1、本科生毕业设计（说明书）I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，
2、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；弹性元件本科生毕业设计（说明书）IIAbstractRide a modern high-speed, high efficiency, a
3、 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. Ther
4、efore 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 dou
5、ble 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 m
6、aneuverability 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 s
7、ize 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
8、. 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本科生毕业设计（说明书）III目 录目 录 .III第一章 绪 论 .11.1 悬
9、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
10、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本科生毕业设计（说明书）IV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
11、.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 .32本科生毕业设计（说明书）1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
12、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
13、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；本科生毕业设计（说明书）2(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
14、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
15、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
16、重要的理论和实际应用意义。本科生毕业设计（说明书）3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
17、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，
18、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，具有非凡的行驶本科生毕业设计（说明书）4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
19、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
20、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
21、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。本科生毕业设计（说明书）5图 2-1 缓冲块本科生毕业设计（说明书）6fgn21MK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
22、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 =1.1Hz1后悬架的自振频率： n =1.2Hz23.2 悬架刚度 SUK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
