双横臂式独立悬架设计（另有CAD全套图纸）.pdf

本科毕业设计 论文 通过答辩 i 摘 要 双横臂式独立悬架是常见的悬架形式之一 在汽车领域有着广泛的应用 要求具有稳定的可靠性 其突出优点是在于设计的灵活性 可以通过合理选择 空间导向杆系的接触点的位置及控制臂的长度 使得悬架具有合理的运动特性 本设计 2 0l 越野车车型进行双横臂式悬架的设计 利用平面作图法和平面解析 法对悬架的上 下横臂的尺寸和空间布局进行设计 计算选用双同时减震器和 螺旋弹簧匹配悬架系统 保证轮胎的几何定位参数在各种悬架的摆动情况下都 符合汽车行驶的要求 反复核算以保证在各种形式条件下获得最佳平顺性和操 作稳定性 关键字关键字 双横臂式独立悬架 越野车 螺旋弹簧 双筒式减震器 本科毕业设计 论文 通过答辩 ii abstract doublewishboneindependentsuspensionisacommonformof suspension in the automotive sector has a wide range of applications requires a stable reliability advantage lies in its outstanding design flexibility a reasonable choice by the department of guide bar contact point location and the length of the control arm making the suspension has a reasonable flow conditions 2 0l suv models the design of double wishbone suspension design mapping method and the plane using the plane analytical method the suspension of the upper and lower arm of the size and spatial layout design calculations also use double shock matching device and the coil spring suspension system geometric alignment parameters to ensure that the tire swing in a variety of suspension cases are in line with the requirements of automobile driving repeated in various forms of accounting to ensure the best under the conditions of smoothness and operational stability keywords double wishbone independent suspension off road vehicles coil spring double barrel shock absorber 本科毕业设计 论文 通过答辩 iii 目录 摘要 abstract 第 1 章 绪论 1 1 1课题研究的目的和意义 1 1 2要研究内容 2 第 2 章 悬架 3 2 1悬架的功用和组成 3 2 2汽车悬架的类型 3 2 3双横臂独立悬架 4 第 3 章 悬架主要参数的确定 6 3 1悬架静挠度 6 3 2悬架的动挠度 7 3 3悬架弹性特性 7 3 4小结 7 第 4 章 独立悬架导向机构设计及强度校核 9 4 1设计要求 9 4 2导向机构的布置参数 9 4 2 1 侧倾中心 9 4 2 2 纵倾中心 9 4 3双横臂式独立悬架导向机构设计 10 4 3 1 纵向平面内上 下横臂轴布置方案 11 4 3 2 横向平面内的上 下横臂的布局方案 11 4 3 3 水平面内上 下横臂轴的布置方案 12 4 4悬架螺旋弹簧刚度及应力计算 13 4 4 1 螺旋弹簧材料的选择 14 4 4 2 弹簧几何参数的计算 15 4 4 3 弹簧的校核 17 4 5小结 17 第5章 减振器机构类型及主要参数的选择计算 18 5 1分类 18 5 2相对阻尼系数 18 5 3减振器阻尼系数的确定 20 5 4最大卸荷力 的确定 21 本科毕业设计 论文 通过答辩 iv 5 5简式减振器工作缸直径 d 的确定 21 5 6小结 21 第 6 章 22 6 1关于 catia v5 22 6 2catia 应用现状 22 结论 27 致谢 28 参考文献 29 附录 30 本科毕业设计 论文 通过答辩 5 第 1 章 绪论 1 1课题研究的目的和意义 当代汽车工业已成为国民经的支柱产业之一 其发展水平反映了一个国家工 业技术的综合水平 而且是否具有独自的开发技术关乎一个民族汽车工业的生死 存亡 现阶段 越来越多的企业把自主的开发能力 独立的设计能力当作自己发 展战略中的重要一环 并且体会到这一过程艰巨 需选择适当的技术切入点逐步 的积累和提升 其中 现在各类汽车广泛采用弹性元件 尤其作为越野车对悬架 的要求十分的高 因其跟整车性能密切相关 针对悬架系统的结构和性能的开发 越来越成为汽车整车开发的焦点 悬架系统是自主开发的能力不得不考虑的开发 的关键点之一 随着中国经济社会不断的发展以及人们生活水平的不断提高 汽车已成为们 日常生活中不可或缺的交通工具 人们在不断提高经济性和动力性指标的情况 下 更加注重了对整车的操控性性能的要求 这种性能要求不但体现在轿车上还 在越野车上也逐步体现 开始提出在整车操控性上稳定性评价体系 悬架系统直 接影响汽车的操控稳定性及平顺性 因此研究已成为汽车工作者日益关注的问题 和工作重点 悬挂的构件虽然简单但参数的确定却相当的复杂 厂家不但要考虑汽车的舒 适性 操控稳定性还要考虑到成本问题 基于这三个问题不同厂家有不同的倾向 性策略 也就产生了国内现在比较常见的五种悬架 麦弗逊式独立悬架 双叉臂 式独立悬架 单纵臂扭杆梁式半独立悬架 双横臂式独立悬架 多连杆式独立悬 架 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 所以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 越野车必需 重视悬架总成的设计开发 由于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 本论文是基于某 2 0l 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 1 2主要研究课题 方法 内容 1 2 1课题来源及要求 本课题来源于生产实际 要求根据 2 0l 越野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 本科毕业设计 论文 通过答辩 6 计计算和校核 减振器的选型 导向机构的分析等 另外 设计还需包括悬 架系统部分零件的 cad 装配图的绘制 1 2 2研究方法 在设计时首先考虑改型车的总体方案要求 根据汽车的总体空间结构对 悬架结构布局进行设计 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 上横臂 下横臂 减振器等 最后 对关键零件进行强度校核 1 2 3研究的主要内容 本文的研究对象是的前悬架 通过对悬架弹性元件的计算 分析 导向 机构的核算和校核 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 计算整车的行驶平顺性和操纵稳定性 第 2 章 悬架 2 1悬架的功用和组成 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 保证保证汽车的行驶 平顺性 保证车轮在路面不平在和载荷变化是有理想的运动特性 使汽车获 得高速的行驶能力和理想的运动特性 本科毕业设计 论文 通过答辩 7 汽车悬架的功用总结如下 抑制 缓和由不平路面引起的振动和冲击 传递汽车垂直力以外 还传递其它各个方向的力和力矩 保证车轮和车身 或车架 之间有确定的运动关系 使汽车具有良好的驾 驶性能 汽车悬架是车架 或车身 与车桥 或车轮 之间弹性连接的部件 汽车悬 架主要由弹性元件 减振器和导向机构三个基本部分组成 此外还包括一些特殊 功能的部件 如稳定器和缓冲块等 现代汽车还采用了控制机构 形成可控式悬 架 如半主动悬架和全主动悬架等 弹性元件使车架 或车身 与车桥 或车轮 之间实现弹性连接 用来承 受并传递垂直载荷 缓和不平路面 紧急制动 加速和转弯引起的冲击 减振器 用来衰减由于弹性系统受到冲击后引起的振动 导向机构是用来使车轮 特别是 转向轮 按一定运动轨迹相对于车身运动 同时以上三者兼有传递力的作用 若 钢板弹簧作为弹性元件时 它本身兼有导向作用 可不另设导向机构 在多数的 轿车和客车上 为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜 在悬架中还设 有辅助弹性元件 横向稳定器 用以提高侧倾的刚度 使汽车具有不足转向特性 改善汽车的操纵稳定性和行驶的平顺性 要保持车身自然振动频率不变或变化很小 在汽车空载到满载的范围内变 化 就需要将悬架刚度做成可变的 如悬架中的有些弹性元件本身的刚度就是可 变的 例如气体弹簧 有些弹性元件的刚度虽是不变的 但如果其结构中采取某 些措施 也可使整个悬架具有可变的刚度 例如渐变刚度钢板弹簧 这样就使汽 车空车对悬架刚度小 而载荷增加时 悬架刚度随之增加 改善了汽车行驶时的 平顺性 本科毕业设计 论文 通过答辩 8 2 2汽车悬架的类型 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 2 3双横臂独立悬架 双横臂式独立悬架的结构如图 2 1 所示 1 下横臂 2 球头节 3 外球笼 4 橡胶衬套 5 球头 6 下横臂 7 上橡胶 衬套 8 下橡胶衬套 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 本科毕业设计 论文 通过答辩 9 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 这种不等臂悬架的优点是改善了汽车的乘坐舒适性和平顺性 保证了轮胎 的使用寿命 双横臂式独立悬架在轿车的前轮上应用得较广泛 双横臂式独立悬架按所使用的弹性元件可分为螺旋弹簧 扭杆弹簧和空气 弹簧 第 3 章 悬架主要参数的确定 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 下面是针对悬架设计所需 要的基本参数 表 3 1越野车的基本参数 车长车高 宽前轮距后轮距轴距 4629mm1653 1880mm1617mm1613mm2807mm 车身重量加速时间最大功率最大扭矩最高速度 1900 kg10 0 秒 0 100km h 155 4300 6000 kw rpm 350 1500 4200 n m rpm 180 0 km h 轮胎轮毂尺寸最小转弯半径最小离地间隙 235 65 r17175 8 m185 mm 3 1悬架静挠度 悬架静扰度是指汽车满载静止时悬架的载荷fw与此时悬架刚度c之比 即 fw c 3 1 汽车弹簧与簧上质量组成的振动系统的固有频率 是影响汽车平顺性的主要 参数之一 而汽车部分车身的固有频率 n 亦称偏频 可以用式表示 3 2 式中 指汽车前悬架的刚度 n mm 指前悬架的簧上质量 kg 本科毕业设计 论文 通过答辩 10 指前悬架偏频 汽车的前悬架的静绕度可以下式表示 3 3 所以 悬架的静挠度 1c f和悬架刚度之间有如下关系 3 4 车用车的发动机排量越大 悬架的偏频应越小 满载情况下前悬架偏频在 0 80 1 15hz 之间取 后悬架要求在 0 98 1 30hz 1 15 hz 代入数值得 3 2悬架的动挠度 悬架的动绕度是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构充许的最大变 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 或车 身 的垂直位移 乘用车取 7 9cm 货车取 6 9cm 客车取 5 8cm 从 越野车的通过性越野性能出发选此悬架的动挠度mmfd90 3 3悬架弹性特性 悬架受到的垂直外力 f 由此引起的车轮中心相对于车身位移 f 即悬架的 变形 的关系曲线 称为悬架的弹性特性 其切线的斜率式悬架的刚度 如图 3 1 所示 悬架的弹性特性有线性和非线性特性两种 当悬架变形和受垂直外力 f 之间成固定的比例关系时 弹性特性是一条直线 称为线性弹性特性 此时 悬架刚度为常数 当悬架变形和受垂直外力 f 之间不成固定的比例关系时 称为成为非弹性特性 6 乘用车的簧上质量虽然变化不大 但是为了减少车轴对车架的冲击 减 少转弯时的侧倾与制动时的前倾角和加速时的后仰角 因该采用刚度了变得 非线性悬架 如图 3 1 所示 本科毕业设计 论文 通过答辩 11 悬架的主要参数总结如下表 3 2 表 3 2悬架的主要参数 悬架静扰动 1c f 悬架动挠度 悬架弹性特性 189mm90mm非线性 1 4小结 本章通过利用通用公式计算确定了悬架的主要参数 为悬架下一步的 设计确定了最主要的依据 确定悬架的主要技术标要求 第 4 章 独立悬架导向机构设计及强度校核 4 1设计要求 针对前双横臂对立悬架导向机构的设计要求 1 悬架上载荷变化时 保证轮距变化不超过mm 轮距变化会引起轮胎的早期 磨损 2 悬架上载荷变化时 前轮定位参数要有合理的变化特性 车轮不应该产生纵 向加速度 3 汽车转弯行驶时 应该车身侧倾角小 在 0 4g 侧加速度作用下 车身侧倾 角 并使车轮与车身的倾斜同向 以增强转向不足效应 本科毕业设计 论文 通过答辩 12 4 制动时 因该有车身的抗前俯作用 加速时 应该有抗后仰作用 目前 汽车上广泛采用上下不等臂长的双横臂独立悬架且主要应用前悬架 静止平衡的时候轮胎的定位参数如下表 4 1 表 4 1前轮定位参数 前轮前束外倾角 主销后倾 主销内倾 前轮距变化后轮距变化 在 0 左右0 30 3 12 3mm4mm 4 2导向机构的布置参数 4 2 1侧倾中心 双横臂的独立悬架的侧倾中心 如图 4 1 所示方式得出 图 4 1双横臂式独立悬架侧倾中心 w 的确定 将上下横臂内外转动点的连线延长 以得到极点p 比且得到p的高度 将 p点与车轮接地点n连接 即可得到汽车轴线上的侧倾中心w点 10 双横臂式 独立悬架侧倾中心的高度为 4 1 式中 4 2 4 3 其中 c 397mm 7 5 12 代入 4 2 得 k 397 1909mm 本科毕业设计 论文 通过答辩 13 且d 235mm代入 4 3 得到 p 401mm 且 110mm 808 5mm代入式中 侧倾中心高度 288 5 mm 4 2 2纵倾中心 双横臂式独立悬架纵倾中心点o可用做图法得出 如图 4 2 所示 图 4 2 纵倾中心 作出两条横臂转动轴的延长线c和d 两条线的交点o即为纵倾中心 4 3双横臂式独立悬架导向机构设计 4 3 1纵向平面内上下横臂轴布置方案 上 下横臂轴抗前倾角的匹对对主销后倾角的变化有较大的影响 图 4 3 给出了六种可以匹配方案的主销后倾角 值随车轮跳动的变化曲线 纵坐标为车 轮接地点的垂直位移量的变化 z 各匹配方案中 的取值如图 4 3 所示 其 正负角按图所示确定 本科毕业设计 论文 通过答辩 14 图 4 3 的匹配对 的影响 其中 的定义如图所示 4 4 所示 为了提高汽车的制动稳定性和舒适性 一般希望主销后倾角的变化规律为 在悬架弹簧压缩时后倾角变大 在弹簧拉伸时后倾角减小 用以制造制动时主销 后倾角变大而在控制臂支架上产生防止制动前俯的力矩 第 1 2 6 方案主销后 倾角的变化规律很好 根据实际的设计的布局情况我选择二方案取 0 取 5 5 4 3 2横向平面内的上 下横臂的布局方案 比较图 4 5a b c 三图可以清晰的看到 上下横臂的布置不同 所得侧倾 中心位置也不同 根据实际前悬架侧倾中心高度在 0 120mm 之间 设计上 下 横臂在横向平面内的布置方案选用 a 方案 图 4 5上 下横臂在横向平面内的布置方案 4 3 3水平面内上 下横臂轴的布置方案 本科毕业设计 论文 通过答辩 15 横臂轴在水平面的布置方案有三种 如图 4 6 所示 图 4 6水平面内上 下横臂轴的布置方案 下横臂轴 mm 和尚横臂轴 nn 与轴线的夹角 分别用和表示 称为导向机 构的上下横臂的水平斜直角 一般规定 轴线前端远离汽车轴线的夹角为正角 之为负 与汽车轴线平行者 夹角为零 双横臂式悬架的上下横臂的长度对车轮上下跳动时的定位参数影响很大 现 代轿车所用的双横臂式前悬架 一般设计 这样可以方便发动机的布置请可以得 到理想的运动特性 为了使车轮在遇到凸起路障时能够使车轮一起跳动 一面向后退让 以减少 到车身的冲击力 还为了布置发动机 大多数前置发动机汽车的悬架下横臂轴 mm 线的斜置缴角为正值 如图 4 6 所示 当上 下横臂轴倾斜角均为正值 主销后倾角随轮胎的上跳有较小增加甚至减少 当时 当车轮上跳 主 销后倾角变大时 车身上的悬架支撑出会产生反力矩 有助于产生制动时的抗前 俯作用 但是注销后倾变的太大时 会在支撑处产生过的反力矩 同时使转向系 统对侧向力十分敏感 易造成车轮摆动或方向盘上的力的变化 横臂轴在水平面的布置方案有三种 如图 4 6 所示 为了使车轮在遇到凸起路障时能够使车轮一起跳动 一面向后退让 以减少 到车身的冲击力 还为了布置发动机 大多数前置发动机汽车的悬架下横臂轴 mm 线的斜置缴角为正值 如图 4 6 所示 当上 下横臂轴倾斜角均为正值 主销后倾角随轮胎的上跳有较小增加甚至减少 当时 当车轮上跳 主 销后倾角变大时 车身上的悬架支撑出会产生反力矩 有助于产生制动时的抗前 俯作用 但是注销后倾变的太大时 会在支撑处产生过的反力矩 同时使转向系 统对侧向力十分敏感 易造成车轮摆动或方向盘上的力的变化 4 3 4上下横臂长度的确定 本科毕业设计 论文 通过答辩 16 双横臂式悬架的上下横臂的长度对车轮上下跳动时的定位参数影响很大 8 现代轿车所用的双横臂式前悬架 一般设计 这样可以方便发动机的布置 请可以得到理想的运动特性 如图 4 7 所示为下横臂长度l1保持不变 改变上横臂的长度不l2 使得 l1 l2的比值分别是 0 40 0 6 0 8 1 0 1 2 时计算得到的悬架的运动特性 其中 z z 轴表示轮胎上下跳动的位移量 表示为 1 2 轮距 表示为车轮 接地点在横向平面内随车轮跳动的特性曲线 有图可以看出 当上 下横臂之比 为 0 6 时 曲线变化最平缓 l1 l2增大或减小时 的曲线的曲率都会 增加 图中 z 和 z 分别表示车轮外倾角和车轮内倾角随车路跳动的特征 曲线如图 4 7 图 4 7上 下横臂长度之比l1 l2改变时的悬架特性 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 因此应该选择l1 l2在 0 6 附近的 为了保证汽车有良好的操作性 希望前轮定 位角度的变化要小 这时应选择l1 l2在 1 0 附近 综合以上分析 悬架的l1 l2 应该在 0 6 1 0 的范围内 根据我国的乘用车设计经验 在初选尺寸时 l1 l2 取 0 65 为宜 4 4螺旋弹簧的设计计算 4 4 1螺旋弹簧材料的选择 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 螺旋弹簧通常应用于独立悬架 特别是前轮独立悬架中 在有些轿车的后轮 非独立悬架中 其弹性元件也采用螺旋弹簧 螺旋弹簧用弹簧钢棒料卷制而成 可做成等螺距或变螺距 前者刚度不变 后者刚度是可变的 螺旋弹簧具有以下 优点 无需润滑 不忌泥污 安置它所需的纵向空间不大 弹簧本身质量小 根 据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 60si2mna 为簧丝的材料 1 以提高弹簧在交变载荷下的疲劳寿命 弹簧 本科毕业设计 论文 通过答辩 17 材料特性如下表 4 2 表 4 2弹簧材料特性 许用切应力 许用剪应力 剪切模量 g弹性模量 e强度范围 48 2 mmfkg100 2 mmfkg 8000 2 mmfkg 20000mp45 50hrc 4 4 2弹簧几何参数的计算 表 4 3设计参数 前悬架满载轴荷前悬架空载轴荷 前悬架总质量 前悬架设计偏频 n 1150kg950kg102kg1 15hz 4 4 2 1弹簧所受压力 p p 575 9 81 0 9847 5727 815n 弹簧所受到的最大的力 动荷系数 k 取 2 5 则弹簧所受到的最大压力 14319 54n 4 4 2 2 车轮到弹簧的力及位移传递比 车轮与路面接触点和零件连接点检的传递比即表明形成不同也表明在 二处的里的大小不同 弹簧的刚度悬架的线刚度可由传递比建立联系 利用 传递比 i 便可计算螺旋弹簧的刚度 fihivnffk xyvfws 4 4 其中分数代表悬架的线刚度 从而 得到如下关系式 4 5 根据文献 7 悬架的行程传递比及力的传递比为代入数值可得到 i x 1 185 i y 1 818 所以 位移传递比 i x i y 为 2 15 4 4 2 3弹簧在最大压缩力作用下的变形量 由前悬给定的偏频 f 1 15hz 可得到了汽车悬架的线刚度 yxxs iikk 本科毕业设计 论文 通过答辩 18 56 250 715 114 344 222222 mmnmfkx 4 6 于是可得出弹簧的刚度 s k 95 5415 256 25mmniikk yxxs 4 7 进而可得到弹簧在最大压缩力 pdmax 作用下的变形量 f 6 26095 54 54 14319max mmkpdf s 4 8 所以 弹簧所受最大弹簧力14319 54n 和相应的最大变形为f 260 6mm 根据公式 4 4 可以算出前悬架的刚度 4 9 式中 指汽车前悬架刚度 n mm 指汽车前悬架的簧上质量 kg 指汽车前悬架的偏频 hz 汽车空载刚度计算 950 102 2 424kg 1 15hz 代入计算得 4 3 14 3 14 424 22114 7n m 汽车满载刚度计算 1150 102 2 524kg 1 15hz 代入计算得 4 3 14 3 14 524 27330 4n m 4 4 2 4 按满载计算弹簧钢丝几何参数 4 10 所以得出 4 11 式中 i指弹簧的有效工作参数 取 5 本科毕业设计 论文 通过答辩 19 g指弹簧材料的剪切弹性模量 取 8 3 mpa 指弹簧中经 取 112mm 代入式 4 11 中 d 14 3mm弹簧直径d取 14mm 弹簧设计中 螺旋比 弹簧指数越小 其刚度越大 弹簧越大 弹 簧越硬 弹簧内外侧的应力相差越大 反之 弹簧越软 弹簧丝直径与螺旋的选 取范围如表 4 4 所示 表 4 4弹簧直径与螺旋比的选取关系 弹簧丝直 径 d mm 0 2 0 40 5 11 1 2 22 5 67 1618 0 螺旋比 c7 145 125 104 104 84 6 一般的选择范围是c 4 8 初选螺旋比为 8 弹簧总圈数与其工作圈数的关系为 2 1 25 0 75 7 弹簧的节距 t 一般按公式取 14 260 8 56mm 弹簧的自由高度 4 12 式中 指工作圈数 取 5 弹簧钢丝的工作间隙 为 42mm 指弹簧的总圈数 是 7 d指弹簧的直径 为 14mm 代入式 4 12 中 h 322mm 弹簧螺旋升角 9 04 4 4 3弹簧的校核 4 4 3 1弹簧的刚度校核计算 弹簧刚度的计算公式 4 13 式中 i指弹簧的有效工作参数 取 5 g指弹簧材料的剪切弹性模量 取 8 3 mpa 指弹簧中经 取 112mm 本科毕业设计 论文 通过答辩 20 d指弹簧直径 d 取 14mm 代入式中得 51 04n mm 符合要求 4 4 3 2弹簧表面的剪切应力校核 弹簧在压缩时其工作方式与扭杆类似 都是靠材料的剪切变形吸收能量 弹簧表 面切应力为 4 14 式中 c指弹簧的螺旋比 c d 指曲度系数 为考虑弹簧圈数曲率对强度的影响的系数 p指弹簧的轴向载荷 p 5727 815n 已知 112mm d 14mm 计算得到 c 112 14 8 4 4 8 0 615 8 1 184 代入式 4 14 中得出弹簧表面的减切应力 代入式中得出 705mpa 因为 所以弹簧满足要求 悬架弹簧的最终弹簧选定的参数如表 4 5 表 4 5综上所述最终弹簧选定的参数 弹簧高度 h弹簧圈数 n螺旋角c 内径外径 节距 t 322mm7 9 04 98mm126mm56mm 4 5 小结 本章主要对悬架的上 下横臂的相对长度 空间的相对位置和总体的布局 进行选择与计算 同时对对减震器弹簧参数进行设计技术和轻度校核 本科毕业设计 论文 通过答辩 21 第五章 减振器机构类型及主要参数的选择计算 5 1减振器 汽车在不平道路上行驶时 车身将产生振动 为此在大多数汽车的悬架系统 内都装有减振器 减振器是产生阻尼力的主要元件 其作用是迅速衰减汽车振动 改善汽车行驶平顺性 增强车轮与路面附着性能 减少汽车因惯性力引起的车身 倾角变化 提高汽车操纵性和稳定性 此外 减振器能够降低车身部分载荷 延 长汽车使用寿命 为了协调弹性元件与减振器工作 对减振器提出如下要求 1 当车桥 或车轮 与车架的相对速度过大时 减振器应当能自动加大 液流通道截面积 使阻尼力始终保持在一定限度之内 以避免承受过大的冲击载 荷 2 在悬架压缩行程 车桥与车架相互移近的行程 内 减振器阻尼力应 较小 以便充分利用弹性元件的弹性 以缓和冲击 3 在悬架伸张行程 车桥与车架相对远离的行程 内 减振器的阻尼力 应大 以求迅速减振 汽车上广泛采用双向作用筒式减振器 既在压缩和伸张两行程内均能起减振 作用的减振器称为双向作用式减振器 另有一种减振器仅在伸张行程内起作用 称为单向作用式减振器 双向作用筒式减振器双向作用筒式减振器 又称双筒式减振器 一般都具有 四个阀 即压缩阀 伸张阀 流通阀和补偿阀 2 同时减震器工作压力虽然仅 有 2 5 5mpa 但是其工作性能稳定在现代汽车广泛使用 双作用筒式夜里减震 器具有工作性能稳定 干燥阻力小 噪声低 总长度短等优点 在乘用车广泛使 用 在设计的应当满足的要求是 在使用期间保证汽车的行驶平顺性的性能稳定 有足够的使用性能 5 2相对阻尼系数 减震器卸荷阀打开前 其中的阻力 f 与减震器振动速度 之间的关系为 f 5 1 式中 为减震器阻尼系数 减震器的阻尼系数是指阀体开启前的阻尼系数 通常压缩行程的阻尼系数 与压缩行程的阻尼系数的阻尼系数一般不等 汽车悬架有 阻尼以后 簧上质量的振动是周期衰减振动 用相对阻尼系数的大小来评价振 动衰减的快慢程度 的表达式 5 2 本科毕业设计 论文 通过答辩 22 式中 c 指悬架系统的垂直刚度 指簧上质量 从中表明 相对阻尼系数 的物理意义是 减震器的阻尼作用在于不同刚度 c 和 不同的簧上质量的悬架系统匹配时 会产生不同的阻尼效果 值越大 振动 能衰减越快 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 压缩行程时的相对阻尼系数取得小些 伸张行程的相对阻尼系数取得大些 两者的关系是 设计时 选取与的平均值 对于无内 摩擦的弹性元件悬架 取 0 25 0 35 对于行驶路面较差的汽车 应取大一 些 一般取 0 3 为了避免悬架碰到车架 取 0 5 根据越野车的形式 要求 取 0 35 则有 2 0 35 计算得出 0 467 0 234 5 3减振器阻尼系数的确定 减震器的阻尼系数 因悬架系统的固有频率 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 根据如图的布置形式 则其阻尼系数 5 3 图 5 1双横臂横向布置示意图 本科毕业设计 论文 通过答辩 23 根据公式 可以得出 式中 n 1 15 hz 故得出7 22hz 式 5 3 中 524kg 所以 2 7 22 524 0 35 7730 5n 5 4 最大卸荷力 的确定 为了减少传到车身的冲击力 当减震器活塞振动速度达到一定的值时 减震器打 开卸荷阀 此时的活塞速度称为卸荷速度 nawavx cos 5 4 式中 为卸荷速度一般为 0 15 0 30m s a为车身振幅 取40mm 为悬架振动固有频率 7 22hz 代入式 5 4 中 0 04 7 22 0 6 0 9848 0 17m s 已知伸张行程的阻尼系数 在伸张行程的最大卸荷力 5 5 式中 2 2 7730 5 17007n 最大卸荷力 17007 0 17 2891n 5 5简式减振器工作缸直径 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 本科毕业设计 论文 通过答辩 24 1 4 2 0 p f d 5 6 式中 为工作缸最大充许压力 取 3 4mpa 指连杆与缸筒直径之比 双筒式减震器 0 40 0 50 带入式中计算 31 3mm 减震器的工作缸直径 d 有 20mm 30mm 40mm 45mm 50mm 65mm 等几种 选取时按照标准选取 按下表 5 1 选择 表 5 1双作用同减震器选取规格 工 作 刚 直 径 db 基长 l储 油 直 径吊环直径吊 环 直 径宽度 b 活塞行程 s 2011 120 44 47 2924230 240 250 260 270 280 3014 150 543932120 130 140 150 270 280 4017 180 70 75 4740120 130 140 150 160 170 180 50210906250120 130 140 150 160 170 180 190 查汽车筒式减振器的有关国标 jb1459 85 就可以就近选用一个标准尺寸 这里我们选用的工作缸直径 d 40mm 储油筒的确定 一般mmddc54 5 1 35 1 壁厚取 2mm 材料选用20号钢 活塞行程s取280mm 基长l取150mm 上述的计算结果如表所示 减振器的装配简图主要参数如表5 2所示 表5 2减震器尺寸 阻尼系数 最大允许 压力p 工作缸 直径 d 储油筒 直径dc 连杆与缸 筒直径之 比 壁厚 7730 5n 4mp40mm54mm0 42mm 鉴于减振器对污染 磨损等的敏感性 在绘制装配图时是根据减振器的 使用条件的要求注明了技术要求 可参考减振器的零件图 零件配合处的 粗糙度ra 值选为0 16um 5 6小结 本科毕业设计 论文 通过答辩 25 本章主要是对悬架的减震器进行设计和计算 确定减震器的尺寸大小和 相对阻尼大小的确定 第六章 cad 结论 汽车的悬架系统是汽车上一个重要的部分 与整车的操作性和稳定性有密切 关系 双横臂独立悬架因其簧下质量小 悬架占用的空间小 弹簧元件之承受垂 直力 所以可用刚度小的弹簧 使车身振动频率低 改善了汽车的平顺性 由于 有可能降低发动机的位置高度 使整车的质心高度下降 有改善了汽车的行驶稳 定性 左右轮各自独立运动互不影响 正确地选取机构的参数和形式可以大幅度 减少车身的倾斜和振动 同时再起伏的路面上获得良好的地面附着力 故成为目 前最广泛应用于轿车和轻型车的一种独立悬架 所以 对双横臂在越野车的应用 上设计十分有意义 本毕业设计根据某 2 0l 中高级越野车给定的设计要求 分别从设计 计 算 三维建模等方面着手 完成了悬架中关键零部件的设计计算和校核 导 向机构的分析 转向断开点的设计等工作 从而较系统地阐述了 2 0l 中高级 越野车双横臂前独立悬架的设计优化过程 这对生产实际具有一定的指导意 义 作为本科毕业设计 其设计目的重在对课本知识的巩固和运用 同时兼 顾实践和市场需求出发大胆创新设计 因此 文章从和书本知识结合较紧密 的计算开始 分别从零件的结构形式和受力分析两方面对悬架中关键零部件 进行了设计 并对它们的可行性进行了校核 然后 文章又不拘泥于课本知 识 再利用分析软件对悬架导向机构进行分析时 同利用 catia 软件对所用 零件进行三维建模 从运动学角度对悬架主要结构定位参数进行了分析 我的毕业设计过程中我遇到了很多以前没有接触过的问题 在查阅大量 网上资料的基础上 在老师同学帮助下一一得到解决 但限于篇幅和设计时 间 尚有很多值得深入研究和改进的地方 本科毕业设计 论文 通过答辩 26 致谢 四年大学弹指一挥间 随着毕业设计的完成 我们的大学生活接近了尾 声 虽然两个多月的时间忙碌而又紧张 但我感受到更多的是充实和快乐 在本次设计中 非常感谢我的导师张伟老师在繁忙的工作中抽出时间对 我的设计进行指导 张伟老师关心学生 和蔼可亲 治学严谨 对我们的毕 业设计给予的莫大帮助 在这里衷心的对他说一声谢谢 同时 也非常感谢汽车工程系的所有老师 在我不会的时候为我指点 四年间对我们的学习 生活 做人 做事给予最大的指导 这种如朋友如情 人的关怀都将成为我永恒的回忆 当然 也非常感谢我的同组同学及同班同学 在毕业设计期间 我们相 互学习 相互帮助 互相支持 共同进步 尤其在绘图软件使用上都是现学 现用 在这个共同进步的大集体 我们才能高质量的完成任务 最后 衷心的祝愿我的老师身体健康 事业顺利 祝愿同学们在工作越 战越勇 人生路上步步高 参考文献 1 小林明 汽车工程手册 北京 机械工业出版社 1984 本科毕业设计 论文 通过答辩 27 2 约森 赖姆帕尔 汽车底盘基础 北京 科学普及出版社 1992 3 陈立周 张英会 吴青一等 机械优化设计 m 上海 上海科学技术出版社 1982 4 陈家瑞 汽车构造 第三版 北京 人民交通出版社 1994 5 王望予 汽车设计 m 第 3 版 北京 机械工业出版社 2000 6 余志生 汽车理论 m 第 2 版 北京 机械工业出版社 1990 7 约森 赖姆佩尔 悬架元件及底盘力学 m 第 1 版 长春 吉林科学技术出版 社 1992 8 赵新红 双横臂悬架在车轮转向和跳动时的分析 d 硕士学位论文 长 沙 湖南 大学 1997 9 刘子键 现代 cad 设计基础 长沙 m 湖南大学出版社 1999 10 李红梅 邵伟平 空间机构运动学分析自然坐标法在悬架中的应用 j 沈 阳工业学院学报 j 2000 第 19 卷 第 1 期 21 26 11 蒋晓光 刘星荣 汽车独立悬架刚度计算方法质疑 j 北京汽车 1999 第 2 期 13 15 12 马建军 徐国兴 童永 一种双横臂悬架侧倾中心的计算和分析 j 合 肥工业 大学学报 1999 第 22 卷 第 4 期 132 136 13 陆波 双横臂系统运动分析 汽车技术 1994 第 6 期 23 27 14 王敏 周恒昌 微型汽车构造与维修 底盘及电器 第 1 版 北京 人民交 通出版社 1995 附录双横臂式悬挂系统横臂式悬挂系统 附录 1外文中文翻译 按横臂数量的多少又分为双横臂式和单横臂式悬挂系统 单横臂式具有结构 简单 侧倾中心高 有较强的抗侧倾能力的优点 但随着现代汽车速度的提高 侧倾中心过高会引起车轮跳动时轮距变化大 轮胎磨损加剧 而且在急转弯时左 右车轮垂直力转移过大 导致后轮外倾增大 减少了后轮侧偏刚度 从而产生高 速甩尾的严重工况 单横臂式独立悬挂系统多应用在后悬挂系统上 但由于不能 适应高速行驶的要求 目前应用不多 双横臂式独立悬挂系统按上下横臂是否等 长 又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种悬挂系统 等长双横臂式悬挂系 统在车轮上下跳动时 能保持主销倾角不变 但轮距变化大 与单横臂式相类似 造成轮胎磨损严重 现已很少用 对于不等长双横臂式悬挂系统 只要适当选择 优化上下横臂的长度 并通过合理的布置 就可以使轮距及前轮定位参数变化均 在可接受的限定范围内 保证汽车具有良好的行驶稳定性 目前不等长双横臂式 本科毕业设计 论文 通过答辩 28 悬挂系统已广泛应用在轿车的前后悬挂系统上 部分运动型轿车及赛车的后轮也 采用这一悬挂系统结构 双横臂式独立悬架 是一种车轮在汽车横向平面内摆动的独立悬架 这种 独立悬架被广泛应用在轿车前轮上 双横臂 顾名思义 两条臂横向布置 两臂 有做成 a 字形或 v 字形 v 形臂的上下 2 个 v 形摆臂以一定的距离 分别安装在 车轮上 另一端安装在车架上 双横臂式独立悬架一般多为不等臂双横臂式 上臂比下臂短 当汽车车轮 上下运动时 上臂比下臂运动弧度小 这将使轮胎上部轻微地内外移动 而底部 影响很小 这种结构有利于减少轮胎磨损 提高汽车行驶平顺性和方向稳定性 由于当双横臂式独立悬架悬架变形时 车轮平面将产生倾斜而改变两侧车轮与路 面接触点的距离 轮距 致使轮胎相对于地面侧向滑移 破坏轮胎和地面的附 着 附录附录 2 2外文文献外文文献 number by the number of arm is divided into wishbone and single wishbone suspension system single arm has a simple structure roll center height there is a strong anti roll capability advantages but with the increased speed of modern cars the roll center is too high will cause the wheel beats track changes tire wear increased and in sharp turns around the wheel vertical force when the transfer is too large resulting in rear wheel camber increases reducing the rear wheel cornering stiffness resulting in a serious condition high speed flick single wishbone independent suspension system multi application system in the rear suspension but can not meet the requirements of high speed the current application is small double wishbone independent suspension system is at the upper and lower arm of equal length is divided into equal length wishbone and the unequal length double wishbone suspension system o