1、【精品文檔】如有侵權，請聯系網站刪除，僅供學習與交流汽車懸架系統的部件設計.精品文檔.畢 業 設 計（論文）學生姓名： 學 號 學 院： 理工學院 專 業： 機械設計制造及其自動化 題 目： 汽車懸架系統的部件設計 指導教師： 2013 年 6月河北科技大學畢業設計（論文）成績評定表姓 名學 號成 績專 業題 目指導教師評語及成績 指導教師： 年 月 日評閱教師評語及成績 評閱教師： 年 月 日答辯小組評語及成績答辯小組組長： 年 月 日答辯委員會意見 學院答辯委員會主任： 年 月 日 注：該表一式兩份，一份歸檔，一份裝入學生畢業設計說明書（論文）中。畢 業 設 計（論文） 中 文 摘 要 簡

2、單來說，汽車懸架是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱。其主要作用是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩， 并且緩和由不平路面傳給車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動、保證乘員的舒適性、減小貨物和車輛本身的動載荷。汽車懸架包括彈性元件、減振器和傳力裝置等三部分。彈性元件多指螺旋彈簧，它只承受垂直載荷，緩和及抑制不平路面對車體的沖擊。減振器又指液壓減振器，其功能是為加速衰減車身的振動，它也是懸架系統中最精密和復雜的機械件。傳力裝置則是指車架的上下擺臂等叉形鋼架、轉向節等元件。一般來說，汽車的懸架系統分為非獨立懸架和獨立懸架兩種。目前大多數轎車的前后懸架都采用了獨立懸架的形式，并已成

3、為一種發展趨勢。汽車懸架性能是影響汽車行駛平順性、操縱穩定性和行駛速度的重要因素。因此，研究汽車振動，設計新型懸架系統，將振動控制到最低水平是提高現代汽車質量增加人們駕駛舒適度的重要措施。關鍵詞 彈性元件 減震器 傳力裝置 獨立懸架 非獨立懸架畢 業 設 計（論文） 外 文 摘 要Title The design of vehicle suspension systems components AbstractSimply put, the vehicle suspension is a general term for all power transmission between the v

4、ehicle frame and axle or wheel connected devices. Its main role is to pass all the forces and torques acting between the wheel and the body of the car, and to alleviate the impact load of the vehicle body passed by unsure road, thereby causing attenuation of the vibration, to ensure occupant comfort

5、, reduce the cargo and the vehicle itself dynamic load. The vehicle suspension including elastic components, shock absorbers and power transmission devices. The elastic element multi-finger coil spring only withstand the vertical loads, relaxation and inhibition of uneven road surfaces on the impact

6、 of the car body. The damper also pointed hydraulic shock absorbers, and its function is to accelerate the attenuation of the vibration body, it is the suspension system the most sophisticated and complex piece of machinery. The power transmission device is the fork steel frame of the top and bottom

7、 of the frame swing arm, steering section and other components. In general, the cars suspension system is divided into a non-independent suspension and two independent suspension. Most of the cars front and rear suspension uses a form of independent suspension, and has become a trend. The vehicle su

8、spension performance is an important factor to affect the car ride comfort, handling and stability and driving speed. Therefore, the study of vehicle vibration, design a new suspension system, vibration control to the lowest level is to improve the quality of Hyundai Motor important measures to incr

9、ease people driving comfort.Keywords: elastic components, shock absorbers, power transmission device, independent suspension, non-independent suspension. 張宏 目 錄第1章 緒 論1.1皮卡車懸架概述 6 1.2懸架的功用71.3懸架的組成71.4懸架的垂直彈性性81.5懸架的分類81.6 輔助元件 121.7皮卡懸架的要求和方案選定14 第2章 麥弗遜獨立懸架的設計和計算2.1懸架的總體布置方案 152.2相關參數的計算162.3減震器的選

10、型與設計222.4彈簧限位緩沖塊的設計262.5橫向穩定桿的設計計算272.6傳力構件及導向機構28 參考文獻47 第1章 緒 論1.1 皮卡汽車懸架概述皮卡汽車是汽車市場細分后的產物，它的主要使用者是一些非主流人群，所以皮卡汽車行駛的道路也有其特殊性，從城市道路到山區小道，無所不包，所以對皮卡車的懸架也提出了很高的適應性的要求。對于皮卡汽車而言，現在設計中，一般前懸架是轎車型的獨立懸架，后懸架是非獨立懸架，離地間隙較大，在一定的程度上既有轎車的舒適性又有越野車的越野性能；皮卡車帶有兩座或四座，使車輛既可載人又可載貨，行駛范圍廣。近幾年，皮卡汽車逐漸向著舒適化發展，一些車輛甚至已經具有普通轎車

11、的功能。但從皮卡車的懸架而言，最主要的功能是傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的一切力和力矩，并緩和汽車駛過不平路面時所產生的沖擊，衰減由此引起的承載系統的振動，以保證汽車的行駛平順性。所以必須在車輪與車架或車身之間提供彈性聯接，依靠彈性元件傳遞車輪或車橋與車架或車身之間的垂向載荷，并依靠其彈性變形來吸收能量，達到緩沖的目的。 采用彈性聯接后，為了迅速衰減不必要的振動，懸架中還必須包括阻尼元件，即減振器。此外，懸架中還需要有可以確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩可靠傳遞并決定車輪相對于車架或車身的位移特性的連接裝置系統，我們稱之為導向機構。導向機構決定了車輪跳動時的運動軌跡和車輪定位參數的變

12、化，以及汽車前后側傾中心及縱傾中心的位置，從而在很大程度上影響了整車的操縱穩定性和抗縱傾能力。在有些懸架中還有緩沖塊和橫向穩定桿。 盡管一百多年來汽車懸架從結構形式到作用原理一直在不斷地演進，但從結構功能而言，它大都是由彈性元件、減振裝置和導向機構三部分組成。在有些情況下，某一零部件兼起兩種或三種作用，比如鋼板彈簧兼起彈性元件及導向機構的作用，麥克弗遜懸架 (McPherson strut suspension，或稱滑柱擺臂式獨立懸架)中的減振器柱兼起減振器及部分導向機構的作用，有些主動懸架中的作動器則具有彈性元件、減振器和部分導向機構的功能。 根據皮卡車的行駛路面的特殊行和皮卡汽車本身的功能

13、的多用途而言，前懸要用獨立懸架，以保證乘坐人員的舒適性；然而后懸有要選擇非獨立懸架，以保證懸架有一定的剛度，得以運送足夠重量的貨物。1.2 懸架的功用迅速衰減車身和車橋的振動；傳遞它們之間的一切反力及其所形成的力矩；緩和，抑制由于不平路面所引起的振動和沖擊，以保證汽車良好的平順性，操縱穩定性。懸架系統的在汽車上所起到的這幾個功用是緊密相連的。要想迅速的衰減振動沖擊，乘坐舒服，就應該降低懸架剛度。但這樣，又會降低整車的操縱穩定性。因此，必須找到一個平衡點，既保證操縱穩定，又保證使其具備較好的平順性。1.3 懸架的組成 現代皮卡車，其懸架的形式、種類會因不同的公司和設計單位而有不同形式。但是，懸架

14、系統一般由彈性元件、減振器、緩沖塊、橫向穩定器等幾部分組成等。它們分別起到緩沖、減振 、力的傳遞、限位和控制車輛側傾角度的作用。 彈性元件有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，現代轎車懸架多采用螺旋彈簧，個別高級轎車則使用空氣彈簧。螺旋彈簧只承受垂直載荷，緩和及抑制不平路面對車體的沖擊，具有占用空間小，質量小，無需潤滑的優點，但由于本身沒有摩擦而沒有減振作用。這里我們選用螺旋彈簧。減振器是為了加速衰減由于彈性系統引起的振動，減振器有筒式減振器、阻力可調式新式減振器、充氣式減振器。它是懸架機構中最精密和復雜的機械件。導向機構用來傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時保持車輪按一定運動軌跡相

15、對車身跳動，通常導向機構由控制擺臂式桿件組成。種類有單桿式或多連桿式的。鋼板彈簧作為彈性元件時，可不另設導向機構，它本身兼起導向作用。有些轎車和客車上，為防止車身在轉向等情況下發生過大的橫向傾斜，在懸架系統中加設橫向穩定桿，目的是提高橫向剛度，使汽車具有不足轉向特性，改善汽車的操縱穩定性和行駛平順性。1.4 懸架的垂直彈性特性 汽車懸架的垂直彈性特性圖表示作用在懸架上的垂直載荷F與在輪軸上方的變形f之間的關系。1.5 懸架的分類皮卡車的懸架從大的方面來看，可以分為兩類：獨立懸架和非獨立懸架系統。圖1 獨立懸架1.5.1 獨立懸架是兩側車輪分別獨立地與車架（或車身）彈性地連接，當一側車輪受沖擊，

16、其運動不直接影響到另一側車輪，獨立懸架所采用的車橋是斷開式的。這樣使得發動機可放低安裝，有利于降低汽車重心，并使結構緊湊。獨立懸架允許前輪有大的跳動空間，有利于轉向，便于選擇軟的彈簧元件使平順性得到改善。同時獨立懸架非簧載質量小，可提高汽車車輪的附著性。如圖1示。 圖2獨立懸架的類型及特點：獨立懸架的車軸分成兩段（如圖2），每只車輪用螺旋彈簧獨立地，彈性地連接安裝在車架(或車身)下面，當一側車輪受沖擊，由于兩端是分離的，其運動不直接影響到另一側車輪，獨立懸架所采用的車橋是斷開式的?，F在，皮卡車前懸架都采用獨立懸架系統，最常見的有雙橫臂式懸架和麥弗遜式懸架。工作原理：這種懸架將減振器作為引導車輪

17、豎直方向跳動的滑柱，螺旋彈簧與其裝于一體，將雙橫臂上臂去掉并以橡膠做支承，允許滑柱上端作少許角位移。內側空間大，有利于發動機布置，并降低車子的重心。當車輪上下運動時，主銷軸線的角度會有變化，這是因為減振器下端支點隨橫擺臂擺動。以上問題可通過調整桿系設計布置合理得到解決（如圖3）。圖3 麥弗遜懸架結構1-減振器外筒;2-活塞桿;3-彈簧支座;4-橫向穩定桿支架;5-橫向穩定桿拉桿6-副車架;7-橫向穩定桿;8-發動機支座;9-彈簧上支座;10-隔離座;11-輔助彈簧; 12-防塵罩;13-U形夾;14-軸承;15-定位螺栓 1.5.2 非獨立懸架非獨立懸架（如圖4）所示。其特點是兩側車輪安裝于一

18、個整體式車橋上，當一側車輪受到沖擊力時會直接影響到另一側的車輪上，當車輪上下跳動時定位參數變化小。若采用鋼板彈簧作為彈性元件，它同時還可兼起導向作用，使結構大為簡化，降低成本。因此非獨立懸架目前廣泛應用于貨車和大客車上，有些轎車后懸架也有采用的。圖 4由于鋼板彈簧結構簡單，使用維修、保養方便，長期以來鋼板彈簧在汽車上得到廣泛應用?，F在，由于皮卡車的用途和性能要求，皮卡車后懸架基本都采用非獨立懸架系統，最常見的有鋼板彈簧非獨立懸架。目前汽車使用的鋼板彈簧常見的有以下幾種：通多片鋼板彈簧，如圖5-a所示，這種彈簧主要用在載貨汽車和大型客車上，彈簧彈性特性如圖6-a所不，呈線性特性。 圖 5 圖 6

19、少片變截面鋼板彈簧，如圖5-b所不，為減少彈簧質量，彈簧厚度沿長度方向制成等厚，其彈性特性如一般多片鋼板彈簧一樣呈線性特性圖6-a。這種彈簧主要用于輕型貨車及大、中型載貨汽車前懸架。兩級變剛度復式鋼板彈簧，如圖5-c所示，這種彈簧主要用于大、中型載貨汽車后懸架。彈性特性如圖6-b所示，為兩級變剛度特性，開始時僅主簧起作用，當載荷增加到某值時副簧與主簧共同起作用，彈性特性由兩條直線組成。漸變剛度鋼板彈簧，如圖5-d所示，這種彈簧多用于輕型載貨汽車與廂式客車后懸架。副簧放在主簧之下，副簧隨汽車載荷變化逐漸起作用，彈簧特性呈非線性特性，如圖6-c所示。1.6 輔助元件緩沖塊:它們有些由橡膠制造（如圖

20、7-a），通過硫化作用將橡膠與鋼板連接為一體，再經焊在鋼板上的螺釘將緩沖塊固定到車架（車身）或者其它部位上，起到限制懸架最大行程的作用, 還有些由多孔聚氨指制成（如圖7-b） ，它兼有輔助彈性元件的作用。同時這種材料起泡時就形成了致密的耐磨外層，它保護內部的發泡部分不受損傷。由于在該材料中有封閉的氣泡，在載荷作用下彈性元件被壓縮，但其外廓尺寸增加卻不大，這點與橡膠不同。有些汽車的緩沖塊裝在減振器上。圖 7導向機構：導向機構決定了車輪跳動時的運動軌跡和車輪定位參數的變化，以及汽車前后側傾中心及縱傾中心的位置，從而在很大程度上提高了整車的操縱穩定性和抗縱傾能力。橫向穩定桿: 汽車在高速行駛時，車身

21、整體會產生很大的橫向傾斜和橫向角振動。因此，懸架中需添設橫向穩定桿(如圖8)。采用橫向穩定桿除了可減輕車身傾斜外，還可以影響汽車的操縱穩定性。作用主要包括以下兩點：（1）前懸架中采用較硬的橫向穩定桿有助于汽車的不足轉向性，并且可以改善汽車的蛇形行駛性能。 （2）增大后懸架的穩定性，會使前輪驅動汽車具有中性轉向性能，使后輪驅動車有更大的過度轉向性。 圖 81.7 皮卡懸架的要求和方案選定1.7.1 設計要求在對此皮卡的設計中，對其懸架提出的設計要求有：（1）有良好的隔聲能力；（2）具有合適的衰減振動能力；（3）保證汽車具有良好的操縱穩定性；（4）保證汽車有良好的行駛平順性3 ；（5）結構緊湊、占

22、用空間尺寸要小；（6）可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩；（7）汽車制動或加速時要保證車身穩定，減少車身縱傾；轉彎時車身側傾角要合適。1.7.2 皮卡車懸架方案選定要正確的選擇懸架方案和參數，在車輪上下跳動時，使主銷的定位角變化不大、車輪運動與導向機構運動壓迫協調，避免前輪擺振；汽車轉向時應使之稍有不足轉向特性。此皮卡懸架部分結構形式選定為：前懸架采用麥弗遜式獨立懸架 (圖9)圖9后懸架采用鋼板彈簧非獨立懸架（圖10） 圖10 第2章 麥弗遜獨立懸架的設計和計算2.1 懸架的總體布置方案2.1.1 主要內容課題是根據車型的要求來設計懸架系統，懸架系統的結構和參數必須要滿足整車的需要，根據實

23、際車型去設計懸架以及懸架系統的導向裝置和減振器，保證乘員乘坐舒適和所運貨物的完好，其設計首先要確定與懸架有關的操縱穩定性。 2.1.2 總體參數要求如下設計狀態下的前軸軸荷G11142kg空載時的前軸軸載m11012kg前橋左右懸架的總質量mu80Kg前懸架的設計偏頻n11.31Hz主銷內傾角7主銷后傾角2車輪外傾角1主銷軸線與減振器的夾角式中角度25減振器內傾角5.52.1.3 主要技術要求1、后箱體離地高度：0.5米2、載重：800KG3、自重：1.6噸4、最高時速：120km/h2.1.4 麥弗遜懸架的結構分析及示意圖麥弗遜懸架由多個零件組成,故在懸架機構分析中采用空間機構分析法對其進行

24、分析。在運用此方法進行分析時，將懸架總成中的構件等效成剛體來研究懸架系統的空間運動。圖11是1/2麥弗遜式懸架的等效機構圖，借助圖中所示的等效方式，我們可以清楚地看出懸架擺臂和轉向節之間的連接通過球副來等效；減振器外套筒和活塞的聯接方式被等效成一個移動副；減振器的上支點和車身的聯接被等效成一個轉動副。這樣，麥弗遜式懸架被抽象成一個封閉的空間機構。通過圖示的等效方案可以使我們對懸架系統的分析變得簡單，且不會在很大程度上影響分析的結果。圖11 麥弗遜式獨立懸架結構示意圖2.2 相關參數的計算2.2.1 懸架總體參數的計算在設計時首先對懸架總體參數進行計算，如懸架的剛度、懸架的撓度等，這樣，在下文對零部件的計算時，就可以以懸架的總體參數為依據，根據懸架的結構參數求出相關零部件的受力、剛度等參數。1.懸架的剛度對于大多數汽車而言，其懸架質量分配系數=0.81.2，因而可以近似地認為=1，即前后橋上方車身部分的集中質量的垂直振動是相互獨立的，并用偏頻，表示各自的自由振動頻率，偏頻越小，則汽車的平順性越好。一般對于鋼制彈簧的轎車，約為11.32Hz（6080次/min），約為1.171.5Hz（7090次/min），非常接近人體步行時的自然頻率。取=1.3 1HZ 已