1、湖南农业大学东方科技学院全 日 制 普 通 本 科 生 毕 业 论 文 某微客的前悬设计ONE OF THE GUEST FRONT SUSPENSION DESIGN学生姓名：学 号： 200841930106年级专业及班级：2008 级汽车服务工程(1)班指导老师及职称：湖南长沙提交日期：2012 年 5 月湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中
2、均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业论文作者签名：年 月 日目 录摘要 i关键字ii目录iii1 绪论11.1 悬架重要性21.2 悬架的作用及功能. 31.3 悬架的设计要求41.4 微客主要参数介绍 52 悬 架的结构分析及选择.62.1 悬架的分类62.1.1 非独立悬架优缺点分析.62.1.2 独立悬架优缺点分析.72.2 独立悬架的分类比较72.2.1 双横臂式悬架结构及特性分析. 82.2.2 单横臂式悬架结构及特性分析. 82.2.3 单纵臂式悬架结构及特性分析.82.2.4 单斜臂式悬架结构及特性分析.92.2.5 麦弗逊式悬架结构及特性
3、分析.92.2.6 扭转梁随动臂式悬架结构及特性分析.102.2.7 比较选型.103 悬架挠度的计算.113.1 悬架静挠度的计算113.2 悬架动挠度的计算113.3 悬架弹性特征124 悬 架主要构件的设计计算.134.1 弹性元件的设计计算134.1.1 弹簧参数的计算选择.134.1.2 弹簧校核144.2 减震器的结构类型与主要参数计算154.2.1 减震器的分类.154.2.2 减震器主要参数的计算.154.3 横向稳定杆参数的确定184.3.1 横向稳定杆的作用.184.3.2 横向稳定杆侧倾角刚度计算.194.3.3 横向稳定杆参数确定.194.4 单横臂长度的确定205 结
4、论20参考文献21致谢22全套图纸，加 1538937061某微客的前悬设计学 生：刘邓鹏指导老师：危小湘（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）摘 要：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（或轮胎） 弹性地连接起来。它的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。本文主要讲的是奇瑞微客的前悬架设计，重点从该微客前悬架的对比选型、减振器的计算及选型、弹性元件形式的选择计算及选型和横向稳定杆的设计与侧倾角刚度计算。首先，我把形式不
5、同的悬架的优缺点进行了比较，然后定下了汽车前悬架的形式麦弗逊式悬架。然后围绕麦弗逊式悬架的主要部件进行设计。先是弹簧的设计计算校核，再是减振器的计算选型，最后是横向稳定杆的计算校核。关键词：微客 ； 悬架； 麦弗逊式 ；参数设计； 校核One of the guest front suspension designStudent: Liu DengpengTutor:Wei Xiaoxiang(Orient Science and Technology College , Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: Susp
6、ension is one of the important assembles of a modern car, which connects the chassis (or body) and the axle (or tires) flexibly . Mainly, it transfers all the force and moment between the wheels and the body supporting force, such as braking force and the driving forces,ect and the uneven road passe
7、d by the body to ease the impact load, attenuation resulting vibration, occupant comfort, reduce the goods and the vehicle itself dynamic load. This paper is about the design of the front suspension chery guest, the key are the comparison of selection of this minibuss front suspension, calculation a
8、nd selection of shock absorber, the choice of the form of elastic element calculation and the selection and design of horizontal and lateral stabilizer bar angle stiffness calculation. First, I compared the advantages and disadvantages of different suspensions, and then set the vehicle in the form o
9、f front suspensionMcPherson suspension. And then design the main components of McPherson suspension . I design and check the spring firstly, then, the calculation is the selection of shock absorbers, calculation and cheek of the stabilizer bar last.Key words: Micro guest； Suspension ； McPherson ； Pa
10、rameter design ； Checking21 绪论1.1 悬架重要性悬架是汽车上的重要总成之一，它把车身和车轮弹性地连接在一起。悬架的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
11、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。同时，汽车悬架做为车架(或车身)与车轴(或车轮)之间作连接的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。因此，汽车悬架往往列为重要部件编入轿车的技术规格表，作为衡量轿车质量的指标之一。 汽车悬架包括弹性元件，减振器和传力装置等三部分，这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。弹性元件用力传递垂向力，并缓和由路面不平
12、度引起的冲击和振动。从轿车上来讲，弹性元件多指螺旋弹簧，它只承受垂直载荷，缓和及抑制不平路面对车体的冲击，具有占用空间小，质量小，无需润滑的优点，但由于本身没有摩擦而没有减振作用。减振器指液力减振器，是为了加速衰减车身的振动，它是悬架机构中最精密和复杂的机械件。传力装置是指车架的上下摆臂等叉形刚架、转向节等元件，用来传递纵向力，侧向力及力矩，并保证车轮相对于车架(或车身)有确定的相对运动规律。现代轿车的悬架一般采用质量小、性能稳定可靠的筒式减震器。当轿车在不平坦的道路上行驶，车身会发生振动，减振器能迅速衰减车身的振动，利用本身的油液流动的阻力来消耗振动的能量。当车架与车轴相对运动时，减振器内的
13、油液会通过一些窄小的孔、缝等通道反复地从一个腔室流向另一个腔室，这时孔壁与油液间的摩擦和油液内的分子间的摩擦形成了对车身振动的阻力，这种阻力工程上称为阻尼力。阻尼力会将车身的振动能转化为热能，并被油液和壳体所吸收。人们为了更好地实现轿车的行驶平稳性和安全性，将阻尼系数不固定在某一数值上，而是能随轿车运行的状态而变化，使悬架性能总是处在最优的状态附近。因此，有些轿车的减振器是可调式的，将阻尼分成两级或三级，根据传感器信号自动选择所需要的阻尼级。3为了提高轿车的舒适性，现代轿车悬架的垂直刚度值设计得较低，用通俗话来讲就是很“软” ，这样虽然乘坐舒适了，但轿车在转弯时，由于离心力的作用会产生较大的车
14、身倾斜角，直接影响到操纵的稳定性。 1为了改善这一状态，许多轿车的前后悬架增添横向稳定杆，当车身倾斜时，两侧悬架变形不等，横向稳定杆就会起到类似杠杆作用，使左右两边的弹簧变形接近一致，以减少车身的倾斜和振动，提高轿车行驶的稳定性从外表上看似简单的悬架，包含着多种力的合作，决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性，是现代轿车十分关键的部件之一。图 1 汽车前悬架Fig1 Auto front suspension1.2 悬架的作用及功能悬架的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
15、物和车辆本身的动载荷。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；缓和路面传给车架（或车身）的冲击载荷，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。汽车在不平路面上行驶时，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，使汽车振动的振幅连续减小，直至振动停止。1.3 悬架的设计要求为了满足汽车具有良好的行驶平顺性，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
16、在合适的频段，并尽可能低。 2前、后悬架固有频率的匹配应合理，对乘用车，要求前悬架固有频率略低于后悬架的固有频率，还要尽量避免悬架撞击车架（或车身） 。在簧上质量变化的情况下，车身高度变化要小，因此，应采用非线性4弹性特性悬架。要正确地选择悬架方案和参数，在车轮上、下跳动时，使主销定位角变化不大、车轮运动与导向机构运动要协调，避免前轮摆振；汽车转向时，应使之稍有不足转向特性。悬架与汽车的多种使用性能有关，为满足这些性能，对悬架提出的设计要求有：1）保证汽车有良好的行驶平顺性。2）具有合适的衰减振动的能力。3）保证汽车具有良好的操纵稳定性。4）汽车制动或加速时，要保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯
17、时车身侧倾角要合适。5）有良好的隔声能力。6）结构紧凑、占用空间尺寸要小。7）可靠地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。为了满足汽车具有良好的行驶平顺性，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在合适的频段，并尽可能低。前后悬架固有频率的匹配应合理，对乘用车，要求前悬架固有频率略低于后悬架的固有频率，还要尽量避免悬架撞击车架（或车身） 。簧上质量变化的情况下，车身高度变化要小，因此，应采用非线行弹性特性悬架。汽车在不平路面上行驶时，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，
18、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，使汽车振动的振幅连续减小，直至振动停止。要正确地选择悬架方案和参数，在车轮上、下跳动时，使主销定位角变化不大、车轮运动与导向机构运动要协调，避免前轮摆振；汽车转向时，应使之稍有不足转向特性。独立悬架导向杆系铰接处多采用橡胶衬套，能隔绝车轮所受来自路面的冲击向车身的传递。近年来，主动悬架的出现不仅能很好地提高汽车行驶性能，而且能更好地保持车厢姿态，减小侧倾、纵倾。1.4 微客的主要参数介绍该款微客的设计是在公司响应国家汽车下乡政策下进行的，考虑的市场定位是为乡镇私营企业，个体经营商户设计的一款作为创业致富普及型用车。该车外形简洁流畅，
19、棱角分明，车身材质采用加厚钢板，防撞钢梁保护，前端内置加厚钢梁保险杠，后保险杠也做了尾部加强处理。不同于一般的微型车，该微客采用加厚材质钢板，承5重力大，即使卸货站人都坚固耐用。内部空间宽绰，三排座椅可轻松容纳 8 人乘坐，后两排可拆卸，无论载客拉货还是郊游出行，均能满足用车需要。动力方面，该车配装三菱发动机，配合五挡变速器，动力表现出色。初定市场价格在 3 到 4 万人民币。具体参数如下：整车整备质量：1115kg 轴距：2540mm空载前轴轴载质量：685kg 空载后轴轴载质量：430kg满载总质量：1490kg 满载前轴载质量：802kg 前轮轮距：1423mm后轮轮距：1423mm满载
20、后轴载质量：688kg 2 悬架的结构分析及选型2.1 悬架的分类根据导向机构的不同可将汽车悬架分为独立悬架和非独立悬架两大类如图 2.1 所示。70 年代又发展了一种前后悬架或左右悬架相通的交联式悬架。 3非独立悬架的车轮装在一根整体车轴的两端，当一边车轮跳动时，影响另一侧车轮也作相应的跳动，使整个车身振动或倾斜，汽车的平稳性和舒适性较差，但由于构造较简单，承载力大，目前仍有部分轿车的后悬架采用这种型式。图 2 悬架结构形式简图（a 非独立悬架 b 独立悬架）Fig2 Suspension structure form diagram (a to the independent suspen
21、sion b independent suspension)62.1.1 非独立悬架的优缺点分析非独立悬架的结构特点是，左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接。优点是：结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。缺点是：1）由于整车布置上的限制，钢板弹簧不可能有足够的长度（特别是前悬架） ，使之刚度较大，所以汽车平顺性较差；2）簧下质量大；在不平路面上行驶时，左、右车轮相互影响，并使车轴（桥）和车身倾斜；3）当两侧车轮不同步跳动时，车轮会左、右摇摆，使前轮容易产生摆振；前轮跳动时，悬架易与转向传动机构产生运动干涉；4）当汽车直线行驶在凹凸不平的路段上时，由于左右两侧车轮反向跳动
22、或只有一侧车轮跳动时，不仅车轮外倾角有变化，还会产生不利的周转向特性；5）汽车转弯行驶时，离心力也会产生不利的轴转向特性；车轴（桥）上方要求有与弹簧行程相适应的空间。这种悬架主要用在总质量大些的商用车前、后悬架以及某些乘用车的后悬架上。2.1.2 独立悬架优缺点分析独立悬架的结构特点是，左、右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接。优点是：1）簧下质量小；2）悬架占用的空间小；3）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，改善了汽车行驶平顺性；4）由于采用断开式车轴，所以能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，改善了汽车的行驶稳定性；5）左、右车轮各自独立运动互不
23、影响，可减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力；6）独立悬架可提供多种方案供设计人员选用，以满足不同设计要求。缺点是：结构复杂，成本较高，维修困难。这种悬架主要用于乘用车和部分总质量不大的商用车上。2.2 独立悬架的分类及比较独立悬架又分为双横臂式、单横臂式、双纵臂式、单纵臂式、单斜臂式、麦弗逊7式和扭转梁随动臂式等几种类型。对于不同结构形式的独立悬架，不仅结构特点不同，而且许多基本特性也有较大区别。评价时常从以下几个方面进行：（1）侧倾中心高度 汽车在侧向力作用下，车身在通过左、右车轮中心的横向垂直平面内产生侧倾时，相对于地面的瞬时转动中心，称为侧倾中心高度。侧倾中
24、心位置高，它到车身质心的距离缩短，可使侧向力臂及侧倾力矩小些，车身的侧倾角也会减少。但侧倾中心过高，会使车身倾斜时轮距变化大，加快轮胎的磨损。（2）车轮定位参数的变化 车轮相对车身上、下跳动时，主销内倾角、主销后倾角、车轮外倾角及车轮前束等定位参数会发生变化。 4若主销后倾角变化大，容易使转向轮产生摆振；若车轮外倾角变化大，会影响汽车的直线行驶稳定性，同时也会影响轮距的变化和轮胎的磨损速度。（3）悬架侧倾角刚度 当汽车作稳态圆周行驶时，在侧向力作用下，车厢绕侧倾轴线转动，并将此转动角度称之为车厢侧倾角。车厢侧倾角与侧倾力矩和悬架总的侧倾角刚度大小有关，并影响汽车的操纵稳定性和平顺性。（4）横向
25、刚度 悬架的横向刚度影响操纵稳定性。若用于转向轴上的悬架横向刚度小，则容易造成转向轮发生摆振现象。2.2.1 双横臂式悬架结构及特性分析特性：侧倾中心高度较低；车轮外倾角与主销内倾角均有变化；轮距变化小，故轮胎磨损速度慢；悬架侧倾角刚度较小需要横向稳定器；横向刚度大；空间尺寸大；结构稍复杂，前悬架用得较多。结构如图 3 所示。图 3 双横臂式独立悬架Fig3 Double wishbone typed independent suspension frame2.2.2 单横臂式悬架结构及特性分析特性：侧倾中心高度较高；车轮外倾角与主销内倾角变化大；轮距变化大，故轮胎磨损速度快；悬架侧倾角刚度较
26、大可不装横向稳定器；横向刚度大；空间尺寸较小；结构简单、成本低，前悬架用得较少。结构如图 4 所示。8图 4 单横臂式独立悬架Fig4 Single wishbone typed independent suspension frame2.2.3 单纵臂式悬架结构及特性分析特性：侧倾中心高度较低；车轮外倾角与主销内倾角变化大；轮距变化不大；悬架侧倾角刚度较小需要横向稳定器；横向刚度小；几乎不占用高度空间；结构简单、成本低。结构如图 5 所示图 5 单纵臂式独立悬架Fig5 Single ZongBi type independent suspension2.2.4 单斜臂式悬架结构及特性分析特
27、性：侧倾中心高度在单横臂式和单纵臂式之间；车轮外倾角与主销内倾角变化大；轮距变化不大；悬架侧倾角刚度在单横臂式和单纵臂式之间；横向刚度较小；几乎不占用高度空间；结构简单、成本低。结构如图 6 所示。图 6 单斜臂式独立悬架Fig 6 The single arm type independent suspension92.2.5 麦弗逊式悬架结构及特性分析特性：侧倾中心高度较高；车轮外倾角与主销内倾角变化小；轮距变化很小，故轮胎磨损速度慢；悬架侧倾角刚度较大可不装横向稳定器；横向刚度大；占用空间尺寸小；结构简单、紧凑乘用车上用得较多。结构如图 7 所示。图 7 麦弗逊独立悬架Fig 7 Pap
28、er independent suspension2.2.6 扭转梁随动臂式悬架结构及特性分析特性：侧倾中心高度较低；左右车轮同时跳动时不变；轮距不变，故轮胎磨损速度慢；悬架侧倾角刚度较大可不装横向稳定器；横向刚度大；占用空间尺寸小；结构简单，用于发动机前置前轮驱动乘用车的后悬架。结构如图 8 所示。图 8 扭转梁随动臂式独立悬架Fig 8 Torsion beam with arm type independent suspension2.2.7 比较选型通过对以上几种悬架的综合比较，考虑到该微客的空间布置要求及市场定位，我选择了结构简单乘用车前悬应用广泛的麦弗逊悬架作为我设计的对象。3 悬
29、架挠度的计算3.1 悬架静挠度的计算悬架静挠度 f 是指汽车在满载静止 5时悬架上的载荷 F 与此时悬架刚度 C 之比，c W即 f = /C。cWF10汽车悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车平顺性的主要参数之一。一般对于采用钢制弹簧的轿车，前悬架的偏频 n=11.3Hz，非常接近人体步行时的自然频率。设计时取前悬架的偏频 n=1.1Hz 而汽车部分车身固有频率（偏频）可用下式表示：n=（1/ 2） （1）SMC式中 Cs汽车前悬架刚度， N/mm；Ms汽车前悬架簧上质量，kg；n汽车前悬架偏频，Hz而汽车悬架的静挠度可用下式表示：f = （2)cMsg由这两式可得出：f =
30、 （3)25.n设计时取前悬架的偏频 n=1.1Hz。根据上面公式可以计算出前悬架的静挠度为：f = =206mmc21.53.2 悬架动挠度的计算悬架的动挠度 f 是指从满载经平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形（通d常指缓冲块压缩到原有高度的 1/2 或 2/3）时，车轮中心相对车架（或车身）的垂直位移。要求悬架应由足够大的动挠度，以防止在坏路面上行驶时经常碰到缓冲块。对乘用车，f 取 7090mm；对大客车，f 取 5080mm；对货车，f 取 6090mm。对d d d越野车，f 取 70130 mm表 1 不同车型动静挠度值 16Fig 1 Different models ac
31、tion deflection value车型 货车 乘用车 大客车 越野车静挠度 fc/cm 5-11 10-30 7-15 6-13偏频 n/Hz 1.5-2.2 0.9-1.6 1.3-1.8 1.4-2.011现已知偏频 n=1.1Hz fc=20.6cm参照表 3.1 取 f =8cm。d3.3 悬架弹性特征悬架受到垂直外力 F 与由此所引起的车轮中心相对于在车身位移 f（即悬架的变形）的关系曲线 。悬架的弹性特性有线性弹性特性和非线性弹性特性两种线性弹性特性。定义:当悬架变形 f 与所受垂直外力 F 之间呈固定比例变化时，弹性特性为一直线，此时悬架刚度为常数 。特点：随载荷的变化，
32、平顺性变化非线性弹性特性定义：当悬架变形 f 与所受垂直外力 F 之间不呈固定比例变化时 ，弹性特征呈非线性变化，此时悬架刚度在变化。图 9 非线行悬架的弹性特性Fig 9 The line suspension of elastic properties1缓冲块复原点 2复原行程缓冲块脱离支架3主弹簧弹性特性曲线 4复原行程 5压缩行程6缓冲块压缩期悬架弹性特性曲线 7缓冲块压缩时开始接触弹性支架8额定载荷在满载位置（图中点 8）附近，刚度小且曲线变化平缓，因而平顺性良好 距满载较远的两端，曲线变陡，刚度增大 在有限的动挠度 f 范围内，得到比线性悬架更多的动容量， 6悬架的运容量系指d12
33、悬架从静载荷的位置起，变形得到结构允许的最大变形为止消耗的功 （悬架）的运容量越大，对缓冲块击穿的可能性越小 。4 悬架主要构件的设计计算4.1 弹性元件的设计计算4.1.1 弹簧参数的计算选择对于大多数汽车而言，悬挂质量分配系数 = =0.81.2，因而可以近似的认abpy2为 =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，并用偏频来表示各自、的自由振动频率。偏频越小，则汽车的平顺性越好。一般对于采用钢制弹簧的轿车，前悬架的偏频 n=11.3Hz，非常接近人体步行时的自然频率。设计时取前悬架的偏频 n=1.1Hz，根据下面公式可以计算出前悬架的刚度：n=（1/2） Cs=4n
34、 Ms.（4)SMC2式中 Cs汽车前悬架刚度， N/mm；Ms汽车前悬架簧上质量，kg；n汽车前悬架偏频，Hz。1.空载计算刚度根据估算可估计出前悬架簧下质量为 52kg，已知前悬架空载前轴载 685kg 则汽车前单侧簧上质量为 Ms：Ms=(685-52) =317.5kg； n=1.1Hz；21代入计算得： Cs=41.1 3.14 317.5=15151.2 N/m 。22.满载计算刚度已知前悬架满载时轴载质量为 802kg，则汽车前单侧簧上质量 Ms：Ms= (80252)=1375kg； N=1.1Hz； 21代入计算得： CS = 41.123.142375 =17942.9N/
35、m 。3.按满载计算弹簧钢丝直径 d根据下面的公式可以计算：Cs= d= .（5)iDGdm348GiCsDm38式中 i弹簧有效工作圈数，先取 8 ；G弹簧材料的剪切弹性摸量，取 8.3 10 Mpa ；413D 弹簧中径，取 110mm ；m代入计算得： d=12.5mm 。4.确定弹簧参数弹簧钢丝直径 d=12mm；弹簧外径 D=122mm；弹簧有效工作圈数 n=8；4.1.2 弹簧校核1.弹簧刚度校核弹簧刚度的计算公式为：Cs= （6）iDGdm348代入数据计算可得弹簧刚度 Cs 为：Cs= = =18700N/m 满载情况下的汽车前悬刚度 Cs=17942.9N/m idm3488
36、102.4所以所选弹簧满足刚度要求。2.弹簧表面剪切应力校核弹簧在压缩时其工作方式与扭杆类似，都是靠材料的剪切变形吸收能量， 7弹簧钢丝表面的剪应力为：（7)328mPDKCd式中 C 弹簧指数（旋绕比）,C= ;dmK曲度系数，考虑簧圈曲率对强度影响的系数， 。410.65CP弹簧轴向载荷。已知 =110 mm ，d=12mm，可以算出弹簧指数 C 和曲度系数 K：mDC= /d=110/12=9.16; K= + =1.02;49.16.50P=（802-52 ）1/29.8cos10=3629.8N 。则弹簧表面的剪切应力：= =586.1MPa38mPDKd 23)10(4698214
37、 =0.63=0.63 1000Mpa=630Mpa因为 所以弹簧满足要求。 3.最终选取 综上可以最终选定弹簧的参数为：弹簧钢丝直径 d=12mm，弹簧外径D=122mm，弹簧有效工作圈数 n=8。 4.2 减振器的结构类型与主要参数的计算 4.2.1 减震器的分类与选择减振器大体上分为两大类，即摩擦式减振器和液力减振器 8。摩擦式减振器利用两个紧压在一起的盘片之间相对运动时的摩擦力提供阻尼。但是由于库仑摩擦力随相对运动速度的提高而减小，并且很容易受到油、水等的影响，无法正常工作，无法满足平顺性的要求，因此虽然具有质量小、造价低、容易调整等优点，但现在汽车上已经不再采用这类减振器。液力减振器
38、最早出现于 1901 年，有两种主要的结构形式分别是摇臂式和筒式。悬架中用的最多的减振器是内部充有液体的液力式减振器。所以我选择筒式减振器。而在筒式减振器中，常用的三种形式是：双筒式、单筒充气式和双筒充气式。我选择双筒式液力减振器。4.2.2 减震器主要参数计算1.相对阻尼系数 相对阻尼系数 的物理意义是 9：减振器的阻尼作用在与不同刚度 c 和不同簧上质量 的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效果。 值大，震动能迅速衰减，sM同时又能将较大的路面冲击力传到车身； 值小则反之。通常情况下，将压缩行程时的相对阻尼系数 取得小些，伸张行程时的相对阻尼系数 取得大些。两者之间保y s持 =（0.250
39、.50） 的关系。y s设计时，先选取 与 的平均值 。相对无摩擦的弹性元件悬架，取 y=0.25 0.35；对有内摩擦的弹性元件悬架， 值取的小些。为避免悬架碰撞车驾，取 =0.5 。取 =0.3，则有： =0.3 ys 2 0.5ss计算得： =0.4 ， =0.2 。sy2.减振器阻尼系数 的确定减振器的阻尼系数 =2 。因悬架系统固有频率 = ，所以理论上scMsMc=2 。实际上，应根据减振器的布置特点确定减振器的阻尼系数。 10我选择如sM图 10 所示的安装形式，则其阻尼系数 为：15=2M cos （8）s2图10 减震器安装方式结构图Fig 10 Shock absorber
40、 installation structure根据公式 n=（1/ 2 ） ，可得出：SMC= =2n（9)sc代入数据得：=6.9Hz, 取 =5按满载计算有：簧上质量 Ms=0.5(802-52) =375kg。代入数据得减振器的阻尼系数为：=20.33756.9（ =2070 Ns/m2)96.013.减振器最大卸荷力 F 的确定为减小传到车身上的冲击力， 11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 V ，按图（ 4.1）安装形式时有：xV =Acos （10)x式中，V 为卸荷速度，一般为 0.150.3m/s；A 为车身振幅，取 40 mm；
41、为悬架x震动固有频率。代入数据得 V =0.046.90.866=0.239m/sx符合 V 在 0.150.30 之间范围要求。x根据伸张行程最大卸荷力公式：F = cV 可以计算最大卸荷力。0x式中，c 是冲击载荷系数，取 c=1.5；代入数据可得最大卸荷力 F 为：F =1.520700.239=742.1N004.减振器工作缸直径 D 的确定16根据伸张行程的最大卸荷力 F 计算工作缸直径 D 为：0D= （11）21p4其中，p 工作缸最大压力，在 3 MPa 4MPa ，取p=3 MPa ；连杆直径与工作缸直径比值，=0.4 0.5，取 =0.5。代入计算得工作缸直径 D 为：D
42、= =20.5mm265.01314.7减振器的工作缸直径 D 有 20mm、30mm、40mm 、45mm、50mm、65mm 等几种。选取时按照标准选用，按表 2 选择。表 2 减震器选型基本参数（单位） 14Table 2 Shock absorber selection basic parameters工作缸直径 D 基长 L 贮油直径 Dc 吊环直径 活塞行程 S40 14（150） 54 39 120、130、140、150、270、28050 17（180） 70（75） 47 120、130、140、150、160、170 18030 11（120） 44(47) 29 220
43、、230、250、260、270、280所以选择工作缸直径 D=30mm 的减振器，对照表 4.1 选择其长度：活塞形程 S=220mm，基长 L=130mm，则：L =L+S=220+130=350mm（压缩到底的长度）minLmax=L+S=350+220=570mm（拉足的长度）取贮油缸直径 Dc=44mm，壁厚取 2mm 。174.3 横向稳定杆的设计4.3.1 横向稳定杆的作用横向稳定杆是一根拥有一定刚度的扭杆弹簧，他与左右悬挂的下托臂或减震器滑柱相连。当左右悬挂都处于颠簸路面时，两边的悬挂同时上下运动，稳定杆不发生扭转；当车辆在转弯时，由于外侧悬挂承受的力量较大，车身发生一定侧倾。
44、此时外侧悬挂收缩，内侧悬挂舒张，那么横向稳定杆就会发生扭转，产生一定的弹力，阻止车辆侧倾，从而提高了车辆行驶稳定性。 12而再增加支撑杆部件，则能达到同时提高悬挂纵向刚度的目的。但是，光靠增加稳定杆所提高的性能是有限的 15，使用各种稳定杆设计能从一定程度上提高稳定性和悬挂几何刚度。如果要从根本解决这些问题，就必须改变整个悬挂的几何形状，那么多连杆和双摇臂悬挂就成了高性能悬挂的代表。麦弗逊悬挂除了在稳定性和刚度方面要逊色于多连杆以外，在耐用性上也不能与多连杆悬挂相提并论。由于麦弗逊悬挂的减震器支柱需要承受横向力，同时又要起到上下运动减低震动的目的，所以减震器支撑杆的摩擦很不均匀，减震器油封容易
45、磨损造成液压油泄露降低减震效果。为了降低汽车的固有振动频率以改善行驶平顺性，现代轿车悬架的垂直刚度值都较小，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，影响了汽车的行驶稳定性。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形式如图 11 所示。图 11 横向稳定杆安装方式Fig 11 WenDingGan horizontal installation在设计汽车横向稳定杆时，应考虑到横向稳定杆侧倾角刚度过大则汽车不足转向18性曾大，刚度过小，则汽车稳定性差，所以轿车一般侧倾角刚度前悬设计在 300-1200/（
46、） ，后悬设计在 180-700 /（） 。mm4.3.2 横向稳定杆的侧倾角刚度计算图 12 横向稳定杆结构简图Fig 12 Horizontal WenDingGan structure diagram在图 12 中, I 为横向稳定杆中部长度;a 为两端纵向部分的长度; 为中部与纵向部分的夹角;L 为横向稳定杆两端点间的距离;E,E为分别为横向稳定杆与车身的支撑点。根据横向稳定杆的侧倾角刚度计算公式12）242/3sinKGdBaI式中 G稳定杆弹簧材料的剪切弹性摸量，取 8.310 Mpa；4稳定杆端部位移与在轮胎处垂向位移之比，一般取 0.1；设计时先取 a=150mm,I=1000mm, d=18mm,=90,B 为前轮距=1423 mm。代入计算得： 242 10422/3sin3.48.8.30.1/.51KGdBaI在 之间。76/Nm01/Nm所以设计选取时满足条件。4.3.3 稳定杆参数确定最后选取横向稳定杆直径 d=18mm,I=1000mm, =90，a=150mm。圆角半径R=20mm。194.4 单横臂长度 L 的确定图 4.4 为某轿车采用的麦弗逊式前悬架的实测参数为输人数据的计算结果。图中的几组曲线是下摆臂 取不同值时的悬架运动特性。由
