基于虚拟样机技术的双横臂独立悬架系统毕业设计

哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）I摘 要本设计结合悬架设计知识，详细分析了悬架结构，对双横臂独立悬架进行了设计计算。在此基础上，应用虚拟样机技术，在 ADAMS/View 中对双横臂独立悬架进行合理简化并建模，并对模型进行了参数化，定制界面，即改变初始参数就能快速生成不同的悬架模型，提高了仿真分析以及优化设计的效率，使平台具有开放性。分析研究了所需优化的变量（前轮外倾角、车轮侧滑量）及其函数表达式。进行了悬架动力学仿真分析，研究悬架各性能参数在车轮跳动过程中的变化趋势，并指出需要改进的地方。分析每个设计变量的变化对样机性能的影响，提出优化设计的方案。再次进行仿真，对比分析了优化前后的仿真结果，并评价了优化方案。优化后悬架的性能明显提高，验证了优化方案的可行性，并完成虚拟设计及试验。最后运用 Pro/E 软件对双横臂独立悬架进行实体的建立。本设计研究的目的和意义为在试制前的阶段进行设计和试验仿真，并且提出改进意见，在产品制造出之前，就可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率。关键词：双横独立臂悬架；仿真；虚拟样机技术；ADAMS；Pro/ENGINEER哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）IIABSTRACTOn the basis of the Suspension design, this paper calculated a detailed requirements for double wishbone independent suspension structure, I simplified and built a model of double wishbone independent suspension system in ADAMS/View, made the model parameters, then the model was open, and prepared the necessary measuring function. I discussed the performance of the front wheel alignment parameters in a front wheel vehicle positioning. The model was a virtual front suspension test platform. This thesis analyzed the change trend of the suspension performance parameters in the process of flopping the wheel. The impacts of its changes in the trend of design variables are also analyzed, make an optimized design of the program, with the comparative analysis to verify the feasibility of the optimization program before and after the optimization, the suspensions key data was generated, the virtual design and test were finished. Finally I used Pro/E for double wishbone independent suspension a modeling.The purpose and significance of the article lies in establishing a vehicle double wishbone independent suspension of the virtual design platform for virtual simulation test, pioneering a more scientific approach for the design and development of double wishbone independent suspension, combining the automobile design theory, resolving problems in the field of kinematics and dynamics, improving the quality of design. This research will also contribute to enhance the ability to independently develop products for Chinas auto mobile industry.Keywords : Double Wishbone Independent Suspension System; Simulation; Virtual Prototyping Technology; ADAMS; Pro/ENGINNER哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）III目 录摘 要 .IAbstract .II第 1 章 绪 论 .11.1 选题的意义 .11.2 国内外研究现状 .11.3 研究内容和方法 .21.4 预期结果 .2第 2 章 独立双横臂悬架结构分析 .32.1 悬架的组成与分类 .32.1.1 悬架分类 .32.1.2 悬架组成 .42.2 独立双横臂悬架 .42.3 本章小结 .7第 3 章 独立双横臂悬架设计 .83.1 设计主要依据参数 .83.1.1 影响平顺性参数 .83.1.2 阻尼特性 .93.1.3 簧载质量与非簧载质量 .103.2 螺旋弹簧设计 .113.3 减振器设计 .143.4 导向机构的设计 .163.4.1 导向机构设计要求 .163.4.2 导向机构的布置参数设计 .163.4.3 双横臂独立悬架导向机构的设计 .183.5 横向稳定杆设计 .203.5.1 稳定杆接头形式选择 .20哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）IV3.5.2 稳定杆直径计算 .213.5.3 稳定杆校核 .223.6 叉形件的设计 .233.7 轮胎尺寸 .243.8 半轴初步计算 .243.9 本章小结 .24第 4 章 基于 ADAMS/View 的悬架优化分析 .254.1 仿真软件 ADAMS 的介绍 .254.1.1 ADAMS 的简介 .254.1.2 ADAMS 软件的优点 .264.2 悬架建模关键点的确定 .274.3 在 ADAMS/View 中创建悬架模型 .294.3.1 建模 .294.3.2 定制界面 .324.4 测试悬架模型 .344.5 悬架参数化 .424.5.1 创建设计变量 .424.5.2 设计点参数化 .434.5.3 实体参数化 .464.6 设计参数的研究分析 .474.6.1 参数化分析方法 .474.6.2 设计研究 .484.6.3 优化方案 .514.6.4 优化结果 .514.6.5 优化结果的评价 .534.7 本章小结 .53第 5 章 悬架实体建模 .545.1 悬架各零件的建模 .545.1.1 螺旋弹簧的建模 .545.1.2 轮胎的绘制 .555.1.3 减振器的创建 .59哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）V5.1.4 上横臂的创建 .595.1.5 下横臂的创建 .595.1.6 制动盘的创建 .605.1.7 转向节的创建 .605.1.8 叉形件的创建 .605.2 悬架的装配 .605.3 本章小结 .62结 论 .63参考文献 .64致 谢 .65附 录 .66哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）1第 1 章 绪 论1.1 选题的意义本课题研究的目的就在于运用 CAD/CAE 技术对车辆双横臂独立式悬架进行虚拟设计，在试制前的阶段进行设计和试验仿真，并且提出优化设计的意见，获得分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系。获得相关数据，在产品制造出之前，就可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率，为生产实际提供理论支持。悬架是车辆重要的组成部分。其主要任务是传递车轮与车架之间的力和力矩，并缓和冲击、衰减振动。对改善车辆的行驶平顺性、减轻车辆自重以及减少对公路的破坏具有重要息义。在传统悬架系统设计、试验、试制过程中必须边试验边改进，从设计到试制、试验、定型，产品开发成本较高，周期长。运用虚拟样机技术，结合虚拟设计和虚拟试验，可以大大简化悬架系统设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，提高产品质量和产品的系统性能，获得最优设计产品。1.2 国内外研究现状虚拟样机技术源于对多系统动力学的研究。虚拟样机技术的核心是机械运动学，动力学和控制理论。近些年由于三位计算机图形技术和基于图形的用户界面技术的应用，虚拟样机技术已经在工程中得到了广泛的应用。虚拟样机技术的优点是，可以把设计好的零部件和机构导入到相关的软件中加上实际情况的各种约束条件和激励实现真实情况的模仿和各参数的优化设计从而做到既降低成本又节省时间。随着悬架系统设计的发展，逐渐由被动悬架到半主动悬架再到主动悬架的发展，双横臂独立悬架已经得到了普遍的使用。双横臂独立悬挂拥有上下两个横臂，横向力由两个横臂同时吸收，支柱只承载车身重量，因此横向刚度大。双横臂独立悬挂的上下两个横臂可以精确的定位前轮的各种参数，前轮转弯时，上下两个横臂能同时吸收轮胎所受的横向力，加上两横臂的横向刚度较大，所以转弯的侧倾较小。 双横臂独立悬挂通常采用上下不等长横臂（上短下长） ，让车轮在上下运动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化减小轮胎磨损，并且能自适应路面，轮胎接地面积大，贴地性好所以得到了广泛应用。综合上述两个方面用虚拟技术来设计研究悬架的优点非常多，因此的到了广泛的应用 4。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）21.3 研究内容和方法分析双横臂独立式悬架的结构和悬架设计要求，在悬架设计中，根据整车的布置要求以及经验数据，确定悬架的整体空间数据和性能参数，在 ADAMS 软件平台上建立双横臂独立悬架的简化物理模型，进行动力学仿真分析，通过分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系获得相关数据，优化相关参数，建立虚拟双横臂独立选件模型，并运用 Pro/E 建立悬架三维物理模型。其具体路线如框图 1.1 所示。不合格 合格图 1.1 设计路线图1.4 预期结果设计完成后应提交的文件和图表。（1）设计说明书一份，包括设计计算部分内容；（2）建立双横臂独立悬架的 Pro/E 物理模型；（3）虚拟软件 ADAMS/View 仿真分析。Pro/E 建模调研，资料收集悬架结构形式选择 各零件尺寸的计算ADAMS 建模、优化设计完成哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）3第 2 章 独立双横臂悬架结构分析2.1 悬架的组成与分类汽车悬架是汽车重要的组成部分，它是连接车轮与车架的弹性传力装置，不仅承受作用在车轮和车体之间的力，还可以吸收与缓冲汽车在不平的路面上行驶时，所产生的振动和冲击，从而提高乘坐的舒适性，延长机件的寿命。悬架主要由弹性元件，导向装置与减振器等元件组成。2.1.1 悬架分类1、非独立式悬架两侧车轮安装于一根整体式车桥上，车桥通过悬挂与车架相连。这种悬挂结构简单，传力可靠，但是两轮受冲击震动时互相影响。当汽车行驶在左右倾斜的凸凹面上时，非独立悬架车辆的车体发生明显的倾斜，而且由于非悬挂质量较重，悬架的缓冲性能较差，行驶时汽车振动、冲击较大，该悬挂一般多用于载重汽车、普通客车和一些其他车辆上。2、独立式悬架汽车的每个车轮单独通过一套悬挂安装于车身或者车桥上，车桥采用断开式，中间一段固定于车架或车身上；此种悬挂两边车轮受冲击时互不影响，而且由于非悬挂质量较轻，缓冲与减震能力很强，乘坐舒适，各项指标都优于非独立式悬挂，但该悬挂结构复杂，而且还会使驱动桥、转向系统变得复杂起来。采用此种悬挂的轿车、客车以及载人车辆，可明显提高乘坐的舒适性，并且在高速行驶时提高汽车的行驶稳定性。而越野车辆、军用车辆和矿山车辆，在坏路或无路的情况下，可保证全部车轮与地面的接触，提高汽车的行驶稳定性和附着性，发挥汽车的行驶速度。与非独立悬架相比，独立悬架具有如下优点：（1）非悬架质量小，悬架所受到并传给车身的冲击载荷小，有利于提高汽车的行驶平顺性及轮胎的接地性能；（2）左右车轮的跳动没有直接的相互影响，可以减少车身的倾斜和振动；（3）占用横向空间小，便于发动机的布置，可以降低发动机的安装位置，从而降低汽车的质心位置，有利于提高汽车的行驶稳定性；（4）易于实现驱动轮的转向 4。独立悬架的结构分有横臂式（图 2.1a） 、纵臂式（图 2.1b） 、烛式（图 2.1c） 、麦弗逊式（图 2.1d）等多种，其中横臂式又可分为单横臂式和双横臂式 4。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）4(a)(b)(c)(d)图 2.1 悬架类型图2.1.2 悬架组成现代汽车的悬架尽管各有不同的结构型式，但一般都是由弹性元件、减振器和导向机构三部分组成。导向机构在轻型汽车中，也是连接车架（或车身）与车桥（或车轮）的结构，除了传递作用力外，还能够使车架（或车身）随车轮按照一定的轨迹运动。这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。轿车上来讲，弹性元件多采用螺旋弹簧，它只承受垂直载荷，缓和不平路面对车体的冲击，具有占用空间小，质量小，无需润滑的优点，但是没有减振作用。减振器在车架（或车身）与车桥（或车轮）之间作弹性联系，起到承受冲击的作用。采用减振器是为了吸收振动，使汽车车身振动迅速衰弱（振幅迅速减小） ，使车身达到稳定状态。减振器指液力减振器，是为了加速衰减车身的振动，它是悬架机构中最精密和复杂的机械件。传力装置是指车架的上下摆臂等叉形刚架、转向节等元件，用来传递纵向力，侧向力及力矩，并保证车轮相对于车架（或车身）有确定的相对运动规律。2.2 独立双横臂悬架双横臂式独立悬架根据上下横臂的长度相等于不相等又可分为等长双横臂式和不等长双横臂式。等长双横臂式悬架在其车轮作上、下跳动时，可以保持主销倾角不变，但轮距却有较大的变化，会使轮胎磨损严重，故已很少使用，多为不等长双横臂式悬架所取代。不等长双横臂悬架在其车轮上、下跳动时，只要适当地选择上、下横臂的长度并合理布置，即可使车轮定位参数的变化量限定在允许的范围内。这种不大的轮距改变，不应引起车轮沿路面的侧滑，而为轮胎的弹性变形所补偿。因此不等长双横哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）5臂式独立悬架能保证汽车有良好的行驶稳定行，已为中、高级轿车的前悬架所广泛采用。当上下横臂长度之比为 时车轮平面倾角应不大于 。图 2.2 为不等65.0o65长双横臂前独立悬架的两种典型结构图 4。1，6- 下摆臂及上摆臂；2,5- 球头销；3-半轴等速万向节；4-立柱；7，8-缓冲块（a）无主销前转向驱动桥的双横臂悬架1，2- 上、下摆臂；3- 立柱；4-球头销；5-扭杆弹簧；6- 横向稳定杆；7-扭杆扭转装置（b）无主销不等长双横臂前独立悬架图 2.2 悬架图哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）6双横臂悬架的突出优点在于设计的灵活性，可以通过合理的选择空间导向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。为了隔离振动和噪声并补偿空间导向机构由于上、下横臂摆动轴线相交带来的运动干涉，在个铰接点处一般采用橡胶支承。显然，各点处受力越小，则橡胶支承的变形越小，车轮的导向和定位也就越精确。分析表明，为了减小铰接点处的作用力，应尽量增大上、下横臂间的垂直距离。当然，上下横臂各铰接点位置的确定还要综合考虑布置是否方便以及悬架的运动特性是否合适。双横臂悬架可以采用螺旋弹簧、空气弹簧、扭杆弹簧或钢板弹簧作为弹性元件，最为常见的为螺旋弹簧。双横臂悬架一般用作轿车的前、后悬架，轻型载货汽车的请悬架或要求通过性的越野汽车的前、后悬架上图为双横臂悬架用于非驱动桥前悬架的结构图。当双横臂悬架用于前驱动桥的悬架时，必须在结构给摆动半轴留出位置。一种办法时将弹簧置于上控制臂上方如图 2.3，这样做的缺点在于减少了上、下横臂之间的垂直距离和弹簧的行程，并且振动直接传给车身前端。另一种做法时采用专门的叉形构件为摆动半轴留出空间。如图 2.4 所示 4。图 2.3 将减振器至于上控制臂上悬架图图 2.4 带叉形件的悬架安装图哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）7结合上面所述，本次设计初步选择运用于前驱动桥上独立双横悬架，其结构形式选择采用专门的叉形构件为半轴留出空间。2.3 本章小结本章对悬架的基本分类做了一个简单阐述，对独立双横臂悬架的优点进行了阐述，对独立双横臂悬架的总体布置形式做了初步的说明，给出了驱动桥和非驱动桥双横臂悬架的几种典型的布置形式，并初步选择完了悬架的类型及导向机构的形式。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）8第 3 章 独立双横臂悬架设计3.1 设计主要依据参数本次设计主要是根据 07 款马自达 6 2.0 6 速手动型的前悬架来设计的，其具体参数如表 3.1。表 3.1 07 款马自达 6 2.0 6 速手动型整体尺寸数据表车身长/宽/高 4670 /1780 /1435mm轴距 2675前轮距 1540后轮距 1540整车整备质量 1386最小离地间隙 150m轮胎规格 205/55 16R悬架系统 前：双横臂独立悬架带横向稳定杆 后：E 型多连杆带横向稳定杆最大总质量 1666kg3.1.1 影响平顺性参数取悬架质量分配系数 =1。 汽车的前后偏频的计算公式如下： 1112ssGgcmcn 2221ssGgcmcn（3.1）其中 g 为重力加速度其值取 g=9.8 , 、 为前后悬架刚度， 、为前后悬架的簧1sc2载质量 4。对于一般采用钢制弹簧的轿车 约为 、 为 ，1nzH3.2nzH5.1721n0.850.95。粗取 ， 。zHn3.1z45.2哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）9在 0.850.95 范围内符合要求。897.045.132n1、静挠度计算scgmf（3.2）222111ssssGgcmcn221176.5.ccfnf2221176.5.nffcc（3.3） fc184722、动挠度计算悬架的动挠度是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形，一般对于乘用车 取 7090 、客车 5080 、货车 6090 。dfmmm由于所选的是马自达 6 属于乘用车系列,所以取 =70 。df对于乘用车 与 之和应不小于 160 。cfd（3.4）mf 160270141 （3.5）dc 82所以满足要求。3.1.2 阻尼特性当汽车悬架仅有弹性元件而无减振器时，汽车悬架质量的振动将会延续很长时间，所以悬架中一定要有减振器的阻尼力。对于选定的悬架刚度，只有恰当地选择阻尼力才能充分发挥悬架的缓冲减振作用，因此阻尼力的选定很关键 3。阻尼力（3.6）iKF式中 为阻尼力， 为减振器阻尼系数， 为减振器活塞相对缸筒的运动速度，FK哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）10常数、通常在卸荷阀打开 =1。i i对于一个带有线性阻尼的减振器可用相对阻尼比 来评价。 式中为smck2弹簧刚度， 为悬架部分的质量。取 =0.4， =0.3。sm123.1.3 簧载质量与非簧载质量我所参考的时 07 款马自达 6 2.0 6 速手动型轿车，该车整车整备质量为1386 ，因此最大总质量为 M=1386+ =1666 。kg704kg根据刘惟信版汽车设计（表 3.2）可知簧载质量占总质量的 82%，非簧载质量占18% 4。因此簧载质量 =166682%=1366。sm由于前后悬架质量非配系数 =1 得 = =683 。1sm2kg非簧载质量 =166618%=300 得到单个车轮的非簧载质量为 300/4=75 。非 kg kg由刘惟信版汽车设计可知对于车用车单个车轮处的非簧载质量应在 50-90 间，由此可知上述数据满足要求 4。表 3.2 簧载质量与非簧载质量比例关系悬架类型 usumususmsu双横臂，螺旋弹簧，中央制动器13% 87% 6.7 14.9%DE Dion 桥，螺旋弹簧，中央制动器15% 85% 5.7 17.6%双横臂，螺旋弹簧18% 82% 4.6 22%纵臂，螺旋弹簧 18% 82% 4.6 22%DE Dion 桥，螺旋弹簧20% 80% 4.0 25%整体刚性桥，导 22% 78% 3.5 28.2%哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）11向杆系，螺旋弹簧整体刚性桥，钢板弹簧26% 74% 2.8 35.1%3.2 螺旋弹簧设计1、螺旋弹簧类型的选择螺旋弹簧形式选择为两端碾细并并紧如图 3.1（b）图所示，弹簧的材料为有淬火回火硅锰合金弹簧钢丝 4。其试验载荷 ， ， 。502FMpap740pa1569图 3.1 弹簧两端结构图2、弹簧刚度计算（3.7）56.483.12221 211 sssmncmn因此螺旋弹簧的刚度 为 45.56 。1s N/3、设计 、ipmiH和 力 ，为 设 计 载 荷 时 弹 簧 的 受i 度 ，为 设 计 载 荷 时 弹 簧 的 高i 为 悬 架 高 度 。mH（3.8）Mpagpsi 7.3468.9261初步选择 ， 。mHi17004、初选弹簧中径 及钢丝直径Dd初选中径 ， 。m123.80C176.5.041CK哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）12，取 （3.9）01.3740523.816.6.1pKCFd md35、确定 ，1f2。mc47f26、计算弹簧有效圈数 和完全并紧高isH， 由于弹簧有效圈数有标8.456.1083.843434 msms DCGdiidfpC准， ，所以总圈数 。5.i 72.n mHtHss 943130. 表 3.3 弹簧总圈数计算表总圈数 n 完全并紧时的高度两端碾细 +2i tnd210.两端切断 +1.33一端碾细一端切断 +1.50i 5.两端内弯 +1.67 tdn01一端碾细一端内弯 +1.75i .一端切断 +1.427、计算 、 、 和 sp12mp为弹簧完全并紧时的载荷， 为工作压缩极限位置时的载荷， ， 为台架s 1p2试验伸张、压缩极限位置对应的载荷。MaHCpisis 74.15689706.45.3（3.10） pfsi 11 （3.11） afCpsi 9.650.4.322 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）13（3.12） MpaHCpmisim 9.65310756.4.3（3.13）8、计算剪切应力 ax 321， 69.710dDCm 192.65.041 CK（3.14）（3.15）MpadKp 78.62134.52697821（3.16）C.9.222 （3.17）padKp 05.2134.74.569678223MC8.9.22maxax 9、校核 ax，pa74.96maxpa1569.83.0M5.74max（3.18）所以强度符合要求。10、寿命计算13.08.ecKn（3.19）396.078.462.915648.7048.17021 eK哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）14（3.20） 27.1936.08.cn（3.21）11、弹簧自由高 和最小工作高度0HnH取mCpsii 456.23.45710 。2450disn .18.09（3.22）12、稳定性校核当弹簧的自由高与中径之比小于 2.5 时弹簧就稳定，否则弹簧就不稳定 15。（3.23）5.24.1025mDH所以弹簧稳定。3.3 减振器设计由于双筒充气液力减振器具有工作稳定、干摩擦阻力小、噪声低、总长度短等优点，因此在乘用车上得到了越来越多的应用。所以选择的减振器形式为双筒充气式液力减振器。1、相对阻尼系数 式中 为阻力， 为减振器阻尼系数。F图 3.2 减振器的阻力-位移特性与阻力-速度特性（式中 c 为悬架刚度， 为簧载质量） scm2sm哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）15（3.24）由式 3.24 可知减振器的阻尼力作用在不同刚度 c 和簧载质量式会产生不同的阻尼效果， 值大，振动能衰减的快，同时也会将较大的路面冲击传到车身。 值小 则相反，振动衰减的比较慢，但是传到车身的冲击也较小。因此通常取减振器的压缩行程的 值取小些，伸张行程时的 取的大些。并保持 =（0.250.50） 的关系，Y sYs设计时取 与 的平均值 ， 的范围时 0.35。s 25.0初取 =0.30。2、减振器阻尼系数的确定scm2（3.25）smc 7.149365.4022s当减振器如 3.33图安装时， 。3.na图 3.3 减振器安装简图（3.26）3.16.01365.43.022anms3、最大卸荷力 的确定0F为减小传到车身上的冲击力，当减振器活塞振动速度达到一定值时，减振器打开卸荷阀，此时活塞的速度为卸荷速度。（ 一般为 ，A 为车身振幅，取 ， 为悬架固有频率Axx15.03. 40） smC哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）16smx /23.01365.40（3.27）NFx （3.28）4、减振器尺寸的确定由于减振器有尺寸系列所以只要算出工作缸直径就可以按照标准选择。( 为工作缸最大允用压力一般取 34 ， 径与缸筒直径之比，双筒式p Mpa一般取 0.40.5。取 )p5.,.0 mD68（3.29）取 。m20贮油筒直径 取 壁厚为 ,材料为c 30275.13Dc30m220 钢。工作缸行程 ，有效行程 ，l90ms1减振器总长 。L3213.4 导向机构的设计3.4.1 导向机构设计要求对前轮独立悬架导向机构的要求是：（1）悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过 ，轮距变化大会引起轮胎m4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，车轮不应产生纵向加速度；（3）汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小。在 0.4g 侧向加速度作用下，车身侧倾角 ，并使车轮与车身的倾斜同向，以增强不足转向效应；76（4）制动时，应使车身有抗前俯作用；加速时，有抗后仰作用。对后轮独立悬架导向机构的要求是：（1）悬架上载荷变化时，轮距无明显的变化；哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）17（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 3。我设计的是前轮独立悬架，因此应按照前轮独立悬架导向机构的设计要求来设计。3.4.2 导向机构的布置参数设计1、侧倾中心双横臂式独立悬架侧倾中心，可由下图所示方式得出。将上、下横臂内外转动点的连线延长，以便得到极点 ，并同时获得 点的高度。将 点与车轮接地点 连pppN接，即可在汽车轴线上获得侧倾中心 。当横臂平行时 点位于无穷远处。作出与其平行的通过 点的平行线，同样可以获得侧倾中心 。N双横臂式独立悬架的侧倾中心高 为h图 3.4 双横臂式独立悬架侧倾中心的确定tancos21dkhBhp（3.30）式中 为主销内倾角，一般取 初步取sin90ck dkhpsin 158，取 ， 为下横臂外传动点到地平面之间的距离，由于马自达 6 的最小8d离地间隙为 150 ，所以取 =220 , 为主销的长度，初步取 , 为主销延mmc30cA长线与地平面的交点到车轮中心平面与地平面交点之间的距离， 的取值范围为a，取 =50 。所以悬架的侧倾中心高 为604ah34.201sin8350)10sin(8935k哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）18（3.31）20sin5.13sindkhp（3.32） mdkBhp 8.50tan20cos34.2150tancos21 （3.33）一般对与乘用车前轮悬架的侧倾中心高为 ，后轮悬架为 所m1以以上所选的数据合理 16。2、侧倾轴线在独立悬架中，汽车前部与后部侧倾中心的连线称为侧倾轴线，侧倾轴线应大致与地面平行，且尽可能离地面高些。平行是为了使得在曲线行驶时前、后轴线上的载荷变化接近相等，从而保证中型转向；而尽可能高是为了使车身的侧倾限制在允许范围内。然而，前悬架的侧倾中心高度受到允许轮距变化限制，并且几乎不可能超过。此外，在前轮驱动的汽车中，由于前桥载荷大，且为驱动桥，故应尽可能 m150使前轮载荷变化小。因此，在独立悬架中，侧倾中心高度为：前悬架 120后悬架 。 583.4.3 双横臂独立悬架导向机构的设计1、横向平面内上、下横臂的布置方案由于上、下横臂在横向平面内的布置方案不同，所得到的侧倾中心位置也不同，因此我选择 3.5 图式的上、下横臂布置方案。2、水平面内上、下横臂的布置方案上、下横臂轴线在水平面内的布置方案有三种 14，如图 3.6 所示。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）19图 3.5 上、下横臂横向布置方案（a） （b) （c)图 3.6 水平面内上、下横臂轴布置方案下横臂轴和上横臂轴与纵轴线的夹角，分别用 表示，称为导向机构上、21和下横臂轴的水平斜置角。一般规定，轴线前端远离汽车纵轴线的夹角为正，反之为负；与汽车纵轴平行者，夹角为零。为了使车轮在遇到凸起路障时能够使车轮一面上跳，一面向后退让，以减少传到车身上的冲击，还未了便于布置发动机，大多数前置发动机汽车悬架下横臂轴的斜置角为正值，而上横臂轴的斜置角有正值、零值和负值三种布置方案。上、下横臂轴斜置角不同的组合方案，对车轮跳动时前轮定位参数的变化规律有很大的影响。如车轮上跳，下横臂轴斜置角为正，上横臂轴斜置角为负值或零值时，主销后倾角随车轮的上跳而增大。如组合方案为上、下横臂都为正值时，则主销后倾角随车轮的上跳有较小增加甚至减小。根据所选车型的具体情况，选择下横臂轴的斜置角为正值，上横臂轴的斜置角为零值。且 。15023、上、下横臂长度的确定双横臂式悬架上、下横臂的长度对车轮上、下跳动时的定位参数影响很大。现代乘用车所用的双横臂式前悬架，一般设计成上横臂短，下横臂长。这一方面是考虑到布置发动机方便，另一方面是为了得到理想的悬架运动特性。3.7 图是下横臂长度保持不变，改变上横臂长度 ，使 分别为 0.4，0.6，0.8，1.0，1.2 时计算得到的悬2l1l架运动特性曲线。其中 为车轮接地点在横向平面内随车轮跳动的特性曲线。由yBZ图可以看出当 比之为 时 曲线变化最平缓； 增大或减小时， 曲线的12l6.012lyB曲率都增加。图中的 和 分别为车轮外倾角和主销内倾角随车轮跳动的特性曲线。当 = 时， 和 均为直线并与横坐标垂直， 和 在悬架运动过程中12l. 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）20保持定值。设计汽车悬架时，希望轮距变化小，以减小轮胎的磨损，提高其实用寿命，因此应选择 在 附近，为保证汽车具有良好的操纵稳定性，希望前轮定位角度变化12l6.0要小，这时 在 附近。综合以上分析，该悬架的 应在 范围内。美12l0.6国克莱斯勒和通用公司分别认为，上、下横臂长度之比取 和 为最佳， ，根据7.0我国乘用车设计经验，在初选尺寸时， 取 为宜 4。12l65.根据所选参考车型的大体尺寸，取 ，取 = =1lm422l。m3.04625.0图 3.7 上、下横臂长度之比改变时悬架运动特性图上、下横臂的结构尺寸如图 3.8，3.9 所示 14。图 3.8 上横臂结构图哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）21图 3.9 下横臂结构图3.5 横向稳定杆设计由于为了提高汽车的行驶平顺性，从而降低了汽车的固有频率，导致悬架的垂直刚度减小，侧倾角刚度值很小，结果使汽车转弯时侧倾严重，影响了汽车的稳定性，为此大多数汽车都装有横向稳定杆来加大汽车的侧倾角刚度。稳定杆的安装因车而异。3.5.1 稳定杆接头形式选择1、两端连接处结构形式的选择图 3.10 接头剖面图2、中段与车架连接点处结构形式的选择稳定杆中段与车架连接时需要用橡胶元件来吸收振动如 3.11 图所示打剖面线的为橡胶元件。橡胶元件放在一个近似 U 型元件中有 U 型元件固定在车架上。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）22图 3.11 接头剖面图3.5.2 稳定杆直径计算由公式 （3.34）cblalEIfpCb 2312 42式中 为角刚度， 为材料弹性模量， 取 ， 为稳定杆的截面惯bEMpa510I性矩, , 为稳定杆两端间的距离其余变量如下图所示 8。稳定杆材料为64dIL60Si2Mn。由此可知当稳定杆的结构确定后，悬架的侧倾角刚度给定后就可以初步估算处稳定杆的直径。、由于所选参考车型的轮距为4 2312 4238cblalECdb1540，所以初步选取 , , , mL0l10ma50baL42al 6.82212（3.35） 悬架侧倾角刚度的计算：（ 为轮距， 为线形刚度）12KBCb 1K由于现行刚度计算牵涉到独立悬架具体机构，因此 ，而此公式只21nmBks适合小侧倾角，而且在分析过程中没有考虑导向机构系中铰接点处弹性套的影响。实际轿车的前侧倾角刚度为 ，后侧倾角刚度为 。cmN/1203 cN/708取 ，则cmNCb/60哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）23图 3.12 稳定杆结构尺寸图 md 6.290.5.4001.06.21384 2238 （3.36）取 。 md303.5.3 稳定杆校核稳定杆 处的半径取 。BmdR4530.15.1、稳定杆的