完整版SUV轿车悬架系统设计说明书毕业设计Word格式文档下载.docx

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第1章绪论1

1.1悬架系统概述1

1.2课题研究的目的及意义3

1.3课题研究的主要内容4

第2章前、后悬架结构的选择4

2.1独立悬架结构特点4

2.2非独立悬架结构特点6

2.3前后悬架结构方案7

2.4辅助元件10

2.4.1横向稳定器10

2.4.2弹性元件10

第3章技术参数确定与计算11

3.1自振频率11

3.2悬架刚度11

3.3悬架静挠度11

3.4悬架动挠度12

第4章弹性元件的设计计算13

4.1前悬架弹簧（麦弗逊悬架）13

4.1.1螺旋弹簧的端部形状13

4.1.2螺旋弹簧的参数计算13

4.1.3弹簧圈数14

4.2后悬架弹簧（二连杆悬架）14

4.2.1螺旋弹簧的参数计算14

4.2.2弹簧圈数15

第5章减振器设计16

5.1减振器概述16

5.2减振器分类16

5.3减振器主要性能参数17

5.5.1相对阻尼系数17

5.5.2减振器阻尼系数18

5.4最大卸荷力18

5.5筒式减振器主要尺寸18

5.5.1筒式减振器工作直径18

5.5.2油筒直径19

第6章横向稳定器设计19

第7章平顺性分析21

7.1平顺性概念21

7.2汽车平顺性的研究方法21

7.3汽车振动系统模型的建立22

7.4平顺性的评价方法24

7.5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Ⅰ29

附录Ⅱ41

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1－1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（McPhersonsuspension，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

1－2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

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（Individualwheelsuspension）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。

2－1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MCpherson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（individualwheelsuspension）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4～5mm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2－2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