轻型轿车悬架系统毕业设计说明书正文

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1、轻型轿车悬架系统的设计【摘要】本次毕业设计的课题是轻型轿车悬架系统的设计。必须满足以下几个要求：可靠，坚固，耐用，使用成本较低，油耗处于国内中低等水平，为当前主流技术水平。所以，悬架的设计宜选用成熟技术，零部件，彻底的贯彻“三化”原则，较为合理的成本控制。麦弗逊式独立悬架有着结构简单、紧凑、占用空间小等众多优点，在现代轻型汽车中得到了广泛运用。鉴于此，此次设计，该车的前悬架采用麦弗逊式独立悬架，后悬架采用钢板弹簧式整体后悬架.这样设计可以使本车无论从经济角度还是从舒适角度，都可以达到一个较为理想的结果。本毕业设计要求根据某较车总体方案要求，对其悬架进行设计计算。为了阐述悬架的设计过程，说明书从

2、设计计算对麦式悬架的设计过程进行了介绍。说明书首先阐述了悬架中关键零部件如：螺旋弹簧、减振器等的设计、选型和计算；进而分析了悬架的结构特点和运动特征，并以此为基础建立了悬架的物理模型。【关键词】：麦弗逊式悬架;钢板弹簧整体悬架；设计计算;选型The design of Light passenger vehicle Suspension SystemChen xiang(grade06,class01, Heat Energy and Dynamical Engineering, Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi

3、,Tutor：shi shao ning)AbstractTime of graduation practice problem is that the light saloon hangs to put up systematic design. As a result, Must satisfy several the following call for: Reliable , sturdy and durable, use cost comparatively low, the low grade is horizontal in oil being consumed being in

4、 in the homeland , the technology is horizontal for current main current. The design putting up therefore, hanging ought to select and use the mature technology , component and part , put three into effect completely spending principle , comparatively rational cost controls.Maifuxun style has had st

5、ructure simple , compact independent dangerous rack , has occupied space waiting for a lot of merit for a short time , in modern light automobile to apply broadly. Because of this , this time, going forward designing that , that vehicle hangs to adopt the dyadic independent dangerous Maifuxun rack ,

6、 rear overhang puts up adopt the dyadic overall of band spring rear overhang rack. Such designs that the angle still is from comfortable angle from economy being able to make this vehicle regardless of , can reach a comparatively ideal result.Graduation practice requires that comparatively, the vehi

7、cle overall plan demands , the design being in progress to whose dangerous rack secretly schemes against according to some. For the design setting forth the dangerous rack, process , specifications introduce that from designing that the process calculating the design to dyadic dangerous wheat rack h

8、as been in progress. Specifications has set forth dangerous rack middle key component and part first such as: Spiral spring , the design that the shock absorber waits for, choose a type and secretly scheme against; Have analysed the dangerous rack structure characteristic and the physics model movin

9、g a characteristic, and being that the basis has built the dangerous rack on this account then.Key words: McPherson suspension; The whole steel spring suspension; design and selection;目 录中文摘要.1ABSTRACT2第一章 绪论.61.悬架的功用.62.悬架系统的组成.73.悬架的类型及其特点.83.1非独立悬架的类型及特点.93.2独立悬架的类型及特点.104悬架形式的选择13 4.1总评.13 4.2前后

10、悬架的确定.14第二章 悬架的设计计算.141.悬架设计要求152.前悬架的设计计算162.1弹簧形式的选择.162.2材料的选择.163.弹簧参数的计算173.1圆柱螺旋弹簧直径d的计算.173.2求有效圈数.173.3其它参数.184.弹簧的校验195.后悬架的设计计算205.1弹性元件的选择.205.1.1加工要求205.2.2材料的参数206.钢板弹簧参数的设计计算21 6.1挠度的确定.21 6.2各片长度的确定.22 6.3断面高度及片数的确定.22 6.4厚度的确定.23 6.5板簧总成在自由状态下得弧高及其曲率半径.237.钢板弹簧的强度校验24第三章 减振器的结构原理及其功用

11、.251.减震器的作用262.减震器的结构273.减震器的工作原理27第四章 横向稳定器的作用.28第五章 麦佛逊式悬架导向机构 301独立悬架导向机构382麦弗逊式悬架系统物理模型的建立40结论.42参考文献.42 致谢.43引言此次毕业设计的课题是轻型轿车的悬架系统。因此，必须要经济。同时应保证设计车的可靠，坚固，耐用。所以，悬架的设计宜选用成熟技术，较为合理的成本控制。悬架是现代汽车的重要组成部分之一。将极大的影响汽车的操纵稳定性和平顺性。悬架对整车性能有着重要的影响。在汽车市场竞争日益加剧的今天，人们对汽车的性能的认识更多的靠更为直接的感观感受，而非他们不太懂得的专业术语。因此，对汽车

12、操纵稳定性平顺性的提升成为了各大汽车厂商的共识。与此关系密切的悬架系统也被不断改进，主动半主动悬架等具有反馈的电控系统在高端车辆上的应用日趋广泛。无论定位高端市场，还是普通家庭的经济型轿车， 没有哪个厂家敢忽视悬架系统及其在整车中的作用。这一切，都是因为悬架系统对乘员的主观感受密切联系。悬架系统的优劣，乘员在车上可以马上感受到。“木桶理论”，很多人都知道，整车就好比是个“大木桶”，悬架是它的一片木板。虽然，没有悬架的汽车还是可以跑动的，但是坐在上面是很不舒服的。坐过农用车货厢的人，对此应该是颇有些体会的，即便是较好的路况，在上面也是颠来颠去的。因为它的悬架很简单，对平顺性和操纵稳定性考虑的很少

13、。只有当悬架这块木板得到足够重视，才能使整车性能得以提升。否则，只能是句空话。这涉及到部件与整体的关系。一句话：整体离不开部件，部件也成不了整体。整体可以提供部件提供不了的功能，反过来部件又对整体有着重要影响。正因为悬架在现代汽车上的重要作用，应该重视汽车悬架的设计。只有认真，严谨的设计才能确保其与整车的完美匹配。而要做到这一点，就必须，查阅大量相关书籍，图册，行业和国家标准。1 绪论1.1悬架的功用悬架，其名源于西方。在英语里悬架系统对应的是单词Suspension.顾名思义，它是将车轮通过弹簧连接在车体上，并与其它部件构成可动的机构。悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间弹性连接装

14、置的总称。(1).传递它们之间一切的力（反力）及其力矩（包括反力矩）。(2).缓和，抑制由于不平路面所引起的振动和冲击，以保证汽车良好的平顺性，操纵稳定性。(3).迅速衰减车身和车桥的振动。悬架系统的在汽车上所起到的这几个功用是紧密相连的。要想迅速的衰减振动、冲击，乘坐舒服，就应该降低悬架刚度。但这样，又会降低整车的操纵稳定性。必须找到一个平衡点，即保证操纵稳定性的优良，又能具备较好的平顺性。悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。由此可见悬架系统在现代汽车上是重要的总成之一。1.2悬架系统的组成现代汽车，特别是乘用车的悬架，形式，种类，会因

15、不同的公司和设计单位，而有不同形式。但是，悬架系统一般由弹性元件、减振器和传力装置,部缓冲块、横向稳定器等几部分组成等。它们分别起到缓冲、减振 、力的传递、限位和控制车辆侧倾角度的作用。图1.1 汽车悬架组成示意图1-弹性元件；2-纵向推力杆；3-减震器；4-横向稳定器；5-横向推力杆弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，现代轿车悬架多采用螺旋弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。螺旋弹簧只承受垂直载荷，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。减振器是为了加速衰减由于弹性系统引起的振动，减振器有筒式减振器，阻力

16、可调式新式减振器，充气式减振器。它是悬架机构中最精密和复杂的机械件。导向机构用来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，通常导向机构由控制摆臂式杆件组成。种类有单杆式或多连杆式的。钢板弹簧作为弹性元件时，可不另设导向机构，它本身兼起导向作用。有些轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统中加设横向稳定杆，目的是提高横向刚度，使汽车具有不足转向特性，改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性。现代汽车悬架的发展十分快，不断出现，崭新的悬架装置。按控制形式不同分动式悬架和主动式悬架。目前多数汽车上都采用被动悬架，也就是说汽车姿态（状态）只能被动地取决于路

17、面及行驶状况和汽车的弹性元件，导向机构以及减振器这些机械零件。20世纪80年代以来主动悬架开始在一部分汽车上应用，并且目前还在进一步研究和开发中。主动悬架可以能动地控制垂直振动及其车身姿态，根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼。1.3悬架的类型及其特点汽车的悬架从大的方面来看，可以分为两类：非独立悬架和独立悬架系统。1.3.1 非独立悬架的类型及特点图1.2 非独立悬架的示意图非独立悬架前部与车身或车架铰接，后端则通过吊耳或滑板连接在车身或车架之上。减振器上端于车身或车架铰接，下端铰接与车桥。（1）非独立悬架的分类1钢板弹簧式非独立悬架 在这种悬架中，钢板弹簧被用做非独立悬架的弹性元件。这

18、种形式的悬架技术成熟，结构简单，成本低廉。广泛应用于货车的前、后悬架中。也常见于中低挡的确乘用车辆的后悬架。它中部用U型螺栓将钢板弹簧固定在车桥上。悬架前端为固定铰链，也叫死吊耳。它由钢板弹簧销钉将钢板弹簧前端卷耳部与钢板弹簧前支架连接在一起，前端卷耳孔中为减少摩损装有衬套。后端卷耳通过钢板弹簧吊耳销与后端吊耳与吊耳架相连，后端可以自由摆动，形成活动吊耳。当车架受到冲击弹簧变形时两卷耳之间的距离有变化的可能。 为了提高汽车的平顺性，有些轻型货车采用主簧下加装副簧，实现渐变刚度钢板弹簧。如南京汽车工业公司引进的依维柯后悬架。其主簧由厚度为9mm的4片（或3片）和副簧厚度为15mm的2片（或3片）

19、组成几种车型渐变刚度钢板弹簧。2螺旋弹簧非独立悬架因为螺旋弹簧作为弹性元件，只能承受垂直载荷，所以其悬架系统要加设导向机构和减振器。3空气弹簧非独立悬架 空气弹簧只承受垂直载荷，因而必加设减振器，其纵向力和横向力及其力矩由悬架中的纵向推力杆和横向推力杆来传递。对于轿车要求在好路上降低车身高度，提高车速行驶；在坏路上提高车身，可以增大通过能力。因而要求车身高度随使用要求可以调节。空气弹簧非独立悬架可以满足要求。 1.3.2 非独立悬架的总体特点优点：(1)结构简单、成本低廉，易于维护，对汽车厂家比较有利，(2)承载能力强，钢板弹簧做弹性元件的非独立悬架，可承载达几十吨的负荷。中、重载车辆常常采用

20、非独立悬架。缺点：(1)由于是用一根杆件直接刚性地连接在两侧车轮上，一侧车轮受到的冲击、振动必然要影响另一侧车轮。操纵稳定性、平顺性不理想。.(2)由于左右两侧车轮的互相影响，容易影响车身的稳定性，在转向的时,侧倾较大，容易侧翻。1.3.3 独立悬架的类型及特点图1.3 独立悬架示意图 独立悬架的车轴分成两段（如图1.3），每只车轮用螺旋弹簧独立地，弹性地连接安装在车架(或车身)下面，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮，独立悬架所采用的车桥是断开式的。（1）独立悬架的分类现在，前悬架基本上都采用独立悬架系统，最常见的有双横臂式和滑柱摆臂式（又称麦弗逊式）。1双横臂式工作原理：由上短

21、下长两根横臂连接车轮与车身，通过选择比例合适的长度，可使车轮和主销的角度及轮距变化不大。图1.4 双横臂式独立前悬架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。优点：结构比较复杂，但经久耐用，同时减振器的负荷小，寿命长。可以承载较大负荷，多用于轻型小型货车的前桥。缺点：因为有两个摆臂，所以占用的空间比较大。所以，乘用车的前悬架一般不用此种结构形式。2麦弗逊式（滑柱连杆式）图1.5麦弗逊式独立前悬架工作原理：这种悬架目前在轿车中采用很多。这种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

22、。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。 图1.6 奥迪100型轿车弗逊式前悬架麦弗逊独立悬架的特点：优点：技术成熟，结构紧凑，响应速度快，占用空间少，便于装车及整车布局，多用于中低档乘用车的前桥。缺点：由于结构过于简单，刚度小，稳定性较差，转弯侧倾明显，必须加装横向稳定器，加强刚度。1.3.4独立悬架的总体特点 优点:(1)发动机可放低安装，有利于降低汽车重心，并使之结构紧凑。(2)允许前轮有大的

23、跳动空间，有利于转向，便于选择软的弹簧元件使平顺性(3)得到改善。(4)非簧载质量小，可提高汽车车轮的附着性。缺点:(1)由于在转向时由于受离心力的作用内侧车轮要比外侧车轮受到的力大得多，极端情况下，是危险区域(2)某些特殊情况下(如转速过快、侧向风较大、路况较差等)，侧倾较大，乘员感到不适。1.4悬架形式的选择1.4.1 总 评通过上一章的分析，比较，可以知道当前汽车悬架的前沿技术是带反馈的闭环自控悬架系统。比如，主动，半主动悬架系统，已经在一些高档轿车上得以应用。普通乘用车所使用的仍旧是传统的机械式的悬架系统，发展趋势是，四轮全部采用独立悬架系统。目前，乘用车上应用的悬架系统，五花八门，全

24、部采用非独立，全部独立，抑或是将二者结合，这主要源于汽车厂商的不同市场定位，市场策略。不管在一辆车上采用何种技术对比，目的只有一个-提供一台操纵稳定性，平顺性，舒适性兼顾的车子。以尽可能低的成本制造出技术性能尽可能好的产品是每一个汽车设计人员的最大追求。这也是与车场利益相吻合的。这次我的毕业设计课题是为经济型家庭轿车设计悬架系统。由于定位，本车总成本应在7-10人民币，这个区位的汽车市场，集中了大量车型，竞争激烈。为了增强本车的市场竞争力，在保持各项技术达标的前提下，应尽可能的压缩成本。虽然，采用四轮全独立悬架的轿车操纵稳定性，平顺性及舒适性都比较理想。从设计角度来讲，倾向于采用。但是，相对来

25、说，总成本比较高，不适和本车的实际情况。出于综合考虑，经过慎重思考，选定了本车的悬架系统：前独立悬架+后整体式悬架。1.4.2 前后悬架的确定 (1) 前独立悬架的选择 通过前一章的分析、对比，认为，到滑柱连杆式独立前悬比较适合本车的设计要求。因为,它既能很好的满足舒适性的要求,又能使车辆的技术指标符合设计任务的规定.所以,前悬决定选用麦弗逊式独立前悬架。(2) 后悬架的选择为了有效的降低本车的制造，使用,维护,购买的成本。后悬架决定采用普通的钢板弹簧整体式悬架。虽然,普通钢板弹簧式非独立后悬架在乘用车上来看,技术不够先进,平顺性也没独立悬架优良,但是它可以合理的照顾整车成本,寿命长且使用期间

26、维护简单,成本低，坚固,可靠，耐用。如此，既可兼顾技术的主流性，易于被客户接受,又可降低制造成本，增强市场竞争力。2悬架的设计计算2.1.悬架设计要求悬架由弹性元件，导向装置，减振器，缓冲块和横向稳定器等组成。导向装置由导向干系组成，用来决定车轮相对于车架（或车身）的运动特性，并传递除弹性元件传递的垂直力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，能减少弯行驶时车身的侧顷角和横向角振动。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

27、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，转弯时车身侧顷角要合适。(5)有良好的隔声能力。(6)结构紧凑，占用空间尺寸要小。(7)可靠地传递车身于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

28、，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。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。2.2.前悬架的设计计算2.2.1 弹簧形式的选择选用普通圆柱螺旋弹簧，

29、而非锥形，纺锤形或其它缠绕形式的弹簧。作出这样的选择，并不是因为普通螺旋弹簧有更多的优势，而是由于它的生产量较大，应用广泛，成本低。2.2.2材料的选择：采用510 mm 直径的热扎弹簧钢，加热成形，而后淬火回火等处理。参考同类车型，初选直径为 8 mm 圆柱钢丝，C类 。选择用于汽车悬架的压缩圆柱螺旋弹簧用淬回火硅锰弹簧钢。 由所选材料查表得：弯曲应力： , ，弹性模量： 使用温度： 剪切应力：2.2.3 弹簧参数的计算(1)圆柱螺旋弹簧直径d的计算参数的计算：最小工作负荷（轻载） N最大工作负荷（满载） N极限状态负荷 N取C7.6d=11.8取d=12 mm(2)求有效圈数刚度 k=取有

30、效圈数： n=8; 总圈数：(4) 其它参数表2-1 螺旋弹簧其它参数名称 参数自由高度：压并高度：=(10-0.5)12=114 mm压并变形量： mm压并负荷：节 距：螺旋倒角：展开长度：2.2.4 弹簧的校验 表2-2 弹簧各参数验证 名称 参数 要求a. 稳定性满足要求b. 疲劳强度符合要求c. 共振验算弹簧自振频率：据机械零件设计手册 冶金工业出版社 按式子25-122.3 后悬架的设计计算2.3.1 弹性元件的选择本车后悬架决定采用钢板弹簧作为弹性元件的非独立悬架。钢板弹簧即是后悬架的弹性元件，又起到导向机构的作用，可不必单设导向装置，使结构简化，并且由于弹簧各片之间摩擦引起一定减

31、振作用。钢板弹簧是这种形式非独立悬架的最重要的部件。 2.3.2 加工要求： 热轧弹簧钢加热成形，而后淬火回火，还要经过实效处理，以消除内应力。2.3.3材料的参数由所选材料查机械零件设计手册得：弯曲应力： , ，弹性模量： 使用温度： 剪切应力：钢板弹簧又叫叶片弹簧，它是由若干不等长的合金材料的弹簧片叠加在一起组合成一根近似等强度的梁。如图下右侧所示。钢板弹簧3的第一片（最长的一片）称为主片，其两端弯成卷耳1，内装青铜或塑料或橡胶。粉沫冶金、制成的衬套，用弹簧销与固定在车架上的支架、或吊耳作铰链连接。钢板弹簧的中间用U形螺栓与后桥固定。 图2.1 钢板弹簧后悬架示意图1-卷耳；2-弹簧夹；3

32、-钢板弹簧主片；4-中心螺栓 中心螺栓4用来连接各弹簧片，并保证各片的装配时的相对位置。中心螺栓到两端卷耳中心的距离可以相等，也可以不相等如下图所示。为了增加主片卷耳的强度，将第二片末端也弯成半卷耳，包在主片卷耳和外面，且留有较大的间隙，使得弹簧在变形时，各片间有相对滑动的可能。2.3.4 钢板弹簧参数的设计计算（1）挠度的确定初选静挠度 mm 汽车的平顺性比较好，初选的值。满载弧高初选 mm（2）各片长度的确定乘用车钢板弹簧主片长度L（0.400.55）轴距初选 L=；以上各参数的初选依据图2.2 作图法定各片长度得920 mm , =720 mm , 580 mmL为主片长度（3）断面高度

33、及片数的确定采用等截面的簧片设计方式，S76 mm （ U型螺旋中心距） （为挠度增大系数）E=206 N/（弹性模量）取k0.5 取 得b64mm3.4.4 厚度的确定由前得 3.4.5 板簧总成在自由状态下得弧高及其曲率半径1.弧高的计算 mm 静挠度 mm 满载弧高钢板弹簧总成用U 型螺旋夹紧后弧高的变化量 87.99 mm2. 曲率半径的计算L是板簧主片长度，前已取得；3.5 钢板弹簧的强度校验3.5.1 驱动时，后板簧承受的最大载荷时，前半段出现的最大应力， （为满载时后轴轴荷）取1.2， （乘用车，）取 0.8 ， 543 mm；2168 mm ，8 mm；c276 b64 mm；

34、3.5.2 板簧自由振动频率后悬架的自振频率： 次/分后悬自振频率值： 次/分 mm 后悬架刚度 ： -引自悬架设计（上） 长春汽车研究所与前面用汽车设计上公式所得结果基本一致，结果可信！第三章 减振器的结构原理及其功用1 减振器的作用：减振器作为阻尼元件是悬架的重要组成元件之一。减振器在汽车悬架安装位置根据整车布局设计和悬架的设计结构有很多种，左图为减振器在采用麦弗逊独立悬架轿车上的安装位置示意图。图7-1汽车行驶的路面不可能绝对平坦，必然会产生振动，这种持续的振动易使司乘人员感到不舒适和疲劳，而减振器正式为迅速衰减振动而设计的。但减振器的功能决不仅仅是衰减振动，其对整车综合特性的影响如下：

35、 图7-2迅速衰减由路面传递给车体的振动，提高行驶平顺性; 使司乘人员不易疲劳货物不易损坏，提高乘座舒适性 ;降低对相关零件冲击载荷减少磨损，提高使用经济性 ;改善轮胎接地性抑制高速行驶跳动，提高行驶安全性 ;车辆在急加速、急刹车、急转弯时，提高操作稳定性;2. 减振器的结构：双向作用筒式液压减振器基本结构如下图所示:图7-3主要部件：1.活塞杆 2.工作缸筒 3.活塞 4.复原阀5.贮油缸筒 6.压缩阀 7.补偿阀 8.流通阀 9.导向座 10.防尘罩11.油封3. 减振器工作原理： 减振器活塞随车辆振动在缸筒内往复运动，减振器壳体内的油液重复地从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时

36、，孔壁与油液间的摩擦液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼力，使车辆的振动能量转化为热能，而被油液和减振器壳体所吸收，然后散到大气中。简单的说就是，减振器将动能转化为热能。第四章 横向稳定器的作用现代轿车悬架很软，即固有频率很低，而与悬架阻尼比成正比,由于固有频率的，可以明显的使a（车身加速度），从而改善汽车的平顺性。悬架的侧倾刚度 ； 使车厢侧倾角增加。是影响汽车操纵稳定性、平顺性的重要参数。侧倾角的数值影响到汽车的横摆角速度稳态响应及瞬态响应。它是评定汽车操纵稳定性的一个重要指标。对于平顺性而言乘员会感到不舒服。1.支杆2.套筒3.杆4.弹簧支座 图8-1横向稳定器为提高悬架的侧倾角刚度，减小横

37、向倾斜，常在悬架中添设横向稳定器（杆），来保证良好操纵稳定性如上图所示杆式横向稳定器。弹簧钢制成的横向稳定杆3呈扁平的U形，横向地安装在汽车前端或后端（也有轿车前后都装横向稳定器）。杆3的中部的两端自由地支承在两个橡胶套筒内，套筒2固定于车架上。横向稳定杆的两侧纵向部分的末端通过支杆1与悬架下摆臂上的弹簧支座4相连。 当两则悬架变形相同时，横向稳定器不起作用。当两侧悬架变形不等时，车身相对路面横向倾斜时，车架一侧移近弹簧支座，稳定杆的同侧末端就随车架向上移动，而另一侧车架远离弹簧座，相应横向稳定杆的末端相对车架下移，横向稳定杆中部对于车架没有相对运动，而稳定杆两边的纵向部分向不同方向偏转，于是

38、稳定杆被扭转。弹性的稳定杆产生扭转内力矩就阻碍悬架弹簧的变形，减少了车身的横向倾斜和横向角振动。图8-2 横向稳定杆装置的工作原理示意图第五章麦佛逊式悬架导向机构1悬架导向机构设计1.1设计要求对前轮独立悬架导向机构的要求是：1)悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过4.0mm，轮距变化大会引起轮胎早期磨损。2)悬架上载荷变化时，前轮定位参数要有合理的变化特性，车轮不应产生纵向加速度。3)汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小。在O.4g侧向加速度作用下，车身侧倾角不大于67，并使车轮与车身的倾斜同向，以增强不足转向效应。4)汽车制动时，应使车身有抗前俯作用；加速时，有抗后仰作用。对后轮独立悬架导向机

39、构的要求是：1)悬架上的载荷变化时，轮距无显著变化。2)汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小，并使车轮与车身的倾斜反向，以减小过多转向效应。此外，导向机构还应有足够强度，并可靠地传递除垂直力以外的各种力和力矩。目前，汽车上广泛采用上、下臂不等长的双横臂式独立悬架(主要用于前悬架)和滑柱摆臂(麦弗逊)式独立悬架。下面以这两种悬架为例，分别讨论独立悬架导向机构参数的选择方法，分析导向机构参数对前轮定位参数和轮距的影响。 二、导向机构的布置参数1.2侧倾中心双横臂式独立悬架的侧倾中心由如图6-24所示方式得出。将横臂内外转动点的连线延长，以便得到极点P，并同时获得P点的高度。将P点与车轮接地点N连接，即

40、可在汽车轴线上获得侧倾中心W。当横臂相互平行时(图6-25)，P点位于无穷远处。作出与其平行的通过N点的平行线，同样可获得侧倾中心W。图61 双横臂式悬架和纵横臂式悬架的距离和P的计算法和图解法图62 横臂相互平行的双横臂式悬架侧倾中心的确定双横臂式独立悬架的侧倾中心的高度通过下式计算得出 (6-26)式中 麦弗逊式独立悬架的侧倾中心由如图6-26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

41、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 1.3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。图63 普通规格的麦弗逊式悬架的尺寸和P的计算法和图解法 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

42、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。1.4纵倾中心 双横臂式悬架的纵倾中心可用作图法得出，见图627。自铰接点E和G作摆臂转动轴C和D的平行线，两线的交点即为纵倾中心。 图64 双横臂式悬架的纵倾中心麦弗逊式悬架的纵倾中心，可由E点作减振器运动方向的垂直线，该垂直线与过G点的摆臂轴平行线的交点即为纵倾中心，如图所示。图65麦弗逊式悬架的纵倾中心1.5抗制动纵倾性(抗制动前俯角)抗制动纵倾性使得制动过程中汽车车头的下

43、沉量及车尾的抬高量减小。只有当前、后悬架的纵倾中心位于两根车桥(轴)之间时，这一性能方可实现，如图629所示。图65抗制动纵倾性1.6抗驱动纵倾性(抗驱动后仰角)抗驱动纵倾性可减小后轮驱动汽车车尾的下沉量或前轮驱动汽车车头的抬高量。与抗制动纵倾性不同的是，只有当汽车为单桥驱动时，该性能才起作用。对于独立悬架而言，是纵倾中心位置高于驱动桥车轮中心，这一性能方可实现。6悬架摆臂的定位角独立悬架中的摆臂铰链轴大多为空间倾斜布置。为了描述方便，将摆臂空间定位角定义为：摆臂的水平斜置角，悬架抗前俯角，悬架斜置初始角，如图6-30所示。三、双横臂式独立悬架导向机构设计1纵向平面内上、下横臂的布置方案 上、

44、下横臂轴抗前俯角的匹配对主销后倾角的变化有较大影响。给出了六种可能布置方案的主销后倾角又值随车轮跳动的曲线。图中横坐标为值，纵坐标为车轮接地中心的垂直位移量Z。各匹配方案中，、角度的取值见图注，其正负号按右手定则确定。 图66、的定义 图67 、的匹配对又的影响 为了提高汽车的制动稳定性和舒适性，一般希望主销后倾角的变化规律为：在悬架弹簧压缩时后倾角增大；在弹簧拉伸时后倾角减小，用以造成制动时因主销后倾角变大而在控制臂支架上产生防止制动前俯的力矩。 分析图6-31中又的变化曲线可知，第4、第5方案的变化规律为压缩行程减小，拉伸行程增大，这与所希望的规律正好相反，因此不宜用在汽车前悬架中；第3方

45、案虽然主销后倾角的变化最小，但其抗前俯的作用也小，所以现代汽车中也很少采用；第1、2、6方案的主销后倾角变化规律是比较好的，所以这三种方案在现代汽车中被广泛采用。 为了使轮胎在遇到凸起路障时能够使轮胎一面上跳：一面向后退让，以减少传到车身上的冲击力，还为了便于布置发动机，大多数前置发动机汽车的悬架下横臂轴MM的斜置角为正，而上横臂轴NN的斜置角则有正值、零值和负值三种布置方案，如图633中的a、b、c所示。上、下横臂斜置角不同的组合方案，对车轮跳动时前轮定位参数的变化规律有很大影响。如车轮上跳、下横臂斜置角为正、上横臂斜置角为负值或零值时，主销后倾角随车轮的上跳而增大。如组合方案为上、下横臂斜

46、置角、都为正值，则主销后倾角随车轮的上跳较少增加甚至减少(当时)o至于采取哪种方案为好，要和上、下横臂在纵向平面内的布置一起考虑。当车轮上跳、主销后倾角变大时，车身上的悬架支承处会产生反力矩，有抑制制动时前俯的作用。但主销后倾角变得太大时，会使支承处反力矩过大，同时使转向系统对侧向力十分敏感，易造成车轮摆振或转向盘上力的变化。因此，希望轿车的主销后倾角原始值为-1+2。当车轮上跳时，悬架每压缩lOmm，主销后倾角变化范围为1 O40。为了综合上述要求，选择恰当的抗前俯角，国外已根据设计经验制定出一套列线图，如图6-34所示。该图由三组线图组成：图6-34a为汽车在不同减速度时(以重力加速度g百

47、分数表示)，前轮上方车身下沉量与抗前俯率的关系；图6-34b为下横臂摆动轴线与水平线夹角不相同时，主销后倾角久的变化率与抗前俯率的关系；图634c为不同球销中心距时，主销后倾角的变化率与上、下横臂摆动轴线夹角(一)的关系。运用此图的步骤如下：先根据设计的允许前俯角(在O5g时为13)确定，然后找到相应的，并在上初选，求出主销后倾角变化率(推荐悬架每压缩lOmm时为1 O40)，如超出范围，即重新选，直至达到要求为止。接着可用图6-34c，先选定球销中心距，从图6-34b所定的值与初选的球销中心距在图上沿虚线所示的路线找到上、下横臂的夹图68 选择上、下横臂轴线纵向倾角的线图角(一)，如布置上允

48、许即认为初选成功。此图适用于轴距2.83.2m，质心高为O.58O.6m的轿车。 图694上、下横臂长度的确定双横臂式悬架的上、下臂长度对车轮上、下跳动时前轮的定位参数影响很大。现代轿车所用的双横臂式前悬架，一般设计成上横臂短、下横臂长。这一方面是考虑到布置发动机方便，另一方面也是为了得到理想的悬架运动特性。图9为下横臂长度保持原车值不变，改变上横臂长度，使/分别为O.4，O.6，O.8，1.O，1.2时计算得到的悬架运动特性曲线。其中Z- (12轮距)为车轮接地点在横向平面内随车轮跳动的特性曲线。由图可以看出，当上、下横臂的长度之比为O6时，曲线变化最平缓；/增大或减小时，曲线的曲率都增加。

49、图中的Z和Z分别为车轮外倾角和主销内倾角随车轮跳动的特性曲线。当/=1.O时，和均为直线并与横坐标垂直，这时，和在悬架运动过程中保持定值。设计汽车悬架时，希望轮距变化要小，以减少轮胎磨损，提高其使用寿命，因此应选择/在O6附近；为保证汽车具有良好的操纵稳定性，希望前轮定位角度的变化要小，这时应选择/在1.O附近。综合以上分析，该悬架的/ 应在O.61.O范围内。美国克莱斯勒和通用汽车分司分别认为，上、下摆臂长度之比取O.7和O.66为最佳。根据我国轿车设计的经验，在初选尺寸时，/取O.65为宜。6.2独立悬架导向机构设计1导向机构受力分析分析如图6-36a所示麦弗逊式悬架受力简图可知，作用在导

50、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。由式(6-28)可知，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

51、销轴线不再与减振器轴线重合。将弹簧和减振器的轴线相互偏移距离s，再考虑到弹簧轴向力的影响，则作用到导向套上的力将减小，可用下式计算 由式(6-29)可知，增加距离s，有助于减小作用到导向套上的横向力。 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。2摆臂轴线布置方式的选择麦弗逊式悬架的摆臂轴线与主销后倾角的匹配影响汽车的纵倾稳定性，图637中，C点为汽车纵向平面内悬架相对于车身跳动的运动瞬心。当摆臂轴的抗前俯角-等于静平衡位置的主销后倾角时，摆臂轴线正好与主销轴线垂

52、直，运动瞬心交于无穷远处，主销轴线在悬架跳动时作平动。因此，值保持不变。当-与的匹配使运动瞬心C交于前轮后方时(图610)，在悬架压缩行程，角有增大的趋势。当-与的匹配使运动瞬心C交于前轮前方时(图6-37b)，在悬架压缩行程，叉角有减小的趋势。为了减少汽车制动时的纵倾，一般希望在悬架压缩行程主销后倾角又有增加的趋势。因此，在设计麦弗逊式悬架时，应选择参数p能使运动瞬心C交于前轮后方。图6-11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。由图可以看出，摆臂越长，曲线越平缓，即车轮跳动时轮距变化越小，有利于提高轮胎寿命。主销内倾角、

53、车轮外倾角和主销后倾角曲线的变化规律也都与类似，说明摆臂越长，前轮定位角度的变化越小，将有利于提高汽车的操纵稳定性。具体设计时，在满足布置要求的前提下应尽量加长摆臂长度。 6-38麦弗逊式悬架运动特性2 提高抗前倾能力的设计一般独立悬架的设计都要利用其几何布置(杆系的位置关系) 来控制车轮定位角、主销倾角、轮距等参数的变化来保证汽车姿态的平稳。但随着对汽车性能要求的不断提高,现在还需要充分利用悬架的几何布置来控制汽车的动态性能,如侧倾、前倾和后倾等。汽车在制动时由于惯性力的作用引起前后负荷的移动,前轮负荷增加会使汽车出现前部下沉的前倾现象,即所谓的制动“点头”。由于发动机前置前驱动的轿车质心靠

54、前,因此制动“点头”现象会较其它发动机布置形式的汽车明显,而这无论是对保持汽车行驶的稳定性、还是操控性来说,都是应该尽量避免的。因此现在麦弗逊式前悬架在设计时都体现了抗“点头”的几何特征,下面先介绍一下悬架纵倾中心的概念。如图2 所示,减振支柱上部A 点和悬架下控制臂球铰接头B 点是决定麦式悬架主销轴线的两个点,因此它们的位置变化决定了减振支柱和车轮的运动。支柱上部A 点根据支柱的伸缩运动进行上下移动,可以认为其侧视图上的回转中心(纵倾中心) 位于与支柱中心成直角方向的无限远处点CA上。悬架控制臂球铰接头B 点的侧视图回转中心位于下控制臂摇动轴DE 的延长线与通过B 点的宽度方向垂直平面相交的

55、点CB 上。两条直线ACA 和BCB 的交点C 点就是A 点和B 点在纵向的共同瞬间回转中心,即悬架的纵倾中心。图612麦弗逊式前悬架纵向回转中心示意图设从前轮接地点到C 点的直线与水平轴线形成的角为(图2) 。在汽车制动时,分配在前轮上的制动力FZ绕悬架臂的回转中心C 点在前轮接地点形成一个方向向上、大小为FZ tan的分力,这个力与车身前倾的力相反,是前轮的抗前倾力。显然,角越大,这个抗前倾力越大,即角的大小表征着悬架抗汽车前倾能力的强弱。因此,为加强防前倾效果,在悬架设计时应使角尽可能的大,加大角可采用两种方法:一是使减振支柱后倾;二是加大下控制臂摇动轴DE 的侧视图倾斜角。由于减振支柱

56、后倾会增大主销后倾角,而主销后倾角一般都是设定好的,所以现在麦式前悬架下控制臂的两个安装点从以前的垂直方向等高布置变成前低后高,有效地防止制动时发生的“点头”现象。由于受到副车架安装位置和悬架其它设计因素的影响,角能调节的幅度有限,但适当提高后连接点E 点的高度就可以有效地提高汽车的抗前倾能力。现在一般用抗点头率(抗前倾力和由于惯性力作用使车身前部下沉的力的比值) 来表征汽车的抗前倾能力的大小,与安装D、E 点等高的下控制臂轿车相比,铰接点E 的安装位置提高了约10mm 的轿车抗点头率高了近一倍。纵向“0 偏移”L 形下控制臂的设计现在麦弗逊前悬架的下控制臂设计都由传统的A 形变成了L 形,L 形控制臂的球销和控制臂前部连接衬套的中心在汽车纵向接近于“0 偏移”,即在汽车纵轴线上坐标相同,如图3 所示。从车轮传递到球销的侧向力通过L 形下控制臂前衬套直接传递到副车架(后连接衬套的影响很小) ,这样只需要通过设定前衬套的刚度来调节汽车的侧向刚度。