1、本科生毕业设计（论文）I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，而悬架对汽车这一方面性能有很大的影响。因此对汽车的悬架系统和减振器也提出了更高的要求。本次设计主要内容是：红旗世纪星轿车的前、后悬架系统的结构设计，根据当前轿车悬架的发展情况，本设计的轿车前后悬架均采用独立悬架的形式,并且前后悬均采用比较流行的麦弗逊悬架。根据确定的结构选取悬架的自振频率，从而可以计算出悬架的刚度、静挠度和动挠度。采用以上数据计算弹性元件尺寸并且进行应力校核。在设计减振器时，根据阻尼系数和最大卸荷力来计算选取减振器的主要尺寸。然后再依次确定导向机构和横向稳定杆。在所有结构尺寸确定后采
2、用 CAXA 软件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：悬架；汽车减振器；平顺性；导向机构本科生毕业设计（论文）IIAbstractWith the development of the Automobile industry, people have been promoting the requirement for the safety and ride comfort quality of the vehicle. and suspension system influen
3、ce this aspect of performance a lot. As a result, there is a higher demand on the suspension and the shock absorber system of the vehicle. while the cars suspension system also made high demands. The project mainly includes the design of construction of HongQi front and rear suspension system.Based
4、on the current developments in the car suspension, the design of the car before and after the suspension are used in the form of independent suspension. Before and after the hanging and are used more popular McPherson suspension. According to determine the structure of the selected suspension natura
5、l frequency, which can calculate the stiffness of the suspension, static and dynamic deflection deflection. More flexible use of data of components and size of a stress check. In the design of shock absorber, in accordance with the largest damping and unloading of the terms of the main shock absorbe
6、r selected size. Then bodies were identified and horizontal orientation Wending Gan. when all structure size are determined, using CAXA mapping software in before and after the suspension of the assembly and parts plans.Matlab software programming analysis was used in the ride suspension system.,dem
7、onstration of the system design of reasonable accuracy, to meet the actual needs.Key words: Suspension;Automobile shock absorber; Ride comfort ; Guide mechnism 本科生毕业设计（论文）III目 录第 1 章 绪 论 .11.1 悬架简介 .11.2 设计要求： .1第 2 章 前、后悬架结构的选择 .32.1 独立悬架结构特点 .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 .42.4 辅助元件 .52.4.1
8、横向稳定杆图 .52.4.2 导向机构 .6第 3 章 技术参数确定与计算 .73.1 自振频率 .73.2 悬架刚度 .73.3 悬架静挠度 .73.4 悬架动挠度 .83.5 悬架弹性特性曲线 .8第 4 章 弹性元件的设计计算 .94.1 前悬架弹簧 .94.1.1 弹簧中径、钢丝直径、及结构形式 .94.1.2 弹簧圈数 .94.1.3 簧完全并紧时的高度 .94.1.4 应力校核 .104.2 后悬架弹簧 .104.2.1 弹簧中径、钢丝直径、及结构形式 .104.2.2 弹簧圈数 .104.2.3 弹簧完全并紧时的高度 .114.2.4 应力校核 .11第 5 章 悬架导向机构的设
9、计 .125.1 导向机构设计要求 .125.2 麦弗逊独立悬架示意图 .12本科生毕业设计（论文）IV5.3 导向机构受力分析 .135.4 横臂轴线布置方式 .145.5 导向机构的布置参数 .145.5.1 侧倾中心 .145.5.2 纵倾中心 .155.5.3 抗制动纵倾性（抗制动前俯角） .155.5.4 抗驱动纵倾性（抗驱动后仰角） .165.5.5 悬架横臂的定位角 .16第 6 章 减振器设计 .176.1 减振器概述 .176.2 减振器分类 .176.3 减振器主要性能参数 .186.3.1 相对阻尼系数 .186.3.2 减振器阻尼系数 .196.4 最大卸荷力 .206
10、.5 筒式减振器主要尺寸 .206.5.1 筒式减振器工作直径 .206.5.2 油筒直径 .21第 7 章 横向稳定杆设计 .22第 8 章 平顺性分析 .248.1 平顺性概念 .248.2 1/4 汽车振动系统模型 .248.3 车身加速度的幅频特性 .268.4 相对动载的幅频特性 .278.5 悬架动挠度的幅频特性 .288.6 影响平顺性的因素 .298.6.1 结构参数对平顺性的影响 .298.6.2 使用因素对平顺性的影响 .29第 9 章 结 论 .30参考文献 .31致 谢 .32附 录 .33附 录 II .43本科生毕业设计（论文）1第 1 章 绪 论1.1 悬架简介悬
11、架是汽车的车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称。其功用是把路面作用于车轮上的垂直反力，纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传递到车架（或承载式车身）上，以保证汽车的正常行驶。外表看似简单的悬挂系统综合多种作用力，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。汽车悬架包括弹性元件，减振器和导向机构等三部分，这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。从轿车上来讲，弹性元件多指螺旋弹簧，它承受垂直载荷，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，但没有减振作用。减振器多指液力减振器，作用是加速衰减车身的振动。导向机构
12、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。按结构特点分，悬架主要分为两大类，独立悬架和非独立悬架。本设计主要介绍独立悬架。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。独立悬架的车轴分成两段，每只车轮用螺旋弹簧独立地安装在车架(或车身)下面，当一边车轮发生跳动时，另一边车轮不受波及，汽车的平稳性和舒适性好。但这种悬架构造较复杂，承载力小。现代轿车前后悬架大都
13、采用了独立悬架，并已成为一种发展趋势。1.2 设计要求：汽车悬架和簧载质量质量、非簧载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：本科生毕业设计（论文）21）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，转弯时车身侧倾角要合适；5
14、）有良好的隔音能力；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，要求簧上质量与弹性元件组成的振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，对于轿车，要求前悬架的固有频率略低于后悬架的固有频率，还要尽量避免悬架撞击车架（或车身） 。汽车在不平路面行驶时，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。阻尼值取大，能使振动迅速衰减，但会把路面较大的冲击传递到
15、车身，阻尼值取小，振动衰减慢，受冲击后振动持续时间长，使乘客感到不舒服。为充分发挥弹簧在压缩行程中作用，常把压缩行程的阻尼比设计得比伸张行程小。 利用减振器的阻尼作用，使汽车振动的振幅减小，直至振动停止。适当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。本科生毕业设计（论文）3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的结构特点是车桥做成断开的，两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性连接。两侧车轮可
16、以单独跳动，互不影响。独立悬架的优点是：悬架弹性元件在一定的变形范围内，两侧车轮可以单独运动，而互不影响，这样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；减少了汽车的非簧载质量。在非独立悬架的情况下，整个车桥和车轮都属于非簧载质量部分。在用独立悬架时，对驱动桥而言，由于主减速器，差速器及其外壳都固定在车架上，成了簧载质量；对转向桥而言，它仅具有转向主销和转向节，而中部的整体梁不再存在。所以在采用独立悬架时，非簧载质量只包括车轮质量和悬架系统中的一部分零件的全部或部分质量，显然比用非独立悬架时的非簧载质量要小得多。在道路条件和车速相同时，非簧载质量越小，则悬
17、架所受到的冲击载荷也越小。故采用独立悬架可以提高汽车的平均行驶速度；采用断开式车桥，发动机总成的位置便可以降低和前移，使汽车质心下降，提高了汽车行驶稳定性。同时能给与车轮较大的上下运动的空间，因而可以将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；左、右车轮独自运动互不影响，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；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。独立悬架的缺点是结构复杂，成本较高，维修困难。这种悬架主要用于乘用车和部分质量不大的商用车上。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
18、式悬架等形式。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发生侧倾时，相对于地面的瞬时转动中心，称为侧倾中心。侧倾中心到地面的距离，称为侧倾中心高度。侧倾中心位置高，它到车身质心的距离本科生毕业设计（论文）4缩短，可使侧向力臂及侧倾力矩小些，车身的侧倾角也会减小。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。若主销内倾角变化大，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
19、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。悬架不同占用的空间尺寸不同，占用横向尺寸大的悬架影响发动机的布置和从车上拆装发动机的困难程度。占用空间小的悬架，则允许行李箱宽敞，而且底部平整，布置油箱容易。因此，悬架占用的空间尺寸也用来作为评价指标之一。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
20、轮和后轮均架采用独立悬；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，此次设计为：前、后悬架均为麦弗逊式悬架。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
21、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。本科生毕业设计（论文）5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
22、下支点还随横摆臂摆动。 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。为减摩擦通常是将螺旋弹簧中心线与滑柱中心线 图 2-1 麦弗逊式独立悬架 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。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。2.4 辅助元件2.4.1 横向稳定
23、杆图 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，现代车大多装有横向稳定杆如图 2-2 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 图 2-2 横向稳定杆 本科生毕业设计（论文）6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。汽车转弯时产生侧倾力矩，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 导向机构导向机构的作用是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，它由导向机构由控制摆臂式杆件组成。出于对中级轿车的考虑为了在原有独立悬架的基础上添加导向机构又不使结构复杂，决定采用单杆式导向机构。
