麦弗逊悬架设计说明书

- - -

目录

摘要 (2)

ABASTRACT (3)

第一章前言 (4)

第二章设计任务 (5)

第三章悬架的结构分析及选型 (6)

3.1悬架的分类 (6)

3.2非独立悬架与独立悬架优缺点分析 (6)

3.3独立悬架结构形式分类及分析 (7)

第四章方案论证 (8)

4.1 悬架结构方案分析 (8)

4.2弹性元件 (9)

4.3减震元件 (10)

4.4传力构件及导向机构 (10)

4.5横向稳定器 (11)

第五章前悬架系统的主要参数的确定及对整车性能的影响 (11)

5.1悬架的静扰度 (11)

5.2悬架的动扰度 (12)

5.3悬架的弹性特性 (12)

5.4前悬架主销侧倾角与后倾角 (13)

第六章弹性元件的计算 (14)

6.1 螺旋弹簧的设计 (14)

第七章减震器机构的类型及主要参数的选择计算 (15)

7.1减震器分类 (15)

7.2相对阻尼系数 (15)

7.3减震器阻尼系数的确定 (14)

7.4最大卸荷力的确定 (17)

7.5减震器工作缸直径的确定 (18)

结论 (19)

参考文献 (20)

摘要

为了提高汽车行驶的平顺性和稳定性, 本课题进行了产品名称为QF1020货车前后悬架的设计。通过对课题容的分析, 并结合相关设计手册,进行了方案设计与比较, 设计了麦弗逊前悬架, 钢板弹簧后悬架。在设计中，首先，分析了麦弗逊独立悬架的组成和功用；其次，进行悬架的上各零部件强度的校核；第三，详细考虑各部件之间的连接关系；最后在此基础上进行悬架自然振动频率，悬架静挠度和动挠度以及悬架弹性特性的计算。在分析麦弗逊悬架的组成和作用以及各零部件的尺寸确定的基础上，再利用CAD软件进行二维制图。此次的设计进行了准确的计算和详细的结构分析，为麦弗逊悬架的结构优化提供了依据，从而在运动学和动力学方面提高汽车的性能。

关键词：麦弗逊悬架；汽车；设计；

ABSTRACT

In order to enhance the automobile smooth running and the stability, This topic has carried on the suspension design of the Product Name of QF1020 vehicle. Through analyzing the topic content, and combine the correlation design handbook, carried on the plan to design and to compare, the McPherson strut front suspension , the leaf spring behind suspension and trapezium’s frame are designed. This thesis first analyzes the consists and function of the McPherson suspension in the design, then check the up and down of the suspension, Third, the various components of the link between relations is considered the suspension on the basis of the natural vibration frequency is calculated as well as static suspension deflection and dynamic deflection and elastic characteristics of the suspension terms at last. On the basis of Analysis of the composition and role of the size of the components in the two suspension, then to use CAD software, 2D software mapping .We make an accurate and detailed structural analysis on the design, which provides the reference for optimal design of the suspension. The approach can enhance the performance of the McPherson suspension and leaf spring behind suspension.

Keyword: McPherson suspension; Motor vehicle; Design;

第一章前言

悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统(车架或承载式车身)之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。

悬架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，从而在很大程度上影响了整车的操纵稳定性和抗纵倾能力。在有些悬架中还有缓冲块和横向稳定杆。

尽管一百多年来汽车悬架从结构型式到作用原理一直在不断地演进，但从结构功能而言，它都是由弹性元件、减振装置和导向机构三部分组成。在有些情况下，某一零部件兼起两种或三种作用，比如钢板弹簧兼起弹性元件及导向机构的作用，麦克弗逊悬架(或称滑柱摆臂式独立悬架)中的减振器柱兼起减振器及部分导向机构的作用。

如前所述，汽车悬架和悬挂质量、非悬挂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作用。因而在设计悬架时必须考虑以下几个方面的要求[1]：

a、通过合理设计悬架的弹性特征及阻尼特性确保汽车具有良好的行驶平顺性，既具有较低的振动频率、较小的振动加速度值和合适的减振性能，并能避免在悬架

的压缩或伸行程极限点发生硬冲击，同时还要保证轮胎具有足够的接地能力；

b、合理设计导向机构，以确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩的可靠传递，保证车轮跳动时车轮定位参数的变化不会过大，并且能满足汽车具有良好的操纵稳定性的要求；

c、导向机构的运动应与转向杆系的运动相协调，避免发生运动干涉，否则可能引发转向轮摆振；

d、侧倾中心及纵倾中心位置恰当，汽车转向时具有抗侧倾能力，汽车制动和加速时能保持车身的稳定，避免发生汽车在制动和加速时的车身纵倾（即所谓“点头”和“后仰”）；

e、悬架构件的质量要小尤其是其非悬挂部分的质量要尽量小；

f、便于布置，在轿车设计中特别要考虑给发动机及行箱留出足够的空间；

g、所有零部件应具有足够的强度和使用寿命；

h、制造成本低；

i、便于维修、保养。

为了满足汽车具有良好的行驶平顺性，要求由簧上质量与弹性元件组成的振动系统的固有频率应在合适的频段，并尽量可能低。前、后悬架固有频率的匹配应合理。

第二章设计任务

本课题的名称是进行QF1020轻型货车的前后悬架设计。

主要研究的容是：

1.进行前悬架的底盘布置；

2.悬架结构型式分析和主要参数的确定；

3.用AUTOCAD完成悬架装配图及主要零件图。

解决的问题有：

1.解决汽车零部件企业麦弗逊悬架产品开发过程中设计与产品建模等问题；

2.规合理的型式和尺寸选择，结构和布置合理；

3.分析其结构形式及主要参数的确定。

发动机标定功率5300r/min)39kw

最大扭矩（3000～3500r/min)78N.m

第三章悬架的结构分析及选型

3.1悬架的分类

根据导向机构的不同可将汽车悬架分为独立悬架和非独立悬架两大类（如图1）。70年代又发展了一种前后悬架或左右悬架相通的交联式悬架。

图1

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[2]。

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[3]。

3.2非独立悬架与独立悬架优缺点分析

3.2.1非独立悬架的优缺点分析

非独立悬架的结构特点是，左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接。

优点是：结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。

缺点是：1）由于整车布置上的限制，钢板弹簧不可能有足够的长度（特别是前悬架），使之刚度较大，所以汽车平顺性较差；

2）簧下质量大；在不平路面上行驶时，左、右车轮相互影响，并使车轴（桥）和车身倾斜；

3）当两侧车轮不同步跳动时，车轮会左、右摇摆，使前轮容易产生摆振；前轮跳动时，悬架易与转向传动机构产生运动干涉；

4）当汽车直线行驶在凹凸不平的路段上时，由于左右两侧车轮反向跳动或只有一侧车轮跳动时，不仅车轮外倾角有变化，还会产生不利的周转向特性；

5）汽车转弯行驶时，离心力也会产生不利的轴转向特性；车轴（桥）上方要求有与弹簧行程相适应的空间[4]。这种悬架主要用在总质量大些的商用车前、后悬架以及某些乘用车的后悬架上。

3.2.2独立悬架优缺点分析

独立悬架的结构特点是，左、右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接。缺点是：结构复杂，成本较高，维修困难[5]。优点是：1）簧下质量小；

2）悬架占用的空间小；

3）弹性元件只承受垂直力，所以可以用刚度小的弹簧，使车身振动频率降低，改善了汽车行驶平顺性；

4）由于采用断开式车轴，所以能降低发动机的位置高度，使整车的质心高

度下降，改善了汽车的行驶稳定性；

5）左、右车轮各自独立运动互不影响，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；

6）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。这种悬架主要用于乘用车和部分总质量不大的商用车上。

3.3独立悬架结构形式分类及分析

独立悬架有多种结构形式,主要分为双横臂式；单横臂式；双纵臂式；单纵臂式；麦弗逊式和扭转梁随动臂式等几种类型。对于不同结构形式的独立悬架，不仅结构特点不同，而且许多基本特性也有较大区别。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产生侧倾时，相对于地面的瞬时转动中心，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少。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。若主销后倾角变化大，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，并将此转动角度称之为车厢侧倾角。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[6]。

第四章方案论证

4.1悬架结构方案分析

4.1.1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，鉴于轻型货车的特点，综合悬架的各自特性以及成本等方面，货车前部载人，后部载货，故将汽车的前悬设计为麦弗逊悬架，后悬设计为钢板弹簧悬架[7]。

4.1.2悬架具体结构形式的选择