suv汽车前悬架设计(编辑修改稿)

suv汽车前悬架设计(编辑修改稿)内容摘要：

滑，不忌泥污；安置所需的纵向空间不大；弹簧自身质量小。 螺旋弹簧本身没有减振作用，因此在螺旋弹簧悬架中必须另装减振器。 此外，螺旋弹簧只能承受垂直载荷，故必须装设导向机构以传递垂直力以外的各种力和力矩。 螺旋弹簧用弹簧钢棒料卷制而成，可做成等螺距或变螺距。 前者刚度不变， 后者刚度是可变的。 扭杆弹簧 扭杆弹簧本身是一根由弹簧钢制成的杆。 扭杆断面通常为圆形，少数为矩形或管形。 其两端形状可以做成花键、方形、六角形或带平面的圆柱形等等，以便一端固定在车架上，另一端固定在悬架的摇臂上。 扭杆弹簧在制造时，经热处理后预先施加一定的扭转力矩载荷，使之产生一个永久的扭转变形，从而使其具有一定的预应力。 左、右扭杆的预加扭转的方向都与扭杆安装在车上后承受工作载荷时扭转的方向相同。 其目的是减小工作时的实际应力，以延长扭杆弹簧的 使用 寿命。 如果左、右扭杆换位安装，则将使扭杆弹簧的预先扭 转方向与工作时扭转方向相反，导致扭杆弹簧的实际工作应力加大，而缩短使用寿命。 因此，左、右扭杆弹簧不能互换。 为此，左、右扭杆刻有不同的标记。 扭杆弹簧本身的扭转刚度虽然是常数，但采用扭杆弹簧的悬架由于有导向机构的缘故，其悬架刚度却是可变的。 扭杆弹簧单位质量的储能量是钢板弹簧的 3 倍，比螺旋弹簧高。 因此，上海工程技术大学毕业设计（论文） SUV汽车前悬架设计 17 采用扭杆弹簧的悬架质量较小，结构比较简单，也不需润滑，并且通过调整扭杆弹簧固定端的安装角度，易实现车身高度的自动调节。 此外，扭干弹簧在汽车上的布置比较方便，它可以与汽车纵轴线平行地布置，也可以横向布置。 纵向布置 时，可以方便地安装满足设计要求长度的扭杆，以保证悬架具有良好的性能。 气体 弹簧 气体弹簧是在一个密封的容器中充入压缩气体 (气压为 aMP1~ )，利用气体的可压缩性实现其弹簧作用的。 这种弹簧的刚度是可变的，因为作用在弹簧上的载荷增加时，容器内的定量气体受压缩，气压升高，则弹簧的刚度增大。 反之，当载荷减小时，弹簧内的气压下降，刚度减小，故它具有较理想的弹性特性。 气体弹簧有空气弹簧和油气弹簧两种。 空气弹簧又有囊式 空气弹簧 和膜式 空气弹簧之分。 橡胶弹簧 橡 胶弹簧是利用橡胶本身的弹性来起弹性元件的作用。 它可以承受压缩载荷与扭转载荷。 其优点是单位质量的储能量较金属弹簧多 ，隔音性能好，工作无噪声，不需要润滑。 因橡胶的内摩擦较大，因此橡胶弹簧具有一定的减振能力。 橡胶弹簧多用作悬架的副簧和缓冲块。 减振器 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振器。 减振器和弹性元件是并联安装的， 如图 所示。 上海工程技术大学毕业设计（论文） SUV汽车前悬架设计 18 12341车架 ；2减 振器；3 车桥 ；4弹 性元件图 减振器和弹性元件的安装示意图 汽车 悬架系统中广泛采用液力减振器。 液力减振器的作用原理是当车架与车桥作往复相对运动时，减振器中的活塞在缸筒内也作往复运动 ，减振器壳体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 振器壳体所吸收，然后散到大气中。 减振器阻尼力的大小随车架与车桥 (或车轮 )的相对速度的增减而增减，并且与油液粘度有关。 要求减振器所用油液的粘度受温度变化的影响尽可能小；且具有抗汽化，抗氧化以及对各种金属和非金属零件不起腐 蚀作用等性能。 减振器的阻尼力越大，振动消除得越快，但却是并联的弹性元件的作用不能充分发挥，同时，过大的阻尼力还可能导致减振器连接零件及车架损坏。 为解决弹性元件与减振器之间的矛盾，对减振器提出如下要求： (1)在悬架压缩行程 (车桥与车架相互移近的行程 )内，减振器阻尼力上海工程技术大学毕业设计（论文） SUV汽车前悬架设计 19 应较小，以便充分利用弹性元件的弹性，缓和冲击； (2)在悬架伸张行程 (车桥与车架相对远离的行程 )内，减振器的阻尼力应大，以求迅速减振； (3)当车桥 (或车轮 )与车架的相对速度过大时，减振器应当能自动加大液流通道截面积，使阻尼力始终保持在一定限度 之内，以避免承受过大的冲击载荷。 在压缩和伸张行程内均能起作用的减振器称为双向作用式减振器。 另有一种减振器仅在伸张行程内起作用，称为单向作用式减振器。 目前汽车上广泛采用双向作用筒式减振器。 辅助元件 横向稳定器 近代轿车的悬架一般都很软，在高速行驶中转向时，车身会产生很大的横向倾斜和横向角振动。 为减少这种横向倾斜，往往在悬架中添设横向稳定器。 用得最多的是杆式稳定器。 通过减小悬架垂直刚度 c ，能降低车身振动固有频率 n ，达到改善汽车平顺性的目的。 但应为悬架的侧倾角刚度 c 和悬架垂直刚度 c 之间是正比关系，所以减小垂直刚度 c 的同时使侧倾角刚度 c 也减小，并使车厢侧倾角增加，结果车厢中的乘员会感到不适和降低了行车安全感。 解决这一矛盾的主要方法就是在汽车上设置横向稳定器。 有了横向稳定器，就可以做到在不增大悬架垂直刚度 c 的条件下，增大悬架的侧倾角刚度 c。 汽车转弯行驶产生的侧倾力矩，使内、外侧车轮的负荷发生转移，并影响车轮侧偏刚度 K 和车轮侧偏角  变化。 前、后轴 (桥 )车轮负荷转移大小，主要取决于前、后悬架的侧倾角刚度值。 当前悬架侧倾角刚度 1c 大于后悬架侧倾角刚度 2c 时，前轴 (桥 )的车轮上的负荷转移大于后轴 (桥 )的车轮上的负荷转移，并使前轮侧 偏角 1 大于后轮侧偏角 2 ，以保证汽车上海工程技术大学毕业设计（论文） SUV汽车前悬架设计 20 有 不足转向特性。 在汽车前悬架上设置横向稳定器，能增大前悬架的侧倾角刚度。 缓冲块 缓冲块通常用 图 所示形状的橡胶制造。 通过硫化 将橡胶与钢板连接为一体，再经焊在钢板上的螺钉将缓冲块固定到车架 (车身 )或其他部位上，起到限制悬架最大行程的作用。 有些汽车装用多孔聚氨酯制成 的缓冲块，它兼有辅助弹性元件的作用。 多孔聚氨酯是一种有很高强度和耐磨性能的复合材料。 这种材料起泡时就形成了致 密的耐磨层，它保护内部的发泡部分不受损伤。 由于在该材料中有封闭的气泡，在载荷作用下弹性元件被压缩，但其外轮廓尺寸增加却不大，这点与橡胶不同。 有些汽车的缓冲块装在减振器上。 图 橡胶缓冲块 3 前 悬架 系统 参数确定 SUV车型特点 SUV (Sport Utility Vehicle)，即运动型多 用途 车，它既具有越野车的部分功能，又能够部分满足家庭休闲的需要。 与越野车不同的是， SUV上海工程技术大学毕业设计（论文） SUV汽车前悬架设计 21 具有更好的公路行驶性、多功能性和休闲性，其代表车型 如“宝马 X5”、 “沃尔沃 XC90”等。 从技术层面看， SUV最明显的标志是其底盘前桥为不等长双横臂上 螺旋 弹簧独立悬架，断开式四连杆悬挂后桥；后悬架是非独立悬架，这在一定程度上既有轿车的舒适性，又有越野车的越野性能。 简 单地说，这种车就是底盘高，有大梁，可以牵引。 唯一的缺点是总体价 格偏高，还相对地费油。 由于国外的 SUV 市场十分成熟，相反，国内 SUV 厂家生产的 SUV 均强调外形，而在功能上均与国外厂家产品无法比拟：缺乏 SUV 的 Offroad性能和安全性，更无智能四轮驱动功能，同时其内部装饰档次低，空间利用率缺 乏综合考虑以及舒适性差等也是国内 SUV 的共同特点。 根据 07～ 08 年市场发展预计，我国的 SUV 市场将呈现与国际市场接轨的特点，同时在价格上凸现其竞争优势。 具有代表性的产品为本田CRV，现代圣达菲和长城哈弗的后续产品以及雷克萨斯 (凌志 )RX 系列等。 本次设计 项目是在 原有 车型 平台基础上开发的一款高档 SUV, 是 一款高定位，面向欧美市场的 SUV 车 型。 市场竞争 车型 有 ： Honda CRV, Lexus RX350， 宝马 X5， 现代悦达圣达菲 等。 前 悬架结构 形式 选择 设计时，考虑沿用上 一 款车型的结构 与 参数，以 节省材料， 降低成本，本款 SUV 的 前悬架结构形式选用 不等长 双横臂式独立悬架。 不等长双横臂式独立悬架 虽然在结构上较为复杂，但如果上、下 两 控制 臂 的 长度选择适当，可以 减少车轮沿路面的滑移，使 主销 内倾角、主销后倾角 以及轮距的变化都不大，不大的轮距变化在轮胎较软时可以由轮胎的 变形来适应，以保证汽车的乘坐舒适性及操纵稳定性。 前悬架 系统主要由上控制臂、下控制臂、螺旋弹簧、减振器、减振器叉、转向节、横向稳定杆和副车架等组成，其 结构 形式 如图 (a)(b)所示 ,前悬架总布置图如图 (a)(b)(c)所示。 上海工程技术大学毕业设计（论文） SUV汽车前悬架设计 22 图 (a) 不等长双横臂式独立悬架 三维 图 上控制臂 螺旋弹簧 减振 器 转向节 前副车架 减振器叉 下控制臂 横向稳定杆 上海工程技术大学毕业设计（论文） SUV汽车前悬架设计 23 图 (b) 不等长双横臂式独立悬架示意图 图 (a) 悬架 总布置正视 图 上海工程技术大学毕业设计（论文） SUV汽车前悬架设计 24 图 (b) 悬架 总布置俯视 图 上海工程技术大学毕业设计（论文） SUV汽车前悬架设计 25 图 (c) 悬架 总布置左视 图 上海工程技术大学毕业设计（论文） SUV汽车前悬架设计 26 前 悬架主要参数的确定 悬架的静挠 度 悬架静 挠 度 cf 是指车辆满载静止时悬架上的载荷 WF 与此时悬架刚度c 之比，即 cFf wc 。 本车设计 时， 前轴满载为 kg963 ，前悬架刚度为 mmNcF / ，因此前悬架的静挠度 mmcFf wc 9 3  车辆的悬架与其簧 上质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一。 因此现代汽车的质量分配系数  近似等于 1，于是前、后轴上方车身两点的振动不存在联系。 因此，汽车前、后部分车身的固有频率 1n 和 2n （亦称偏频）可用下式表示：  2111 m  ；  2222 m  式中， 1c 、 2c 为前、后悬架的刚度  cmN ； 1m 、 2m 为前、后悬架的簧上质量  kg。 用途不同的汽车，对平顺性要求亦不同。 以运送人为主的乘用车，对平顺性的要求最高，客车次之，货车更次之。 对发动机排量小的乘用车，前悬架满载偏频要求在 ~ ，后悬架则要 求在 ~。 原则上，乘用车的发动机排量越大，悬架的偏频应越小，要求满载前悬架偏频在~ ，后悬架则要求在 ~。 本车 前 悬架的偏频选定在。 悬架的动 挠 度 悬架的动 挠 度 df 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 (通常指缓冲块压缩到其自由高度的 2/1 到 3/2 )时，车轮中心相对车架 (或车身 )的垂直位移。 要求悬架应有足够大的动 挠 度，以防止在坏路上海工程技术大学毕业设计（论文） SUV汽车前悬架设计 27 面上行驶时经常碰撞缓冲块。 对乘用车， df 取 cm9~7 ；对客车， df 取 cm8~5 ；对货车， df 取 cm9~6。 悬架 弹性特性 悬架 受到的垂直外力 F 与由此所引起的车轮中心相对于车身位移的关系曲线，称为悬架的弹性特性。 其切线的斜率是悬架的刚度。 悬架的弹性特性有线性和非线性两种。 当悬架变形与所受垂直外力之间成固定的比例变化时，弹性特性为一直线，称为线性弹性特性，此时悬架刚度为常数。 当悬架变形与所受垂直外力之间不成固定的比例变化时，弹性特性 如图 所示。 此时，悬架刚度是变化的，其特点是在满载位置附近，刚度小且曲线变化平缓，因 而平顺性良好； 距满载较远的两端，曲线变陡，刚度增大。 这样，可在有限的动 挠 度范围 内，得到比线性悬架更多的动容量。 悬架的动容量系指悬架从静载荷的位置起，变形到结构允许的最大变形为止消耗的功。 悬架的动容量越大，对缓冲块击穿的可能性越小。 0Ff图 悬架弹性特性曲线 上海工程技术大学毕业设计（论文） SUV汽车前悬架设计 28 悬架侧倾角刚度及其 在前、后轴 的分配 悬架 侧倾角刚度是指簧上质量产生单位侧倾角时，悬架给车身的弹性恢复力矩。 它对簧上质量的侧倾角有影响。 侧倾角过大或过小都不好。 乘坐侧倾角刚度过小而侧倾角过大的汽车，乘员缺乏舒适感和安全感。 侧倾角刚度过大而侧倾角过小的汽 车又缺乏汽车发生侧翻的感觉，同时使轮胎侧偏角增大。 如果发生在后轮，会使汽车增加了过多转向的可能。 要求在侧向惯性力等于 倍车重时，乘用车车身侧倾角在。