1、 成都航空职业技术学院 2015年毕业设计论文 题 目： 汽车多功能转向系统（悬架设计） 学 生： 叶成忠 专 业： 车辆工程 班 级： 51314班 学 号： 123373 指导老师： 刘宇 成都航空职业技术学院 毕业论文 第 - 2 -页 目录 摘要 . - 3 - Abstract . - 3 - 前言 . - 4 - 设计背景： . - 4 - 课题来源及要求： . - 4 - 主要内容： . - 5 - 产品展示： . - 5 - 第一章 悬架分析选型 . - 7 - 1.1 悬架结构方案选择 . - 7 - 1.1.1 设计对象车型参数 . - 7 - 1.1.2 独立悬架与非独立
2、悬架结构形式的选择 . - 8 - 1.1.3 悬架具体结构形式的选择 . - 8 - 1.1.4 弹性原件选择 . - 8 - 1.1.5 减振元件选择 . - 8 - 1.2 传力构件及导向机构 . - 9 - 1.3 横向稳定器 . - 9 - 1.4 下摆臂类型选择 . - 10 - 第二章 悬架主要参数确定 . - 10 - 2.1 悬架挠度计算 . - 10 - 2.1.1 悬架静挠度 cf 的计算 . - 10 - 2.1.2 悬架动挠度 df 计算 .- 11 - 2.1.3 悬架刚度计算 . - 12 - 第三章 弹性元件设计 . - 13 - 3.1 螺旋弹簧的刚度 . -
3、 13 - 3.2 计算螺旋弹簧的直径 . - 13 - 3.3 螺旋弹簧校核 . - 14 - 3.3.1 螺旋弹簧刚度校核 . - 14 - 3.3.2 弹簧表面剪切应力校核 . - 14 - 第四章 减振器设计 . - 15 - 4.1 减振器结构类型的选择 . - 15 - 4.2 减振器参数的设计 . - 16 - 4.2.1 相对阻尼系数 . - 16 - 4.2.2 减振器阻尼系数 的确定 . - 16 - 4.2.3 减振器最大卸荷力 0F 的确定 . - 17 - 4.2.4 减振器工作缸直径 D 的确定 . - 18 - 4.3 横向稳定杆的设计 . - 19 - 4.3.
4、1 横向稳定杆的作用 . - 19 - 4.3.2 横向稳定杆参数的选择 . - 19 - 第五章 麦弗逊式独立悬架导向机构设计 . - 20 - 成都航空职业技术学院 毕业论文 第 - 3 -页 5.1 导向机构的布置参数 . - 20 - 5.1.1 麦弗逊式独立悬架的侧倾中心 . - 20 - 5.2 导向机构受力分析 . - 21 - 5.3 下横臂轴线布置方式的选择 . - 22 - 5.4 下横摆臂主要参数 . - 23 - 第六章 论文总结 . - 24 - 致谢 . - 25 - 参考文献 . - 25 - 摘要 根据对汽车悬架的研究以及资料的查阅，着重阐述了应用于多功能转向电
5、动汽车麦佛逊式独立悬架的设计与计算，在保证电动车能原地旋转以及侧向行驶对悬架的布置进行全新设计，包括汽车悬架类型选择，不同类型悬架的优缺点，和各种类型悬架应用状况等。 根据原有数据计算麦佛逊式悬架的静挠度和动挠度，悬架刚度等。包括弹性元件的设计计算与校核，以及减振器的选型计算。通过对麦佛逊式悬架的设计，选取出相关的零件，并在说明书中画出相关零件的零件图。通过说明书画出麦佛逊式悬架的零件图和装配图 关键词： 麦佛逊，汽车悬架悬架，设计计算 Abstract According to the automobile suspension research and information access
6、, emphatically elaborated the new suspension design and calculation of automobile suspended frame type choice of different types, and the advantages and disadvantages of the suspension, and various types of suspension application condition and so on. According to the original data calculation Michae
7、l Gibson type suspension of Buddha static deflection and dynamic deflection, the suspension stiffness, etc. Including elastic components design calculation and checking, and the calculation of the selection of the shock absorber. Through the Buddha o f wheat was type suspension design, selection of
8、the related parts, and in the prospectus draw 成都航空职业技术学院 毕业论文 第 - 4 -页 the related parts drawing. Through a wheat that painting and calligraphy Buddha suspension parts of Hudson diagram and the assembly drawing Keywords: Michael Hudson Buddha, automobile suspension suspension, design calculation 前言
9、设计背景： 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。因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
10、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，从而在很大程度上提高了整车的操纵稳定性和抗纵倾能力。 本设计主要根据所选车型的原始数据进行计算，设计出一麦佛逊式悬架，可保证设计对象车型车辆进行原地转向及侧向行驶时悬架不发生运动干涉，同时使具有悬架的特性，并对 汽车的操纵稳定性、转向轻 便性、行驶舒适性、轮胎寿命等进行相关验算设计。 课题来源及要求： 本课题来源于实际生活中，设计出一款能满足汽车原地转向以及侧向行驶的前后悬架。在设计的过程中要求进
11、行相关的校核与导向机构的仿真等。另外需要做出一份零件图及装配工程图。 本设计主要用对比法， 调查法 ，文献资料法等进行设计实现。根据目前市面上存在的悬架类型进行选型改进，结合对象车型的具体参数进行设计校核，从而实现课题的设计目标，利用原理分析及实验法，分析汽车原地转向和侧向行驶的原理以及条件，结合成都航空职业技术学院 毕业论文 第 - 5 -页 相关计算，设计出悬架的下摆臂的具体尺寸参数。利用 CATIA进行相关的干涉分析与有限元分析等。 主要内容： 1）悬架分析选择（ 独立悬架与非独立悬架结构形式的选择， 悬架具体结构形式的选择， 弹性元件，减振元件，横向稳定器）； 2）悬架主要参数的确定（
12、悬架的空间几何参数，悬架的弹性特性和工作行程，悬架的工作行程） 3） 螺旋弹簧的设计（螺旋弹簧的刚度，直径等，相关强度校核） 4） 减振器参数的设计（相对阻尼系数，减振器阻尼系数 的确定，减振器最大卸荷力 0F 的确定，减振器工作缸直径 D 的确 定 ） 5）横向稳定杆的设计 6）关键零部件有限元分析 。 产品展示： 前悬架总成 成都航空职业技术学院 毕业论文 第 - 6 -页 后悬架总成 总成 成都航空职业技术学院 毕业论文 第 - 7 -页 第一章 悬架分析选型 1.1 悬架结构方案选择 1.1.1 设计对象车型参数 悬架设计可以大致分为结构型式及主要参数选择和详细设计两个阶段，有时还要反
13、复交叉进行。由于悬架的参数影响到许多整车特性，并且涉及其他总成的布置，因而一般要与总布置共同配合确定。本车设计车型为比亚迪 ET 电动汽车，相关原始参数如下： 本设计对象车型为 比亚迪 ET 纯电动汽车 成都航空职业技术学院 毕业论文 第 - 8 -页 总装备质量 1470kg，轮胎： 205/60R17；轮辋： 17521 J 驱动形式为 4 轮轮毂电机电动机驱动，永磁同步电动机额定功率 4 25KW，最大转速 5500r/min，最大转距400N.m/2500r/min，通过 IGBT 逆变器和 DPS 电子控制器进行控制。 4 轮轮毂驱动模式构成 4 4 全轮驱动。 1.1.2 独立悬架
14、与非独立悬架结构形式的选择 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 ，且 轿车对乘坐舒适性要求较高，故选择独立悬架。 1.1.3 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。本次设计的车型为比亚迪 ET，采用麦佛逊式悬架。 1.1.4 弹性元件选择 弹性元件是悬架的最主
15、要部件，因为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。 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，本次设计选择螺旋弹簧。 1.1.5 减振元件选择 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。 成都航空职业
16、技术学院 毕业论文 第 - 9 -页 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架与车 桥作往复相对运动时，而减振器中的活塞在缸筒内也作往复运动，则减振器壳体内的油液便反复地从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。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为热能，而被油液和减振器壳体所吸收，然后散到大气中。本次设计采用选择双筒式液力减振器。 1.2 传力构件及导向机构 车轮相对于车架和车身跳动时，车轮（特别是转向轮）的运动轨迹应符合一定的要求，否则对汽车某些行驶性能（特别是操纵稳定性）有不利的影响。因此，悬架中某些传力构件同时还
17、承担着使车轮按一定 轨迹相对于车架和车身跳动的任务，因而这些传力构件还起导向作用，故称导向机构。 对前轮导向机构的要求： （ 1）悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过 +4.0mm，轮距变化大会引起轮胎早期磨损； （ 2）悬架上载荷变化时，前轮定位参数要有合理的变化特性，车轮不应产生纵向加速度； （ 3） 汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小。在 0.4g 侧向加速度作用下，车身侧倾角 6-7 度。并使车轮与车身的倾斜同向，以增强不足转向效应。 （ 4） 制动时，应使车身有抗前俯作用；加速时，有抗后仰作用。 （ 5） 具有足够的疲劳强度和寿命，可 靠地传递除垂直力以外的各种力和力矩。 1.3 横向
18、稳定器 在多数的轿车和客车上，为防止车身在转向行驶等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架中还设有辅助弹性元件 横向稳定器。 横向稳定器实际是一根近似 U型的杆件，两个端头与车轮刚性连接，用来 防止车身产生过大侧倾。 其原理是当一侧车轮相对车身位移比另外一侧位移大时，稳定杆承受扭矩，由其自身刚性限制这种倾斜，特别是前轮，可有效防止因一侧车轮遇障碍物时，限制该成都航空职业技术学院 毕业论文 第 - 10 -页 侧车轮跳动幅度。 1.4 下摆臂类型选择 麦弗逊悬挂通常由两个基本部分组成：支柱式减 振 器和 A（或 L 型）字型 托臂 ， 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
19、。下摆臂主要受的三个力： 1.刹车时的纵向力； 2.转弯时的侧向力； 3.颠簸时的垂直力。结合本次设计的目的，考虑到汽车需要原地旋转，为了防止转向车轮与下摆臂发生干涉，故选取 L 型托臂。 第二章 悬架主要参数确定 2.1 悬架挠度计算 对于大多数汽车而言，其悬挂质量分配系数 =0.8 1.2，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直振动是相互独立的，并用偏频 1n ， 2n 表示各自的自由振动频率，偏频越小，则汽车的平顺性越好。一般对于钢制弹簧的轿车， 1n 约为 1 1.3Hz（ 60 80 次 /min） ， 2n 约为 1.17 1.5Hz（ 70 90 次 /min），非常接近人体步行时的自然频率。 2.1.1 悬架静挠度 cf 的计算 悬架静挠度 cf 是指汽车满载静止时悬架上的载荷 wF 与此时悬架刚度 c 之比，即cFf wc / 。汽车悬架的振动系统的固有频率，是影响汽车平顺性的主要参数之一。而汽车部分车身固有率（偏频）可用下式表示：
