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1、摘 要如今汽车技术的发展越来越快，人们对汽车舒适性的要求也越来越高，而汽车的这一方面性能需要靠悬架系统予以保证。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双横臂悬架。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用CAXA软件绘制前后悬架的装配图和零件图。在对样车悬架进行平顺性分析中，建立了两自由度的平顺性分析模型，分别绘制车身加速度幅频特性
2、曲线、相对动载幅频特性曲线、弹簧动挠度幅频特性曲线分析了悬架参数对汽车平顺性的影响。文章最后讨论汽车的操纵稳定性，进行运动学分析，总结了影响汽车操纵稳定性因素。本文所做工作可为红旗盛世3.0高级轿车的悬架系统设计提供理论依据，具有一定的实际应用意义。关键词：汽车；悬架；平顺性；运动学分析 第1章 绪 论11.1 悬架简介11.2设计要求：2第2章 前、后悬架结构的选择32.1独立悬架结构特点32.2独立悬架结构形式分析32.3前后悬架结构方案42.4辅助元件52.4.1横向稳定器52.4.2导向机构5第3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63.4悬架动挠度
3、73.5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94.2后悬架弹簧10第5章 悬架导向机构的设计115.1导向机构设计要求115.2双横臂独立悬架示意图135.3横臂轴线布置方式145.4导向机构的布置参数145.4.1 侧倾中心145. 4.2纵倾中心155. 4.3抗制动纵倾性（抗制动前俯角）165. 4.4抗驱动纵倾性（抗驱动后仰角）165. 4.5悬架横臂的定位角17第6章 减振器设计186.1减振器概述186.2减振器分类196.3减振器主要性能参数196.3.1相对阻尼系数196.3.2减振器阻尼系数216.4最大卸荷力226.5筒式减振器主要尺寸236.5.
4、1筒式减振器工作直径236.5.2油筒直径24第7章 横向稳定杆设计25第8章 平顺性分析278.1平顺性概念278.2汽车的等效振动分析278.3车身加速度的幅频特性298.4相对动载的幅频特性318.5悬架动挠度的幅频特性328.6影响平顺性的因素348.6.1结构参数对平顺性的影响348.6.2使用因素对平顺性的影响35结 论36参考文献37致 谢38附录1 39IV第1章 绪 论1.1 悬架简介悬架是汽车的重要组成部件，它把车架（或车身）与车轴（或轮胎）弹性的连接起来。它的作用是传递车架与车桥（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
5、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，使汽车高速行驶。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。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。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。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
6、。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采用了独立悬架，并已成为一种发展趋势。1.2设计要求：1）通过合理选择悬架固有频率保证具有良好的行驶平顺性；2）根据红旗高级轿车的对舒适性要求很高，通过选择减振器阻尼比等参数使其具有合适的衰减振动的能力；
7、3）通过导向机构设计保证红旗轿车在高速行驶时具有良好的操纵稳定性4）选择多连杆悬架要保证结构紧凑，占用空间尺寸要小；5）通过强度计算能可靠地传递车身与车轮之间各种力和力矩，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
8、，能使振动迅速衰减，但会把路面较大冲击传递到车身，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。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：是两侧车轮分别独立地与车架（或车身）弹性地连接，当一侧车轮受冲击
9、，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。轿车和载重量1t以下的货车前悬架广为采用独立悬架，轿车后悬架上也在逐渐采用独立悬架，越野车、矿用车和大客车的前悬架也有一些采用独立悬架。 独立悬架的优点是：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，改善了汽车行驶平顺性；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；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
10、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独立悬架结构形式分析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。按目前采用较多的有以下三种形式：双横臂式，滑柱连杆式，斜置单臂式。按弹性元件采用不同分为：螺旋弹簧式，钢板弹簧式，扭杆弹簧式，气体弹簧式，中级轿车目前采用最多的是螺旋弹簧悬架。 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
11、倾中心位置高，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
12、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汽车的前、后悬架采用的方案有：前轮和后轮均采用非独立悬架；前轮采用独立悬架，后轮采用非独立悬架；前轮和后轮均采用独立悬架等几种。参考相关资料，本设计的前、后悬架均采用独立悬架。并参照各式悬架的特点前悬架采用双横臂，后悬架采用多连杆。2.4辅助元件2.4.1横向稳定器近代汽
13、车的悬架一般都很软，而且螺旋弹簧作为弹性元件只能承受垂直载荷，在高速行驶中转向时，车身会产生很大的横向倾斜和横向角振动。为了减少这种横向倾斜，往往在悬架中添置横向稳定器来加大悬架的侧倾角刚度以改善汽车的行驶稳定性。当左右车轮有垂向的相对位移时，稳定杆受扭，发挥作用。它除了可增加悬架的侧倾角刚度，从而减小汽车转向时车身的侧倾角外，也有助于使汽车获得所需要的不足转向。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。
14、 第3章 技术参数确定与计算3.1自振频率对于普通级以下轿车满载的情况,前悬架偏频(车身的固有频率)要求在,后悬架偏频要求在。对于高级轿车满载的情况, 前悬架偏频要求在,后悬架偏频要求在。原则上轿车的级别越高,悬架的偏频越小。因此取：前悬架偏频为 后悬架偏频为 3.2悬架刚度满载时 前后承载的质量 1160kg 1120kg m11160551105kg m21120601060kgc1（）2 （）21105/226365.5mc2（）2 （）21060/230100m3.3悬架静挠度 g为重力加速度，gmms =205.6mm=172.7mm 前、后悬架的静挠度和应当接近，并使后悬架静挠度比前悬架的静挠度小些，这样有利于防止车身产生较大的纵向角振动。3.4悬架动挠度为了防止在不平路面上行驶时经常冲击缓冲块，悬架还必须具备足够的动挠度。前、后悬架的动挠度常按其相应的静挠度来选取。前、后悬架自振频率的不同，决定了他们挠度数值不同。各类汽车动静挠度取值范围如下： 货车 越野车 大客车 轿车 所以，123.36mm 103.62mm3.5悬架弹性特性曲线图 3-1悬架弹性特性曲线 1-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-缓冲块压缩期悬架特性曲线 7-缓冲块压缩时开始接触弹性支架 8-额定载荷第4章
