红旗世纪星轿车悬架设计学士学位论文

本科生毕业设计（论文）PAGEI摘要随着汽车工业的发展，人们对汽车的乘坐舒适性和安全性的要求逐渐提高，而悬架对汽车这一方面性能有很大的影响。因此对汽车的悬架系统和减振器也提出了更高的要求。本次设计主要内容是：红旗世纪星轿车的前、后悬架系统的结构设计，根据当前轿车悬架的发展情况，本设计的轿车前后悬架均采用独立悬架的形式,并且前后悬均采用比较流行的麦弗逊悬架。根据确定的结构选取悬架的自振频率，从而可以计算出悬架的刚度、静挠度和动挠度。采用以上数据计算弹性元件尺寸并且进行应力校核。在设计减振器时，根据阻尼系数和最大卸荷力来计算选取减振器的主要尺寸。然后再依次确定导向机构和横向稳定杆。在所有结构尺寸确定后采用CAXA软件绘制前后悬架的装配图和零件图。利用Matlab软件对悬架系统的平顺性进行了编程分析,论证了该系统设计方案的合理正确性，能够满足实际的需要。关键词：悬架；汽车减振器；平顺性；导向机构

AbstractWiththedevelopmentoftheAutomobileindustry,peoplehavebeenpromotingtherequirementforthesafetyandridecomfortqualityofthevehicle.andsuspensionsysteminfluencethisaspectofperformancealot.Asaresult,thereisahigherdemandonthesuspensionandtheshockabsorbersystemofthevehicle.whilethecar'ssuspensionsystemalsomadehighdemands.TheprojectmainlyincludesthedesignofconstructionofHongQifrontandrearsuspensionsystem.Basedonthecurrentdevelopmentsinthecarsuspension,thedesignofthecarbeforeandafterthesuspensionareusedintheformofindependentsuspension.BeforeandafterthehangingandareusedmorepopularMcPhersonsuspension.Accordingtodeterminethestructureoftheselectedsuspensionnaturalfrequency,whichcancalculatethestiffnessofthesuspension,staticanddynamicdeflectiondeflection.Moreflexibleuseofdataofcomponentsandsizeofastresscheck.Inthedesignofshockabsorber,inaccordancewiththelargestdampingandunloadingofthetermsofthemainshockabsorberselectedsize.ThenbodieswereidentifiedandhorizontalorientationWendingGan.whenallstructuresizearedetermined,usingCAXAmappingsoftwareinbeforeandafterthesuspensionoftheassemblyandpartsplans.Matlabsoftwareprogramminganalysiswasusedintheridesuspensionsystem.,demonstrationofthesystemdesignofreasonableaccuracy,tomeettheactualneeds.Keywords:Suspension;Automobileshockabsorber;Ridecomfort;Guidemechnism

目录TOC\o"1-3"\f\h\z第1章绪论 11.1悬架简介 11.2设计要求： 1第2章前、后悬架结构的选择 32.1独立悬架结构特点 32.2独立悬架结构形式及评价指标分析 32.3前后悬架结构方案 42.4辅助元件 52.4.1横向稳定杆图 52.4.2导向机构 6第3章技术参数确定与计算 73.1自振频率 73.2悬架刚度 73.3悬架静挠度 73.4悬架动挠度 83.5悬架弹性特性曲线 8第4章弹性元件的设计计算 94.1前悬架弹簧 94.1.1弹簧中径、钢丝直径、及结构形式 94.1.2弹簧圈数 94.1.3簧完全并紧时的高度 94.1.4应力校核 104.2后悬架弹簧 104.2.1弹簧中径、钢丝直径、及结构形式 104.2.2弹簧圈数 104.2.3弹簧完全并紧时的高度 114.2.4应力校核 11第5章悬架导向机构的设计 125.1导向机构设计要求 125.2麦弗逊独立悬架示意图 125.3导向机构受力分析 135.4横臂轴线布置方式 145.5导向机构的布置参数 145.5.1侧倾中心 145.5.2纵倾中心 155.5.3抗制动纵倾性（抗制动前俯角） 155.5.4抗驱动纵倾性（抗驱动后仰角） 165.5.5悬架横臂的定位角 16第6章减振器设计 176.1减振器概述 176.2减振器分类 176.3减振器主要性能参数 186.3.1相对阻尼系数 186.3.2减振器阻尼系数 196.4最大卸荷力 206.5筒式减振器主要尺寸 206.5.1筒式减振器工作直径 206.5.2油筒直径 21第7章横向稳定杆设计 22第8章平顺性分析 248.1平顺性概念 248.21/4汽车振动系统模型 248.3车身加速度的幅频特性 268.4相对动载的幅频特性 278.5悬架动挠度的幅频特性 288.6影响平顺性的因素 298.6.1结构参数对平顺性的影响 298.6.2使用因素对平顺性的影响 29第9章结论 30参考文献 31致谢 32附录Ⅰ 33附录II 43PAGE45第1章绪论悬架简介悬架是汽车的车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称。其功用是把路面作用于车轮上的垂直反力，纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传递到车架（或承载式车身）上，以保证汽车的正常行驶。外表看似简单的悬挂系统综合多种作用力，决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性，是现代轿车十分关键的部件之一。汽车悬架包括弹性元件，减振器和导向机构等三部分，这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。从轿车上来讲，弹性元件多指螺旋弹簧，它承受垂直载荷，缓和及抑制不平路面对车体的冲击，具有占用空间小，质量小，无需润滑的优点，但没有减振作用。减振器多指液力减振器，作用是加速衰减车身的振动。导向机构是指车架的上下摆臂等叉形刚架、转向节等元件，用来传递纵向力，侧向力及力矩，并保证车轮相对于车架(或车身)有确定的相对运动规律。按结构特点分，悬架主要分为两大类，独立悬架和非独立悬架。本设计主要介绍独立悬架。非独立悬架的车轮装在一根整体车轴的两端，当一边车轮跳动时，影响另一侧车轮也作相应的跳动，使整个车身振动或倾斜，汽车的平稳性和舒适性较差，但由于构造较简单，承载力大，目前仍有部分轿车的后悬架采用这种型式。独立悬架的车轴分成两段，每只车轮用螺旋弹簧独立地安装在车架(或车身)下面，当一边车轮发生跳动时，另一边车轮不受波及，汽车的平稳性和舒适性好。但这种悬架构造较复杂，承载力小。现代轿车前后悬架大都采用了独立悬架，并已成为一种发展趋势。1.2设计要求：汽车悬架和簧载质量质量、非簧载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）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）有良好的隔音能力；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，在满足零部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。为了满足汽车具有良好的行驶平顺性，要求簧上质量与弹性元件组成的振系统的固有频率应在合适的频段，并尽可能低。前、后悬架固有频率的匹配应合理，对于轿车，要求前悬架的固有频率略低于后悬架的固有频率，还要尽量避免悬架撞击车架（或车身）。汽车在不平路面行驶时，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。阻尼值取大，能使振动迅速衰减，但会把路面较大的冲击传递到车身，阻尼值取小，振动衰减慢，受冲击后振动持续时间长，使乘客感到不舒服。为充分发挥弹簧在压缩行程中作用，常把压缩行程的阻尼比设计得比伸张行程小。利用减振器的阻尼作用，使汽车振动的振幅减小，直至振动停止。适当地选择悬架方案和参数，在车轮上、下跳动时，使主销定位角变化不大、车轮运动与导向机构运动要协调，避免前轮摆振；汽车转向时，应使之稍有不足转向特性。独立悬架导向杆系铰接处多采用橡胶衬套，能隔绝车轮所受来自路面的冲击向车身的传递。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的结构特点是车桥做成断开的，两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性连接。两侧车轮可以单独跳动，互不影响。独立悬架的优点是：悬架弹性元件在一定的变形范围内，两侧车轮可以单独运动，而互不影响，这样在不平道路上行驶时可减少车架和车身的振动，而且有助于消除转向轮不断偏摆的不良现象；减少了汽车的非簧载质量。在非独立悬架的情况下，整个车桥和车轮都属于非簧载质量部分。在用独立悬架时，对驱动桥而言，由于主减速器，差速器及其外壳都固定在车架上，成了簧载质量；对转向桥而言，它仅具有转向主销和转向节，而中部的整体梁不再存在。所以在采用独立悬架时，非簧载质量只包括车轮质量和悬架系统中的一部分零件的全部或部分质量，显然比用非独立悬架时的非簧载质量要小得多。在道路条件和车速相同时，非簧载质量越小，则悬架所受到的冲击载荷也越小。故采用独立悬架可以提高汽车的平均行驶速度；采用断开式车桥，发动机总成的位置便可以降低和前移，使汽车质心下降，提高了汽车行驶稳定性。同时能给与车轮较大的上下运动的空间，因而可以将悬架刚度设计得较小，使车身振动频率降低，以改善行驶平顺性；左、右车轮独自运动互不影响，可减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力；独立悬架可提供多种方案供设计人员选用，以满足不同设计要求。独立悬架的缺点是结构复杂，成本较高，维修困难。这种悬架主要用于乘用车和部分质量不大的商用车上。2.2独立悬架结构形式及评价指标分析独立悬架可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬架等形式。评价时常从以下几个方面进行：（1）侧倾中心高度汽车在侧向力作用下，车身在通过左、右车轮中心的横向垂直平面内发生侧倾时，相对于地面的瞬时转动中心，称为侧倾中心。侧倾中心到地面的距离，称为侧倾中心高度。侧倾中心位置高，它到车身质心的距离缩短，可使侧向力臂及侧倾力矩小些，车身的侧倾角也会减小。但侧倾中心过高，会使车身倾斜时轮距变化大，加快轮胎的磨损。（2）车轮定位参数的变化车轮相对车身上、下跳动时，主销内倾角、主销后倾角、车轮外倾角及车轮前束等定位参数会发生变化。若主销内倾角变化大，容易使转向轮产生摆振；若车轮外倾角变化大，会影响汽车的直线行驶稳定性，同时也会影响轮距的变化和轮胎的磨损速度。（3）悬架侧倾角刚度当汽车作稳态圆周行驶时，在侧向力作用下，车厢绕侧倾轴线转动，并将此转动角称之为车厢侧倾角。车厢侧倾角与侧倾力矩和悬架总的侧倾角刚度大小有关，并影响汽车的操纵稳定性和平顺性。（4）横向刚度悬架的横向刚度影响操纵稳定性。若用于转向轴上的悬架横向刚度小，则容易造成转向轮发生摆振现象。悬架不同占用的空间尺寸不同，占用横向尺寸大的悬架影响发动机的布置和从车上拆装发动机的困难程度。占用空间小的悬架，则允许行李箱宽敞，而且底部平整，布置油箱容易。因此，悬架占用的空间尺寸也用来作为评价指标之一。2.3前后悬架结构方案目前轿车的前后悬架采用的方案有：前轮和后轮均架采用独立悬；前轮用独立悬架，后轮用非独立悬架。我所设计的是前、后均采用独立悬架。因为独立悬架具有如下优点是：质量轻，减少了车身受到的冲击，并提高了车轮的地面附着力；可用刚度小的较软弹簧，改善汽车的舒适性；可以使发动机位置降低，汽车重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性；左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和震动。不过，独立悬架存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点。现代轿车上大都采用独立式悬架，此次设计为：前、后悬架均为麦弗逊式悬架。如图2—1所示，麦弗逊式独立悬架也称滑柱连杆式悬架，它是由滑动立柱和横摆臂组成。该结构可看做是烛式悬架的改进型，由于增加了横摆臂改善了滑动立柱的受力状况。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。这种悬架将双横臂上臂去掉并以橡胶做支承，允许滑柱上端作少许角位移。内侧空间大，有利于发动机布置，并降低车子的重心。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。以上问题可通过调整杆系设计布置合理得到解决。筒式减振器装在滑柱桶内，滑柱桶与转向节刚性连接，螺旋弹簧安装在滑柱桶及转向节总成上端的支承座内，弹簧上端通过软垫支承在车身连接的前簧上座内，滑柱桶的下端通过球铰链与悬架的横摆臂相连。当车轮上下运动时，滑柱桶及转向节总成沿减振器活塞运动轴线移动，同时，滑柱桶的下支点还随横摆臂摆动。该悬架突出的优点是增大了两前轮内侧的空间，便于发动机和其他一些部件的布置；其缺点是滑动立柱摩擦和磨损较大。为减摩擦通常是将螺旋弹簧中心线与滑柱中心线图2-1麦弗逊式独立悬架的布置不相重合。另外，还可将减振器导向座和活塞的摩擦表面用减磨材料制成，以减少磨损。但麦弗逊式悬架在使用中也有缺点，就是行驶在不平路面时，车轮容易自动转向，故驾驶者必须用力保持方向盘的方向，当受到剧烈冲击时，滑柱易造成弯曲，因而影响转向性能，减振器活塞杆受的侧向力较大，从而摩擦力大。麦弗逊式独立悬架是目前前置前驱动轿车和某些轻型客车首选的较好的悬架结构形式。2.4辅助元件2.4.1横向稳定杆图为了降低汽车固有振动频率以改善行驶平顺性，现代轿车悬架垂直刚度都较小，而使汽车的侧倾角刚度值也很小，使汽车转弯时车身侧倾严重，影响了汽车的行驶稳定性。为此，现代车大多装有横向稳定杆如图2-2所示，来加大悬架的侧倾角刚度来改善汽车行驶稳定性。恰当的选择前、后悬架的侧倾角刚度比值，也有助于使图2-2横向稳定杆汽车获得所需要的不足转向特性。通常，在汽车的前、后悬架中都装有横向稳定杆，或者只在前悬架中安装。汽车转弯时产生侧倾力矩，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。2.4.2导向机构导向机构的作用是传递车轮与车身间的力和力矩，同时保持车轮按一定运动轨迹相对车身跳动，它由导向机构由控制摆臂式杆件组成。出于对中级轿车的考虑为了在原有独立悬架的基础上添加导向机构又不使结构复杂，决定采用单杆式导向机构。第3章技术参数确定与计算3.1自振频率对于普通级以下轿车满载的情况,前悬架偏频(车身的固有频率)要求在,后悬架偏频要求在。对于高级轿车满载的情况,前悬架偏频要求在,后悬架偏频要求在。原则上轿车的级别越高,悬架的偏频越小。因此取：前悬架偏频为，即后悬架偏频为，即3.2悬架刚度前、后悬架的簧载质量分别为：前、后悬架的刚度分别为：3.3悬架静挠度前悬架静挠度：后悬架静挠度：符合式中：—汽车静止时悬架上的载荷—重力加速度前、后悬架的静挠度和应当接近，并使后悬架静挠度比前悬架的静挠度小些，这样有利于防止车身产生较大的纵向角振动。3.4悬架动挠度为了防止在不平路面上行驶时经常冲击缓冲块，悬架还必须具备足够的动挠度。前、后悬架的动挠度常按其相应的静挠度来选取，对于轿车取。3.5悬架弹性特性曲线图3-1悬架弹性特性曲线第4章弹性元件的设计计算4.1前悬架弹簧4.1.1弹簧中径、钢丝直径、及结构形式初定弹簧中径钢丝直径结构形式为两端辗细所选用的材料为查《机械设计手册》得则4.1.2弹簧圈数由前知单侧螺旋弹簧所受轴向载荷为其中—前悬架单侧簧载质量（）—前悬架减振器安装角（）螺旋弹簧在下的变形为螺旋弹簧的刚度由G为切变模量，得弹簧工作圈数取，又弹簧总圈数与有效圈数关系为则弹簧总圈数4.1.3簧完全并紧时的高度弹簧总圈数与有效圈数以及弹簧完全并紧时的高度间的关系如下：t为节距，取t=3mm则取弹簧总高度4.1.4应力校核所选螺旋弹簧的剪应力为：为弹簧指数（旋绕比），则：符合要求。4.2后悬架弹簧4.2.1弹簧中径、钢丝直径、及结构形式初定弹簧中径钢丝直径结构形式为两端辗细所选用的材料为查《机械设计手册》得则4.2.2弹簧圈数由前知单侧螺旋弹簧所受轴向载荷为其中—后悬架单侧簧载质量（）—后悬架减振器安装角（）螺旋弹簧在下的变形为螺旋弹簧的刚度由G为切变模量，得弹簧工作圈数取，又弹簧总圈数与有效圈数关系为则弹簧总圈数4.2.3弹簧完全并紧时的高度弹簧总圈数与有效圈数以及弹簧完全并紧时的高度间的关系如下：t为节距，取t=3mm。则取弹簧总高度4.2.4应力校核所选螺旋弹簧的剪应力为：为弹簧指数（旋绕比），则：符合要求。第5章悬架导向机构的设计5.1导向机构设计要求独立悬架的导向机构承担着悬架中除垂向力之外的所有作用力和力矩，并且决定了悬架跳动时车轮的运动轨迹和车轮定位角的变化。因此在设计独立悬架的导向机构时，应使其满足以下要求：(1)适当的侧倾中心和侧倾轴线；(2)形成恰当的纵倾中心；(3)各铰接点处受力尽量小，减小橡胶元件的弹性变形，以保证导向精确；(4)保证车轮定位参数及其随车轮跳动的变化能满足要求；(5)具有足够的疲劳强度和寿命。5.2麦弗逊独立悬架示意图图5-1麦弗逊式独立悬架适用弹簧：螺旋弹簧主要使用车型：轿车前轮；车轮上下振动时前轮定位的变化：轮距、外倾角的变化比稍小；拉杆布置可在某种程度上进行调整。侧摆刚度：很高、不需稳定器；操纵稳定性：横向刚度高；在某种程度上可由调整外倾角的变化对操纵稳定性进行调整。5.3导向机构受力分析—作用到导向套上的力—前轮上的静载荷减去前轴簧下质量的—弹簧轴向力—弹簧和减振器的轴线相互偏移的距离图5-2麦弗逊式独立悬架导向机构受力简图分析如图5-2所示麦弗逊式独立悬架导向机构受力简图可知，作用在导向套上的横向力可根据图上的布置尺寸求得横向力越大，则作用在导向套和活塞上的摩擦力越大，这对汽车平顺性有不良影响。为了减小摩擦力，在导向套和活塞表面应用了减磨材料和特殊工艺。由上式可知，为了减小，要求尺寸越大越好，或者减小尺寸。增大使悬架占用空间增大，在布置上有困难；若采用增加减振器轴线倾斜度的方法，可达到减小的目的，但也存在布置困难的问题。为此，在保持减振器轴线不变的条件下，常将图中的点外伸至车轮内部，既可以达到缩短尺寸的目的，又可以获得较小的甚至是负的主销偏移距，提高制动稳定性。移动点后的主销轴线不再与减振器轴线重合。为了发挥弹簧减小横向力的作用，有时还将弹簧下端布置靠近车轮，从而造成弹簧轴线及减振器轴线成一角度。这就是麦弗逊式独立悬架中，主销轴线、滑柱轴线和弹簧轴线不共线的主要原因。5.4横臂轴线布置方式麦弗逊式独立悬架的摆臂轴线与主销后倾角的匹配影响到汽车的侧倾稳定性。当摆臂轴的抗前倾俯角等于静平衡位置的主销后倾角时，摆臂轴线正好与主销轴线垂直，运动瞬心交于无穷远处，主销轴线在悬架跳动作平动。因此，主销后倾角保持不变。当抗前倾俯角与主销后倾角的匹配使运动瞬心交于前轮后方时，在悬架压缩行程，主销后倾角有增大的趋势。当抗前倾俯角与主销后倾角的匹配使运动瞬心交于前轮前方时，在悬架压缩行程，主销后倾角有减小的趋势。为了减少汽车制动时的纵倾，一般希望在悬架压缩行程主销后倾角有增加的趋势。因此，在设计麦弗逊式独立悬架时，应选择参数抗前倾俯角能使运动瞬心交于前轮后方。5.5导向机构的布置参数5.5.1侧倾中心麦弗逊式独立悬架侧倾中心的高度为式中注：式中为轮距5-3麦弗逊式悬架侧倾中心的确定5.5.2纵倾中心麦弗逊式独立悬架的纵倾中心，可由点作减振器运动方向的垂直线。该直线与横臂轴延长线的交点即为纵倾中心，如图5-4所示。图5-4麦弗逊式独立悬架的纵倾中心5.5.3抗制动纵倾性（抗制动前俯角）抗制动纵倾性使得制动过程中汽车车头的下沉量与车尾的抬高量减小。只有当前、后悬架的纵倾中心位于两根车桥（轴）之间时，这一性能方可实现，如图5-5所示。图5-5抗制动纵倾性5.5.4抗驱动纵倾性（抗驱动后仰角）抗驱动纵倾性可减小后轮驱动汽车车尾的下沉量或前驱动汽车车头的抬高量。与抗制动纵倾性不同的是，只有当汽车为单桥驱动时，该性能才起作用。对于独立悬架而言，当纵倾中心位置高于驱动桥车轮中心时，这一性能方可实现。5.5.5悬架横臂的定位角图5-6的定义如图5-6为横臂轴的水平斜置角、悬架抗前俯角、悬架斜置初始角的定义第6章减振器设计6.1减振器概述为加速车架与车身的振动的衰减，以改善汽车的行使平顺性，在大多数汽车的悬架系统内部装有减振器。在麦弗逊悬架中，减振器与弹性元件是串联安装。汽车悬架系统中广泛的采用液力减振器。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运动时，减振器壳底内的油液便反复的通过一些狭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体所吸收，然后释放到大气中。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变化的影响近可能的小，且具有抗氧化抗汽化性及对各种金属和非金属零件不起腐蚀作用等性能。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不能充分发挥，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，对减振器提出如下的要求：1）在悬架的压缩行程内，减振器的阻尼力应该小，以充分利用弹性元件来缓和冲击；2）在悬架的伸张行程内，减振器的阻尼力应该大，以要求迅速的减振；3）当车桥与车架的相对速度较大时，减振器能自动加大液流通道的面积，使阻尼力始终保持在一定的限度之内，以避免承受过大的冲击载荷。6.2减振器分类减振器大体可以分为两大类，即摩擦式减振器和液力减震器。筒式减震器的质量仅为摆臂式的1/2，并且制造方便，工作寿命长，因此现代汽车都采用筒式减震器。而筒式减震器又分为单筒式、双筒式和充气筒式三种。双筒充气液力减振器具有工作性能稳定、干摩擦阻力小、噪声低、总长度短等优点，在乘用车上得到越来越多的应用。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。仅在伸张行程起作用的减振器称为单向作用减振器；在压缩和伸张行程都能起到作用的减振器称为双向作用减振器。目前广泛采用的是双向作用减振器。6.3减振器主要性能参数6.3.1相对阻尼系数减振器的性能通常用阻力-速度特性图来表示。该图具有如下特点：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；各段特性线的斜率是减振器的阻尼系数，所以减振器有四个阻尼系数。在没有特别指明时，减振器的阻尼系数是指卸荷阀开启前的阻尼系数。通常压缩行程的阻尼系数与伸张行程的阻尼系数不等。图6-1减振器特性（阻力-速度特性）图汽车悬架有阻尼以后，簧上质量的振动是周期衰减振动，用相对阻尼系数的大小来评定振动衰减的快慢程度。的表达式为式中阻尼系数悬架系统的垂直刚度簧上质量上式表明，相对阻尼系数的物理意义是：减振器的阻尼作用在与不同刚度和不同簧上质量的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效果。值大，振动能迅速衰减，同时又能将较大的路面冲击传到车身；值小则反之。通常情况下，将压缩行程时的相对阻尼系数取得小些，伸张行程的相对阻尼系数取得大些。两者之间保持的关系设计时，先选取与的平均值。对于无内摩擦的弹性元件悬架，取；对于有内摩擦的弹性元件悬架，值取小些。对于行使路面条件较差的汽车，值应取大些，一般取；为避免悬架碰撞车架，取对于本设计选用的悬架，取6.3.2减振器阻尼系数减振器阻尼系数。因悬架系统固有频率，所以理论上。实际上应根据减振器的布置特点确定减振器的阻尼系数。例如，当减振器如图6-2安装时，减振器阻尼系数为=7.5=8.1所以（单边）（单边）图6-2减振器安装位置在下摆臂长度不变的条件下，改变减振器下横臂的上固定点位置或者减振器轴线与铅直线之间的夹角，会影响减振器阻尼系数的变化。6.4最大卸荷力为减小传到车身上的冲击力，当减振器活塞振动速度达到一定值时，减振器打开卸荷阀，此时的活塞速度称为卸荷速度。在减振器安装如图6-2所示时，式中—车身振幅，取—悬架系统的固有频率为卸荷速度,一般为、均符合要求.如已知伸张时的阻尼系数,在伸张行程的最大卸荷力则6.5筒式减振器主要尺寸6.5.1筒式减振器工作直径可根据最大卸荷力和缸内最大压力强度来近似的求工作缸的直径式中[P]工作缸内最大允许压力,取，取[P]=3MPa连杆直径与缸筒直径之比,双筒式取取由《汽车筒式减振器尺寸系列及技术条件》可知:减振器的工作缸直径D有20mm、30mm、40mm、（45mm）、50mm、65mm等几种。选取时应按标准选用。所以筒式减振器工作直径可取：取取6.5.2油筒直径贮油筒直径，壁厚取，材料可取钢前贮油筒直径后贮油筒直径连杆直径的选择：；第7章横向稳定杆设计图7-1横向稳定杆为了降低汽车的固有频率以改善行使稳定性，现代汽车的垂直刚度较小，从而使汽车的侧倾角刚度值也很小，结果使汽车转弯时车身侧倾严重，影响了汽车行使的稳定性。为此，现代汽车大多都装有横向稳定杆来加大悬架的侧倾角刚度以改善汽车的行驶稳定性。横向稳定杆在独立悬架中的典型安装方式如图7-1所示。当左右车轮同向等幅跳动时，横向稳定杆不起作用；当左右车轮有垂向的相对位移时，稳定杆受扭，发挥弹性元件的作用。横向稳定杆带来的好处除了可增加悬架的侧倾角刚度，从而减小汽车转向时车身的侧倾角外，恰当地选择前、后悬架的侧倾角刚度比值，也有助于使汽车获得所需要的不足转向特性。通常，在汽车的前、后悬架中都装有横向稳定杆，或者只在前悬架中安装。若只在后悬架中安装，则会使汽车趋于过多转向。横向稳定杆带来的不利因素有：当汽车在坑洼不平的路面行驶时，左右轮之间有垂向相对位移，由于横向稳定杆的作用，增加了车轮处的垂向刚度，回影响汽车的行驶平顺性。图7-1横向稳定杆在有些悬架中，横向稳定杆还兼起部分导向杆系的作用，其余情况下则在设计时应当注意避免与悬架的导向杆系发生运动干涉。为了缓冲隔振和降低噪声，横向稳定杆与车轮及车架的连接处均有橡胶支承。前悬架侧倾角刚度由下式计算得：后悬架侧倾角刚度由下式计算得：稳定杆的角刚度由式得到式：由下式可计算横向稳定杆直径：式中：E——材料的弹性模量，E=2.06×105MPa；L——横向稳定杆两端点间的距离,取L=1150mma——两端纵向部分的长度,取a=82mmb——横向稳定杆与车身支点距离，取b=900mm所以本次设计横向稳定杆的直径d=20mm。第8章平顺性分析8.1平顺性概念行驶平顺性，是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，能保证乘员不会因车身振动而引起不舒服和疲劳的感觉，以及保持所运货物完整无损的性能。由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，又称为乘坐舒适性，它是现代汽车的主要性能之一。8.21/4汽车振动系统模型为增强车内乘员的舒适感，必须降低汽车行驶中的振动，即提高汽车的行驶平顺性能。汽车在一定路面上行驶时，其振动量（振幅、振动速度及加速度）的大小取决于汽车的质量、悬架刚度、轮胎刚度和阻尼等结构参数。本设计根据目前现有的测试条件和计算精度以及建立整车模型要实现的目标的要求，建立了二自由度汽车振动系统动力学模型如图8-1。图8-1二自由度汽车振动系统模型根据力学定理，可列出图8-1所示系统的振动微分方程：式中，为簧载质量；为非簧载质量；为左右两侧悬架的合成刚度；为左右两侧悬架的合成当量阻尼系数；为左右两侧悬架的合成轮胎刚度；为簧载质量的垂直位移；为簧载质量的垂直位移；为路面不平度赋值函数，即路面不平度对汽车的实际激励。解式（1）可得该系统振动的两个主频率：式中，，。由上式可知，汽车振动存在两个主频和，它们仅为系统结构参数的函数而与外界的激励条件无关，是表征系统特征的固有参数。一般地说，其中较小值的一阶主频，且接近由弹簧质量和悬架刚度所决定的频率，而较大值的二阶主频率，较接近主要由轮胎刚度和非簧载质量所决定的频率。方程的解是由自由振动齐次方程的解与非齐次方程特解之和组成。令，，则齐次方程为式中的称为系统固有频率，而阻尼对运动的影响取决于和的比值变化ζ，ζ称为阻尼比汽车悬架系统阻尼比ζ的数值通常在0.25左右，属于小阻尼，此时微分方程的通解为8.3车身加速度的幅频特性对该车悬架进行平顺性分析，在车轮和车身垂直方向上建立两自由度的平顺性分析模型。根据公式其中为阻尼比；为刚度比；=m2/m1为质量比。取=9，=0.3。根据此方程，利用MATLAB进行分析可得到车身加速度的幅频特性曲线，如图8-2所示。8-2车身加速度的幅频特性曲线图8.4相对动载的幅频特性车轮动载，静载。对q的频率响应函数：其中为阻尼比；为刚度比；=m2/m1为质量比。取=9，=0.3。根据此方程，利用MATLAB进行分析可得到相对动载的幅频特性曲线，如图8—3所示。图8-3相对动载的幅频特性曲线图8.5悬架动挠度的幅频特性当确定了路面不平度系数和车速u之后，可计算路面速度功率谱密度，并求出振动相应量、Fd/G、f对的幅频特性，然后就可以求出响应量的功率谱密度。由于这三个振动响应量地均值为零，所以这几个量的统计特征值—方差等于均方值，此值可由功率谱密度对频率积分求得。其中为阻尼比；为刚度比；=m2/m1为质量比。取=9，=0.25。根据此方程，利用MATLAB进行分析可得到悬架动挠度的幅频特性曲线，如图8—4所示图8-4悬架动挠度的幅频特性曲线图8.6影响平顺性的因素8.6.1结构参数对平顺性的影响（1）悬架刚度弹性元件是汽车悬架的主要组成部分，弹性元件的刚度或悬架等效刚度及其特性是影响平顺性的主要因素。当簧载质量一定时，减小可降低车体固有振动频率，但值过小会使车体振动过程中的悬架动行程增大，并使非簧载质量的振动位移也增大，甚至导致车轮离开地面，对汽车操纵稳定性产生不利后果。汽车在实际使用中，簧载质量随汽车的装载情况而变，当值一定时，将随减小而增大。因此，理想的悬架弹性特性应具有变刚度或非线性特性，即随汽车载荷的变化，悬架刚度能自动增大或减小，以减小悬架限位块碰撞车身的机率，使车体免遭撞击。（2）悬架阻尼汽车悬架系统中装有减振器。减振器阻尼对车体固有频率的影响不大，但却能使车体振动迅速衰减，改善车内乘员的舒适感。研究表明，悬架阻尼的大小还对操纵稳定性和制动方向稳定性产生影响。轮胎轮胎径向刚度与轮胎结构、尺寸和气压有关，若以与悬架刚度之比来表示，则可见，对于一定型号的轮胎，降低胎内气压（即刚度减小）可改善平顺性，但也将增加车轮的侧向偏离，以恶化操纵稳定性，应予以注意。非簧载质量在整车质量一定时，减小非簧载质量可改善平顺性。目前多数轿车采用独立悬架结构，优点之一可在一定总质量下减小非簧载质量，改善平顺性。8.6.2使用因素对平顺性的影响道路不平是引起汽车振动的主要原因，当汽车在不平路面行驶时，前、后车桥和车体都经常受来自道路的冲击。路面越恶劣，行驶速度越高，车体加速度均方根值越大。当激励频率与车辆系统的一阶主频率或二阶主频率重和时，将产生车体的共振，加速车体的振动。路面的激励频率由路面谱的频率分量和车速决定，因此对应一定的路面必有某一引起车体共振的车速，行驶时应远离共振车速。第9章结论根据红旗世纪星轿车的基本参数和性能参数，并通过计算选择了切实可行的方案，前、后悬均采用了目前较流行且技术比较成熟的麦弗逊式独立悬架，麦弗逊悬架的优点是悬挂重量轻和占用空间小。前、后悬架的减振器均采用双作用筒式减振器。这种设计极大的提升了汽车行使稳定性与乘坐舒适性。考虑到轿车的使用条件增强汽车乘坐舒适性，我选用了螺旋弹簧做为弹性元件，其结构简单、制造方便及有较高的比能容量，在导向机构大摆动量下任具有保持车轮定位角的能力，因此得到了广泛采用。为了降低汽车的固有振动频率以改善行驶平顺性，增强悬架的垂直刚度值，减小汽车在转弯时车身的侧倾，我在前悬架增加了横向稳定杆来增强汽车的行驶稳定性。考虑到现代人对汽车的行驶平顺性与乘坐舒适性的要求越来越高，我利用MATLAB软件进行平顺性分析，保证汽车的平顺性达与乘坐舒适性的到要求。参考文献[1]王望予.汽车设计.吉林：机械工业出版社，2004.[2]郭竹亭.汽车车身设计.吉林科学技术出版社，1992[3]杨秀红.现代轿车构造与检修-底盘及车身.北京：国防工业出版社，2002[4]胡亚庄.轿车与轻型商用汽车.北京：人民交通出版社，1993[5]宋森.汽车底盘维修实例.北京：机械工业出版社，2002[6]赵学敏.汽车底盘构造与维修.北京：国防工业出版社，2003.1[7]成大先主编.机械设计手册.北京：化学工业出版社，2002.6[8]高树新.汽车行驶平顺性评价方法述评.总后汽车试验场期刊，2001.3[9]屠卫星.汽车底盘构造与维修.北京：人民交通出版社，2001.8[10]龚为寒.汽车现代设计制造.北京：人民交通出版社，1995.8[11]庄继德.汽车轮胎学.北京:北京理工大学出版社,1996.[12]曹永堂.汽车底盘维修.北京：人民交通出版社，1999[13]冯国胜等编著.车辆现代设计方法.科学出版社，1990[14]吴植民.汽车构造.北京：人民交通出版社，1986[15]刘惟信.汽车设计.北京：清华大学出版社,2001[16]余志生.汽车理论.北京：机械出版社,2001.6[17]陈家瑞.汽车构造.人民交通出版社,2002.6[18]YUF.,CrollaD.A.,AStateObserverDesignforanAdaptiveVehicleSuspension，VehicleSuspensionDynamic，1998[19]Griffin，M.J.Evaluationofvibrationwithrespecttohumanresponse.WarrendalePA:SAEpaper860047致谢首先要感谢辽宁工业大学给我们提供了四年的学习和生活的良好环境，且提供给我们一次又一次受益匪浅的课程设计和实习的机会，使我掌握了大量的理论知识之余，通过实践将其相结合，更能学以致用，及时弥补我们在学习中的不足，并在我们即将离开校园走向工作岗位之时，提供了一次使我受益终身的毕业设计的机会。本次设计是在韩忠浩老师的悉心指导下完成的。韩老师治学严谨态度和富有创新的精神对我以后的学习和工作都将产生深远的影响。在设计期间，韩老师更是给了我无微不至的关怀和悉心的指导。另外，系里的各位老师都能在我们遇到困难时，给予热情的解答，在此向韩老师及系里的各位老师致以最忠心的感谢！虽然在本次设计中遇到过很多困难，但在一次次发现问题，讨论问题，解决问题，在这过程中受益匪浅，提高了解决问题的能力。最后，向所有帮助过我的老师、同学还有实习单位表示忠心的谢意！附录ⅠSuspensionsystemsMostsuspensionsystemshavethesamebasicpartsandoperatebasicallyinthesameway.Theydiffer,however,inthewaythepartsarearranged.Thevehiclewheelisattachedtoasteeringknuckle.Thesteeringknuckleisattachedtothevehicleframebytwocontrolarms,whicharemountedsotheycanpivotupanddown.Acoilspringismountedbetweenthelowercontrolarmandtheframe.Whenthewheelrollsoverabump,thecontrolarmsmoveupandcompressthespring.Whenthewheelrollsintoadip,thecontrolarmsmovedownandthespringsexpand.Thespringforcebringsthecontrolarmsandthewheelbackintothenormalpositionassoonasthewheelisonflatpavement.Theideaistoallowthewheeltomoveupanddownwhiletheframe,body,andpassengersstaysmoothandlevel.Theunequallengthcontrolarmorshort,longarm(SLA)suspensionsystemhasbeencommononAmericanvehiclesformanyyears.Becauseeachwheelisindependentlyconnectedtotheframebyasteeringknuckle,balljointassemblies,andupperandlowercontrolarms,thesystemisoftendescribedasanindependentsuspension.Theshort,longarmsuspensionsystemgetsitsnamefromtheuseoftwocontrolarmsfromtheframetothesteeringknuckleandwheelassembly.Thetwocontrolarmsareofunequallengthwithalongcontrolarmonthebottomandashortcontrolarmonthetop.ThecontrolarmsaresometimescalledAarmsbecauseinthetopviewtheyareshapedliketheletterA.Intheshort,longarmsuspensionsystem,theuppercontrolarmisattachedtoacrossshaftthroughtwocombinationrubberandmetalbushings.Thecrossshaft,inturn,isboltedtotheframe.Aballjoint,calledtheupperballjoint,isattachedtotheouterendoftheupperarmandconnectstothesteeringknucklethroughataperedstudheldinpositionwithanut.Theinnerendsofthelowercontrolarmhavepressed-inbushings.Bolts,passingthroughthebushings,attachthearmtotheframe.Thelowerballjointisusuallypressedintothecontrolarmandconnectstothesteeringknucklethroughataperedstudthatisheldinpositionwithanut.Aballjointisusedonthecontrolarmsbecauseitallowsmovementinmorethanonedirection.Itallowstheup-and-downmotionrequiredasthewheelspassoverdipsandbumps.Thistypeofjointalsoallowsside-to-sidemotionasthewheelsareturnedbackandforthforturns.Fortheupperandlowerballjoint,theballstudintheballjointisataperedstudatoneendwithaball-shapedend.Theballendissupportedinasimilarlyshapedhousingcalledasocket.Theshapeofthehousingallowstheballstudtoturnaroundormovesidetoside.Aplasticorsinteredironbearingispositionedbetweentheballandsocket.Thebearingallowstheballstudtoturninrelationtothehousingforsteering.Thetaperedstudandnutholdtheballjointinpositioninthesteeringknuckle.Thesuspensionofacarisactuallypartofthechassis,whichcomprisesalloftheimportantsystemslocatedbeneaththecar'sbody.Thesesystemsinclude:Theframe-structural,load-carryingcomponentthatsupportsthecar'sengineandbody,whichareinturnsupportedbythesuspensionThesuspensionsystem-setupthatsupportsweight,absorbsanddampensshockandhelpsmaintaintirecontactThesteeringsystem-mechanismthatenablesthedrivertoguideanddirectthevehicleThetiresandwheels-componentsthatmakevehiclemotionpossiblebywayofgripand/orfrictionwiththeroadSothesuspensionisjustoneofthemajorsystemsinanyvehicle.Withthisbig-pictureoverviewinmind,it'stimetolookatthethreefundamentalcomponentsofanysuspension:springs,dampersandanti-swaybars.Therearefourbasictypesofspringsusedinsuspensions:coil,torsionbar,leafspring,andairspring.Thecoilspringisthemostpopulartypeofspringinbothfrontandrearsuspensionsystems.Itissimplyaroundbarofspringsteelthatiswoundintotheshapeofacoil.Usually,thetopandbottomcoilsareclosertogetherthanthemiddlecoils.Acoilspringiscommonlyusedontheshort,longarmsuspensionsystem.Somecarshavethespringmountedfromtheframetotheuppercontrolarm.Ineithercase,theshockabsorberismountedthroughthecenterofthespring.Mostshort,longarmsystemsuseastabilizerbarbetweenthetwosidesofthesuspension.Theswaybarconnectsbothlowercontrolarmstotheframecrossmember.Movementsaffectingonewheelarepartiallytransmittedtotheoppositewheelthroughtheframetostabilizebodyroll.Theswaybarisattachedtotheframecrossmemberandlowercontrolarmsthroughrubberinsulatorbushingstoreducenoiseandvibrations.Swaybarendbushingsandcrossmemberbushingsarepermanentlyinstalledontheswaybar.Theadvantagesofthecoilspringareitscompactness,lackofmovingparts,andexcellentweightsupportingcharacteristics.Thedisadvantageofacoilspringisitsweaknessinsupportingside-to-sideorlateralmovement.Whencoilspringsareusedatthedrivewheels,heavytractionbarsortorquetubesareoftenrequiredtomaintainaxlehousingalignment.Anumberofvehiclesuseatorsionbarspring.Itisalong,solidsteelshaftthatisanchoredatoneendtothesuspensionscontrolarmandattheotherendtothevehicle'sframe.Torsionisthetwistingactionthatoccursinthebarwhenoneendistwistedandtheotherendremainsfixed.Whenaverticalimpactonawheelistransmittedthroughthecontrolarmtothetorsionbar,thebartwiststoabsorbtheimpact.Thebar'snaturalresistancetotwistingquicklyrestoresittoitsoriginalposition,returningthewheeltotheroad.Atorsionbarcanstoreasignificantlyhighermaximumamountofenergythaneitheranequallystressedleaforcoilspring.Thetorsionoffersimportantweightsavingsanditisadjustable.Inaddition,itrequiressignificantlylessspacethanacoilspring.Theleafspringismadeofseverallayersofspringsteelstackedoneupontheother,Usually,thereisonemainleafthatusesspringeyesforlocatingandfasteningthespringtoeframeorunderbody.Severalotherprogressivelyshorterleavesareplacedonthemainleaf,andtheassemblyorleafpackisheldtogetherinthemiddlebyacenterboltandontheendsbyreboundclips.Somespringpacksusefiber.orplasticpadsbetweenleavestoreducetheinternalleaffriction.Somevehiclesuseasingleleafinsteadofabuildupofmultipleleaves.Onemanufacturerisusingaleafspringmanufacturedfromanonmetalcomposite.Leafspringsareusuallyarchedsothattheendsarehigherthanthecenterwhenviewedfromtheside.Theleafspringisusuallymountedinthreeplaces.Abushingisinstalledineachofthespringeyes.Aboltthroughthebushingintherearspringeyeattachestherearofthespringdirectlytothevehicleframe.Ashackleassemblyisattachedtothefrontspringeyeandbushingandisthenmountedthroughashacklebushingtotheframe.Theshackleassemblyallowstheleafspringtopivotupanddown.ApairofU-boltsandatieplateareusedtoclampthefrontorrearaxleassemblytotheleafspring.Themainadvantageofleafspringsistheirabilitytocontrolvehicleswayandlateralmovement.For