汽车设计(悬架部分)

1、前 言本小组程程设计的的课题是是悬架的的设计。在选择择车型时时我们参参考以下下几个要要求：可可靠，坚坚固，耐耐用，使使用成本本较低，油耗处处于国内内中等水水平，为为当前主主流技术术水平，车型新新颖等等等。所以以，悬架架的设计计宜选用用成熟技技术，零零部件，彻底的的贯彻“三化”原则，较为合合理的成成本控制制。选择择参考车车型为日日产NVV2000。悬架是现现代汽车车的重要要组成部部分之一一。因而而悬架设设计成功功与否，极大的的影响汽汽车的操操纵稳定定性和平平顺性，对整车车性能有有着重要要的影响响。在汽汽车市场场竞争日日益加剧剧的今天天，人们们对汽车车的性能能的认识识更多的的靠更为为直接的的感观感

2、感受，而而这种感感官感受受都是由由汽车悬悬架传递递给驾驶驶者的，人们对对汽车悬悬架的设设计也是是越来越越重视。因此，对对汽车操操纵稳定定性平顺性性的提升升成为了了各大汽汽车厂商商的共识识。与此此关系密密切的悬悬架系统统也被不不断改进进，主动动半主动动悬架等等具有反反馈的电电控系统统在高端端车辆上上的应用用日趋广广泛。无无论定位位高端市市场，还还是普通通家庭的的经济型型轿车， 没有有哪个厂厂家敢忽忽视悬架架系统及及其在整整车中的的作用。这一切切，都是是因为悬悬架系统统对乘员员的主观观感受密密切联系系。悬架架系统的的优劣，乘员在在车上可可以马上上感受到到。 现在悬架架的设计计也是国国内汽车车厂商一

3、一个重要要提升的的方向。以前对对汽车的的要求相相对较低低，国人人更注重重外观和和汽车配配置方面面的要求求，因此此对汽车车悬架的的概念及及要求并并没有很很高的要要求。随随着现在在人们对对汽车操操纵稳定定性平顺性性越来越越重视，人们不不仅需要要一辆好好看配置置高的车车，更需需要一辆辆好开乘乘坐舒适适的车。因此现现在国内内出现很很多汽车车厂商将将新汽车车的悬架架设计及及调校交交给国外外一些有有实力汽汽车厂商商，这也也实实在在在的提提升了自自身车型型的市场场竞争力力，不过过从另一一方面也也反映出出国内悬悬架设计计及调校校所存在在的问题题，也使使我们知知道悬架架设计的的重要性性，从而而让我们们对汽车车悬

4、架设设计更加加重视。悬架从无无到有，是人们们对汽车车稳定性性平顺性性不断追追求下诞诞生。悬悬架从简简单到复复杂，是是人们对对更高的的汽车稳稳定性平顺性性和操纵纵稳定性性的不断断追求。所以对对悬架设设计的重重视，就就能使整整车性能能得以提提升，从从而提高高车型的的竞争力力，赢得得更好的的表现。而悬架设设计涉及及到部件件与整体体的关系系。一句句话：整整体离不不开部件件，部件件也成不不了整体体。整体体可以提提供部件件提供不不了的功功能，反反过来部部件又对对整体有有着重要要影响。正因为悬悬架在现现代汽车车上的重重要重要要作用，应该重重视汽车车悬架的的设计。只有认认真，严严谨的设设计才能能确保其其与整车

5、车的完美美匹配。而要做做到这一一点，就就必须，查阅大大量相关关书籍，图册，行业和和国家标标准。这些是对对我们这这些将来来要从事事汽车设设计，制制造工作作的工科科出身的的大学生生的必须须经历的的一个必必不可少少的训练练。没有有经过严严格的训训练的洗洗礼，是是不可能能具备这这种专业业精神和和素质的的。通过过这样的的设计让让我们对对汽车整整体及局局部有更更好更深深的认识识，使我我们在今今后的学学习及工工作道路路上有更更好的适适应性，从而提提高自身身实力。车型满载空载前轴后轴前轴后轴乘用车发动机前前置47%60%40%53%56%66%34%44%Nv200050%50%56%44%汽车质量量参数整车

6、整备备质量=12990Kgg汽车总质质量(参考汽车设设计选选择a=10）故 目录前言-11参考汽车车参数-2悬架系统统的功用用组成及及设计要要求-77 1.11功用-771.2组组成-771.3设设计要求求-9悬架的类类型及其其特点-1002.1 非独立立悬架的的类型及及特点-1102.1.1 非非独立悬悬架的分分类-1002.1.2 非非独立悬悬架的总总体特点点-1112.2 独立悬悬架的类类型及特特点-112.2.1 独独立悬架架的分类类-1112.2.2 独独立悬架架的总体体特点-14第三章 悬架形形式的选选择-1553.1 总 评评-1153.2 前后悬悬架的确确定-1153.2.1

7、前前独立悬悬架的选选择-1553.2.2 后后悬架的的选择-16第四章悬悬架主要要参数的的确定-1184.1影影响平顺顺性的参参数-1184.1.1 悬悬架的弹弹性特性性和工作作行程-184.1.2悬架架的阻尼尼特性-1194.1.3.悬悬架的非非簧载质质量-2004.2影影响操纵纵稳定性性的参数数主要考考虑悬架架的侧倾倾中心和和侧倾角角刚度。-204.2.1.侧侧倾中心心-2204.2.2.侧倾角角刚度-2214.3 影响纵纵向稳定定性的参参数-223第五章 前悬架架的设计计技算-255.1.前悬架螺旋弹簧的设设计计算-2255.1.1.前悬架架静、动动挠度和和螺旋弹弹簧静、动挠度度的关系系

8、-2555.2.螺旋旋弹簧基基本参数数的选择择-2255.3螺螺旋弹簧簧端部形形状和材材料的选选择-2665-4.螺旋弹弹簧强度度校核-266第六章 后悬架架的设计计计算-2286.1 弹性元元件的选选择-2286.2 钢板弹弹簧参数数的设计计计算-2996.2.1初选选满载弧弧高-2296.2.2 各各片长度度的确定定-2996.2.3 断断面高度度及片数数的确定定-2996.2.4 厚厚度的确确定-306.2.5 钢钢板弹簧簧总成在在自由状状态下得得弧高及及其曲率率半径-3306.3 钢板弹弹簧的强强度校验验-316.3.1 驱驱动时，后板簧簧承受的的最大载载荷时，前半段段出现的的最大应应

9、力-316.3.2 板板簧自由由振动频频率-31第七章独独立悬架架导向机构的的设计-327.1.设计要求-3227.2 前轮轮定位参数与主销销轴的布置置-327.2.1.主主销偏移移距-327.2.2四个个前轮定定位参数数的初步步选取-327.2.3麦弗弗逊悬架架受力情情况与螺螺旋弹簧簧斜置-3227.3 横臂轴轴的选型型与布置置-357.3.1.导导向机构构横臂轴轴的选型型-3557.3.2.导导向机构构横臂轴轴的布置置方式-336第八章减减振器的的设计-3398.1 减振器器相对阻阻尼系数数-3998.2 减振器器阻尼系系数d 的确定定-4408.3 最大卸卸荷力FF0 的确确定-4118

10、.4 筒式减减振器工工作缸直直径D的确定定-42第九章横横向稳定定器的作作用和设设计-4439.1. 横向向稳定器器的作用用-439.2横横向稳定定杆的设设计-44 小结-466参考文献献-447悬架系统统的功用用组成及设设计要求求1.1功功用悬架，其其名源于于西方。在英语语里悬架架系统对对应的是是单词Suuspeensiion.顾名思思义，它它是将车车轮通过过弹簧连连接在车车体上，并与其其它部件件构成可可动的机机构。悬架是车车架（或或承载式式车身）与车桥桥（或车车轮）之之间弹性性连接装装置的总总称。1.传递递它们之之间一切切的力（反力）及其力力矩（包包括反力力矩）。2.缓和和，抑制制由于不不

11、平路面面所引起起的振动动和冲击击，以保保证汽车车良好的平平顺性，操纵稳稳定性。3.迅速速衰减车车身和车车桥的振振动。悬架系统统的在汽汽车上所所起到的的这几个个功用是是紧密相相连的。要想迅迅速的衰衰减振动动、冲击击，乘坐坐舒服，就应该该降低悬悬架刚度度。但这这样，又又会降低低整车的的操纵稳稳定性。必须找找到一个个平衡点点，即保保证操纵纵稳定性性的优良良，又能能具备较较好的平平顺性。悬架结构构形式和和性能参参数的选选择合理理与否，直接对对汽车行行驶平顺顺性、操操纵稳定定性和舒舒适性有有很大的的影响。由此可可见悬架架系统在在现代汽汽车上是是重要的的总成之之一。1.2组组成现代汽车车，特别别是乘用用车

12、的悬悬架，形形式，种种类，会会因不同同的公司司和设计计单位，而有不不同形式式。但是，悬悬架系统统一般由由弹性元元件、减减振器和和传力装装置,部部缓冲块块、横向向稳定器器等几部部分组成成等(如如图1-1所示示）。它们分别别起到缓缓冲、减减振 、力的传传递、限限位和控控制车辆辆侧倾角角度的作作用。弹性元件件又有钢钢板弹簧簧、空气气弹簧、螺旋弹弹簧以及及扭杆弹弹簧等形形式，现现代轿车车悬架多多采用螺螺旋弹簧簧，个别别高级轿轿车则使使用空气气弹簧。螺旋弹弹簧只承承受垂直直载荷，缓和及及抑制不不平路面面对车体体的冲击击，具有有占用空空间小，质量小小，无需需润滑的的优点，但由于于本身没没有摩擦擦而没有有减

13、振作作用。减振器是是为了加加速衰减减由于弹弹性系统统引起的的振动，减振器器有筒式式减振器器，阻力力可调式式新式减减振器，充气式式减振器器。它是是悬架机机构中最最精密和和复杂的的机械件件。导向机构构用来传传递车轮轮与车身身间的力力和力矩矩，同时时保持车车轮按一一定运动动轨迹相相对车身身跳动，通常导导向机构构由控制制摆臂式式杆件组组成。种种类有单单杆式或或多连杆杆式的。钢板弹弹簧作为为弹性元元件时，可不另另设导向向机构，它本身身兼起导导向作用用。有些些轿车和和客车上上，为防防止车身身在转向向等情况况下发生生过大的的横向倾倾斜，在在悬架系系统中加加设横向向稳定杆杆，目的的是提高高横向刚刚度，使使汽车

14、具具有不足足转向特特性，改改善汽车车的操纵纵稳定性性和行驶驶平顺性性。现代汽车车悬架的的发展十十分快，不断出出现，崭崭新的悬悬架装置置。按控控制形式式不同分分为被动动式悬架架和主动动式悬架架。目前前多数汽汽车上都都采用被被动悬架架，也就就是说汽汽车姿态态（状态态）只能能被动地地取决于于路面及及行驶状状况和汽汽车的弹弹性元件件，导向向机构以以及减振振器这些些机械零零件。220世纪纪80年年代以来来主动悬悬架开始始在一部部分汽车车上应用用，并且且目前还还在进一一步研究究和开发发中。主主动悬架架可以能能动地控控制垂直直振动及及其车身身姿态，根据路路面和行行驶工况况自动调调整悬架架刚度和和阻尼。1.3

15、设设计要求求1）保证证汽车有有良好的的行驶平平顺性。2）具有有合适的的衰减振振动能力力。3）保证证汽车具具有良好好的操纵纵稳定性性。4）汽车车制动或或加速时时要保证证车身稳稳定，减减少车身身纵倾；转弯时时车身侧侧倾角要要合适。5）有良良好的隔隔声能力力。6）结构构紧凑、占用空空间尺寸寸要小。7）可靠靠地传递递车身与与车轮之之间的各各种力和和力矩，在满足足零部 件质量量要小的的同时，还要保保证有足足够的强强度和寿寿命。第二章 悬架的的类型及及其特点点汽车的悬悬架从大大的方面面来看，可以分分为两类类：非独独立悬架架和独立立悬架系系统。2.1 非独立立悬架的的类型及及特点图2-11非独立悬悬架前部部

16、与车身身或车架架铰接，后端则则通过吊吊耳或滑滑板连接接在车身身或车架架之上。减振器器上端于于车身或或车架铰铰接，下下端铰接接与车桥桥。图33-1是是非独立立悬架的的示意图图。2.1.1 非非独立悬悬架的分分类钢板弹弹簧式非非独立悬悬架 在这种悬悬架中，钢板弹弹簧被用用做非独独立悬架架的弹性性元件。这种形形式的悬悬架技术术成熟，结构简简单，成成本低廉廉。广泛应用用于货车车的前、后悬架架中。也也常见于于中低挡挡的确乘乘用车辆辆的后悬悬架。它中部用用U型螺螺栓将钢钢板弹簧簧固定在在车桥上上。悬架架前端为为固定铰铰链，也也叫死吊吊耳。它它由钢板板弹簧销销钉将钢钢板弹簧簧前端卷卷耳部与与钢板弹弹簧前支支

17、架连接接在一起起，前端端卷耳孔孔中为减减少摩损损装有衬衬套。后后端卷耳耳通过钢钢板弹簧簧吊耳销销与后端端吊耳与与吊耳架架相连，后端可可以自由由摆动，形成活活动吊耳耳。当车车架受到到冲击弹弹簧变形形时两卷卷耳之间间的距离离有变化化的可能能。 为了提高高汽车的的平顺性性，有些些轻型货货车采用用主簧下下加装副副簧，实实现渐变变刚度钢钢板弹簧簧。如南南京汽车车工业公公司引进进的依维维柯后悬悬架。其其主簧由由厚度为为9mmm的4片片（或33片）和和副簧厚厚度为115mmm的2片片（或33片）组组成几种种车型渐渐变刚度度钢板弹弹簧。 螺旋弹弹簧非独独立悬架架 因为螺旋旋弹簧作作为弹性性元件，只能承承受垂直

18、直载荷，所以其其悬架系系统要加加设导向向机构和和减振器器。空气弹弹簧非独独立悬架架 空气弹簧簧只承受受垂直载载荷，因因而必加加设减振振器，其其纵向力力和横向向力及其其力矩由由悬架中中的纵向向推力杆杆和横向向推力杆杆来传递递。对于轿车车要求在在好路上上降低车车身高度度，提高高车速行行驶；在在坏路上上提高车车身，可可以增大大通过能能力。因因而要求求车身高高度随使使用要求求可以调调节。空空气弹簧簧非独立立悬架可可以满足足要求。 2.1.2 非非独立悬悬架的总总体特点点优点：1.结构构简单、成本低低廉，易易于维护护，对汽汽车厂家家比较有有利，2.承载载能力强强，钢板板弹簧做做弹性元元件的非非独立悬悬架

19、，可可承载达达几十吨吨的负荷荷。中、重载车车辆常常常采用非非独立悬悬架。缺点：1.由于于是用一一根杆件件直接刚刚性地连连接在两两侧车轮轮上，一一侧车轮轮受到的的冲击、振动必必然要影影响另一一侧车轮轮。操纵纵稳定性性、平顺顺性不理理想。.2.由于于左右两两侧车轮轮的互相相影响，容易影影响车身身的稳定定性，在在转向的的时,侧侧倾较大大，容易易侧翻。2.2 独立悬悬架的类类型及特特点图2-22独立悬架架的车轴轴分成两两段（如如图2-2），每只只车轮用用螺旋弹弹簧独立立地，弹弹性地连连接安装装在车架架(或车车身)下下面，当当一侧车车轮受冲冲击，其其运动不不直接影影响到另另一侧车车轮，独独立悬架架所采用

20、用的车桥桥是断开开式的。2.2.1 独独立悬架架的分类类现在，前前悬架基基本上都都采用独独立悬架架系统，最常见见的有双双横臂式式和滑柱柱摆臂式式（又称称麦弗逊逊式）。双横臂臂式工作原理理：由上上短下长长两根横横臂连接接车轮与与车身，通过选选择比例例合适的的长度，可使车轮轮和主销销的角度度及轮距距变化不不大图2-33双横臂臂式独立立前悬架架这种独立立悬架被被广泛应应用在轿轿车前轮轮上。双双横臂的的臂有做做成A字字形或VV字形，V形臂臂的上下下2个VV形摆臂臂以一定定的距离离，分别别安装在在车轮上上，另一一端安装装在车架架上。优点：结结构比较较复杂，但经久久耐用，同时减减振器的的负荷小小，寿命命长

21、。可可以承载载较大负负荷，多多用于轻轻型小型货货车的前前桥。缺点：因因为有两两个摆臂臂，所以以占用的的空间比比较大。所以，乘用车车的前悬悬架一般般不用此此种结构构形式。麦弗逊逊式（滑滑柱连杆杆式）图2-44麦弗逊逊式独立立前悬架架工作原理理：这种种悬架目目前在轿轿车中采采用很多多。这种种悬架将将减振器器作为引引导车轮轮跳动的的滑柱，螺旋弹弹簧与其其装于一一体。这种悬架架将双横横臂上臂臂去掉并并以橡胶胶做支承承，允许许滑柱上上端作少少许角位位移。内内侧空间间大，有有利于发发动机布布置，并并降低车车子的重重心。 车轮上下下运动时时，主销销轴线的的角度会会有变化化，这是是因为减减振器下下端支点点随横

22、摆摆臂摆动动。以上上问题可可通过调调整杆系系设计布布置合理理得到解解决。图2-55 奥迪迪1000型轿车车弗逊式式前悬架架麦弗逊独独立悬架架的特点点：优点：技术成熟熟，结构构紧凑，响应速速度快，占用空空间少，便于装装车及整整车布局局，多用用于中低低档乘用用车的前前桥。缺点：由于结构构过于简简单，刚刚度小，稳定性性较差，转弯侧侧倾明显显，必须须加装横横向稳定定器，加加强刚度度。2.2.2 独独立悬架架的总体体特点 优点： （1）发发动机可可放低安安装，有有利于降降低汽车车重心，并使之之结构紧紧凑。 （2） 允许许前轮有有大的跳跳动空间间，有利利于转向向，便于于选择软软的弹簧簧元件使使平顺性性得到

23、改改善。（3）非非簧载质质量小，可提高高汽车车车轮的附附着性。缺点：（1）由由于在转转向时由由于受离离心力的的作用内内侧车轮轮要比外外侧车轮轮受到的的力大得得多，极极端情况况下，是是危险区区域（2）某某些特殊殊情况下下(如转转速过快快、侧向向风较大大、路况况较差等等)，侧侧倾较大大，乘员员感到不不适。第三章 悬架形形式的选选择3.1 总 评评通过上一一章的分分析，比比较，可可以知道道当前汽汽车悬架架的前沿沿技术是是带反馈馈的闭环环自控 悬悬架系统统统。比比如，主主动，半半主动悬悬架系统统，已经经在一些些高档轿轿车上得得以应用用。普通乘用用车所使使用的仍仍旧是传传统的机机械式的的悬架系系统，发发

24、展趋势势是，四四轮全部部采用独独立悬架架系统。目前，乘用车车上应用用的悬架架系统，五花八八门，全全部采用用非独立立，全部部独立，抑或是是将二者者结合，这主要要源于汽汽车厂商商的不同同市场定定位，市市场策略略。不管在一一辆车上上采用何何种技术术对比，目的只只有一个个-提提供一台台操纵稳稳定性，平顺性性，舒适适性兼顾顾的车子子。以尽可能能低的成成本制造造出技术术性能尽尽可能好好的产品品是每一一个汽车车设计人人员的最最大追求求。这也也是与车车场利益益相吻合合的。这次我的的课程设计计课题是是汽车车悬悬架系统统的设计，选选的车型型是日产产的nvv2000，由于于本车总总成本在在7-110万人民币币，这个

25、个区位的的汽车市市场，集集中了大大量车型型，竞争争激烈。为了增增强本车车的市场场竞争力力，在保保持各项项技术达达标的前前提下，应尽可可能的压压缩成本本。虽然，采采用四轮轮全独立立悬架的的轿车操操纵稳定定性，平平顺性及及舒适性性都比较较理想。从设计计角度来来讲，倾倾向于采采用。但但是，相相对来说说，总成成本比较较高，不不适和本本车的实实际情况况。出于综合合考虑，经过慎慎重思考考，选定定了本车车的悬架架系统：前独立立悬架+后整体体式悬架架。3.2 前后悬悬架的确确定3.2.1 前前独立悬悬架的选选择通过前一一章的分分析、对对比，认认为，到到滑柱连连杆式独独立前悬悬比较适适合本车车的设计计要求。因为

26、,它既能能很好的的满足舒舒适性的的要求,又能使使车辆的的技术指指标符合合设计任任务的规规定.所所以,前前悬决定定选用麦麦弗逊式式独立前前悬架。麦克弗弗逊悬架架是以福福特汽车车公司的的工程师师 Eaarlee S. MccPheersoon 的的名字命命名的。麦克弗逊逊悬架是是以福特特汽车公公司的工工程师EEarlle SS. MMcPhhersson 的名字字命名的的。典型型的结构构如图33-1 所示示。麦弗弗逊悬架架相对双双横臂悬悬架而言言，它不不仅简化化了结构构，减小小空间，有利于于车身前前 部地地板的构构造和发发动机布布置，这一点点在用于于紧凑型型轿车的的前悬架架时，具有无无可比拟拟的

27、优优势。麦弗逊逊悬架的的另外一一些优点点包括：铰接点点的数目目较少；上下铰铰点与车车轮接地地点 之之间的距距离较小小，这对减减小铰点点处的受受力有利利；弹簧行行程较大大、另外，当车轮轮跳动时时， 其其轮距、前束及及车轮外外倾角等等均改变变不大，减轻了了轮胎的的磨损，也使汽汽车具有有良好的的 行驶驶稳定性性。图3-11麦克弗逊式前悬架结构简图3.2.2 后后悬架的的选择为了有效效的降低低本车的的制造，使用,维护,购买的的成本。后悬架架决定采采用普通通的钢板板弹簧整整体式悬悬架(如如图3-2所示示)。虽虽然,普普通钢板板弹簧式式非独立立后悬架架在乘用用车上来来看,技技术不够够先进,平顺性性也没独独

28、立悬架架优良,但是它它可以合合理的照照顾整车车成本,寿命长长且使用用期间维维护简单单,成本本低，坚坚固,可可靠，耐耐用。如此，既既可兼顾顾技术的的主流性性，易于于被客户户接受,又可降降低制造造成本，增强市市场竞争争力。毕竟，就就目前的的形势来来说，国国产车在在与国外外巨头竞竞争中，手中的的牌不多多，价格格是最为为有效和和杀伤力力的一张张。只有有用好这这张牌，才有可可能在不不远的将将来打一一个漂亮亮的防守守反攻。最终使使民族品品牌成为为国内乃乃至全球球的强势势汽车品品牌。图3-22纵置钢板弹簧非独立悬架结构简图第四章悬悬架主要要参数的的确定4.1影影响平顺顺性的参参数4.1.1 悬悬架的弹弹性特

29、性性和工作作行程对于大多多数汽车车而言，其悬挂挂质量分分配系数数e = r2/ab =0.8 1.2，因而可可以近似似地认为为e =1，即前后后桥上方方车身部部分的集集中质量量的垂向向振动是是相互独独立的，并用偏偏频n1 ，n2表示各各自的自自由振动动频率，偏频越越小，则则汽车的的平顺性性越好。一般对对于采用用钢制弹弹簧的轿轿车，nn1约为为1 1.33Hz(660 800次/ minn）， n2约为为1.117 1.5Hzz 非常常接近人人体步行行时的自自然频率率。载货货汽车的的偏频略略高于轿轿车，前前悬架约约为1.3Hzz ，后后悬架则则可能超超过1.5Hzz 。为为了减小小汽车的的角振动

30、动，一般般汽车前前、后悬架架偏频之之比约为为 nn1/nn2 = 0.85 00.955。具体体的偏频频选取可可参考表表4-22：表4-11 汽车车悬架的的偏频、静挠度度和动挠挠度车型满载时偏偏频n/Hz满载时静静挠度fc /cm满载时动动挠度fd /cm空载n1满载n2fc1fc2fd1fd2载货汽车车1.0-1.445Hzz1.1771.558Hzz61115959697-96868由上表选选取货车车满载时时前后悬悬架的偏偏频分别别为：n1 =1.44Hz， n2 = 1.55Hz 所以n1 /n2 =1.44 / 1.55 = 0.993，满满足要求求。当e =1时，汽汽车前、后桥上上方

31、车身身部分的的垂向振振动频率率n1、n2 与其其相应的的悬架刚度Css1 和Cs2 以及及悬挂质质量ms1 和ms2 之间间有如下下关系：式中 gg 重力加加速度，g = 98110mmm/s2；Cs1 ,Cs2 前、后后悬架刚刚度，NN / mm；Gs1,Gs2 前、后后悬架簧簧载重力力，N 。为了求出出前后悬悬架的垂垂直刚度度，必须须先求出出前后悬悬架的簧簧载质量量ms1 和ms2 。而而ms1 和ms2可以通通过满载载时前后后轮的轴轴荷减去去前后非非簧载质质量得到到。即：ms1=1/22(m前前轮轴荷荷-m前轮非非簧载质质量）ms2=1/22(m后后轮轴荷荷-m后轮非非簧载质质量）（式4

32、-5）为了获得得良好的的平顺性性和操纵纵性，非非簧载质质量应尽尽量小些些。根据据同类车车型类比比，取前前悬架的的非簧载载质量为为50kkg，后后悬架的的非簧载载质量为为1000kg。将数据代代入式44-5 得出：ms1=1/22(0.6455t-00.055t)=0.229755tMs2=1/22(0.6455-0.1t)=0.27225t将计算所所得的mms1 和ms2代入式式4-44，得到到：前、后悬悬架的刚刚度分别别为：Cs1 =233 N/ mmm；Cs2=24.2 NN /mmm。由于悬架架的静挠挠度fc = msg/Cs，因而而式4-4 又又可表达达为：式中 ff1c,f2c 的单

33、单位为mmm。所以 由由式4-6 求求出前、后悬架架的静挠挠度分别别为：fc1 = 1226.99mm fc2 = 1100.5mmm。悬架的动动挠度ffd 是指指从满载载静平衡衡位置开开始悬架架压缩到到结构允允许的最最大变形形（通常常指缓冲冲块压缩缩到其自自由高度度的1/ 2或或1/ 3）时时，车轮轮中心相相对车架架（或车车身）的的垂直位位移。为为了防止止汽车行行驶过程程中频繁繁撞击限限位块，应当有有足够的的动挠度度，对于于轿车 fd /ffc 的值值应不小小于0.5，大大客车应应不小于于0.775，载载货汽车车1.00。所以以选取货货车前后后悬架的的动挠度度等于静静挠度，即fd11 =0.

34、5fc1 =633.455 mmm ffd2 =0.55fc2 =555.255mm。此时悬架架总的工工作行程程即静挠挠度fc和动挠挠度fd之和等等于：f1=1190mmm，f2=1666mm4.1.2悬架架的阻尼尼特性当汽车悬悬架仅有有弹性元元件而无无摩擦或或减振装装置时，汽车悬悬挂质量量的振动动将会延延续很长的时时间，因因此，悬悬架中一一定要有有减振的的阻尼力力。对于于选定的的悬架刚刚度，只只有恰当当地选择择阻尼力力才能充充分发挥挥悬架的的缓冲减减振作用用。对于一个个带有线线性阻尼尼减振器器的悬架架系统或或弹簧质量阻尼系系统，可可用相对对阻尼比比来评价价阻尼的的大小或或振动衰衰减的快快慢程

35、度度。相对阻尼尼比可表表达为：式中 CCs 弹簧刚刚度；ms 悬挂挂部分的的质量。上式表明明，减振振器的阻阻尼作用用除与其其阻尼系系数k 有关外外，也与与悬架的的刚度及及悬挂质量有关关。不同同刚度和和不同质质量的悬悬架系统统匹配时时会产生生不同的的阻尼效效果。为为了获得得良好的的平顺性性，典型型的相对对阻尼比比如表44-2表4-22汽车悬悬架的偏偏频及相相对阻尼尼比钢制弹簧簧轿车货车前悬架后悬架前悬架后悬架偏频n1.01.21.31.50.40.20.40.34.1.3.悬悬架的非非簧载质质量前悬架为为麦弗逊逊独立悬悬架，其其非簧载载质量包包括车轮轮和转向向节的质质量等；后悬架架为纵置钢板板弹

36、簧非非独立悬悬架，其其非簧载载质量包包括车轮轮和转向向节的质质量以及及连接左左右车轮轮的从动动桥的整整个刚性性梁，包包括主减减速器、差速器器以及半半轴的质质量，还还有传动动轴的部部分质量量。由上上述的分分析中，已知了了悬架的的非簧载载质量取取为500kg，后悬架架的非簧簧载质量量为1000kgg。4.2影影响操纵纵稳定性性的参数数主要考考虑悬架架的侧倾倾中心和和侧倾角角刚度。4.2.1.侧侧倾中心心取车身的的质心高高度为440%车车身高度度=744cm。根据SAAE JJ6700e 的的定义，侧倾中中心为通通过左右右车轮中中心的垂垂直横断断面上的的一点，在该点点向悬挂挂质量上上施加一一个横向向

37、作用力力不会引引起悬架架的侧倾倾变形。侧倾中心心的高度度变化实实质上并并不改变变由悬挂挂质量离离心力以以及侧倾倾后质心心偏移所所带来的轮轮荷转移移量，它它改变的的是在轮轮荷转移移过程中中侧倾力力矩的大大小和由由弹性元元件、传传力杆系系所分担担的力的的比例。侧倾中中心越高高，则侧侧倾力矩矩越小；在一定定侧倾角角刚度下下车身的的侧倾角角越小，由弹簧簧及横向向稳定杆杆传递的的力越小小，而由由传力杆杆系所传传递的力力就越大大，反之之亦然。独立悬悬架的侧侧倾中心心太高的的话可能能导致车车轮跳动动时轮距距变化过过大，加加剧轮胎胎磨损。综合考考虑以上上因素，选取悬悬架的侧侧倾中心心高度为为74cmm。4.2

38、.2.侧倾角角刚度1.前悬悬架麦弗弗逊悬架架的侧倾倾角刚度度cf根据总体体设计要要求在侧侧倾惯性性力等于于0.44 倍车车重时，货车车车身侧倾倾角不超超过60-770。首先先绘图画画出前悬悬架侧倾倾时的侧侧倾中心心，如图图4-22：图4-22 麦弗逊式悬架侧倾角刚度图作过减振振器的上上支点做做减振器器中心线线的垂线线，延长长转向节节的下支支点和下下摆臂的的端点的的连线，从而使使其与前前一条线线相交，交点为为M，N，将M，N 点分分别与两两边轮胎胎的接地地点连接接，从而而与汽车车的侧倾倾中心线线相交一一点O，此O 点即为为汽车的的侧倾中中心。而而麦弗逊逊悬架的的侧倾角角刚度通通过下式式可求出出：

39、其中d 和a 可以以通过几几何关系系求出:有下文导导向机构构的设计计中，可可以知道道s = 7155mm，n =10332mmm。将上述数数据代入入式4-8，得得到麦弗弗逊悬架架的侧倾倾角刚度度为： Nmmm2.后悬悬架钢板板弹簧的的侧倾角角刚度ccf同样地，首先绘绘出钢板板弹簧悬悬架在侧侧倾时的的侧倾中中心示意意图，如如图4-3。式中 MM 悬架抵抵抗侧倾倾的弹性性恢复力力矩，它它与车身身所受侧侧倾力矩矩等值异异号；cs 钢板板弹簧垂垂直刚度度；q 两侧钢钢板弹簧簧的中心心距。图4-33非独立悬架侧倾中心示意图前面已经经求出钢钢板弹簧簧的垂直直刚度为为cs = 214.58NN/mm；两侧侧

40、钢板弹弹簧的中中心距为为：q =12200mmm；代代入上式式求出钢钢板弹簧簧的侧倾倾角刚度度为：3，验证证侧倾角角刚度的的可靠性性在确定悬悬架的侧侧倾角刚刚度时，应当使使前、后后悬架的的侧倾角角刚度之之和cf1+cf2足够大大，以保保证汽车车转弯行行驶时车车身的侧侧倾角不不致过大大，通常常在0.4g 横向加加速度下下车身侧侧倾角应应小于66o 这里假设设汽车的的悬架质质量ms由两部部分组成成，即位位于前悬悬架上的的质点mms1和位于于后悬架架上的质质点ms2，ms1 和ms2的分配配及位置置刚好符符合ms质心位位置,ms1和ms2之间通通过无质质量，扭扭转刚度度无限大大的纵向向平面连连接以保

41、保证有同同样的侧侧倾角jj。这样样在横向向加速度度作用下下，离心心力和，分别别向前、后悬架架的侧倾倾中心处处简化得得和代入数据据得到，所以，总总的侧倾倾角为可见，刚刚度满足足侧倾角角要求。4.3影影响纵向向稳定性性的参数数汽车在制制动或加加速行驶驶时，由由于惯性性力的作作用会造造成轴荷荷转移，并伴随随前、后后悬架的的变形，表现为为制动时时的“抬头抬抬尾”和驱动动加速时时的“仰头垂垂尾”现象。悬架设设计时应应考虑采采取相应应的措施施减小或或消除制制动及驱驱动时悬悬架的变变形。4.3.1.前前、后悬悬架纵倾倾中心前悬架：麦弗逊逊式独立立悬架的的纵倾中中心，可可由E 点做减减振器运运动方向向的垂直直

42、线。该垂直线线与横臂臂轴D 延长线线的交点点O 即即为纵倾倾中心，如图44-4 所示：后悬架：纵置钢钢板弹簧簧非独立立悬架结结构，纵纵倾中心心近似位位于钢板板弹簧前前卷耳中中心O2 处处，如图图4-55 所示示。图4-44 麦弗弗逊式独独立悬架架的纵倾倾中心2，抗制制动纵倾倾性（抗抗制动前前俯角）抗制动纵纵倾性可可使制动动过程中中汽车车车头的下下沉量及及车尾的的抬高量量减小。只有在在前、后悬悬架的纵纵倾中心心位于两两根车桥桥（轴）之间时时，这一一性能才才能实现现，如图图4-55 所示示。第五章 前悬架架的设计计技算5.1.前悬架螺旋弹簧的设设计计算5.1.1.前悬架架静、动动挠度和和螺旋弹弹簧

43、静、动挠度度的关系系麦弗逊悬悬架在振振动时，由于弹弹簧与车车体并不不垂直，所以悬悬架的静静挠度并并不等于于螺 旋弹弹簧的静静挠度。可以通通过振动动时螺旋旋弹簧位位置的改改变来寻寻找几何何关系根根据已知知的悬 架静挠挠度来求求出螺旋旋弹簧的的静挠度度，如图图4-8所示：图中 ffc 前悬悬架的静静挠度，已知ffc =1266.9mmm； fc11螺旋旋弹簧的的静挠度度。由图中的的几何关关系可以以到下式式解三角形形ABC: -(式5-1)图4-88 前悬悬架振动动示意图图同理，可可以求出出螺旋弹弹簧的动动挠度为为： ffd1 = 00.5ffc1 =633.2mmm5.2.螺旋旋弹簧基基本参数数的

44、选择择(1) 弹簧中中径D 和钢丝丝直径dd: 初步步取 DD=90mmm d =10mm。工作圈数数i 可按按下式求求得：-(式55-2)式中 GG 弹簧材材料的剪剪切弹性性模量，取；c 螺旋弹弹簧刚度度。对于螺旋旋弹簧的的刚度可可以由螺螺旋弹簧簧的静挠挠度反求求出,因为fcc=1226.44解得nn=1.4故可求出出螺旋弹弹簧刚度度为c=23N/mm，将数据据带入55-2解解得：ii=6圈(3) 弹簧的的刚度、动静挠挠度由上面的的分析，已知了了弹簧的的刚度为为c = 23N / mmm，弹簧簧的动、静挠度度为：fc1 =1226.44mm ffd1 =633.2mmm5.3螺螺旋弹簧簧端部

45、形形状和材材料的选选择首先，采采用弹性性特性为为线性的的等节距距螺旋弹弹簧，由由于钢丝丝直径dd =110mmm，所以在热热处理工工艺上需需要成形形后淬火火并回火火，即热热成形弹弹簧。在在端部形形状的选选择上采采取两端端碾细的的端部结结构，这这种结构构节约材材料，占占用垂向向空间小小，特别别是由于于两端都都平整，安装时时可以任任意转动动，因而而设计时时弹簧的的圈数可可以去任任意值，不必限限于整数数。螺旋弹簧簧材料的的选择可可参考下下表5-1表4-44 部分分弹簧钢钢种在汽汽车上的的应用弹簧钢种种应用65、770、85汽车板簧簧、圆形螺旋弹簧、122mm的小型型弹簧55Sii2Mn55SiMnB

46、用作225mm汽车板板簧、螺旋弹弹簧、气缸阀簧簧55SiiMnVB汽车板簧簧、螺旋弹簧、气气缸阀簧簧60SiiMn600SiMnA汽车板簧簧、螺旋弹簧、气气缸阀簧簧55CrrMnA60CrMnA50mmm的螺螺旋弹簧簧和钢板弹簧簧50CrrVA60Si2CrVA阀门弹簧簧、活塞弹簧、安安全阀弹弹簧这里选用用弹簧的的材料为为：5-4.螺旋弹弹簧强度度校核螺旋弹簧簧的扭转转应力可可以表示示为：动载荷下下的扭转转应力表表示为：将已知数数据代入入上式，其中动动、静挠挠度fcc1 = 1226.99mm fd11=633.455 mmm剪切弹弹性模量量：G= 88.3104MPaa，螺旋旋弹簧中中径：D

47、D=1220mmm，钢丝丝直径：d =118mmm，工作作圈数为为：i = 8圈。解得NN选取弹簧簧许用扭扭转应力力时，应应根据悬悬架结构构型式和和工作特特点来确确定，一一般推荐荐满载需用扭扭转应力力为5000 7000MPPa ，弹簧最最大扭转转应力在在9800 10778MPPa 范范围内。可见这这里计算算所得的的扭转应应力=4419.2MPPa 7000MPaa，=3455.19800MPaa故强度可可靠。第六章 后悬架架的设计计计算6.1 弹性元元件的选选择本车后悬悬架决定定采用钢钢板弹簧簧作为弹弹性元件件的非独独立悬架架。钢板板弹簧即即是后悬悬架的弹弹性元件件，又起起到导向向机构的的

48、作用，可不必必单设导导向装置置，使结结构简化化，并且且由于弹弹簧各片片之间摩摩擦引起起一定减减振作用用。钢板弹簧簧是这种种形式非非独立悬悬架的最最重要的的部件。钢板弹弹簧一般般选用 6.1.1 加加工要求求： 热轧弹弹簧钢加加热成形形，而后后淬火回火，还要经经过实效效处理，以消除除内应力力。6.11.2材材料的参参数：弯曲应力力： , ，弹性模量量： 使用温度度： 剪切应力力： -据机机械零件件设计手手册 大都是专专业的钢钢铁公司司轧制，装配好好，以钢钢板弹簧簧总成的的形式出出现。钢板弹簧簧又叫叶叶片弹簧簧，它是是由若干干不等长长的合金金材料的的弹簧片片叠加在在一起组组合成一一根近似似等强度度

49、的梁。如图下下右侧所所示。钢钢板弹簧簧3的第第一片（最长的的一片）称为主主片，其其两端弯弯成卷耳耳1，内内装青铜铜或塑料料或橡胶胶。粉沫沫冶金、制成的的衬套，用弹簧簧销与固固定在车车架上的的支架、或吊耳耳作铰链链连接。钢板弹弹簧的中中间用UU形螺栓栓与后桥桥固定。 1-卷耳耳 2-弹簧夹夹 3-钢板弹弹簧主片片 4-中心螺螺栓图6-11 中心螺螺栓4用用来连接接各弹簧簧片，并并保证各各片的装装配时的的相对位位置。中中心螺栓栓到两端端卷耳中中心的距距离可以以相等，也可以以不相等等如下图图所示。为了增增加主片片卷耳的的强度，将第二二片末端端也弯成成半卷耳耳，包在在主片卷卷耳和外外面，且且留有较较大

50、的间间隙，使使得弹簧簧在变形形时，各各片间有有相对滑滑动的可可能。6.2 钢板弹弹簧参数数的设计计计算6.2.1初选选满载弧弧高 满满载弧同同fa是是指钢板板弹簧装装到车轴轴（桥）上，汽汽车满载载时钢板板弹簧主主片上表表面与两两端（不不包括卷卷耳半径径）连线线间的最最大高度度差（图图6-22）. fa用用来保证证汽车具具有给定定的高度度 当ffa=00时，钢钢板弹簧簧在对称称位置上上工作 ，为了了在车架架高度已已限定时时能得到到足够的的动挠度度(P1181)值，常常fa=1020mmm。初选满载载弧高 mm6.2.2 各各片长度度的确定定乘用车钢钢板弹簧簧主片长长度L（0.400.555）轴轴

51、距初选 LL=0.43轴轴距；依靠作图图法求其余各各片长度度（如图图所示）。图6-22（作图图法定各各片长度度）得9200 mmm , =7220 mmm , 5580 mmL为主片片长度6.2.3 断断面高度度及片数数的确定定（1）钢钢板断面面宽度bb的确定定：根据修正正后的简简支梁公公式计算算钢板弹弹簧所需需要的总总惯性矩矩J0钢板的垂垂直刚度度：U型螺栓栓中心距距：S76 mm （ U型螺螺旋中心心距）求：（为为挠度增增大系数数）E=2006 NN/（弹弹性模量量）取k00.5总惯性矩矩J0：钢板弹簧簧总截面面系数 取 计算钢板板弹簧的的平均厚厚度hpp求得b40mmm6.2.4 厚厚度

52、的确确定由前得 6.2.5钢板弹弹簧总成成在自由由状态下下得弧高高及其曲曲率半径径1.弧高高的计算算 mm 静静挠度 mm 满满载弧高高钢钢板弹簧簧总成用用U 型型螺旋夹夹紧后弧弧高的变变化量 1422.9 mm2. 曲曲率半径径的计算算L是是板簧主主片长度度，前已已取得；6.3 钢板弹弹簧的强强度校验验6.3.1 驱驱动时，后板簧簧承受的的最大载载荷时，前半段段出现的的最大应应力【， （为满载载时后轴轴轴荷），取1.2， （乘用车车，）取取 00.8 ， 5866 mmm；35884 mmm ，9 mmm；c2776mmm，b400 mmm。】故强度符符合要求求-后悬架架的自振振频率： 次/

53、分分后悬自振振频率值值： 次次/分 mmm 后悬架刚刚度 ： 第七章独独立悬架架导向机构的的设计7.1.设计要求独立悬架架的导向向机构承承担着悬悬架中除除垂向力力之外的的所有作作用力和和力矩，并且决决定了悬架架跳动时时车轮的的运动轨轨迹和车车轮定位位角的变变化。因此，在设计计独立悬架架的导向向机 构时时，应使使其满足足以下要要求：(1)形形成恰当当的侧倾倾中心和和侧倾轴轴线；(2)形形成恰当当的纵倾倾中心；(3)各各铰链点点处受力力尽量小小，减小小橡胶元元件的弹弹性变形形，以保保证导向向精确；(4)保保证车轮轮定位参参数及其其随车轮轮跳动的的变化能能满足要要求;(5)具具有足够够的疲劳劳强度和

54、和寿命。7.2 前轮轮定位参数与主销销轴的布置置筒式减振振器上铰铰链的中中心与横横摆臂外外端的球球铰链中心心的连线线为麦弗弗逊悬架的主 销轴轴线。此此结构也也为无注注销结构构。7.2.1.主主销偏移移距图7-11所示为为麦弗逊逊式前悬悬架，当当主销轴轴线的延延长线与与地面的的交点位位于轮胎胎胎 冠印印迹中心心线外侧侧时，具有负负的主销销偏移距距rs，可以保保证汽车车制动稳稳定性。在这里里也 选取取负主销销的偏移移距，令令主销轴轴线与车车轮纵向向中心线线的夹角角为12。图7-11麦弗逊悬架的主销偏偏移距 7.22.2四四个前轮轮定位参参数的初初步选取取如下表77-1：主销后倾倾角（图4-117）

55、主销内倾倾角（图4-188）前轮外倾倾角（图4-199）前轮前束束（图4-20）5.591.55mm图7-22主销后倾图7-33主销内倾角图7-44前轮外倾角图7-55前轮前束 7.22.3麦弗弗逊悬架架受力情情况与螺螺旋弹簧簧斜置分析如图图4-21所示示的麦弗弗逊独立立悬架受受力简图图可知：作用在在导向套套上的横横向力F3，可根据据图上的的布置尺尺寸求得得， -（式77-1）式中 FF1 单侧前前轮簧载载质量；横向力33 F 越大，则作用用在导向向套上的的摩擦力力3 FF f 越大（ f 为摩擦擦因数），这对对汽车平平顺性有有不良的的影响。为了减减小摩擦擦力，在在导向套套和活塞塞表面应应用了

56、减减磨材料料和特殊殊工艺。由式(4-334)可可知，为为了减小小F3，要要求尺寸寸c + b越大越越好，或或者减小小尺寸aa。增大大前者会会使悬架架占用的的空间增增加，在在布置上上产生困困难；若若采用增增加减振振器轴线线倾斜度度的方法法，可达达到减小小a 的目目的，但但也存在在布置困困难的问问题。为为此，在在保持减减振器轴轴线不变变的条件件下，常常将图中中的G 点外伸伸至车轮轮内部，既可以以达到缩缩短尺寸寸a 的目目的，又又可获得得较小的的甚至是是负的主主销偏移移距，提提高制动动稳定性性。移动动G 点后后的主销销轴线不不再与减减振器轴轴线重合合。图7-66麦弗逊式独立悬架导向机构受力简图由图4

57、-21 可知，将弹簧簧和减振振器的轴轴线相互互便宜距距离s ，再考考虑到弹弹簧轴向向力F6 的的影响，则作用用到导向向套上的的力将减减小，即即： -（式77-2）由式(44-355)可知知，增加加距离ss ，有有助于减减小作用用到导向向套上的的横向力力F3 。所以，为为了发挥挥弹簧反反力减小小横向力力3 FF 的作作用，可可以把弹弹簧斜置置，即将将弹簧的的下端布布置得尽尽量靠近近车轮，从而造造成弹簧簧轴线及及减振器器轴线成成一个角角度。在在本次设设计中，将该弹弹簧的斜斜置角度度（即弹弹簧中心心线与减减振器中中心线的的夹角）取为77。7.3 横臂轴轴的选型型与布置置7.3.1.导导向机构构横臂轴

58、轴的选型型麦弗逊悬悬架的下下控制臂臂主要有有两种形形式：AA 形臂臂和L 形臂，L 形形臂如图图4-222 所所示，由由于L 形臂可可以使汽汽车纵向向接近于于“0 偏偏移”，所以以该设计计中选用用当前流流行的LL 形下下控制臂臂。L 形控控制臂的的球销和和控制臂臂前部连连接衬套套的中心心在，即即在汽车车纵轴线线上坐标标相同。从车轮轮传递到到球销的的侧向力力通过LL 形下下控制臂臂前衬套套直接传传递到副副车架(后连接接衬套的的影响很很小)，这样只只需要通通过设定定前衬套套的刚度度来调节节汽车的的侧向刚刚度。图7-77纵向“0偏移”L型下控制臂1下控控制臂球铰2下控制臂前连接衬套3控制臂后连接衬套

59、在汽车通通过有凹凹坑的路路面引起起在车轮轮接地点点产生纵纵向力时时，此纵向向力绕下下控制臂臂 球销销和前衬套的轴线形成纵向向力矩，通过设定L形下控制臂后衬套的刚刚度来控制制该 力力矩，缓缓和路面面带来的的冲击使使车轮产产生纵向向柔性。可见L型下控制臂的设设计，使汽 车在侧侧向和纵向的受力分别通通过前、后衬套进行控制制,使需要的侧向刚度独独立于纵向 柔性，使侧向向力和纵纵向力同同时作用用时相互互间不发发生耦合合，避免免了悬架架臂共振振的发生生， 从而而提高了了汽车行行驶的平平顺性。另外，L形控制臂的的前后连连接衬套套刚度一一般都设设定为 前硬后后软，这这有助于于在转向向时受到到侧向力力时前轮轮形

60、成负负前束，增加不不足转向向的趋势势， 有利利于提高高汽车行行驶的稳稳定性。7.3.2.导向机机构横臂臂轴的布布置方式式侧倾中心心对导向向机构横横臂轴的的布置方方式的影影响前面4.1.22 节中中介绍了了侧倾中中心的高高度为665cmm。侧倾倾高度的的确定会会影响悬悬架操纵纵稳定性性。同样样知道了了侧倾中中心的高高度会影影响到导导向机构构中横臂臂轴的布布置方式式，如图图7-88 所示示，图7-88麦弗逊式独立悬架侧倾中心的确定根据图中中的几何何关系，可以得得到麦弗弗逊悬架架的侧倾倾中心高高度hww 为：式中 已知，主主销内倾倾角为ss = 9o ，轮距距 bvv = 14490mmm，侧侧倾中