轻型货车悬架设计【汽车类】【15张CAD图纸】【优秀】

轻型货车悬架设计

31页 14000字数+说明书+任务书+外文翻译+15张CAD图纸【详情如下】

外文翻译--机械臂动力学与控制的研究.doc

轻型货车悬架设计论文.doc

00-后悬架装配图A0.dwg

01-前悬架装配图A0.dwg

02-后悬架装配图A0.dwg

03减震器A2 17.dwg

03减震器A2.dwg

04后钢板弹簧总成A1.dwg

04后钢板弹簧总成A2.dwg

05前钢板弹簧总成A1.dwg

05前钢板弹簧总成A2.dwg

06板弹簧前支座A3.dwg

07弹簧后支座A3.dwg

08上吊环支架A3.dwg

08推杆A3.dwg

09推杆A3.dwg

10防尘盖A3.dwg

轻型货车悬架设计

摘   要

   本悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架与车轴弹性地连接起来。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；缓和路面传给车架的冲击载荷，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。

   悬架由弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器等组成。

   悬架能很好的增加驾驶员的舒适性，减轻汽车震动，使汽车能够平顺行驶。

关键词　悬架；振动；稳定性

The Design Of Light Truck Suspension

Abstract

　　　Suspension fork is one automobile's important units on modern, it  connects the frame and the car axle elastically. Its primary mission is transmits the all strength and the moment of force which function between the wheel and frame; Relaxes the impact load which from the road surface pass to frame , weakens load bearing system's vibration which from this causes, guarantees automobile's smooth running; Guarantees wheel has the ideal state of motion when road surface uneven and load change, guarantees the automobile's operation stability, causes the automobile to obtain the ability of high speed .

　　　The suspension fork is composed by the elastic element, the guide, the shock absorber, the cushion block and the crosswise stabler and so on .

　　　The suspension fork can increase pilot's comfortableness well, reduces the vibrate of automobile, and to go smoothly.

Keywords　 Suspension； Vibration；Stability

目   录

摘   要I

AbstractII

目   录III

第1章 前言5

1.1 悬架研究的目的和意义5

1.2 悬架研究的目的和意义6

1.3 悬架研究的目的和意义8

第2章 总体方案论证9

2.1 独立悬架9

2.2 悬架选择的方案确定9

2.3 本章小结10

第3章 总体方案论证11

3.1 悬架静挠度11

3.2 悬架动挠度12

3.3 悬架弹性特性12

3.4 前悬架主销侧倾角与后倾角13

3.5 本章小结14

第4章 总体方案论证15

4.1 少片弹簧的设计15

4.2 钢板弹簧的设计16

4.2.1少片弹簧的设计16

4.2.2钢板弹簧主要参数的确定16

4.2.3钢板弹簧各片长度的确定19

4.2.4钢板许用静弯曲应力验算20

4.2.5夹紧液压缸的计算20

4.2.6钢板弹簧强度验算22

4.2.7钢板弹簧强度验算23

4.3 本章小结24

第5章 减振器机构类型及主要参数的选择计算25

5.1 减振器的分类25

5.2 相对阻尼系数25

5.3 减振器阻尼系数的确定26

5.4 最大卸荷力F0的确定27

5.5 创建零件28

5.6 本章小结28

结论29

致谢30

参考文献31

论文研究背景

　　　悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统(车架或承载式车身)之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。

　　　悬架最主要的功能是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩，并缓和汽车驶过不平路面时所产生的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车的行驶平顺性。为此必须在车轮与车架或车身之间提供弹性联接，依靠弹性元件来传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂向载荷，并依靠其变形来吸收能量，达到缓冲的目的。采用弹性联接后，汽车可以看作是由悬挂质量(即簧载质量)、非悬挂质量(即非簧载质量)和弹簧 (弹性元件)组成的振动系统，承受来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。为了迅速衰减不必要的振动，悬架中还必须包括阻尼元件，即减振器。此外，悬架中确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩可靠传递并决定车轮相对于车架或车身的位移特性的连接装置统称为导向机构。导向机构决定了车轮跳动时的运动轨迹和车轮定位参数的变化，以及汽车前后侧倾中心及纵倾中心的位置，从而在很大程度上影响了整车的操纵稳定性和抗纵倾能力。在有些悬架中还有缓冲块和横向稳定杆。

　　　尽管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。

　　　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。麦克弗逊悬架为独立悬架,钢板弹簧为非独立悬架。

　　　鉴于轻型货车的特点，综合悬架的各自特性以及成本等方面，故将汽车的前悬设计为少片弹簧悬架，后悬设计为钢板弹簧悬架。

　　　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作用。因而在设计悬架时必须考虑以下几个方面的要求：

　　　1. 通过合理设计悬架的弹性特征及阻尼特性确保汽车具有良好的行驶平顺性，既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或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；

　　　2. 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的要求；

　　　3. 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，否则可能引发转向轮摆振；

　　　4. 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”）；

　　　5. 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；

　　　6.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；

　　　7. 所有零部件应具有足够的强度和使用寿命；

　　　8. 制造成本低；

　　　9. 便于维修、保养。

国内外研究现状

　　　1934年世界上出现了第一个由螺旋弹簧组成的被动悬架。被动悬架的参数根据经验或优化设计的方法确定，在行驶过程中保持不变。它是一系列路况的折中，很难适应各种复杂路况，减振的效果较差。为了.克服遣弛缺陷，采用了非线性刚度弹簧和车身高度调节的方法，虽然有一定成效，但无法根除被动悬架的弊端。被动悬架主要应用于飞中低档轿车上，现代轿车的前悬架一般采用带有横向稳定杆的麦弗逊式悬架，比如桑塔纳、悬夏利、赛欧等车，后悬架的选择较多，主要有复合式纵摆臂悬架和多连杆悬架。

　　　半主动悬架的研究丁作开始于1973年，由D. A. Crosby和D.  C.  Karn-o p p首先提出。半主动悬架以改变悬架的阻尼为主，一般较少考虑改变悬架的刚度。工作原理是：根据簧上质量相对车轮的速度响应、加速度响应等反馈信号，按照一定的控制规律调节弹簧的阻尼力或者刚度.半主动悬架产生力的方式与被动悬架相似，但其阻尼或刚度系数可根据运行状态调节，这和主动悬架极为相似。有级式半主动悬架是将阻尼分成几级，阻尼级由驾驶员根据“路感”选择或由传感器信号自动选择。无级式半主动悬架根据汽车行驶的路面条件和行驶状态，对悬架的阻尼在几毫秒内由最小到最大进行无级调节。由于半主动悬架结构简单，工作时不需要:消耗

　　　车辆的动力，而且可取得与主动悬架相近的性能，具有很好的发展前景。

　　　随着道路交通的不断发展，汽车车速有了很大的提高，被动悬架的缺陷逐渐成为提高汽车性能的瓶颈，为此人们开发了能兼顾舒适和操纵稳定的主动悬架。主动悬架的概念是1954年美国通用汽车司在悬架设计中率先提出的。它在被动悬架的基础上，增加可调节刚度和阻尼的控制装置，使汽车悬架在任何路而上保持最佳的运行状态。控制装置通常由测量系统、反馈控制系统、能源系统等组成。20世纪80年代，世界各大著名的汽车公司和生产厂家竞相研制开发这种悬架。丰田、洛特斯、沃尔沃、奔驰等在汽车上进行了较为成功的试验。装置主动悬架的汽车，即使在不良路面高速行驶时，车身非常平稳，轮胎的噪音小，转向和制动时车身保持水平。特点是乘坐非常舒服，但结构复杂、能耗高，成本昂贵，可靠性存在问题。

　　　由于种种原因，我国的汽车绝大部分采用被动悬架。在半主动和主动悬架的研究趋于成熟，福特公司和日产公司首先在轿车上应用，取得了较好的效果。主动悬架虽然提出早，但由于控制复杂，并且牵涉到许多学科，一直很难有大的突破。进入20世纪90年代，仅应用于排气量大的豪华汽车，未见国内汽车产品采用此技术的报道，只有北京理工人学和同济大学等少数几个单位对主动悬架展开研究。

　　　被动悬架是传统的机械结构，刚度和阻尼都是不可调的，依照随机振动理论，它只能保证在特定的路况下达到较好效果，但它的理论成熟、结构简单、性能可靠，成本相对低廉且不需额外能景，因而应用最为广泛。在我国现阶段，仍然有较高的研究价值。被动悬架性能的研究主要集中在三个方面:

　　　1）通过对汽车进行受力分析后，建立数学模型，然后再用计算机仿真技术或有限元法寻找悬架的最优参数；

　　　2）研究可变刚度弹簧和可变阻尼的减振器，使悬架在绝人部分路祝上保持良好的运行状态；

　　　3）研究导向机构，使汽车悬架在满足平顺性的前提下，稳定性有大的提高。半主动悬架的研究集中在两个方面:1）执行策略的研究;2)执行器的研究。

　　　阻尼可调减振器主要有两种，一种是通过改变节流孔的人小调节阻尼，一种是通过改变减振液的粘性调节阻尼。节流孔的人小一般通过电磁阀或步进电机进行有级或无级的调节，这种方法成本较高，结构复杂、通过改变减振液的粘性来改变阻尼系数，只有结构简单、成本低、无噪音和冲击等特点，因此是目前发展的主要方向。在国外，改变减振液粘性的方法主要有电流变液体和磁流变液体两种。北京理工人学的章一鸣教授进行了阻尼可调节半主动悬架的研究，林野进行了悬架自适应调节的控制决策研究，哈工大的陈卓如教授对车辆的自适应控制方面进行了研究。执行策略的研究是通过确定性能指标，然后进行控制器的设定。目前，模糊控制在这方面应用较多。

　　　主动悬架研究也集中在两个方面:1)可靠性;2)执行器。由于主动悬架采用了大量的传感器、单片机、输出输入电路和各种接口,，元器件的增加降低了悬架的可靠性，所以加大元件的集成程度，是一个不可逾越的阶段。执行器的研究主要是用电动器件代替液压器件。电气动力系统中的直线伺服电机和永磁直流直线伺服电机具有较多的优点，今后将会取代液压执行机构。运用磁蓄能原理，结合参数估计自校正控制器，可望设计出高性能低功耗的电磁蓄能式自适应主动悬架，使主动悬架由理论转化为实际应用。

　　　悬架技术的每次跨越，都和相关学科的发展密切相关。计算机技术、自动控制技术、模糊控制、神经网络、先进制造技术、运动伪真等为悬架的进一步发展提供了有力的保障。悬架的发展也给相关学科提出更高的理要求，使人类的认识迈向新的、更高的境界。

　　　现有的被动悬架将逐渐向半主动、主动悬架过渡。电动器件的优越性，将会取代液压器件。.大规模和超大规模集成电路的发展，会使电子元件集成度得以提高，从而促进可靠性得到保障，使悬架更加智能化而满足人们的要求。　

论文研究的目的和意义

　　　根据给定的设计要求设计汽车的前后悬架。完成汽车的总体设计及悬架的主要结构元件螺旋弹簧等的设计，然后对前后悬架进行设计匹配，满足前后悬架的偏频要求。

本章小结

　　　本章主要介绍了悬架的原理内容和功能并指出了其研究的现状和研究方向。

总体方案论证

独立悬架

　　　与非独立悬架比,独立悬架具有如下优点:

　　　非悬挂质量小,悬架所受到并传给车身的冲击载荷小,有利用于提高汽车的行驶平顺性及轮胎的接地性能；

　　　左右车轮的跳动没有直接的相互影响,可减少车身的倾斜和振动；

　　　占有横向空间少,便于发动机布置,可以降低发动机的安装位置,从而降低汽车质心位置,有利于提高汽车的行驶稳定性；

　　　易于实现驱动轮转向。

　　　非独立悬架有多种结构型式,主要有:

　　　双横臂式独立悬架  特点:设计灵活,能有良好的行驶稳定性；

　　　麦克弗逊悬架  特点可将导向机构及减振装置集合到一起,将多个零件集合在一个单元里。这样一来,它不仅简化了结构,减少了质量,还节省了空间,降低了制造成本,并且几乎不占用横向空间,有利于结构简单,有利于车身前部地板的构造和发动机布置；

　　　滑柱摆臂式后悬架 特点:节省悬架对横向空间的占有,有利于布置宽敞的行李箱；

　　　纵臂式后独立悬架与斜臂式后独立悬架  特点:常用于前驱车的后悬架；

　　　单横臂式独立悬架  特点:结构简单,侧倾中心较高,有较强的抗侧倾能力,但当车轮跳动时会使主销内倾角和车轮外倾交变化大,故不宜用着前悬架。

悬架选择的方案确定

　　　目前汽车的前后悬架采用的方案有：前轮和后轮均采用非独立悬架；前轮采用独立悬架，后轮采用非独立悬架；前轮与后轮均采用独立悬架等几种。

　　　前、后悬架均采用非纵置钢板弹簧非独立悬架的汽车转向行驶时，内侧悬架处于减载而外侧悬架处于加载状态，于是内侧悬架受到拉伸,外侧悬架受到压缩，结果与悬架固定连接的车轴（桥）的轴线相对汽车纵向中心线偏转一个角度α。对前轴，这种偏转使汽车不足转向趋势增加；对后桥，则增加了汽车过多转向趋势。汽车将后悬架纵置钢板弹簧的前部吊耳位置布置得比后边吊耳高，于是悬架的瞬时运动中心位置降低，结果后桥轴线的偏离不再使汽车具有过多转向趋势。

　　　另外，前悬架采用非独立悬架时，因前轮容易发生摆振现象，不能保证汽车有良好的操纵稳定性，所以前悬架采用独立悬架。

　　　针对本课题(轻型货车的悬架)从经济性,结构布置的合理性等方面考虑前悬架采用少片弹簧悬架,后悬架采用钢板弹簧悬架。

本章小结

　　　本章的内容主要说明了与非独立悬架比独立悬架具的优点，前后悬架的悬架结构的确定。

　　　悬架主要是针对轻型货车而设计的。悬架的主要创新点在于前悬采用了少片钢板弹簧式悬架，可将导向机构及减振器装置集合在一起,可将多个零件集成在一个单元里。这样一来,相对于双横摆臂悬架而言,他不仅简化了结构,减小了质量,还节省了空间,降低了制造成本,并且几乎不占用横向空间,有利于车身前部地板的构造和发动机布置。另外,当车轮跳动时,其轮距和前束及车轮外倾角等均改变不大,减轻了轮胎的磨损,也使汽车具有良好的行驶稳定性。前悬架采用独立悬架,后悬架采用独立悬架。这样保证汽车有一定稳定性的同时还具有一定的刚度。不足的是,后悬架采用的是钢板弹簧降低了乘坐的舒适性。

　　　悬架设计中由于考虑成本与安装复杂性问题,采用了纯机械结构。在以后可以改进为用一个有自身能源的动力发生器来代替被动悬架中的弹簧和减振器的主动悬架,这样可以在不同的路面及行驶条件下显著地提高车辆性能。

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