，从而削弱振动。因此，悬架系 统应具有适 当 的 阻尼。 3.1.3 非簧载质量对汽车行驶平顺性的影响 所谓簧载弹簧 质量与非簧载弹簧质量， 其实其区别在于各自的总 成 是 否由悬架 支撑 。经过推证，如 果减小非质量，使 簧 量 与非的比值 变 大 ， 可以减小汽车高 速运行或者在不平路面上行驶时车轮离开地面 的 可 能性。因此，在悬架设计时，为 提高汽车行驶平顺性，尤其是 中 高 级 轿车，常常 采用非 较小的独立悬架。而 我们本次的设计 考虑到设 计 要 求及经 济成 本采 取了非独立悬架。 3.1.4 改善平顺性的主要措施 (1) 增加悬架的 静挠 度，也就是说 让悬架的 固有频率减小。使其 频 率 接近人体所 习惯的走路时的身体运动的频率。 (2) 减少悬挂质量。由 前文所阐述的频率公式我们可以知道，当 减 少 了悬挂质量时，非悬 挂 质量必然增加，与此汽车 固有频率就就会 相 应 的减小，从而使 频率接近人在走路时身体的运动频率。 (3)保 证 悬 架 有 适 当 的 阻 尼 。 这 样 子 减 震 器 可 以 迅 速 减 弱 地 面 反 馈 回 来的振动，使汽车 振动得到衰减。 河南科技大学毕业设计说明书 10 3.2 悬架与汽车的操纵稳定性 所谓操纵稳定性，顾名思义，指的就是驾驶员在开车时汽车能够按照驾驶 员的操作按一定的方向，保持稳定行驶的特性。具体分析起来的话，这种特性 是受好多参数影响和决定的。由于篇幅的要求，在这里主要对侧倾角刚度进行 介绍，其他的就不一一赘述了。 悬架的侧倾角刚度就是说汽车发生倾斜时，悬架提供给车身的弹性恢复力 偶矩。为了保证 在转 弯时车辆的行驶稳定性，悬架必须能 够提供足 够 的 弹 性恢复 力偶矩，这样才不至于车身的侧倾角过大。车 身上一侧受 到 的 弹性恢复 力，可以 等价于弹簧上 端固定于车身，下端固定于轮胎 接 地 点并且垂直于地面来 分析， 具有悬架线刚度的螺旋弹簧 施加于车 身 的 弹性力。这个相当的 弹簧称为等效弹簧。在计算侧倾角刚度时 ， 设 计 人员一般都采用等 效弹簧这个概念来计算。 图 3- 6 由上图可以 看出，当汽车出现轻微侧斜rd 时，等效弹簧的变形 量 是bdr/2,所以 恢复 力偶矩 dt=rd 。 悬架 侧倾角 刚度 就可 以表示为 k=0.5k1b2 上面的表达式中 k 表示悬架的 线刚度，b 表示轮距 一般汽车前悬架 侧倾 角刚度在 3001200 之间，后悬架则在 180700 之间 接 下来我们 分析一下侧倾时垂直载荷对于汽车 侧偏特性的影响。 正 常 状态下，车身两边的的竖直载荷大约应该差不多的。但曲线行驶 时 的 垂直反力是汽车非运 动情况下的垂直反力由和侧倾引起的垂直 河南科技大学毕业设计说明书 11 反 力 变动量之和。 这就会使车 轮垂直载荷两个车轮上呈现分布的不均 匀 ， 这样汽车就 导致了侧偏特性的变化，从汽车 稳态也会出现改变。 更 有 甚者，有的汽车 甚至 会发生不足转向向 过多转向 的变化。 垂直载荷的变化对轮胎侧偏特性有显著影响。如下图所示 图 3- 7 垂 直 载 荷 对 轮 胎 侧 偏 特 性 的 影 响 有图我们容易看出，随着垂直载荷的逐渐增 大，悬架的 垂直载荷 的 增 加而不 断加大，但是当载荷超过一定值时，轮胎与地面相接触的 地 方 受力并不是 均匀 分布的，反过来倒使轮胎的侧偏刚度减 小。 图 3- 8 侧 偏 刚 度 与 垂 直 载 荷 的 关 系 由上面的图我们 能够分析出，平 均侧偏刚度 k0就是梯形 abcd 中 线 ef 的高 度。 因此， 当 有侧向力作 用时，汽车会 通过增加不足转 河南科技大学毕业设计说明书 12 向 量，来克服由 车轮垂直载荷变动量大所引起的侧偏刚度过大，所以 汽 车 一般应当有正确的不 足转向的性。 河南科技大学毕业设计说明书 13 第第 4 章章 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定 4.1 悬架静挠度 悬 架 静 挠 度 就 是 说 汽 车 装 满 载 且 不 动 时 汽 车 的 装 载 质 量 与 悬 架 自 身 刚度的比值，即 fc=fw/c 由前文我们 已经 知道，汽车前后悬架与其 簧上质量组成的振动 系统的 固有频率，是 影响 汽车的 一个重 要参数。而随着汽车科技的 进 步 现 代汽车的 前后轴的承载分配已经近似为 1，这样看来，汽车前、 后 轴 上方车身各自的振动已经互相没有关联。鉴于此，汽车 前后两个 部 分 的自身固有的 频率 ， 即偏频，我们一般用下面的公式来计算： 其中 c1，c2 分别代表前后悬架的 刚度，m1，m2 为簧上质量。前 后 悬 架的静挠 度可 用下面的式子表示： fc1=m1g/c1 ；fc2=m2g/c2 （4- 2） 由 上面两个式 子得到 ： n1=5/fc1 n2=5/fc2 分析这个式 子知道，悬 架的静挠度影响着 车身的偏频，所以想要 汽 车 行驶平稳，一定要保证汽车有 正确的静挠度。与此同时 考虑到坐 在 轿 车后排的人员的舒适 感，在汽车设计时，我们通常将后悬架偏频 设 计 的要比前悬架的 低一些。 一个不理自白 的道理，对于用 途不同的汽车，对平顺性要求也是 不 一 样的。承载人的车要 比承载货物的车 队平顺性的要求高，而 小轿 车 对 平顺性的要求 又高于 客车。通常情况下，对于一般的家用轿车来 说 ， 在满载的 情况下，对前悬架偏频设计通常取值在 1.001.5hz 范 围 之 间，对 后悬架 偏频设 计通常取之 1.171.57h 范围间。同样，不 同 的 轿车级别对于悬架 频率的取值范围的要求也是不 一样的 河南科技大学毕业设计说明书 14 况 下 ，对前悬架偏频要求甚至达到 0.801.14hz 之间，后悬架则要求 在 0.981.31hz 之间。这也就不 免看出高级轿车的舒适性 所在了，相 比 之 下，货车 满载时，对于 前后悬架的要求 则低了很多，一般情况下 ， 前 悬 架偏频要求 在 1.52.12hz 之间,后悬架则要求在 1.712.18hz 之 间 。选定偏频以后 我们 再 利用公式 n=5/f1/2可以计算出悬架的 静挠度 f。 147.93mm 4.2 悬架的动挠度 fd 悬架的 动挠 度定义： 从汽车装满东西且从静止不动开始悬架一直 弯 曲 变形直到 设计时 所允 许的最大弯曲程度， 一般都用缓冲块压缩变 形 致 使其长度变为原来的一半或者三分之二的时候， 车轮的几何中心 点 相 对于车架 或着 车身的 竖直位移。 在汽车设计时为 防止在不平路面 上 运 动时车 身不至于与碰撞快发生冲撞， 应保证悬架有 足够大的动挠 度 。对于轿车，通畅动挠 度取 7090mm,对大客车而 言动挠度应设计 在 50- 80mm 范围 内,对货车 则取在 60- - 90mm 范围内。 又因为悬架的动挠度fd=0.50.7fc，我们取 fd=0.5fc=0.5x147.93=73.97mm 有 经 验知 道，对 于 一般轿车 静动两 者 加一块应 该 大于160mm。这样 子 fc+fd=147.93+73.97=221.9mm 大于 160，满足设计条件。 4.3 悬架刚度计算 已知整车装备质量 m=800kg,总质量 ma=1100kg。 满载状态下，后轴荷 mcr=45%*1100=495kg 空载状态下，后轴荷 mr=45%*800=360kg 减震器与竖直方向 夹角取十五度 所以 ，后悬架 满载刚 度 c=mcr*g*cos15/104=46.48n/mm 空载刚度 cs=mr*g*cos15/104=33.8n/mm 河南科技大学毕业设计说明书 15 第第 5 章章 悬架主要零件设计悬架主要零件设计 5.1 螺旋弹簧的设计 5.1.1 螺旋弹簧刚度 因为悬架 导向刚度 的原因，悬架 刚度与弹簧刚度 两者并不相同， 而 两 者的不 簧 自己 在单 位挠度时所需要的力。 5.1.2 弹簧钢丝直径 d 的 计算 根 据下面的公式 cs=gd4/(8dm3i) 该 公 式中 i 表示 弹簧 工作圈数；g 表示弹簧的弹性模量；dm 表示弹 簧 的 中径，我们 暂取 130mm。 把 各 个参数代入进 去求得 d=16.18mm，圆整的 d=17mm，倒推求得外 径 d=146mm，i=9。 5.1.3 弹簧的校核 1，弹簧刚度 校核 计算 弹簧刚度可以用下面的算式计算：cs=gd4/(8dm3i) 代上 面算出的数据可 得弹簧钢度为 41.18n/mm 综上所 述：我们 所选 择的弹簧是符合设计刚度要求的。 2，弹簧 表面剪切应力的校核 弹簧在受力 时，弹簧 的剪切面会受到剪切压缩，而抵抗这种剪切 压 缩 的应力称作弹簧 钢丝 表面的剪应力，经过推导，我们可以用下面 的 公 式来表示 弹簧 剪切应 力： 23 88 d pck d pdmk =. 公式中 c 代表旋绕比，c=dm/d k= cc c615 . 0 44 14 + 河南科技大学毕业设计说明书 16 计 算 得 c=dm/d=130/17=7.65 k=(4*7.65- 1)/(4*7.65- 4)+0.615/7.65=1.19 p=360*9.8*cos15=3515.75n 弹簧 剪切力 =8*3515.75*7.65*1.19/(3.14*17*17)=282.16mpa 查表可知=635mpa，故，弹簧满足要求。 综上，最终： 弹簧 钢丝直径 d=17mm，弹簧外 径 d=146m。弹簧 有 效 工作圈数 n=9。 5.2 减振器的设计 5.2.1 减振器的结构 下 图所示为双向作 用筒式液压减振器基本结构示意图: 图 7- 3 1.活 塞 杆 2.缸 筒 3.活 塞 4.复 位 阀 5.贮 油 缸 筒 6.压 缩 阀 7.补 偿 阀 5.2.2 减振器的工作原理 减振器 活塞 振动往复运 动，减振器壳内 油液重复不间断地从一个 内 摩擦 便形 成对 振动的阻尼力， 转化为 热能， 而被减振， 然后散到 大气 中 。 直白的讲，减振 器将 ek 转化为 热能。 河南科技大学毕业设计说明书 17 5.2.3 相对阻尼系数 的 确定 相对阻尼 系数 是不 同于前文所述的阻尼系数的，我们知 道， 当 减 振器的 阻尼相 同的。 越大，那么振动就会以越快的速度衰弱 ， 与 之 相对应的同时车 身所承受 的路面反馈的作用力也会相应的增大， 值小，则振动衰弱 速度变慢，而车 身所承受的路面反馈的作用力就 会 相 应的减小。一般情形下，对于 行程 y 会取的小以些，伸张时的 s 则取得 大一些。由以往的设计经验和统计数据可知，一般我们都 选 取 y=0.250.5s 较为 合适。设计时，我们需 要先选取两者的的平 均 值 ，而相对阻尼 系数的选取也有两种情况，第一种情况是相对弹 性 元 件的 悬架，这种我们 通常取 =0.250.35；第二种情况是有摩擦 弹 性 元件的悬架，由于元件自身的摩擦阻尼作用，对有 内摩擦的弹性 元 件 悬架 值设计时 应取 的小一些。为了 防止在剧烈振动时悬架与 车 架 相撞，根据经验通 常取 y=0.5s。 则 s=0.4，y=0.2 5.2.4 减振器阻尼系数 的确定 理论 上 =2ms 。而实际情况是，我们在计算阻尼 系数时应根 据 减 振器不同的 布置 方式 来相应的进行修正计算。如下图所示的 安装 形 式 ，则其阻尼 系数 为 2msb2/a2cos2 图 5- 2 减 震 器 的 安 装 =2n 代入数据得 =8.2hz 取 a/b = 0.8 =10 河南科技大学毕业设计说明书 18 由之前 数据知 簧上质量 ms=247kg 代入数据得减振 器的 阻尼系数为 =1895.9n s/m 5.2.5 减振器最大卸荷 力 f0 的确定 为减小传到 车身上的力，当减振 器振动 速度达到一 定值时，减振 器 打 开卸荷阀。此时的 速度称为 卸荷速度 vx=a*a/b *cos 卸荷速度的取值范围 通常是 0.150.3m/s 上式中 a 代表车身振幅，根据经验取40 mm 代入数据计算可以 算的 vx=0.262m/s 符合 vx 取值范围要求。 根据伸张最大力公式 f0=cvx 计算最 大卸荷力 。c ：冲击载荷系数，取 1.5 可得最大卸荷力 f0=1.5*1895.9*0.262=745n 5.2.6 减振器工作 缸直径 d 的确定 根据伸张行程 的最大 卸荷力 f0 计算工作缸直径 d 为 )1( 4 2 0 = p f d p表示 工作缸许用压力，在 3 4mpa 安全起 见，取p=3mpa 连杆直径与 工作 缸直径比值=0.40.5，取 0.4。 代 入计算得工 作缸直径 d=21.4mm 减 震 器直径有好 几种。选取时按照标准选用 按表 5- 1 选择。 表 5- 1 减 震 器 类 型 综 上 所 述 ， 选 择 的 减 震 器d=30mm， s=240mm， l=110mm。 所 河南科技大学毕业设计说明书 19 以 ， 压到底长度是 lmin=350mm，最大长度 lmax=590mm。 根据上面表格，最终选取缸径 44mm，缸壁 2mm 河南科技大学毕业设计说明书 20 第第 6 章章 悬架主要参数设计悬架主要参数设计 6.1 前束角 对于 后轮来说 ，为了 保证不 足转 向 ，多设计成弱正 前 束变化。 但 是 为 了 防 止 上 调 幅 度 大 时 过 量 的 正 前 束 导 致 引 起 车 辆 偏 摆 所 以 对 于 前 束角应加以控制。 结合汽车设计 经验和理论推导较为理想的前束 角 设 计应该 是时为 0 至-0.50/50 mm 即变化，上跳时，0.30/50mm 即 弱 正 前束变化。而 随着 汽车科技的发展，现在好多汽车已经出现后轮 前 束 角取为零。如 果左右 轮胎在平衡 位置的前束角都设 计为-0.10， 那 么 当车轮从初始位置开 始上跳时，两者变 化基本上 没有区别，都是 呈 较 弱的负前束变化， 基本上 都能使汽车具有较好的直行稳定 性和转 向 时 的不足转向 特性。 可是 随着车轮继续上跳二者则呈现了一定的正 前 束 变，由于较大的 正前 束容易易引 起车辆偏摆，这对汽车的 直线行 驶 稳 定性和 转向 时的 操纵性能都是有不利 影响的， 但是这造成的负面 作 用 并不大， 一般 不考虑 改变。在车 轮下落的过程中,又呈现出了弱 负 前 束 变 化 ,者 是 一 个 比 较 好 的 变 化 趋 势 ,而 且 对 于 减 小 轮 胎 磨 损 是 非 常 有利的。 6.2 主销偏移距 主销轴线上部分 向里面斜时为正，相应向外面斜为负 主销轴线的 延 长 线与地的接触处 到车轮中心平面的距离。 由于主销从而产生了主 销 偏 移距，这使得直线行 驶的稳定性得到了大大的 改善，这也是在悬 架 设 计时要求有 一定的主销内倾角的一个非常重要的原因。 主销偏移 距 的 大小是跟其内倾角 的大小变化相反的， 这样就导致了汽车 在转弯 的 时 候，驾驶员转动转向 器时会 变得非常轻松，从而 提高了驾驶员操 纵 转 向器的 轻便性， 与此 同时也可使得从传到上的冲击力变得非常 小 ，驾驶员不会感觉 到冲击感，操作 舒适性也就 得到了大大 提高。通 常 比 较好的 轮毂回正 性和 操作驾驶稳定性能， 主销内倾角通 常都尽量 取 大 一点，这主要是 考虑到两个方面的原因，一是良好的 回正性能 ， 另 一 个则是良好的 稳定 性 能设计时范围一般在 70130 ， 在 58 之间居 多 ，如 果主销内 倾角 度太大，会 出现增大轮胎磨损、操 纵转向器转向 时 费 力的结果。 河南科技大学毕业设计说明书 21 6.3 车轮外倾角 车 轮 所 在 的 平 面 与 车 辆 纵 向 所 在 的 垂 直 面 的 夹 角 被 称 之 位 车 轮 外 倾 角，外倾角 有正有负，我们一般定义为当车轮的上部向外倾斜时 车 轮 外倾角 为正。 图 6- 1 车 轮 外 倾 角 随 车 轮 运 动 的 变 化 由于 轮胎与路面之 间有它的存在，所以必然路面会产生力，而在 行 驶 过程中路面对车 作用有外倾推力， 侧向力与外倾推力合成形成车 辆 转 向所必需的力。为了 提高汽车 专项性能，车轮对地面的倾角在车 辆 发 生侧倾时最好不 变。但是车辆在路面上行驶时，一定会由于路面 颠 簸 从而引起车 轮跳动导 致外倾发生变化，这时就会会 引发横向力， 从 而 导致直行稳定 性不好，这在汽车高 速行驶时是非常有 害的。 综合以上 两点 ，车 轮 的外倾变化 应在一个 适当的范 围 内变化。 一 般 情况下，我们 要求车 轮在上跳时向的方向变化（- 2050/50mm 较 合 适 ） ，下落时会 向相反的 方向变化。 河南科技大学毕业设计说明书 22 第第 7 章章 车架的设计计算车架的设计计算 7.1 总体结构 7.1.1 方案选择 车架 承受着 整个车身的重量以及 载荷， 因此对于车架的设计 影响 着 整 辆车的 承载能 力。另外车架的 尺寸也影响着 汽车的 转向能力，车 架 就 像人体 的骨骼 ，是汽车存在的不可或缺 的一部分，当然，随着汽 车 技 术的发展 ， 如 今的承载式车身在功 能上已经部分替代了传统的车 架 ，但是，传统 车架 基于其具有 足够的强度和刚度，同 时有很好的使 用 寿 命，依旧被 大量使用。 现代轿车多说采用边梁式车架， 而边 梁式车架根据其纵梁形式的 不 同 包含了周边 式车架，x 形车架，梯形车架等几种。在本次 设计要 求 中 ，选用周边 式车架。 7.1.2 设计要求 由于考虑到轿车的设计 过程中对乘车舒适性，行驶平稳性，和操 纵 稳 定性的要求，车架设 计一定哟满足以下几点要求： 1，要保证汽车 转向 轮有足够的转向能力。 2, 应 是 车 架 在 设 计 时 能 够 尽 量 的 离 地 面 近 ， 这 样 子 能 够 使 汽 车 整 车 重心降 低，以确保高 速行驶时汽车不会有漂浮感，使汽车性能 得 到 大 大提高。 3，保证 足够 的强度 和良好的刚度以及 使用寿命。 4，尽可能的 简化 工艺 ，以降低制造成 本。 5，能起 到缓冲冲 击的作用。 7.2 纵梁的确定 纵 梁在 行驶中主要用来 承受力 ，纵梁是整个车架结构中的部件。 目 前 汽车制造 过程中根据 截面形式常采用用两种形式的纵梁， 即工字 河南科技大学毕业设计说明书 23 梁 和 槽形梁。由于 具有很 多优点，本 次 汽车设计 中选用结构，主要 考 虑 到 以下几个方 面的原因：一是槽形梁的强度高，二是其工艺较工字 梁 更 加简单 。另外 为了 满足微型车的设计要求，的高 度，自身重量， 成 本 ，槽形梁应采用直线 型结构，这样做的同时也 可保证纵梁强度 。 由 于16mn低合金钢有很好的强度，另外出于焊接的需要，16mn具有 很 好 的焊接 性能，同时 它的可塑性及延展性都不错，是应用最广泛的 低 合 金钢，所以本次 槽型梁的设计 选用16mn。 7.3 横梁的确定 横梁是用来 连接 左右 纵梁的，横梁应该具有足够的抗扭特性，同 时 横 梁要承担着一 些汽车零部件的安 装固定。因此，合理布置设计横 梁 ， 对于车架 及整车的性能有 着至关重要的作用。 从 曾 经 相 关 的 研 究 我 们 可 以 知 道 ， 为 了 增 强 车 架 的 可 靠 工 作 强 度 ，可以采 取增大横梁耐力的方式。可是会产生一个问题，就是 纵横 链 接 处的应力将变大。那么 我们可以采 取添加横梁数量的办法，这样 一 来 ，所有梁受力 都减小了，况且连接处也没有那么大的应力了。 车架 梁的结构 或者说是形状也影响着 整个车架的 质量，另外他 们 连 接的方式 也是要 考虑 的。经过查看资料最终确定选用槽型纵横 梁 ， 采用焊接 的方式 7.4 纵梁与横梁的连接 由于铆接多 用于载货汽车，轿车 均采用焊接，我们采用焊接。 焊接设计注意事项： a.焊点表面要光滑 ，不能有大 量毛刺； b.焊接厚度不能 过大； c.焊点大小要适 中，不能过大或过小； d.焊接点间隔要均匀 ； 河南科技大学毕业设计说明书 24 第第8章章 车架的设计计算车架的设计计算 81 车架弯曲强度计算 8.1.1 受力分析 虽然汽车 并非绝对的对 称结构，但是，为了方便运算，对弯曲强 度 进 行分析时可以 做下面几种假设： a纵梁看作仅受前后轮轴的支撑力。 b车辆空载时，汽车 所有簧上质量均匀分布在两根纵梁上。 c作用在纵横 梁上的各种力和力矩都通过各受力截面的弯心。 其中 1 l =240mm, 2 l =725mm, 3 l =891mm, 4 l =930mm, 5 l =605mm 所以 mmllllll3391 54321 =+= 8.1.2 弯矩 的计算 总体设计 中又知 ：车载质量为 g m =800kg ，簧上整备质量 = 0 m 1100kg。 a所以 均布载荷集度q为： () () 6543210 /llllllmmq g += () ()605930891725240/1100800+= mmnmmkg/49 . 5 /56 . 0 3391/1900= 图8- 2 车架载 荷示图 b求支反力 由平衡方程0 2 = f m得： () ()49 . 5 2/688250068825002/39049 . 5 3902500 2 +=+f 得：nf 6 . 9629 2 = ()()nfgmmf g 4 . 9009 6 . 962981 . 9 1100800 201 =+=+= 河南科技大学毕业设计说明书 25 把车架 纵梁分为 六段 。如图8- 3所示： 图8- 3 纵梁分段受力示图 当 1 0lx 时： 剪力xqxq49 . 5 1 = 弯矩 2 2 1 07 . 4 2 x x qm= 当 43211 llllxl+时： 剪力xfqxq49 . 5 4 . 9009 11 =+= 弯矩()() 22 111 07 . 4 240 4 . 90092/xxqxlxfm= 当 654321 llxllll+时： 剪力xffqxq49 . 5 34335 211 =+= 弯矩()()2 2 6543211 422549 . 5 2/xxllllllqm=+= a. 变载面处的剪力和弯矩： 当mmlx413 1 =时： nnxq 3 103 . 1 6 . 131724049 . 5 49 . 5 = mmnmmnxm= 522 103 . 223443224007 . 4 当mmllx965725240 21 =+=+=时： nnxq 3 1095 . 4 4 . 494996549 . 5 4 . 1570549 . 5 4 . 15705= ()() 22 132307 . 4 4131323 4 . 1570507 . 4 413 4 . 15705=xxm mmnmmn=