1、 1 摘 要悬架是现代汽车上的重要总成之一，它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，以保证汽车的行驶平顺性。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。此次设计是对哈飞路宝 7110 前独立悬架设计，毕业设计要求根据夏利某改型车的改。总体方案要求，对其前悬架进行设计计算。为了阐述悬架的设计过程，说明书分别从设计计算、仿真分析、优化设计等方面对夏利用麦式悬架的设计过程进
2、行了介绍。说明书首先阐述了悬架中关键零部件如：螺旋弹簧、横向稳定杆、减振器等的设计、选型和校核关键词：麦弗逊独立悬架；导向机构；减震器；弹簧；横向稳定器2 ABSTRACTSuspension is the modern car on the important assembly, which has one of the main function is to transfer function in the wheels and frame (or body) all between the force and moment, and ease when rough road surfac
3、e cars driving by the impact of attenuation arising from the vibration of the bearing system, to ensure the smooth running of the car. So must the wheel and frame or body to provide flexible connection between, rely on the elastic element to deliver the wheel or axle and frame or between vertical lo
4、ad of the body, and depend on the deformation to absorb energy, to achieve the purpose of the buffer. This design is to LuBao hafei before 7110 independent suspension design, the graduation design requirements according to a car to retrofit of the entrant 。The overall design of request, to the front
5、 suspension design calculation. In order to this suspension design process, the specification separately from the design calculation, the simulation analysis, optimization design with wheat for supporters of suspension design process were introduced in this article. The first elaborated the suspensi
6、on of the key parts such as: spiral spring, horizontal WenDingGan, shock absorber of such as design, selection and checkKeywords: paper independent suspension; Steering mechanism; Shock absorber; Spring;Transverse stabilizer 3 目 录摘要 Abstract 第 1 章 绪论 11.1 悬架的功用 11.2 悬架的组成 11.3 悬架的分类 21.3.1 独立悬架 21.3
7、.2 麦弗逊悬架 41.3.3 非独立悬架 41.4 悬架的国内外发展情况 5第 2章 悬架分析设计 72.1 悬架结构方案分析 72.1.1 独立悬架与独立悬架结构形式的选择 72.1.2 悬架具体结构形式的选择 72.2 弹性元件 72.3 减震元件 72.4 传力构件及导向机构 82.5 横向稳定器 8第 3章 悬架主要参数的确实 103.1 悬架的空间几何参数 113.2 悬架的弹性特性和工作行程 113.2.1 悬架频率的选择 113.2.2 悬架的工作行程 113.2.3 悬架刚度的计算 12第 4 章 悬架主要零部件的设计 134.1 螺旋弹簧的设计计算 134.1.1 螺旋弹簧
8、的刚度 134.2 弹簧的受力及变形 134.2.1 弹簧几何参数的计算 154.2.2 弹簧的校核 174.3 减震器结构类型的选择 184.3.1 减震器参数的设计 214.4 横向稳定杆的设计 254.4.1 横向稳定杆的作用 254 4.4.2 横向稳定杆参数的选择 25第 5章 麦弗逊独立悬架 catia建模 265.1 麦弗逊独立悬架零部件的设计 265.2 对悬架系统总装设计 265.3 麦弗逊悬架的整体安装 27结 论 28致 谢 29参考文献 305 第 1章 绪 论1.1悬架的功用悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间弹性连接装置的总称。(1) 传递它们之间一切的力
9、（反力）及其力矩（包括反力矩） 。(2）缓和，抑制由于不平路面所引起的振动和冲击，以保证汽车良好的平顺性，操纵稳定性。(3）迅速衰减车身和车桥的振动。悬架系统的在汽车上所起到的这几个功用是紧密相连的。要想迅速的衰减振动、冲击，乘坐舒服，就应该降低悬架刚度。但这样，又会降低整车的操纵稳定性。必须找到一个平衡点，即保证操纵稳定性的优良，又能具备较好的平顺性。悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。由此可见悬架系统在现代汽车上是重要的总成之一。1.2 悬架的组成 现代汽车，特别是乘用车的悬架，形式，种类，会因不同的公司和设计单位，而有不同形式。但是
10、，悬架系统一般由弹性元件、减振器、缓冲块、横向稳定器等几部分组成等，见图 1-1 所示。它们分别起到缓冲、减振 、力的传递、限位和控制车辆侧倾角度的作用。图 1-1 汽车悬架组成示意图1-弹性元件 2-纵向推力杆 3-减震器 4-横向稳定器 5-横向推力杆弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，现代轿车悬架多采用螺旋弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。螺旋弹簧6 只承受垂直载荷，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，但由于本身没有摩擦而没有减振作用。这里我们选用螺旋弹簧。减振器是为了加速衰减由于弹性系统引起的振动，减振器有筒式减振器，阻力可调
11、式新式减振器，充气式减振器。它是悬架机构中最精密和复杂的机械件。导向机构用来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，通常导向机构由控制摆臂式杆件组成。种类有单杆式或多连杆式的。钢板弹簧作为弹性元件时，可不另设导向机构，它本身兼起导向作用。有些轿车和客车上,为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统中加设横向稳定杆，目的是提高横向刚度，使汽车具有不足转向特性，改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性。现代汽车悬架的发展十分快，不断出现，崭新的悬架装置。按控制形式不同分为被动式悬架和主动式悬架。目前多数汽车上都采用被动悬架，也就是说汽车姿态（状态）只能被动地取决于路
12、面及行驶状况和汽车的弹性元件，导向机构以及减振器这些机械零件。1.3 悬架的分类汽车的悬架从大的方面来看，可以分为两类：非独立悬架系统，如图 1-2 所示。图 1-2 独立悬架1.3.1 独立悬架独立悬架是两侧车轮分别独立地与车架（或车身）弹性地连接，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮，独立悬架所采用的车桥是断开式的。这样使得发动机可放低安装，有利于降低汽车重心，并使结构紧凑。独立悬架允许前轮有大的跳动空间，有利于转向，便于选择软的弹簧元件使平顺性得到改善。同时独立悬架非簧载质量小，可提高汽车车轮的附着性。7 独立悬架的类型及特点：独立悬架的车轴分成两段（如图 1-3），每只车轮用
13、螺旋弹簧独立地，地连接安装在车架(或车身)下面，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮，独立悬架所采用的车桥是断开式的。图 1-3 独立悬架的运动现在，前悬架基本上都采用独立悬架系统，最常见的有双横滑柱臂式（又称麦弗逊式） 。（1）双横臂式（图 1-4）。图 1-4 双横臂式独立前悬架工作原理：由上短下长两根横臂连接车轮与车身，通过选择比例合适的长度，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。优点：结构比较复杂，但经久耐用，同时减振器的
14、负荷小，寿命长。可以承载较大负荷，多用于轻型小型货车的前桥。缺点：因为有两个摆臂，所以占用的空间比较大。所以，乘用车的前悬架一般不用此种结构形式。（2）麦弗逊式（图 1-5）8 图 1-5 麦弗逊式独立前悬架工作原理：这种悬架目前在轿车中采用很多。这种悬架将减振器作为引车轮跳动的滑柱，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，这是因为减振器端支点横摆臂摆动。以上问题可通过调整杆系设计布置合理得到解决。麦弗逊独立悬架的特点：优点：技术成熟，结构紧凑，响应速度快，
15、占用空间少，便于装车及整车布局，多用于中低档乘用车的前桥。缺点：由于结构过于简单，刚度小，稳定性较差，转弯侧倾明显，必须加装横向稳定器，加强刚度。1.3.2非独立悬架非独立悬架如图 1-6 所示。其特点是两侧车轮安装于一整体式车桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接 影响到另一侧车轮上，当车轮上下跳动时定位参数变化小。若采用钢板弹簧作弹性元件，它可兼起导向作用，使结构大为简化，降低成本。目前广泛应用于货车和大客车上，有些轿车后悬架也有采用的。非独立悬架由于非簧载质量比较大，高速行驶时悬架受到冲击载荷比较大，平顺性较差。9 图 1-6 悬架在汽车的承载力1.4悬架的国内外发展情况汽车悬架的发展十分迅速
16、，不断出现崭新的悬架装置。正常情况按控制形式不同分为被动式悬架和主动式悬架。目前多数汽车上都采用被动悬架，20 世纪 80 年代以来主动悬架开始在一部分汽车上应用，并且目前还在进一步研究和开发中。主动悬架可以能主动地控制垂直振动及其车身姿态，根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼。随着当前世界汽车工业朝着高速、高性能、舒适、安全可靠的方向发展，空气悬架弹簧是当今汽车发展的一大趋势，特别是在大型客车和载重汽车上尤为突出。其实，早在 20 世纪 50 年代，空气悬架弹簧就开始应用在载重车、小轿车、大客车及铁道车辆上。到 60 年代，德国、美国等工业发达国家生产的大部分公共汽车上装有了主动式空气弹
17、簧悬架。国内早在 20 世纪 60 年代就设计生产了空气弹簧悬架，但由于工业技术条件有限，当时生产的产品使用效果不甚理想，以后在很长一段时期，产品没有进一步发展，因此，国外生产空气悬架弹簧的厂家凭借着资金与技术优势进入国内市场，为国内生产豪华客车的厂家配套成熟的主动式空气弹簧悬架产品。同时我国公路条件的改善为汽车悬架创造了基本的使用条件，并产生了很大的促进作用。高速公路的迅速发展、运输量的增加以及对高性能客车的需求，都对汽车的操纵稳定性、平顺性、安全性提出了更高的要求。此外，重型汽车对路面破坏机制的研究及认识的进一步加深，政府对高速公路养护的重视，限制超载逐步在国内各地受到重视，这些因素都将促
18、使新型悬架在重型车市场的应用将进一步扩大。随着国内客车产品档次的逐步升级，空气悬架弹簧逐步被市场接受。目前，在国内有多家客车厂生产的豪华大客车装有空气悬架，如安凯、金龙客车、桂林大宇、合肥现代、杭州客车等。由于主动式空气悬架弹簧价格较贵，为降低成本，有的企业部分车型前桥使用钢板弹簧，后桥使用空气悬架弹簧。由此可知悬架正充分关注这方面的变化，提高综合开发能力，以适应市场的需求和变化，新型悬架的诞生迫在眉睫。本章小结本章主要介绍了麦弗逊悬架的功用和优缺点。并且针对麦弗逊独立悬架的未来发展趋势有了一定了解。10 第 2章 悬架分析设计2.1悬架结构方案分析2.1.1 独立悬架与非独立悬架结构形式的选
19、择为适应不同车型和不同类型车桥的需要，悬架有不同的结构型式，主要有独立悬架与非独立悬架。独立悬架与非独立悬架各自的特点在上一章中已经作了介绍，本章不再累述，轿车对乘坐舒适性要求较高，故选择独立悬架。2.1.2 悬架具体结构形式的选择麦弗逊式独立悬架是独立悬架中的一种，是一种减振器作滑动支柱并与下控制臂铰接组成的一种悬架形式,与其它悬架系统相比,结构简单、性能好、布置紧凑,占用空间少。因此对布置空间要求高的发动机前置前驱动轿车的前悬架几乎全部采用了麦弗逊式悬架。此次设计的悬架为发动机前置前轮驱动的哈飞路宝 7110 车型，故选择麦弗逊式独立悬架形式。2.2弹性元件弹性元件是悬架的最主要部件，因为
20、悬架最根本的作用是减缓地面不平度对车身造成的冲击，即将短暂的大加速度冲击化解为相对缓慢的小加速度冲击。使人不会造成伤害及不舒服的感觉；对货物可减少其被破坏的可能性。弹性元件主要有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧等常用类型。除了板弹簧自身有减振作用外，配备其它种类弹性元件的悬架必须配备减振元件，使已经发生振动的汽车尽快静止。钢板弹簧是汽车最早使用的弹性元件，由于存在诸多设计不足之处，现逐步被其它种类弹性元件所取代，本文选择螺旋弹簧。2.3减振元件减振元件主要起减振作用。为加速车架和车身振动的衰减，以改善汽车的行驶平顺性，在大多数汽车的悬架系统内都装有减振器。减振器和弹性元件是并联安装的，如图 2-1 所示。汽车悬架系统中广泛采用液力减振器。液力减振器的作用原理是当车
