1、.畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào) 學(xué) 院： 理工學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 題 目： 汽車懸架系統(tǒng)的部件設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 2013 年 6月 河北科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定表姓 名學(xué) 號(hào)成 績(jī)專 業(yè)題 目指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 指導(dǎo)教師： 年 月 日評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 評(píng)閱教師： 年 月 日答辯小組評(píng)語(yǔ)及成績(jī)答辯小組組長(zhǎng)： 年 月 日答辯委員會(huì)意見 學(xué)院答辯委員會(huì)主任： 年 月 日 注：該表一式兩份，一份歸檔，一份裝入學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）中。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 中 文 摘 要 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，汽車懸架是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱。其主要作用是

2、傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩， 并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動(dòng)、保證乘員的舒適性、減小貨物和車輛本身的動(dòng)載荷。汽車懸架包括彈性元件、減振器和傳力裝置等三部分。彈性元件多指螺旋彈簧，它只承受垂直載荷，緩和及抑制不平路面對(duì)車體的沖擊。減振器又指液壓減振器，其功能是為加速衰減車身的振動(dòng)，它也是懸架系統(tǒng)中最精密和復(fù)雜的機(jī)械件。傳力裝置則是指車架的上下擺臂等叉形鋼架、轉(zhuǎn)向節(jié)等元件。一般來(lái)說(shuō)，汽車的懸架系統(tǒng)分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩種。目前大多數(shù)轎車的前后懸架都采用了獨(dú)立懸架的形式，并已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。汽車懸架性能是影響汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和行駛速度的重要因素。

3、因此，研究汽車振動(dòng)，設(shè)計(jì)新型懸架系統(tǒng)，將振動(dòng)控制到最低水平是提高現(xiàn)代汽車質(zhì)量增加人們駕駛舒適度的重要措施。關(guān)鍵詞 彈性元件 減震器 傳力裝置 獨(dú)立懸架 非獨(dú)立懸架.;畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 外 文 摘 要Title The design of vehicle suspension systems components AbstractSimply put, the vehicle suspension is a general term for all power transmission between the vehicle frame and axle or wheel connecte

4、d devices. Its main role is to pass all the forces and torques acting between the wheel and the body of the car, and to alleviate the impact load of the vehicle body passed by unsure road, thereby causing attenuation of the vibration, to ensure occupant comfort, reduce the cargo and the vehicle itse

5、lf dynamic load. The vehicle suspension including elastic components, shock absorbers and power transmission devices. The elastic element multi-finger coil spring only withstand the vertical loads, relaxation and inhibition of uneven road surfaces on the impact of the car body. The damper also point

6、ed hydraulic shock absorbers, and its function is to accelerate the attenuation of the vibration body, it is the suspension system the most sophisticated and complex piece of machinery. The power transmission device is the fork steel frame of the top and bottom of the frame swing arm, steering secti

7、on and other components. In general, the cars suspension system is divided into a non-independent suspension and two independent suspension. Most of the cars front and rear suspension uses a form of independent suspension, and has become a trend. The vehicle suspension performance is an important fa

8、ctor to affect the car ride comfort, handling and stability and driving speed. Therefore, the study of vehicle vibration, design a new suspension system, vibration control to the lowest level is to improve the quality of Hyundai Motor important measures to increase people driving comfort.Keywords: e

9、lastic components, shock absorbers, power transmission device, independent suspension, non-independent suspension. 張宏 目 錄第1章 緒 論1.1皮卡車懸架概述 6 1.2懸架的功用71.3懸架的組成71.4懸架的垂直彈性性81.5懸架的分類81.6 輔助元件 121.7皮卡懸架的要求和方案選定14 第2章 麥弗遜獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)和計(jì)算2.1懸架的總體布置方案 152.2相關(guān)參數(shù)的計(jì)算162.3減震器的選型與設(shè)計(jì)222.4彈簧限位緩沖塊的設(shè)計(jì)262.5橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)計(jì)算272.6

10、傳力構(gòu)件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)28 參考文獻(xiàn)47 第1章 緒 論1.1 皮卡汽車懸架概述皮卡汽車是汽車市場(chǎng)細(xì)分后的產(chǎn)物，它的主要使用者是一些非主流人群，所以皮卡汽車行駛的道路也有其特殊性，從城市道路到山區(qū)小道，無(wú)所不包，所以對(duì)皮卡車的懸架也提出了很高的適應(yīng)性的要求。對(duì)于皮卡汽車而言，現(xiàn)在設(shè)計(jì)中，一般前懸架是轎車型的獨(dú)立懸架，后懸架是非獨(dú)立懸架，離地間隙較大，在一定的程度上既有轎車的舒適性又有越野車的越野性能；皮卡車帶有兩座或四座，使車輛既可載人又可載貨，行駛范圍廣。近幾年，皮卡汽車逐漸向著舒適化發(fā)展，一些車輛甚至已經(jīng)具有普通轎車的功能。但從皮卡車的懸架而言，最主要的功能是傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間

11、的一切力和力矩，并緩和汽車駛過(guò)不平路面時(shí)所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證汽車的行駛平順性。所以必須在車輪與車架或車身之間提供彈性聯(lián)接，依靠彈性元件傳遞車輪或車橋與車架或車身之間的垂向載荷，并依靠其彈性變形來(lái)吸收能量，達(dá)到緩沖的目的。 采用彈性聯(lián)接后，為了迅速衰減不必要的振動(dòng)，懸架中還必須包括阻尼元件，即減振器。此外，懸架中還需要有可以確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩可靠傳遞并決定車輪相對(duì)于車架或車身的位移特性的連接裝置系統(tǒng)，我們稱之為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定了車輪跳動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡和車輪定位參數(shù)的變化，以及汽車前后側(cè)傾中心及縱傾中心的位置，從而在很大程度上影響了整車的操縱穩(wěn)定

12、性和抗縱傾能力。在有些懸架中還有緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿。 盡管一百多年來(lái)汽車懸架從結(jié)構(gòu)形式到作用原理一直在不斷地演進(jìn)，但從結(jié)構(gòu)功能而言，它大都是由彈性元件、減振裝置和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。在有些情況下，某一零部件兼起兩種或三種作用，比如鋼板彈簧兼起彈性元件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，麥克弗遜懸架 (McPherson strut suspension，或稱滑柱擺臂式獨(dú)立懸架)中的減振器柱兼起減振器及部分導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，有些主動(dòng)懸架中的作動(dòng)器則具有彈性元件、減振器和部分導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的功能。 根據(jù)皮卡車的行駛路面的特殊行和皮卡汽車本身的功能的多用途而言，前懸要用獨(dú)立懸架，以保證乘坐人員的舒適性；然而后懸有要選擇非獨(dú)立

13、懸架，以保證懸架有一定的剛度，得以運(yùn)送足夠重量的貨物。1.2 懸架的功用迅速衰減車身和車橋的振動(dòng)；傳遞它們之間的一切反力及其所形成的力矩；緩和，抑制由于不平路面所引起的振動(dòng)和沖擊，以保證汽車良好的平順性，操縱穩(wěn)定性。懸架系統(tǒng)的在汽車上所起到的這幾個(gè)功用是緊密相連的。要想迅速的衰減振動(dòng)沖擊，乘坐舒服，就應(yīng)該降低懸架剛度。但這樣，又會(huì)降低整車的操縱穩(wěn)定性。因此，必須找到一個(gè)平衡點(diǎn)，既保證操縱穩(wěn)定，又保證使其具備較好的平順性。1.3 懸架的組成 現(xiàn)代皮卡車，其懸架的形式、種類會(huì)因不同的公司和設(shè)計(jì)單位而有不同形式。但是，懸架系統(tǒng)一般由彈性元件、減振器、緩沖塊、橫向穩(wěn)定器等幾部分組成等。它們分別起到緩沖

14、、減振 、力的傳遞、限位和控制車輛側(cè)傾角度的作用。 彈性元件有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，現(xiàn)代轎車懸架多采用螺旋彈簧，個(gè)別高級(jí)轎車則使用空氣彈簧。螺旋彈簧只承受垂直載荷，緩和及抑制不平路面對(duì)車體的沖擊，具有占用空間小，質(zhì)量小，無(wú)需潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)，但由于本身沒有摩擦而沒有減振作用。這里我們選用螺旋彈簧。減振器是為了加速衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動(dòng)，減振器有筒式減振器、阻力可調(diào)式新式減振器、充氣式減振器。它是懸架機(jī)構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機(jī)械件。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來(lái)傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時(shí)保持車輪按一定運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)車身跳動(dòng)，通常導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由控制擺臂式桿件組成。種類有單桿式或多連桿式的。鋼板彈

15、簧作為彈性元件時(shí)，可不另設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，它本身兼起導(dǎo)向作用。有些轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過(guò)大的橫向傾斜，在懸架系統(tǒng)中加設(shè)橫向穩(wěn)定桿，目的是提高橫向剛度，使汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。1.4 懸架的垂直彈性特性 汽車懸架的垂直彈性特性圖表示作用在懸架上的垂直載荷F與在輪軸上方的變形f之間的關(guān)系。1.5 懸架的分類皮卡車的懸架從大的方面來(lái)看，可以分為兩類：獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架系統(tǒng)。 圖1 獨(dú)立懸架1.5.1 獨(dú)立懸架是兩側(cè)車輪分別獨(dú)立地與車架（或車身）彈性地連接，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊，其運(yùn)動(dòng)不直接影響到另一側(cè)車輪，獨(dú)立懸架所采用的車橋是斷開式的。這樣使得發(fā)動(dòng)機(jī)

16、可放低安裝，有利于降低汽車重心，并使結(jié)構(gòu)緊湊。獨(dú)立懸架允許前輪有大的跳動(dòng)空間，有利于轉(zhuǎn)向，便于選擇軟的彈簧元件使平順性得到改善。同時(shí)獨(dú)立懸架非簧載質(zhì)量小，可提高汽車車輪的附著性。如圖1示。 圖2獨(dú)立懸架的類型及特點(diǎn)：獨(dú)立懸架的車軸分成兩段（如圖2），每只車輪用螺旋彈簧獨(dú)立地，彈性地連接安裝在車架(或車身)下面，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊，由于兩端是分離的，其運(yùn)動(dòng)不直接影響到另一側(cè)車輪，獨(dú)立懸架所采用的車橋是斷開式的?，F(xiàn)在，皮卡車前懸架都采用獨(dú)立懸架系統(tǒng)，最常見的有雙橫臂式懸架和麥弗遜式懸架。工作原理：這種懸架將減振器作為引導(dǎo)車輪豎直方向跳動(dòng)的滑柱，螺旋彈簧與其裝于一體，將雙橫臂上臂去掉并以橡膠做支承，允

17、許滑柱上端作少許角位移。內(nèi)側(cè)空間大，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)布置，并降低車子的重心。當(dāng)車輪上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，主銷軸線的角度會(huì)有變化，這是因?yàn)闇p振器下端支點(diǎn)隨橫擺臂擺動(dòng)。以上問(wèn)題可通過(guò)調(diào)整桿系設(shè)計(jì)布置合理得到解決（如圖3）。 圖3 麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)1-減振器外筒;2-活塞桿;3-彈簧支座;4-橫向穩(wěn)定桿支架;5-橫向穩(wěn)定桿拉桿6-副車架;7-橫向穩(wěn)定桿;8-發(fā)動(dòng)機(jī)支座;9-彈簧上支座;10-隔離座;11-輔助彈簧; 12-防塵罩;13-U形夾;14-軸承;15-定位螺栓 1.5.2 非獨(dú)立懸架非獨(dú)立懸架（如圖4）所示。其特點(diǎn)是兩側(cè)車輪安裝于一個(gè)整體式車橋上，當(dāng)一側(cè)車輪受到?jīng)_擊力時(shí)會(huì)直接影響到另一側(cè)的車輪上，當(dāng)車輪上

18、下跳動(dòng)時(shí)定位參數(shù)變化小。若采用鋼板彈簧作為彈性元件，它同時(shí)還可兼起導(dǎo)向作用，使結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，降低成本。因此非獨(dú)立懸架目前廣泛應(yīng)用于貨車和大客車上，有些轎車后懸架也有采用的。圖 4由于鋼板彈簧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修、保養(yǎng)方便，長(zhǎng)期以來(lái)鋼板彈簧在汽車上得到廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在，由于皮卡車的用途和性能要求，皮卡車后懸架基本都采用非獨(dú)立懸架系統(tǒng)，最常見的有鋼板彈簧非獨(dú)立懸架。目前汽車使用的鋼板彈簧常見的有以下幾種：通多片鋼板彈簧，如圖5-a所示，這種彈簧主要用在載貨汽車和大型客車上，彈簧彈性特性如圖6-a所不，呈線性特性。 圖 5 圖 6少片變截面鋼板彈簧，如圖5-b所不，為減少?gòu)椈少|(zhì)量，彈簧厚度沿長(zhǎng)度方向制成

19、等厚，其彈性特性如一般多片鋼板彈簧一樣呈線性特性圖6-a。這種彈簧主要用于輕型貨車及大、中型載貨汽車前懸架。兩級(jí)變剛度復(fù)式鋼板彈簧，如圖5-c所示，這種彈簧主要用于大、中型載貨汽車后懸架。彈性特性如圖6-b所示，為兩級(jí)變剛度特性，開始時(shí)僅主簧起作用，當(dāng)載荷增加到某值時(shí)副簧與主簧共同起作用，彈性特性由兩條直線組成。漸變剛度鋼板彈簧，如圖5-d所示，這種彈簧多用于輕型載貨汽車與廂式客車后懸架。副簧放在主簧之下，副簧隨汽車載荷變化逐漸起作用，彈簧特性呈非線性特性，如圖6-c所示。1.6 輔助元件緩沖塊:它們有些由橡膠制造（如圖7-a），通過(guò)硫化作用將橡膠與鋼板連接為一體，再經(jīng)焊在鋼板上的螺釘將緩沖塊

20、固定到車架（車身）或者其它部位上，起到限制懸架最大行程的作用, 還有些由多孔聚氨指制成（如圖7-b） ，它兼有輔助彈性元件的作用。同時(shí)這種材料起泡時(shí)就形成了致密的耐磨外層，它保護(hù)內(nèi)部的發(fā)泡部分不受損傷。由于在該材料中有封閉的氣泡，在載荷作用下彈性元件被壓縮，但其外廓尺寸增加卻不大，這點(diǎn)與橡膠不同。有些汽車的緩沖塊裝在減振器上。圖 7導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定了車輪跳動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡和車輪定位參數(shù)的變化，以及汽車前后側(cè)傾中心及縱傾中心的位置，從而在很大程度上提高了整車的操縱穩(wěn)定性和抗縱傾能力。橫向穩(wěn)定桿: 汽車在高速行駛時(shí)，車身整體會(huì)產(chǎn)生很大的橫向傾斜和橫向角振動(dòng)。因此，懸架中需添設(shè)橫向穩(wěn)定桿(如圖8

21、)。采用橫向穩(wěn)定桿除了可減輕車身傾斜外，還可以影響汽車的操縱穩(wěn)定性。作用主要包括以下兩點(diǎn)：（1）前懸架中采用較硬的橫向穩(wěn)定桿有助于汽車的不足轉(zhuǎn)向性，并且可以改善汽車的蛇形行駛性能。 （2）增大后懸架的穩(wěn)定性，會(huì)使前輪驅(qū)動(dòng)汽車具有中性轉(zhuǎn)向性能，使后輪驅(qū)動(dòng)車有更大的過(guò)度轉(zhuǎn)向性。 圖 81.7 皮卡懸架的要求和方案選定1.7.1 設(shè)計(jì)要求在對(duì)此皮卡的設(shè)計(jì)中，對(duì)其懸架提出的設(shè)計(jì)要求有：（1）有良好的隔聲能力；（2）具有合適的衰減振動(dòng)能力；（3）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性；（4）保證汽車有良好的行駛平順性3 ；（5）結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要??；（6）可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩；（7）汽車制

22、動(dòng)或加速時(shí)要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾；轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾角要合適。1.7.2 皮卡車懸架方案選定要正確的選擇懸架方案和參數(shù)，在車輪上下跳動(dòng)時(shí)，使主銷的定位角變化不大、車輪運(yùn)動(dòng)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)壓迫協(xié)調(diào)，避免前輪擺振；汽車轉(zhuǎn)向時(shí)應(yīng)使之稍有不足轉(zhuǎn)向特性。此皮卡懸架部分結(jié)構(gòu)形式選定為：前懸架采用麥弗遜式獨(dú)立懸架 (圖9)圖9后懸架采用鋼板彈簧非獨(dú)立懸架（圖10） 圖10 第2章 麥弗遜獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)和計(jì)算2.1 懸架的總體布置方案2.1.1 主要內(nèi)容課題是根據(jù)車型的要求來(lái)設(shè)計(jì)懸架系統(tǒng)，懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須要滿足整車的需要，根據(jù)實(shí)際車型去設(shè)計(jì)懸架以及懸架系統(tǒng)的導(dǎo)向裝置和減振器，保證乘員乘坐舒適和所運(yùn)貨物

23、的完好，其設(shè)計(jì)首先要確定與懸架有關(guān)的操縱穩(wěn)定性。 2.1.2 總體參數(shù)要求如下設(shè)計(jì)狀態(tài)下的前軸軸荷G11142kg空載時(shí)的前軸軸載m11012kg前橋左右懸架的總質(zhì)量mu80Kg前懸架的設(shè)計(jì)偏頻n11.31Hz主銷內(nèi)傾角7主銷后傾角2車輪外傾角1主銷軸線與減振器的夾角式中角度25減振器內(nèi)傾角5.52.1.3 主要技術(shù)要求1、后箱體離地高度：0.5米2、載重：800KG3、自重：1.6噸4、最高時(shí)速：120km/h2.1.4 麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)分析及示意圖麥弗遜懸架由多個(gè)零件組成,故在懸架機(jī)構(gòu)分析中采用空間機(jī)構(gòu)分析法對(duì)其進(jìn)行分析。在運(yùn)用此方法進(jìn)行分析時(shí)，將懸架總成中的構(gòu)件等效成剛體來(lái)研究懸架系統(tǒng)的

24、空間運(yùn)動(dòng)。圖11是1/2麥弗遜式懸架的等效機(jī)構(gòu)圖，借助圖中所示的等效方式，我們可以清楚地看出懸架擺臂和轉(zhuǎn)向節(jié)之間的連接通過(guò)球副來(lái)等效；減振器外套筒和活塞的聯(lián)接方式被等效成一個(gè)移動(dòng)副；減振器的上支點(diǎn)和車身的聯(lián)接被等效成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。這樣，麥弗遜式懸架被抽象成一個(gè)封閉的空間機(jī)構(gòu)。通過(guò)圖示的等效方案可以使我們對(duì)懸架系統(tǒng)的分析變得簡(jiǎn)單，且不會(huì)在很大程度上影響分析的結(jié)果。 圖11 麥弗遜式獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)示意圖2.2 相關(guān)參數(shù)的計(jì)算2.2.1 懸架總體參數(shù)的計(jì)算在設(shè)計(jì)時(shí)首先對(duì)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(duì)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)。1.懸架的剛度對(duì)于大多數(shù)汽車而言，其懸架質(zhì)量分配系數(shù)=0.81.2，因而可以近似地認(rèn)為=1，即前后橋上方車身部分的集中質(zhì)量的垂直振動(dòng)是相互獨(dú)立的，并用偏頻，表示各自的自由振動(dòng)頻率，偏頻越小，則汽車的平順性越好。一般對(duì)于鋼制彈簧的轎車，約為11.32Hz（6080次/min），約為1.171.5Hz（7090次/min），非常接近人體步行時(shí)的自然頻率。取=1.3 1HZ 已知：已知皮