《本田思域轿车悬架设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《本田思域轿车悬架设计.docx（48页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、本田思域轿车悬架设计本田思域轿车悬架设计学院：专业：姓名：指导老师：工业自动化学院车辆工程黄梓杰学号：职称：160403100628郭新民教授中国珠海二二年五月北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计诚信承诺书诚信承诺书本人郑重承诺本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计 脉动式无级变速装置的仿真及设计 是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。本人签名：黄梓杰日期：2020 年 5 月 15 日北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计本田思域轿车悬架设计本田思域轿车悬架设计摘摘要要如今汽车制造业迅
2、猛发展，汽车遍及千家万户，悬架系统(suspensionsystem)，作为保证汽车行驶平顺性和操纵稳定性的重要组成部分，对其作深入研究意义重大。麦弗逊式悬架(Macphersan suspension)为当今最为流行的独立悬挂之一，是独立悬架的一种，也是本次研究思域采用的悬架。而悬挂结构的简单与复杂也直接决定着汽车制造成本的高低，而麦弗逊式独立悬架它以结构设计简单、成本低廉、舒适性尚可的优点赢得了广泛的市场应用，本文将对麦弗逊式悬架从概念、参数到弹性元件以及减震器加以研究设计，确保麦弗逊式悬架系统的安全、平稳。关键词：关键词：麦弗逊式悬架；行驶平顺性；结构设计北京理工大学珠海学院 2020
3、届本科生毕业设计Suspension Design of Honda CivicAbstractNowadays,with the rapid development of automobile manufacturing industry,automobiles are widely distributed in thousands of households.As an important partto ensure the ride smoothness and handling stability of automobiles,it is of greatsignificance to
4、 study them in depth.Macphersan suspension,one of the most popularindependent suspension systems,is one of the independent suspension systems usedin this study.And the suspended structure simple and complex is directly decides thecar manufacturing of high and low cost,and Macphersan independent susp
5、ension it todesign simple structure,low cost,the advantages of comfort can be won the broadmarket application,this article will of McPherson suspension from concept,parameters to the elastic element and shock absorber to study design,ensure the safetyof the Macphersan suspension system,smooth.Keywor
6、ds:macphersan suspension;driving comfort;structure design北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计目录目录1前言.11.1课题研究的现状及其意义.12汽车悬架的概述.22.1悬架的基本概念.22.2悬架的类型与选择.22.3悬架的基本组成.52.4悬架的主要特性.52.4.1垂直弹性特性.52.4.2减震器的特性.63悬架对汽车性能的影响.63.1悬架对驾驶平顺性的影响.73.1.1悬架系统中阻尼对驾驶平顺性的影响.73.1.2非簧载质量对驾驶平顺性的影响.83.2悬架对操纵稳定性的影响.83.2.1车身的倾侧.83.2.2改善措
7、施.94悬架的主要参数.104.1计算悬架的静挠度?.104.2计算悬架的动挠度?t.125麦弗逊式悬架导向机构的设计.125.1侧倾中心.135.2侧倾轴线.145.3纵倾中心.155.4受力分析.155.5选择摆臂轴线的布置方式.166弹性元件的计算.176.1弹簧形式与材料选择.176.2弹簧直径与刚度确定.176.3其它参数计算.187减震器设计.197.1减震器的基本尺寸.207.2确定相对阻尼系数?.217.3确定阻尼系数?.217.4确定最大卸荷力?t.228结论.23参考文献.23北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计谢辞.24附录 1.25附录 2.28北京理工大学
8、珠海学院 2020 届本科生毕业设计11前言前言科技进步，人民生活水平不断提高，汽车普及到千家万户，无论高端品牌汽车还是经济性车辆，安全性与舒适性是个永恒的话题。悬架是汽车不可或缺的组成部分，正如“木桶理论”，就算其它配件系统做得多优秀，但凡有一个系统出了岔子，也会很直观的影响到汽车的销量甚至口碑。悬架系统就是其中一块“木板”，悬架的质量直接影响到车上人员的主观感受。1.1课题研究的现状及其意义课题研究的现状及其意义悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统（车架或承载式车身）之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。悬架最主要的功能是传递作用在车轮
9、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，保证汽车行驶过程的平顺性。汽车悬架作为影响汽车多种使用性能的装置，它的阻尼元件减震器安装于车桥与车身的连接处，有了阻尼元件可以确保汽车行驶中震动大幅度减少，提高行驶平顺性和车上人员安全性。汽车悬架系统在汽车各大系统中有着十分重要的地位，同时与转向系统和制动系统之间有不可或缺的联系，悬架系统的质量直接影响着汽车的行驶品质和安全。国外对车辆的悬架运动学的研究起步很早，从悬架这一概念被提出并且开始应用起，就开始对悬架做出不断的研究，最先在悬架运动学方面取得较大成就的是对悬架运动学付出极大精力的德国。我国从
10、80 年代才开始逐步开展对汽车悬架运动学的研究，虽然起步落后于别人，但是经过近 40 年的研究与发展，我们国家在悬架设计构造方面也取得了不错的成绩。因此对本课题对悬架作出深入研究，希望可以在国内汽车企业以及汽车市场的大环境经济中，进一步发展汽车悬架工业，加强改进现有的悬架系统，对于市场产业进行深度研发，使得悬架产品系统化、标准化、通用化。基于提升汽车悬架应具有的平顺性和操纵稳定性以外，智能化和安全性也是未来汽车悬架系统发展的趋势和方向，从此方向入手研究争取新产品可以缩短与世界先进水平的技术差距。北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计22 2汽车悬架的概述汽车悬架的概述2.1悬架的基本
11、概念悬架的基本概念悬架即汽车中车桥与车架以及车轮之间，负责连接、传递车轮与车架之间力与力扭的装置总称。没有悬架的车辆，车身会直接受到路面不平整所生成的冲击力，车身严重颠簸，导致零件之间相互磨损、驾驶员也必然十分疲劳；而汽车装有悬架之后，绝大部分冲击力会被悬架系统吸收，能让车上人员乘坐舒适，保证了汽车的平顺行驶。2.2悬架的类型与选择悬架的类型与选择独立悬架、非独立悬架，是不同种类的悬架之中的主要区分对象，如今独立悬架在汽车市场上占据了主导地位，车好不好，悬架说了算。非独立悬架（图 2-1）通过一整根车桥连接起了车身的左右两侧，这样的结构使得车轮与车桥可以被视为一个整体，而这一个整体则通过弹性悬
12、架与车身（车架）相连，非独立悬架的结构非常简单明了，但如果遇上路面不平整使得一侧车身发生跳动时，另一侧的车轮在汽车横向平面内必定出现摆动现象，最后导致了一个车轮影响全车行驶状态的情况。综上所述，非独立悬架两车轮存在互相影响的情况，这也是它被称作非独立悬架的原因。图 2-1非独立悬架独立悬架（图 2-2）结构特点则较为复杂，它的“独立”之处在于：本应连接车身两侧的车桥从中间出现了断开的情况，这样的结构使得两侧车轮只能单独地通过弹性悬架与车身连接，若同样遇到车身一侧路面不平整的情况时，两侧车轮都可以单独跳动而互不影响。北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计3图 2-2独立悬架非独立悬架有
13、：钢板弹簧式非独立悬架：使用用钢板弹簧作为悬架当中的弹性元件，适用于轿车后悬架或者重型汽车前后悬架；使用螺旋弹簧作为弹性元件的螺旋弹簧式非独立悬架，但是该悬架系统中没有减震器，所以需要额外安装上减震器，常用于老款车上，例如大众桑塔纳、奥迪 100、大众捷达；空气弹簧式非独立悬架附带有压气机、储气筒、空气弹簧等几种零件，结构稳定且平顺性良好，适用于货车、挂车等大型车。非独立悬架造型种类有很多种，但彼此都具有结构简单、容易制造、维修方便等特点。但以钢板弹簧非独立悬架为例，由于整车布置这一条件限制，钢板弹簧长度不足，刚度偏大，所以车辆行驶时平顺性较差。独立悬架侧如上文所提，由于每一个轮胎都可以独立出
14、来不会受到其它车辆颠簸所带来的影响，每个车轮都是单独地通过弹性悬挂系统，悬挂车架下方。当然独立悬架这一大类的悬架中也有着不同结构方式，而按照独立悬架不同的结构形式，他们可以分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式悬架以及麦弗逊式悬挂系统等。他们的总体特点是：相比起非独立悬架，因为减少了连接左右车轮的车桥，所以质量更轻；又因为它独立运作，受到震动时没有直接连接其它悬架的渠道，所以影响不了其它悬架的正常运作，这样的工作效果使得传递到车身的冲击力更加少，由此车轮的地面附着力得到改善；使用刚度较小的弹簧，刚度小使得悬架更加“柔软”，有效改善汽车行驶的颠簸，提高乘车人员的舒适性；又因为独立悬架的特殊结构，没有
15、了非独立悬架横跨在底盘的车桥与钢板的阻碍，“腾出”的位置可以让发动机适当降低，随之整车重心也会因此下降，重心低了行驶稳定性自然就提高了。凡事有得必有失，独立悬架之所以那么强大平稳，得益于它复杂的结构，结构复杂了成本就自然会高、维修也更加不方便；又因为独立悬架结构复杂占用的空间较大，有一定程度影响了车内空间大小。北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计4图 2-3麦弗逊式悬架而本次课题研究的车型为最常见、最受年轻人欢迎的车型之一思域，作为本田旗下比较成功的车型，知名度高，销量成绩也非常尽人意。思域的结构主要为：前轮安置麦弗逊式悬架（图 2-3），而后轮安置多连杆式独立悬架，这特殊的结构使
16、得思域运动能力具有先天的优势。本次设计所选匹配的车型是思域 2019 款 1.5T,CVT 劲动版，下表为本车型的参数配置：车型思域 2019 款 220TURBOCVT 劲动版国 VI上市时间2019生产厂商东风本田车体结构三厢轿车级别紧凑型车整备质量1305KG轴距2700轮距前 1547 后 1563全车长度4658mm车身高度1416mm油箱容积47L座位数5发动机型号L15B8标准引擎1.5T 直列 4 缸涡轮增压标准排量1.5L驱动方式前置前驱最大功率130kW最大扭矩220Nm悬架方式麦弗逊式独立悬架轮胎215/55 R16进气形式涡轮增压（表 2-1）北京理工大学珠海学院 20
17、20 届本科生毕业设计52.3悬架的基本组成悬架的基本组成麦弗逊式悬架主要由弹性元件（螺旋弹簧）、减震器、横向稳定器、导向机构（横摆臂、推力杆）、转向节等部件组成。弹性元件收到冲击后会有一段持续的震动，此时减震器发挥作用，可以将这种振动迅速衰减下来，使得乘坐更加舒适。悬架车轴与车架连接位置上还会装有缓冲块，减少两者之间的直接碰撞，也能起到提高舒适性的作用。导向机构主要用来确认车轮与车身两者之间的相互运动关系，导向机构还可以用于研究车身倾角、纵倾中心等运动参数来确定车轮与车架之间的相对运动，在导向机构中可以计算出力和力矩的传递关系。2.4悬架的主要特性悬架的主要特性2.4.1垂直弹性特性垂直弹性
18、特性悬架弹性特性曲线（图 2-4）正是这类似于二次曲线图的正增长图，通过数值可以直观地表示作用于悬架上的轮轴上方形变量与垂直载荷的关系，经查阅后得公式（2-1），配合悬架弹性特性曲线图，找到适合的参数代入计算，可得弹性特性上任意点的悬架刚度值 c:?=?（2-1）图 2-4悬架弹性特性曲线北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计6当簧下质量（悬吊的质量）取不变的定值，且没有减震器时，簧上质量（车身的质量）的自由振动偏频n0只与有效静挠度有关?0=?0?=1?（2-2）2.4.2减震器的特性减震器的特性减震器为活塞与活塞体由液压提供缓冲作用的阻力，而阻力 P 与活塞位移速度 V 的关系如
19、图 2-5 阻力-速度特性曲线，悬架常用的减震器是双向作用的，具有非对称特性，现有减震器中复原阻力系数比压缩阻力系数大 26 倍。图 2-5阻力-速度特性曲线3悬架对悬架对汽车汽车性能的影响性能的影响悬架选择后要从不同角度，分析悬架影响着汽车的哪些性能，是利还是弊。其中包括行驶平顺性、操纵稳定性，前者若得不到有效的调整会导致驾驶不平顺，会造成车上人员疲惫以及车上零部件的磨损。操纵稳定性更加直接地联系着乘车人员的生命安全。北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计73.1悬架对驾驶平顺性的影响悬架对驾驶平顺性的影响对于平顺性这一驾驶条件，有一套名为 ISO2631 的国际标准用以评测，4-
20、8Hz的震动频率对于人类来说最为敏感，这一国际标准则以此为根据，用震动加速度均方根值随频率变化的函数来表示乘车员的疲劳-降低功效。用下列数据w0固有角振动频率，rad/sC 悬架刚度，N/mM 簧载质量，kg得车身固有频率：n0=w0?=1?CMHz（3 1）3.1.1悬架系统中阻尼对驾驶平顺性的影响悬架系统中阻尼对驾驶平顺性的影响悬架中减震器主要作用是衰减振动，而这其中的主要参数为阻尼系数，悬架系统中应具有适当的阻尼，可以衰减车身受到路面不平整引起的震动，以及车架、车轮的共振，减小车轮对地面压力的变动，从而使车轮贴紧路面。图 3-1 为减震器阻尼对车身震动衰减曲线图。图 3-1 减震器阻尼对
21、震动的衰减作用a振动几乎没有衰减，振动时间将持续很长，车身随着悬架的振动而振动北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计8b振动逐渐衰减，过一段时间振动消失c振动迅速衰减为零，减震器的衰减振动能力强，车身较稳定3.1.2非簧载质量对驾驶平顺性的影响非簧载质量对驾驶平顺性的影响非簧载质量指车身总重量中不是由悬架支撑起的那一部分重量，非簧载质量越大，车身就越容易受到悬架振动的影响，如果合理减少非簧载质量，增大了悬架与非悬架部分的质量比，可以有效减少高频共振传达到车身甚至驾驶员身上的概率；还可以减少车轮因为自身质量过高，颠簸时带动车身跳离地面的可能性，所以采用非簧载质量较小的麦弗逊式悬架对车辆
22、更有帮助。增大悬架静挠度，从而减低震动的固有频率；减少非簧载质量同样有减低汽车震动固有频率的效果；如图 3-1 所示，选择适当的限位行程和阻尼可以通过减震器吸收震动。3.2悬架对操纵稳定性的影响悬架对操纵稳定性的影响3.2.1车身的倾侧车身的倾侧不难发现当汽车转弯的时候，车身会发生倾斜，这是因为转弯时在离心力的作用下导致车身左右侧受力不均匀引起的，这个现象充分表现了轮胎横向弹性和悬架导向机构的特性，但是这一过程如果不介入人工控制，转弯半径可能会发生变化，会偏离驾驶员本来想要去的方向。汽车如果能够准确的按照驾驶员的意向，不介入其它的人工控制情况下，驶向其操纵转向系所指定的方向，或在外力干扰下能够
23、保持，这种情况就称得上有良好的稳定操纵稳定性。影响操纵稳定性的原因很多，按物理角度来考虑的话，主要参数有：车轮偏离角、前轮定位角、导向杆系运动协调性、转向杆系运动协调性。操纵稳定性不足可能导致的两种情况：转向不足转弯半径变大；过度转向转弯半径变小，容易侧滑。1)车身侧倾轴线转向时车身发生倾斜现象，把倾斜车身底盘看做平面，垂直于此平面的车身作为轴线，此时相对地面倾斜的车身轴线称为车身倾斜轴线。轴线通过车身前与后轴处，横断面上的瞬间转动中心为侧倾中心。而侧倾中心于汽车倾侧时到地面的垂直距离就叫做侧倾中心高度。北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计9侧倾中心位置如果得到有效的提升高度，同时
24、车身质心距也作出调整缩短，可以有效减少侧向力臂和侧倾力矩，并因此车身倾角会缓和变小，车辆操纵也更平顺。但如果过度提高侧倾中心的高度，反而会增大车身倾斜时的轮距，导致轮胎加速磨损。设计中减少簧载质量的质心高度与侧倾中心的高度差，侧倾角也会随之变小。关于本次设计的麦弗逊式悬架的侧倾中心，经查阅资料后得出高度范围一般在 0150mm 内，车轮因路面颠簸而发生跳动时，侧倾中心高度变化在3070mm 内最为合适。2)悬架侧倾角刚度悬架侧倾角即上文提及的车身倾斜轴线与垂直于地平线的轴线之间的夹角。车辆行驶过弯时，悬架系统传递给车辆的弹性恢复力偶矩称为悬架的侧倾角刚度。参考文献后得出公式 3-2，式中设悬架
25、系统作用于车身总弹性恢复力偶矩为T，车身转角为r，则悬架侧倾角刚度Kr计算公式为：Kr=dTdr（3-2）汽车转弯时受侧向力作用得出的车身转角为悬架侧倾角，它是汽车平顺性操纵稳定性中占有主导地位的参数，观察公式不难得出结论：侧倾角与悬架侧倾角刚度成正比，侧倾角刚度增大意味着影响了汽车的平顺性，但侧倾角的数据大小会影响到汽车的横摆角速度稳（瞬）态响应，需要适当取值。3.2.2改善措施汽车纵向中心平面、地面、车轮中心平面，三者交线之间的夹角称为汽车前束，前束为正值（前束角）时，车轮前部靠紧车体的纵向中心平面，若是相对远离则为负值（后束角），左右车轮前束角之和为总前束角。在设计中理想情况是可以让车轮
26、上下跳动时，前束角度的大小保持不变，这样既可以提高行车稳定性，也能减少对稳态响应的影响。前束的理想化特性值数据：前轮上跳时弱负前束变化，0.5/50mm后轮上跳时弱正前束变化，0.3/50mm轮胎的设计相对地面存在外倾角是为了确保汽车直线行驶时的安全性，除了北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计10前文所提及的前束变化造成影响外，车辆在颠簸状态时上跳、下落，轮胎因为外倾角的存在并非垂直落地，这样的外倾变化也同样影响到车辆稳定性。外倾角的存在使得地面会有一个外倾推力作用于轮胎，这种侧倾所产生的来自地面的推力加上侧偏角产生的侧向力共同形成横向力，影响着转向。加上轮胎对地面的外倾变化，轮胎
27、上跳时设计对车身的外倾变化为?+0.5/50mm 比较合适。连接转向轮的转向主销轴线与垂直与地平线的直线的夹角称为转向主销倾角，转向主销偏移距是指从转向轮接地点到转向主销轴与路面的交点之间左右方向的距离。要使得车辆行驶更平稳，转向主销倾角最好在为 713内；转向主销偏移距 1030mm 内，俩参数设计取值尽量偏小，在前置前驱的车中，较多取值在零及零以下的负数值。行驶中随着车轮的上下跳动，轮胎会与地面的接触点产生的横向的轮距变化，这种变化导致轮胎磨损，但在独立悬架设计中，轮距变化是无可避免，如果要使轮距的变化最小化，悬架控制臂的相对位置、长度都需要精准计算，目前单独轮胎的轮距变化值最低在-5mm
28、/50mm+5mm/50mm 范围内最好。4悬架的主要参数悬架的主要参数设计麦弗逊式悬架系统，虽然称之为“独立”悬架，但是它的设计是要参考整辆车的基本参数，以各种的参数作为基础来设计完成的，这些参数有如：空载质心高、满载质心高、前/后轮距、轴距等。车是设计给人类使用的，所以除了车辆本身的参数，也不能忘记参考有关人的参数，例如人体在 2 赫兹的频率中感觉比较舒适，换而言之，悬架的设计也包含着中人机工程学。车辆行驶时偏频比密切关系到人体舒适性，因此前后悬架偏频比应当设计在 1.021.13 这段区域内。4.1计算悬架的静挠度计算悬架的静挠度?当车辆满载时静止不动，悬架的受力处于平衡状态，设此时悬架
29、的载荷为北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计11?，悬架刚度为 c，可以用公式得出悬架的静挠度?=?振动系统组成包括悬架和簧上质量，而振动系统的固有频率是影响汽车平顺性的重要参数。当悬架的质量分配系数 1 的时候（取值在 0.8-1.2 之间），前后悬架系统的振动可视为几乎独立不相干扰，前桥与后桥承载的车身集中质量受到垂直方向的振动是互不影响的。因此，车身前、后的固有频率（偏频）分别用?1、?表示，设前、后悬架分别为?1、?，前后悬架的簧上质量分别为公式?1、?，公式可表达为：?1=?1?1?=?1?1?（4-1）用已得出的公式作为基础来设计，上文提及偏频越小代表着平顺性越好，而乘
30、用车的前悬架偏频满载时?1取值要求在 0.8-1.15Hz 之间；后悬架偏频满载时?取值要求在 0.98-1.3Hz 之间，若要以减少车辆振动，车辆前后悬架偏频比大概为?1?=0.85-0.95，这次设计的思域是前置前驱乘用车，设空载时前轴轴荷占60%，后轴轴荷占 40%。按照上文表 2-1 的思域参数配置，车辆的整备质量为1305kg，由此可得?前=1305?0?=7t3kg；?后=1305?40?=5?kg。由上面的数据可得?1=7t3?3张?；?=5?=?1?由于偏频比约为 0.85-0.95，为计算方便，假设?1=1h?；?=1.1h?，带入公式 4-1 计算：?1=?1?1?=3张?
31、3.14?1?154?0/?=?=?1?3.14?1.1?10?张3.4N/m车身震动的偏频 n 直接受到悬架静挠度?影响，为保证汽车能有更好的行驶平顺性，需要计算并选择正确的悬架静挠度。本次研究的麦弗逊式悬架的弹性特性为线性变化，运用以上数据代入静挠度计算公式，可得以下结果：?1=?1?1=3张?张.t154?0?0.?4t50?=?4t.5?北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计12?=?=?1?张.t10?张3.4 0.?4t4tm=?4t.4tmm计算后得出的前、后静挠度数据非常接近，而?1稍微比?要大，有此结构可以有效防止车身行驶时产生较大的纵向角振动，且?1与?的比值几乎
32、等于 1，符合本次悬架静挠度计算。4.2计算悬架的动挠度计算悬架的动挠度?t上文提及悬架中会装有缓冲块，用以缓冲悬架零件之间的摩擦与碰撞，减轻震动以及减少甚至避免零件之间相互碰撞带来的磨损。汽车满载时，悬架系统会因路面不平或者汽车惯性等因素带来形变，满载动平衡时缓冲块为自由高度，受到压力并压缩到悬架系统允许范围内的最大形变时，缓冲块会压缩成其自身自由高度的二分之一甚至三分之一大小，在这一个过程中，车身相对于车轮中心的垂直位移称为悬架动挠度?。悬架总工作行程=静挠度?+动挠度?1?0mm，按照规定，普通用车的悬架动挠度取值范围在 70mm 张0mm 之间（大型客车为 50mm t0mm，货车为?
33、0mm 张0mm），若要降低偏频，需采用较为软质地的悬架，但如果在同等载荷下，悬架质地太过于软，会导致悬架形变量变大，对平顺性以及舒适性造成影响，设思域的麦弗逊式悬架动挠度取值为 t0mm，悬架工作总行程要求大于1?0mm由上文数据可得：?1+?=?4t.5?+t0?=3?t.5?1?0?+?=?4t.4t?+t0?=3?t.4t?1?0?前后悬架静挠度加上动挠度的和都大于 1?0mm，所以符合本次设计。5麦弗逊式悬架导向机构的设计麦弗逊式悬架导向机构的设计设计思域麦弗逊式悬架导向机构，由于导向机构结构较为立体化，本章将着重于导向机构的参数，从侧倾中心、侧倾轴线、纵倾中心、麦弗逊式悬架的定位北
34、京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计13角这四个方向去进行研究设计，尽量使用作图以方便理解和计算。5.1侧倾中心侧倾中心若要了解麦弗逊式独立悬架的布置参数，需先弄懂它的具体结构，然后找出悬架中的倾斜中心。如图 51 所示，A 为轮胎，B 为活塞杆，C 为下横臂，L 为车身轴线。图中作出垂直于活塞杆 B 的直线，此直线与下横臂 C 的延长线有一个交点 E，再作轮胎与地面的接触点 D 和 E 的连线，此连线与车身轴线 L 的角度即为倾斜中心 X。图 51麦弗逊式悬架的侧倾中心由参数配置表（表 21）可得前轮距为 1547mm，所以 S=1547?=773.5mm；活塞杆作与地面相交的延长
35、线，交点到轮胎地面接触点 D 的距离为?=150?；其它数据为：d=300mm；=30；=?；=?；d=300mm；y=t00mm运用以上参数去求麦弗逊式悬架的侧倾中心高度:hw=Shkcos+dtan+rs（51）其中未知参数：北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计14k=?sin?+?=t00?sin?+?=114?t.5?h=ksin?+?=114?t.5sin?+300=700.?代入运算：hw=Shkcos+dtan+rs=773.5700.?114?t.5cos?+300tan30+150=45.张1mm前置的麦弗逊式悬架的侧倾中心高度受限制于轮距，无法超出 150mm
36、的范围，思域为前置前驱型汽车，前桥轴为驱动桥而且轴荷较大，能使得汽车正常行驶需要尽可能减少前轮的轮荷变化，因此侧倾中心标准高度分为前悬 0120mm、后悬 80150mm。而本次设计的思域麦弗逊式悬架的侧倾中心高度为 45.91mm，取值在范围内，所以本设计符合要求。5.2侧倾轴线侧倾轴线麦弗逊式悬架中，侧倾轴线的找寻方式就是找到车身前后悬架的侧倾中心，两者相连，此连线则为侧倾轴线。侧倾轴线的设计应该要尽可能平行于地面，当侧倾轴线平行于地面，汽车在曲线行驶的过程中可以保持前轴与后轴上面的载荷变化幅值接近相等，从而可以保证汽车曲线行驶时拥有良好的中性转向特性。除了平行于地面，还要设计离地面距离尽
37、可能的高，侧倾轴线在高度较高的时候可以保持汽车转向时，车身的倾侧在正常的范围内，以免造成行驶不平稳，甚至威胁驾驶员安全，但受到侧倾中心的限制，高度在 150mm 以内且几乎无法超越。在悬架侧倾轴线设计时，必先按上文的方法，确定好前悬架的侧倾中心高度，后续再确定后悬架的侧倾中心高度，思域后悬架为多连杆式独立悬架，所以侧倾中心高度也要稍微偏大一点。北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计155.3纵倾中心纵倾中心汽车刹车制动时，惯性作用下的车身产生一种相对水平线倾斜的趋势，这种倾斜的趋势即是纵倾，而纵倾发生时车身相对地面的发生位移的转动中心就称作纵倾中心。图 52麦弗逊式悬架的纵倾中心如图
38、 52 所示，利用画图简单地找出了寻麦弗逊式独立悬架的纵倾中心，取垂直于活塞杆减震器 E 的直线与横臂轴 D 的延长线的交点，交点 O 即为纵倾中心。此参数可作为位移参数。5.4受力受力分析分析图 53麦弗逊式悬架受力示意图麦弗逊式悬架的受力分析如图 53 所示,，先对作用于导向套上的横向力?3作出分析，?1是前轮静载荷 F减去前轴簧下质量的1?。得出横向力?3的大小为：北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计16?3=?1?+?（52）如果?3横向力越大，作用于导向套的摩擦力则越大，这样会导致汽车平顺性较差，此时应采用强度足够且摩擦力小的材料，连接处加上润滑油等材料减少摩擦。其次，利
39、用公式可以看出，式中（c+b）越大，横向力越小；a 减小横向力也会随之减少。换而言之，在结构上适当增大减震器活塞杆 c、b 的尺寸，以及适当减少 a 的尺寸，都可以有效减少横向力?3的大小，从而减少摩擦力，提高汽车平顺性。但尺寸又实实在在的受到了悬架内空间布局的限制，尺寸的增大与减少会直接影响悬架的结构，进而影响到车内的空间。所以可以尝试在保持减震器轴线不变的情况下，将连接点 G 尽可能的往车轮方向移动，这样既可以缩短 a 的尺寸大小，又可以获得较小的主销偏移距，进而有效提高汽车制动时的稳定性。5.5选择摆臂轴线的布置方式选择摆臂轴线的布置方式图 54摆臂轴线的选择汽车行驶的操纵稳定性影响因素
40、众多，车轮行驶中制动等原因触发的车身纵倾也会影响到操纵稳定性。由于惯性的作用，纵倾的发生是不可避免，下面将以图 54 为基础，对摆臂轴线和主销后倾角的相互影响匹配做出研究，以求有效减少纵倾，提高纵倾稳定性。C 点在图 54 的 a)、b)中表示为纵向平面视图时，麦弗逊式悬架相对于车身不同情况跳动时的运动瞬心，?0表示主销后倾角。当静平行时主销后倾角与摆臂轴抗前俯角 相等，主销轴线垂直于摆臂轴线，运动瞬心不相交，主销后倾北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计17角?0的值保持不变。当摆臂轴线与主销后倾角的?0和 匹配，如图 5-4 中 a)图所示，车辆的运动瞬心相交位于前轴后方，麦弗逊
41、式悬架的压缩行程中，?0角度有增大的趋势。如图 5-4 中 b)图所示，运动瞬心相交位于前轴的前方，麦弗逊式悬架的压缩行程中，?0角度逐渐减少。综上所述，麦弗逊式悬架的设计过程中，参数的选择非常重要，运动瞬心相交于前轴后方时，麦弗逊式悬架压缩行程主销后倾角?0有增大趋势，汽车纵倾较小，纵倾稳定性更高。6弹性元件的计算弹性元件的计算6.1弹簧形式与材料选择弹簧形式与材料选择弹簧在悬架中是必不可少的存在，选择质量好、形式得当的弹簧，对汽车的减震效果有极大的提高。经过对关于汽车弹簧材料的搜查与挑选，决定使用压缩圆柱螺旋弹簧，该形式弹簧成本低质量好，且在各种工业中应用广泛，由于压缩圆柱螺旋弹簧使用的材
42、料为热轧弹簧钢?0Si?MnA，工序主要是加热塑性淬火回火，适合麦弗逊式悬架使用。6.2弹簧直径与刚度确定弹簧直径与刚度确定汽车静止等一般情况下，弹簧只承受轴向载荷，此时计算它的前载荷为：F=?1?=3张?张.t=3t41.?设：?弹簧中径n有效圈数?弹簧的许用应力，经过搜查得出?=471?旋绕比，经过搜查得出 C=张北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计18?曲度系数，K=4?14?4+0.?15?=1.1?代入公式 6-1 中：=t?3=t?（?1）d 1.?（?）得 d 14.tmm，取 d=15mm；利用 C=?求得 D=135mm。设弹簧的有效圈数 n 为 8 圈，设切变模
43、量为 G，经查阅 G=7t5000N/?。当弹簧在最大负荷的情况下工作时刚度计算公式为：k=?4t?3?分别代入运算得到的结果为 k=?5.?4N/mm6.3其它参数计算其它参数计算弹簧这种弹性元件除了刚度，还有很多至关重要的参数，经过数据获取并计算，设计时需要用到的主要参数有以下几种：弹簧外径：弹簧中径D加上弹簧本身厚度，?1=?+?=135+17=15?mm弹簧内径：弹簧中径 D 减去弹簧本身厚度，?=?=1?0 17=11tmm总圈数：有效圈数加额外圈数?1=?+?=10 圈节距：p=0.?t0.5 D，当取值为 0.3 时 p=0.3?135=40.5mm自由高度：h0=?+1.5?=
44、40.5?t+1.5?17=34张.5?压缩高度：h?=?1 0.5?=1?0.5?15=17?.5?北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计19螺旋导角：=arctan?=5.5展开长度：L=?1cos?=3.14?1?0?1?cos5.5=454?.5?以上是关于悬架弹簧的基本参数，本章设计中最后一步为校验弹簧，当弹簧受力压缩，形变较大的时候，时常会产生侧向力，导致弹簧弯曲，轻微弯曲可以恢复形状，但如果时间过长或者形变量过大时，弹簧就会变成弯曲形状从而失去稳定性。据数据得，如果弹簧的自由高度比自身的中径要大于 4 倍时，其自身结构不稳定，更加容易产生侧向力，从而发生弯曲导致稳定性减
45、低，因此要进行一下校验：自身高度：自身中径（高径比）b=h0?=3t?.51?0=3.1t74经计算高径比为 3.187，低于 4 倍，结构稳定符合设计要求。7减震器设计减震器设计上文已经对弹簧进行了计算以及校验，减震器则为有效消除弹簧产生的震动的重要阻尼元件，再次概述一下它的作用：迅速衰减由弹簧引起的震动；提升汽车行驶平顺性；有效减少汽车因刹车转向等变化而引起的车身倾角变化；增强车轮对路面的附着力；提高操纵稳定性；降低车身部分动载荷以延长悬架以及车身的使用寿命。图 3-1 中的曲线 b 就是安装减震器阻尼元件的车身震动曲线，减震器的作用效果可见一斑。减震器按照筒的数量类别可以分为单筒式减震器
46、、双筒式减震器、双筒充气式减震器。市面上的汽车安装的减震器主要都是筒式液力减震器，而本次设计的麦弗逊式悬架使用双筒式充气液力减震器，对比起其它类型的减震器，双筒式充气液力减震器有点在于工作性能更加稳定，拥有更加短的总长度可以为悬架其它辅助元件以及车内环境腾出一点空间，车辆行驶时干摩擦力小所以噪音也非常低。北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计20图 7-1 双筒式充气液力减震器结构图图 7-1 为双筒式充气液力减震器结构图，其中的标识为：1、上吊环2、活塞杆3、工作缸筒4、活塞5、伸张阀6、储油缸筒7、压缩阀8、下吊环9、补偿阀10、流通阀11、导向座12、防尘罩13、油封7.1减震
47、器的基本尺寸减震器的基本尺寸对麦弗逊式悬架中减震器实体进行测量，获得以下可为设计画图所用的数据自由总长度：570mm防尘罩直径：90mm防尘罩长度：180mm套筒直径：65mm上、下吊环直径：40mm次数据仅为减震器外表较为容易测量的数值，作图中阀体、导向座及活塞等内部结构均从文献、网络中获取。北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计217.2确定相对阻尼系数确定相对阻尼系数?弹簧的震动与自身质量有不可或缺的关系，车载弹簧一般质量都不会少，震动幅度自然就会大而且持续时间长，但汽车装有减震器阻尼件后，弹簧的震动呈现周期性衰减的情况，而要测评这种情况，就用到相对阻尼系数?来比较震动衰减速度
48、快慢的程度，计算相对阻尼系数就要用到公式 7-1：?=?（7 1）其中，为阻尼系数；c 为悬架系统垂直刚度；?为簧上质量。相对阻尼系数?越大表示震动衰减速度越快，但车身收到路面冲击力却更加大。由公式可以看出，减震器阻尼受到刚度与簧上质量的影响，刚度表示对车辆行驶安全的保障且难以调整，只可以适当调整簧上质量以求汽车行驶更加平顺。一般来说，减少压缩行程时的阻尼系数?取值，加大伸张行程的阻尼系数?取值，使得两者之间关系为?=?0.?50.5?。在设计中，获取阻尼系数?与?的中间值?，为保证适当的阻尼系数以免悬架碰撞车架，设?约为 0.3，?=0.5?，所以当?=0.4 时?=0.?5?=0.?7.3
49、确定阻尼系数确定阻尼系数?图 7-2 减震器安装位置角度麦弗逊式悬架的减震器安装角度如图 7-2 中所示大小，据设计取值=30北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计22据公式 7-1 得麦弗逊式减震器的阻尼系数计算公式：=?，而又因为悬架都有固有震动频率的公式为=?，代入阻尼系数公式中得到合并公式=?。考虑到麦弗逊式悬架的安装位置角度，加以计算，应得最终公式为：=?cos?t（7?）代入数据?=0.3，c=17，?=3张?,=30，得：=?cos?t=?cos?t=?47?Ns/m7.4确定最大卸荷力确定最大卸荷力?t麦弗逊式悬架中的双筒式充气液力减震器中有一个卸荷阀，当路面不平导致
50、震动大，活塞运动速度达到一定值时，卸荷阀就会打开，这一措施有利于减少冲击力传到车身上，达到保证行驶平顺的效果。设计要计算出卸荷力?0，先设卸荷阀打开时活塞的运动速度为 v，车身振幅为 Z 且 Z=40mm。求活塞运动速度 v的公式为：v=Zcost=Z?cost（7 3）代入已知数据到公式 7-3 中可得：v=40?173张?cos30=7.?1?/?最后利用已知条件求减震器伸张行程的最大卸荷力：?0=?=?5.3?7.?1=470.t?/?北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计238结论结论通过本次对麦弗逊式悬架的设计，我深刻认识到悬架在汽车结构中占有极其重要的地位，悬架中主要零配