雙橫臂式獨(dú)立懸架

1、摘要 雙橫臂式獨(dú)立懸架是常見的懸架形式之一，在汽車領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，要求具有穩(wěn)定的可靠性。其突出優(yōu)點(diǎn)是在于設(shè)計(jì)的靈活性，可以通過合理選擇空間導(dǎo)向桿系的接觸點(diǎn)的位置及控制臂的長度，使得懸架具有合理的運(yùn)動(dòng)特性。本設(shè)計(jì) 2.0L 越野車車型進(jìn)行雙橫臂式懸架的設(shè)計(jì)，利用平面作圖法和平面解析法對懸架的上、下橫臂的尺寸和空間布局進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算選用雙同時(shí)減震器和螺旋彈簧匹配懸架系統(tǒng)，保證輪胎的幾何定位參數(shù)在各種懸架的擺動(dòng)情況下都符合汽敵惺壞囊螅錘春慫鬩員詬髦中問教跫祿竦米羆啞剿承院筒僮魑榷浴丶鄭核岜凼獨(dú)立懸架；越野車；螺旋彈簧；雙筒式減震器 Abstract Double wishbone indepen

2、dent suspension is a common form ofsuspension in the automotive sector has a wide range of applicationsrequires a stable reliability. Advantage lies in its outstanding designflexibility a reasonable choice by the Department of guide bar contactpoint location and the length of the control arm making

3、the suspensionhas a reasonable flow conditions. 2.0L SUV models the design of doublewishbone suspension design mapping method and the plane using the planeanalytical method the suspension of the upper and lower arm of the sizeand spatial layout design calculations also use double-shock matchingdevic

4、e and the coil spring suspension system Geometric alignmentparameters to ensure that the tire swing in a variety of suspension casesare in line with the requirements of automobile driving repeated invarious forms of accounting to ensure the best under the conditions ofsmoothness and operational stab

5、ility.Keywords: Double wishbone independent suspension；off-road vehicles；coil spring；double-barrel shock absorber 目 錄摘要Abstract第 1 章 緒論1 1.1 課題研究的目的和意義1 1.2 要研究內(nèi)容2第 2 章 懸架3 2.1 懸架的功用和組成3 2.2 汽車懸架的類型3 2.3 雙橫臂獨(dú)立懸架4第 3 章 懸架主要參數(shù)的確定6 3.1 懸架靜撓度6 3.2 懸架的動(dòng)撓度7 3.3 懸架彈性特性7 3.4 小結(jié)7第 4 章 獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核9 4.1 設(shè)計(jì)

6、要求9 4.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)9 4.2.1 側(cè)傾中心9 4.2.2 縱傾中心9 4.3 雙橫臂式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 4.3.1 縱向平面內(nèi)上、下橫臂軸布置方案 11 4.3.2 橫向平面內(nèi)的上、下橫臂的布局方案11 4.3.3 水平面內(nèi)上、下橫臂軸的布置方案12 4.4 懸架螺旋彈簧剛度及應(yīng)力計(jì)算 13 4.4.1 螺旋彈簧材料的選擇14 4.4.2 彈簧幾何參數(shù)的計(jì)算15 4.4.3 彈簧的校核17 4.5 小結(jié) 17第 5 章 減振器機(jī)構(gòu)類型及主要參數(shù)的選擇計(jì)算18 5.1 分類 18 5.2 相對阻尼系數(shù) 18 5.3 減振器阻尼系數(shù)的確定 20 5.4 最大卸荷力 的確定

7、21 5.5 簡式減振器工作缸直徑 D 的確定 21 5.6 小結(jié) 21第6章 22 6.1 關(guān)于 CATIA V522 6.2 CATIA 應(yīng)用現(xiàn)狀 22結(jié) 論27致 謝28參考文獻(xiàn)29附 錄30 第 1 章 緒論1.1 課題研究的目的和意義 當(dāng)代汽車工業(yè)已成為國民經(jīng)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，其發(fā)展水平反映了一個(gè)國家工業(yè)技術(shù)的綜合水平， 而且是否具有獨(dú)自的開發(fā)技術(shù)關(guān)乎一個(gè)民族汽車工業(yè)的生死存亡?，F(xiàn)階段，越來越多的企業(yè)把自主的開發(fā)能力，獨(dú)立的設(shè)計(jì)能力當(dāng)作自己發(fā)展戰(zhàn)略中的重要一環(huán)，并且體會(huì)到這一過程艱巨，需選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)切入點(diǎn)逐步的積累和提升。其中，現(xiàn)在各類汽車廣泛采用彈性元件，尤其作為越野車對懸架的要求

8、十分的高，因其跟整車性能密切相關(guān)，針對懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能的開發(fā)越來越成為汽車整車開發(fā)的焦點(diǎn)， 懸架系統(tǒng)是自主開發(fā)的能力不得不考慮的開發(fā)的關(guān)鍵點(diǎn)之一。 隨著中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷的發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，汽車已成為們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡慕煌üぞ摺Ｈ藗冊诓粩嗵岣呓?jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性指標(biāo)的情況下，更加注重了對整車的操控性性能的要求。這種性能要求不但體現(xiàn)在轎車上還在越野車上也逐步體現(xiàn)，開始提出在整車操控性上穩(wěn)定性評價(jià)體系。懸架系統(tǒng)直接影響汽車的操控穩(wěn)定性及平順性， 因此研究已成為汽車工作者日益關(guān)注的問題和工作重點(diǎn)。 懸掛的構(gòu)件雖然簡單但參數(shù)的確定卻相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，廠家不但要考慮汽車的舒適性，操控穩(wěn)定性還要考

9、慮到成本問題?；谶@三個(gè)問題不同廠家有不同的傾向性策略也就產(chǎn)生了國內(nèi)現(xiàn)在比較常見的五種懸架：麥弗遜式獨(dú)立懸架、雙叉臂式獨(dú)立懸架、單縱臂扭桿梁式半獨(dú)立懸架、雙橫臂式獨(dú)立懸架、多連桿式獨(dú)立懸架。 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它把車架（或車身）與車輪彈性地連接起來。懸架需要傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，緩和路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，使汽車獲得高速的行駛能力和理想的運(yùn)動(dòng)特性所以懸架對于整車的意義重大。 鑒于懸架設(shè)計(jì)在汽車特別是在轎車總成開發(fā)中的重要地位，越野車必需重視懸架總成的設(shè)計(jì)開發(fā)。由于懸架本身的性能特點(diǎn)與整車的匹配關(guān)系等直接決定了汽車的行駛平順性、操縱穩(wěn)

10、定性和乘坐舒適性，進(jìn)而影響著整車的檔次和價(jià)格。因此，對懸架的研究有著重要的實(shí)用意義。 本論文是基于某 2.0L 型車的改型總體方案要求進(jìn)行的，與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合較緊密。通過對懸架系統(tǒng)中重要零部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算和校核；各定位參數(shù)涵義及其對整車動(dòng)力學(xué)性能影響的分析，初步達(dá)到介紹懸架設(shè)計(jì)全過程目的。1.2 主要研究課題、方法、內(nèi)容1.2.1 課題來源及要求 本課題來源于生產(chǎn)實(shí)際，要求根據(jù) 2.0L 越野車的改型總體方案要求，針對其前獨(dú)立懸架進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。在此設(shè)計(jì)中需要完成懸架中關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核、減振器的選型、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的分析等。另外，設(shè)計(jì)還需包括懸架系統(tǒng)部分零件的 CAD 裝配圖的繪制。1.2.2

11、 研究方法 在設(shè)計(jì)時(shí)首先考慮改型車的總體方案要求，根據(jù)汽車的總體空間結(jié)構(gòu)對懸架結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行設(shè)計(jì)。接著，根據(jù)懸架總體方案，進(jìn)行懸架系統(tǒng)各零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，在計(jì)算時(shí)應(yīng)重點(diǎn)計(jì)算對懸架整體性能影響較大的零部件如：螺旋彈簧、上橫臂、下橫臂、減振器等。最后，對關(guān)鍵零件進(jìn)行強(qiáng)度校核.1.2.3 研究的主要內(nèi)容 本文的研究對象是的前懸架，通過對懸架彈性元件的計(jì)算、 分析，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的核算和校核，可以驗(yàn)證懸架中關(guān)鍵零部件的可行性，掌握懸架的適用范圍和使用條件，計(jì)算整車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。 第 2 章 懸架2.1 懸架的功用和組成 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它把車架（或車身）與車輪彈性地連接起來。懸架需

12、要傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，緩和路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，保證保證汽車的行駛平順性；保證車輪在路面不平在和載荷變化是有理想的運(yùn)動(dòng)特性，使汽車獲得高速的行駛能力和理想的運(yùn)動(dòng)特性。 汽車懸架的功用總結(jié)如下： 抑制、緩和由不平路面引起的振動(dòng)和沖擊； 傳遞汽車垂直力以外，還傳遞其它各個(gè)方向的力和力矩； 保證車輪和車身（或車架）之間有確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使汽車具有良好的駕駛性能。 汽車懸架是車架（或車身）與車橋（或車輪）之間彈性連接的部件。汽車懸架主要由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三個(gè)基本部分組成。此外還包括一些特殊功能的部件，如穩(wěn)定器和緩沖塊等。現(xiàn)代汽車還采用了控制

13、機(jī)構(gòu)，形成可控式懸架，如半主動(dòng)懸架和全主動(dòng)懸架等。 彈性元件使車架（或車身）與車橋（或車輪） 之間實(shí)現(xiàn)彈性連接，用來承受并傳遞垂直載荷，緩和不平路面、緊急制動(dòng)、加速和轉(zhuǎn)彎引起的沖擊。減振器用來衰減由于彈性系統(tǒng)受到?jīng)_擊后引起的振動(dòng)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是用來使車輪特別是轉(zhuǎn)向輪按一定運(yùn)動(dòng)軌跡相對于車身運(yùn)動(dòng)。同時(shí)以上三者兼有傳遞力的作用。若鋼板彈簧作為彈性元件時(shí)，它本身兼有導(dǎo)向作用，可不另設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。在多數(shù)的轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在懸架中還設(shè)有輔助彈性元件橫向穩(wěn)定器，用以提高側(cè)傾的剛度，使汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛的平順性。 要保持車身自然振動(dòng)頻率不變或

14、變化很小，在汽車空載到滿載的范圍內(nèi)變化，就需要將懸架剛度做成可變的。如懸架中的有些彈性元件本身的剛度就是可變的，例如氣體彈簧；有些彈性元件的剛度雖是不變的，但如果其結(jié)構(gòu)中采取某些措施，也可使整個(gè)懸架具有可變的剛度，例如漸變剛度鋼板彈簧。這樣就使汽車空車對懸架剛度小，而載荷增加時(shí)，懸架剛度隨之增加。改善了汽車行駛時(shí)的平順性。2.2 汽車懸架的類型 根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，汽車懸架可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩大類。非獨(dú)立懸架的鮮明特色是左、右車輪之間由一剛性梁或非斷開式車橋聯(lián)接，當(dāng)單邊車輪駛過凸起時(shí)，會(huì)直接影響另一側(cè)車輪。獨(dú)立懸架中沒有這樣的剛性梁，左右車輪各自“獨(dú)立”地與車架或車身相連或構(gòu)成斷開

15、式車橋，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可細(xì)分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等等，各種懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將在以下章節(jié)中進(jìn)一步討論。 除上述非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架外，還有一種近似半獨(dú)立懸架，它與近似半剛性的非斷開式后支持橋相匹配。當(dāng)左右車輪跳動(dòng)幅度不一致時(shí)，后支持橋中呈 V形斷面并與左右縱臂固結(jié)在一起的橫梁受扭，由于其具有一定的扭轉(zhuǎn)彈性，故此種懸架既不同于非獨(dú)立懸架，也與獨(dú)立懸架有別。該彈性橫梁還兼起橫向穩(wěn)定桿的作用。 按照彈性元件的種類，汽車懸架又可以分為鋼板彈簧懸架、螺旋彈簧懸架、扭桿彈簧懸架、空氣懸架以及油氣懸架等。 按照作用原理，可以分為被動(dòng)懸架、主動(dòng)懸架和介于二者之間的半主動(dòng)懸架。2.3 雙橫臂獨(dú)立懸架 雙橫臂式獨(dú)立

16、懸架的結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。 1下橫臂；2球頭節(jié)；3-外球籠?橡膠襯套；5球頭 6下橫臂；7上橡膠襯套；8下橡膠襯套 按其上下橫臂的長短可分為等長雙橫臂和不等長雙橫臂兩種。 等長雙橫臂懸架在其車輪做上下跳動(dòng)時(shí)，可保持主銷傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會(huì)使輪胎磨損嚴(yán)重，多為不等長雙擺臂懸架代替，后一種懸架在其車輪上下跳動(dòng)時(shí)候只需要適當(dāng)?shù)倪x擇上下橫臂的長度并合理布置，即可使輪距及車輪定位參數(shù)的變化限定在一定的范圍之內(nèi)，這種不大的輪距的改變，不應(yīng)引起車輪沿路面的滑移，而為輪胎的彈性變形所補(bǔ)償，因此其保持了汽車良好的行使平順性，雙橫臂懸架的突出優(yōu)點(diǎn)在于其設(shè)計(jì)的靈活性，可以通過合理選擇空間桿系的鉸接

17、點(diǎn)的位置及導(dǎo)向臂的長度，使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特性，并且形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心。 這種不等臂懸架的優(yōu)點(diǎn)是改善了汽車的乘坐舒適性和平順性，保證了輪胎的使用壽命雙橫臂式獨(dú)立懸架在轎車的前輪上應(yīng)用得較廣泛。 雙橫臂式獨(dú)立懸架按所使用的彈性元件可分為螺旋彈簧、扭桿彈簧和空氣彈簧。 第 3 章 懸架主要參數(shù)的確定 在設(shè)計(jì)時(shí)首先對懸架總體參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，如懸架的剛度、懸架的撓度等，這樣在下文對零部件的計(jì)算時(shí)，就可以以懸架的總體參數(shù)為依據(jù)，根據(jù)懸架的結(jié)構(gòu)參數(shù)求出相關(guān)零部件的受力、剛度等參數(shù)。下面是針對懸架設(shè)計(jì)所需要的基本參數(shù)： 表 3-1 越野車的基本參數(shù)車長 車高/寬 前輪距 后輪距 軸距4629mm

18、 1653/1880mm 1617mm 1613mm 2807mm車身重量 加速時(shí)間 最大功率 最大扭矩 最高速度1900 kg 10.0 秒 155/4300-6000 350/1500-4200 180.0 km/h （0-100km/h） KW/rpm Nm/rpm輪胎 輪轂尺寸 最小轉(zhuǎn)彎半徑 最小離地間隙235/65 R17 17 5.8 m 185 mm3.1 懸架靜撓度懸架靜擾度錯(cuò)誤！未找到引用源。是指汽車滿載靜止時(shí)懸架的載荷 Fw 與此時(shí)懸 架 剛 度 c 之 比 ， 即 錯(cuò) 誤 ！ 未 找 到 引 用 源 。 Fw/c 。 （3.1） 汽車彈簧與簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率

19、，是影響汽車平順性的主要參數(shù)之一。而汽車部分車身的固有頻率 n（亦稱偏頻）可以用式表示： 錯(cuò)誤！未找到引用源。 （3.2）式中：錯(cuò)誤！未找到引用源。指汽車前懸架的剛度，N/mm 錯(cuò)誤！未找到引用源。； 錯(cuò)誤！未找到引用源。指前懸架的簧上質(zhì)量，Kg； 錯(cuò)誤！未找到引用源。指前懸架偏頻，；汽車的前懸架的靜繞度可以下式表示： 錯(cuò)誤！ 未找到引用源。 3.3所以，懸架的靜撓度 f c1 和懸架剛度錯(cuò)誤！未找到引用源。之間有如下關(guān)系： 錯(cuò) 誤 ！ 未 找 到 引 用 源 。（3.4） 車用車的發(fā)動(dòng)機(jī)排量越大，懸架的偏頻應(yīng)越小，滿載情況下前懸架偏頻在0.801.15Hz 之間取后懸架要求在 0.981.3

20、0Hz。錯(cuò)誤！未找到引用源。1.15Hz代入數(shù)值得：錯(cuò)誤！未找到引用源。3.2 懸架的動(dòng)撓度 懸架的動(dòng)繞度錯(cuò)誤！未找到引用源。是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)充許的最大變形通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的 1/2 或 1/3時(shí)，車輪中心相對車架（或車身）的垂直位移。乘用車錯(cuò)誤！未找到引用源。取 79cm，貨車錯(cuò)誤！未找到引用源。取 69cm，客車錯(cuò)誤！未找到引用源。取 58cm。從越野車的通過性越野性能出發(fā)選此懸架的動(dòng)撓度 f d 90mm3.3 懸架彈性特性 懸架受到的垂直外力 F 由此引起的車輪中心相對于車身位移 f（即懸架的變形）的關(guān)系曲線，稱為懸架的彈性特性其切線的斜率式懸架的剛度

21、。如圖3.1 所示： 懸架的彈性特性有線性和非線性特性兩種。當(dāng)懸架變形和受垂直外力 F之間成固定的比例關(guān)系時(shí)，彈性特性是一條直線，稱為線性彈性特性，此時(shí)懸架剛度為常數(shù)；當(dāng)懸架變形和受垂直外力 F 之間不成固定的比例關(guān)系時(shí)，稱為成為非彈性特性6。 乘用車的簧上質(zhì)量雖然變化不大，但是為了減少車軸對車架的沖擊，減少轉(zhuǎn)彎時(shí)的側(cè)傾與制動(dòng)時(shí)的前傾角和加速時(shí)的后仰角，因該采用剛度了變得非線性懸架，如圖 3.1 所示：懸架的主要參數(shù)總結(jié)如下表 3-2： 表 3-2 懸架的主要參數(shù) 懸架動(dòng)撓度錯(cuò) 懸架彈性特性 懸架靜擾動(dòng) f c1 誤！未找到引用 源。 189mm 90mm 非線性1.4 小結(jié) 本章通過利用通用

22、公式計(jì)算確定了懸架的主要參數(shù)，為懸架下一步的設(shè)計(jì)確定了最主要的依據(jù)，確定懸架的主要技術(shù)標(biāo)要求。 第 4 章 獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核4.1 設(shè)計(jì)要求針對前雙橫臂對立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求：1） 懸架上載荷變化時(shí)，保證輪距變化不超過錯(cuò)誤！未找到引用源。mm，輪距變 化會(huì)引起輪胎的早期磨損。2） 懸架上載荷變化時(shí)，前輪定位參數(shù)要有合理的變化特性，車輪不應(yīng)該產(chǎn)生縱 向加速度。3） 汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，應(yīng)該車身側(cè)傾角小。在 0.4g 側(cè)加速度作用下，車身側(cè)傾 角錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。，并使車輪與車身的 傾斜同向，以增強(qiáng)轉(zhuǎn)向不足效應(yīng)。4） 制動(dòng)時(shí)，因該有車身的抗前俯作用；加速時(shí)，應(yīng)該

23、有抗后仰作用。 目前，汽車上廣泛采用上下不等臂長的雙橫臂獨(dú)立懸架且主要應(yīng)用前懸架。靜止平衡的時(shí)候輪胎的定位參數(shù)如下表 4.1： 表 4-1 前輪定位參數(shù)前輪前束 外傾角 主銷后傾 主銷內(nèi)傾 前輪距變化 后輪距變化 （°） ° （°）在 0°左右 0°30 3° 12° 3mm 4mm4.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)4.2.1 側(cè)傾中心雙橫臂的獨(dú)立懸架的側(cè)傾中心，如圖 4.1 所示方式得出； 圖 4-1 雙橫臂式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心 W 的確定 將上下橫臂內(nèi)外轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的連線延長，以得到極點(diǎn) P，比且得到 P 的高度。將P 點(diǎn)與車輪接地點(diǎn) N 連接，即可得到汽車軸線上的側(cè)傾中心 W 點(diǎn)10。雙橫臂式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心的高度錯(cuò)誤！未找到引用源。為：錯(cuò)誤！未找到引用源。 （4.1）式中：錯(cuò)誤！未找到引用源。 （4.2）其中：C397mm，7°，5