《一款汽车多连杆式悬架的三维模型结构设计》15000字（论文）

l一款汽车多连杆式悬架的三维模型结构设计摘要最近一些年来，跟着全国世界随着汽车工业的飞速发展，大家对汽车的操纵稳定性和乘坐舒适性提出了越来不低的要求，因此汽车的悬架系统也提出了比之前还要高的要求。考虑到操控性和驾驶非常美非常舒适，多连杆独立悬架因其出色的综合指数而受到大多数消费者的青睐。然而，多年来，结构复杂，成本高，舒适度高的多连杆独立悬架仅用于豪华车或少数高端车。随着汽车制造技术的不断提高和零件单位生产成本的逐步降低，汽车制造商开始为更多的低端汽车配备这种结构复杂，性能优良的悬架，以提高汽车的综合性能。在驾驶过程中，形成了同级别车中的佼佼者。我这次设计的悬挂系统恰好符合公众的需求。它采用多链路独立悬挂。在这次设计中，采用了性能较好的多连杆式独立悬架系统，虽然多连杆式独立悬架还没有怎么大面积的应用在低端的汽车中，主要是因为多连杆独立悬架的成本也在不断的降低，随着成本的降低更多的低端低配汽车也得到了应用。因此多连杆独立悬架的广泛应用有着快速和长远的发展前景。本次设计根据目前市面上大多数主流车型采用麦弗逊式前悬架、多连杆式后悬架的组合，目标设计一款汽车多连杆式后悬架。设计内容包括减振器，弹性元件，导向机构，横向稳定杆的参数设计，计算和选用。并对上述配件建立三维模型结构，用应用软件分析有关参数设计的准确性。关键词：多连杆悬架，后悬架，独立悬架，solidworks、目录TOC\o"1-2"\h\z\u1绪论 -9-1.1课题研究背景 -9-1.2国内外现状 -10-1.3课题研究目的及意义 -12-1.4课题研究内容 -13-第2章悬架的结构分析与整体参数设计 -14-2.1悬架系统的简介与分类 -14-2.2独立悬架的特点 -16-2.3整体参数的设计 -17-3多连杆后悬架的设计 -19-3.1悬架设计的一般要求 -19-3.2减振器选择 -19-3.3螺旋弹簧的设计计算 -24-3.4横向稳定杆设计 -26-3.5悬架系统的杆系设计 -29-4多连杆后悬架平顺性分析 -29-4.1平顺性概念 -29-4.2汽车的等效振动分析 -29-4.3车身加速度的幅频特性 -32-4.4相对动载的幅频特性 -32-4.5影响平顺性的因素 -33-5多连杆悬架的三维建模 -33-5.1三维软件的介绍 -33-5.2多连杆悬架的三维建模 -34-第6章结论 -37-参考文献 -38-1绪论1.1课题研究背景汽车车架与车桥或车轮之间的一切传力装置总称为悬架，主要是用来传动动力，作用是传递车轮和车身之间的力和力扭，悬架还起到并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，很大程度上减少由不平顺路面引起的汽车震动，以保证汽车能够平顺地行驶[1]。悬架是汽车中的重要组件。悬架与车架和车轮构成弹性连接，这将决定汽车的各种性能。从外观上看，如图1-1所示，汽车悬架仅由一些杆，缸和弹簧组成，但并不认为这很简单。相反，汽车悬架是难以满足完美要求的汽车组件。这是因为悬架不仅应满足汽车舒适性的要求，而且还应满足其操纵稳定性的要求，并且这两个方面是相反的。例如，为了获得良好的舒适性，我们需要极大地缓冲汽车的振动，因此弹簧应设计为较软，但如果弹簧较软，则很容易使汽车制动器“点头”，加速“抬头”并严重左右滚动，这会对于汽车转弯产生不利，从而使汽车的操纵不稳定，甚至会产生不安全因素。传递车轮和车身之间的所有力和力矩是悬架的主要功能，例如支撑力，制动力和驱动力，并减轻从崎岖不平的路面传递到车身的冲击载荷，从而减轻由车轮引起的振动，确保乘客的舒适度，并减少货物和车辆本身的动态负荷。悬架与汽车的各种性能有关。为了满足这些性能，悬架系统必须满足这些性能的要求。首先，悬架系统应确保汽车的良好乘坐舒适性。对于乘用车，乘用车中乘客的振动加速度应不超过国家标准规定的极限值。其次，悬架应确保车身和车轮在共振区域的振幅较小，并且振动衰减要快。第三，为确保车辆具有良好的操纵稳定性，一方面，悬架应确保车轮弹跳时车轮定位参数不会发生较大变化，另一方面，应降低动载荷和车轮跳动的。另一个是确保车身在制动，转弯和加速期间的稳定性，并减小车身的俯仰和侧倾。最后，为了保证悬架系统的可靠性，需要具备足够的刚度，强度和寿命。因此，汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部分。现代汽车悬架减震器有各种各样的形式和结构种类，但多数的减振器都是由三个部分组成，弹性机构、导向机构、减振设备组成[2]。因为我们汽车在设计之初就要考虑到各种不平整的路况，汽车在行驶的过程中可能会受到不同维度的冲击，来之水平面的，车轮径向和轴向都会有。有些汽车在受到震动冲击时，减少稳定因素的可能性，长期也会影响疲劳度，车轮相对于车架和使车轮按一定轨迹相对于车架和车身跳动的任务车身跳动时。但弹性系统在受到冲击后，将产生振动。在持续的振动易使乘员感到不舒适和疲劳。否则对汽车行驶性能有不利的影响，故悬架还应当具有减振作用，使振动迅速衰减。为此，在许多结构形式的汽车悬架中都设有专门的减振器。车轮的运动轨迹应符合一定的要求。因此，悬架中某些传力构件同时还承担着，因而这些传力构件还起导向作用的导向机构。在多数的轿车和客车上，行驶等情况下发生大的横向倾斜都是为防止车身在转向，弹性元件横向稳定杆在悬架中还设有辅助作用。振动系统由车辆悬架，悬架质量和非悬架质量组成。振动系统特性对于车辆行驶舒适性起着决定性的作用，它还会间接影响着车辆的速度，燃油经济性和运行经济型[3]。动载荷在振动系统还决定了车辆轴承系统和驱动系统的许多部件，还有这些零件的生命长短也会跟着受到影响。此外，车辆操纵稳定性和抗修剪能力很大程度上受悬架决定性影响。1.2国内外现状我们现在的汽车工程技术已经有了很大的进步，长期广泛重视和深入研究在决定乘坐舒适性和操纵稳定性的汽车悬架技术取得了不小的成就，在汽车工业领域中主动独立悬架受到日益广泛的重视，这种同时确保操纵稳定性和乘坐舒适性的技术，成为发展悬架的重要趋势和改进点。随着主动悬架控制技术的发展，天棚阻尼器控制成为第一种主动悬架控制方法，由于其简单的控制算法而被应用。结合现代控制的理解和论证，我们想到了一种主动悬架的随机最优控制方法。与天棚阻尼控制法相比，考虑了更多的变量因素，因此控制效果更好。自适应控制方法具有参数辨识功能，悬架载荷和部件特性的变化是可以适应的，控制参数可以自动调整，一直保持最佳性能指标是。自1990年代以来，模糊控制方法已应用于悬架控制。主动振动控制的重要组成部分是主动悬架执行器技术的发展是一种现实的趋势，人们的重视使得主动悬架执行器的开发越来越顺利高效。现在眼前，有许多用于主动振动控制的新型执行器，例如反作用执行器和由压电陶瓷，形状记忆合金，电/磁致伸缩材料或电流变流体组成的执行器[4]。目前各种控制方法是主动悬架技术的发展预测对比，采用控制是很有效果的、应用非常熟悉熟练、算法较简单、基于预测优化的参数估计自校正控制律是较为是非常好非常棒的选择。具有许多优点我们的电力系统中的线性伺服电动机就是这样的。永磁直流直线伺服电机的驱动性能优于液压系统，液压执行器将来可以会被替代。电磁能量存储原理受到应用，控制器将结合参数估计自整定，有望设计出一个很好很高的性能，低功耗的电磁能量存储自适应主动悬架[5]。电控技术是采用新型的，研究和开发一类控制非常用的、耗能不高、价格很低汽车悬架系统具有较高的经济效果和社会有用有利。针对悬架系统的非线性特点，研究适宜的悬架系统电控技术是汽车悬架系统振动性能改进的方向。通过各种连杆以一定角度连接车轮和车身的悬架机构叫多连杆独立悬架是指。在大多情况下三杆式结构不能满足对车辆操作使用和稳定性的日益增长的人们体验和追求，因此只有具有更好的方案精确的结构和定位的四杆式或五杆式悬架才能被视为真正的多杆式悬架[6]。目前，主流的多连杆悬挂有四个或五个连杆，其结构比双叉骨悬挂，扭力梁悬挂，麦弗逊悬挂等复杂得多。多连杆悬架可使车轮绕与汽车纵轴成一定角度的轴摆动。它是叉骨悬架和纵向臂悬架的方案。适当地调整摆臂的轴线和汽车的纵轴称为补习，可以在不同程度上提高几种叉骨悬架和纵臂悬架的优势，性能要求并满足各种各样的。可以说，多连杆悬挂是解决舒适性和操纵稳定性之间矛盾的最佳选择[7-8]。因此，更高要求的中高端汽车会用这种悬架系统越来越多地用于对整车整体性能有。我们国家前后悬挂均采用多连杆的车型有：长安马自达、V6菱仕，比亚迪S6、思锐、S7、F6、G6、奇瑞A3、奇瑞艾瑞泽、瑞麒G5、长城腾翼C50、V5菱致、哈弗H2、雪铁龙C5、海马M8、标致508、吉利远景SUV等为了有良好的行使平顺性满足汽车具的性能要求，强调要求由簧上质量与弹性元件组成的振动系统的固有频率应适应于合适的频段，并尽可能的不高。应合理匹配前后悬架的固有频率，相对于汽车而言，要求后悬架的固有频率要略高前悬架的固有频率，在车辆发生交通事故时候还要求尽量避免悬架撞击悬架。变化的情况下在簧上质量，车身的高度变化要不大，因此，要用非线性弹性特性的悬架。汽车在不平的路面上行使时，由于悬架的弹性作用，使汽车产生垂直振动，为了迅速衰减这种振动和抑制车身、共振是车轮引起，变小车轮的振幅，悬架应装有减振器，合理的阻尼让他有并使之具有。阻尼作用利用减振器的性能，使汽车的振动幅度连续减小，直至振动停止。悬架的方案参数要正确的选择，上下跳动时在车轮上，使主销的定位参数变化车架、车轮运动与到导向机构运动要协调，前轮摆振要阻止避免；汽车转向时，应使之具有不足转向特性。1.3课题研究目的及意义保证高水平的操纵稳定性的前提下，这就是我们研究多连杆悬架的目的所在，平顺性获得较好的体验。各种连杆配置要求是多连杆悬架满足条件的，以及对连杆连接运动点的固定角度设计，使悬架在保持一种伸缩状态时能主动调整车轮定位，而且自由度设计较大，完全能针对车型匹配和调校[9]。因此，发挥车辆的操纵性能多连杆悬架能最大程度的，同时获得更好的平顺性。保证汽车良好的行驶平顺性是悬架设计的首要目的之一，也是汽车行驶过程中使用率最高的性能之一，汽车行驶时振动越剧烈、代表平顺性越差，车上人员的乘坐舒适性和货物的安全可靠运输会受到影响，还影响到汽车的多种使用性能的正常发挥和系统寿命，也影响汽车的运输效率和燃油经济性。由于汽车行驶平顺性涉及到“路面汽车人”构成的三位一体的系统,因此凹凸不平地路况(它是震动的起源)和汽车的悬架、轮胎、座椅、包括刚度、车身等总成部件的特性、频率、阻尼和惯性参数(质量、转动惯量等)产生变化和破坏成为决定汽车行驶平顺性的主要因素。为此，通过对影响汽车平顺性因素的分析，建立具有代表性的二由度汽车振动系统动力学模型，并运用随机振动理论，计算出悬架动挠度、车轮与路面间的相对动载荷、等参量响应均方根值[10]。此外,本文通过对汽车平顺性进行预估，可以提高汽车设计质量，缩短研发和设计周期，具有极其重要的理论意义和实用价值。这个毕业设计让我了解了汽车悬架的种类和用途，也培养自己综合运用汽车设计、机械设计、材料力学、理论力学等课程中所学理论知识的能力；掌握汽车设计基本步骤，并了解汽车多连杆悬架设计过程中应注意的一些详细小的问题。全面系统地掌握汽车设计知识，提高理论联系实际，分析问题和解决问题的能力，使自己学到的理论知识与生产实践进行一次结合，为今后适应工作岗位和创造性地开展工作打下非常大的基础。根据机械设计、制造及其自动化专业的特点，着重地培养以下五个方面能力：1．阅读与翻译的能力调查研究、中外文献检索；2．专业理论和知识分析解决实际问题的能力，综合运用基础理论；3．查阅和使用专业设计手册的能力；4．计算、设计、与绘图的能力，计算机进行绘图的能力包括使用的；5．撰写设计说明书（论文）的要求。1.4课题研究内容汽车多连杆悬架概述和分类概述悬架的概念及对整车的意义，并列出多连杆式后悬架的相比于其他悬架的优缺点，常见的多连杆悬架的构成形式分类。多连杆后悬架的设计计算[11-13]确定小轿车的主要参数，其中包括：汽车主要尺寸（轴距，离地间隙），质量参数（整车整备质量，轴荷分配，簧载质量等），轮距等确定悬架主要参数：自振频率，悬架刚度，悬架静挠度，悬架动挠度，弹性特性弹性元件的设计计算。汽车悬架弹簧是连接悬架可动部分和车体的关键零件，其种类繁多。此次设计选用的是轿车中最多采用的是螺旋弹簧。首选选取弹簧材料，牌号。并计算弹簧刚度，载荷时弹簧受力，并初步选取弹簧的高度、弹簧中径、钢丝直径。确定弹簧圈数。悬架导向机构设计。确定车轮外倾角、车轮前束角（值）、主销性能（包括主销后倾角、后倾拖距、主销内倾角、内倾偏移距）、悬架侧倾和纵倾（主要包括侧、纵倾中心位置，等效横、纵臂长及其角度，车轮横、纵向位移及其梯度及纵向平面内转向节转角）等参数。减振器设计：减振器概述，简述减振器分类，确定减振器主要性能参数，确定筒式减振器主要尺寸横向稳定杆设计，转向节，摇臂，轮胎的设计多连杆后悬架三维建模①简要介绍三维建模软件。②悬架元件的建模包括：前、后下控制臂，上控制臂，纵臂，螺旋弹簧，减振器，半轴，轮胎，盘式制动器。③建立装配图第2章悬架的结构分析与整体参数设计2.1悬架系统的简介与分类2.1.1悬架系统的简介 悬架是是汽车车架和轮胎支撑框架（或承重体）与车轴（或车轮）之间所有力传递连接装置的一个总的设备机构[14]。其主要作用是传递车轮对车架力和力扭，并且减少不平路面对车架（车身）带来的冲击力，并衰减此冲击力引起的车身震动，确保汽车能够稳定平顺地行驶。没有十全十美的设计，只有更合理更好的优化和满足各种需求。汽车舒适性和操纵稳定性是相互对立的。例如，为了获得良好的乘坐舒适性，必须极大地缓冲轿厢的振动，这需要更软得弹簧应设计。但是弹簧设计较软，则容易导致汽车制动时“点头”，加速时“抬头”并让车身严重左右滚动，这容易导致汽车操纵不稳定，不利于转向等行驶操作。汽车悬架的簧上重量越大，乘坐舒适性越好，反之车身震动越大乘坐舒适性越低。悬架一般是由导向机构、弹性元件、减震器，以及横向稳定杆等部件组成，个别的结构还会有缓冲块等。弹性元件种类有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧[15]。 悬架一般包括以下几个部分：（1）减振器 为了达到更好的汽车行驶平顺性,在车轮上下跳动过程中，减振器活塞在活塞缸腔内进行往复运动，减震器产生阻尼力，从而快速衰减汽车在此过程中产生的振动，散发到空气中使动能转化成热能，从而达到衰减振动的目的[16]。与此同时改变车身高度，进一步增强车轮和地面之间的附着力.目前广泛使用的减振器主要是筒式液力减振器。（2）弹性元件 为了达到乘坐舒适性的目的，车身的振动不能被减震器迅速改变，所以在车轮受到大的不平路面冲击时，弹簧受到压缩，将部分动能转化为热能，同时剩余部分转化为弹性势能储存起来，在下次振动中释放出来[17]。弹性元件主要有钢板弹簧,螺旋弹簧,扭杆弹簧,气弹簧和橡胶弹簧等。（3）导向机构导向机构控制能够控制车轮的运动轨迹，其主要作用就是传递力和力矩,起到导向作用。（4）横向稳定杆 横向稳定杆是悬架中设有的一种辅助弹性元件，多数客车和轿车上都具备，其作用是为防止车身在转向行驶等情况下发生过大的横向倾斜。2.1.2悬架系统的分类 悬架系统根据汽车两侧车轮的运动是否相互关系，可以分为两种形式。（1）非独立悬架 图2-1可以看出，非独立悬架结构特点，轿厢两侧的车轮均安装在一体式车轴的两端。这种悬架系统，当道路的一侧不平坦且跳跃时，会影响车轮另一侧的工作，因此称为非独立悬架，也称为整体悬架或相关悬架。（2）独立悬架 图2-1可看出，独立式悬架两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性元件链接。采用这种悬架的汽车，我们行驶过程中两侧车轮可以单独运动，其他位置的轮胎不会受到影响，因此成为独立悬架。 一般按照车辆的运动的方式，独立悬架可以分为[18]：横臂式独立悬架：车轮在汽车横向平面内摆动的独立悬架；纵臂式独立悬架：车轮在汽车纵向平面内摆动的独立悬架；单斜臂式独立悬架：其摆臂的白东周线和车轴线斜交叉；车轮沿主销轴线移动的悬架：包括烛式悬架和麦弗逊悬架。非独立悬架独立悬架图2-12.2独立悬架的特点 独立悬架有以下特点[19]；在固定的可动值范围里面，两轮可以相互独立运动，减小了行驶时车身和车架的振动，并且还有防止转向轮偏摆的作用。独立悬架一般都会设有横向稳定杆，减少了行驶过程中转向时的左右倾斜，改进了汽车操作稳定性。非簧载质量小，可提高汽车的平均行驶速度的同时提高乘坐舒适性。采用断开式车桥，所以地板和发动机的安装位置可以降低，这样可降低车辆重心有利于提供汽车行驶的稳定性。 基于天籁车的型号，选择麦弗逊前悬架和多连杆后悬架，其中分别有以下优点：构件少，非簧载质量小；悬架的占的空间小，可用空间可以增大发动机室的；悬架支撑点之间距离大，即使安装错位或制造过程中产生大的误差，也不会对前轮定位产生大的影响，所以一般的情况下不需要定位调整。连杆较多，可使车轮和地面尽可能保持竖直，倾斜的减小了车身。尽可能维持轮胎的贴地性；主控制臂可以起到调整后轮前束的作用，以提高车辆行驶稳定性，有效降低轮胎的摩擦；高档轿车由于空间充裕、且注重舒适性能和操控稳定性，所以大多使用多连杆悬架，非常适合高档轿车。2.3整体参数的设计2.3.1主要技术指标或主要参数本次毕业设计整车主要性能参数参照常规小轿车和已知给定的数据对已知数列进行确定，其主要设计参数如下：1）最小转弯半径：5.3m；2）整备质量：1457kg；3）满载质量：2100kg；4）最高车速：220km/h；5）外形尺寸（长X宽X高）：4850mmX1795mmX1475mm；6）轴距：2900mm；7）后悬挂类型：后多连杆式独立悬架；8）轮胎规格：205/65R16。2.3.2固有频率的选取与计算振动系统的固有频率由汽车前、后悬架与其簧上质量组成，是影响汽车前进平顺性的主要参数之一。根据现代汽车的质量分配系数ε近似等于1，所以汽车前、后轴上方车身两点的振幅不会受到影响[20]。根据用途不同，汽车对平顺性的要求也不相同。一般以人为运输对象的乘用车，对汽车平顺性要求最高，大客车紧占其后，货车要求相对不高。对发动机排量在1.62L以下的乘用车，前悬架满载偏频要求在1.10～1.46Hz，后悬架则要求在1.19～1.58Hz。在一些要求上，乘用车的发动机排量很大时，悬架的偏频应就会减少，要求满载前悬架偏频在0.80～1.15Hz，后悬架则要求在0.99～1.31Hz。货车满载时，前悬架偏频要求在1.51～2.12Hz，而后悬架则要求在1.71～2.16Hz。偏频越小，则平顺性较高。选定偏频以后，即可计算出悬架的静挠度。我设计所选择的后悬架偏频为：n=1.1。面对大多数的乘用车来说，分配系数悬架质量的ε=ρy2/ab=0.8～1.3。为了工作时前后悬架在垂直方向不会相互影响，选定悬架质量分配系数ε=1.0，前、后悬架的自然振动频率分别用n1汽车前、后悬架偏频n1/n2n2=n2.3.3悬架系统的静挠度接近人步行时的振动频率是乘用车的设计频率要求，人步行时频率是步行时身体上下运动的垂直振动频率，约为n=1～1.6Hz。悬架的自然振动频率为n=1式中：g重力加速度；M悬架簧载质量；f悬架垂直变形量（挠度）K=Mg/f。fc1=g2πfc2=g乘用车的静挠度fc选择范围为：100～300mm2.3.4悬架系统的动挠度挠度悬架动的fd表示车辆从满载静平衡位置开始到悬架压缩至结构所允许最大变形时，车轮中心未知点相对车身(或车架)的垂直方向上的移动距离[21]。为防止汽车在不平路面行驶时车架经常碰到地面损坏，在设计悬架是，应注意选取较大的悬架动挠度。对轿车，fd取70～90mm。通常fd=（0.5～0.8）从整体角度来看，一般汽车悬架动挠度和静挠度之和即为悬架的工作行程，这个值不应小于130mm，由fd1+fc1=200mm>130mm，fd2+fc2=170>130满足技术要求。2.3.5悬架系统刚度已知整车的整备质量:m=1457kg,满载质量为2200kg，由于该车型发动机是前置前驱，因此空载时前轴载荷为整备质量的一半左右56%，后轴载荷为整备质量的44%,满载时后轴载荷为满载质量的50%,后轴载荷为满载质量的50%,空载时前轴单轮分配簧上荷载 ml1=12×1457×56%-60=348kg后轴单轮分配簧上荷载空载时 ml2=12×1457×44%-60=260kg 前轴单轮分配簧上载荷满载时 ms1=12×2200×50%-60=490kg 后轴单轮分配簧上载荷满载时ms2=12×2200×50%-60=490kg各个车轮上的簧下载荷取60kg，则前悬架刚度： K1490×9.8120=40N/mm 后悬架刚度： K2490×9.8100=48.02N/mm 3多连杆后悬架的设计3.1悬架设计的一般要求 对于整车的操纵稳定性、抗纵倾能力悬架起着决定性作用，因此在设计的时候要考虑下面几方面的要求[22]：为确保汽车拥有良好的行驶平顺性，防止压缩或伸张行程极限点的硬冲击，需要合理设计弹性特性和阻尼特性。导向机构要合理，确保力和力矩在车轮和车架之间的可靠传递，防止车轮跳动时定位参数变化过大。导向机构的运动与转向杆系相合理协调，转向轮摇摆不能发生干涉使。纵、侧倾中心位置恰当，避免汽车加速时‘后仰’，制动时发生‘点头’。悬架质量不宜过大，尤其是非悬挂质量。设计计算时，给轿车发动机和行李箱留下合理且足够的预设空间。零件设计应考虑有足够强度和使用寿命。成本低，便于维修。3.2减振器选择3.2.1减震器工作原理减震器的作用是吸收悬架垂直振动的产生的能量，并转化为热能耗散掉，使振动快速衰减。减震器结构上可以分为两类，即摩擦式减震器和液力减震器，由于库伦摩擦力随相对运动速度的提高而减小，并且容易受油水的影响，因此现代的汽车上已经不再采用，1901年首次出现了液力减震器，主要有两种结构，摇臂式和筒式，筒式减震器的质量为摆臂式的一般，不但制作方便而且工作寿命长[23]。筒式减振器常用的三种结构可分为双筒式、单筒充气式和双筒充气式。选用双筒式液力减振器如下图图3.1减震器1-活塞杆， 2-工作缸筒，3-活塞，4-伸张阀，5-储油缸筒 ，6-压缩阀，7-补偿阀，8-流通阀9-导向座，10-防尘罩，11—油封活塞上设有伸张阀和流通阀，工作缸筒的下端有压缩阀和补偿阀，一般流通阀和补偿阀都是单向阀，由于弹簧非常软，当油压在阀上产生的作用力和弹簧伸张方向同向时，油阀关闭，当阀上产生的油压作用力反相时，即使缸内油压很小，阀门也能打开。压缩阀和伸张阀是卸压阀，其弹簧较硬，油压升到一定高度才能打开。压缩行程：活塞往下移，下腔的油液顶开流通阀8流入上腔室，因设有活塞杆，下腔减少的容积小于上腔室增加的容积，导致下腔油压升高，顶开压缩阀6流入储油筒，这过程中受到阻尼力，振动进而衰减。伸张行程：活塞上移，上腔的油液顶开伸张阀4流入下腔室，因设有活塞杆，下腔增加的体积小于上腔室减小的体积，导致下腔油压降低，储油筒油液顶开补偿法7进行补充，这些节流阀就起到了阻尼作用。 为充分发挥弹性元件的弹性作用，缓和冲击，使乘客感到舒适，在压缩行程，减振器阻尼力应较小。这时，弹性元件起主要作用，在悬架伸张行程中，减振器阻尼力应不小，迅速减振。因此压缩行程比伸张行程的阻尼小，所以伸张行程的油液通孔面积比压缩行程小。3.2.2阻尼系数的确定ψ=δ式中，K为悬架系统的刚度；δ为阻尼系数；ms相对阻尼系数ψ的物理意义是：在与不同簧上质量ms和不同刚度K的悬架系统匹配时，减震器会呈现不同的阻尼效果。ψ值越大，说明振动能衰减越迅速，这会导致较大冲击力传到车身，汽车稳定性会受到不利影响；ψ值越小时情形与之相反。通常情况下，压缩行程的相对阻尼系数ψY和伸张行程的相对阻尼系数ψS之间的关系为ψ设计计算时，先选取ψY与ψS的平均值。内摩擦悬架系统对于弹性元件无，通常取ψ＝0.25～0.35；对于弹性元件有内摩擦悬架系统，ψ值取偏小些。为避免悬架碰撞车架，取ψY根据以上所述：取ψSψY＝0.5ψS＝0.5×0.4＝0.2ψ＝0.3减振器阻尼系数δ=2ψKms图3.2减震器的样式后多连杆悬架属于B型,所以压缩阻尼系数δYδY=2ψYδY=2×0.2×48.02×490×伸张阻尼系数δSδ3.2.3最大卸载力当减震器活塞振动到接近值时，活塞速度等于卸载速度，此时卸载速度是个平均计大小的值。VX=Awcos∂(3-5)车身振幅A=0.4mm,则 Vx=0.04×9.9×cos14=0.384压缩行程的最大卸载力 FY=δY*Vx=588.56*0.336=197.8N 拉伸行程的最大卸载力 FS=*δsVX=1177.12*0.336=395.5N FY<1800N,Fs<5000N,满足要求。3.2.4减振器的尺寸设计减震器活塞杆的材料一般选用Q235、40、45、40Cr冷拉圆钢，其硬度在HRC18～HRC32。本文中初步采用Q235钢，其硬度为HRC19[23]。1)减震器工作缸的直径D 根据减振器运动行程的最大卸荷力（即伸张行程的最大卸荷力）计算确定工作缸直径DD=4式中p为工作缸允许最大压力，一般取值3~4MPa，在此取3.5MPa；λ为活塞杆直径与缸筒直径之比，双筒式减振器一般λ=0.4~0.5，在此取0.45，表3.1减震器活塞行程根据悬架的静挠度为120m，动挠度为80mm,选取工作缸直径为40mm,工作行程为200mm,参照下图表3.2减震器尺寸D=4×2806π×4×1−0.52根据悬架的静挠度为100m，动挠度为70mm,选取工作缸直径为40mm,工作行程为170mm。多连杆悬架，属于CG杆杆类型。因为活塞杆的长度要大于活塞的行程，初步选取活塞杆的长度为40+170+15=225mm。余出安装长度15mm,D1=56mm,D2=64mm.压杆强度校核由λ由查询结果可知，E=206GPa，σp活塞杆件的柔度λ：λ=其中，I为截面惯性半径I=π64Dλ=则不能使用欧拉公式。λ2查相关手册对于Q235钢，a值为304MPa，b值为1.12MPa，σs值为235MPa。λ2=61.6>λ临界压力：F活塞杆的工作安全系数为n=Fnst一般取值6～10。n>活塞的宽度B=0.6~1.0 （4-15）3.3螺旋弹簧的设计计算后多连杆悬架系统中，弹簧最小的工作载荷F1=g×ml=2624.40NF2=g×m满=4459N工作中变形量f2=fc=

根据汽车的工作条件，采用热轧弹簧钢60Si2MnA，进行淬火回火处理。τ=式中螺旋弹簧的强度校核弹簧指数值取8，弹簧的曲度系数K：3128+τp查相关手册值为785MPad≥查相关手册选取圆整直径d=12mm。由D2=dC=12×8=96mm,以此螺旋弹簧的外径D=D2+d=108mm,内径D1=D2螺旋弹簧的圈数为了保证F2和ℎ不变，必须重新计算最小工况下工作载荷FF符合技术要求。验算螺旋弹簧工作极限载荷,查相关手册可得τF4702>4459满足技术要求。弹簧的节距p：p=本文中

弹簧总圈数n1：n1弹簧的自由高度H0H弹簧的满载高度Hn

压缩的最大高度为H0-f2=254-170=84m。弹簧螺旋导程角γ：γ=arctanpπD2=螺旋弹簧稳定性校核2.65<5.3，弹簧不会失稳。目前，我们国家常用的螺旋弹簧材料主要有50CrVA、45CrNiMoV、60Si2MnA和60Si2CrVAT，其中50CrVA弹簧钢的强度较低，45CrNiMoV弹簧钢的成本较高，60Si2MnA和60Si2CrVAT弹簧钢存在高脱碳倾向，这直接影响螺旋弹簧的疲劳性能、弹性衰减和应用。目前，国外用于越野车变刚度悬架螺旋弹簧的材料是51CrV4和52CrMoV4，51CrV4弹簧钢的工艺性不足，最大抗拉强度为1650MPa；52CrMoV4弹簧钢的工艺性优于51CrV4弹簧钢，但强度与其相当且成本较高。

另外有一种新型材料50CrMnSiVNb弹簧钢由于国外同类产品。3.4横向稳定杆设计稳定杆，主要用在多连杆之间的连接和稳定作用，也叫防止侧面倾斜杆，横向稳定器，它也属于是汽车悬架系统的一个部件，与减振器或滑柱配合使用，以便为行驶的汽车提供附加稳定性。3.3稳定杆的安装示意图稳定杆是一个金属杆他横跨整个车轴，它安装在前轮前方的车架上，需要用衬套链接使其可旋转，两臂连接到两侧的前悬架梁上，将有效地把悬架的两侧连接在一起。稳定杆在悬架中的安装如图3.3所示。假如我们行驶的汽车左右轮分别通过不同路面凸起或坑洞时，也就是左右两轮的水平高度不相同时，会使横向稳定杆扭转而产生防倾阻力抑制车身侧倾。当左右两边的悬架上下同步进行小动作时横向稳定杆就不会起作用，横向稳定杆只有在左右两边悬架因为路面起伏或转向过弯造成的不同步动作时才会产生作用。横向稳定杆不像硬的弹簧会全面的使悬架变硬，它只有在起作用时才会使悬架变硬。当汽车转弯时，弯道外侧的前悬架梁会向上推稳定杆的臂，从而对稳定杆施加转矩，转矩会使另一端的臂发生转动，导致车辆另一侧的悬架也发生压缩，这样可以使行驶更平稳，并减少了车辆的倾斜度，尤其是它能抵消转弯时悬架上的汽车的侧倾趋势。为了达到改善汽车的行驶平顺性的目的，只能降低汽车的固有振动频率，这导致现代轿车悬架的垂直刚度值都不大，从而使汽车的倾斜角刚度值也很小从而汽车转弯时车身更容易侧倾，所以现代汽车大多数都有横向稳定杆来提高侧倾角刚度，从而提高行驶稳定性，这样能约束汽车转向时，车身的侧倾角，如果恰当的选择前后悬架的刚度比值，可以弥补汽车转向性不足。当汽车在坑洼不平的路面行驶时，左右车轮有相对的唯一，增加了横向稳定杆之后，就增加了车轮处的垂直刚度，从而提高汽车的行驶平顺性。由于连接点处橡胶件的变形，稳定杆的侧倾角刚度会小了约15％～31％。当稳定杆两端受到大小相等、方向相反的垂向力P，其端点的垂向位移f可用材料力学的办法求出，具体为f=p3EIl45号弹性圆钢一般为稳定杆的材料，为了减小质量一般采用空心杆管壁厚与外径比一般为0.126，这样外径虽然增加了11.8%，但质量可以减小50%。 式中E——材料的弹性模量，E＝2.06105Mpa；I——稳定杆的截面惯性矩，I=πdd——稳定杆的直径mmP——端点作用力，N；f——端点位移，mm。稳定杆的角刚度公式为 Cϕb=12Cφbb=πdG/32Bd=41283π× =17.6mm,取d=18mm，R=40mm在通常情况下，如图2所示的稳定杆的最大应力发生在截面B的内侧，其大小只与B处的圆角半径有关，曲度系数因为R决定了此处的。对于稳定杆，最大扭转应力不应超过700MPa，τ=式中K'——曲度系数，K'=4C−14C−4QUOTE+0.615C； C——弹簧指数。 由式(公式1)和K'及C的表达式，可求出需要的最小圆角半径R。通常为了减小扭转应力，推荐R的取值不小于1.25d。载荷作用下，B处的弯曲应力应小于等于1250MPa。取R=40mm。 所选尺寸可用其尺寸参数如下表表3.4横向稳定杆的结构参数/mm参数LabcL2L1d尺寸1110.412560365.2250280183.5悬架系统的杆系设计前悬架导向机构的要求：1）悬架上载荷变化时，轮距的变化不应超过±4．0mm，变化大会引起轮胎早期磨损，不应产生纵向加速度。2）制动时，应使车身有抗前俯作用；加速时，有抗后仰作用。3）侧倾轴线应大致与地面平行，尽可能高，侧重中心高度为0~120mm.多连杆后悬架导向机构的要求：1）悬架上载荷变化时，轮距无明显变化，汽车转弯时，应使侧倾角小，车轮车身倾斜方向相反，避免过多转弯效应.2)导向机构应有足够的强度，可靠传递除垂直方向以外的各种力和力矩。3)侧倾轴线应大致与地面平行，尽可能高，侧重中心高度为80~150mm。通过计算或者进行仿真分析得出侧倾中心坐标，依据轴距等可计算出抗制动纵倾性（前俯角）与抗驱动纵倾性（后仰角）。4多连杆后悬架平顺性分析4.1平顺性概念行驶平顺性，主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对成员舒适性的影响。由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，又称为乘坐舒适性要比较好。4.2汽车的等效振动分析计算精度以及建立整车模型要实现的目标和要求，本设计根据目前现有的测试条件，建立了二自由度汽车振动系统动力学模型如图4-1。图4-1二自汽车振动系统动力学模型这个系统能反映车轮部分在10～15Hz范围产生高频共振时的动态特性，它对平顺性和车轮的接地性有较大影响，更接近汽车悬挂系统的实际情况。图中，M为悬挂质量；m为非悬挂质量；K为弹簧刚度；C为减振器阻尼系数；Kt为轮胎刚度。车轮与车身垂直位移坐标为z、s，坐标原点选在各自的平衡位置，其运动方程为：（4-1）无阻尼自由振动时，运动方程变成Mz·ms·由运动方程可以看出，M与m的振动是相互耦合的。若m不动（s=0）则得M这相当于只有车身质量M的单自由度无阻尼自由振动。其固有圆频率ω同样，若M不动（Z=0），相当于车轮质量m作单自由度无阻尼振动，于是得ms车轮部分固有频率ωt=K+Kω0与ωt是双质量系统，只有单独一个质量振动时的部分频率（偏频）。在无阻尼自由振动时，设两个质量以相同的圆频率ω和相角φ作简谐振动，振幅为z10、z20则其解为s=zz=将上面两个解代入微分方程组得 图4-2车轮部分单质量系统将ω02=这个方程组有非零解的条件是z10和z20的系数行列式为零即ω4特征方程是上式称为系统的频率方程，它的两个跟为双质量主频率ω1和ω2的平方两个自由度系统车身与车轮的主振型如图4-1。在不平整道路强迫振动情况下，激振频率ω接近ω1时产生的低频共振，按一级一定的主振型振动，车轮质量m的振幅是车身质量M的振幅比大将近十分之一倍，所以主要是车身质量M在振动，称为车身型振动。当激振频率ω接近ω2时，产生高频共振，按二阶主振型振动，此时车轮质量m的振幅比车身质量M的振幅大将近100倍，称为车轮型振动。此时，由于车身基本不动，所以可将两个自由度系统简化如图4-2所示车轮部分的单质量系统，来分析车轮部分在高频共振区的振动。此时，质量m的运动方程为ms将各复振幅代上式，得ω2车轮位移z1对q的频率响应函数为将上式分子、分母除以K+Kt，并把车轮部分固有频率ωt，车轮部分阻尼比ζt带入上式，则得其幅频特性为在高频共振ω=ωt时，车轮加速度均方根值谱Gz式中，车轮部分固有频率ω车轮部分阻尼比ζt可见，降低轮胎刚度Kt能使ω1下降和ζt加大，这是减小车轮部分高频共振时加速度的有效方法；降低非悬挂质量m使ω和ζt都加大，车轮部分高频共振时的加速度基本不变，但车轮部分动载m下降，对降低相对动载有利。4.3车身加速度的幅频特性对该车悬架进行平顺性分析，在车轮和车身垂直方向上建立两自由度的平顺性分析模型。Δ=（4-3）其中，γ为刚度比，μ为质量比；4.4相对动载的幅频特性车轮动载Fd=Ktz14.5影响平顺性的因素由于于汽车行驶平顺性涉及到“路面汽车人”构成的三位一体的系统,因此凹凸不平地路况(它是震动的起源)和汽车的悬架、轮胎、座椅、包括刚度、车身等总成部件的特性、频率、阻尼和惯性参数(质量、转动惯量等)产生变化和破坏成为决定汽车行驶平顺性的主要因素。这些参数是根据车辆的不同要求而设计的，在使用中不得损坏。例如，悬架系统的板簧之间润滑不良，会增加悬架的刚度；减震器的漏油等同于减小悬架系统的阻尼。5多连杆悬架的三维建模5.1三维软件的介绍Solidworks2018软件有着强大的功能，操作繁杂拥有很多命令。Solidworks2018比较容易上手学习比较容易，有