suv轿车悬架系统设计方案说明书-学位论文.doc

本科生毕业设计（说明书）摘 要随着汽车工业和减振器行业的发展以及生活条件的改善,人们对汽车的要求已经不仅仅局限于通行,乘客对汽车的运动性也提出了更高的要求。在这种市场需求下一种兼具城市行走、野外运动，极其符合现代年轻人追求强烈个性的心态的SUV轿车应运以而生。SUV能适应各种路况，而且对于悬架的舒适性和操纵稳定性也有更高的要求。这次设计的SUV轿车悬架系统也是为了适应发展当前的这种实际的需要而设计。本次设计主要研究SUV轿车的前、后悬架系统的结构设计。前悬架采用目前较流行的麦弗逊式独立悬架系统，后悬架采用舒适性较好的二连杆式非独立悬架。前、后悬架的减振器均采用双向作用式筒式减振器。这种结构的设计，有效的提高了乘座的舒适性和驾驶稳定性。在此次设计中还进行了悬架参数的确定、弹性元件的设计计算、导向机构和横向稳定杆的结构计算及强度校核。而且，采用Matlab软件对悬架系统的平顺性性进行了编程分析，论证了该系统设计方案的合理正确性，能够满足工程实际的需要。本设计对于提高汽车行驶平顺性、操纵稳定性等问题具有一定的的实际意义。此外对于汽车生产企业悬架设计，具有一定的参考价值。关键词：独立悬架；非独立悬架；汽车减振器；平顺性；ABSTRACTAs the auto industry and the shock absorber and the development of the industry to improve the living conditions of people in the car had requested access is not limited to, the movement of passengers of the car also has set higher requirements. In such a market demand of both urban walking, field sports, in line with modern young people to pursue an extremely strong personality of the mentality of SUV cars to be shipped and Health. SUV can adapt to all kinds of traffic, but also for suspension of comfort and handling and stability also have higher requirements. The design of the SUV car suspension system is also in order to meet the current development of the actual needs of such a design. The design of major research SUV cars before and after the suspension system of structural design. Before the current suspension of the more popular Maifuxunshi independent suspension system, rear suspension better use of comfort-two-link independent suspension. Before and after the suspension of the shock absorber have adopted a two-way role-Shock Absorber. This structure of the design and effective use of the improved comfort and driving stability. Also in the design of a suspension parameters of the flexibility of the design elements, the orientation and structure of the horizontal Wending Gan calculation and strength checking. Moreover, the use of Matlab software on the ride suspension system of a programming analysis, demonstration of the system design of reasonable accuracy, to meet the actual needs. The design for improving the car on ride comfort, handling and stability problems have some practical significance. In addition to auto enterprises suspension design, with some reference value. Key words: independent suspension; dependent suspension; automobile shock absorber; ride comfort;目 录第1章绪论11.1悬架系统概述11.2课题研究的目的及意义31.3课题研究的主要内容4第2章前、后悬架结构的选择42.1独立悬架结构特点42.2非独立悬架结构特点62.3前后悬架结构方案72.4辅助元件102.4.1横向稳定器102.4.2弹性元件10第3章技术参数确定与计算113.1自振频率113.2悬架刚度113.3悬架静挠度113.4悬架动挠度12第4章弹性元件的设计计算134.1前悬架弹簧（麦弗逊悬架）134.1.1螺旋弹簧的端部形状134.1.2螺旋弹簧的参数计算134.1.3弹簧圈数144.2后悬架弹簧（二连杆悬架）144.2.1螺旋弹簧的参数计算144.2.2弹簧圈数15第5章减振器设计165.1减振器概述165.2减振器分类165.3减振器主要性能参数175.5.1相对阻尼系数175.5.2减振器阻尼系数185.4最大卸荷力185.5筒式减振器主要尺寸185.5.1筒式减振器工作直径185.5.2油筒直径19第6章横向稳定器设计19第7章平顺性分析217.1平顺性概念217.2汽车平顺性的研究方法217.3汽车振动系统模型的建立227.4平顺性的评价方法247.5影响平顺性的因素25第8章结论26参考文献27致 谢28附录29附录4141第1章 绪论1.1 悬架系统概述近年来,舒适性问题对于汽车企业的要求逐年提高,影响舒适性的主要因素有操纵稳定性和乘坐舒适性等因素。对于这些因素,起着主要作用有发动机特性、轮胎特性、制动特性、车身刚度、空气动力学特性和悬架特性等。作为悬架的基本性能,首先是为了保护车辆、乘员、货物等,抑制由于路面的凸凹不平而引起的振动和噪声。其次,为了把车轮和路面间产生的驱动力、制动力、横向力等的前后、左右载荷有效地传递给车体,用最佳的状态使轮胎与路面接地,达到理想的汽车运动状态。并且现代汽车悬架是重要总成之一，它把悬架（或车身）与车轴（或轮胎）弹性的连接在一起。其作用为：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和车架(或车身)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，以保证汽车的行驶 11悬架系统 平顺性。为此必须在车轮与车架或车身之间提供弹性联接，依靠弹性元件来传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂向载荷，并依靠其变形来吸收能量，达到缓冲的目的。采用弹性联接后，汽车可以看作是由悬挂质量(即簧载质量)、非悬挂质量(即非簧载质量)和弹簧（弹性元件)组成的振动系统，承受来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。为了迅速衰减不必要的振动，悬架中还必须包括阻尼元件，即减振器。此外悬架中确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩可靠传递并决定车轮相对于车架或车身的位移特性的连接装置统称为导向机构。导向机构决定了车轮跳动时的运动轨迹和车轮定位参数的变化，以及汽车前后侧倾中心及纵倾中心的位置，从而在很大程度上影响了整车的操纵稳定性和抗纵倾能力。在有些悬架中还有缓冲块和横向稳定杆。尽管一百多年来汽车悬架从结构型式到作用原理一直在不断地演进，但从结构功能而言，它都是由弹性元件、减振装置和导向机构三部分组成。在有些情况下，某一零部件兼起两种或三种作用，比如钢板弹簧兼起弹性元件及导向机构的作用，麦克弗逊悬梁(McPherson suspension，或称滑枝摆臂式独立悬架)中的减振器枝兼起减振器及部分导向机构的作用，有些主动悬架中的作动器则具有弹性元件、减振器和部分导向机构的功能。悬架是汽车几大系统当中主要总成之一，悬架的设计是否合理直接关系到汽车的使用性能的好坏，并且汽车悬架和悬挂质量、非悬挂质量构成了一个振动系统，该振动系统的特性很大程度上决定了汽车的行驶平顺性，并进一步影响到汽车的行驶车速、燃油经济性和运营经济性。该振动系统也决定了汽车承载系和行驶系许多零部件的动载，并进而影响到这些零件的使用寿命。此外，悬架对整车操纵稳定性、抗纵倾能力也起着决定性的作用。因而在设计悬架时必须考虑以下几个方面的要求：(1)通过合理设计悬架的弹性12螺旋弹簧非独立悬架 特性及阻尼特性确保汽车具有良好的行驶平顺性，即具有较低的振动频率、较小的振动加速度值和合适的减振性能，并能避免在悬架的压缩或伸张行程极限点发生硬冲击，同时还要保证轮胎具有足够的接地能力；(2)合理设计导向机构，以确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩的可靠传递，保证车轮跳动时车轮定位参数的变化不会过大，并且能满足汽车具有良好的操纵稳定性的要求；(3)导向机构的运动应与转向杆系的运动相协调，避免发生运动十涉，否则可能引发转向轮摆振；(4)侧摆中心及纵倾中心位置恰当，汽车转向时具有抗侧倾能力，汽车制动和加速时能保持车身的稳定，避免发生汽车在制动和加速时的车身纵倾(即所谓“点头”和“后仰”)；(5)悬架构件的质量要令尤其是其非悬挂部分的质量要尽量小；(6)便于布置，在轿车设计中特别要考虑给发动机及行李箱留出足够的空间；(7)所有零部件应具有足够的强度和使用寿命；(8)制造成本低；(9)便于维修、保养。为了满足汽车具有良好的行使平顺性，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适应于合适的频段，并尽可能的低。前后悬架的固有频率的匹配应合理，对轿车，要求前悬架的固有频率略低于后悬架的固有频率，还要求尽量避免悬架撞击悬架。在簧上质量变化的情况下，车身的高度变化要小，因此，要用非线性弹性特性的悬架。汽车在不平的路面上行使时，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。利用减振器的阻尼作用，使汽车的振动幅度连续减小，直至振动停止。要正确的选择悬架的方案参数，在车轮上下跳动时，使主销的定位参数变化不大、车轮运动与到向机构运动要协调，避免前轮摆振；汽车转向时，应使之具有不足转向特性。独立悬架导向杆系数铰接处多用橡胶的衬套，能隔绝车轮来自不平路面上的冲击向车身的传递。悬架是汽车几大系统中主要总成之一，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和车驾（或车身）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，以保证汽车的行驶平顺性。悬架结构是否合理直接影响到车辆行驶平顺性、操纵稳定性、乘坐舒适性和运行安全性。1.2 课题研究的目的及意义悬架是汽车几大系统中主要总成之一，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和车驾（或车身）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，以保证汽车的行驶平顺性。悬架结构是否合理直接影响到车辆行驶平顺性、操纵稳定性、乘坐舒适性和运行安全性。该课题研究为悬架设计开发开拓了更加科学的方法，结合汽车设计，解决运动学及动力学问题，从而提高设计质量。此课题研究也必将为提高我国汽车工业产品自主开发能力做出贡献。1.3 课题研究的主要内容1前后悬架设计1）参数选择：固有频率、刚度、阻尼系数及缸径。2）悬架结构设计3）稳定杆计算及结构设计2弹性元件设计螺旋弹簧的计算3减振器的设计阻尼系数确定及缸径确定4平顺性分析建立2自由度模型，应用MATLAB进行平顺性分析第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（Individual wheel suspension）是车轮通过各自独立的悬架与车架（或车身）相连。每个车轮单独通过一套悬挂安装于车身或者车桥上，车桥采用断开式，中间一段固定于车架或者车身上；此种悬挂两边车轮受冲击时互不影响，而且由于非悬挂质量较轻；缓冲与减震能力很强，乘坐舒适。各项指标都优于非独立式悬挂，但该悬挂结构复杂，而且还会使驱动桥、转向系变得复杂起来。采用此种悬挂的有下面两大类车辆。 21独立悬架1.轿车、客车及载人车辆。可明显提高乘坐舒适性，并且在高速行驶时提高汽车的行驶稳定性。 2.越野车辆、军用车辆和矿山车辆。在坏路和无路的情说下，可保证全部车轮与地面的接触，提高汽车的行驶稳定性和附着性，发挥汽车的行驶速度。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。目前采用较多的有以下三种形式：(1) 双横臂式，(2) 麦弗逊式，(3)斜置单臂式。1）双横臂式（双叉式）独立悬架双横臂式独立悬架。上下两摆臂不等长，选择长度比例合适，可使车轮和主销的角度及轮距变化不大。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。不等臂双横臂上臂比下臂短。当汽车车轮上下运动时，上臂比下臂运动弧度小。这将使轮胎上部轻微地内外移动，而底部影响很小。这种结构有利于减少轮胎磨损，提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。2）麦弗逊式独立悬架（滑柱摆臂式或叫支柱式等） 麦弗逊悬挂通常由两个基本部分组成：支柱式减震器和A字型托臂。之所以叫减震器支柱是因为它除了减震还有支撑整个车身的作用，他的结构很紧凑，把减震器和减震弹簧集成在一起，组成一个可以上下运动的滑柱；下托臂通常是A字型的设计，用于给车轮提供部分横向支撑力，以及承受全部的前后方向应力。整个车体的重量和汽车在运动时车轮承受的所有冲击就靠这两个部件承担。所以麦弗逊的一个最大的设计特点就是结构简单，结构简单能带来两个直接好处那就是：悬挂重量轻和占用空间小。我们知道，汽车悬挂属于运动部件，运动部件越轻，那么悬挂响应速度和回弹速度就会越快，所以悬挂的减震能力也就越强；而且悬挂质量减轻也意味着弹簧下质量减轻，那么在车身重量一定的情况下，舒适性也越好。占用空间小，发动机仓可以布置下更大的发动机，而且发动机能够随意放置。在中型车上能放下大型发动机，在小型车上也能放下中型发动机，让各种发动机的匹配更灵活。3）斜置单臂式独立悬架这种悬架是单横臂和单纵臂独立悬架的折衷方案。其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角的轴线摆动，选择合适的交角可以满足汽车操纵稳定性要求。这种悬架适于做后悬架。4）多杆式独立悬架独立悬架中多采用螺旋弹簧，因而对于侧向力，垂直力以及纵向力需加设导向装置即采用杆件来承受和传递这些力。因而一些轿车上为减轻车重和简化结构采用多杆式悬架。上连杆用支架与车身(或车架)相连，上连杆外端与第三连杆相连。上杆的两端都装有橡胶隔振套。第三连杆的下端通过重型止推轴承与转向节连接。下连杆与普通的下摆臂相同，下连杆的内端通过橡胶隔振套与前横梁相连接。球铰将下连杆的外端与转向节相连。多杆纱前悬架系统的主销轴线从下球铰延伸到上面的轴承，它与上连杆和第三连杆无关。多杆悬架系统具有良好操纵稳定性，可减小轮胎摩损。这种悬架减振器和螺旋弹簧不象麦弗逊悬架那样沿转向节转动。优点：由于采用断开式车轴，可以降低发动机及整车底板高度；允许车轮有较大的跳动空间，弹簧可以设计得比较软，平顺性好；能保证汽车行驶性能得多样设计；簧载质量小，轮胎接地性好。不过，独立悬架存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点。现代轿车大都是采用独立式悬架，按其结构形式的不同，独立悬架又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬架等。派力奥、西耶那轿车前悬采用的是MC pherson麦弗逊式（滑柱连杆式）独立悬架。这种悬架采用的是通过减振器上固 定点和横梁叉形臂的下固定点与车身相连组成的悬架形式。它的优点是具有良好的操纵稳定性，车辆侧倾幅度较小，且后轮寻迹性相当好。2.2 非独立悬架结构特点非独立悬架是相对与独立悬架（individual wheel suspension）的车轮结构。非独立悬架的结构特点是两侧车轮由一根整体式车架相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬架悬挂在车架或车身的下面。非独立悬架具有结构简单、成本低、强度高、保养容易、行车中前轮定位变化小的优点，但由于其舒适性及操纵稳定性都较差，在现代轿车中基本上已不再使用，多用在货车和大客车上。非独立式悬架的两侧车轮安装于一根整体式车桥上，车桥通过悬挂与车架相连。这种悬挂结构简单，传力可靠，但两轮受冲击震动时互相影响。而且由于非悬挂质量较重，悬挂的缓冲性能较差，行驶时汽车振动，冲击较大。该悬挂一般多用于载重汽车、普通客车和一些其他车辆上。非独立悬架的优点有： (1)结构简单，制造、维护方便，经济性好； (2)工作可靠，使用寿命长； (3)车轮跳动时，轮距、前束不变，因而轮胎磨损小； (4)转向时，车身例倾后车轮的外倾角不变，传递侧向力的能力不降低； (5)侧倾中心位置较高，有利于减小转向时车身的侧倾角。其不足之处在于： 1)由于车桥与车轮一起跳动，因而需要较大的空间，影响发动机或行李箱的布置。用于轿车或载货汽车的前悬架时，一般需要拾高发动机或是将车桥(轴)做成中间下凹的形状以利发动机布置，这将增加制造成本；用于轿车后悬架时，会导致行李箱容积减小，备胎的布置也不方便； 2)用于驱动桥时，会使得非悬挂质量较大，不利于汽车的行驶乎顺性及轮胎的接地性能； 3)当两侧车轮跳动高度不一致时(例如左右车轮驶过的凸起高度不同)，整根车桥会倾斜，使左右车轮直接相互影响； 4)在不平路面直线行驶时，由于左右车轮跳动不一致而导致的轴转向会降低直线行驶的稳定性；5)用于驱动桥时，驱动桥的输入转矩会引起左右车轮负荷转移。2.3 前后悬架结构方案独立悬架按照结构型式可分为单横臂式、双横臂式、单纵臂式、双纵臂式、单斜臂式麦弗逊式和多连杆式。单横臂式独立悬架：单横臂独立悬架的特点是当悬架变形时，车轮平面将产生生倾斜而改变两侧车轮与路面接触点间的距离轮距，致使轮胎相对于地面侧向滑移，破坏轮胎和地面的附着。此外，这种悬架用于转向轮时，会使主销内侧角和车轮外倾角发生较大的变化，对于转向操纵有一定影响，故目前在前悬架中很少采用。但是，由于结构简单、紧凑、布置方便等原因，在车速不太高的重型越野车上也有采用的。例如太脱拉138型和148型越野车的前悬架，就是采用这种单横臂式独立悬架，其弹性元件是扭弹簧。双横臂式独立悬架：双横臂式独立悬架按上下横臂是否等长，又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种悬架。双横臂式独立悬架的两个摆臂长度可以相等，也可以不相等。两摆臂等长的悬架车轮上下跳动时车轮平面没有倾斜，但轮距却发生了较大的变化，这将增加车轮侧身滑移的可能性，并且造成轮胎磨损严重，现已很少用。在摆臂不等长的独立悬架中，如将两臂长度选择适当，可以使车轮和主销的角度以有轮距的变化都不太大。不大的轮距变化在轮胎较软时可以由轮胎变形来适应，目前轿车的轮胎可容许轮距的改变在每个车轮上达到45mm而不致使车轮沿路面滑移。目前不等长双横臂式悬架已广泛应用在轿车的前后悬架上，部分运动型轿车及赛车的后轮也采用这一悬架结构。单纵臂式独立悬架：转向轮采用这种悬架时，车轮上下跳动将使主销后倾角产生很大变化。因此，单纵臂式独立悬架不适宜做前悬架。双纵臂式独立悬架：两个纵臂长度一般做成相等，形成平等四连杆机构。这样，在车轮上下跳动时，主销后倾角保持不变，适用于转向轮。但因其上下跳动的范围比麦弗逊式的小，因此较少用于SUV轿车；单斜臂式独立悬架：此悬架兼有单横臂和单纵臂式独立悬架的特点，多用于后轮驱动的汽车后悬架上。多连杆式独立悬架是由多根杆件组合起来控制车轮的位置变化的悬架。多连杆能使车轮绕着与汽车纵轴线成一定角度的轴线内摆动，是横臂式和纵臂式的折衷方案，适当地选择摆臂轴线与汽车纵轴线所成的夹角，可不同程度地获得横臂式与纵臂式悬架的特点，能满足不同的使用性能要求。但是多连杆式悬架结构复杂昂贵，不便于发动机布置，因此多应用于后悬架。麦弗逊式独立悬架：滑柱摆臂式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。这种悬架允许滑柱上端作少许角位移。正因为这种型式的悬架内侧空间大，有利于发动机布置，能够降低车子的重心，因此许多轿车与多功能乘用车上采用了这种悬架。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。特点：侧倾中心比较高、车轮定位参数和轮距变化很小、悬架侧倾角刚度较大可不装横向稳定器、横向刚度大、占用空间小结构紧凑。所以从经济性、行驶平顺、稳定性以及占用空间等几方面因素考虑，所设计的前独立悬架采用车轮定位参数和轮距变化很小、横向刚度大、占用空间小结构紧凑、便于发动机布置的麦弗逊式独立悬架。非独立悬架按照结构型式可分为钢板弹簧式非独立悬架和二连杆式螺旋弹簧非 22钢板弹簧非独立悬架独立悬架。1）钢板弹簧式非独立悬架钢板弹簧被用做非独立悬架的弹性元件，由于它兼起导向机构的作用，使得悬架系统大为简化。如下图2所示。这种悬架广泛用于货车的前、后悬架中。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。钢板弹簧式非独立悬架结构简单工作可靠，但其减振效果不太理想，多应用于货车。2）空气弹簧非独立悬架汽车在行驶时由于载荷和路面的变化，要求悬架刚度随着变化。当空车时车身被抬高，满载时车身则被压得很低，会出现撞击缓冲块的情况。因而对于不同类型汽车提出不同的要求，矿山及大型客车要求其空车与满载时的车身高度变化不大；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。3）二连式螺旋弹簧非独立悬架二连式螺旋弹簧非独立悬架是一种复合式悬架，装有该类后悬架的轿车，其后桥的结构形式对后悬架的刚度特性有重要影响。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。而采用螺旋弹簧、空气弹簧（主要用于商用车上）的非独立悬架都必须设置能约束车轴运动的导向杆。螺旋弹簧非独立悬架多见于皮卡、越野车和一些廉价小轿车的后桥上。二连式螺旋弹簧非独立悬架的主要优点是：汽车在制动状态可以按司机的意图进行平稳地转向，其不足之处是汽车高速时有轴摆动现象。螺旋弹簧非独立悬架系统具有良好操纵稳定性，可减小轮胎磨损。因此对于平顺性要求高的SUV后悬架，设计时采用 23螺旋弹簧非独立悬架钢板弹簧式非独立悬架显然不太合适。二连杆式螺旋弹簧非独立悬架在性能表现上两连杆与麦弗逊悬架有许多相似之处，优点在于重量轻、减震响应速度快，故选择二连杆式螺旋弹簧非独立悬架做为后悬架。2.4 辅助元件2.4.1 横向稳定器通过减小悬架的垂直刚度c，能减低车身的振动固有频率n，达到改善汽车平顺性的目的。但因为悬架的侧倾角刚度c和垂直刚度的之间c的正比的关系，所以减小垂直刚度c的同时使侧倾角刚度减小，并使侧倾角增加，结果车厢中的成员会感到不舒服和降低了行车的安全感。解决这一矛盾的主要方法就是在汽车上安装横向稳定器。有了横向稳定器，就可以做到在不增大悬架垂直刚度的前提下，增大悬架的侧倾角刚度。汽车转弯是产生侧倾力矩，使内外侧车轮的负荷发生转移且影响车轮侧偏角刚度和车轮侧偏角的变化。前后轴车轮负荷的转移大小，主要取决于前后悬架的侧倾角刚度值。当前后悬架侧倾角刚度值大于后悬架的侧倾角刚度值时，前轴的负荷大于后轴车轮的负荷转移，并使前轮侧倾角大于后轮的侧倾角，以保证汽车具有不足转向特性。在汽车悬架上设计横向稳定器，能增大前悬架的侧倾角刚度。本次设计选用的横向稳定器是杆式横向稳定器。它具有结构简单，不易发生运动干涉的特点。杆式横向稳定器在车身和车架倾斜时稳定杆两边的纵向部分向不同方向偏转，于是稳定杆便被扭转。弹性的稳定杆所产生的扭转的内力矩就妨碍了悬架弹簧的变形，因而减小了车身的横向倾斜和横向角振动。2.4.2 弹性元件悬架的弹性元件包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧等。采用螺旋弹簧作弹性元件的悬架系统，具有无需润滑，不忌泥污，安置它所需的纵向空间不大，弹簧质量轻等优点。同时螺旋弹簧只能承受垂直载荷，故必须设置导向机构以传递垂直力以外的各种力和力矩。第3章 技术参数确定与计算3.1 自振频率对于大多数汽车而言，其悬挂质量分配系数，因而可以近似地认为1，即前、后桥上方车身部分的集中质量的垂向振动是相互独立的，并用偏频,表示各自的自由振动频率。偏频越小，则汽车的平顺性越好。一般对于采用钢制弹簧的轿车，约为11.3Hz（6080次/min）, 约为1.171.5Hz(7090次/min),非常接近人体步行时的自然频率。载货汽车的偏频略高于轿车，前悬架约为1.3Hz,后悬架则可能超过1.5Hz。为了减少汽车的角振动，一般汽车前、后悬架偏频之比约为。本次设计的SUV前悬架自振频率1.2Hz,后悬架自振频率1.3Hz。3.2 悬架刚度悬架刚度的计算公式由，则W悬架的角速度，W=2fK悬架的角刚度M簧上质量即K=W2m所以前悬架的刚度后悬架的刚度3.3 悬架静挠度悬架静挠度是指汽车满载静止时悬架上的载荷与此时悬架刚度K之比，即/K。汽车前、后悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车的行使平顺性的主要参数之一。对于刚度为常数的悬架，静挠度fc完全由所选择的自振频率所决定：前悬架的静挠度为。后悬架的静挠度为。轿车的静挠度取值范围如下：100300mm，所以我的选择满足条件。3.4 悬架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。要求悬架应有足够大的动挠度，以防止在坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块。通常。前悬架动挠度后悬架动挠度图为了得到良好的平顺性，应当采用较软的悬架以降低偏频，但软的悬架在一定载荷下其变3-1悬架挠度 形也大，对于一般轿车而言，悬架总的工作行程即静挠度与动挠度之和应当不小于160mm。动挠度与静挠度的总和为：fc1+fd1=172+103=275mm fc2+fd2=147+88=235mm第4章 弹性元件的设计计算4.1 前悬架弹簧（麦弗逊悬架）螺旋弹簧作为弹性元件，由于其结构简单、制造方便及有高的比热容量，因此在现代轻型以下汽车的悬架中应用的相当普遍，特别是在轿车中，由于要求良好的舒适性和悬架导向机构在大摆动下仍具有保持车轮角定位的能力，因此螺旋弹簧悬架早就取代了钢板弹簧悬架。螺旋弹簧在悬架布置中可以在弹簧内部安装减振器、行程限位块或导向柱使结构紧凑。4.1.1 螺旋弹簧的端部形状螺旋弹簧端部可以碾细、并紧，直角切断或向内弯曲，我选择的典型结构为两端碾细亦在绕制弹簧之前将钢丝两端碾细，碾细部分长度在饶后约占240，末端厚度为钢丝直径的1/3左右，绕后末端几乎贴近相邻的一圈弹簧。必要时，两端都要磨平。这种结构的优点是节约材料，占用垂直空间小，特别是由于两端都平整，安装时可以随意的传动，因而设计时可以取圈数任意值，不必限于整数。其缺点是碾细需要专门的工序和设备，增加了制造成本。4.1.2 螺旋弹簧的参数计算悬架刚度与弹簧刚度的关系为可得出弹簧刚度前悬架弹簧刚度后悬架弹簧刚度螺旋受力根据螺旋受力4780N确定合金弹簧钢丝材料的许用剪切应力=700N/mm螺旋弹簧的强度条件表达式为式中K曲度系数，按下式计算，其中弹性指数C7弹簧丝直径d的设计计算式为取螺旋弹簧中径螺旋弹簧外径螺旋弹簧内径节距螺旋升角自由高度PZ+1.5d307+1.513230mm4.1.3 弹簧圈数两圈间隙=Pd=301317mm考虑到螺旋弹簧的工作圈数Z对于压缩后的螺旋弹簧高度及下摆臂与车身的相对位置有很大影响，故Z取7。总圈数Z+294.2 后悬架弹簧（二连杆悬架）4.2.1 螺旋弹簧的参数计算悬架刚度与弹簧刚度的关系为可得出弹簧刚度前悬架弹簧刚度后悬架弹簧刚度螺旋受力根据螺旋受力5119N确定合金弹簧钢丝材料的许用剪切应力=700N/mm螺旋弹簧的强度条件表达式为式中K曲度系数，按下式计算，其中弹性指数C7弹簧丝直径d的设计计算式为取螺旋弹簧中径螺旋弹簧外径螺旋弹簧内径节距螺旋升角自由高度PZ+1.5d307+1.513230mm4.2.2 弹簧圈数两圈间隙=Pd=301317mm工作圈数Z取7。总圈数Z+29第5章 减振器设计5.1 减振器概述悬架系统中由于弹性元件受冲击产生振动，为改善汽车行驶平顺性，悬架中与弹性元件并联安装减振器，为衰减振动，汽车悬架系统中采用减振器多是液力减振器，液力减振器的工作原理是，当车架和车桥作往复的相对运动而活塞在钢筒内作往复的运动时，减振器壳底内的油液便反复的通过一些窄小的空隙流入另一内腔。此时孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼力，使车身和车架的振动能量转化成为热能被油液和减振器壳所吸引，然后散到大气中。减振器的阻尼力的大小随车架和车桥相对速度的增减而增减，并且与油液的黏度有关。要求油液的黏度受温度的变化的影响近可能的小，且具有抗氧化性，抗汽化以及对各种金属和非金属零件不起腐蚀的作用等性能。减振器的阻尼力越大，振动消除的越快，但却使串联的弹性元件的作用发挥的作用不能充分的发挥，同时，过大的阻尼力还可能导致减振器连接零件及车架的损坏。为解决弹性元件与减振器之间的这一矛盾，对减振器提出了如下的要求：(1) 在压缩行程（车桥和车架相互靠近），减振器阻尼力较小，以便充分发挥弹性元件的弹性作用，缓和冲击。这时，弹性元件起主要作用。 (2) 在悬架伸张行程中（车桥和车架相互远离），减振器阻尼力应该大，迅速减振。 (3) 当车桥与车桥间的相对速度过大时，要求减振器能自动加大液流量，使阻尼力始终保持在一定限度之内，以避免承受过大的冲击载荷。5.2 减振器分类减振器按结构形式的不同可分为：筒式减振器和摇臂式减振器。虽然摇臂式能够在较大的工作压力下（1020MP）工作，但由于它的工作特性受活塞的磨损和工作温度变化影响大，现在已经被淘汰。筒式减振器的工作压力仅为2.55MP，但是由于工作性能稳定而得到广泛应用。减振器按作用方式不同，可分为单向作用减振器和双向作用减振器。在压缩和伸张行程都能起作用的减振器被称为双向作用减振器；单向作用减振器仅在伸张行程起作用。双向作用减振器具有工作性能稳定、干摩擦阻力、噪声低、总长度短等优点，在乘用车上得到越来越多的应用。5.3 减振器主要性能参数5.5.1 相对阻尼系数在减振器卸荷阀打开前，其中的阻力F与减振器振动速度V之间的关系为 FV，式中为减振器阻尼系数。减振器的性能通常用阻力-速度特性图表示。如下图3-6所示。该图具有如下的特点：阻力-速度特性由四段近似的直线线段组成，其中的压缩行程和伸张行程的阻力速度各占两段；各段特性的指明时，减振器的阻尼系数是指当卸荷阀开启前的阻尼系数而言。通常的压缩行程的阻尼系数y=Fy/Vy与伸张行程的阻尼系数s=Fs/Vs不等。图5-1减振器特性（a）阻力位移特性 （b）阻力速度特性汽车悬架有阻尼后，簧上质量的振动是周期衰减的振动，用相对阻尼系数来表示评定振动衰减的快慢程度。的表达方式为 =/2（cms）1/2式中 C悬架系统的垂直刚度； ms簧上质量；相对阻尼系数的物理意义是：减振器的阻尼作用在于不同的刚度c和不同的簧载质量ms的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效果。值小则反之。通常情况下，将压缩行程时的阻尼系数y取的小些，将伸张行程时的阻尼系数s取的大些。两者之间的保持y=（0.250.50）s的关系。设计时，先取y与s的平均值。对于无内摩擦的弹性元件悬架，取=0.250.35；对于有内摩擦的弹性元件悬架，s0.3；为了避免悬架碰撞车架，取y=0.5s。此次设计的前悬架=0.3；后悬架=0.35.5.2 减振器阻尼系数