(毕业设计)克莱斯勒300C轿车悬架系统设计说明书

本科生毕业设计（说明书）摘 要平顺性是现代高速、高效率汽车的一个主要性能,汽车平顺性直接影响到人和车辆。汽车平顺性的好坏直接影响到乘员的舒适性、工作效能和身体健康。由于人们对汽车的乘坐舒适性和安全性要求逐渐提高，同时对汽车的悬架系统也提出了很高的要求。因此悬架设计关系到汽车使用性能的优劣，具有重要的理论和实际应用意义。本次毕业设计主要研究的是高级轿车克莱斯勒300C悬架系统。因此本次设计悬架系统的前悬架采用不等长双横臂式独立式悬架，不等长双横臂式独立悬架能保证汽车有良好的行驶稳定性，已为高级轿车的前悬架所广泛采用。后悬架采用多连杆式独立式悬架，五连杆式独立悬架具有卓越的操纵性和更高的响应性，具有非凡的行驶平稳性。根据给定的车型和悬架形式来进行悬架参数的确定，有悬架的固有频率、悬架的刚度、静挠度和动挠度。并以此计算所选弹性元件的尺寸并且进行应力校核。通过阻尼系数和最大卸荷力确定了减振器的主要尺寸。最后进行了导向机构和横向稳定杆的设计。采用CAXA软件分别绘制前后悬架的装配图和零件图。利用Matlab软件对悬架系统的平顺性和运动稳定性进行了编程分析，论证了该系统设计方案的合理正确性，能够满足实际的需要。关键词：高级轿车；悬架设计；平顺性；弹性元件AbstractRide a modern high-speed, high efficiency, a key performance cars, automobile ride a direct impact on people and vehicles. Car ride will have a direct impact on passenger comfort, efficiency and physical health. Due to peoples car comfort and safety requirements gradually increase, while the cars suspension system also made high demands. Therefore suspension design related to the merits of car use is an important theoretical and practical application of significance. The graduation project is the senior research sedan Chrysler 300 C suspension system.Therefore, the design of the front suspension suspension system ranging from a long double arm independent suspension, ranging from long double arm independent suspension can guarantee a good car driving stability, for the car before the High Suspension by the widespread adoption. After the suspension multi-link independent suspension, five-link independent suspension with excellent maneuverability and a higher response, with remarkable smoothness of the traffic. According to the models and suspension forms to determine the parameters of a suspension, a suspension of the natural frequency, the suspension stiffness, static and dynamic deflection deflection. And to calculate the size of the selected components and flexibility to stress checking. By damping and unloading of the largest absorber identified the main dimensions. Finally, the horizontal direction and Wen Dinggan design.CAXA mapping software were used before and after the suspension of the assembly and parts plans. Matlab software to use the ride suspension system and the stability of the programming movement analysis, demonstration of the system design of reasonable accuracy, to meet the actual needs.Key words: Luxury Car; suspension design; ride; flexible components目 录目 录III第一章 绪 论11.1 悬架系统概述11.2 课题研究的目的及意义2第二章 前、后悬架结构的选择32.2独立悬架结构形式及评价指标分析32.3前、后悬架结构方案32.4辅助元件42.4.1横向稳定器42.4.2缓冲块4第三章 技术参数确定与计算63.1自振频率63.2悬架刚度63.3悬架静挠度73.4悬架动挠度83.5悬架弹性特性曲线8第四章 弹性元件的设计计算94.1前悬架弹簧（双横臂式独立悬架）94.1.1弹簧中径、钢丝直径、及结构形式94.1.2 弹簧圈数104.2后悬架弹簧（多连杆独立悬架）104.2.1弹簧中径、钢丝直径、及结构形式104.2.2弹簧圈数10第五章 悬架导向机构的设计115.1导向机构设计要求115.2双横臂式独立悬架示意图115.3多连杆式独立悬架示意图125.4双横臂轴线布置方式125.5导向机构的布置参数135.5.1 侧倾中心135.5.2纵倾中心14第六章 减振器设计156.1减振器概述156.2减振器分类156.3减振器主要性能参数166.3.1相对阻尼系数166.3.2减振器阻尼系数176.4最大卸荷力186.5筒式减振器主要尺寸186.5.1筒式减振器工作直径186.5.2油筒直径19第七章 向稳定杆设计20第八章 平顺性分析228.1平顺性概念228.2汽车的等效振动分析228.3车身加速度的幅频特性238.4车身振动相应均方根值248.5影响平顺性的因素258.5.1结构参数对平顺性的影响258.5.2使用因素对平顺性的影响27第九章 总 结29参考文献30致 谢31附 录 外文翻译32IV第一章 绪 论1.1 悬架系统概述悬架是现代汽车上的重要总成之一，如图1-1，它把悬架（或车身）与车轴（或车轮）弹性地连接起来。其主要任务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；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。 图1-1 中级轿车悬架系统结构图悬架由弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器等组成。导向装置由导向杆系组成，用来决定车轮相对于车架（或车身）的运动特性，并传递除弹性元件以外的各种力和力矩。当用纵置钢板弹簧作弹性元件时，它兼起导向装置的作用。缓冲块用来减轻车轴对车架（或车身）的直接冲撞，防止弹性元件产生过大的变形。装有横向稳定器的汽车，能减少转弯行驶时车身的侧倾 角和横向角振动。悬架是汽车几大系统当中主要总成之一，悬架的设计是否合理直接关系到汽车的使用性能的好坏。(1) 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，保证轮胎具有足够的接地能力；(2) 具有合适的衰减振动的能力；(3) 合理设计导向机构，以确车轮跳动时车轮定位参数的变化不大，并且能保证汽车具有良好的操纵稳定性；(4) 有良好的隔声能力；(5) 结构紧凑、占用空间尺寸要小；(6) 可靠的传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命；(7) 制造成本低；(8) 便于维修、保养。为了满足汽车具有良好的行使平顺性，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，并尽可能的低。前后悬架的固有频率的匹配应合理，对轿车，要求前悬架的固有频率略低于后悬架的固有频率，还要求尽量避免悬架撞击悬架。在簧上质量变化的情况下，车身的高度变化要小，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、车轮的共振，减小车轮的振幅，悬架应装有减振器，并使之具有合理的阻尼。利用减振器的阻尼作用，使汽车的振动幅度连续减小，直至振动停止。要正确的选择悬架的方案参数，在车轮上、下跳动时，使主销的定位角变化不大、车轮运动与到导向机构运动要协调，避免前轮摆振；汽车转向时，应使之具有不足转向特性。独立悬架导向杆系数铰接处多用橡胶的衬套，能隔绝车轮来自不平路面上的冲击向车身的传递。1.2 课题研究的目的及意义悬架的主要功能是传递作用在车轮和车架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，保证汽车的行驶平顺性，保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。平顺性是现代高速、高效率汽车的一个主要性能,汽车平顺性直接影响到人和车辆。汽车平顺性的好坏直接影响到乘员的舒适性、工作效能和身体健康。因此悬架设计关系到汽车使用性能的优劣，具有重要的理论和实际应用意义。第二章 前、后悬架结构的选择独立悬架的左右车轮不是用整体车桥相连接，而是通过悬架分别与车架（或车身）相连，每侧车轮可独立下下运动。2.2独立悬架结构形式及评价指标分析根据悬架的结构形式分为两类：独立悬架与非独立悬架。与非独立悬架相比，独立悬架具有如下优点：(1) 在悬架弹性元件一定的变形范围内,两侧车轮可以单独运动,互不影响。在不平道路上行驶时可减少车架和车身的振动，而且有助于消除转向轮不断偏摆的不良现象。(2) 独立悬架的非簧载质量比非独立悬架小。在道路条件和车速相同时，非簧载质量越小，则悬架所受到的冲击载荷也越小。故采用独立悬架可以提高汽车的平均行驶速度。(3) 独立悬架刚度设计得较小，使车身振动频率降低，以改善行驶平顺性。2.3前、后悬架结构方案目前轿车的前后悬架采用的方案有：前轮和后轮均采用独立悬架；前轮用独立悬架，后轮用非独立悬架。本次毕业设计要求是前后悬架均采用独立悬架，因为独立悬架具有如下优点：簧下质量小；悬架占用的空间小；弹性元件只承受垂直力，所以可以用刚度小的弹簧，使车身振动频率降低，改善汽车的平顺性；由于有可能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，有改善汽车行使稳定性；左右车轮各自独立运动，互不影响，可减小车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着力。独立悬架的缺点是结构复杂，成本较高，维修困难。轿车的独立悬架形式有麦克弗逊式悬架、烛式独立悬架、双横臂独立悬架等。双横臂式独立悬架按其上、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。不等长双横臂式独立悬架能保证汽车有良好的行驶稳定性，已为高级轿车的前悬架所广泛采用。五连杆式独立悬架系统可以进行操控和驾乘舒适性的独立调校，从而将各自性能最大化。五连杆式独立悬架具有卓越的操纵性和更高的响应性，具有非凡的行驶平稳性。同时与双横臂式前悬殊架性能相得益彰，为车辆提供了极佳的平顺性。后悬架与乘客厢隔离，从而提供宁静和平顺的驾乘体验。五连杆式独立悬架的优点如下：(1) 舒适性能是所有悬架中最好的；(2) 操控稳定性好；(3) 适用于高级轿车。因此本次毕业设计前悬架采用不等长双横臂式独立悬架，后悬架采用五连杆式独立悬架。2.4辅助元件2.4.1横向稳定器 通过减小悬架的垂直刚度c，能减低车身的振动固有频率n，达到改善汽车平顺性的目的。但因为悬架的侧倾角刚度c和垂直刚度的之间c的正比的关系，所以减小垂直刚度c的同时使侧倾角刚度减小，并使侧倾角增加，结果车厢中的成员会感到不舒服和降低了行车的安全感。解决这一矛盾的主要方法就是在汽车上安装横向稳定器。有了横向稳定器，就可以做到在不增大悬架垂直刚度的前提下，增大悬架的侧倾角刚度。汽车转弯是产生侧倾力矩，使内外侧车轮的负荷发生转移且影响车轮侧偏角刚度和车轮侧偏角的变化。前后轴车轮负荷的转移大小，主要取决于前后悬架的侧倾角刚度值。当前后悬架侧倾角刚度值大于后悬架的侧倾角刚度值时，前轴的负荷大于后轴车轮的负荷转移，并使前轮侧倾角大于后轮的侧倾角，以保证汽车具有不足转向特性。在汽车悬架上设计横向稳定器，能增大前悬架的侧倾角刚度。2.4.2缓冲块缓冲块通常由如图2-1的橡胶制造。通过硫化将橡胶与钢板连为一体，再焊接在钢板上的螺钉将缓冲块固定在车身上，起到限制悬架最大行程的作用。有些汽车装用的多孔聚氨脂做成。它兼由辅助弹性元件的作用。多孔聚氨脂是一种很高强度的和耐磨性能的复合材料。这种材料起泡时形成了致密的耐磨外层，它保护内部的发泡不受损失。由于在材料中有封闭的气泡，在载荷下压缩，但其外轮廓尺寸变化却不大，这点与橡胶不同。所以在设计中，我选择了多孔聚氨脂制成的缓冲块。 图2-1缓冲块第三章 技术参数确定与计算3.1自振频率由悬架刚度和悬架弹簧支承的质量（簧载质量）的决定的车身自然振动频率（亦称振动系统的固有频率）是影响汽车行驶平顺性的重要性能指标之一。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11.6 Hz。车身自然振动频率应当尽可能地处于或接近这一频率范围。设计的主要目的之一是确保汽车有良好的行驶平顺性。汽车行驶时振动越剧烈，则平顺性越差。根据力学分析，如果将汽车看成一个在弹性悬架上作单自由度振动的质量，则悬架系统的自然振动频率（固有频率）为式中：g重力加速度； f悬架垂直变形（挠度）； M悬架簧载质量；K（Mg/f）悬架刚度（不一定等于弹性元件的刚度）指使车轮中心相对于车架和车身向上移动的距离（即使悬架产生单位垂直压缩变形）所需加于悬架上的垂直载荷。由上式可见：1)在悬架所受垂直载荷一定时，悬架刚度越小，则洗车自然振动频率越低。2)当悬架刚度一定时,簧载质量越大,则悬架垂直变形越大,而自然振动频率越低。前悬架的自振频率： n=1.1Hz后悬架的自振频率： n=1.2Hz3.2悬架刚度根据悬架刚度公式可得：W=（K/m）W悬架的角速度，W=2fK悬架的角刚度M簧上质量即K=W2m则 Ksu前 =（2fl）2*m1=(2*1.1)2*1266=60413N/mKsu后 =（2f2）2*m2=（2*1.2）2*1092=62016N/m前、后悬架的实际刚度检验：选择前悬架参数：a=270mm n=420mm =10前悬架的实际刚度： 选择后悬架参数：a=280mm n=440mm =10后悬架的实际刚度： 通过验算，前、后悬架的实际刚度大于理论刚度。3.3悬架静挠度悬架的静挠度fc是汽车满载静止时悬架的载荷Fw与此时的悬架的刚度之比，即fc=Fw/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，是影响汽车的行使平顺性的主要参数之一。因现代汽车的质量参数分配系数近视等于1，于是汽车前后轴上方车身两点的振动不存在联系。对于刚度为常数的悬架，静挠度fc完全由所选择的自振频率所决定：fc=g/（2n）2由上式可以知道，悬架的静挠度fc直接影响车身的偏振n。因此，欲保证汽车的良好的行使平顺性，必须正确的选择悬架的静挠度。在选择前后悬架的静挠度时，应使之接近，并希望后悬架的静挠度fc2比前悬架的静挠度fc1小些，这有利于防止车身产生较大的纵向角摆动。理论分析证明：若汽车以较高的车速驶过单个路障，n1/n21时的车身纵向角振动要比n1/n21时小，故取值为： fc1=g/(2nl)2=9.8/(2*1.1)2=205mm fc2=g/(2n2)2=9.8/(2*1.2)2=173mm轿车的静挠度取值范围如下：fc=100300mm，所以我的选择满足条件。3.4悬架动挠度悬架的动挠度fd是指从悬架从满载静平衡位置开始压缩到结构容许的最大变形时，车轮中心相对于车架的垂直位移。要求悬架有足够大的挠度，以防止在坏路面上行使时经常碰到缓冲块。对于轿车悬架的动挠度fd可按下列范围选取： fd=（0.50.7）fc fd1=0.6*205=123mmfd2=0.6*173=104mm动挠度与静挠度的总和为：fc1+fd1=205+123=328mm fc2+fd2=173+104=277mm 3.5悬架弹性特性曲线理想的弹性特性是指悬架在铅直的方向上受力F与变形f之间的关系。设悬架的刚度为C，则C=DF/df 当悬架所受的垂直方向上的载荷为F时，其自振频率为n：n = 1/（2）(g*Df)/Fdf1/2理想的弹性特性是基于如下的假设的：在任何载荷下，悬架的自振频率为常数，即（1/F）*（dF/df）=常数。此即为理想的弹性特性。这种理想状态在实际中是很难实现的，在实际设计中，通过适当的弹性的弹性元件来逼近特性，力求减小自振频率随悬架变化的幅度。在图3-1中，当静载荷为P0，Pk，Pc时，在静载荷附近的悬架刚度为P0/Pc，Pk/Fc，Pc/Fc。此时悬架自振频率全都是1/（2）* (g/fc)1/2。当动载荷增到34倍静载荷时，刚度的增加保证了挠度不超过fd。图 3-1悬架自振频率第四章 弹性元件的设计计算螺旋弹簧广泛地应用于独立悬架，特别是前轮独立悬架中。然而在有些轿车的后轮非独立悬架中，其弹性元件也采用螺旋弹簧。螺旋弹簧与钢板弹簧相比较，具有以下优点：1) 无需润滑，不忌泥污；2) 安置它所需的纵向空间不大；3) 弹簧本身质量小。螺旋弹簧本身没有减振作用，因此在螺旋弹簧悬架中必须另装减振器。此外，螺旋弹簧只能承受垂直载荷，故必须装设导向机构以传递垂直力以外的各种力和力矩。4.1前悬架弹簧（双横臂式独立悬架）4.1.1弹簧中径、钢丝直径、及结构形式在本次设计中前悬架弹性元件选择螺旋弹簧。前悬架单个弹簧刚度： 即根据强度公式计算钢丝直径d：式中 c弹簧指数（旋绕比），c=Dm/d ，c取7； 曲度系数，为考虑簧圈曲率对强度影响的系数， 前悬架的最大工作载荷 查表得许用应力材料：碳素弹簧钢丝弹簧中径Dm： 取 4.1.2 弹簧圈数弹簧的工作圈数： 弹簧总圈数： 4.2后悬架弹簧（多连杆独立悬架）4.2.1弹簧中径、钢丝直径、及结构形式在本次设计中后悬架弹性元件选择螺旋弹簧。根据强度公式计算钢丝直径d：C取7，取1.213后悬架的最大工作载荷： 4.2.2弹簧圈数弹簧的工作圈数：弹簧总圈数： 第五章 悬架导向机构的设计5.1导向机构设计要求独立悬架的导向机构承担着悬架中除垂向力之外的所有作用力和力矩，并且决定了悬架跳动时车轮的运动轨迹和车轮定位角的变化。因此在设计独立悬架的导向机构时，应使其满足以下要求：(1) 当的侧倾中心和侧倾轴线；(2) 形成恰当的纵倾中心；(3) 各铰接点处受力尽量小，减小橡胶元件的弹性变形，以保证导向精确；(4) 保证车轮定位参数及其随车轮跳动的变化能满足要求；(5) 具有足够的疲劳强度和寿命。5.2双横臂式独立悬架示意图图51双横臂式独立悬架示意图5.3多连杆式独立悬架示意图图52多连杆式独立悬架示意图5.4双横臂轴线布置方式横向平面内上、下横臂的布置方案比较图53 a、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。 .图53 上、下横臂在横向平面内的布置方案5.5导向机构的布置参数5.5.1 侧倾中心双横臂式独立悬架的侧倾中心由如图5-5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P点的高度。将P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(图5-6)，P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5-5 双横臂式悬架和纵横臂式悬架的距离和P的计算法和图解法双横臂式独立悬架的侧倾中心的高度通过下式计算得出式中 其中：=10度；=0度； c+o=330mm； d=178mm； k=3786mm； rs=102mm； bv=800mm；带入hw可以求出： 5.5.2纵倾中心在独立悬架中前后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些。平行是为了使得曲线行使时前后轴的轮荷变化接近于相等，从而保证了中性转向特性；而尽可能高则是为了使车身的侧倾限制在允许的范围之内。然而，前悬架的侧倾中心的高度受到允许轮距变化限制几乎不可能超过150mm。此外，在前轮驱动的车辆中，由于前轮轴荷大，且为驱动桥，故尽可能使前轮轮荷变化小。因而，独立悬架的侧倾中心高度为：前后悬架0150mm。设计时首先要确定前悬架的侧倾中心高度，然而确定后悬架的侧倾中性的高度。当后悬架用独立悬架时，其侧倾中心的高度要大一些。第六章 减振器设计6.1减振器概述减振器的功能是吸收悬架垂直振动的能量，并转化为热能耗散掉，使振动迅速衰减。汽车悬架系统中广泛的采用液力减振器。液力减振器的工作原理是，当车架和车桥作往复的相对运动而活塞在钢筒内作往复的运动时，减振器壳底内的油液便反复的通过一些窄小的空隙流入另一内腔。此时孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼力，使车身和车架的振动能量转化成为热能被油液和减振器壳所吸引，然后散到大气中。减振器的阻尼力的大小随车架和车桥相对速度的增减而增减，并且与油液的黏度有关。要求油液的黏度受温度的变化的影响近可能的小，且具有抗氧化性，抗汽化以及对各种金属和非金属零件不起腐蚀的作用等性能。减振器的阻尼力越大，振动消除的越快，但却使串联的弹性元件的作用发挥的作用不能充分的发挥，同时，过大的阻尼力还可能导致减振器连接零件及车架的损坏。为解决弹性元件与减振器之间的这一矛盾，对减振器提出了如下的要求：1.再悬架的压缩行程内，减振器的阻尼力应该小，以充分利用弹性元件来缓和冲击。2.在悬架的伸张行程内，减振器的阻尼力应该大，以要求迅速的减振。3.当车桥与车架的相对速度较大时，减振器能自动加大液流通道的面积，使阻尼力始终保持在一定的限度之内，以避免承受过大的冲击载荷。6.2减振器分类减振器按结构形式的不同可分为：筒式减振器和摇臂式减振器。减振器按作用方式不同，可分为单向作用减振器和双向作用减振器。在压缩和伸张行程都能起作用的减振器车称为双向作用减振器；仅在伸张行程起作用的叫单向作用减振器。与双筒式减振器相比，单筒充气式减振器具有以下优点：(1) 工作缸筒直接暴露在空气中，冷却效果好；(2) 在缸筒外径相同的前提下，可采用大直径活塞，活塞面积可增大将近一倍，从而降低工作油压；(3) 在充气压力作用下，油液不会乳化，保证了小振幅高频振动时的减振效果；(4) 由于浮动活塞将油、气隔开，因而减振器的布置与安装方向可以不受限制。 因此本次设计采用单筒充气液力式减振器。6.3减振器主要性能参数6.3.1相对阻尼系数减振器的性能通常用阻力-速度特性图表示。如下（图6-1）所示。该图具有如下的特点：阻力-速度特性由四段近似的直线线段组成，其中的压缩行程和伸张行程的阻力速度各占两段；各段特性的指明时，减振器的阻尼系数是指当卸荷阀开启前的阻尼系数而言。通常的压缩行程的阻尼系数y=Fy/Vy与伸张行程的阻尼系数s=Fs/Vs不等。图6-1减振器特性（a）阻力位移特性 （b）阻力速度特性汽车悬架有阻尼后，簧上质量的振动是周期衰减的振动，用相对阻尼系数来表示评定振动衰减的快慢程度。的表达方式为： =/2（Kms）1/2式中 K悬架系统的垂直刚度；簧上质量；相对阻尼系数的物理意义是：减振器的阻尼作用在于不同的刚度和不同的簧载质量的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效果。值小则反之。通常情况下，将压缩行程时的阻尼系数y取的小些，将伸张行程时的阻尼系数s取的大些。两者之间的保持y=（0.250.50）s的关系。设计时，先取y与s的平均值。对于无内摩擦的弹性元件悬架，取=0.250.35；对于有内摩擦的弹性元件悬架，s0.3；为了避免悬架碰撞车架，取y=0.5s。本次设计取s取0.4。对于我选用的前悬架前=0.2； 后悬架后=0.2；6.3.2减振器阻尼系数减振器阻尼系数。因悬架系统固有频率，所以理论上。实际上应该根据减振器的布置特点确定减振器的阻尼系数。例如，减振器如下（图6-2）所示，安装时，其阻尼系数为： 前悬架的单个减振器阻尼系数：后悬架的单个减振器阻尼系数： 图6-2减振器安装位置在下摆臂长度n不变的条件下，改变减振器下横摆臂上的固定点位置或者减振器轴线与铅直线之间的夹角，会影响减振器阻尼系数的变化。6.4最大卸荷力为减小传到车身上的冲击，当减振器活塞振动速度达到一定值时，减振器打开卸荷阀。此时的活塞速度称为卸荷速度Vx。在减振器安装如图所示时，Vx=Acos式中：A车身振幅，取40mm； W为悬架系统的固有频率；Vx为卸荷速度，一般为0.150.30m/s，本次设计Vx取0.30m/s。如已知伸张时的阻尼系数s，在伸张行程的最大卸荷力F0=s*Vs。前悬架的单个减振器伸张行程时的阻尼系数：后悬架的单个减振器伸张行程时的阻尼系数：前悬架单个减振器的最大卸荷力：后悬架单个减振器的最大卸荷力：6.5筒式减振器主要尺寸6.5.1筒式减振器工作直径根据伸张行程时的最大卸荷力和缸内最大压力强度来计算工作缸的直径：式中：p工作缸内最大允许压力，取34Mpa； 为连杆直径与缸筒直径之比，单筒式取为0.300.35Mpa本次设计 p3Mpa 0.35前悬架减振器工作缸直径：后悬架减振器工作缸直径：6.5.2油筒直径贮油筒直径Dc=（1.351.50）D，壁厚取2mm。前贮油筒直径 后贮油筒直径 前后的贮油筒的材料为20钢第七章 向稳定杆设计为了降低汽车的固有频率以改善行使稳定性，现代汽车的垂直刚度较小，从而使汽车的侧倾角刚度值也很小，结果使汽车转弯时车身侧倾严重，影响了汽车行使的稳定性。为此，现代汽车大多都装有横向稳定杆来加大悬架的侧倾角刚度以改善汽车的行驶稳定性。当左右车轮同向等幅跳动时，横向稳定杆不起作用；当左右车轮有垂向的相对位移时，稳定杆受扭，发挥弹性元件的作用。横向稳定杆带来的好处除了可增加悬架的侧倾角刚度，从而减小汽车转向时车身的侧倾角外，恰当地选择前、后悬架的侧倾角刚度比值，也有助于使汽车获得所需要的不足转向特性。通常，在汽车的前、后悬架中都装有横向稳定杆，或者只在前悬架中安装。若只在后悬架中安装，则会使汽车趋于过多转向。横向稳定杆带来的不利因素有：当汽车在坑洼不平的路面行驶时，左右轮之间有垂向相对位移，由于横向稳定杆的作用，增加了车轮处的垂向刚度，回影响汽车的行驶平顺性。在有些悬架中，横向稳定杆还兼起部分导向杆系的作用，其余情况下则在设计时应当注意避免与悬架的导向杆系发生运动干涉。为了缓冲隔振和降低噪声，横向稳定杆与车轮及车架的连接处均有橡胶支承。前悬架的侧倾角刚度为：后悬架的侧倾角刚度为：由当角刚度给定时，可求得所需要的稳定杆直径d：式中：E材料的弹性模量，E=2.06105MPa；L横向稳定杆两端点间的距离；所以本次设计横向稳定杆d30mm。第八章 平顺性分析8.1平顺性概念汽车平顺性是现代高速、高效率汽车的一个主要性能指标。它是指汽车在行驶过程中保持乘员所处的振动环境具有一定舒适性的性能，对于载货汽车还包括保持货物完好的性能。汽车平顺性的好坏不仅影响乘客的舒适性、身体健康状况及正常工作的能力，而且还影响汽车的动力性的发挥及汽车零部件的使用寿命等，所以对平顺性进行研究是十分必要的。要进行汽车悬架的平顺性分析与优化，就必须建立汽车的平顺性模型并进行频响特性求解。汽车是一个复杂的多自由度非线性系统，从理论上讲建立的模型自由度越多就越接近汽车的实际情况，但实际情况并非这样，因为自由度增多需要确定的参数也随之增多，而确定较多的参数困难也增大，并且参数越多误差也越大。因此自由度数目应根据实际情况而定，本设计选取比较典型的模型二自由度进行分析MATLAB是一套功能非常强大的商业数学软件，从信号处理，语音处理，数据采集，数值运算，图像处理，到电子仿真，金融分析等等，几乎在各个工业领域，他都已经得到了广泛应用，同时也取得了巨大的成功。8.2汽车的等效振动分析建立建立具有代表性的二自由度汽车振动系统动力学模型，如图所示图8-1 二自汽车振动系统动力学模型根据力学定理，上图所示系统的振动微分方程： 解式（1）可得该系统振动的两个主频率： 式中，。由上式可知，汽车振动存在两个主频和，它们仅为系统结构参数的函数而与外界的激励条件无关，是表征系统特征的固有参数。一般地说，其中较小值的一阶主频，且接近由弹簧质量和悬架刚度所决定的频率，而较大值的二阶主频率，较接近主要由轮胎刚度和非簧载质量所决定的频率。方程的解是由自由振动齐次方程的解与非齐次方程特解之和组成。令，则齐次方程为 式中的称为系统固有频率，而阻尼对运动的影响取决于和的比值变化，称为阻尼比 汽车悬架系统阻尼比的数值通常在0.25左右，属于小阻尼，此时微分方程的通解为 8.3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。根据公式其中，为刚度比，为质量比；8.4车身振动相应均方根值当确定了路面不平度系数和车速u之后，可计算路面速度功率谱密度，并求出振动相应量、Fd/G、f对的幅频特性，然后就可以求出响应量的功率谱密度。由于这三个振动响应量地均值为零，所以这几个量的统计特征值方差等于均方值，此值可由功率谱密度对频率积分求得。一般难以用解析的方法直接进行积分，在工程上采用数值积分的方法。等间隔取N个离散频率值，频带宽度为 n=(1,2,3,.,n)编入程序：for i=1:1500n=i/10;f(i)=n/(2*pi); N=1.1*2*pi;b=10;c=22.6;d=0.3;e=n/N;a=(1-(n/N)2)*(1+b-(1/c)*(n/N)2)-12+4*d2*(n/N)2*b-(1/c+1)*(n/N)22;Z(i)=n*b*(1+4*d2*e2)/a(1/2);z1(i)=Z(i)2;endplot(f,Z)xlabel(f/Hz)ylabel(H(w)gridccc=mean(z1)*80*256*10(-6)*(2*pi*0.1)2figure输出结果为0.2737输出图形为：图82车身加速度的幅频特性8.5影响平顺性的因素由于汽车行驶平顺性涉及的对象是“路面-汽车-人”构成的系统,因此影响汽车行驶平顺性的主要因素是路面的不平(它是震动的起源)和汽车的悬架、轮胎、座椅、车身等总成部件的特性-包括刚度、频率、阻尼和惯性参数(质量、转动惯量等)产生变化和破坏。这些参数是根据各种不同使用要求的车辆设计的,在使用时要保证不破坏这些参数。例如悬架系统的钢板弹簧片间的润滑不良,等于增加了悬架刚度；减震器漏油等于减小了悬架系统的阻尼等。8.5.1结构参数对平顺性的影响对平顺性影响最为显著的三个悬架特性参数为：悬架的弹性、阻尼特性以及非悬挂质量。1. 悬架的弹性特性和工作行程对于大多数汽车而言，其悬挂质量分配系数=1，即前、后桥上方车身部分的集中质量的垂向振动是相互独立的，并用偏频表示自由振动频率。偏频越小，则汽车的平顺性越好。为了得到良好的平顺性，应当采用较软的悬架以降低偏频，但软的悬架在一定载荷下其变形也大，对于一般轿车而言，悬架总的工作行程即静挠度与动挠度之和应当不小于160mm。为了同时满足在设计载荷位置附近的低刚度和有限的悬架工作行程的要求，悬架往往设计成具有非线性的弹性特性。一般是靠增加上下行程限位缓冲块或辅助弹簧以增加行程端点附近的刚度。汽车的轴荷随整车装载质量不同而变化，尤其对于载货汽车的后悬架，空载时的轴荷相差甚远。如果在预期的载荷变化范围之内悬架具有定刚度，即悬架的弹性特性是线性的，则可能满载时满足偏频要求而空载时偏频过大使平顺性降低，或者是空载时满足偏频要求而满载时动挠度过小，使行驶过程中频繁撞击限位块。为了解决这一矛盾，大客车的悬架与载货汽车的后悬架应该具有非线性的弹性特性。具有理想弹性特性的悬架，在任意载荷状况下，系统的固有振动频率都保持不变。2. 阻尼特性当汽车悬架仅有弹性元件而无摩擦或减振装置时，汽车悬挂质量的振动将会延续很长时间，因此，悬架中一定要有减振的阻尼力。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。现代汽车悬架都装有专门的减振装置，即减振器，其减振的阻尼力F可用下式表达：式中 k减振器阻尼系数；v减振器活塞相对缸筒的运动速度；i常数，通常减振器在卸荷阀打开前，i1。当F与v成线性关系时，减振器则有线性的阻力速度特性。减振器的另一种常用阻力位移特性，它表示减振器在压缩和伸张行程中的阻力变化性能，在专门的减振器试验台上测得。对于一个带有线性阻尼减振器的悬架系统或弹簧质量阻尼系统，可用相对阻尼比来评价阻尼的大小或振动衰减的快慢程度。相对阻尼比可表达为：式中 弹簧刚度；悬挂部分的质量。上式表明，减振器的阻尼作用除与其阻尼系数k有关外，也与悬架刚度及悬挂质量有关。不同刚度和不同质量的悬架系统匹配时会产生不同的阻尼效果。3. 非悬挂质量根据是否由悬架弹簧支撑，汽车的总质量可以分为悬挂质量和非悬挂质量两部分。非悬挂质量即非簧载质量，例如车轮和转向节的质量，在非独立悬架中还包括连接左右车轮的从动桥的整个刚性梁，或非断开式驱动桥的整个桥的质量，它包括主减速器、差速器以及半轴的质量，还有传动轴的部分质量。此外，还应包括车轮或车桥与车身或车架之间各连接件质量的一半，比如导向机构的摆臂、弹簧、减振器、横向推力杆、转向横拉杆等。装有独立悬架的断开式驱动桥的摆动半轴与等速万向节相连的外端秤重也属于非悬挂部分。为了获得良好的平顺性和操纵稳定性，非悬挂质量应当尽量小。一般而言，对于轿车的非驱动桥，其非悬挂质量约在5090kg之间，采用独立悬架时约为下限，采用非独立悬架时约为上限，采用复合纵臂式后支持桥悬架时约为中间值。对于轿车驱动桥，采用独立悬架的非悬挂质量约为60100kg，而非独立悬架由于带有主减速器、差速器和刚体桥壳，非悬挂质量可达100140kg。4. 轮胎轮胎对行驶平顺性的影响取决于轮胎的径向刚度，轮胎的展平能力以及轮胎内摩擦所引起的阻尼作用。减少轮胎径向刚度，可使悬架换算刚度减小10%15%。当汽车行驶于不平道路时，由于轮胎的弹性作用，轮胎位移曲线较道路断面轮廓要圆滑平整，其长度较道路坎坷不平处的实际长度大，而曲线的高度则较道路不平的实际高度小，即所谓的轮胎展平能力。它可使汽车在高频的共振振动减小。由于轮胎内摩擦所引起的阻尼作用，对于轿车轮胎的相对阻尼系数可达0.050.106。为了提高汽车行驶平顺性，轮胎径向刚度应尽可能减小。在采用足够软的悬架的情况下，在相当大的行驶速度范围内，低频共振的可能性完全可以消除。但轮胎刚度过低，会增加车轮的侧向偏离，影响稳定性，同时，还使滚动阻力增加，轮胎寿命降低。8.5.2使用因素对平顺性的影响道路不平是引起汽车振动的主要原因，当汽车在不平路面行驶时，前、后车桥和车体都经常受来自道路的冲击。路面越恶劣，行驶速度越高，车体加速度均方根值越大。当激励频率与车辆系统的一阶主频率或二阶主频率重和时，将产生车体的共振，加速车体的振动。路面的激励频率由路面谱的频率分量和车速决定，因此对应一定的路面必有某一引起车体共振的车速，行驶时应远离共振车速。此外，汽车的自身技术状况的不正常，如减振器油液黏度过大或漏油及密封失效等故障，均将导致车体振动加剧、冲击频繁、平顺性恶化。第九章 总 结本次设计是以实车为研究对象，对高级轿车克莱斯勒300C悬架系统进行设计和平顺性分析。通过查阅相关的资料确定了切实可行的方案：前悬架为不等长双横臂式独立悬架，不等长双横臂式独立悬殊架能保证汽车有良好的行驶稳定性，已为高级轿车的前悬架所广泛采用。后悬架为五连杆式独立悬架，五连杆式独立悬架系统可以进行操控和驾乘舒适性的独立调校，从而将各自性能最大化。五连杆式独立悬架具有卓越的操纵性和更高的响应性，具有非凡的行驶平稳性。同时与双横臂式前悬殊架性能相得益彰，为车辆提供了极佳的平顺性。弹性元件选择螺旋弹簧，现代轻型以下汽车的悬架中应用螺旋弹簧相当普遍，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仍具有保持车轮定位角的能力。减振器为单筒充气液力式减振器，工作缸筒直接暴露在空气中，冷却效果好，在充气压力作用下，油液不会乳化，保证了小振幅高频振动时的减振效果；前悬架安装横向稳定杆，对于现代轿车，由于弹簧刚度低，会使汽车的侧倾角风度变小，使汽车转弯时辐射侧倾严重影响了汽车行驶稳定性。因此现代轿车上都安装横向稳定杆。悬架主要参数的计算：有悬架固有频率、静挠度、动挠度、悬架刚度、悬架弹性特性、弹性元件刚度、减振器的阻尼系数及缸径、横向稳定杆尺寸等。参数确定以后绘制悬架系统的装配图及零件图，通过画图了解了实际与理论上的区别，以及如何将自己的设计理念表达在图纸上。更加熟练的使用CAXA绘图软件，以及应用MATLAB进行平顺性分析。本次设计克莱斯勒300C轿车悬架系统的设计结构合理，完成了任务量，达到了预期的设计目标。参考文献1 刘惟信.汽车设计.北京：清华大学出版社，2001.2 余志生.汽车理论.吉林：机械工业出版社，2001.6.3 陈家瑞.汽车构造（第五版）.北京：人民交通出版社，2006.4龚微寒.汽车现代设计制造.北京：人民交通出版社，1995.5 王树伟.MATLAB6.5辅助图象处理.北京：电子工业出版社，2003.6 高树新.汽车行驶平顺性评价方法述评.北京:北京总后汽车试验场，2001.3.7 容一鸣.车辆随机输入的动态仿真和试验研究.汽车工程，2001年第3卷 第5期.8 王国权.车辆平顺性的虚拟现实仿真技术.COMPUTER SIMULATION，2004年第7期.9 李佩林.汽车舒适性评价方法的研究.湖南：南昌工程学院，2004.10 (德)M.米奇克.汽车动力学.北京：人民交通出版社，1997.11 毛恩荣，张红，宋正河.车辆人机工程学第2版.北京理工大学出版社，2007.12 张金柱.悬架系统.北京：化学工业出版社，2005. 13 杜子学.基于乘用车型平顺性分析的新指标.西南交通大学学报，2000.14 (德)约森.赖姆佩尔 著.王瑄 译.悬架元件及底盘力学.长春：吉林科学技术出版社，1992.15赖维铁.人机工程学.武汉:华中工学院出版社，1983.16齐志鹏.汽车悬架和转向系统结构原理与维修.北京：东北大学出版社，2002.17庄继德.汽车轮胎学.北京:北京理工大学出版社，1996.18嵇伟.新型汽车悬架与车轮定位.北京：机械工业出版社，2004.19 ISO/DIS 2631-1-1994，Mechanical Vibration and shock-Evaluation of Human Exposure to Whole-body Vibration.20 Joseph Constance.DEMA:Learning to Design for Manufacture and Assembly. Mech .Eng.,1992.致 谢四年前我充满了崇敬的心情来到了辽宁工业大学，四年里亲身的体验让我更增加了对这所学校的热爱。在这里，我开阔了见识，增长了知识，锻炼了能力。我感谢辽宁工业大学为我们提供了学习和生活的良好环境。本次毕业设计是在张立军老师的悉心指导下完成的。从毕业设计资料准备、开题、中期检查直至最后的审阅，张老师都一直都耐心的一变又一变的检查。他态度和蔼，知识渊博，治学严谨，灵活的思维方式，耐心细致的言传身教深深感染激励着我，将使我终身受益。无论在学业上还是在生活上都给予我极大的关心和帮助，使我信心十足的面对挑战，这将对我日后的学习和研究工作产生深远的影响，在此向张老师致以最衷心的感谢。经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，在本设计完成之际，我要对多年帮助我的老师、同学和朋友表示忠心的感谢，是他们的关心和帮助给了我很大的动力，让我更加顺利的完成这次设计。作为一个即将大学毕业的学生，能力和水平都很有限，设计上还不够完善，难免有的地方会出现疏漏、欠妥甚至错误，还请各位答辩老师多加指正，衷心的感谢你们。附 录 外文翻译Multi-link independent suspensionMulti-link suspension by the (3-5) KAN-bar combination control wheel changes in the location of the suspension. Multi-link can wheel around the longitudinal axis line with the vehicle into the angle of the axis of swing, arm and the vertical arm of the compromise, the proper choice Baibi axis and the vertical axis of the vehicle into the angle , To varying degrees can be obtained arm and vertical arm suspension of the advantages of the use to meet different performance requirements. Multi-link suspension of the main advantages are: beating the wheel when the beam and the former Lunju little change, regardless of the vehicle is driven, braking by the driver can be the intention to car