1、本科生毕业设计（说明书）I摘 要随着汽车工业和减振器行业的发展以及生活条件的改善,人们对汽车的要求已经不仅仅局限于通行,乘客对汽车的运动性也提出了更高的要求。在这种市场需求下一种兼具城市行走、野外运动，极其符合现代年轻人追求强烈个性的心态的 SUV 轿车应运以而生。SUV 能适应各种路况，而且对于悬架的舒适性和操纵稳定性也有更高的要求。这次设计的 SUV 轿车悬架系统也是为了适应发展当前的这种实际的需要而设计。本次设计主要研究 SUV 轿车的前、后悬架系统的结构设计。前悬架采用目前较流行的麦弗逊式独立悬架系统，后悬架采用舒适性较好的二连杆式非独立悬架。前、后悬架的减振器均采用双向作用式筒式减振
2、器。这种结构的设计，有效的提高了乘座的舒适性和驾驶稳定性。在此次设计中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。而且，采用 Matlab 软件对悬架系统的平顺性性进行了编程分析，论证了该系统设计方案的合理正确性，能够满足工程实际的需要。本设计对于提高汽车行驶平顺性、操纵稳定性等问题具有一定的的实际意义。此外对于汽车生产企业悬架设计，具有一定的参考价值。关键词：独立悬架；非独立悬架；汽车减振器；平顺性；本科生毕业设计（说明书）IIABSTRACTAs the auto industry and the shock absorber and the de
3、velopment of the industry to improve the living conditions of people in the car had requested access is not limited to, the movement of passengers of the car also has set higher requirements. In such a market demand of both urban walking, field sports, in line with modern young people to pursue an e
4、xtremely strong personality of the mentality of SUV cars to be shipped and Health. SUV can adapt to all kinds of traffic, but also for suspension of comfort and handling and stability also have higher requirements. The design of the SUV car suspension system is also in order to meet the current deve
5、lopment of the actual needs of such a design. The design of major research SUV cars before and after the suspension system of structural design. Before the current suspension of the more popular Maifuxunshi independent suspension system, rear suspension better use of comfort-two-link independent sus
6、pension. Before and after the suspension of the shock absorber have adopted a two-way role-Shock Absorber. This structure of the design and effective use of the improved comfort and driving stability. Also in the design of a suspension parameters of the flexibility of the design elements, the orient
7、ation and structure of the horizontal Wending Gan calculation and strength checking. Moreover, the use of Matlab software on the ride suspension system of a programming analysis, demonstration of the system design of reasonable accuracy, to meet the actual needs. The design for improving the car on
8、ride comfort, handling and stability problems have some practical significance. In addition to auto enterprises suspension design, with some reference value. Key words: independent suspension; dependent suspension; automobile shock absorber; ride comfort;本科生毕业设计（说明书）III目 录第 1 章 绪论 .11.1 悬架系统概述 .11.2
9、 课题研究的目的及意义 .31.3 课题研究的主要内容 .4第 2 章 前、后悬架结构的选择 .42.1 独立悬架结构特点 .42.2 非独立悬架结构特点 .62.3 前后悬架结构方案 .72.4 辅助元件 .102.4.1 横向稳定器 .102.4.2 弹性元件 .10第 3 章 技术参数确定与计算 .113.1 自振频率 .113.2 悬架刚度 suK.113.3 悬架静挠度 cf.113.4 悬架动挠度 d.12第 4 章 弹性元件的设计计算 .134.1 前悬架弹簧（麦弗逊悬架） .134.1.1 螺旋弹簧的端部形状 .134.1.2 螺旋弹簧的参数计算 .134.1.3 弹簧圈数 .
10、144.2 后悬架弹簧（二连杆悬架） .144.2.1 螺旋弹簧的参数计算 .144.2.2 弹簧圈数 .15第 5 章 减振器设计 .165.1 减振器概述 .165.2 减振器分类 .165.3 减振器主要性能参数 .175.5.1 相对阻尼系数 .175.5.2 减振器阻尼系数 .185.4 最大卸荷力 .18本科生毕业设计（说明书）IV5.5 筒式减振器主要尺寸 .185.5.1 筒式减振器工作直径 .185.5.2 油筒直径 .19第 6 章 横向稳定器设计 .19第 7 章 平顺性分析 .217.1 平顺性概念 .217.2 汽车平顺性的研究方法 .217.3 汽车振动系统模型的建
11、立 .227.4 平顺性的评价方法 .247.5 影响平顺性的因素 .25第 8 章 结论 .26参考文献 .27致 谢 .28附录 .29附录 .41本科生毕业设计（说明书）1第 1 章 绪论1.1 悬架系统概述近年来,舒适性问题对于汽车企业的要求逐年提高,影响舒适性的主要因素有操纵稳定性和乘坐舒适性等因素。对于这些因素,起着主要作用有发动机特性、轮胎特性、制动特性、车身刚度、空气动力学特性和悬架特性等。作为悬架的基本性能,首先是为了保护车辆、乘员、货物等,抑制由于路面的凸凹不平而引起的振动和噪声。其次,为了把车轮和路面间产生的驱动力、制动力、横向力等的前后、左右载荷有效地传递给车体,用最佳
12、的状态使轮胎与路面接地,达到理想的汽车运动状态。并且现代汽车悬架是重要总成之一，它把悬架（或车身）与车轴（或轮胎）弹性的连接在一起。其作用为：悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统(车架或承载式车身)之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。悬架最主要的功能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 11 悬架系统 平顺性。为此必须在车轮与车架或车身之间提供弹性联接，依靠弹性元件来传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂向载荷，并依靠其变形来吸收能量，达到缓冲
13、的目的。采用弹性联接后，汽车可以看作是由悬挂质量(即簧载质量)、非悬挂质量(即非簧载质量)和弹簧（弹性元件)组成的振动系统，承受来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。为了迅速衰减不必要的振动，悬架中本科生毕业设计（说明书）2还必须包括阻尼元件，即减振器。此外悬架中确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩可靠传递并决定车轮相对于车架或车身的位移特性的连接装置统称为导向机构。导向机构决定了车轮跳动时的运动轨迹和车轮定位参数的变化，以及汽车前后侧倾中心及纵倾中心的位置，从而在很大程度上影响了整车的操纵稳定性和抗纵倾能力。在有些悬架中还有缓冲块和横向稳定杆。尽管一百多年来汽车悬架从结构型式到作用原
14、理一直在不断地演进，但从结构功能而言，它都是由弹性元件、减振装置和导向机构三部分组成。在有些情况下，某一零部件兼起两种或三种作用，比如钢板弹簧兼起弹性元件及导向机构的作用，麦克弗逊悬梁(McPherson suspension，或称滑枝摆臂式独立悬架)中的减振器枝兼起减振器及部分导向机构的作用，有些主动悬架中的作动器则具有弹性元件、减振器和部分导向机构的功能。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，并且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
15、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12 螺旋弹簧非独立悬架 特性及阻尼特性确保汽车具有良好的行驶平顺性，即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或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的要求；(3)导
16、向机构的运动应与转向杆系的运动相协调，避免发生运动十涉，否则可能引发转向轮摆振；(4)侧摆中心及纵倾中心位置恰当，汽车转向时具有抗侧倾能力，汽车制动本科生毕业设计（说明书）3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)悬架构件的质量要令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
17、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不大、车轮运动与到向机构运动要协调，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
18、，能隔绝车轮来自不平路面上的冲击向车身的传递。悬架是汽车几大系统中主要总成之一，悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统（车架或承载式车身）之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。悬架最主要的功能是传递作用在车轮和车驾（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。悬架结构是否合理直接影响到车辆行驶平顺性、操纵稳定性、乘坐舒适性和运行安全性。1.2 课题研究的目的及意义悬架是汽车几大系统中主要总成之一，悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统（车架或承载式车身）之间具有弹性联系并
19、能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。悬架最主要的功能是本科生毕业设计（说明书）4传递作用在车轮和车驾（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。悬架结构是否合理直接影响到车辆行驶平顺性、操纵稳定性、乘坐舒适性和运行安全性。该课题研究为悬架设计开发开拓了更加科学的方法，结合汽车设计，解决运动学及动力学问题，从而提高设计质量。此课题研究也必将为提高我国汽车工业产品自主开发能力做出贡献。1.3 课题研究的主要内容1 前后悬架设计1）参数选择：固有频率、刚度、阻尼系数及缸径。2）悬架结
20、构设计3）稳定杆计算及结构设计2 弹性元件设计螺旋弹簧的计算3 减振器的设计阻尼系数确定及缸径确定4 平顺性分析建立 2 自由度模型，应用 MATLAB 进行平顺性分析第 2 章 前、后悬架结构的选择2.1 独立悬架结构特点独立悬架（Individual wheel suspension）是车轮通过各自独立的悬架与车架（或车身）相连。每个车轮单独通过一套悬挂安装于车身或者车桥上，车桥采用断开式，中间一段固定于车架或者车身上；此种悬挂两边车轮受冲击时互不影响，而且由于非悬挂质量较轻；缓冲与减震能力很强，乘坐舒适。各项指标都优于非独立式悬挂，但该悬挂结构复杂，而且还会使驱动桥、转向系变得本科生毕业
21、设计（说明书）5复杂起来。采用此种悬挂的有下面两大类车辆。 21独立悬架1.轿车、客车及载人车辆。可明显提高乘坐舒适性，并且在高速行驶时提高汽车的行驶稳定性。 2.越野车辆、军用车辆和矿山车辆。在坏路和无路的情说下，可保证全部车轮与地面的接触，提高汽车的行驶稳定性和附着性，发挥汽车的行驶速度。根据导向机构不同的结构特点，独立悬架可分为：双横臂，单横臂，纵臂式，单斜臂，多杆式及滑柱（杆）连杆（摆臂）式等等。目前采用较多的有以下三种形式：(1) 双横臂式，(2) 麦弗逊式，(3) 斜置单臂式。1）双横臂式（双叉式）独立悬架双横臂式独立悬架。上下两摆臂不等长，选择长度比例合适，可使车轮和主销的角度及
22、轮距变化不大。这种独立悬架被广泛应用在轿车前轮上。双横臂的臂有做成 A 字形或 V 字形。V 形臂的上下 2 个 V 形摆臂以一定的距离，分别安装在车轮上，另一端安装在车架上。不等臂双横臂上臂比下臂短。当汽车车轮上下运动时，上臂比下臂运动弧度小。这将使轮胎上部轻微地内外移动，而底部影响很小。这种结构有利于减少轮胎磨损，提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。2）麦弗逊式独立悬架（滑柱摆臂式或叫支柱式等） 麦弗逊悬挂通常由两个基本部分组成：支柱式减震器和 A 字型托臂。之所以叫减震器支柱是因为它除了减震还有支撑整个车身的作用，他的结构很紧凑，把减震器和减震弹簧集成在一起，组成一个可以上下运动的滑柱；下托
23、臂通常是 A 字型的设计，用于给车轮提供部分横向支撑力，以及承受全部的前后方向应力。整个车体的重量和汽车在运动时车轮承受的所有冲击就靠这两个部件承担。所以麦弗逊的一个最大的设计特点就是结构简单，结构简单能带来两个直接好处那就是：悬挂重量轻和占用空间小。我们知道，汽车悬挂属于运动部件，运动部件越轻，那么悬挂响应速度和回弹速度就会越快，所以悬挂的减震能力也就越强；而且悬挂质量减轻也意味着弹簧下质量减轻，那么在车身重量一定的情况下，舒适性也越好。占用空间小，发动机仓可以布置下更大的发动机，而且发动机能够随意放置。在中型车上能放下大型发动机，在小型车上也能放下中型发动机，让各种发动机的匹配更灵活。3）
24、斜置单臂式独立悬架这种悬架是单横臂和单纵臂独立悬架的折衷方案。其摆臂绕与汽车纵轴线本科生毕业设计（说明书）6具有一定交角的轴线摆动，选择合适的交角可以满足汽车操纵稳定性要求。这种悬架适于做后悬架。4）多杆式独立悬架独立悬架中多采用螺旋弹簧，因而对于侧向力，垂直力以及纵向力需加设导向装置即采用杆件来承受和传递这些力。因而一些轿车上为减轻车重和简化结构采用多杆式悬架。上连杆用支架与车身(或车架)相连，上连杆外端与第三连杆相连。上杆的两端都装有橡胶隔振套。第三连杆的下端通过重型止推轴承与转向节连接。下连杆与普通的下摆臂相同，下连杆的内端通过橡胶隔振套与前横梁相连接。球铰将下连杆的外端与转向节相连。多
25、杆纱前悬架系统的主销轴线从下球铰延伸到上面的轴承，它与上连杆和第三连杆无关。多杆悬架系统具有良好操纵稳定性，可减小轮胎摩损。这种悬架减振器和螺旋弹簧不象麦弗逊悬架那样沿转向节转动。优点：由于采用断开式车轴，可以降低发动机及整车底板高度；允许车轮有较大的跳动空间，弹簧可以设计得比较软，平顺性好；能保证汽车行驶性能得多样设计；簧载质量小，轮胎接地性好。不过，独立悬架存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点。现代轿车大都是采用独立式悬架，按其结构形式的不同，独立悬架又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬架等。派力奥、西耶那轿车前悬采用的是 MC pherson 麦弗逊式（滑柱连杆式）独立
26、悬架。这种悬架采用的是通过减振器上固 定点和横梁叉形臂的下固定点与车身相连组成的悬架形式。它的优点是具有良好的操纵稳定性，车辆侧倾幅度较小，且后轮寻迹性相当好。2.2 非独立悬架结构特点非独立悬架是相对与独立悬架（individual wheel suspension）的车轮结构。非独立悬架的结构特点是两侧车轮由一根整体式车架相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬架悬挂在车架或车身的下面。非独立悬架具有结构简单、成本低、强度高、保养容易、行车中前轮定位变化小的优点，但由于其舒适性及操纵稳定性都较差，在现代轿车中基本上已不再使用，多用在货车和大客车上。非独立式悬架的两侧车轮安装于一根整体式车桥上，车桥通过悬挂与车架相连。这种悬挂结构简单，传力可靠，但两轮受冲击震动时互相影响。而且由于非悬挂质量较重，悬挂的缓冲性能较差，行驶时汽车振动，冲击较大。该悬挂一般多用于载重汽车、普通客车和一些其他车辆上。
