车辆工程毕业设计论文-麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真(编辑修改稿)内容摘要：

偿。 因此不等长双横臂式独立悬架能保证汽车有良好的行驶稳定行，已为中、高级轿车的前悬架所广泛采用。 双横臂悬架的特点。 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。 （ 2） 麦弗逊式 独立悬架 （滑柱连杆式） 图 麦弗逊式独立前悬架 麦弗逊式独立悬架是以其发明者美国通用汽车公司工程师麦弗逊 ( Earle S MacPherson)先生命名的 , 也称麦氏悬架 30年代 , 通用的雪佛兰分部想设计一种质量小于 900kg、轴距小于 2740mm 的小型汽车 , 设计的关键是悬架总设计师麦弗逊创造性地将活塞杆兼做转向主销 , 车轮沿主销轴线跳动 , 前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性同双横臂式独立悬架比 , 它没有上横臂 , 因而增大了两轮间 9 的内部空间 , 给发动机和其他部件的布置带来了方便。 麦弗逊式独立悬架在轿车上应用最为广泛 , 在轻型汽车也有应用 , 例如丰田的特锐小型四驱车、日产的 X轻型越野车和陆虎的发现者轻型越野车等，北京现代 ix35尊贵版的前悬架也是麦弗逊式的。 在中型汽车上 , 仅见于国外的一些轮式装甲车辆 , 例如美国的斯特莱克、瑞士的皮兰哈和意大利的 美洲狮等 , 但已呈逐渐增多的趋势。 其工作原理： 这种悬架将减 震 器作为引导车轮跳动的滑柱，螺旋弹簧与其装于一体。 由于 其主销轴线位置在减 震 器与车身连接铰链中心和下摆臂与转向节连接铰链中心的连线上， 车轮上下运 动时，主销轴线的角度会有变化。 因此 前轮定位参数和轮距也都会相应改变，且变化量可能很大。 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 图。 图 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。 13U形夹。 14轴承。 15定位螺栓 10 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 图 麦弗逊悬架的另一种结构图 麦弗逊独立悬架的特点： 麦 弗逊式是 铰接 式滑柱与下横臂组成的悬架形式，减 振器可兼做转向主销，转向节可以绕着它转动。 特点是主销轴线 和前轮定位角随车轮的上下跳动而变，这种悬架构造简单，布置紧凑，前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性，结构紧凑，车轮 跳动时前轮定位参数变化小，有良好的操纵稳定性，加上由于取消了上横臂，给发动机及转向系统的布置带来方便 ， 并降低 车辆 的重心。 技术成熟，结构紧凑，响应速 度快。 虽然麦弗逊式悬架并不是技术含量最高的悬架结 构（ 结构过于简单，刚度小，稳定性较差，转弯侧倾明显 ，因此应增加横向稳定器，以增强横向刚度 ） ， 但它是一种经久耐用的独立悬架，具有很强的道路适应能力。 所以，目前轿车使用最多的独立悬架是麦弗逊式悬架。 非独立 式 悬架 非独立悬架如图 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。 11 图 非独立式悬架结构示意图 本章小结 本章 对悬架的基本组成和分类做了一个全面的介绍， 结合具体结构组成，说明悬架系统在汽车行驶时发挥着 必不可少的关键作用。 对两种典型的独立式悬架的特点进行了阐述，对它们的总体布置形式做了初步的说明。 12 第 3 章 麦弗逊式独立 悬架设计 悬架机构形式确定 悬架具体结构形式的选择 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，本章不再累述。 所选车型为乘用车。 对乘坐舒适性要求较高，故选择独立悬架。 麦弗逊式 独立悬架是独立悬架中的一种，是一种减震 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。 因此对布置空间要求高的发动机前置前驱动轿车的 前悬架几乎全部采用了麦弗逊式悬架。 此次设计的悬架为发动机前置前轮驱动的 北京现代 ix35 尊贵版 车型， 由于只知其前悬形式为麦弗逊式独立悬架 和整车基本参数。 故设计时参考同类车型，根据所学知识，初步计算确定悬架的结构参数，是为进一步的分析研究的基础。 弹性元件 弹性元件是悬架的最主要部件，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。 使人不会造成伤害及不舒服的感觉；对货物可减少其被破坏的可能性。 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 在 逐步被其它种类弹性元件所取代。 如前所述，由螺旋弹簧 具有占用空间小，质量小，无需润滑等 优点 ，而被大多数乘用车选用。 故本设计 选择螺旋弹簧。 减 震 元件 减 震 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 震 器。 减 震 器和弹性元件是并联安装的，如图 所示。 汽车悬架系统中广泛采用液 力减 震 器。 液力减 震 器的作用原理是当车架与车桥作往复相对运动时，而减 震 器中的活塞在缸筒内也作往复运动，则减 震 器壳体 13 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 震 器壳体所吸收，然后散到大气中。 本文选择双筒式液力减 震 器 （后有详述）。 图 含减震 器的悬架简图 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 177。 ，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 侧向加速度作用下，车身侧倾角 ≤ 67 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。 横向稳定器 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 14 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，限制该侧 车轮跳动幅度。 主要依据参数 的确定 本次设计主要是根据 20xx 款 北京现代 ix35 尊贵版 6 档手自一体型 前悬架来进行 的， 具体 车型参数配置 如表。 表中 前后轮距数据为参考同类车型确定。 表 北京现代 ix35 尊贵版 整体尺寸数据表 车身 长 /宽 /高 4420mm /1820mm /1690mm 轴距 2640mm 前轮距 1570mm 后轮距 1570mm 整车整备质量 1521kg 最小离地间隙 170mm 发动机形式 /排量 16v θ IIdual— CWT 2359ml 轮胎规格 225/60 17R 悬架系统 前： 麦弗逊独立前悬架 后：多连杆 独立后悬架 最大总质量 1821kg 悬架的空间几何参数 在确定零件尺寸 之前，需要先 大体 确定悬架的空间几何参数。 麦弗逊式悬架的受力图如图 所示。 根据车轮尺寸，确定 G 点离地高度为 230 mm ，根据车身高度确定 D 大致高度为 850 mm ， O 点距车轮中心平面 120mm ，减震器安装角度 176。 图 悬架空间受力示意图 15 悬架的弹性特性和工作行程 悬架频率的选择 对于大多数汽车而言，其悬挂质量分配系数 ε=～ ，因而可以近似地认为 ε=，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 ， 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， 约为 1～ （ 60～ 80 次 /min）， 约为 ～ （ 70～ 90次 /min），非常接近人体步行时的自然频率。 取 n=。 悬架的工作行程 汽车的前后偏频的计算公式如下： 11111 π21π21ssss Ggcm  （ ） 22222 π21π21ssss Ggcm  （ ） 其中 g为重力加速度其值取 g= , 1sc 、 2sc 为前后悬架刚度 ， 1sG 、 2sG 为前后悬架的簧载质量。 对于一般采用钢制弹簧的轿车 1n 约为 ～1 、 2n 为～ ， 21 nn ～。 粗取 zHn  ， zHn 。 nn在 ～ 范围内符合要求。 ssc cgmf  （ ） 2222211111π21π21π21π21ssssssssGgcmGgcm  2211ccfnfn  222211nfnfcc    mmf mmfcc （ ） 则悬架动挠度： df =（ — ） cf 取 df = cf = ＝ 16 悬架的动挠度是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形，一般对于乘用车 df 取 70～ 90mm 、客车 50～ 80mm 、货车 60～ 90mm。 为了得到良好的平顺性，因当采用较软的悬架以降低偏频，但软的悬架在一定载荷下其变 形量也大，对于一般轿车而言，悬架总工作行程（ 静挠度与动挠度 之和）应当不小于 160mm。 而 dc ff  =+= 160mm 符合要求。 悬架刚度计算 已知：已知整车装备质量： m =1521kg， 取簧上质量为 1060kg；取簧下质量为 60kg，则由轴荷分配范围表 可 知： 空载前轴单轮轴荷取 60%： 2 %6015211 m= 满载前轴单轮轴荷取 50%： kgm 4 62 %50)4106041 5 2 1(2  表 各类汽车的轴荷分配范围 悬架刚度：cWc fFfFC  满载 = mmN / * 。 螺旋弹簧的设计 螺旋弹簧的刚度 螺旋弹簧类型的选择 车型 空载 满载 前轴 后轴 前轴 后轴 轿车 前置发动机前轮驱动（ FF） 56%~66% 34%~44% 47%~60% 40%~53% 前置发动机后轮驱动（ FR） 50%~55% 45%~50% 45%~50% 50%~55% 后置发动机后轮驱动（ RR） 42%~50% 50%~58% 40%~45% 55%~60% 货车 4*2 后 轮单胎 50%~59% 41%~50% 32%~40% 60%~68% 4*2 后轮双胎，长头、短头车 44%~49% 51%~56% 27%~3。