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车辆工程毕业设计说明书图纸论文 凯美瑞汽车后悬架设计【车辆工程毕业设计说明书图纸论文】.zip

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毕业设计说明书凯美瑞后悬架设计摘 要悬架是汽车重要的组成部分，是传递车轮与车身之间的各种力和力矩的连接装置。一般情况下轿车的前悬架采用的麦弗逊独立悬架，后悬采用的是多连杆式独立悬架。多连杆式独立悬架能实现主销后倾角的最佳位置，大幅度减少来自路面的前后方向力，从而改善加速和制动时的平顺性和舒适性，同时也保证了直线行驶的稳定性。本设计说明书根据给定的车型来进行悬架的固有频率、悬架的刚度、静挠度和动挠度等悬架参数的确定。并以此计算所选弹性元件的尺寸并且进行应力校核。通过阻尼系数和最大卸荷力确定了减振器的主要尺寸。最后进行了导向机构和横向稳定杆的设计，建模画图。关键词：独立悬架；多连杆；稳定杆；画图。 AbstractThe suspension is an important part of the car, and is the connecting device to transfer the various forces and moments between the wheel and the body. Mcpherson independent suspension front suspension generally used car, rear suspension is used in multi link independent suspension. The multi link independent suspension can achieve the best location of the kingpin caster angle, greatly reduce the front and rear direction force from the road surface, thereby improving the smoothness and comfort of acceleration and braking, and ensuring the stability of straight driving. The design specifications are used to determine the suspension parameters, such as the inherent frequency of the suspension, the stiffness of suspension, the static deflection, and the dynamic deflection of the suspension. In addition, the size of the selected elastic element is calculated and the stress is checked. Through the damping coefficient and maximum load to determine the main dimensions of the shock absorber. Finally, the design of the guiding mechanism and the horizontal stabilizer bar is carried out, and the drawing is modeled.Key words: independent suspension; multi link; stable rod; drawing.目 录第1章 绪论11.1 研究背景及意义11.1.1 研究背景11.1.2 研究意义11.2 国内外研究现状51.2.1 国外研究现状51.2.2 国内研究现状61.3 设计方法及思路7第2章 悬架总体方案确定92.1 悬架的设计要求92.2 悬架对汽车平顺性的影响102.3 悬架的功用和组成102.4 悬架系统的自然振动频率122.5 汽车悬架的类型13第3章 悬架主要参数的确定143.1 悬架静挠度的计算143.2 悬架动挠度的计算153.3 悬架刚度计算153.4 立悬架导向机构的设计153.4.1 导向机构设计要求153.4.2 横臂的布置方案163.4.3 上、下横臂长度的确定163.4.4 弹性元件的计算173.4.5 减振器的结构类型与主要参数的选择193.4.6 横向稳定杆设计计算24结 论27参考文献29致 谢32V- -第1章 绪论1.1 研究背景及意义1.1.1 研究背景 悬架是现代汽车上重要组成部分之一，它把车架与车轴，或者车身与车轮连接起来，是传递车身与轮胎之间力与力矩的连接装置，并且，悬架可以减缓冲击，衰减系统的振动，从而保证了良好的平顺性；在路面不平的时候拥有理想的运动特性，从而保证了汽车的操纵稳定性和较高的行驶能力。悬架包括弹性元件、导向装置、减振器和横向稳定器等，如图1-1所示。图1-1 中级轿车悬架系统结构图1.1.2 研究意义悬架的主要功能是传递作用在车轮和车身之间的所有力和力矩，并减小汽车驶过不平路面时所产生的冲击，衰减承载系统的振动，并且保证了汽车的行驶平顺性，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。平顺性是现代高速、高效率汽车的一个主要性能，汽车平顺性直接影响到人和车辆。汽车平顺性的好坏直接影响到乘员的舒适性、工作效能和身体健康。因此悬架设计关系到汽车使用性能的好坏，具有重要的理论和实际应用意义。本论文基于凯美瑞轿车，并且结合实际生产，通过对悬架中重要的零部件进行计算校核，设计整个悬架系统，对整车运动学性能的影响进行分析，对实际生产有着重要的意义。一百多年来汽车悬架从结构型式到作用原理一直在不断地演进，但从结构功能而言，它都是由弹性元件、减振装置和导向机构三部分组成。在有些情况下，某一零部件兼起两种或三种作用，比如钢板弹簧兼起弹性元件及导向机构的作用，麦克弗逊悬架 (McPherson strut suspension，或称滑柱摆臂式独立悬架)中的减振器柱兼起减振器及部分导向机构的作用，有些主动悬架中的作动器则具有弹性元件、减振器和部分导向机构的功能。根据导向机构的结构特点，汽车悬架可分为非独立悬架和独立悬架两大类。非独立悬架的鲜明特色是左、右车轮之间由一刚性梁或非断开式车桥联接，当单边车轮驶过凸起时，会直接影响另一侧车轮。独立悬架中没有这样的刚性梁，左右车轮各自“独立”地与车架或车身相连或构成断开式车桥，按结构特点又可细分为横臂式、纵臂式、斜臂式等等，各种悬架的结构特点将在以下章节中进一步讨论。除上述非独立悬架和独立悬架外，还有一种近似半独立悬架，它与近似半刚性的非断开式后支持桥相匹配。当左右车轮跳动幅度不一致时，后支持桥中呈V形断面并与左右纵臂固结在一起的横梁受扭，由于其具有一定的扭转弹性，故此种悬架既不同于非独立悬架，也与独立悬架有别。该弹性横梁还兼起横向稳定杆的作用。按照弹性元件的种类，汽车悬架又可以分为钢板弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹簧悬架、空气悬架以及油气悬架等。按照作用原理，可以分为被动悬架、主动悬架和介于二者之间的半主动悬架。本课题来源于凯美瑞轿车的后悬架，按其上下横臂的长短可分为等长双横臂和不等长双横臂两种。等长双横臂悬架在其车轮做上下跳动时，可保持主销倾角不变，但轮距却有较大的变化，会使轮胎磨损严重，多为不等长双摆臂悬架代替，后一种悬架在其车轮上下跳动时候只需要适当的选择上下横臂的长度并合理布置，即可使轮距及车轮定位参数的变化限定在一定的范围之内，这种不大的轮距的改变，不应引起车轮沿路面的滑移，而为轮胎的弹性变形所补偿，因此其保持了汽车良好的行使平顺性，双横臂悬架的突出优点在于其设计的灵活性，可以通过合理选择空间杆系的铰接点的位置及导向臂的长度，使得悬架具有合适的运动特性，并且形成恰当的侧倾中心和纵倾中心。如前所述，汽车悬架和悬挂质量、非悬挂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：A、通过合理设计悬架的弹性特性及阻尼特性确保汽车具有良好的行驶平顺性，具有较低的振动频率、较小的振动加速度值和合适的减振性能，并能避免在悬架的压缩伸张行程极限点发生硬冲击，同时还要保证轮胎具有足够的接地能力；B、合理设计导向机构，以确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩的可靠传递，保证车轮跳动时车轮定位参数的变化不会过大，并且能满足汽车具有良好的操纵稳定性要求；C、导向机构的运动应与转向杆系的运动相协调，避免发生运动干涉，否则可能引起转向轮摆振；D、侧倾中心及纵倾中心位置恰当，汽车转向时具有抗侧倾能力，汽车制动和加速时能保持车身的稳定，避免发生汽车在制动和加速时的车身纵倾(即所谓“点头”和“后仰”)；E、悬架构件的质量要小尤其是其非悬挂部分的质量要尽量小；F、便于布置，在轿车设计中特别要考虑给发动机及行李箱留出足够的空间；G、所有零部件应具有足够的强度和使用寿命；H、制造成本低；I、便于维修、保养。悬架设计可以大致分为结构型式及主要参数选择和详细设计两个阶段，有时还要反复交叉进行。由于悬架的参数影响到许多整车特性，并且涉及其他总成的布置，因而一般要与总布置共同协商确定。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状国外汽车悬架运动学的研究起步较早，几乎是随着独立悬架的诞生就开始了。汽车悬架弹性运动学的研究，在上世纪80年代兴起。Duym用一种代数形式的经验公式来描述双横臂式独立悬架系统的非线性特性，仿真结果与实验结果基本吻合3。Kuti以有限元为工具，建立了一种客车悬架系统的非线性数学模型4。这些研究表明，建立双横臂式独立悬架系统的简单而又比较准确的非线性数学模型，并将其用于乘坐动力学的非线性研究具有重要意义。特别是近几年来，摒弃了传统设计方法，比较流行的优化设计方法多是基于空间机构运动学原理及多刚体动力学理论，采用计算机辅助设计，获得了理想的设计结果，并有效地提高了工作效率5。双横臂式独立悬架的设计、制造已比较成熟，而且成本低，工作可靠，是当今世界汽车工业中悬架的主导产品。近年来，研究多连杆悬架运动特性的方法不断涌现，D.M.A. Lee等人推导出转向节的速度方程，并应用逐步线性化方法来求解位置问题，Mohamed和Attia应用刚性连杆和转向节之间的约束方程获得悬架的运动特性，Knapzyk和Dzierzec提出的拆杆法以及Lee Unkoo等人的位移矩阵法等6。德国Prof.J.Reimell(耶尔森赖姆帕尔)著的汽车底盘技术对各种悬架运动学及弹性运动学作了详细的分析，对车轮定位参数做了准确的定义，分析了他们的作用及其对操纵稳定性的影响。在悬架运动学分析中，描述了弹簧变形过程中车轮定位值的变化过程；在弹性运动学分析中，描述了弹簧各部件及交接处具有弹性，由轮胎和路面之间的力和力矩引起的车轮定位值的变化，并且给出了一些典型车型的车轮定位参数的变化曲线，这些变化曲线都是实测得到的，可以用来进行操纵稳定性的评价7。德国人阿达姆措莫托所著的汽车行驶性能、德国学者Wolfgang Matschinsky 编写的车辆悬架以及日本学者安部正人所著的汽车的运动与操纵等著作中都对汽车悬架运动学特性做了深入的讨论分析8。1.2.2 国内研究现状独立悬架系统的研究在国内也有较长的历史。近几年来，北京理工大学，浙江大学等高校正在开展此方面的研究，并发表了一些论文。对于独立悬架系统的研究，主要是应用线性理论研究汽车乘坐动力学9。目前，独立悬架产品已经实现国产化。但从总体上来看，国内对于独立悬架系统的研究相对较少，产品主要是仿造国外，自主开发能力差，并且缺少具有自主版权的专用软件。在独立悬架系统的研究中，国内基于线性理论的建模与仿真仍处于主导地位，而基于非线性理论的非数学建模与分析也已经引起重视，并有了一定的研究成果10。随着汽车工业的迅猛发展，悬架研究方法不断涌现，对于双横臂式悬架、麦弗逊式悬架等的运动学分析做过大量工作，而对于多连杆悬架系统，清华大学吕振华等利用机械原理中的拆杆法，对五连杆悬架进行了运动分析和受力分析，并应用一种迭代算法分析了考虑橡胶衬套弹性的悬架运动特性，讨论了衬套弹性对车辆性能的影响，清华大学宋健等和同济大学祁宏钟等分别采用瞬时轴线法和近似数值方法确定多连杆悬架的主销轴线，该方法简单可靠，对多连杆运动学理论分析打下基础11。上世纪80 年代起，多刚体系统动力学理论和方法已经较广泛应用于汽车技术领域，一些优秀的多体动力学分析的商业化软件(如MSC.ADAMS 等)使得汽车悬架系统运动学分析技术日臻成熟和完善。吉林大学杨树凯在其发表的多连杆悬架与双横臂悬架运动学和弹性运动学特性分析中，利用ADAMS/CAR 软件对两种悬架系统进行了运动学特性仿真对比分析12。1.2.3 设计水平汽车悬架系统的研究与设计主要是为了提高汽车整车的操纵稳定性和行驶平顺性。汽车悬架系统的研究与设计的领域也相应地分为两大部分：一是对汽车平顺性产生主要影响的悬架特性；另一是对汽车操纵稳定性产生主要影响的悬架特性。长期以来，国内汽车行业，特别是轿车、微型车行业基本上依靠国外技术生存。虽有众多专家、学者、业内人士不断强调培育本土设计开发能力的重要性，但在缺乏竞争力的环境下，相关企业往往出于短期利益考虑，不愿在此方面进行大规模投入，致使这项工作难以真正落实到位。因此，迄今为出，国内汽车行业对包括悬架系统在内的汽车底盘系统关键产品的设计机理，仍然知之甚少，重复引进到处可见与浪费惊人，而且也往往受制于人。1.3 设计方法及思路结合凯美瑞轿车独立悬架总体设计参数，通过查阅资料等计算悬架的基本参数，初步设计悬架的形式，根据基本参数对悬架各零部件进行参数计算，完成图纸资料绘制与编写。 主要设计路线如下：设计说明书编制研究背景意义国内外相关研究研究国外研究水平国内研究水平悬架参数的计算CAD画图 答辩技术水平图1-2 研究路线第2章 悬架总体方案确定2.1 悬架的设计要求汽车悬架和簧载质量、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。悬架设计可以大致分为结构型式及主要参数选择和详细设计两个阶段，有时还要反复交叉进行。由于悬架的参数影响到许多整车特性，并且涉及其他总成的布置，因而一般要与总布置共同协调确定。悬架的合理设计直接关系到汽车的性能,应该保证如下几点：(1)合理设计弹簧的阻尼特性以及弹性特性能够有效地保证汽车行驶的平顺性和汽车轮胎的接地能力。(2)合理设计悬架能够具有有效地衰减振动的能力。(3)合理设计导向机构，合理设计跳动时车轮的定位参数，以确保良好的操纵稳定性。(4)应该使结构紧凑，占用空间小。(5)在满足零件质量小的同时保证使用寿命和足够的强度。(6)制造成本低(7)便于保养。2.2 悬架对汽车平顺性的影响良好的汽车行驶平顺性不仅能保证乘员的舒适与所运货物的完整无损，而且还可以提高汽车的运输生产率、降低燃油消耗、延长零件的使用寿命及提高零件的工作可靠性等。目前主要参照国际标准ISO2631来评价汽车平顺性，它把乘员承受的疲劳-降低工效界限表示为振动加速度均方根值随频率变化的函数。对垂直振动而言，人体对48Hz的振动最敏感，所以这一频带的界限值最低。为使人体承受的振动不超过规定的界限值，主要靠悬架来降低车身振动加速度均方根值。在一定随机路面不平度的输入下，车身加速度的均方根值的大小，取决于车身加速度 对路面不平度g的幅频特性，与车身在悬架上振动的固有频率n、非周期性系数 及非簧载质量m的大小有关17。当车身固有频率越低曲线越低，车身加速度均方根值越小。2.3 悬架的功用和组成悬架是车架(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。它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力(支承力)、纵向反力(牵引力和制动力)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。现代汽车的悬架尽管有各种不同的结构形式，但是一般都由弹性元件、减振器和导向机构三部分组成。由于汽车行驶的路面不可能绝对平坦，因此，路面作用于车轮上的垂直反力往往是冲击性的，尤其在坏路面上高速行驶时，这种冲击力将很大，不仅能引起汽车机件的早期损坏，还将使驾驶员感到极不舒适，或使货物受到损伤。为了缓和冲击，在汽车行驶系中，除了采用弹性的元气轮胎之外，在悬架中还必须装有弹性元件，使车架(或车身)与车桥(或车轮)之间作弹性联接。但弹性系统在受到冲击后，将产生振动，持续的振动易使乘员感到不舒适或疲劳，故悬架还具有减振作用,使振动迅速衰减(振幅迅速减小)。为此,在许多结构形式的汽车悬架中都设有专门的减振器。车轮相对于车架和车身跳动时，车轮(特别是转向轮)的运动轨迹应符合一定的要求,否则对汽车的某些行驶性能(特别是操纵稳定性)有不利的影响。因此，悬架中某些传力构件同时还承担着使车轮按一定轨迹相对于车架和车身跳动的任务，因而这些传力构件还起导向作用，故称导向机构。由此可见，汽车悬架的功能是缓冲、导向和减振，然而三者共同的任务则是传力。在多数轿车和客车上，为了防止车身在转向行驶等情况下发生过大的倾斜，在悬梁中还设有辅助弹性元件横向稳定器。为限制弹簧的最大变形并防止弹簧直接撞击车架，在货车上辅助设有缓冲块 。在一些轿车上也设有缓冲块，以限制悬架的最大变形。应当指出，悬架只有具备上述功能，在结构上并非一定要设置满足上述各功能的单独的装置不可。例如常见的钢板弹簧，除了作为弹性元件起缓冲作用外，当它在汽车上纵向安置并且一端与车架作固定铰链连接时，它本身还能起到传递各向力和力矩以及决定车轮运动轨迹的作用，因而没有必要再另设置导向机构。此外， 般钢板弹簧是多片叠成的，其本身具有一定的减振能力，因而在对减振要求不高的车辆上，也可以不装减振器。2.4 悬架系统的自然振动频率由悬架刚度和悬架弹簧支承的质量(簧载质量)所决定的车身固有频率(亦称振动系统的自由振动频率)，是影响汽车行驶平顺性的悬架重要性能指标之一。人体所习惯的垂直振动频率是步行时身体上下运动的频率，约为1-1.6Hz。车身固有频率应当尽可能地处于或接近这频率范围。根据力学分析，如果将汽车看成个在弹性悬架上作单自由度振动的质量，则悬架系统的固有频率2为n= (2-1)式中，g为重力加速度；f为悬架垂直变形(挠度)；M为悬架簧裁质量；K (KMg/f)为悬架刚度(不定等于弹性元件的刚度)，是指车轮中心相对于车架和车身向上移动的单位距离(即使悬架产生单位垂直压缩变形)所需要加于悬架上的垂直载荷。由上式可见：A、在悬架所受垂直载荷一定时，悬架刚度越小，则汽车固有频率越低。但悬架刚度越小，在定载荷下悬架垂直变形就越大，即车轮上下跳动所需要的空间越大。这对于簧载质量大的货车，在结构上是难以保证的，故实际上货车的车身固有频率往往偏高，而大大超过了上述理想的频率范围。B、当悬架刚度定时，簧载质量越大，则悬架垂直变形越大，而固有频率越低，故空车行驶时的车身固有频率要比满载行驶时的高。簧载质量变化范围越大，则频率变化范围也越大。为了使簧载质量从相当于汽车空载到满载的范围内变化时，车身固有频率保持不变成变化很小，就需要将悬架刚度做成可变的，即空车时悬架刚度小。而载荷增加时，悬架刚度随之增加。有些弹性元件本身的刚度就是可变的，如气体弹簧；有些悬架所用的弹性元件的刚度虽然是不变的，但是安装在悬架中之后，可使整个悬架具有可变的刚度，例如扭杆弹簧悬架。2.5 汽车悬架的类型汽车悬架可分为两大类：非独立悬架和独立悬架。非独立悬架如图21a：其结构特点是两侧的车轮由一根整体式车桥相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬架与车架(或车身)连接。当一侧车轮因道路不平而发生跳动时，必然引起另一侧车轮在汽车横向平面内发生摆动故称为非独立悬架。图2-1 独立悬架与非独立悬架示意图独立悬架如图21b：其结构特点是车桥做成断开的，每一侧的车轮可以单独地通过弹性悬架与车架(或车身)连接，两侧车轮可以单独跳动，互不影响故称为独立悬架。第3章 悬架主要参数的确定3.1 悬架静挠度的计算对于大多数汽车而言，其悬挂质量分配系数，因而可以近似地认为=1，即前后桥上方车身部分的集中质量的垂直振动是相互独立的，并用偏频，表示各自的自由振动频率，偏频越小，则汽车的平顺性越好。用途不同的汽车，对平顺性的要求是不一样的。轿车对平顺性的要求最高，客车次之，载货车更次之。由前面得各种车型车身固有频率的实用范围为：货车1.52.17Hz；旅行客车1.21.8Hz；高级轿车11.3Hz。取n=1.0Hz19。 悬架的工作行程由静挠度与动挠度之和组成。 由 (3-1)式中 悬架静挠度(cm)得悬架静挠度 (3-2) mm3.2 悬架动挠度的计算悬架的动挠度是指悬架从满载静平衡位置开始压缩到结构允许的最大变形，通常指缓冲块压缩到其自由高度的1/2或1/3 时，车轮中心相对车架的垂直位移20。要求悬架应有足够大的动挠度，以防止在坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块。一般：动挠度，轿车：79 cm；大客车：58cm；货 车：69cm 。故选择动挠度为8cm即：80mm。为了得到良好的平顺性，应当采用较软的悬架以降低偏频，但软的悬架在一定载荷下其变形量也大，对于一般轿车而言，悬架总工作行程应当不小于160mm。而=250+80=330mm160mm 符合要求。3.3 悬架刚度计算本次设计车型参考凯美瑞轿车基本参数，后悬采用双连杆式独立悬架。已知：已知整备质量： =1495kg, 满载后轴轴载质量为438.75kg.悬架刚度：=(438.759.8)/250=17.199N/mm (3-3)3.4 立悬架导向机构的设计3.4.1 导向机构设计要求 对汽车后轮独立悬架导向机构的要求：1) 悬架上载荷变化时，轮距无显著变化。2) 汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小，并使车轮与车身的倾斜反向，以减小过多转向效应。此外，导向机构还应有足够强度，并可靠地传递除垂直力以外的各种力和力矩22。3.4.2 横臂的布置方案从图3-3 a、b、c三图可以清楚地看到，上、下横臂布置不同，所得侧倾中心位置也不同，这样就可根据对侧倾中心位置的要求来设计上、下横臂在横向平面内的布置方案。本次按照图c进行设计。 a) b) c)图3-3上、下横臂在横向平面内的布置方案3.4.3 上、下横臂长度的确定设计汽车悬架时，希望轮距变化要小，以减少轮胎磨损，提高其使用寿命，因此应选择在0.6附近；为保证汽车具有良好的操纵稳定性，希望前轮定位角度的变化要小，这时应选择在1.0附近。综合以上分析，该悬架的 应在0.61.0范围内。美国克莱斯勒和通用汽车分司分别认为，上、下摆臂长度之比取0.7和0.66为最佳。根据我国轿车设计的经验，在初选尺寸时，取0.65为宜。本次设计选择=0.65进行设计。初选=326mm，=212mm。3.4.4 弹性元件的计算由于存在悬架导向机构的关系，悬架刚度与弹簧刚度是不相等的，其区别在于悬架刚度是指车轮处单位挠度所需的力；而弹簧刚度仅指弹簧本身单位挠度所需的力。在满载状态，根据前轴载荷以及确定的偏频值，获得悬架系统刚度，通过杠杆比推算螺簧刚度。悬架刚度和弹簧刚度关系： (3-4)式中 (杠杆比)得： (3-5) 取减震器筒的安装角为10，则=10。由导向机构及安装要求得：Lw=2499.678 mm; Lo，=2417.616 mm；L1=148.772 mm；L=208.772 mm。代入上式得： 37.33 (N/mm)弹簧中径：根据下面的公式可以计算： (3-6)式中 弹簧有效工作圈数，先取8； 弹簧材料的剪切弹性模量，取Mpa；弹簧钢丝直径，取12。 mm (3-7) 故确定直径d=12mm，弹簧中径Dm=90mm,弹簧外径D=102m，弹簧有效工作圈数i=8.弹簧支撑圈数由弹簧端部形状确定，取支撑圈数: 则总圈数： =8+2.0=10弹簧节距： 取 =0.390=27mm弹簧间距： (3-8)mm弹簧自由高度为： (3-9)=827+12=228mm 弹簧校核：弹簧刚度的计算公式为： (3-10)代入数据计算可得弹簧刚度为： N/mm弹簧选择符合刚度要求。扭转应力公式： (3-11)式中 曲度系数，为考虑簧圈曲率对强度影响的系数。 (3-12)已知=90 mm，d=12 mm，可以算出弹簧指数C和曲度系数： =90/12=7.5 (3-13)N满载时有：弹簧动挠度： (3-14) 带入数据得： 弹簧最大扭转应: N/mm2 (3-15) 带入数据得N/mm2 =8001000N/mm2 符合要求。弹簧选择符合刚度要求。3.4.5 减振器的结构类型与主要参数的选择减振器的功能是吸收悬架垂直振动的能量，并转化为热能耗散掉，使振动迅速衰减。汽车悬架系统中广泛采用液力式减震器。其作用原理是，当车架与车桥作往复相对运动时，减震器中的活塞在缸筒内业作往复运动，减震器壳体内的油液反复地从一个內腔通过另一些狭小的孔隙流入另一个內腔。此时，孔与油液见的摩擦力及液体分子内摩擦便行程对振动的阻尼力，使车身和车架的振动能量转换为热能，被油液所吸收，然后散到大气中21。减振器大体上可以分为两大类，即摩擦式减振器和液力减振器。故名思义，摩擦式减振器利用两个紧压在一起的盘片之间相对运动时的摩擦力提供阻尼。由于库仑摩擦力随相对运动速度的提高而减小，并且很易受油、水等的影响，无法满足平顺性的要求，因此虽然具有质量小、造价低、易调整等优点，但现代汽车上已不再采用这类减振器。液力减振器首次出现于1901年，其两种主要的结构型式分别为摇臂式和筒式。与筒式液力减减振器振器相比，摇臂式减振器的活塞行程要短得多，因此其工作油压可高达75-30MPa，而筒式只有2.5-5MPa。筒式减振器的质量仅为摆臂式的约1/2，并且制造方便，工作寿命长，因而现代汽车几乎都采用筒式减振器。筒式减振器最常用的三种结构型式包括:双筒式、单筒充气式和双筒充气式21。本设计采用双桶式液力减震器，如图3-4。需要注意的是，在大部分汽车上，减振器不是完全垂直安装，这时减振器本身的阻尼力与车轮处的阻尼力之间存在差异，当左右车轮同向等幅跳动时，阻尼力的传递比，由于角度同时造成车轮处力的减小和减振器行程的减小，如图3-5。因此减振器的阻尼系数应为车轮处阻尼系数的倍。当车身侧倾时，相应的传递比，式中B为轮距，b为减振器下固定点的安装距。1-活塞；2-工作缸筒；3-贮油缸筒；4-底阀座；5-导向座；6-回流孔活塞杆；7-油封；8-防尘罩；9-活塞杆图3-4 双筒式减振器工作原理图图3-5 减振器斜置时计算传递比示意图相对阻尼系数的确定：相对阻尼系数的物理意义是：减震器的阻尼作用在与不同刚度C和不同簧上质量的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效果。值大，振动能迅速衰减，同时又能将较大的路面冲击力传到车身；值小则反之，通常情况下，将压缩行程时的相对阻尼系数取小些，伸张行程时的相对阻尼系数取得大些，两者之间保持=(0.25-0.50)的关系。设计时，先选取与的平均值。相对无摩擦的弹性元件悬架，取=0.25-0.35；对有内摩擦的弹性元件悬架，值取的小些，为避免悬架碰撞车架，取=0.5，取=0.3，则有：，计算得：=0.4，=0.2减震器阻尼系数的确定：减震器阻尼系数。因悬架系统固有频率，所以理论上。实际上，应根据减震器的布置特点确定减震器的阻尼系数。阻尼系数为： (3-16)根据公式，可得出：n=1.0，故：=23.141.06.28rad按满载计算有：簧上质量M=438.75kg，代入数据得减震器的阻尼系数为： (3-17)带入数据得=4475.6，从而有，带入数据得：=4475.60.176=789N减震器工作缸直径D的确定： 根据伸张行程的最大卸荷力计算工作缸直径D为： (3-18)式中，为工作缸最大允许压力，取34MPa；为连杆直径与缸筒直径之比，双筒式减振器取0.400.50，单筒式减振器取0.300.35。代入计算得工作缸直径D为：mm减震器的工作缸直径D有20mm，30mm，40mm，45mm，50mm，65mm，等几种。选取时按照标准选用，按下表选择。所以，根据标准，选取前悬架减振器的工作缸直径为 D =30mm贮油筒直径，壁厚取为 2mm，材料可选 20 钢。在这里，选取贮油筒直径为：mm (3-19)可选活塞杆直径为： d=13mm选取悬架的减振器为HH型，基长=120mm由于杠杆比关系，行程可以比规定范围小，因此选活塞行程：S=180 mm则减振器压缩到底长度： (3-20) (3-21)所以减振器：, 3.4.6 横向稳定杆设计计算为了降低汽车的固有振动频率以改善行驶平顺性，现代轿车悬架的垂直刚度值都较小，从而使汽车的侧倾角刚度值也很小，结果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，现代汽车大多都装有横向稳定杆来加大悬架的侧倾角刚度以改善汽车的行驶稳定性23。横向稳定杆在独立悬架中的典型安装方式如图3-6所示。当左右车轮同向等幅跳动时，横向稳定杆不起作用；当左右车轮有垂向的相对位移时，稳定杆受扭，发挥弹性元件的作用。横向稳定杆带来的好处除了可增加悬架的侧倾角刚度，从而减小汽车转向时车身的侧倾角外，如前所述，恰当地选择前、后悬架的侧倾角刚度比值，也有助于使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。若只在后悬架中安装，则会使汽车趋于过多转向。横向稳定杆带来的不利因素有：当汽车在坑洼不平的路面行驶时，左右轮之间有垂向相对位移，由于横向稳定杆的作用，增加了车轮处的垂向刚度，会影响汽车的行驶平顺性。图3-6横向稳定杆的安装示意图在有些悬架中，横向稳定杆还兼起部分导向杆系的作用，其余情况下则在设计时应当注意避免与悬架的导向杆系发生运动干涉。为了缓冲隔振和降低噪声，横向稳定杆与车轮及车架的连接处均有橡胶支承。求前稳定杆角刚度C1: 已知，B=795 mm，m1=250 mm，d1=20 mm。 稳定杆最大工作扭转角：b=22=0.384 rad验算：前稳定杆角刚度C1=d4G/32B () (3-22)前稳定杆扭转应力 =16Mc /d3 () (3-23)式中，G1为剪切弹性模数；G1=75460 ()；d1为稳定杆直径(mm)；Mc为作用在稳定杆上的扭矩() Mc=C1b ；B为稳定杆有效工作长度(mm)。将已知数代入后得:前稳定杆角刚度： (3-24)1490.97作用在稳定杆上的扭矩Nm (3-25)前稳定杆扭转应力 =16572533.3/ 203 ( 3-26)1=364.49 N/mm2结 论本文主要研究了凯美瑞的悬架，悬架是现代汽车上重要组成部分之一，它把车架与车轴，或者车身与车轮连接起来，是传递车身与轮胎之间力与力矩的连接装置，并且，悬架可以减缓冲击，衰减系统的振动，从而保证了良好的平顺性；在路面不平的时候拥有理想的运动特性，从而保证了汽车的操纵稳定性和较高的行驶能力。悬架设计关系到汽车使用性能的好坏，具有重要的理论和实际应用意义。经这几个月的的时间，我的毕业设计完成，其中包括说明书的详细记录，还有图纸的绘制，都让我学习到了很多东西，也感触颇深。此次设计完全是依据汽车整车状态，选择其中一个零部件进行设计，不仅仅能够应用在实际生活中，也将我从书本中学习到的理论知识与现实的实际生活紧密的联系在一起，真正的做到理论与实际相结合。本次设计从汽车的主要零部件的发展史开始，详谈国内外的现状，依据整车装配中零部件的装配功能，作用，要求，来选择合适的零部件。每个零部件都需要仔细的对比，分析其材料性能，强度，使用效果，来寻找最合适的零件。从这些零部件的选择中，我学习到了很多，比如螺钉的直径，长度选择等等，需要强大的数据支撑来完成。二维图纸的绘制、三维建模的应用也让我从绘图小白成长为能够熟练使用CAD等软件。不仅能够自主的完成整个设计，也为自己的工作之路做好了铺垫，相信在不久的将来，计算机绘图软件的应用将会作为我寻找合适工作的一项有利的技能。通过本次设计，让我明白了很多，同时学习到了很多的东西，也深刻的发现了自己的不足，在以后的工作中，自己应该多多加强自己能力的应用，提高自己的专业知识，深入细致的学习一门技术，为自己的将来做好铺垫。参考文献1 Michel berger P.Palkovic L. BokorJ. Robust,Design of Active Suspension System J.Int. J. of Vehicle Design,1993, 14(2/3):145165.2 A Study on the Handling Performances of a Large-Sized Bus with the Change of Rear Suspension Geometry, SAE Paper,2002-01-307.3 Real Case of Vehicles Dynamics Simulation during an SUV SuspensionDevelopment, SAE Paper.2005-01-4177.4 Hazem Ali Attia. Dynamic modeling of the double wishbone motor-vehicle suspension systemJ. European Journal of Mechanics,2001:167174.5 Hadad，H，Ramezani，A. Finite element model updating of a vehicle chassis frame. Proceedings of the 2004 International Conferences on Noise and Vibration Engineering,2004:181718316 Kim，H.S.And Huh, Vehicle Structural collapse Analysis Using a FiniteElement Limit Mothod.Int.J.Vehicle Design,2000(21)7 Scumminess P A,Bale D.Synthesis and analysis of the five-link rear suspension system used in automobiles and Machine Theory,2002,(37):8158328 Haug E J.Concurrent engineering tools and technologies for mechanical system designMHeidelberg:Spillage Verlig,1993:100150