0333-【东风悦达起亚】“远舰”轿车双摆臂悬架的设计及产品建模【全套14张CAD图+说明书】
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东风
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“远舰”轿车双摆臂悬架的设计及产品建模
摘要：汽车双摆臂悬架是一种常见的悬架形式，合理的选择悬架的结构和几何尺寸是获得满意的汽车行驶性能的重要条件，其运动特性的优劣关系到汽车操纵稳定性，舒适性，转向轻便性和轮胎的使用寿命等性能。本课题来源于东风悦达起亚汽车制造有限公司的远舰款轿车的后悬架，双摆臂悬架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。在设计中，首先，分析了双摆臂独立悬架的组成和功用；其次，进行双摆臂悬架的上下摆臂及各零部件强度的校核；第三，详细考虑各部件之间的连接关系；最后计算了悬架自然振动频率，悬架静挠度和动挠度以及悬架弹性特性。在分析双摆臂悬架的组成和作用以及确定各零部件的尺寸的基础上，运用CAD软件和Pro/E软件分别进行二维绘图和三维建模。此次课题进行了准确的计算和详细的结构分析，为双摆臂悬架的结构优化提供了依据，从而在运动学和动力学方面提高汽车的性能。
关键词：双摆臂悬架；汽车；设计；建模
- 内容简介：
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in is in of In a of In to of of to to of is is of R) So a of la is to is 2,3. a of is In as to ,5to of R in . A in , is a of is as y(t) yd(t) xl(t) is of x2(t) is xi(t)x2(t)xI(t) e(t)=y(t)t) (1)X2(t)=e(t)=e(t+1)-e(t) (2)05/$795of as - =,1=u U. to u 1, 1 =M,E,M,2 = M,E,M,=M,E,M,of 1 X2 ci(u)(3)=I(3) k=1,2,3.j=13,23,3.94)- (3)wk (4)=I(4)/ 0(3)k=1 k=1xl(t) x2(t) of wk is of 0(4) iS (4) =U, b,j of is s of to y(t) is in by of to I(t)=u(t) 2(t)=y(y(t) by in j(t) to 3)* E u I(1)x(t) ) xi(t) i=1,2I (t)2/b 2 ) i=1,2 j=1,2,3.I13)= t u(I )=,w.*i(t)+ Xj(i(t)+j(t)= 1w xi(t)j=l(5)(6)1796wI , ,w Xj(t)is of in p,is (t)e(t)(t)= _y(t)-.y(t)2 =1e2(t) (7)2 2E(t) is of (t)to t)_ 8=-e(t)0Y() (8)1), (2) 3), (t)0 D w,- ,w,-Y t)=x (t)As(t) wo (t) ),(5), t+1)=w(t)+q*e(t)89(t) (12)q A to to 13), as (t)=1/2*e2(t),V(t) 3)e(t) 13)4),ae(t) ao(t) ae(t) ae(t),qe(t) =77e(t) ,Ow O4)(t) +v2.e(t)-V(t)t) 2 2 6(t) 2A= 1 0()lp q 2(t)2 O2 20w(9) ?7 t) 29 qf2, V(t)O,t)D t)t) (t)FX.x() 1)=,t)t) +w a t- i)&4 L aNo) (11)0a an of a 8 4 MR 2V. In in SP of by to R by of ,&V(t)= 1 2(t+1)on in 0,50km/h. is It is If 0(1km/h) 40(1m/h) 50( 4266 -4a|1 -#, 0f h)of a of R It to a if It is to to in on to . (1995) 2 . . (1999) of . 1998) ., ., . (1997) ), . e 2003) ),目 录 1 零件图 . 1 摆臂悬架减振弹簧零件图 . 1 摆臂悬架弹簧上盖零件图 . 2 摆臂悬架弹簧下盖零件图 . 3 摆臂悬架闷盖零件图 . 4 摆 臂悬架防尘套零件图 . 5 摆臂悬架上摆臂零件图 . 6 摆臂悬架下摆臂零件图 . 7 摆臂悬架转向节零件图 . 8 2 双摆臂悬架装配图 . 9 3 双摆臂悬架爆炸图 . 10 双摆臂 悬架 三维图 2007 1 1零件图 1 1双摆臂悬架减振弹簧零件图 图 柱弹簧 双摆臂 悬架 三维图 2007 2 图 簧上盖 双摆臂 悬架 三维图 2007 3 图 弹簧架 双摆臂 悬架 三维图 2007 4 图 盖 双摆臂 悬架 三维图 2007 5 图 尘套 双摆臂 悬架 三维图 2007 6 图 摆臂 双摆臂 悬架 三维图 2007 7 图 摆臂 双摆臂 悬架 三维图 2007 8 图 向节 双摆臂 悬架 三维图 2007 9 2双摆臂悬架装配图 图 9 装配图 双摆臂 悬架 三维图 2007 10 3双摆臂悬架爆炸图 图 10 爆炸图 外文翻译 外文资料名称： 汽车主动悬架系统的神经网络控 制运算法则的研究 外文资料出处： 2005. 附 件： 1 汽车 主 动悬架系统的 神经网络 控制运算法则的研究 重庆 工 学院车辆工程系 中国重庆市杨家坪兴盛路 4号， 400050 C. R. B. 重庆技术学院车辆工程系 中国重庆市杨家坪兴盛路 4号， 400050 祥 译 摘要 :为适应不同路面状况和汽车运行状况 ,半可控悬架由从动 弹簧和活动减振器组成 。 由于主动悬架结构复杂并且消极悬架无法满足各种路面条件和汽车运行状态的要求 ,因此半可控悬架系统是目前最常用的悬架系统 。 本文将着重介绍 自适应神经 控制的汽车悬架循环 神经网络 模拟控制器 。 悬架系统 神经网络 不同于汽车悬架的动态参数 ,并且还能够为 神经 自动调节控制器提供学习信号 ,为了检验控制结果 ， 在 处理系统基础上为中巴安装液压减振器和多维控制系统 ,并在各种速度和路面上进行实验 结果表明 神经网络 控制运算在减少 微型客车 振动方面表现的非常良好 。 1 概述 汽车 悬架系统的主要功用是支撑车身的重量 ,并且使汽车稳定有效的进行转向操纵控制 ,同时有效的分离路面波动对车身的影响 。 不同的需要导致设计的要求不同 ,半自动悬架由从动弹簧和需要克服不同路面状况和汽车运行条件的阻尼离的自动减振器 组成 。 由于 主 动悬架结构复杂而传统的消极式悬架无法满足不同路面状况和汽车运行状况的要求 。 因此 ,半自动悬架是目前最常用的悬架系统 。 半自动悬架系统的优点是带有液压减振使车身在 低动力 情况下振动降低 。 目前 ,许多控制系统是为半自动悬架系统 而 开发的 。 从 法开始 。 这个方法主要是使 缓冲器承受一定的力的作用 ,而这个力是与汽车全速时悬架上的质量成一定比例的 。 许多调查都是用一维模型 ,它可以推导出模糊的控制点和控制运算法则 。 如 活跃控制2,3。 由于汽车悬架固有非线性特性 ,导致这种控制方法不能充分发挥半自动悬架的功用 。 为充分利用悬架系统的非线性功用 。 如模糊逻辑控制 。 神经 网络控制和 模糊神经控制 等智能化控制方法近来都已被科研人员用于非线性悬架系统控制 4,5。 本文， 一种神经自适应控制控制器被用于控制汽车悬架神经网络和瞬边的 振器的循环振动 。 控制器的结构设计和控制运算法则将在第 2部 分进行详细叙述。悬架的循环神经网络动态模拟在第 3部分进行介绍控制系统实验在第 4 部分，第 5部分是总结。 2 1. 汽车悬架的多维自调节控制法则 神经模糊 控制系统将在本文进行介绍，由图 1可知，它是由 模糊神经 网络和 神经网络模型构成的 微型客车 悬架。 神经网络模糊控制 即自适应控制，它有学习和控制的功能。它的循环 神经 网络功用是用来鉴别中巴车悬架的模拟参数。图 1 中的 y(t)和yd(t)分别是系统实际输出和系统理想输出。 xl(t)是系统实际输出和理想输出之间的误差。 x2(t)是系统实际输出和理想输出的误差率 xl(t)和 x2(t)定义如 下： t) e(t)= y(t)- t) (1) t)= e(t)= e(t + 1)- e(t) (2) 图 经网络 控制系统的结构 网络 控制系统：整体集的定义分别如下： = - E,E, = - E,E, =制器有四层 神经元 。 第一层和第二层和与模糊法则相一致。第三层与推理相一致，而第四层与模糊法则相一致。 , 和 的集合分别分成 7 个子集， ， ，集的组成分别如下： U = 本文，将用高斯函数解决模糊集 , 和模糊集 的组成，其函数的第一如下： 3 图 经网络 控制器简图 ，由图 2 可知，输入 /输出如下： 1： 和 和 都是 神经网络 的输入部分。 是其重量， 是其输出部分， ，都是高斯函数的重要值。 神经网络 控制 器的学习法则是以斜率误差信号逆向传递方法为基础的。误差逆向传递方法通过使函数 5损失降至最低自动调节重量。 3 悬架循环神经网络动态模拟法则 悬架神经网络设计用于将实际输出量通过第三层神经网近似反馈给潜在的循环层，结构如图 3所示。 其性能是使循环神经网络能够自动获知周围环境并且据此提高其重量自动适应作用 和潜在层的逻辑反馈循环神经的输出量 的总输出量对等于 神经 。 图 4 是循环神经网络的负荷， 是 潜在层逻辑循环反馈神经的输出神经量， 分别是输入神经量和反馈神经量 。 激活函数是输入函数和输出函数的线性函数，潜在层神经的激活是 它的反函数 通过误差信号定义如下： 是误差能量的瞬时值 稳定状态，即突出质量基本上稳定 。 从式 1， 2和 3可知： 从 4， 5 和 6 分析 和 分别推导出循环分子式 。 5 突出质量可以由下式计算得到： 是速率参数，详细分析循环算法 获得速率参数值是相当复杂的。根据式 13得，循环神经网络质量矢量 能够自动调节 。 函数如下 ，其变值 经过 t 时间 可以 定义为： 我们 通过式 13 和式 14 可以 知道误差信号 如下： 函数增量经过 t 时间可以定义为： . 4 神经控制运算的正确性的证明，带有 压减振器的 微型客车 悬架在中国已经大量投产制造 . 微型客车 自适应悬架系统由一个 8个加速 度 传感器，4 个 压减振器和一个输入电压为 12v 的可控循环电流控制器组成 处理器 通过传感器获取悬架弹簧负载和空载时候的悬架振动信号 处理系统通过调节控制信号来调节 压减振器中的电磁线圈 的 6 电流 。 压减振器电磁线圈产生的磁场能够 在压缩冲程和反弹过程中调节 本文描述的是以神经网络控制为基础的微型客车悬架的路面测试，其速度分别为30， 40， 50 km/自适应悬架分别以神经网络和消极悬架系统在同样的路面和运行速度下进行测试实验 。 表 1 的测试结果表明神经网络控制自适应悬架能够在悬架弹簧重载和空载的条件下都能减小振动 。 图 4 描述的是满载和空载时候的消极和自适应微型客车悬架在 D 级路面上的振动曲线图 。 很明显神经网络控制主要提高减 缓振动的能力 。 受力曲线图表明自适应悬架系统和消极悬架系统相比较能够明显减小微型客车的振动 。 减振器有卓越的模糊控制原理和模拟推理，带有神经网络控制的自适应悬架系统 远乘舒适性能和路面稳定保持性能 。 表 1 微型客车悬架路面测试结果 微型客车悬架满载和空栽时速度变换曲线（ D 级路况） 图 （左）满载 （右）空载 （速度 40km/h） 结论 本文中主要讲述的是微型客车的一种新型的循环神经网络模型和模糊神经控制原理 个加速度传感器和一个信号处理器 。 考虑到 振器的复杂性，动态参数载入硬盘进行仿真 环神经网络悬架达到完全控制作用 。 由于控制法设计，增益调度策略和硬件循环仿真的开发本文限于微型客车的具体参数 ，在悬架参数变化的情况下此方法可以延伸到其它半主动悬架系统 使用 制器能有效的减小整个车身的振动，包括满载时候和非满载时候的振动 。 模糊神经控制器可以减少对对控制系统性能影响很大的模拟参数的变化 。 参考文献 1 . (1995) 072 S. H. (1999) of 3 F. (1998) 4 A., A., M. (1997) 2), 5 . e 2003) 2), 毕业设计 开题论证报告 1 课题名称： “远舰”轿车双摆臂悬架的设计及产品建模 一、课题来源、课题研究的主要内容及国内外现状综述 1本课题来源于东风悦达起亚。 2对于该课题研究的主要内容是： 1） 双摆臂悬架 结构型式分析和主要参数的确定 2）零部件的结构设计与强度校核 3）用 成 双摆臂悬架 装配图及主要零件图 4）运用相关软件进行产品的三维建模 3 国内外 发展概况 悬架 是 汽车 的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力 矩 ，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。 汽车悬架是车轮与车身之间一切装置的总称 , 其功用在于把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所形成的力矩传递到车架上 , 以保证汽 车的正常行驶。悬架设计的好坏是影响车辆操纵稳定性和行驶平顺性的重要因素 , 现代轿车的悬架有各种不同的结构形式。本文研究的悬架是应用于某商务车上 , 前悬架采用扭杆弹簧上置的双横臂独立悬架。双横臂独立悬架性能关系到汽车的操纵稳定性、转向轻便性和轮胎的使用寿命等 , 常见的双横臂独立悬架是一组空间 连杆机构 , 运动关系比较复杂且运动直观性差 , 进行性能分析困难较大。 典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆 弹簧等形式，而现代 轿车 悬架多采用螺旋 弹簧 和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。 悬架是汽车中的一个重要总成，它把车架与车轮弹性地联系起来，关系到汽车的多种使用性能。从外表上看，轿车悬架仅是由一些杆、筒以及弹簧组成，但千万不要以为它很简单，相 反轿车悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成，这是因为悬架既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两方面又是互相对立的。比如，为了取得良好的舒适性，需要大大缓冲汽车的震动，这样弹簧就要设计得软些，但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及左右侧倾严重的不良倾向，不利于汽车的转向，容易导致汽车操纵不稳定等。 随着电液控制、计算机技术的发展 ,传感器、微处理器以及电、液控制元件制造技术的提高 ,使可控悬架在车辆上的应用成为可能。一些能够根据汽车行驶的路面、工况和载荷等情况来控制自身工作 状态 ,使汽车的整体行驶性能达到最佳的可控悬架系统随之出现 ,并且得到发展。 国外在 20 世纪 50 年代就提出了主动悬架的概念。主动悬架采用有源或无源可控元件组成一个闭环或开环的控制系统 ,根据车辆系统的运动状态和外部输入的变化做出反应 ,主动地调整和产生所需的控制力 ,使悬架始终处于最佳减振状态。主动悬架由控制系统和执行机构组成 ,执行机构为有源液压系统的主动悬架简称全主动悬架 ,而无源主动 2 悬架则简称半主动悬架。 可控悬架采用的控制方法对于悬架实现需要的功能有着很大的影响。目前在可控悬架领域应用的主要控制方法有最优控制方法、自适应 法、模糊控制、神经网络等。传统被动悬架 ,其弹簧刚度 K 和减振器阻尼系数 在汽车行驶过程中都不能人为地控制改变 ,其在结构上只能实现平顺性和操纵稳定性之间的折衷 ,无法达到悬架控制的理想目标。随着微电子技术和控制理论的发展 ,出现了半主动悬架和主动悬架。相比较于被动悬架 ,最大的特点在于在汽车行驶过程中可以根据路况对悬架系统进行实时的调节。 二、 本课题研究的手段，技术以及 拟解决的问题 设 计远舰轿车悬架结构； 建立双摆臂独立悬架的运动学模型； 双摆臂独立悬架定位参数分析； 悬架定位参数的影响因素分析； 完成该设计的 三维模型零件图，装配图以及爆炸图 。 三、解决方案及预期效果 （一）解决方案 根据汽车构造、汽车设计等参考资料，确定远舰轿车悬架的结构形式，进行相关零件的强度设计。 拟定后悬架采用双摆臂悬架形式， 进行 车辆振动特性的 的计算和分析 。对相关零件进行详细的参数计算和选择。运用 软件进行三维产品建模 。 （二）预期效果 （ 1） 图纸工作量： 绘制 草图 、 装配图 和 主要零件图 ， 设计工程图样折合成 幅的图样在三张以上 。应用 软件绘制相关三维模型零件图，装配图和爆炸图。手工绘制一张 配图 。 （ 2）设计说明书： 设计说明书一份，字数在 10000 字以上，说明包括课题背景、意义、理论依据、方案确定、参数计算和结论等内容， 设计 达到任务书规定要求，保证车辆达到良好的平顺性能。 3 四、课题进度安排 3 月 19 日 4 月 1 日毕业实习阶段。 毕业实习，查阅资料，到多个公司实践，撰写实习报告。 4 月 2 日 4 月 15 日开题阶段。 提出总体设计方案及草图，填写开题报告。 4 月 16 日 5 月 23 日 设计初稿阶段。 完成总体设计图、部件图、零件图。 5 月 24 日 6 月 7 日 中期工作阶段。 完善设计图纸，编写毕业设计说明书，中期检查。 6 月 8 日 6 月 10 日毕业设计预答辩。 6 月 11 日 6 月 18 日毕业设计整改。 图纸修改、设计说明书修改、定稿，材料复查。 6 月 19 日 6 月 21 日毕业设计材料评阅。 6 月 22 日 6 月 24 日毕业答辩。 6 月 25 日 6 月 28 日材料整理装袋。 五 、指导教师意见 年 月 日 六、专业系意见 年 月 日 七、学院意见 年 月 日 4 文 献 资 料 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 周 祥 班 级 B 机制 034 学 号 0310110215 指 导 教 师 吕 红 明 文 献 资 料 1 陈黎 卿 J工业大学学报自然科学版 4， 28（ 4）： 3412 张冬柏 J6):72 3 曾山 J 4):4. 4 郑兰霞 J 8(2) :44. 5 张弛云 J 19(2): 140. 6 潘建国 J 6(11): 217 高海波 J5): 55 8 吴志成 J ): 33. 9 刘玉梅 . 汽 车 悬 架 性 能 测 试 方 法 及 测 试 系 统 研 究 J. 公 路 交 通 科技 9,23(9): 12610 戴勇 后悬架安全性和舒适性的设计 J(3): 18 毕 业 设 计 说 明 书 “远舰”轿车 双摆臂悬架的设计及产品建模 “远舰”轿车双摆臂悬架的设计及产品建模 摘要 ： 汽车双摆臂悬架是一种常见的悬架形式，合理的选择悬架的结构和几何尺寸是获得满意的汽车行驶性能的重要条件 ， 其运动特性的优劣关系到汽车操纵稳定性，舒适性，转向轻便性和轮胎的使用寿命等 性能 。本课题来源于东风 悦 达起亚汽车制造有限公司的远舰款轿车的后悬架，双摆臂悬架 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 。在设计中 ， 首先 ， 分析了双摆臂独立悬架的组成和功用 ； 其次， 进行双摆臂悬架的上下摆臂及各零部件强度的校核 ； 第三， 详细考虑各部件之 间的连接关系 ； 最后 计算了 悬架自然振动频率，悬架静 挠 度 和动 挠 度以及悬架弹性特性。 在 分析双摆臂悬架的组成和作用 以及 确定 各零部件的尺寸的基础上 ， 运 用 件和 软件分别进行二维 绘 图和三维建模。此次 课题 进行了准确的计算和详细的结构分析 ，为双摆臂悬架的结构优化提供了依据， 从而在运动学和动力学方面提高汽车的性能 。 关键词： 双摆臂悬架；汽车；设计；建模 is of of of is of to of of is to of of o. be a of of of in up of of a of of is I on of of at On of of of in AD E, 2D D We an on of of 毕业设计任务书 课题： “远舰” 轿车 双摆臂 悬架的设计及产品建模 1 一、设计内容 结合国内 轿车 实际，依据相关技术规范和标准，利用所学知识，进行 “远舰” 轿车的 双摆臂 悬架设计。具体主要内容有： 1. 悬架结构型式分析和主要参数的确定； 2. 进行相应的设计计算； 3. 用 成悬架装配图及主要零件图； 4. 应用相关软件进行悬架的三维建模 。 5. 编制 设计说明书 二、设计依据 1课题来源： 东风悦达起亚 2产品名称： 远舰 3生产纲领：大批大量 4 机动车运行安全技术条件 5 491 1999汽车筒式减振器 ： 尺寸系列及技术条件 6其它有关产品技术规范和标准 7参数： 前轮距 1540轮距 1520悬 958后悬 1070 最 高时速 190km/h ，加速时间（ 0 00 60 00 备质量 1458 质量 2010 小离地间隙 172 最小转弯半径 5.3 m ，油箱容积 65 L， 90Km/h 等速油耗 。 2 三、设计要求 1规范合理的型式和尺寸选择，结构和布置合理； 2保证整车良好的平顺性能； 3工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整； 4尽量使用通用件，以便降低制造成本； 5设计图样总量：折合成 面在 3 张以上；过程要求：装配图需提供手工草图； 6. 运用 或 行产品的三维建模； 7 毕业设计说明书按照学校规定的格式规范统一编排、打印，字数不少于 1 万字 ； 8 查阅文献资料 10 篇以上，并有不少于 3000 汉 字的外文资料翻译； 9 到相关单位进行毕业实习，撰写不少于 3000 字实习报告； 10 撰写开题报告。 四、毕业设计物化成果的具体内容及要求 1、 设计成果 要求： 按教务处毕业设计（论文）格式规范统一编排、打印，字数不少于 1 万字 。 1）毕业设计说明书 1 份 2） 双摆臂 悬架装配 图 1 张 3）零件图 不少于 7 张 4）三维模型零件图、装配图和爆炸图 若 干 2、外文资料翻译（英译中）要求 1）外文翻译材料中文字不少于 3000 字。 2）内容必须与毕业 设计 课题相关； 3）所选外文资料应是近 10 年的文章，并标明文章出处。 3 五、 毕业设计（论文）进度计划 起讫日期 工作内容 备 注 3月 17日 3 月 18 日 布置任务 3月 19日 4 月 1 日 调查研究，毕业实习 毕业实习，查阅资料，到多个公司实践，撰写实习报告。 4月 2日 4 月 15 日 方案论证，总体设计 提出总体设计方案及草图，填写开题报告 ， 完成总体设计图 。 4月 16日 4 月 30 日 技术设计（部件设计） 完成部件图。 5月 8日 5 月 23 日 工作设计（零件设计） 完成 零件图 ， 完善设计图纸。 5月 24日 6 月 7 日 撰写毕业设计说明书 编写毕业设计说明书 。 6月 8日 6 月 10 日 毕业设计预答辩 6 月 11 日 6 月 18 日 修改资料 图纸修改、设计说明书修改、定稿， 材料复查。 6 月 19 日 6 月 21 日 评阅材料 6 月 22 日 6 月 24 日 毕业答辩 6 月 25 日 6 月 28 日 材料整理装袋 4 六、 主要参考文献： 1. 陈家瑞 . 汽车构造：上册 M. 北京：机械工业出版社， 2000. 2. 陈家瑞 . 汽车构造：下册 M. 北京：机械工业出版社， 2000. 3. 余志生 . 汽车理论 M. 北京：机械工业出版社， 2000. 4. 王望予 . 汽车设计 M. 北京：机械工业出版社， 2000. 5. 刘惟信 . 汽车设计 M. 北京：清华大学出版社， 2001. 6. 朱德照译 . 汽车悬架设计 M. 北京：人民交通出版社， 1980. 7. 冯国胜 . 车辆现代设计方法 M. 北京：科学出版社， 2006. 8. 汽车工程手册编辑委员会 础篇 M. 北京：人民交通出版社， 2001. 9. 汽车工程手册编辑委员会 计篇 M. 北京：人民交通出版社， 2001. 10. 机动车运行安全技术条件 S. 北京： 2004. 机械设计手册（ 15 卷） M. 北京：化学工业出版社， 2004. 七、其他 5 八、专业系审查意 见 系主任： 年 月 日 九、机械工程学院意见 院长： 年 月 日 目 录 1 前言 . 1 题研究的目的和意义 . 1 . 2 2 悬架 . 4 架的功用和组成 . 4 架系统的自然振动频率 . 4 车悬架的类型 . 5 横臂独立悬架 . 6 3悬架主要参数 的确定 . 8 架静挠度. 8 架的动挠度. 9 架弹性特性 . 9 悬架螺旋弹簧刚度及应力计算 . 9 4 独立悬架导向机构设计及强度校核 . 13 计要求 . 13 向机构的布置参数 . 13 横臂式独立悬架导向机构设计 . 16 5 减振器机构类型及主要参数的选择计算 . 20 类 . 20 对阻尼系数 . 20 振器阻尼系数 的确定 . 21 大卸荷力0. 22 式减振器工作缸直径 . 22 6 三维建模 . 24 于 . 24 用现状 . 27 章小结 . 27 7 结论 . 28 参考文献 . 29 致 谢 . 30 附 录 . 31 1 1 前言 题研究的目的和意 义 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 1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。 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 (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。 本课题来源于东风悦达起亚汽车制造有限公司的远舰款轿车的后悬架， 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“远舰”轿车双摆臂悬架的设计及产品建模 2 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。 要研究内容 对双横臂独立悬架进行运动分析，得出原始参数，计算推导随着车轮的跳动主销内倾角、后倾角、车轮外倾角、前束角、车轮轮距的变化 及悬架各点位置的变化情况。用 软件设计模型 ，对其进行运动分析，获得最为理想的结果。 A、 以双横臂式独立悬架为研究对象，研究基于机构运动学和 零部件数据 计算方法 ,使用 软件给出双横臂独立悬架 结构 模型； B、 研究悬架结构参数与定位参数之间的关系， 进行设计计算，对悬架的主要参 3 数进行分析以及确定主要参数。 C、 对悬架进行运动学仿真分析，通过改变悬架有关参数，评价悬架运动学响应特性，得出悬架结构参数对整车性能 (操纵稳定性、行驶平顺性等 )的影响规律。“远舰”轿车双摆臂悬架的设计及产品建模 4 2 悬架 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。 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 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 5 n=21 21 式中， 挠度 )； K (K Mg/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。 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 2 1a：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立悬架与非独立悬架示意图 独立悬架 如 图 2 1b：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 3 。 “远舰”轿车双摆臂悬架的设计及产品建模 6 横臂独立悬架 双横臂式独立悬架又称双摆臂独立悬架 ,是汽车悬架的一种常见形式。按其上、下横臂的长短又可分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种。等长双 横臂式悬架在其车轮做上、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，所以很少采用，多为不等长双横臂式悬架所取代。后一种形式的悬架在其车轮上、下跳动时，只要适当地选择上、下横臂的长度并合理布置，即可使轮距及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，不等长双横臂式独立悬架 3能保证汽车有良好的行驶稳定性，已为中、高级轿车的前悬架所广泛采用。 图 2横臂独立悬架结构示意图 双横臂悬架 如图 2其 突出优点在于设计的灵活性 ,可以通过合理选择空间导向杆系的铰接点的位置及导向臂 (或称为控制臂 )的长度 ,使得悬架具有合适的运动特征 (亦即当车轮跳动或车身侧倾时 ,车轮定位角及轮距的变化能尽量满足设计的要求 ),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，在各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越精确。分析表明，为减小铰接点处的作用力，应当尽可能增大、下横臂间的距离，减小下横臂地面的垂向距离和 下铰点至车轮接地点之间的横向距离。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征是否合适。 双横臂悬架可采用螺旋弹簧、空气弹簧、扭转弹簧或钢板弹簧作为弹性元件，最常见的为螺旋弹簧。 双横臂悬架一般作为轿车的前、后悬架，轻型载货汽车的前悬架或要求高通过性的越野汽车的前、后悬架。当双横臂悬架用作前置前驱动轿车的前悬架时，必须在结构上给摆动半径留出位置。一种方法是将弹簧置于上控制臂上方，这样做的缺点在于减小了上、下横臂间的垂直距离和弹簧的行程，并且振动直接传递给车身前端。另一种做法是 采用专门的叉形构件为摆动半轴留出空间或者经过特别设计，使弹簧、减振器位于摆动半轴后方。 7 从 20世纪 80年代后期开始，为提高行驶安全性，越来越多的高级轿车后悬架采用双横臂结构。其运动特性的优劣关系到汽车操纵的稳定性，舒适性，转向轻便性和轮胎的使用寿命等诸多因素。汽车双横臂独立悬架在空间布置上有较多的自由度，各导向杆件在空间上倾斜布置，再加上悬架不可避免地与转向系统在运动中产生干涉，因此悬架系统运动全过程一般都是复杂的非线性的空间运动过程。双横臂悬架系统导向机构的优化，可以保证车辆在恶劣的行驶条件下既有良好的行 驶平顺性，操作稳定性和通过性，同时使悬架和车轮的运动空间最小，车内空间最大，使轮胎的侧向滑移量最小，使用寿命最大 4 。 “远舰”轿车双摆臂悬架的设计及产品建模 8 3悬架主要参数的确定 架静挠度c / 。 汽车前、后悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一。因现代汽车的质量分配系数 近似等于 1，于是汽车前、后轴上方车身两点的振动不存在联系。因此，汽车前、后部分的车身的固有频率 1n 和 2n (亦称偏频 )可用下式表示 111 21 （ 3 1） 222 21 （ 3 2） 式中， 1c 、 2c 为前、后悬架的刚度 (N 1m 、 2m 为前、后悬架的簧上质量( 当采用弹性特性为线性变化的悬架时，前、后悬架的静挠度可用下式表示 111 c =146248 222 = 式中， g 9812s )。 将13 1)得到 115 =1 (3 - 3) 225 = （ 3 4） 分析上式可知：悬架的静挠度直接影响车身振动的偏频 n。因此，欲保证汽车有良好的行驶平顺性，必须正确选取悬架的静挠度 5。 在选取前、后悬架的静挠度值1当使之接近，并希望后悬架的静挠度2悬架的静挠度1有利于防止车身产生较大的纵向角振动。理论分析证明：若汽车以较高车速驶过单个路障， 1n / 2n 1时的车身纵向角振动要比 1n / 2n 1时小，故推荐取2 虑到货车前、后轴 荷的差别和驾驶员的乘坐舒适性，取前悬架的静挠度值大于后悬架的静挠度值，推荐2 了改善微型轿车后排乘客的乘坐舒适性，有时取后悬架的偏频低于前悬架的偏频。 9 用途不同的汽车，对平顺性要求不一样。以运送人为主的轿车对平顺性的要求最高，大客车次之，载货车更次之。对普通级以下轿车满载的情况，前悬架偏频要求在 悬架则要求在 则上轿车的级别越高，悬架的偏频越小。对高 级轿车满载的情况，前悬架偏频要求在 悬架则要求在 车满载时，前悬架偏频要求在 后悬架则要求在 定偏频以后，再利用式 (3 2)即可计算出悬架的静挠度。 架的动挠度常指缓冲块压缩到其自由高度的 1 2或 2 3)时，车轮中心相对车架 (或车身 )的垂直位 移。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。对轿车， 9大客车， 8货车， 9设计的动挠度 9 架弹性特性 悬架受到的垂直外力 即悬架的变形 )的关系曲线称为悬架的弹性特性。其切线的斜率是悬架的刚度。 悬 架的弹性特性有线性弹性特性和非线性弹性特性两种。当悬架变形厂与所受垂直外力 性特性为一直线，称为线性弹性特性，此时悬架刚度为常数。当悬架变形 f 与所受垂直外力 架刚度是变化的，其特点是在满载位置附近，刚度小且曲线变化平缓，因而平顺性良好；距满载较远的两端，曲线变陡，刚度增大。这样可在有限的动挠度到比线性悬架更多的动容量。悬架的动容量系指悬架从静载荷的位置起，变形 到结构允许的最大变形为止消耗的功。悬架的动容量越大，对缓冲块击穿的可能性越小。 空载与满载时簧上质量变化大的货车和客车，为了减少振动频率和车身高度的变化，应当选用刚度可变的非线性悬架。轿车簧上质量在使用中虽然变化不大，但为了减少车轴对车架的撞击，减少转弯行驶时的侧倾与制动时的前俯角和加速时的后仰角，也应当采用刚度可变的非线性悬架。 钢板弹簧非独立悬架的弹性特性可视为线性的，而带有副簧的钢板弹簧、空气弹簧、油气弹簧等，均为刚度可变的非线性弹性特性悬架。 悬架 螺旋弹簧 刚度 及应力计算 螺旋弹簧作为弹性元 件，由于其结构简单，制造方便及具有较高的比能容量，因此在现代轻型以下汽车的悬架中应用相当的普遍，特别是在轿车中，由于要求良好的乘坐舒适性和悬架导向机构在大摆动量下依然具有保持车轮定位角的能力，因此螺旋弹簧悬架早就取代了钢板弹簧。螺旋弹簧在悬架布置中可在弹簧内部安装减振器，行程限位器或导向柱使结构紧凑。通过采用变节距或用变直径弹簧钢丝绕制的或者两者同时采用的弹簧结构，可以实现变刚度特性。 “远舰”轿车双摆臂悬架的设计及产品建模 10 旋弹簧刚度及应力计算 螺旋弹簧在其轴向载荷 为： 348 d （ 3 式中 弹簧中径， 160： 弹簧钢丝直径， 14： 弹簧工作圈数 , 5； G： 弹簧材料的剪切弹性数量，取 0 弹簧在压缩时工作方式与扭杆相似，都是靠材料的剪切变形吸收能量，弹簧钢丝表面的剪应力为 328 8 K P C （ 3 式中 C： 弹簧指数（旋绕比）， C= / K ： 曲度系数，为考虑簧圈曲率对强度影响的系数， 4 1 0 . 6 1 544C。 对于前面讨论的直的扭杆，其表面的剪应力呈均匀分布，而螺旋弹簧钢丝表面的剪应力则相对 复杂。在静载状态下 ，这种截面内的应力分布不均匀可以忽略不计，但在承受动载时， 由于弹簧内侧应力水平较高并且应力变化幅值也更大，导致螺旋弹簧的失效总是发生在内侧。为了在设计时考虑内侧应力的增大，引如修正系数 K 。 一般情况下，弹簧钢的许用剪应力 与许用拉应力 成比例关系，通常情况下，可以取 = 。 簧端部形状 螺旋弹簧端部可以碾细，并紧，直角切断或向内弯曲，其中 端碾细，亦即在绕制弹簧之前先将钢丝两端碾细，碾细部分长度在绕后约占 240。 ，末端厚度为钢丝直径的 1/3左右，绕制成后末端几乎贴紧相连一端弹簧。必要时两端都要磨平。这种结构的特点是节约材料，占用垂向空间小，特别是由于两端都平整，安装时可以任意转动，因而设计时弹簧的圈数可以取任意值，不必限于整数。其缺点是碾细需要专门工序和设备，增加了 制造成本。 中一端并紧形成 与弹簧轴线垂直的平面。这种结构的特点在于绕制简单，成本低，其缺点是增加了垂向的尺寸和材料的消耗，安装时需要一定方向并且与之相配套的弹簧座，若两端都未平齐，则修改设计时，弹簧圈数必须按整数增减。 种结构长用于和弹簧座配合起定位作用，若两端都内弯，则需要专用设备。 表 3式中的系数 偿关系， 。 11 总圈数 n 完全并紧时的高度 两端碾细 i+2 2t 两端切断 i+n+1) 两端内弯 i+一端碾细一端切断 i+t 一端碾细一端内弯 i+t 一端切断一端内弯 i+ 螺 旋弹簧的设计计算 螺旋弹簧的设计计算分以下几个步骤： A、 根据总布置要求及悬架的具体结构形式求需要的弹簧刚度 计载荷时的弹簧的受力 弹簧高度 悬架在压缩行程极限位置时弹簧高度 B、 初步选择弹簧中径 部结构形式及所用的材料。 C、 参考相关标准确定台架实验时伸张及压缩极限位置相对于设计载荷 位置的弹簧变形量 1, 2且确定要想达到的寿命 循环次数）。 D、 初选钢丝直径 d，并由相关材料标准查出许用拉应力 。 E、 由式（ 3出 i，用表 3 F、 由 求出弹簧在完全压缩时候的载荷 1122()()s i s i i s i C H C C fP p C H H G、 按弹簧指数 / d 及 K 的表达式求得 K ，并且求出载荷 1P ， 2P ， 及对应的剪切应力 1 ， 2 ， s ，（以及 ， s ，但 是悬架工作时弹簧实际对应的最大剪应力，对应悬架的极限压缩状态）。 H、 校核 是否小于 = ，若不成立，则重新选择钢丝直径 d；若余量很大，则视寿命校核结果决定是否重新选取较小些的直径 d。 I、 校核台架实验条件下的寿命。给定实验条件下的循环次数 按下式估算： 10 1 8() （ 3 式中 21210 . 7 4 ( )1 . 4 8 ( ) 若算出的预期寿命小于预期台架寿命，则返回重新选择 d；若有较大余量，则综合考虑是否需要选择更小的钢丝直径以节约材料，减小质量。 J、 得到合适的 d 以后，可以进一步确定弹簧的高度 0H 和弹簧的最小工作 高度“远舰”轿车双摆臂悬架的设计及产品建模 12 0 /i i P Cn s d式中 与弹簧指数 / d有关的系数见下图 6： 表 弹簧总圈数可由表 3 K、 稳定性校核 又细又高的弹簧在大载荷作用下会失稳，失稳的临界载荷不仅和其高度对直径之比 0 / 有关，还与弹簧两端的支撑方式有关，对于钢丝截面是圆形的螺旋弹簧，其相对变形量 0/ 200( ) 0 . 8 1 1 ( 1 1 6 . 8 9 ( ) ) 13 4 独立悬架导向机构设计及强度校核 计要求 A、 悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过 距变化大会引起轮胎早期磨损。 B、 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。 C、 汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小。在 向加速度作用下，车身侧倾角不大于 6 7，并使车轮与车身的倾斜同向，以增强不足转向效应。 D、 汽车制动时，应使车身有抗前俯作用；加速时，有抗后仰作用。 向机构的布置参数 倾中心 双横臂式独立悬架的侧倾中心由如图 4 1 所示方式得出。将横臂内外转动点的连线延 长，以便得到极点 P，并同时获得户点的高度。将户点与车轮接地点 N 连接，即可在汽车轴线上获得侧倾中心 W。当横臂相互平行时 如 图 4 2，户点位于无穷远处。作出与其平行的通过 N 点的平行线，同样可获得侧倾中心 W。 图 4 1 横臂式 悬架和纵横臂式悬架的距离 的计算法和图解法 “远舰”轿车双摆臂悬架的设计及产品建模 14 图 4 2 横臂相互平行的双横臂式悬架侧倾中心的确定 双横臂式独立悬架的侧倾中心的高度0t W (4 1) 式中)s )90s 麦弗逊式独立悬架的侧倾中心由如图 4 3 所示方式得出。从悬架与车身的固定连接点 E 作活塞杆运动方向的垂直线并将下横臂线延长 7。两条线的交点即为 P 点。 图 4 3 普通规格的麦弗逊式悬架的尺寸 的计算法和图解法 麦弗逊式悬架的弹簧减振器柱 横臂 侧倾中心 W 就越接近地面，从而使得在车轮上跳时车轮外倾角的变化很不理想。如加长下横臂，则可改善运动学特性。 麦弗逊式独立悬架侧倾中心的高度 t 式中) 倾中心 在独立悬架中，前后侧倾中心连线称为侧倾轴线。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、后轴上的轮荷变化接近相 15 等，从而保证中性转向特性；而尽可能高则是为了使车身的侧倾限制在允许范围内。 然而，前悬架侧倾中心高度受到允许轮距变 化的限制且几乎不可能超过 150外，在前轮驱动的车辆中，由于前轿轴荷大，且为驱动桥，故应尽可能使前轮轮荷变化小。因此，独立悬架 (纵臂式悬架除外 )的侧倾中心高度为： 前悬架 0 120悬架 80 150 设计时首先要确定 (与轮距变化有关的 )前悬架的侧倾中心高度，然后确定后悬架的侧倾中心高度。当后悬架采用独立悬架时，其侧倾中心高度要稍大些。如果用钢板弹簧非独立悬架时，后悬架的侧倾中心高度要取得更大些。 纵倾中心 双横臂式悬架的纵倾中心可用作图法得出，见图 4 4。自铰接点正和 G 作摆臂转动轴 C 和 D 的平行线，两线的交点即为纵倾中心。 麦弗逊式悬架的纵倾中心，可由正点作减振器运动方向的垂直线，该垂直线与过 G 点的摆臂轴平行线的交点即为纵倾中心 8O， 如图 4 5 所示。 图 4 4 双横臂式悬架的纵倾中心 图 4 5 麦弗逊式悬架的纵倾中心 制动纵倾性 (抗制动前俯角 ) 抗制动纵倾性使得制动过程中汽车车头的下沉量及车尾的抬高量减小。只有当前、后悬架的纵倾中心位于两根车桥 (轴 )之间时，这一性能方可实现，如图 4 6 所“远舰”轿车双摆臂悬架的设计及产品建模 16 示。 图 4 6 抗制动纵倾性 驱动纵倾性 (抗驱动后 仰角 ) 抗驱动纵倾性可减小后轮驱动汽车车尾的下沉量或前轮驱动汽车车头的抬高量。与抗制动纵倾性不同的是，只有当汽车为单桥驱动时，该性能才起作用。对于独立悬架而言，是纵倾中心位置高于驱动桥车轮中心，这一性能方可实现。 架摆臂的定位角 独立悬架中的摆臂铰链轴大多为空间倾斜布置。为了描述方便，将摆臂空间定位角定义为：摆臂的水平斜置角 ，悬架抗前俯角 ，悬架斜置初始角 ， 如图 46 所示。 横臂式独立悬架导向机构设计 向平面内上、下横臂的布置方案 上、下横臂轴抗前俯角的匹配对主销后倾角的变化有较大影响。图 4 7 给出了六种可能布置方案的主销后倾角 值随车轮跳动的曲线。图中横坐标为 值，纵坐标为车轮接地中心的垂直位移量 Z。各匹配方案中， 1 、 2 角度的取值见图注，其正负号按右手定则确定 9。 17 图 4 7 、 、 的定义 图 4 8 1 、 2 的匹配对 的影响 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增大；在弹簧拉伸时后倾角减小，用以造成制动时因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。 分析图 4 8 中 的变化曲线可知，第 4、第 5 方案的 变化规律为压缩行程 减“远舰”轿车双摆臂悬架的设计及产品建模 18 小，拉伸行程 增大，这与所希望的规律正好相反，因此不宜用在汽车前悬架中；第 3 方案虽然主销后倾角的变化最小，但其抗前俯的作用也小，所以现代汽车中也很少采用；第 1、 2、 6 方案的主销后倾角变化规律是比较好的，所以这三种方案在现代汽车中被广泛采用。 向平面内上、下横臂的布置方案 10 图 4 9 上、下横臂在横向平面内的布置方案 比较图 4 9a、 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。 平面内上、下横臂摆动轴线的布置 方案 上、下横臂轴线在水平面内的布置方案有三种 8，如图 4 1011所示。 下横臂轴 M M 和上横臂轴 N N 与纵轴线的夹角，分别用 1 和 2 来表示，称为导向机构上、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，与汽车纵轴线平行者，夹角为零。 图 4 10 水平面内上、下横臂轴布置方案 为了使轮胎在遇到凸起路障时能够使轮胎一面上跳，一面向后退让，以减少传到车身上的冲击力，还为了便于布置发动机，大多数前置发动机汽车的悬架下横臂轴 M M 的斜置角 1 为正，而上横臂轴 N N 的斜置角 2 则有正值、零值和负值三种布置方案，如图 4 10 中的 a、 b、 c 所示。上、下横臂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影响。如车轮上跳、下横臂斜置角 1 为 19 正、上横臂斜置角 2 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、下横臂斜置角 1 、 2 都为正值，如图 4 33a 所示，则主销后倾角随车轮的上跳较少增加甚至减少 (当 1 2 时。至于采取哪种方案为好，要和上、下横臂在纵向平面内的布置一起考虑。当车轮上跳、主销后倾角变大时，车身上的悬架支承处会产生反力矩，有抑制制动时前俯的作用。但主销后倾角变得太大时，会使支 抵处反力矩过人，川时使转向系统对侧向力十分敏感，易造成车轮摆振或转向盘上力的变化。因此，希望轿车的主销后倾角原始值为 +2。当车轮上跳时，悬架每压缩 10销后倾角变化范围为 10 40。 、下横臂长度的确定 12 双横臂式悬架的上 、下臂长度对车轮上、下跳动时前轮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。另一方面也是为了得到理想的悬架运动特性。 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，因此应选择上、下摆臂长度之比在 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，这时应选择上、下摆臂长度之比在 近。综合以上分析，该悬架的上、下摆臂长度之比应在 围内。美国克莱斯勒和通用汽车公司分别认为，上、下摆臂长度 之比取 最佳。根据我国轿车设计的经验，在初选尺寸时，上、下摆臂长度之比取 宜。 “远舰”轿车双摆臂悬架的设计及产品建模 20 5 减振器机构类型及主要参数的选择计算 类 13 悬架中用得最多的减振器是内部充有液体的液力式减振器。汽车车身和车轮振动时，减振器内的液体在流经阻尼孔时的摩擦和液体的粘性摩擦形成了振动阻力，将振动能量转变为热能，并散发到周围空气中去，达到迅速衰减振动的目的。如果能量的耗散仅仅是在压缩行程或者是在伸张行程进行，则把这种减振器称之为单向作用式减振器，反之称之为双向作用式减振器。后者因减振作用比前 者好而得到广泛应用。 根据结构形式不同，减振器分为摇臂式和筒式两种。虽然摇臂式减振器能够在比较大的工作压力 (10 20件下工作，但由于它的工作特性受活塞磨损和工作温度变化的影响大而遭淘汰。筒式减振器工作压力虽然仅为 5是因为工作性能稳定而在现代汽车上得到广泛应用。筒式减振器又分为单筒式、双筒式和充气筒式三种。双筒充气液力减振器具有工作性能稳定、干摩
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