1、1 摘 要 随着汽车工业技术的发展，人们对汽车的行驶平顺性，操纵稳定性以及乘坐舒适性和安全性的要求越来越高。 汽车行驶平顺性反映了人们的乘坐舒适性，而舒适性则与悬架密切相关。 因此，悬架系统的开发与设计具有很大的实际意义。 本次设计主要研究的是比亚迪 F3 轿车的前、后悬架系统的硬件选择设计，计算出悬架的刚度、静挠度和动挠度及选择出弹簧的各部分尺寸，并且通过阻尼系数和最大卸荷力确定了减振器的主要尺寸，最后进行了横向稳定杆的设计以及汽车平顺性能的分析。本设计在轿车前后悬架的选型中均采用独立悬架。其中前悬架采用当前 家庭轿车前悬流行的麦弗逊悬架。前、后悬架的减振器均采用双向作用式筒式减，后悬则采用
2、半拖曳臂式独立悬架振器。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。 2 1 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（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
3、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，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。 3 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。 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
4、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4 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
5、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：非独立悬架和独立悬架系统。 图 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
6、立悬架非簧载质量小，可提高汽车车轮的附着性。5 如图 2 所示。 独立悬架的类型及特点： 图 3 独立悬架 的车轴分成两段 （如图 3） ，每只车轮用螺旋弹簧独立地， 弹性地连接 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。 现在，前悬架基本上都采用独立悬架系统，最常见的有双横臂式和滑柱摆臂式（又称麦弗逊式）。 双横臂式 图 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 V6 字
7、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。 麦弗逊式（滑柱连杆式） 图 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。 7 车轮上下运动时，主销轴线的角度会有 变
8、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。 典型的结构如图 6 和 7。 图 6 麦弗逊悬架结构 1-减振器外筒 ;2-活塞杆 ;3-弹簧支座 ;4-横向稳定杆支架 ;5-横向稳定杆拉杆 ; 6-副车架 ;7-横向稳定杆 ;8-发动机支座 ;9-弹簧上支座 ;10-隔离座 ;11-辅助弹簧 ; 12-防尘罩 ;13-U 形夹 ;14-轴承 ;15-定位螺栓 8 图 7 麦弗逊悬架的另一种结构图 1-横向摆臂 ;2-球形支承 ;3-减振器外筒 ;4-弹簧 ;5-上 支承轴承 ;6-反跳缓冲弹簧 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
9、，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 8 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9 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。 图 8 1.4 悬架的国内外发展情况 汽车悬架的发展十分 迅速 ，不断出
10、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
11、主动式 空气弹簧悬架。 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10 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
12、国内各地受到重视，这些因素都将促使 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。 2 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
