(毕业设计)现代途胜2.0GL轿车悬架设计毕业论文

本科生毕业设计（说明书）摘 要随着汽车工业的发展，人们对汽车的乘坐舒适性和安全性的要求逐渐提高，因此对汽车的悬架系统和减振器也提出了更高的要求。这次设计的现代途胜2.0GL轿车的悬架系统是具有实际意义的。本次设计主要内容是：现代途胜2.0GL轿车的前、后悬架系统的结构设计，前悬架采用的是目前较为流行的麦弗逊式独立悬架，后悬架采用的是平顺性较好的双叉骨独立悬架。前、后悬架的减振器均采用双作用液力减振器。还进行了悬架参数的确定。弹性元件的设计计算。导向机构和横向稳定杆的结构计算及强度校核。采用MATLAB软件对悬架系统的平顺性进行了编程分析，论证了该悬架系统设计参数的合理正确性。采用CAXA软件分别绘制前后悬架的装配图和部分零件图。在这次设计中，采用了传统典型的悬架系统，尽量采用通用件，降低了设计的成本。在平顺性分析上，建立二个自由度的汽车振动模型，分别对轮胎、车身和座椅进行振动分析，可以体现出悬架衰减振动的能力是较强的。因此，这次设计的悬架系统具有良好的行驶平顺性。关键词：独立悬架； 汽车减振器；导向机构；平顺性AbstractWith the development of the Automobile industry, people have been promoting the requirement for the safety and ride comfort quality of the vehicle. As a result, there is a higher demand on the suspension and the shock absorber system of the vehicle. The design of the Tucson2.0GL suspension system of the Tucson has a practical significance. The project mainly includes the design of construction of Tucson2.0GL front and rear suspension system. The popular Macpherson independent suspension is adoptd, and the Ride comfort is better double-wishbone independent suspension. Both front and back suspension includes the hydraulic double action shock absorber . The design includes confirming the parameters of suspension system, calculating concerning the components with the features of springs, checking the intensity and calculating regarding the structure of the guide mechnism and stabilizer rod. Whats more, the MATLAB software is used to analyze the ride comfort of the suspension system by programming, it also demonstrates the validity of parameters of the design concerning the suspension system.In the project, the traditionally classic suspension system is adopted and the common components are adopted as many as possible in order to decrease the cost of the design. When it comes to the design regarding the ride comfort, the shock model of the vehicle with 5 DOF is built for doing the shock analysis concerning these such as tires, body and seat of the vehicle, to do so can show the high capability in the attenuation shock of the suspension system. Therefore, this project of the suspension system possesses a good ride comfort.Key words：Independent suspension；automobile shock absorber ；guide mechnism；ride comfort目 录第一章 绪 论1第二章前、后悬架结构的选择42.1独立悬架结构特点42.2独立悬架结构形式及评价指标分析42.3前、后悬架结构方案42.4辅助元件62.4.1横向稳定器62.4.2缓冲块7第三章技术参数确定与计算83.1自振频率83.2悬架刚度KSU83.3悬架静挠度93.4悬架动挠度10第四章弹性元件的设计计算114.1前悬架弹簧（麦弗逊悬架）114.1.1弹簧中径、钢丝直径、及结构形式114.1.2弹簧圈数124.2后悬架弹簧（双叉骨悬架）124.2.1弹簧中径、钢丝直径、及结构形式124.2.2弹簧圈数13第5章 悬架导向机构的设计145.1导向机构设计要求145.2麦弗逊独立悬架示意图145.3双叉骨独立架示意图155.4导向机构受力分析155.5导向机构的布置参数165.5.1 侧倾中心16第6章 减振器设计186.1减振器概述186.2减振器分类186.3减振器主要性能参数196.3.1相对阻尼系数196.3.2减振器阻尼系数206.4最大卸荷力F0216.5筒式减振器主要尺寸216.5.1筒式减振器工作直径D216.5.2油筒直径Dc22第7章 横向稳定杆设计23第8章 平顺性分析258.1平顺性概念258.2汽车的等效振动分析258.3车身加速度的幅频特性288.4相对动载，对的幅频特性288.5车身振动相应均方根值288.6影响平顺性的因素29第9章 结 论30参考文献31致 谢32附 录33附录 38IV第一章 绪 论悬架系统概述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扭，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。图1-1悬架系统结构图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。从外表上看如图1-1，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。悬架最主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等，并且缓和由不平路面传给车身的冲击载荷、衰减由此引起的振动、保证乘员的舒适性、减小货物和车辆本身的动载荷。悬架与汽车的多种使用性能有关，为满足这些性能，悬架系统必须能满足这些性能的要求:首先，悬架系统要保证汽车有良好的行驶平顺性，对以载人为主要目的的轿车来讲，乘员在车中承受的振动加速度不能超过国标规定的界限值。其次，悬架要保证车身和车轮在共振区的振幅小，振动衰减快。再次，要能保证汽车有良好的操纵稳定性，一方面悬架要保证车轮跳动时，车轮定位参数不发生很大的变化，另一方面要减小车轮的动载荷和车轮跳动量。还有就是要保证车身在制动、转弯、加速时稳定，减小车身的俯仰和侧倾。最后要保证悬架系统的可靠性，有足够的刚度、强度和寿命。所以，汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部件。现代汽车的悬架尽管有各种不同的结构形式，但一般都由弹性元件、减振装置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，路面作用于车轮上的垂直反力往往是冲击性的，特别是在坏路面上高速行驶时，这种冲击力将达到很大的数值。冲击力传到车架和车身时，可能引起汽车基件的早期损坏，传给乘员和货物时，将使乘员感到极不舒服，货物也可能受到损伤。为了缓和冲击，在悬架中必须装有弹性元件，使车架（或车身）与车桥（或车轮）之间作弹性联系。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。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。车轮相对于车架和车身跳动时，车轮的运动轨迹应符合一定的要求，否则对汽车行驶性能有不利的影响。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的导向机构。在多数的轿车和客车上，为防止车身在转向行驶等情况下发生大的横向倾斜，在悬架中还设有辅助弹性元件横向稳定杆。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： (1) 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； (2) 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； (3) 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；(4) 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”)； (5) 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； (6) 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； (7) 所有零部件应具有足够的强度和使用寿命； (8) 制造成本低； (9) 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，使主销的定位参数变化车架、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。悬架设计的主要目的之一是确保汽车良好的行驶平顺性，也是汽车的重要使用性能之一，汽车行驶时振动越剧烈，则平顺性越差，不仅影响到成员的乘坐舒适性和货物的安全可靠的运输，还影响到汽车的多种使用性能的发挥和系统寿命，也影响汽车的燃油经济性和运输效率。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。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、响应均方根值等参量，同时利用汽车主要参数数据，利用MATLAB对汽车平顺性进行仿真，通过仿真分析各种因素和主要参数对汽车平顺性的影响，以达到参数调整和优化设计的目的。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。第二章前、后悬架结构的选择2.1独立悬架结构特点独立悬架是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬架悬挂在车架或车身下面的。2.2独立悬架结构形式及评价指标分析独立悬架可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬架等形式。与非独立悬架相比其优点有：1) 非悬挂质量小，悬架所受带的并传给车身的冲击载荷小，有利于提高汽车的行驶平顺性及轮胎的接地性能；2) 左右车轮的跳动没有直接的相互影响，可减少车身的倾斜和振动；3) 占用横向空间少，便于发动机布置，可以降低发动机的安装位置，从而降低汽车质心位置，有利于提高汽车的行驶稳定性；4) 易于实现驱动车轮转向。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。我所设计的是前、后均采用独立悬架。因为独立悬架具有如下优点是：质量轻，减少了车身受到的冲击，并提高了车轮的地面附着力；可用刚度小的较软弹簧，改善汽车的舒适性；可以使发动机位置降低，汽车重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性；左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和震动。不过，独立悬架存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点。现代轿车上大都采用独立式悬架，我的设计为：前悬架为目前较为流行的麦弗逊式悬架，后悬架为双叉骨独立悬架。如图21所示，麦弗逊式独立悬架也称滑柱连杆式悬架，它是由滑动立柱和横摆臂组成。该结构可看做是烛式悬架的改进型，由于增加了横摆臂改善了滑动立柱的受力状况。滑柱摆臂式悬架将减振器作为引导车轮跳动的滑柱，螺旋弹簧与其装于一体。这种悬架将双横臂上臂去掉并以橡胶做支承，允许滑柱上端作少许角位移。内侧空间大，有利于发动机布置，并降低车子的重心。车轮上下运动时，主销轴线的角度会有变化，这是因为减振器下端支点随横摆臂摆动。以上问题可通过调整杆系设计布置合理得到解决。筒式减振器装在滑柱桶内，滑柱桶与转向节刚性连接，螺旋弹簧安装在滑柱桶及转向节总成上端的支承座内，弹簧上端通过软垫支承在车身连接的前簧上座内，滑柱桶的下端通过球铰链与悬架的横摆臂相连。当车轮上下运动时，滑柱桶及转向节总成沿减振器活塞运动轴线移动，同时，滑柱桶的下支点还随横摆臂摆动。图2-1麦弗逊式独立悬架该悬架突出的优点是增大了两前轮内侧的空间，便于发动机和其他一些部件的布置；其缺点是滑动立柱摩擦和磨损较大。为减少摩擦通常是将螺旋弹簧中心线与滑柱中心线的布置不相重合。另外，还可将减振器导向座和活塞的摩擦表面用减磨材料制成，以减少磨损。但麦弗逊式悬架在使用中也有缺点，就是行驶在不平路面时，车轮容易自动转向，故驾驶者必须用力保持方向盘的方向，当受到剧烈冲击时，滑柱易造成弯曲，因而影响转向性能，减振器活塞杆受的侧向力较大，从而摩擦力大。图2-2双叉骨独立悬架麦弗逊式独立悬架是目前前置前驱动轿车和某些轻型客车首选的较好的悬架结构形式。如图22所示，双叉骨式独立悬架又称双A臂式独立悬架，双叉骨悬架拥有上下两个叉臂，横向力由两个叉臂同时吸收，支柱只承载车身重量，因此横向刚度大。双叉骨式独立悬架的上下两个A字形叉臂可以精确的定位前轮的各种参数，前轮转弯时，上下两个叉臂能同时吸收轮胎所受的横向力，加上两叉臂的横向刚度较大，所以转弯的侧倾较小。它的主要优点有：横向刚度大、抗侧性能优异、抓地性能好、路感清晰。双叉骨式独立悬架通常采用上下不等长叉臂（上短下长），让车轮在上下运动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化减小轮胎磨损，并且能自适应路面，轮胎接地面积大，贴地性好。从结构上来看，双叉骨式独立悬架和麦弗逊式悬架有着紧密的血缘关系，它们的共同点为：下控制臂都由一根V字形或A字形的叉形控制臂构成，液压减震器充当支柱支撑整个车身。不同处则在于双叉臂式独立悬架多了一根连接支柱减震器的上控制臂，这样一来有效增强了悬架整体的可靠性和稳定性。适用于运动型轿车，超级跑车以及高档SUV前后悬架。所以我设计的前、后悬架分别为麦弗逊式独立悬架和后悬架为双叉骨独立悬架。2.4辅助元件2.4.1横向稳定器为了降低汽车固有振动频率以改善行驶平顺性，现代轿车悬架垂直刚度都较小，而使汽车的侧倾角刚度值也很小，使汽车转弯时车身侧倾严重，影响了汽车的行驶稳定性。为此，现代汽车大多装有横向稳定杆如图2-3所示来加大悬架的侧倾角刚度来改善汽车行驶稳定性。恰当的选择前、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。图2-3横向稳定器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2-4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2-4缓冲块第三章技术参数确定与计算3.1自振频率汽车前、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、后部分的固有频率（亦称偏频）可用下式表示：用途不同的汽车，对平顺性要求亦不同。以运送人为主的乘用车，对平顺性的要求最高，客车次之，货车更次之。对发动机排量在1.6L以下的乘用车，前悬架满载偏频要求在1.001.45Hz，后悬架则要求在1.171.58Hz。原则上，乘用车的发动机排量越大，悬架的偏频应越小，要求满载前悬架偏频在0.801.15Hz，后悬架则要求在0.981.30Hz。货车满载时，前悬架偏频要求在1.502.10Hz，而后悬架则要求在1.702.17Hz。偏频越小，则平顺性越好。选定偏频以后，即可计算出悬架的静挠度。所以我设计的前悬架偏频选择n1=1.2,后悬架偏频选择n2=1.3。3.2悬架刚度KSU依据悬架刚度公式可得：式中：m簧载质量K悬架的角刚度n悬架的偏频，前轮簧载质量：后轮簧载质量： 前悬架的理论刚度：后悬架的理论刚度： 前悬架的实际刚度： 后悬架的实际刚度：因为前后悬架实际刚度、均比前后悬架理论刚度、大，所以均满足要求。3.3悬架静挠度悬架的静挠度是指汽车满载静止时悬架上的载荷与此时悬架刚度之比，即fc=Fw/c。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式表示：式中：g重力加速度， g=981cm/s2前悬架的静挠度：后悬架的静挠度：理论分析证明：若汽车以较高车速驶过单个路障，时的车身纵向角振动要比时小，故取。因为，所以前、后悬架静挠度满足要求。图 3-1悬架自振频率3.4悬架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时，车轮中心相对车架（或车身）的垂直位移。为了防止汽车行驶过程中频繁撞击限位块，应当有足够的动挠度，对于轿车的值应不小于0.5，大客车应不小于0.75，载货汽车1.0，而行驶路况恶劣的越野车，这个值还要大一些。我设计的是乘用车的悬架，所以的值应不小于0.5。前悬架的动挠度：后悬架的动挠度：所以前悬架的动挠度取100mm，后悬架的动挠度取90mm。第四章弹性元件的设计计算4.1前悬架弹簧（麦弗逊悬架）螺旋弹簧作为弹性元件，由于其结构简单、制造方便及有高的比能容量，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，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。通过采用变节距的或用变直径弹簧钢丝绕制的或两者同时采用的弹簧结构，可以实现变刚度特性。4.1.1弹簧中径、钢丝直径、及结构形式悬架单侧最大工作载荷由下式求得：悬架单侧最小工作载荷由下式求得：弹簧指数（旋绕比）取C=6，则曲度系数由下式求得：查表得钢丝拉伸强度极限则许用应力由下式得出：弹簧的簧丝直径d由下式得出：则弹簧中径由下式可得出：计算弹簧刚度：本次设计弹簧所才用的结构形式为螺旋弹簧。4.1.2弹簧圈数工作圈数取则弹簧总圈数由下式得出：弹簧节距P由下式得出：两圈间隙由下式得出：弹簧的自由高度由下式得出：4.2后悬架弹簧（双叉骨悬架）4.2.1弹簧中径、钢丝直径、及结构形式悬架单侧最大工作载荷由下式求得：悬架单侧最小工作载荷由下式求得：弹簧指数（旋绕比）取C=6，则曲度系数由下式求得：查表得钢丝拉伸强度极限则许用应力由下式得出：弹簧的簧丝直径d由下式得出：则弹簧中径由下式可得出：计算弹簧刚度：本次设计弹簧所才用的结构形式为螺旋弹簧。4.2.2弹簧圈数工作圈数取则弹簧总圈数由下式得出：弹簧节距P由下式得出：两圈间隙由下式得出：弹簧的自由高度由下式得出：第5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麦弗逊独立悬架示意图图5-1双叉骨独立架示意图5.3双叉骨独立架示意图图52双叉骨独立架示意图5.4导向机构受力分析分析如图5-3所示麦弗逊式悬架受力简图可知，作用在导向套上的横向力F3，可根据图上的布置尺寸求得 式中，为前轮上的静载荷减去前轴簧下质量的12。力越大，则作用在导向套上的摩擦力f越大(f为摩擦因数)，这对汽车平顺性有不良影响。为了减小摩擦力，在导向套和活塞表面应用了减磨材料和特殊工艺。为了减小力，要求尺寸c+b越大越好，或者减小尺寸a。增大尺寸c+b使悬架占用空间增加，在布置上有困难。若采用增加减振器轴线倾斜度的方法，可达到减小尺寸a的目的，但也存在布置困难的问题。为此，在保持减振器轴线不变的条件下，常将图中的G点外伸至车轮内部，既可以达到缩短尺寸a的目的，又可获得较小的甚至是负的主销偏移距，提高制动稳定性。移动G点后的主销轴线不再与减振器轴线重合。图53悬架受力简图有时为了发挥弹簧反力减小横向力的作用，还将弹簧下端布置得尽量靠近车轮，从而造成弹簧轴线及减振器轴线成一角度。这就是麦弗逊式悬架中，主销轴线、滑柱轴线和弹簧轴线不共线的主要原因。5.5导向机构的布置参数5.5.1 侧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150mm。此外，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O120mm；后悬架80150mm。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。麦弗逊式独立悬架的侧倾中心由如图5-5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。两条线的交点即为P点。麦弗逊式悬架的弹簧减振器柱EG布置得越垂直，下横臂GD布置得越接近水平，则侧倾中心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可通过下式计算 式中： 式中：；r=296mm；d=179mm； rs=40mm；bv=775mm；c+o=513mm；带入上式求得为：图55普通规格的麦弗逊式悬架的尺寸和P的计算法和图解法第6章 减振器设计6.1减振器概述为加速车架与车身的振动的衰减，以改善汽车的行使平顺性，在大多数汽车的悬架系统内部装有减振器。在麦弗逊式悬架中，减振器与弹性元件是串联的安装。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减振器分类减振器大体可以分为两大类，即摩擦式减振器和液力减振器。筒式减振器的质量仅为摆臂式的约1/2，并且制造方便，工作寿命长，因此现代汽车都采用筒式减振器。而筒式减振器最常用的三种结构型式包括：双筒式、单筒充气式和双筒充气式。双筒充气式减振器的基本构造、尺寸等与双筒式减振器一样，所不同的只是在工作缸。筒与贮油筒之间充以低压气体。由于气压低，将活塞向外推出的力就很小。双筒充气式减振器具有以下优点：1. 在小振幅时阀的响应也比较敏感；2. 改善了坏路上的阻尼特性；3. 提高了行驶平顺性；4. 气压损失时，仍可发挥减振功能；5. 与单筒充气式减振器相比，占用轴向尺寸小，由于没有浮动活塞，摩擦也较小。设计减振器时应当满足的基本要求是，在使用期间保证汽车的行驶平顺性的性能稳定；有足够的使用寿命。所以本设计采用双筒充气式减振器。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。的表达方式为式中 悬架系统的垂直刚度； m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c和不同的簧载质量m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相对阻尼系数前=0.2； 后悬架相对阻尼系数后=0.2；平均相对阻尼系数由下式计算得出： 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安装时，减振器阻尼系数用下式计算 前悬架的单个减振器阻尼系数由下式得出：后悬架的单个减振器阻尼系数由下式得出：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F0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。在减振器安装如图6-2所示时，式中：A车身振幅，取40mm；为悬架系统的固有频率；为卸荷速度，一般为0.150.30m/s；如已知伸张时的阻尼系数s，在伸张行程的最大卸荷力，本次设计取前、后悬架卸荷速度为： 前悬架单个减振器伸张行程时的阻尼系数由下式得：后悬架单个减振器伸张行程时的阻尼系数由下式得： 前悬架单个减振器最大卸荷力由下式得：后悬架单个减振器最大卸荷力由下式得：6.5筒式减振器主要尺寸6.5.1筒式减振器工作直径D根据伸张行程的最大卸荷力计算工作缸直径D为：式中，为工作缸最大允许压力，取34Mpa；为连杆直径与缸筒直径之比，双筒式减振器取=0.400.50，单筒式减振器取=0.300.35。减振器的工作缸直径D有20mm、30mm、40mm、（45mm）、50mm、65mm等几种。选取时应按标准选用。本次设计取 =0.5前悬架减振器工作缸直径由下式得：后悬架减振器工作缸直径由下式得：6.5.2油筒直径Dc贮油筒直径，壁厚取为2mm，材料可选20钢。前贮油筒直径由下式得出：后贮油筒直径由下式得出：第7章 横向稳定杆设计图7-1横向稳定杆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。横向稳定杆在独立悬架中的典型安装方式如图7-1所示。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。前悬架侧倾角刚度由下式计算得：后悬架侧倾角刚度由下式计算得：稳定杆的角刚度由式得到式：由下式可计算横向稳定杆直径：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的直径d=20mm。第8章 平顺性分析8.1平顺性概念行驶平顺性，是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，能保证乘员不会因车身振动而引起不舒服和疲劳的感觉，以及保持所运货物完整无损的性能。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。8.2汽车的等效振动分析本设计根据目前现有的测试条件和计算精度以及建立整车模型要实现的目标的要求，建立了二自由度汽车振动系统动力学模型如图8-1。图8-1 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1015Hz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：无阻尼自由振动时，运动方程变成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，于是得车轮部分固有频率0与t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和相角作简谐振动，振幅为z10、z20则其解为 将上面两个解代入微分方程组得将、代入上式可得此方程组有非零解的条件是z10和z20的系数行列式为零即上式称为系统的频率方程或特征方程，它的两个跟为双质量主频率1和2的平方车身与车轮两个自由度系统的主振型如图-1。在强迫振动情况下，激振频率接近1时产生的低频共振，按一阶主振型振动，车身质量M的振幅比车轮质量m的振幅大将近10倍，所以主要是车身质量M在振动，称为车身型振动。当激振频率接近2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8-2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。图8-2 车轮部分单质量系统此时，质量m的运动方程为将各复振幅代上式，得车轮位移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t，车轮部分阻尼比t带入上式，则得其幅频特性为在高频共振=t时，车轮加速度均方根值谱正比于幅频特性式中，车轮部分固有频率车轮部分阻尼比可见，降低轮胎刚度Kt能使1下降和t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使和t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。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相对动载，对的幅频特性车轮动载，静载。对q的频率响应函数：8.5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)编入程序输出结果为0.2561输出图形为：图8-3 MATLAB编程得到的车身加速度的幅频特性曲线图8.6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。第9章 结 论本次毕业设计给我提供了一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次对途胜2.0轿车悬架的设计，我将理论知识和实际设计结合了起来，锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识来解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力的水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的综合能力得到了锻炼与提高。根据计算数据，我选择了切实可行的方案，前悬架采用用了目前较流行的麦弗逊式独立悬架，后悬架则采用平顺性更加出色的双叉骨独立悬架，前、后悬架的减振器均采用双向作用式筒式减振器。这种设计有利于提高汽车行使稳定性与乘坐舒适性。考虑到轿车的使用条件增强汽车乘坐舒适性，我选用了螺旋弹簧做为弹性元件，其结构简单、制造方便及有较高的比能容量，在导向机构大摆动量下任具有保持车轮定位角的能力，因此得到了广泛采用。为了降低汽车的固有振动频率以改善行驶平顺性，增强悬架的垂直刚度值，减小汽车在转弯时车身的侧倾，我在前悬架增加了横向稳定杆来增强汽车的行驶稳定性。考虑到现代人对汽车的行驶平顺性与乘坐舒适性的要求越来越高，我利用MATLAB软件进行平顺性分析，保证汽车的平顺性达与乘坐舒适性的到要求。历时四个月的毕业设计工作即将结束了。本次对途胜2.0轿车悬架的设计结构合理，完成了指导教师所下达的任务量，达到了预期目标。为我今后走向工作岗位打下了坚实的基础。参考文献1 王望予.汽车设计.吉林：机械工业出版社，2004.2 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.北京：人民交通出版社，2002.6.4 赵学敏.汽车底盘构造与维修.北京：国防工业出版社，2003.1.5 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 John Fenton.Hand Book of Vehicle Design Analysis.Warrendale,PA.,USA:Society of Automo-tive Engineers,Inc.,199612 ISO/DIS 2631-1-1994，Mechanical Vibration and shock-Evaluation of Human Exposure to Whole-body Vibration.13 苏.H.乌斯潘斯基，A.A.缅里尼柯夫 著，朱德照 译，刘惟信，肖德炳，赵六奇，余志生校.汽车悬架设计.北京：人民交通出版社，198014 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，2000.15 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2007.16 (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,1992.17赖维铁.人机工程学.武汉:华中工学院出版社,1983.18庄继德.汽车轮胎学.北京:北京理工大学出版社,1996.致 谢首先要感谢辽宁工业大学给我们提供了四年的学习和生活的良好环境，且提供给我们一次又一次受益非牵的课程设计和实习的机会，使我掌握了大量的科学文化知识之余，更能学以致用，及时弥补我们在学习中的漏洞，并在我们即将离开校园走向社会之时，提供了一次使我受益终身的毕业设计的机会。本次设计得到了张立军老师的悉心指导，使我顺利完成了本次设计。张老师治学严谨和富有创新的精神对我以后的学习和工作都将产生深远的影响。在设计期间，张老师更是给了我无微不至的关怀和悉心的指导。另外，系里的各位老师都能在我们遇到困难时，给予热情的解答，在此向张老师及系里的各位老师致以最忠心的感谢！汽车与交通工程学院为我们提供了专用毕业设计的机房，给我们创造了一个良好的设计环境。在此表示感谢！在本次设计中遇到过很多困难，但在老师帮助和跟同学共同讨论下都得以解决。在此表示感谢！最后，向所有帮助过我的老师、同学还有实习单位表示忠心的谢意！附 录外文翻译McPherson model of the independent suspensionMcPherson front suspension in the car on the other is the breadth of application of the hoisting second to none. To the big BMW M3, Porsche 911 such high-performance cars, small Fiat STILO, Ford FOCUS, even before Chinas Hafei van Maifuxunshi hoisting and are based on the design. What is the reason in the end allow the hoisting of the McPherson such wide application This so commonly used hoisted in the end what characteristics it We start with the design of structural understanding from the bar. Diagram below is a typical example of the hoisting of the McPherson Construction of the-1:Figure -1 McPherson hoisted chartMcPherson usually hoisted by two basic components: A pillar of shock absorbers and fonts care arm. The reason is because it is the pillar of shock absorber damping is also available in addition to supporting the role of the whole body, his structure is compact, the shock absorber damping and spring together to form a movement from top to bottom can slip column; under A boom is usually entrusted the design fonts, for the wheels to provide some of the lateral support and direction to bear all the stress before and after. The weight of the entire body and vehicle movement to bear all the wheels on the