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独立悬挂全地形四轮山地车底盘设计DESIGN OF FOUR ROUND MOUNTAIN CAR CHASSIS WITH INDEPENDENT SUSPENSION FULL TERRAIN 摘要在现在的车辆上，悬架是一个非常重要的总成，对于车架跟汽车来说是传力连接装置，它是用来对车轮跟车架中间的动力，还有力矩进行传送的，这样路面传送到车架上面的冲击载荷就没有那么大了，那么因为这个原因，承载系统的振动也就可以小一点了，确保车子行驶的时候非常平顺，这样车子在开的时候就能更加平稳。本次主要设计独立悬挂全地形四轮山地车底盘。主要设计内容有了解悬架的组成、特点，对悬架的分类及优劣特性进行分析；确定悬架的类型，确定前后悬架的参数及车轮的定位参数等；对减震器以及前后悬架弹簧进行设计与计算。对前后悬架稳定杆进行设计与计算等。利用AUTOCAD绘图软件完成机构装配图及主要部件图的设计与绘制，最后编写本设计说明书，通过本次设计在完成任务的同时，也为其设计和研究提供一定的理论依据。关键词 悬架；独立悬挂；全地形；四轮山地车；底盘IIAbstractSuspension is one of the most important components in modern automobiles. It is the general name of all the force connecting devices between the frame and the car. It is mainly composed of elastic elements, guide devices, shock absorbers, buffer blocks and lateral stabilizers. The main task is to transfer all the force and moment between the wheel and the frame, ease the impact load of the road to the frame, attenuate the vibration of the bearing system, ensure the ride comfort of the car, and make the car get high speed.The main design of the independent suspension all terrain four wheeled mountain car chassis. The main design content is to understand the composition and characteristics of suspension, analyze the classification and advantages and disadvantages of the suspension, determine the type of suspension, determine the parameters of the front and rear suspension and the positioning parameters of the wheel, and design and calculate the retarder and the front and rear suspension springs. The stabilizer bar of front and rear suspension is designed and calculated.The AUTOCAD drawing software is used to complete the design and drawing of the assembly drawing and the main component drawings. Finally, the design instructions are written. The design and research can also be provided by the design and research.Keywords suspension independent suspension all terrain four wheeled mountain car chassis目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 四轮全地形车的概述11.2 悬架的概述及各类型优缺点分析41.2.1悬架的概述41.2.2悬架分类及优劣分析42 总体方案及主要参数的设计与确定92.1 悬架类型的选择与确定92.2 悬架设计要求的分析92.3 车轮定位参数的设计与确定102.4 悬架参数的设计与确定102.4.1悬架静挠度102.4.2悬架动挠度112.4.3导向机构的设计112.4.4悬架尺寸的设计与计算142.5受力分析及强度校核172.5.1路面不平路况172.5.2加速制动的车况182.5.3转弯的车况193 减震器的设计与计算253.1 弹簧设计计算253.1.1前悬架弹簧设计253.1.2后悬架弹簧设计253.2 减震器设计及计算263.2.1前悬架减震器设计263.2.2后悬架减震器设计264 横向稳定杆设计284.1 横向稳定杆的概述284.2 横向稳定杆设计及计算284.2.1前悬架稳定杆设计284.2.2后悬架稳定杆设计285 悬架的运动与分析30结论31致谢32参考文献3381 绪论1.1 四轮全地形车的概述四轮全地形车有三种，沙滩车，农夫车，还有卡丁车。它的攀爬能力是很强的，不管什么形式的路面都可以行走自如，可以在沙滩上，草原上，沙漠上，雪地上行走，这种车辆行驶起来非常有乐趣，并且使用的地方非常多，可以说这种车子是全能的。不仅可以用来进行比赛，娱乐，还可以在石油行业，工地上，矿山上等很多地方使用。1、沙滩车用字母ATV来表示，我国叫它四轮全地形沙滩车。图1-1 沙滩车不管在什么路面上，沙滩车都可以行走，一般的车辆走不了的路面它都是可以走的。车辆非常简单，并且越野性能很不错，外表是没有遮挡的。真正来说用简单的中文名字是表达不了的，按照它的外表，可以解释成为全地形四轮越野车，这个名字念起来不顺口，所以，我们基本上都叫它沙滩车，这个是不准确的。沙滩是比较软的，ATV的轮胎是比较宽的，所以跟路面的接触面积是比较大的，这样摩擦力就很大，胎纹也是比较特别的，轮胎不会出现空转打滑的情况，可以在沙地上进行行走。这个车辆的品质不错，性能也很好，可以在很多环境比较恶劣的地方行走，可以对人或者是货物进行运输，这个车辆的性能是非常不错的。只不过我们平时的生活环境不需要用它，所以见得比较少。ATV前面的身子，三个轮子，并且轮胎的气压是比较低的。在1960年的时候在美国市场上销售，一开始只是用来做游戏的，后来慢慢发展为赛车，可以用来休闲等等。上世纪八十年代，很多生产厂家开始对这种车型的生产，在85年到87年的时候，美国市场开始销售的很好，并且之前的车子只有三个轮，后来成为四个轮。四轮车越来越多，从来没有生产过的四轮驱动车发展的也很快，不过实际上需求还是不小的，所以发展的很快，原来只是在欧美市场销售，现在在全球都很受欢迎。我们国家对于沙滩车上路行走是没有允许的，它也不是残疾车辆，这个车子是个四轮的车，没有办法像电动车那样随意的行走。在外国，好多国家都确定了沙滩车是一种特别的车，只能在规定的地方行驶，比方说赛场上，农场上，森林等，要是走到公路上是违反法律的。比方说在美国，很多玩车的人，都是将沙滩车放在皮卡车的后面带着，到了地方之后，再把它拿下来进行行驶。也有国家对于沙滩车有规定，是可以在公路上开的，比方说法国，不过这样的车子在上路之前是有一定的规则的，比方说要安装转向灯，后视镜，喇叭，满足需要的前照灯等等。有人在买了这种车辆之后，牌照上的是三轮车的，有的人只是将沙滩车当做是助力车。不过，地方不一样，实际状况也就是不一样的。沙滩车用英文ATV来表示，现在国内很多人都叫他沙滩车，经常在一些旅游景点可以看到它，比方说沙滩上，有人专门出租它，不过，这样的车辆在美洲地区，都是在农田，牧场上使用，在那是用的很多的一种交通车辆。因为人在环境中的需求才会有全地形车，在1960年的时候，北美地区的雪下的很大，这个时候人们就开始使用越野型的车辆，轮胎是三个，就跟摩托车差不多，这种车辆的灵活性是非常不错的，而且可以在任何地形上进行行走，慢慢的ATV的使用地方就越来越多，很多地方进行抢险的时候都会用到这种车辆，这种车子还可以用来进行比赛，在很多难走的路面上进行行走，它的车胎的压力是比较低的，驱动是四轮的，不管是装人还是装货都是可以的，就算是户外非常恶劣的地面上也是可以行走的，这种车辆的体型不大，越野性能是非常不错的，机动性很好，在有的时候，它的性能甚至比SUV还要好很多。2、农夫车用英文字母UTV来表示，可以在山上，沙滩，农场上行走，功能是非常多的，正常用的都是玻璃钢，控制面板上有多元化电气，还有播放机，功能是比较多的，它的结构还是比较合理的。发动机在固定的时候跟车架分下来，这样开车的时候感觉非常舒服。后桥都是整体的，将差速器还有档位都放在这，这样挂挡起来就比较容易，拐弯就算是很急也非常稳定。这种农夫车可以在沙滩上，山区这些地方进行工作。它有以下用途：（1）进行旅游，还有乡下别墅，户外公园，沙滩上等等都可以用这种车子，中国的沙滩车运动网上对这个车辆有专门的介绍，不光有图片，还有视频。（2）可以在农场上，林场上，牧场上用这种车子；（3）在进行交通救援，供电抢修，考古，对地质进行考察等都可以用这种车；（4）这个车辆可以在雪地上进行救援，或者是在雪场进行维护；（5）在部队进行反恐，救援，或者是有些突发事件出现的时候，都可以拿来用。 图1-2 农夫车3、卡丁车这个名字其实是从英文翻译过来的，意思是比较小的运动车辆。在1940年的时候，卡丁车运动在东欧就有了，在上世纪五十年代末在欧美开始发展的很快。它的构造是很简单的，车架一个，冲程发动机有两个，独立车轮有四个，这就是卡丁车。它驾驶起来非常简单，非常安全，还非常刺激，在世界上很多人都喜欢，可以这么说，赛车运动里面，它的普及面是最大的。在1962年，世界上成立了卡丁车联合会。 图1-3 卡丁车卡丁车这种车子是没有车厢的，车轮可以单独跟地面进行接触，并且接触时间很长，驱动是后面两个轮子，导向是前面两个轮子。在很多赛车类型里面，比较小的赛车就是卡丁车，外形看上去比较小，构造也比较简单，在赛车里面，它是入门级别的，在欧洲，大家给它取了一个名字叫迷你方程式。一开始的时候，卡丁车是用来让小朋友在一个不是很大的地方进行玩耍的，它的前身就是剪草机，它的发动机还有别的装置都是很简单的。现在卡丁车的性能一直在进行提升，安全性也变得更好，很多标准赛场现在都建设出来了，并且对于驾驶技术的要求不高，花费也不是很多的，很快成为全民都喜欢的一个项目，世界上很多地方都有卡丁车的比赛。从安全性来看，因为卡丁车的悬挂是很低的，操控起来非常容易，并且在赛车的运动里面，卡丁车安全性是很好的。在1940年的时候，国际上成立了汽车联合会，在1962年的时候，国际上成立了卡丁车联合会。在1995年的时候，我们国家加入了国际上的卡丁车联合会，为了在我们国家对卡丁车的运动进行推广，进行普及，培养一些卡丁车的专业人才。1.2 悬架的概述及各类型优缺点分析1.2.1悬架的概述对车轮跟车桥中间是有弹性联系的，要想对载荷进行传送，对冲击进行缓冲，让振动变小，对车子在开的时候所处地点进行调整的都是通过悬架来进行确保的。设计悬架的时候，要满足下面几点： 1、悬架设计的合理一些，弹性特征还有阻尼特征都要合理一些，这样振动就可以降低，那么车子在行驶时候平顺性就比较好；2、对导向装置进行合理设置，确保力跟力矩进行传送的时候非常可靠，那么对于车子操纵时候的稳定性是有好处的；3、导向装置的动作跟转向杆的动作是要非常协调的，防止动作的时候有碰撞，不然的转向轮就会有摆动；4、车辆在刹车或者是速度加快的时候，确保车子稳定，不能有太多的纵倾，拐弯的时候，倾斜角度不能太大；5、构造比较紧凑，占据的空间不大，特别是悬挂的地方，质量不能大；6、产品的质量不能大，并且强度也要大，使用时间要长；7、布置起来非常便利，设计车辆的时候，要留一些空间给发动机还有行李箱。1.2.2悬架分类及优劣分析按照两边的车轮垂直动作有没有关联进行划分，有非独立悬架的，还有独立悬架的。1、非独立悬架这种悬架左边轮子，还有右边轮子都是装在一个刚性轴上面的，也可以在开始驱动桥的桥壳上进行安装，图纸1-4里面展示的就是。图1-4 非独立悬架 图1-5 独立悬架悬架非独立型的，好处是构造不复杂，加工维护的时候非常便利，经济性也很不错，工作的时候可靠性高，用的时间比较长；车轮进行跳动的时候，轮距还有前束都是没有改变的，所以轮胎的损耗自然就没有那么大；不好的地方是占据的地方很大，簧下面的质量不小，在两边的车轮进行跳动的时候要是不一致的话，彼此会有影响，行走的时候稳定性就不好；要是行走路面不平顺，行驶按照直线进行，因为左边轮子跟右边的轮子跳动不一样，那么轴转向就会让直线行走的稳定性变差。非独立悬架基本上是用在质量比较大的商用车的上面。2、独立悬架跟非独立的悬架进行对比，它的好处有：(1)在一定的区间里面，左右车轮都是可以独立进行跳动的，彼此是没有影响的，让车身的倾斜，还有振动没有那么大；(2)非悬挂的质量不大；(3)在横向上占据的地方不大，方便发动机装上去，那么发动机装的地方就没有那么高，这样一来车子的质心就没有那么高，车子在行驶的时候稳定性就更好；(4)可以让驱动轮进行方向的转变。独立悬架的结构有很多种： 1、横臂式独立悬架说的车轮在车子横向范围里面进行摆动的独立悬架，按照横臂有多少个进行划分： (1) 单横臂式独立悬架图1-6 单横臂式独立悬架 图1-7 双横臂式独立悬架这种悬架的结构不复杂，侧倾中心是比较高的，对侧倾的抵抗能力是非常强的。在车轮进行跳动的时候，让主销里面的倾角，还有车轮外面的倾角改变不小，所以不能当做前悬架。现在车子的速度是很快的，侧倾中心是非常高的，那么车轮在跳动的时候，论据的改变是不小的，那么轮胎跟地面之间就会有一个侧向的滑移，轮胎的磨损就更厉害了，所以都是用在后悬架的上面，不过对于速度非常快的行驶是满足不了的，现在用的很少。(2) 双横臂式独立悬架一样长的悬架在车轮上进行上跳动，下跳动，维持主销倾角没有改变，不过论据的改变是很大的，让轮胎的损耗比较大，所以现在用的很少。悬架不等长的，在车轮上上跳动，下跳动的时候，只要合理的布局上横梁的长，下横梁的长，那么轮距，还有车轮定位数据的改变量就可以在一定的区间里面。这些轮距的改变不是很大，不会让车轮顺着路面向侧边滑动，轮胎就算是有弹性的改变，它也是可以补偿的。所以确保车子在行驶的时候非常稳定。悬架是双横臂的，正常都是用在车子前后的悬架上，还有一些比较轻的货车前悬架上，高档车辆后面的悬架上，用在越野车通过性要求比较高的前面的悬架，后面的悬架上。2、车轮沿主销移动的悬架（包括烛式悬架和麦克弗逊式独立悬架）(1) 悬架是烛式的这种悬架的特征就是车轮顺着车架上面的主销轴线进行上下移动。它的好处是，在悬架有形状的改变的时候，主销定位角是没有改变的，不过论据，轴距是有点改变的，所以对于车子转向控制的时候，非常稳定，并且行走起来非常稳定。不过不好的地方是，车子开的时候，主销套筒的主销上有侧向力进行作用，这样套筒跟主销中间的摩擦阻力是很大的，损耗也比较大，所以用的很少。图1-8 烛式悬架结构图 图1-9 麦克弗逊悬架结构图(2) 麦克弗逊式独立悬架这种悬架是铰接式滑柱跟下横臂组成，减震器还可以拿来当做是转向的主销，转向节围绕着它进行转动。构造不复杂，而且非常紧凑，基本上在横向上不占据地方，对于发动机的布局是有很大的好处的。在车的轮子跳动的时候，论据没有什么变化，前束没有什么变化，轮子外面的倾角也没有什么变化，这样轮胎的损耗也就比较小，这样一来车子行驶起来就非常稳定。不好的地方是：悬架在进行动作的时候，设计性是比不上双横臂悬架的，要用一些办法将震动，噪声都隔绝掉；减震器的活塞杆跟导向套中间都是有摩擦力的，那么悬架的动刚性就变得很大，弹性特征就不好；轮胎是没有那么平衡的，减震器跟车轮是紧紧靠在一起的，空间是没有多大，有的时候是不能用宽的胎的，所以有的时候悬架用双横臂还是比较好的。麦克弗逊悬架最合适的地方是用在一般小车的前面悬架上，最近这些年驱动前置的车子基本上都是用的这种。3、纵臂式独立悬架纵臂式独立悬架有下面的好处：构造不复杂，在垂直方向上，横向方向上占据的地方不大；纵臂的转动轴线跟地面是平行的，轮距还有车轮的前束还有外面的倾斜角，不会因为车轮的跳动出现改变。单纵臂式悬架在车轮向上跳向下跳的时候，主销后面的倾角改变是很大的，所以单纵臂式悬架没有在转向轮的上面。悬架是双纵臂式的，两个摆臂的长是一样的，这样结构就是一个平行四杆的，那么在车轮向上跳，向下跳的时候，主销的后倾角就没有变化。基本上都是在转向轮上面用双纵臂式悬架。纵臂式悬架，改变方向之后后轴外边的悬架载荷加大，里面的载荷变小，这样前面轮子后面轮子跟前轴的距离就改变了，就像轴转向是一样的，对于过度转向是加大了的，那么在对转向精度要求很高的赛车上是不能使用的。图1-10 单纵臂式悬架 图1-11 双纵臂式悬架4、车轮在汽车斜向平面内摆动的悬架这种悬架的摆臂跟车子的纵向轴之间是有一个角的，他们进行轴线的摆动，确定的交角合理，那么对于车子操作时候稳定性要求就可以满足了。它可以用来当做后悬架。图1-12 单斜臂式后悬架2 总体方案及主要参数的设计与确定2.1 悬架类型的选择与确定独立悬架的特征就是两边的车轮都单独跟车架进行连接，连接是弹性的，有下面几点的好处： 1、悬架弹性零件的形状改变在一定的区间里面，两边的车轮都可以独自动作的，彼此之间没有印象，就算是路面不平，车子行驶振动也没有那么大，转向轮的偏摆就没有了。2、让车子的非簧载重量变得更少，这样一来悬架承受的冲击载荷也就没有那么大，那么车子的平均速度就变高了，对于小车来说是很关键的。3、让车子的重心降低，让行驶的稳定性变得更好，并且车轮上下动作的空间就很大，所以设计悬架的刚度就没有那么大，那么车身的振动频率就没有那么高，车子行驶的时候非常平顺。不过独立悬架构造不简单，加工成本太高；保养起来不方便，正常来说，车轮跳动的时候，因为车轮外面的倾角跟轮距的改变都是很大的，轮胎的损耗也很厉害。总的来说，双横臂独立悬架的性能还是比别的结构好的。车轮的损耗是没有那么大的，可以对各种路面进行适应，轮胎接地的面积是不小的，贴紧地面的性能不错，抓地性能也很好。上面的横臂，还有下面的横臂都用叉臂，这样就形成三角形，是非常稳定的。横向的力通过两个叉臂来进行吸收，所以横向上刚性是很大的，对侧倾进行抵抗的性能是非常不错的。那么支柱减震器就不会受到横向上作用力，只会对车轮进行上下抖动，所以在弯道上它的方向稳定性是很好的。上面还有下面的叉臂是A字形的，可以对前轮的参数进行确定，设计比较灵活，合理确定空间，确定导向臂的长，那么悬架的运动特征是比较好的，这样一来就有了侧倾中心，纵倾中心也形成了。减震器用的是双向作用的，筒式的，用螺旋弹簧作为弹性零件，好处是不需要进行润滑，没有脏东西，纵向上空间不大，自身的质量不大，在很多独立悬架上进行使用。这种悬架的运动性是非常好的，所以在轿车上前面悬架，后面悬架用的都是不等长的双横臂螺旋弹簧独立悬架。2.2 悬架设计要求的分析1、检验员要很容易就看到悬架的全部的结合点，不管是直接看到，还是将覆盖东西移开就可以看到。2、跟地面之间的空档，有车手的时候，静态空档在25.4mm。3、车轮漏在外面，悬架还是可以看到的。4、轴距大约在1680mm。5、前面的轮距大概是1199mm，后面的轮距大概在1149mm。6、侧向的稳定性，不管是什么方向倾斜六十度就是1.7G，车轮没法翻滚。需要确定质心，轮距还有轴距都要符合要求。7、将进气零件，还有燃油控制系统零件都装在外框里面。8、偏频对人体的范围是可以满足的，阻尼很快降低，车身的刚度是很大的。9、每一个零件强度都很大，对于安全性的要求都可以满足。10、跟别的装置配合的比较协调，防止碰撞。紧固零件：紧固零件用的是锁紧装置，杆件头要可以进行调整，那么就用锁紧螺母对它进行固定，避免它松掉。2.3 车轮定位参数的设计与确定前轮定位数据可以确保转向轮自己进行回正，那么车子就可以顺着直线进行行走。主销后倾角：主销轴线跟地面的垂线，在车子纵向面里面的夹角，正常在=13。主销后面的倾角是比较大的，稳定力矩是很大的，转动方向的时候很重，因为车子没有转向助力，所以小一点，并且车子轮胎的气压要低一点，跟路面进行接触的点是要向后移动，所以确定=0。主销内倾角： 它在转变方向之后可以自己进行回正，让转动方向的时候轻便一些。在围绕着主轴车轮进行转动的时候，一定要垂直于主销轴线，那么车轮克服的重力高度就变高了，因为重力的作用，自己进行回正。主销偏置距C： 要是C变小了，那么就变大了，那么路面在前轮上面的阻力矩就变小了，转动方向就比较轻了。不过要小一点，不然，把车轮的滑转就变大了。，。确定=0，c=50mm。车轮外倾角：可以进行定位，防止偏损耗，将轮毂外面的轴承的载荷变小，将紧固螺母的载荷变小。=12。确保的时候可以通过转向节来进行。=0。前轮前束： 它可以让车子行走过程中，因为前轮倾斜而导致轮子越靠越近的趋势进行消除。只需要将横拉杆的长进行改变就能够确保了，前轮前束确定的是2.775mm。2.4 悬架参数的设计与确定2.4.1悬架静挠度对很多车子来说，它的悬挂质量分配系数=0.81.2，就大概认为是=1，以前就是前后桥上面车身集中的质量在进行垂直振动的时候，都是彼此独立的，偏频越是小，那么车子就更加平顺，车子的用途不一样，那么平顺性的要求也就是不不同的。车子对于平顺性要求是很高的，之后跟着就是客车，再有就是货车。因为前面每一种车子频率都是固有的，分别是：货车1.52.17Hz；旅行客车1.21.8Hz；高级轿车11.3Hz。确定n=1.0Hz。悬架的工作行程有静扰度，还有动挠度。已经知道n （2-1）那就可以知道悬架静扰度： （2-2） 得 2.4.2悬架动挠度悬架的动挠度说的是悬架从满载静平衡这个地方开始，一直压缩到形状最大的改变，车轮的中心对于车架在垂直方向上有位置移动，悬架的动挠度是很大的，避免在不好的路面上行走的时候，会对缓冲块进行碰撞。动挠度的大小按照不一样的车子，都是不一样的，轿车：79cm；大客车：58cm；货车：69cm。所以确定动挠度的大小是8cm也就是说：80mm。要想平顺性好一些，那么用的悬架是比较软的，这样偏频就变小了，不过悬架是软的，那么因为有载荷形状的改变也是很大的，如果是普通的小车，悬架工作行程的总数要比160mm还要小，=250+80=330mm160mm满足论文的需要。2.4.3导向机构的设计1、侧倾中心悬架的侧倾中心通过图纸2-1,2-2里面得来。把横臂里面，外面的转动点的连线进行延长，那么就有了极点P，这样也就知道P点的高。连接P跟N，那么车轮轴线上面的侧倾中心W就有了，在横臂都是平行的时候，P一直在非常非常远的地方，那么就可以将从N这个点过去的平行线进行平行，一样的侧倾中心也就有了。图2-1 双横臂式独立悬架侧倾中心悬架W的确定图2-2 横臂相互平行的双横臂式独立悬架侧倾中心W的确定论文里面双横臂的格局是彼此平行的。2、纵向平面内上、下横臂的布置方案在图纸2-3里面，布置的办法有六种，主销后倾角跟着车轮跳动的曲线进行改变。图纸里面横坐标是值，纵坐标就是车轮接地中心在进行垂直的时候，位移的数量Z。图纸里面标注出来角度，按照右手的定则把正负号确定下来。图2-3 1、2的匹配对的影响让车子刹车的时候更加稳定，更加舒适，那么主销后倾角的变化就是：悬架弹簧压缩了之后，倾角变大了；在拉伸弹簧之后，倾角就变小了，这样刹车的时候，主销后倾角就变大了，不过在控制臂支架上会有避免自动向前倾斜的力矩。1方案：压缩弹簧之后倾角就变大了，拉伸的时候就变小了；2方案：压缩弹簧之后倾角就变大了，拉伸的时候就变小了；3方案：主销之后倾角基本上没有改变，基本上都用在轿车：4方案：压缩弹簧之后倾角就变小了，拉伸的时候就变大了；5方案：压缩弹簧之后倾角就变小了，拉伸的时候就变大了；6方案：压缩弹簧之后倾角就变大了，拉伸的时候就变小了。1，2，3，6方案里面，跳动规律是不错的，现在用的很多。论文里面用的是第三种方案。3、纵向横向平面内上、下横臂的布置方案对图纸2-4a,b,c进行查看，上横梁的格局，下横梁的格局都是不一样的，那么倾斜中心所在地点也不一样，那么就可以按照侧倾中心所处的地点来对上横臂，还有下横臂在横向面里面的布局方案进行设计。a) b) c)图2-4上、下横臂在横向平面内的布置方案论文的设计按照图纸c来进行。4、确定上横臂的长，下横臂的长双横臂式悬架，上臂的长还有下臂的长会影响到车轮上下进行跳动时候前轮的定位数据，现在的车子悬架用的都是双横臂式的，正常上横臂设计的短一点，下横臂设计的长一点。为了让发动机布局的便利一些，还有为了让悬架的运动特性变得好一点。轮距变化 车轮外倾角 主销内倾角图2-5 上下横臂长度之比L1/L2改变时的悬架运动特性2-5图纸里面，下横梁的长保持原来的车值，将上横臂的长进行改变，下横臂的数值比上横臂的长就是0.4，0.6，0.8，1.0，1.2时，这样就有悬架的运动特性曲线了。对汽车悬架进行设计的时候，轮距的改变不能大，那么轮胎的损耗就没有那么大，使用时间自然就边长了，所以确定L1/L2在0.6的样子；要确保车子操纵时候稳定一些，那么前轮定位的角度不能太大，确定L2/L1靠近1.0。按照上面进行的分析，这个悬架L1/L2数值在0.61.0。2.4.4悬架尺寸的设计与计算设计悬架的上横臂，下横臂的时候，都跟地面平行，那么悬架的侧倾中心就是在地面上，那么操作起来更加稳定，设计，加工起来都比较方便。1、前悬架现在轿车的总方案已经知道了，前面的轮距是1200mm。设计车家族，前面的上杆架的宽是522mm，下杆架宽450mm。制动组设计的主销关节轴承安装孔，距离轮中心为80mm。还有悬架跟车架进行焊接的块长是35mm。2-6里面就是所处地点的关系：图2-6 前悬架正视示意图那么可以算出来悬架的垂直距离：L1=（1200-522-802-352）/2=224mmL2=(1200-450-802-352)/2=260mm 论文里面的杆外面的直径是16mm.里面的直径是12mm，管子的壁厚是2mm。杆件连接着M10薄螺母还有关节轴承。2-7图纸里面展示的是悬架上横臂的样子图2-7 前悬架上叉臂装配图在水平面上，M10关节轴承占据的长是20mm,M10薄螺母占据的长是4.85mm，套筒占据的长是17mm，伸出来的螺纹长是3.15mm，那么杆子的长就是： L=224-(20+3.15+4.85+17)2=134mm确定装在悬架上的横臂，他们焊接块之间垂直的距离就是178mm，并且两个叉臂的张角是五十度，那么134+45-178cot5030mm代表斜叉臂跟车架叉臂焊接的地方进行垂直。2-8图纸里面就是设计之前悬架下横臂的样子图2-8 前悬架下叉臂装配图在水平面上，M10关节轴承占据的大小是20mm，M10薄螺母占据的大小是4.85mm，套筒占据的大小是17mm，假设螺纹伸出来的部分长是3.15mm，那么跟垂直车架的杆子长度就是L=260-(20+3.15+4.85+17)2=170mm确定装在悬架上横臂的两个焊接块垂直的距离是220mm，并且两个叉臂的张角是五十度，那么170+45-220cot5030mm代表斜叉臂跟车架叉臂焊接的地方进行垂直。2、后悬架现在已经知道车子的总方案，后面的轮距是1150mm。设计车架组的时候，后面一头上杆架的宽是600mm，下杆架宽400mm。设计制动部分的时候，孔装在主销关节轴承，跟轮中心相距80mm，还有焊接悬架跟车架的块长就是35mm，他们所处地点的关系在图纸2-9里面展示：图2-9 后悬架正视示意图用上面的这些数值可以算出来上悬架的垂直距离：L1=（1150-600-802-352）/2=160mmL2=(1150-400-802-352)/2=260mm论文里面的杆子的外面的直径是16mm.里面的直径12mm，管子的壁厚是2mm。杆子零件连接M10薄螺母，M10关节轴承。因为已经定下来前悬架所处地点，前面轴跟后面轴距离1600mm，那么就可以将车架上安装后悬架的地点确定下来。2-10里面展示的是设计之前前悬架上横臂的样子，还有杆件在悬架上所处地点图2-10 后悬架上叉臂装配图水平方向上M10关节轴承占据的大小是20mm，M10薄螺母占据的大小是4.85mm，套筒占据的大小是17mm，假设在组装的时候螺纹伸出来的长是3.15mm，那么垂直车架的杆子长就可以算出来：L=160-(20+3.15+4.85+17)2=70mm选用横臂装在悬架上的，跟横臂的焊接块进行垂直，那么跟车架后面关节地方相距97mm，并且两个叉臂张开的角大小是70度，在垂直车架的叉臂上，斜叉臂进行焊接的地方基本上是跟左边杆子靠的比较近的地方12mm。图纸2-11里面设计之前前悬架上横臂的样子，还有在悬架上杆件在什么地方：图2-11 后悬架上叉臂装配图水平方向上M10关节轴承占据的大小是20mm，M10薄螺母占据的大小是4.85mm，套筒占据的大小是17mm，假设在组装的时候螺纹伸出来的长是3.15mm，那么垂直车架的杆子长就可以算出来：L=260-(20+3.15+4.85+17)2=170mm选用横臂装在悬架上的，跟横臂的焊接块进行垂直，那么跟车架后面关节地方相距97mm，并且两个叉臂张开的角大小是70度，在垂直车架的叉臂上，斜叉臂进行焊接的地方基本上是跟左边杆子靠的比较近的地方12mm。2.5受力分析及强度校核车辆静止悬架承受的是静态的车身重量，在刹车的时候，地面的制动力还有惯性力施加在前轮上面的载荷变得很大；后面悬架主要是对静态时候车身的重量，制动，还有加速度的时候制动力，还有后轮的载荷变大，还有，车子在拐弯的时候，因为离心力的作用，外边的悬架载荷也是变大了。静态的时候，按照重量来进行分配，可以将前轮，后轮的垂直方向的载荷算出来，这样就可以将前悬架，后悬架的静态受力算出来。速度变快，或者是刹车的时候，加速度或者是减速度是最大的时候，都是通过轮胎的附着系数来进行确定，按照轮胎的特征，就可以让车子的加速度，或者减速度的最大值算出来，之后可以知道前轮跟后轮在纵向上的载荷；因为加速度，那么载荷就会移动，对于车辆的重心的高要考虑进去，之后就可以知道前轮，后轮在垂直方向上载荷的改变。车辆拐弯，有离心力作用在质心上，拐弯的半径还有车子的速度就决定了离心力的大小，并且再加上车轮附着系数的限制，那么需要估算弯道跟车子的速度，这样一来加速度的数值就可以知道了，那么就可以知道横向方向上车轮的载荷；按照质心的高，可以把里面跟外面载荷的改变算出来。2.5.1路面不平路况车轮在路面上行驶，作用在车轮上垂直力是最大的，也就是说车子在不平的路面上进行行走，轮子跟路面有冲击。查看资料确定动载荷的系数是k=2.0，M车子的重量是348kg（包括驾驶者，还有汽油的重量），停下来的时候G1=G47%=3489.810.47=1604.52NG2=G53%=3489.810.53=1089.36N Z1=kG1=21604.52=3209.04N，Z2=kG1=21809.36=3618.72N 1、作用在前悬架上的力：图2-12 受力示意图=90，=72.86，=17.14，Z=1/2Z1=3209.04/2=1604.52N，F1=Z/sin72.86=1604.52/sin72.86=1679.09NF2=Ztan=1604.52tan17.14=494.84N2、作用在后悬架上的力：图2-13 受力示意图=101.48=61.48=17.04F1=Zsin/sin=1809.36sin101.48/sin71.89=2018.05NF2=Ztan=1809.36sin101.48/sin71.89=1323.66N 2.5.2加速制动的车况车辆加快速度或者是刹车的时候，因为惯性力就会产生纵向的动载荷图2-14 受力示意图刹车的时候，在前面的轴上面重量分配系数查看书本来确定Z1=m1G1=1.41604.52=2246.33N速度加快牵引力是最大的时候，后面轴上面分配重量的系数是m2=1.3Z2=m2G2=1.31809.36=2352.17N纵向力的最大值是：X1max=Z1，X2max=Z2，=1，X1=2246.33N，X2=2352.17N1、刹车的时候，作用在前悬架的力制动时，前悬架受力M=FXR=1123.165265=(FA+FB)AB/2FA-FB=FX，AB=200FA-FB=1123.165，FA+FB=2976.39FA=(1123.165+2976.39)/2=2049.78FB=(2976.39-1123.165)/2=926.612、刹车的时候，作用在后悬架的力FA=FB=F/2=X2/4=1176.09N2.5.3转弯的车况图2-15 受力示意图Ymax=Z*车子拐弯的时候肯定会刹车，拐弯结束了肯定会加速，Z1，Z2分别是2246.33，2352.17Z代表的是垂直的反作用在车轮上的力。代表侧滑的时候，车轮跟路面的附着系数，比赛场地跟车辆轮胎的附着性是很好的，确定是1。Ymax1=Z11=1911.7728N，Ymax2=Z21=2662.8264N前悬架：F*R=(FA+FB)AB/2，FA-FB=F=1123.165NFA-FB=1123.165*265/100=2976.39N，FA-FB=1123.165NFA=2094.78FB=926.61N 后悬架F=YMAS/2=1176.085N，(FA+FB)=FR/AB/2=1176.085265/2002=3116.625NFA-FB=1176.085NFA=2146.36，FB=970.27N 极限工况说的是垂直力还有纵向力一起进行作用2-16图纸里面展示前悬架受到的力： 图2-16 前悬架受力示意图1、作用在上叉臂的力a=219.76，b=58.15，a1=159.76力平衡：F2=FY1+FY2=494.84，FB=FX1+FX2=926.61力矩平衡：在2这个地方确定矩是： F2b+FBa-FY*2b=0FY1=494.8458.15+926.61219.76/2/58.15=1988.34NFY2=F2-FY1=494.84-1988.34=-1503.5N 令FX1=0，FX2=926.61，作用在铰接2这个地方的力：跟X轴形成的夹角是2=arctan（Fy2/Fx2）=58.35令则FX1=926.61，铰1处：F这个方向跟X轴之间的角，这个地方的受力是比较大的，只要对这个地方的螺栓强度进行校核，有压力作用在叉臂的前面，有拉力作用在后杆上，这个材料在承受压力的时候，强度是要高于承受拉力的，所以只需要对后杆来进行分析对F进行分解，一个是垂直方向，还有一个是沿着杆子的方向。 随便在杆子上选一个点E，从E到2这个地方相距X通过平衡条件有： ，X加大到那么M最大值就有了也就是B这个地方承受的力是最大的W抗弯截面系数 钢管： (2-3)如果D=20mm，d=17.5mm，作用在球绞1这个地方的力是2202.72N用的是螺栓：它的等级是8.8 抗拉强度：屈服强度：使用的材料是钢ML35，ML35Mn，ML20MnVB在的时候选用后面两个切应力的许用值是，确定5，查看机械资料P6-32确定放松螺母：用的是双螺母，关节轴承螺纹长是有一定限度的，用的是弹簧垫片，厚在2.6，只是在不重要的连接上用。用的是六角法兰螺母m=9.64-10，性能8-12级2、作用在下叉臂的力a=338.09，a=278.09，b=101.22，F1与F都是作用在yoz里面x轴：y轴：Z轴： 力矩平衡：轴线3，轴线4选取矩： 确定5这个地方的矩：N，NN ，在的时候，N，F4跟x，y，z轴形成的角度是。N，F3跟x，y，z轴形成的角度是所以作用在杆子前面的力打一下，只要这样分析就行了。分析的话在前叉上连接推杆的地方，这个地方就是危险截面。顺着杆子方向进行分解： 杆是平行的：N杆是垂直的：N ，所以强度满足要求。128MPa，m。选用的是M10螺栓，比它的直径还要小，所以说强度满足要求。2-17里面就是作用在后悬上面的力：图2-17 后悬架受力示意图垂直力还有侧向力在同一时间达到最大。作用在上叉臂的力： 作用在下叉臂的力是更大的，并且这个力是拉力，所以受到的力更加复杂，只需要对下叉臂来进行校核。=71.89，1=236.5mm分析了之后，受力最大的地方在7。， 叉臂前面一头有拉力作用，并且力很大，所以只需要对叉臂前面一头进行分析，将这个力分成两个方向，一个是垂直方向力F，一个是平行方向的力F， F跟F7Z组成F： 所在9这个地方作用的力：， 40mm，所以符合论文需要。HZ 3.1.2后悬架弹簧设计作用在弹簧上的力F=2825.45N，压缩量f=0.04m。确定材料那么应力的许用值可以确定下来。按照作用在弹簧上的载荷，确定用的是C级的碳素弹簧钢丝，弹簧的结构是两头都磨平的，那么 =0.42b；初步确定弹簧的直径是10mm，那么匹配的b=1320MPa，=0.42b=0.42X1320MPa=585MPa。初步确定旋绕比C=5。按照C可以算出来曲度系数K，mm40mm，符合要求。HZ 3.2 减震器设计及计算对人来说最舒服的振动频率在1.0-1.5Hz，人的敏感频率在4-8Hz，人体就会有共振出现，不过8-12.5Hz这个频率会影响到人的脊椎，之前算出来频率2.49Hz、3.11Hz，不在人的敏感范围里面，所以满足论文的需要。对于阻尼系数=0.250.35，确定0.35， 3.2.1前悬架减震器设计=61.78Kg，=2.49HZ=2=20.561.782.49=153.83，F0=153.830.3=46.15，=5.11mm P=34MPa，确定3MPa=0.300.35，确定0.35A=.3.2.2后悬架减震器设计=72.77Kg，=3.11HZ，=2=20.572.773.11=553.61，=553.610.3=166.08，=7.76mm P=34MPa，确定是3MPa=0.300.35，确定0.35A=.4 横向稳定杆设计4.1 横向稳定杆的概述车辆拐弯速度很快，要想让悬架侧倾角刚度变大，要装一个横向稳定器在悬架里面，这样操纵稳定性就比较好。车子在过弯时离心力会作用在车的滚动中心造成车身的侧倾，导致弯内轮和弯外轮的悬挂拉伸和压缩，造成横向稳定杆的杆身扭转，利用杆身被扭转产生的反弹力来抑制车身侧倾。4.2 横向稳定杆设计及计算如果车子上有0.6g侧向加速度进行作用。4.2.1前悬架稳定杆设计N，N，N，N。左边的悬架向上跳的高：F2跟叉臂之间的角度是72.79，NN，确定横向稳定杆的直径大小是，原材料用的是45CrNiMoVA，屈服应力s=13001400MPa，。4.2.2后悬架稳定杆设计，N，左边的悬架向上跳的高：F2跟叉臂之间的角度是为68.96，F跟叉臂之间的角度是39.82，弹簧力就是1537.37NN，确定横向稳定杆的直径大小是，原材料用45CrNiMoVA。5 悬架的运动与分析悬架模型用的是CAD来建立的，按照要求来对悬架的结构进行优化，这样设计是最合理的。图5-1前轮上下跳动图 图5-2前轮允许转角图查看运动图纸，前面轮子上下跳动40mm，车轮倾斜角变化0.59，必须要的13还要小；最大的叉臂角是9.75，比杆头关节轴承容许的摆动角度还要小；容许车轮转动角在59.46和60.03，比车轮转角的最大值30还要大；轮距的改变在一个车轮上是3.06mm，比轮胎可以容许的改变量还要小，所以前面悬架不会有碰撞，设计符合论文需要。图5-3后轮上下跳动图5-3图纸里面，后面轮子上下跳40mm的时候，车轮倾角变化在0.7，比要求的13还要小；叉臂摆动的角度最大在11.48，比杆一头的关节轴承可以容许的摆动角度还要小；轮距的改变在一个车轮上是3.58mm，比轮胎容许的改变量45mm还要小，所以设计的后悬架是符合论文需要的。结论本次设计的主要内容总结如下：1、了解悬架的组成、特点，对悬架的分类及优劣特性进行分析；2、确定悬架的类型，确定前后悬架的参数及车轮的定位参数等；3