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1、轿车前悬架设计 姓名： 学院： 指导老师： 学号： 目录一设计任务1.1整车性能参数1.2具体设计任务二悬架的结构形式分析2.1对悬架提出的设计要求有2.2悬架分类2.1.1非独立悬架的结构特点以及优缺点2.1.2独立悬架的结构特点以及优缺点2.1.3独立悬架的分类2.1.4捷达轿车前悬架的选择三悬架主要参数的确定3.1悬架的静挠度3.2悬架的动挠度3.3悬架的弹性特性3.4悬架侧倾角刚度及其在前后轴的分配四弹性元件的设计4.1弹簧参数的计算选择4.2空载时的刚度4.3满载时计算刚度4.4螺旋弹簧的选择及校核五麦弗逊式独立悬架导向机构的设计5.1对前轮独立悬架导向机构的设计要求5.2对后轮轮独
2、立悬架导向机构的设计要求5.3麦弗逊式独立悬架导向机构的布置参数5.3.1侧倾中心5.3.2侧倾轴线5.3.3纵倾中心5.3.4抗制动纵倾性（抗制动前俯角）5.4麦弗逊式独立悬架导向机构设计5.4.1导向机构受力分析六减振器6.1分类6.2相对阻尼系数6.3减振器阻尼系数的确定6.3.1减振器阻尼系数6.3.2麦弗逊式独立悬架减振器如图6.3.2.1所示，按照如图安装时，其阻尼系数6.3.3阻尼系数的确定6.4最大卸荷力的确定6.4.1卸荷速度的确定6.4.2最大卸荷力的确定6.5筒式减振器工作缸直径D的确定七悬架结构元件7.1三角形下控制臂长度GB=362mm7.2减振器长度7.3螺旋弹簧的
3、长度，自由高度八悬架结构元件的尺寸8.1三角形下控制臂8.2减振器8.3固定架九悬架装配图十参考文献一设计任务1.1整车性能参数：驱动形式 42 前轮 最大爬坡度 35%轴距 2471mm 制动距离（初速30km/h）5.6m轮距 前/后 1429/1422mm 最小转向直径 11m 整备质量 1060kg 最大功率/转速 74/5800kw/rpm空载时前轴分配负荷 60% 最大转矩/转速 150/4000Nm/rpm 最高车速 180km/h 轮胎型号 185/60 R14 T手动挡5挡1.2具体设计任务（1） 查阅汽车悬架的相关资料，确定捷达轿车前悬架的结构尺寸参数（2） 确定车辆的纵倾
4、中心，计算悬架摆臂的定位角 ，对导向机构进行受力分析。（3） 设计减振弹簧，选定减振器。（4） 根据设计参数对主要零部件进行设计与强度计算。（5） 绘制所有零件图二维装配图三维装配图。（6） 完成8千字的设计说明书。二悬架的结构形式分析2.1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） 有良好的隔声能力。（6） 结构紧凑占用空间尺寸要小。（7） 可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零件质量要小的同时，还要保证有足
5、够的强度和寿命。2.2悬架分类悬架分为：非独立悬架和独立悬架图2.2.12.1.1非独立悬架的结构特点以及优缺点（1）非独立悬架结构特点：左右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接；非独立悬架与整体式驱动桥连用。（2）非独立悬架主要优点：结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。（3）非独立悬架主要缺点：由于整车布置上的限制，钢板弹簧不可能有足够的长度（特别是前悬架），使之刚度较大，所以汽车平顺性较差；簧下质量大；在不平路面上行驶时，左右车轮相互影响，并使车轴（桥）和车身倾斜；当两侧车轮不同步跳动时，车轮会左右摇摆，是前轮容易产生摆振；前轮跳动时，悬架易于转向传动机构产生运动干涉；
6、当汽车直线行驶在凹凸不平的路段上时，由于左右两侧车轮反向跳动或只有一侧车轮跳动时，不仅车轮外倾角有变化，还会产生不利的轴转向特性；汽车转弯行驶时，离心力也会产生不利的轴转向特性；（4）应用场合：非独立悬架主要应用在总质量大些的商用车前后悬架以及某些乘用车的后悬架上。2.1.2独立悬架的结构特点以及优缺点（1）独立悬架结构特点：左右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接；独立悬架与断开式驱动桥连用。（2）独立悬架主要优点：簧下质量小；悬架占用空间小；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；由于采用了断开式车轴，所以能降低发动机的位置高度，使整车的质
7、心高度下降，改善了汽车的行驶稳定性；左右车轮各自独立运动互不影响可以减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上也能获得良好的地面附着力；（3）独立悬架主要缺点：结构复杂，成本较高，维修困难。（4）应用场合：独立悬架主要应用与乘用车和部分总质量不大的商用车上。2.1.3独立悬架的分类独立悬架的分类：双横臂式独立悬架单臂式独立悬架双纵臂式独立悬架单斜臂式独立悬架麦弗逊式独立悬架扭转梁随动臂式独立悬架等2.1.4捷达轿车前悬架的选择查汽车之家资料得到，捷达轿车前悬架为麦弗逊式独立悬架。图2.1.4.1麦弗逊式独立悬架三悬架主要参数的确定3.1悬架的静挠度悬架的静挠度：是汽车满载静止时悬架上的载荷与此时
8、悬架刚度c之比，即=/c。 （3.1-1）式中，c为前后悬架的刚度（N/cm）；m为前后悬架的簧上质量（kg）。此处采用弹性特性为线性变化的悬架，前后悬架的静挠度可用下式表示 （3.1-2）式中，g为重力加速度，将代入（3.1-1）得到： （3.1-3）设计时取前悬架的偏频n=1.1Hz由公式（3.1-3）得：3.2悬架的动挠度 悬架的动挠度：是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形（通常指缓冲块压缩到其自由高度的1/2或2/3）时，车轮中心相对车架（或车身）的垂直位移。对乘用车，取79mm，此处3.3悬架的弹性特性 悬架受到的垂直外力F与由此所引起的车轮中心相对于车身位移（即悬架
9、的变形）的关系曲线，称为悬架的弹性特性。其切线的斜率是悬架的刚度。悬架的弹性特性有线性弹性和非线性弹性特性两种。当悬架变形与所受垂直外力F之间成固定的比例变化时，弹性特性为一直线,称为线性弹性特性，此时悬架刚度为常数。当悬架变形与所受垂直外力F之间不成固定的比例变化时，弹性特性如图3.3.1所示。此时，悬架刚度是变化的，其特点是在满载位置（图中点8）附近，刚度小且曲线变化平缓，因而平顺性良好；距载荷较远的两端，曲线变陡，刚度增大。这样，可在有限的动挠度范围内，得到比线性悬架更多的动容量。悬架的动容量系指悬架从静载荷的位置起，变形到结构允许的最大变形为止消耗的功。悬架的动容量越大，对缓冲块击穿的
10、可能性越小。对于空载与满载时簧上质量变化大的货车和客车，为了减少振动频率和车身高度的变化，应当选用刚度可变的非线性悬架。乘用车簧上质量在使用过程中虽然变化不大，但为了减少车轴对车架的撞击，减少转弯行驶时的倾斜与制动时的前俯角和加速时的后仰角，应当采用刚度可变的非线性悬架。钢板弹簧非独立悬架的弹性特性可视为线性的，而带有副簧的钢板弹簧空气弹簧油气弹簧等，均为刚度可变的非线性弹性特性悬架。此处设计采用线性弹簧3.4悬架侧倾角刚度及其在前后轴的分配 悬架侧倾角刚度系指簧上质量产生单位侧倾角时，悬架给车身的弹性恢复力矩。它对簧上质量的侧倾角有影响。侧倾角过大过小都不好。乘坐侧倾角刚度过小而侧倾角过大的
11、汽车，乘员缺乏舒适感和安全感。侧倾刚度过大而侧倾角过小的汽车又缺乏汽车发生侧翻的感觉，同时使轮胎侧偏角增大。如果发生在后轮，会使汽车增加过多转向的可能。要求在侧向惯性力等于0.4倍车重时，乘用车车身侧倾角在，货车车身侧倾角不超过。 此外，还要求汽车转弯行驶时，在0.4g的侧向加速度作用下，前后轮侧偏角之差应当在范围内。而前后悬架侧倾刚度的分配会影响前后轮的侧偏角大小，从而影响转向特性，所以设计时还要考虑悬架侧倾刚度在前后轴上的分配。为满足汽车稍有不足转向特性的要求，应使汽车前轴的轮胎侧偏角略大于后轴的轮胎侧偏角。为此，应使前悬架具有的侧倾角刚度略大于后悬架的侧倾角刚度。对乘用车，前后悬架侧倾角
12、刚度的比值一般为。四弹性元件的设计4.1弹簧参数的计算选择由汽车设计中公式（6-1）得：式中，c为前后悬架的刚度（N/cm）；m为前后悬架的簧上质量（kg）。则 （4.1.1）4.2空载时的刚度估算可估计出前悬架的簧上质量为52kg，已知空载时前轴分配负荷的60%即则汽车前悬架单侧的簧上质量为：由3.1得偏频n=1.1Hz则：4.3满载时计算刚度由汽车设计中公式式中，n为包括驾驶员在内的载客数；为行李数查汽车设计取n=5查汽车设计表1-5行李系数取10则满载时汽车前悬架的载荷簧下质量仍为52kg，则单侧簧上质量则4.4螺旋弹簧的选择及校核4.4.1按满载计算弹簧钢丝直径d（选择材料)(1) 由
13、汽车设计课程设计指导书公式（5-17）得：弹性变形： 其中：P-弹簧所受载荷 -弹簧中径 n-压缩弹簧的有效圈数 G-剪切弹性模数，一般取 C-弹簧指数（2）由汽车设计课程设计指导书公式（5-18）得：其中k为曲度系数：（3）查汽车设计课程设计指导书表5-6取有效圈数n=5查汽车设计课程设计指导书取弹簧指数C=10（4）螺旋弹簧直径d的确定 由上知即：查汽车设计课程设计指导书得且由上得单侧悬架所受的载荷又则取，则查汽车设计课程设计指导书表5-5取中径=200mm则满足要求（5） 螺旋弹簧变形由4.1.1-（1）得：弹性变形：即： 弹簧自由高度,取支撑圈圈数时，弹簧节距t，一般t取，取t=80mm则满足要求综上所述，选择材料，直径d=20mm，中径=200mm，有效圈数n=5的螺旋弹簧五麦弗逊式独立悬架导向机构的设计5.1对前轮独立悬架导向机构的设计要求：（1） 悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过，轮距变化大会引起轮胎早期磨损；（2） 悬架上载荷变化时，前
