毕业设计（论文）轻型客车独立悬架系统分析

某轻型客车独立悬架系统设计学 院机电工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级学 号姓 名指导教师负责教师沈阳航空航天大学2010年6月沈阳航空航天大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目 某轻型客车独立悬架系统设计 毕业设计（论文）时间 2010 年 3 月 29 日至 2010 年 7 月 2日毕业设计（论文）进行地点 沈阳航空航天大学道义校区 毕业设计（论文）内容及要求： 毕业设计是四年大学学习环节中的最后一环，通过毕业设计可以重温以往学习过的相关知识，并且学会如何将这些知识应用到实际设计中去，因此毕业设计是对你学习情况的很好总结。同时毕业设计也是对你独立学习、独立思考、独立工作能力的很好锻炼机会，它会为你今后走向工作岗位奠定一定的基础。在此希望你能以积极的态度、饱满的热情投入到毕业设计工作中去，顺利的完成毕业设计。一毕业设计内容本毕业设计题目为某轻型客车悬架设计，目的是培养学生综合运用所学知识解决汽车设计实际问题的能力。具体内容包括：1调研，对所进行设计的车型悬架结构形式和设计方法有深入了解；2分析汽车悬架系型式，确定本设计型式；3确定悬架系统主要性能参数；4完成悬架总成及主要零件的设计计算；5进行悬架的运动分析；5用CATIA完成悬架总成装配图及主要零件图设计。步骤： 悬架结构形式确定选参数设计、分析、计算悬架系统设计计算及运动分析悬架总成装配图及主要零件设计图绘制二设计所需参数汽车总质量： 1800Kg轴距： 2590mm 轮距： 1450mm最高车速： 120km/h（设计参数请参考海狮轻型客车）三毕业设计要求：1编写设计说明书，大于1.2万字；说明书格式分明、条理清晰，论述正确，分析所用资料来源准确清楚；2设计说明书中文摘要译成英文；3外文资料翻译0.3万字左右；4设计图要完成电子板或图纸输出； 5上机时间大于200小时。四推荐参考文献 以下是推荐的主要专业参考文献1汽车构造陈家瑞主编，机械工业出版社2汽车设计王望予主编，机械工业出版社3汽车理论余志生主编，机械工业出版社4汽车现代设计制造龚微寒主编，人民交通出版社5汽车工程手册（基础篇、设计篇、制造篇），人民交通出版社6汽车技术、汽车工程等科技期刊中相关文献7设计所需相关标准及软件8科技文献撰写方法指导教师签字 年 月 日负责教师签字 年 月 日摘 要悬架是汽车的重要组成之一,它的主要作用是传递车轮和车架之间的一切力和力矩,以保证汽车的行驶的平顺性。欲设计理想的悬架结构,必须对其导向机构运动特性作出准确的描述和判断，从而对其设计参数作出合理的选择。本文例举了主要的几种悬架，并对其优缺点进行了分析和对比，最后选出双横臂独立悬架系统进行系统分析和计算，通过查阅相关资料，利用资料中所给的简单的公式对双横臂独立悬架系统各个组成部分和机构做出了计算和分析，进而设计出了一个双横臂独立悬架系统，通过求助老师和查阅资料，进一步对系统做了优化设计，让他变成一个比较理想的双横臂独立悬架系统，最后利用CATIA建出实体模型。关键词：双横臂独立悬架；扭杆弹簧；实体建模。AbstractSuspension is one of the important components of the car. Its main function is to transfer between the wheel and frame of all the force and moment, in order to ensure the smooth running of the car. To design the ideal suspension structures, an accurate description and judgment must be made for the characteristics of the steering mechanism to choose the rational design. This paper enumerated several main suspension, and their advantages and disadvantages are analyzed and compared, and finally double wishbone suspension system is be chosen to analy and calculate. The author use the simple formula to make calculation and analysis the component of double wishbone suspension system, through the access of relevant information given in the material, and then design a simple double wishbone suspension system. The optimization design has been done without the help of teachers and the access to information, to let it become a relatively ideal double wishbone suspension system. Finally, a solid model is built through CATIA.Key words: double wishbone suspension; torsion bar springs; optimization design; solid model目 录1 前言12 汽车悬架系统简介22.1 悬架的功用22.2 悬架的组成32.2.1 弹性元件32.2.2 减振器32.2.3 导向机构42.3 悬架的分类43悬架的总成分析73.1悬架设计的要求73.1.1汽车平顺性对悬架的要求73.1.2汽车操作稳定性对悬架的要求83.1.3汽车抗侧倾、抗前俯、抗后仰性能对悬架的要求93.1.4汽车隔振隔声要求对悬架的要求103.1.5汽车总体布置对悬架的要求103.2悬架的结构形式分析103.2.1非独立悬架103.2.2独立悬架113.2.3独立悬架与非独立悬架优缺点对比133.3前独立悬架的选型144 悬架主要参数的确定154.1悬架静挠度154.2悬架的动挠度164.3悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配165 悬架系统的总成设计175.1双横臂式独立悬架导向机构设计175.1.1 设计要求175.2扭杆弹簧的设计225.2.1扭杆弹簧断面形状的分类和特点235.2.2扭杆弹簧相关参数235.2.3材料和许用应力235.2.4扭杆弹簧的具体参数245.3减震器的设计265.3.1相对阻尼系数265.3.2减震器阻尼系数275.3.3最大卸荷力275.3.4主要尺寸的计算275.3.5计算结果以及减震器的选择286 CATIA三维建模306.1扭杆弹簧的三维建模306.2主要零件的三维实体图346.3主要零件的平面图39总 结41致 谢42参考文献43V沈阳航空航天大学毕业设计（论文）1 前言随着我国道路条件的改善和汽车技术的引进,近年来我国开发的轻型汽车,特别是轻型客车较多采用的双横臂独立悬架。双横臂独立悬架是汽车悬架结构中的常见的一种形式,其运动形式的优劣关系到汽车的操作稳定性,舒适性，转向轻便性和轮胎的使用寿命等诸多方面。欲设计理想的悬架结构,必须对其导向机构运动特性做出准确的描述和判断，从而对其设计参数做出合理的选择。扭杆弹簧以其质量轻，能容量高，结构简单，容易布置的特点，在轻型和重型客货车上获得广泛的应用。本文在进行常规设计的基础上，提高了从汽车行驶的平顺性出发，一扭杆的能容量为目标，以扭杆的直径，悬架的刚度，扭杆长度，扭杆的许用应力等为约束条件，建立CATIA模型，对其进行更深一步的分析和了解。本文将以金杯海狮的轻型客车的双横臂对悬架为研究对象，对双横臂独立悬架总成进行设计。2 汽车悬架系统简介2.1 悬架的功用汽车悬架是车架（或车身）与车轴（或车轮）之间的弹性联结装置的统称。它的作用是弹性地连接车桥和车架（或车身），缓和行驶中车辆受到的冲击力；保证货物完好和人员舒适；衰减由于弹性系统引进的振动，使汽车行驶中保持稳定的姿势，改善操纵稳定性；同时悬架系统承担着传递垂直反力，纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些力所造成的力矩作用到车架（或车身）上，以保证汽车行驶平顺；并且当车轮相对车架跳动时，特别在转向时，车轮运动轨迹要符合一定的要求，因此悬架还起使车轮按一定轨迹相对车身跳动的导向作用。 悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。由此可见悬架系统在现代汽车上是重要的总成之一。图2.1 悬架总成2.2 悬架的组成一般悬架由弹性元件、导向机构、减振器和横向稳定杆组成。2.2.1 弹性元件弹性元件用来承受并传递垂直载荷，缓和由于路面不平引起的对车身的冲击。弹性元件种类包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧等。1钢板弹簧：由多片不同长度和不等曲率的钢板叠合而成。安装好后两端自然向上弯曲。钢板弹簧除具有缓冲作用外，还有一定的减震作用，纵向布置时还具有导向传力的作用，非独立悬挂大多采用钢板弹簧做弹性元件，可省去导向装置和减震器，结构简单。 2螺旋弹簧：只具备缓冲作用，多用于轿车独立悬挂装置。由于没有减震和传力的功能，还必须设有专门的减震器和导向装置。 3油气弹簧：以气体作为弹性介质，液体作为传力介质，它不但具有良好的缓冲能力，还具有减震作用，同时还可调节车架的高度，适用于重型车辆和大客车使用。 4扭杆弹簧；将用弹簧杆做成的扭杆一端固定于车架，另一端通过摆臂与车轮相连，利用车轮跳动时扭杆的扭转变形起到缓冲作用，适合于独立悬挂使用。2.2.2 减振器减振器用来衰减由于弹性系统引起的振动，减振器的类型有筒式减振器，阻力可调式新式减振器，充气式减振器。图2.2 减震器组成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 2.2.3 导向机构导向机构用来传递车轮与车身间的力和力矩，同时保持车轮按一定运动轨迹相对车身跳动，通常导向机构由控制摆臂式杆件组成。种类有单杆式或多连杆式的。钢板弹簧作为弹性元件时，可不另设导向机构，它本身兼起导向作用。有些轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统中加设横向稳定杆，目的是提高横向刚度，使汽车具有不足转向特性，改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性。2.3 悬架的分类按控制形式不同分为：被动式悬架和主动式悬架。目前多数汽车上都采用被动悬架，如下图所示由弹性元件，导向机构以及减振器这些机械零件构成（如图2.3）。20世纪80年代以来主动悬架开始在一部分汽车上应用，并且目前还在进一步研究和开发中。主动悬架可以能动地控制垂直振动及其车身姿态，根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼。图2.3 被动式悬架 1. 弹性元件；2. 纵向推力杆；3. 减振器；4. 横向稳定杆；5. 横向推力杆 根据汽车导向机构不同悬架种类又可分为：独立悬架和非独立悬架。（如图2.4)图2.4独立悬架和非独立悬架示意图 a. 非独立悬架 b. 独立悬架3悬架的总成分析悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架（或车身）与车轴（或车轮）弹性连接起来。其主要是传递车轮和车架之间的一切力和力矩。且缓和由于路面不平传给车架的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的震动，以保证汽车行驶的平顺性。现代汽车的悬架尽管有不同的形式，但是一般都是有弹性元件，减震器和导向机构组成。由于汽车行驶的路面不可能绝对的平坦，在路面上汽车所收的车轮的垂直反力往往是冲击的，特别是在换路面高速行驶时，这种冲击力是达到很大的数值，为了缓和冲击，在汽车行驶中，除了采用弹性的充气气囊外，在悬架中还必须装有弹性元件，另外还有减震器来把车架的弹性震动衰减到最小。此外为使车轮按一定的轨迹相对于车架和车身跳动。悬架中某些传力机构起着导向作用，即导向机构。为防止车身在转向灯情况下发生过大的横向倾斜，在悬架的系统中有的还没有横向稳定器。现代汽车悬架的发展十分快，不断出现，崭新的悬架装置。按控制形式不同分为被动式悬架和主动式悬架。目前多数汽车上都采用被动悬架，如下图所示也就是汽车姿态（状态）只能被动地取决于路面及行驶状况和汽车的弹性元件，导向机构以及减振器这些机械零件。20世纪80年代以来主动悬架开始在一部分汽车上应用，并且目前还在进一步研究和开发中。主动悬架可以能动地控制垂直振动及其车身姿态，根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼。3.1悬架设计的要求悬架与汽车的多种使用性能有关，下面将分别介绍各个使用性能对汽车悬架具体的设计要求。3.1.1汽车平顺性对悬架的要求1.悬架的固有频率及弹性特性汽车的质量可以分为簧载质量和非簧载质量两部分。有弹性元件承载的部分，如车架及其他所有的弹簧以上的部件和载荷都属于簧载质量弹簧以下，如车轮的车轴等部件的质量都属于非簧载质量。车轮垂直载荷引起的车轮中心相对于车身距离之间的关系成为弹性特性，其斜率是悬架的刚度。簧载质量与弹性元件所组成的振动系统的固有频率是衡量汽车平顺性的重要参数，固有频率低的平顺性就越好。前后悬架的固有平率的匹配对平顺性也有影响，故通常轿车的前悬架固有频率稍低于后悬架。 轿车的固有频率设计为72-100Hz，偶尔也有设计成低于60Hz的。悬架应有足够的动行程，以防止车轴等撞击车架或车身。动行程是指由静止位置开始，把悬架压缩到结构允许的最大可能位置（通常指缓冲块压到自由高度的一半或三分之二）车轮中心相对于车架的或车身的垂直位移。2.振动的衰减能力汽车通过不同路面时，为了衰减车身的自由振动和抑制车身，车轮的共振，以减少车身的垂直加速度和车轮的振幅，悬架应有合理的阻尼。减震器衰减振动的能力还与汽车的簧上质量及悬架的刚度有关，常用阻尼比这个概念说明。阻尼比一般为0.20.4。3.簧载质量与非簧载质量的比值簧载质量与非簧载质量的比值较大可以减少高频共振区车身振动加速度，特别是减少车轮离地机会。一般独立悬架将其设计为68。3.1.2汽车操作稳定性对悬架的要求1.车轮定位等几何参数车轮定位及相关的几何参数影响到很多的性能，如直线的行驶稳定性，稳态专项性，汽车极限侧向加速度，抵抗前俯，后仰能力，前轮自动回正和轮胎的消耗等。这些参数的数值随着车轮上下跳动及所受的侧向力，纵向力变化，其中变化规律有悬架的结构，构件参数与刚度所决定。这几过程中要考虑这些参数的变化，并加以控制和利用。2.导向系和转向拉杆的运动协调前悬架的导向杆系应与转向拉杆在运动学上协调，并保证前轮的正确定位，否则车身或前轴上下振动时会引起车轮绕主销摆动，影响汽车的操作稳定性。3.稳态转向性汽车应有适当的不足转向，以提供良好的驾驶性能和防止汽车行驶时出现突然甩尾等现象。悬架主要是通过以下作用影响汽车的稳态转向特性：（1）悬架通过它确定的前后轮左右轮地面垂直反力的转移和车轮外倾角变化，而影响轮胎侧偏角。在同一侧向力作用下，轮胎弹性引起的车轴侧偏角与左右车轮垂直载荷之差有关，差值越大则侧偏角越大。设计中通过调整前后悬架侧偏角刚度的比值等措施来改变前后轴的侧偏角而控制汽车的转向特性。后轮驱动的轿车常把横向稳定杆装在前悬架，就是为了增加前悬架的侧倾刚度，从而加大前轴的侧偏角，增加汽车的不足转向性。车轮顺着侧向惯性力倾斜时，轮胎侧倾角加大，反之则减少。因此为了获得满意的稳态转向特性，选择悬架结构及构件尺寸时，要考虑外倾角的变化情况。（2）通过侧倾角转向效应来改变前后轮的方向。侧倾转向角是指车身发生侧倾时，有导向系（若是前桥则包含转向拉杆）运动学关系而产生的车轮转向角。侧倾转向亦称为轴转向，它将增加或减少总的车轴侧偏角而影响汽车的转向特性。（3）通过导向系的变形转向角来影响前后轮的方向。变形转向角是指地面作用于轮胎的力使导向杆系支撑套等产生变形，从而使车轮产生附加转向角。3.1.3汽车抗侧倾、抗前俯、抗后仰性能对悬架的要求转弯时车身的侧倾过大会使乘客有不稳定的感觉。车身的侧倾角主要是由侧倾力矩与悬架的侧倾刚度因素有关。车身侧倾轴线是指前后悬架上车身做侧倾运动的瞬时中心（称为该悬架的侧倾中心）的连线。弹簧质量的质心至侧倾中心轴线的距离为侧倾力臂。汽车转弯时，簧载质量引起的侧倾力矩为其侧向惯性力与力臂之积。侧倾后，簧载质量质心偏移造成的重力矩会增大车身的侧倾，而独立悬架的非簧载质量的侧向力也影响车身的侧倾。故侧倾力矩为上述三者之和。一般轿车在侧向加速度为1.5g时侧倾角为34.5o。制动点头角与汽车的制动中心及悬架运动的瞬时中心有关。根据质心高度hg，轴距L以及前轴制动力与总制动力的比值可确定制动中心O的位置。悬架的瞬时运动中心瞬时运动时由本身结构决定的。一般轿车的制动点头角在制动减速度为0.5g时为10左右。不少双横臂独立悬架的伤横臂支撑销轴线，在纵向垂直平面上的投影前高后低，以使悬架的瞬时中心位置有利于减少点头角。3.1.4汽车隔振隔声要求对悬架的要求路面对车轮的冲击，车轮的不平衡及传动系统的振动，都可能通过悬架系统或直接传至车身，或引起悬架或车身某些零件共振后再传到车身，在车厢内造成高频振动及噪声。故独立悬架导向杆系铰接处采用大而厚的橡胶衬套或衬块隔振噪声。设计橡胶铰接点是应考虑到汽车转外时制动和环路面行驶时，车轮的位置不能有橡胶铰接点的弹性而产生过大且不利于操作稳定性的变化。以此，橡胶衬套衬块常有非线性的弹性特性。根据需要在各个方面有不同的刚度。3.1.5汽车总体布置对悬架的要求 起着总体布置与悬架结构有着密切的关系。微型普通级和中级轿车希望在较小的空间尺寸内提供尽可能大的乘坐空间,以此选择悬架结构要充分考虑结构紧凑和节省空间要求。3.2悬架的结构形式分析悬架的结构形式很多，在双轴汽车上常见的有独立悬架和非独立悬架两大类，在三轴汽车的后悬架上常采用平衡式悬架，在新颖的轿车上又出现了交联式悬架和主动悬架等新形式。被用于轻型客车的悬架多为独立悬架或非独立悬架，下面我们着重讨论这两种悬架的特点。3.2.1非独立悬架左右车轮用一根刚性连接起来，并通过悬架与车架相连接，典型代表纵置板簧式悬架（如图3.1所示）。图3.1纵置板簧式悬架3.2.2独立悬架两侧的车轮各自独立的与车架或车身弹性连接，典型代表：1.车轮在汽车横向平面内摆动的悬架（横臂式独立悬架，如图3.2所示） 图3.2双横臂式独立悬架示意图2车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架（纵臂式独立悬架，图3.3所示）图3.3纵臂式独立悬架示意图3.车轮沿主销移动的悬架（麦弗逊式悬架，如图3.4所示）图3.4麦弗逊式单个独立悬架示意图3.2.3独立悬架与非独立悬架优缺点对比表3.1独立悬架与非独立悬架的优缺点对照非独立悬架独立悬架簧载质量较大较小结构结构简单制造成本低，易维修结构复杂，维修不便，成本高平顺性对高速工况下，车辆的行驶平顺性不能得到充分的保证前轮采用该悬架够，取消了整根前轴，发动机质心降低，平顺性提高弹性元件的应用常采用螺旋弹簧橡胶弹簧，空气弹簧，钢板弹簧各种弹簧大都可采用，取上述四种外还可采用扭杆弹簧平顺性有弹性元件引起的差别弹性元件除受垂直力外，还受扭力的作用，且采用的弹簧刚度不易国小，这使车身振动频率高，使平顺性降低由于弹性元件只承受垂直力，可采用刚度小的弹簧，使车身频率降低，从而改善了汽车的行驶平顺性通过性由于采用整轴离地间隙较小，通过性较差能保持车轮与不平路面的接地性和提高离地间隙通过性好由于本人的设计方向和篇幅所限，下面着重对独立悬架中的双横臂独立悬架和麦弗逊悬架进行具体的比较：1. 双横臂式独立悬架 双横臂式独立悬架按其上下臂的长度可以分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种.前悬架若采用等长双横臂式独立悬架，则其车轮在上、下跳动时可以保持主销倾角不变，但是其相对的轮距变大，轮胎的磨损严重，并不实用。而不等臂式独立悬架，只要适当的选择上下横臂的长度并合理的布置，即可使得轮距和车轮定位参数的变化量限定在允许的范围内。这种不大的轮距变化，不应引起车路沿路面的侧滑，而为轮胎的弹性变形所补偿。 双横臂式独立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位置和导向臂长度，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。 双横臂式独立悬架通常可以采用螺旋弹簧、空气弹簧、扭杆弹簧或钢板弹簧作为弹性元件。为了隔离振动和噪声并补偿空间导向机构由于上下横臂白都给轴线所带来的运动干涉，在各铰接点处一般采用橡胶支撑。2.麦弗逊式独立悬架与双横臂式独立悬架相比，麦弗逊式独立悬架的突出特点在于可以将导向机构和减震器装置集中到一起，可以将多个零件集成在一个单元里。不仅简化了结构，见小了质量，还节省了横向空间，有利于车声前部底板构造和发动机的布置。缺点是：由于自由度的减少，悬架的可设计性不如双横臂式独立悬架；振动通过上支点传给汽车头部，须采用相应的措施隔离振动、噪声；减震器的活塞杆与导向套的之间存在摩擦力，使得悬架的动刚度增加，弹性特性变差，小位移时这一影响更加明显，对轮胎的不平衡较敏感；减震器紧贴车轮布置，其空间很小，有些情况下不便于采用宽轮胎或加装防滑链。它广泛适用于微型和普通型轿车，采用螺旋弹簧，簧下质量。横向刚度，对操纵稳定性有利，车轮外倾角可调。3.3前独立悬架的选型 随着汽车工业的发展，车速度的不断提高，非独立悬架已不能满足行驶平顺性的要求，同时轻型客车的行驶平顺性要求较高，要求车速较高，乘坐舒适性较高，且行驶平稳，操纵稳定性要求较高。以此通过上节对独立悬架和非独立悬架的性能分析。非独立悬架远不能满足要求，且独立悬架左右车轮单独跳动，相互影响小，可减少车身的倾斜和振动，若正确的选择导向机构的型式和参数，有助于消除前轮摆振的不良现象，由于以上优点，应采用独立悬架作为前悬架较合理。独立悬架的形式较多，经过对比分析各种悬架的特点可知，在轻型客车上采用扭杆式双横臂独立悬架较为合理，此种悬架能够保持汽车较高速行驶时，有良好的行驶平顺性，能够满足对轻型客车的要求。目前轻型客车普遍使用的悬架类型是双横臂式独立悬架和麦弗逊式独立悬架，综合考虑轻型客车的设计要求，本设计选择双横臂式独立悬架作为某型号轻型汽车的悬架形式。4 悬架主要参数的确定4.1悬架静挠度悬架静挠度，是指汽车满载静止时悬架上的载荷Fw与此时悬架刚度c之比，即=Fwc。 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n1和n2(亦称偏频)可用下式表示; ; (4.1)式中，c1、c2为前、后悬架的刚度(Ncm)；m1、m2为前、后悬架的簧上质量(kg)。 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 式中，g为重力加速度(g=981cms2)。 将、 代入式(4.1)得到 ； (4.2) 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。 在选取前、后悬架的静挠度值和时，应当使之接近，并希望后悬架的静挠度比前悬架的静挠度小些，这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，nln21时小，故推荐取 =(0809) 。考虑到货车前、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=(0608) 。为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。 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100145Hz，后悬架则要求在117158Hz。原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080115Hz，后悬架则要求在098130Hz。货车满载时，前悬架偏频要求在150210Hz，而后悬架则要求在170217Hz。选定偏频以后，再利用式(4.2)即可计算出悬架的静挠度。选取偏频n为1.25Hz，得到本车的静挠度为16cm。4.2悬架的动挠度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(通常指缓冲块压缩到其自由高度的12或23)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，取79cm；对大客车, 取58cm；对货车取69cm。本次设计取8cm。4.3悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配 悬架侧倾角刚度系指簧上质量产生单位侧倾角时悬架给车身的弹性恢复力矩。它对簧上质量的侧倾角有影响；侧倾角过大或过小都不好。乘坐侧倾角刚度过小而侧倾角过大的汽车，乘员缺乏舒适感和安全感。侧倾刚度过大而侧倾角过小的汽车又缺乏汽车发生侧翻的感觉，同时使轮胎侧偏角增大，如果发生在后轮会使汽车增加了过多转向的可能。要求在侧向惯性力等于04倍车重时，轿车车身侧倾角在2.504，货车车身侧倾角不超过607。 此外，还要求汽车转弯行驶时，在04g的侧向加速度作用下，前、后轮侧偏角之差12应当在103范围内。为满足汽车稍有不足转向特性的要求，应使汽车前轴的轮胎侧偏角略大于后轴的轮胎侧偏角。为此，应该使前悬架具有的侧倾角刚度要略大于后悬架的侧倾角刚度。对轿车，前、后悬架侧倾角刚度比值一般为1426。5 悬架系统的总成设计本人设计所选的双横臂扭杆弹簧独立悬架作为某轻型客车的悬架形式，其设计大致可以分为四个部分：1.导向机构的设计2.扭杆弹簧的设计3.减震器的设计4.横向稳定杆和缓冲块的设计由于时间的限制，以及对汽车性能影响的重要性，本设计只对前三部分进行设计，至于横向稳定杆和缓冲块的设计，不做具体讨论。5.1双横臂式独立悬架导向机构设计5.1.1 设计要求 1. 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4，轮距变化大会引起轮胎早期磨损。 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04g侧向加速度作用下，车身侧倾角不大于607，并使车轮与车身的倾斜同向，以增强不足转向效应。 4)汽车制动时，应使车身有抗前俯作用；加速时，有抗后仰作用。 对后轮悬架导向机构的要求是： 1)悬架上的载荷变化时，轮距无显著变化。 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。 此外，导向机构还应有够强度，并可靠地传递除垂直力以外的各种力和力矩。 2纵向平面内上、下横臂的布置方案1）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5.1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。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。图5.1、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5.1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。本次设计采用第2种方案。2）横向平面内上、下横臂的布置方案比较图5.2 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。本次设计取第三种方案。图5.2上下横臂在横向平面内的布置方案3）水平面内上、下横臂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，如图5.3所示。下横臂轴MM和上横臂轴NN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5.3水平面内上下横臂轴的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MM的斜置角。，为正，而上横臂轴NN的斜置角2则有正值、零值和负值三种布置方案，如图5.3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l为正、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5.3a所示，则主销后倾角随车轮的上跳较少增加甚至减少(当10.3。5.3.2减震器阻尼系数在相对阻尼系数选定的情况下，可利用公式： w悬架系统的固有频率 i杠杆比，i=n/a 减震器的安装角5.3.3最大卸荷力 卸荷速度 车身振幅，取40mm W悬架的固有频率 伸张行程的阻尼系数5.3.4主要尺寸的计算1. 筒式减震器的工作缸直径D 缸内最大容许压力，取34MPa 缸筒直径与连杆直径比双筒式减震器，取0.40.5单筒式减震器，取0.30.35就最近选取一个标准尺寸。表5.2国标规定工作缸直径系列 41.工作缸经 mm42. 2043. 3044. 4045. 5046. 652. 贮油桶直径Dc的确定 Dc=（1.351.5）D 壁厚取2mm。5.3.5计算结果以及减震器的选择1.性能参数取相对阻尼系数平均值=0.3取其中，的计算:根据样车，满载时前悬架的载质量为1280Kg，空载时前悬架的载质量为900Kg，静载荷，动载荷。则前悬架的簧上质量由公式，可得满载时=563.2kg 空载时481.5kg由公式：，得，可得前悬架的平均刚度为： 安装角取，则阻尼系数卸载速度卸载速度符合一般为0.150.30的范围内平均载荷力3. 主要尺寸 取3.5Pa，取0.45 减震器工作缸的直径D取20mm、30mm、40mm、50mm、65mm等几种。按标准选择D=40mm的减震器。注油缸直径Dc=1.35D=52mm取壁厚为2mm。至此减震器的选择计算结束。6 CATIA三维建模以扭杆弹簧的三维建模为例介绍具体的建模过程，篇幅有限，其他零件的建模步骤不做具体的讲解。6.1扭杆弹簧的三维建模进入CATIA的设计界面，单机开始进入零部件设计模块，在选择坐标平面，单击（草图绘制工具栏）进入草图绘制模块。在草图中绘制如图6.1的草图，并注意尺寸约束。图6.1 在YOZ平面内绘制草图然后点击退出草图界面。点击特征工具中的（旋转体）进入如图6.2的对话框，以Y轴为轴线的草图进行旋转体，生成如图6.3的实体。图6.2 旋转体操作对话框图6.3旋转体操作后生成的实体选中实体左端面，点击进入草图绘制模块，在此平面内画一条图6.4所示的直线（注意直线的位置限定），以便下一步的操作进行。点击退出草图界面，点击特征工具栏中的（凹槽）进入图6.5所示的凹槽定义对话框，定义凹槽，得到实体如图6.5所示。图6.4左端面平面绘制草图图6.5凹槽定义对话框图6.6生成六角形花键点击（圆弧阵列）进入如图6.6所示对话框。选择Y轴为参考元素，之前所做的凹槽为图样的对象生成图6.6所示实体（即扭杆弹簧的六角形结构花键）。最后，点击（镜像）进入镜像定义对话框（如图6.7所示），镜像元素选择实体端面的右端面（旋转体.1面.2），要镜像的元素为当前实体，生成如图6.8所示的扭杆弹簧。图6.7镜像定义对话框图6.8扭杆弹簧实体6.2主要零件的三维实体图下面是其他的一些主要零件的实体图，具体的建模过程不再叙述。1. 下横臂实体图（图6.9）6.9下横臂实体图2.下横臂轴实体图(图6.10)图6.10下横臂轴实体图3. 上横臂轴实体图（图6.11）图6.11上横臂轴实体图4.上横臂实体图图6.12上横臂实体图5.扭杆弹簧固定安装装置图6.13扭杆弹簧安装装置6. 扭杆弹簧扭臂实图6.14扭杆弹簧扭臂实体图7. 转向节实体图图6.15转向节实体图8.横向稳定器实体图图6.16横向稳定器实体图9. 减震器装配图图6.17减震器装配图10.双横臂扭杆弹簧独立悬架总成装配图图6.18总成装配图6.3主要零件的平面图1. 上横臂的平面图图6.19上横臂平面图2.上横臂轴平面图图6.20上横臂轴平面图总 结过了十六周，毕业设计终于尘埃落定。在这三个多月的时间里，我基本上掌握了双横臂独立悬架总成的整套设计方法，并对其主要元件的设计都基本掌握。本次设计主要是针对轻型客车前悬架，通过查阅相关资料并结合老师所给的相关参数，定位扭杆弹簧悬架系统，然后对其进行分析，在对其导向机构等组成部分进行计算，利用计算结果在CATIA上对各个零件建出实体模型，最后装配出装配图。在设计过程中遇到不明白的问题就向老师请教，从而达到了预期的效果。对所学的知识有了更深的了解，尤其是独立悬架的这一方面的知识进行了更系统、更深入的分析和研究。通过本次使我对汽车有了更深入的认知，工程软件的操作水平也有了显著的提高也真正的感受到了程老师所说的毕业设计是四年大学学习的一个总结和升华，它将专业知识和实践相结合，对于我们将来融入工作岗位一个人能力的提高无疑一个极大的锻炼。另外，由于知识水平有限，毕业设计时同的限制，设计中难会存在不足之处，因此肯请老师指正。致 谢本次毕设是在程勉宏老师的精心指导下完成的。在毕设的过程中，程老师提供了大量的资料，每当我遇到问题时，程老师总是耐心的指导，教会我如何做，让我及时解决，及时的进行下一步的设计。如果让我独自一人完成任务，那时间肯定是不够的，如果没有程老师的指导和帮助，在这么短的时间内，我是不可能完事任务的，在此，我向程老师表示最衷心的感谢！此外还特别感谢汽车教研室的老师们，在我的毕设过程中给予的帮助和支持，令我受益匪浅，还有同学们给我的帮助，对我完成毕设有很大的帮助，在此，我也非常感谢你们。最后，感谢学校四年来对我的培养！参考文献1 张洪欣 汽车设计 机械工业出版社 19992 刘惟信 汽车设计 清华大学出版社 20013 余志生 汽车理论 机械工业出版社 20004 张宝生 汽车优化设计理论与方法 机械工业出版社 20005 王彦才 车辆扭杆弹簧设计与制造 国防工业出版社 19966 陈家瑞 汽车构造 人民交通出版社 19997 范迁珊 材料力学 高等教育出版社 20008 小林明 汽车工程手册 日本汽车工程学会 19919 张光泉 JS6701客车双横臂扭杆独立悬架的受力分析和刚