(毕业设计)比亚迪f3轿车悬架系统设计说明书(编辑修改稿)

(毕业设计)比亚迪f3轿车悬架系统设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

行李箱的布置。 用于轿车或载货汽车的前悬架时，一般需要拾高发动机或是将车桥 (轴 )做成中间下凹的形状以利发动机布置，这将增加制造成本；用于轿车后悬架时，会导致行李箱容积减小，备胎的布置也不方便； (2)用于驱动桥时，会使得非悬挂质量较大 ，不利于汽车的行驶乎顺性及轮胎的接地性能； (3)当两侧车轮跳动高度不一致时 (例如左右车轮驶过的凸起高度不同 )，整根车桥会倾斜，使左右车轮直接相互影响； (4)在不平路面直线行驶时，由于左右车轮跳动不一致而导致的轴转向会降低直线行驶的稳定性； 然而由于非独立悬架结构简单、便于维护以及可使用多种类型的弹性元件等优点，非独立悬架广泛应用于载货汽车以及大客车的前、后悬架。 一些全轮驱动的多用途车 (MPV,multiple purpose vehicle)也采用非独立悬架作为其前、后悬 本科生毕业设计（说明书） 6 架。 随着弹性元件、减振器及其他结 构件的设计、制造技术的不断进步，非独立悬架的性能也日益得到改善，在一些大批量生产的高级轿车和运动型轿车中，仍采用非独立悬梁用于其后悬架。 对于前置前驱动汽车尤其是轻型载货汽车而言，由于后桥没有笨重的主减速器与差速器，其非独立悬架与独立悬架的非悬挂质量相差不太大，因而非独立后悬架具有很好的应用前景。 独立悬架 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。 独立悬架的结构可分有横臂式、纵臂式、烛式、麦弗逊式、连杆式 、 半 拖曳臂式等多种 形式。 双横臂式独立悬架按上下横臂是否等长，又分为等长双横臂式 和不等长双横臂式两种悬架。 等长双横臂式悬架在车轮上下跳动时，能保持主销倾角不变，但轮距变化大 (与单横臂式相类似 )，造成轮胎磨损严重，现已很少用。 对于不等长双横臂式悬架， 需要 适当选择、优化上下横臂的长度， 以及 合理的布置、 才 可以使轮距及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内， 从而能 保证汽车具有良好的行驶稳定性。 多连杆悬架能使车轮绕着汽车纵轴线成一定角度的轴线摆动，是横臂式和纵臂式悬架的折中方案，适当选择横臂轴线和汽车纵轴线所成的夹角，它虽能够较好的消除对地外倾角的变化，即使车身晃动时，也能让车轮胎保持垂直，这在 目前低扁平比的趋势中，是非常重要的特性；同样它对轮跳时车轮前束和轮距的变化有较好的抑制作用；能较好的消除转弯时重心升高、对地外倾角减少引起的顶起现象；还能提高悬架系统的刚性，使其不易受横向力影响而产生几何变化。 然而 由于结构复杂造成它占用的空间较大，另外对于连杆的材质要求也较高，零件较多，组装复杂也就导致了多连杆的制造 成本较高， 故多连杆悬架只是在高档轿车中越来越多的使用。 麦弗逊式独立悬挂 通常在轿车前悬上应 用最广泛 ，麦弗逊式独立悬架有 结构简单、成本低廉、舒适性尚可的优点 且其 主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动 而变化，且前轮定位变化小，拥有良好的行 图 21— 麦弗逊式独立悬架 本科生毕业设计（说明书） 7 驶 稳定性。 在麦弗逊式独立悬架中，支柱式减震器除具备减震效果外，还要担负起支撑车身的作用，所以它的结构必须紧凑且刚度足够，并且套上螺旋弹簧后还要能减震，而弹簧与减震器一起，构成了一个可以上下运动的滑柱 ，节省汽车前部空间，有利于发动机布置。 与双横臂独立悬架相比 麦弗逊式悬架的优点是：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 的缘故 ，给发动机及转向系统的 布 置带来方便 ， 麦弗逊式独立悬架简图如图 21所 示。 半 拖曳臂式悬架是专为后轮而设计的悬架结构，它的构成非常简单 —— 以上下摆动式拖臂实现车轮与车身或车架的硬性连接，并且通过横梁或支架连接两车轮，然后以液压减震器和螺旋弹簧充当软性连接，起到吸震和支撑车身的作用。 半 拖曳臂式悬挂本身具有非独立悬挂的存在的缺点但同时也兼有独立悬挂的优点， 半 拖曳臂式悬挂的最大优点是左右两轮的空间较大， 而且车身的外倾角没有变化， 避震器不发生弯曲 应力，所以摩擦小 ，并且与多连杆独立悬架相比有结构简单，造价较低的优点，故 半 拖曳臂式 独立 悬架 更适合作为中级轿车后悬架。 半 拖曳臂是独 立悬架简图如图 22 所示。 图 22— 半拖曳臂式独立悬架 前后悬架方案的选择 目前轿车的前后悬架采用的方案有：前轮和后轮均采用独立悬架；前轮用独立悬架，后轮用非独立悬架。 本设计要求是前后均是独立悬架，因为独立悬架具有如下优点：非簧下质量小，悬架所受到并传给车身的冲击载荷小，有利于提高汽车的行驶平顺性及轮胎的接地性能；悬架占用的空间小，便于发动机布置，可以降低发动机的安装位置，从而降低汽车质心位置，有利于提高汽车的行驶稳定性；左右车轮各自独立运动，互不影响，可减小车身的倾斜和 振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着力。 非独立悬架的缺点是在不平路面上行驶时，左、右车轮相互影响，会降低直线行驶的稳定性；由于车桥与车轮一起跳动，因而需要较大的空间，影响发动机或行李箱的布置。 根据有关资料， 麦 弗逊式是绞结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。 特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化， 本科生毕业设计（说明书） 8 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。 麦弗逊悬架由于构造简单，性能优越的缘故，被行家誉为经典的设计。 故该 设计 前悬架为 :目前较为流行的麦弗逊式悬架 .结构如上述图 23所示。 半 拖曳臂式是专为后轮设计 的悬吊系，以支臂结合车轴前方的 车 身部主轴与车轴，其中车身部主轴的旋转轴垂直于车身中心线者，亦 图 23— 麦弗逊独立悬架 即直向后方，称为 半 拖曳臂式 ， 使用这类系统的车 ， 像 PEUGEOT 车系、 CITROEN车系、 OPEL 车系等，而半拖曳臂式之摆动臂系倾斜于车身中心线即斜向后方。 拖曳臂式悬吊的结构为车身部的主轴直接结合于车身，然后将主轴结合于悬吊系统，再将此构件安装于车身，弹簧与避震器通常是分开安装或是构成一体，直立安装于车轴附近。 悬吊系统本身的运动，支臂以垂直车身中心线的轴，亦即平行于车轴的轴为中心进行运动，车轴不倾斜于车身，在任一上下运动位置，车轴平行于车身，对车身外倾角变化为零。 其最大的优点乃在于左右 两轮的空间较大，而且车身的外倾角没有变化，避震器不发生弯曲应力，所以摩擦小，当其 刹车 时除了车头 较重会往下 沉 外，拖曳臂悬吊的后轮也会往下 沉 平衡车身。 主要 元件 弹性元件 悬架弹性元件有钢板弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧等几种。 钢板弹簧优点是不仅能承受作用在不同方向的力 (垂直、侧向、和纵向 )，而且还能承受原地起步和制动时的扭矩。 但是其也有许多缺点：弧高和片间摩擦力随时间变化；由于磨损以及由此出现的应力集中使其寿命降低，这样使得其在货车或客车的非独立悬架中使用较多。 扭杆弹簧在汽车上可以纵置、横 置或介于上述两者之间。 因为扭杆弹簧单位质量储能量比钢板弹簧大许多，所以扭杆弹簧质量小（簧下质量得以减少），目前在总长较短的客车和总质量较小的货车上得到比较广泛的应用。 除此之外，空气弹簧的单位质量储能比较大，所以空气弹簧本身的质量比较轻，因而簧下质量小。 又因为气囊内空气介质的内摩擦小，工作是几乎没有噪声， 本科生毕业设计（说明书） 9 对高频振动的吸收和隔声性能均良好。 除此之外，空气弹簧的寿命是钢板弹簧的 23倍。 但采用空气悬架是，必须设置能传递垂直力的其他各种力和力矩的杆系，因此悬架结构复杂；空气悬架对蜜密封要求严格，不得漏气。 除此之外 ，悬架复杂、成本较高等缺点。 螺旋弹簧广泛地应用于独立悬架，特别是前轮独立悬架中。 然而在有些轿车的后轮非独立悬架中，其弹性元件也采用螺旋弹簧。 螺旋弹簧与钢板弹簧相比较有以下优点：无需润滑，不忌泥污；安置它所需的纵向空间不大；弹簧本身质量小，且较空气弹簧结构简单，安装方便等优势，故综合以上弹性元件的特点，本设计方案的悬架均用螺旋弹簧作为弹性元件。 减振器 根据结构形式不同，减振器分为摇臂式和筒式两种。 虽然摇臂式减振器能比较大的工作压力下工作，单由于它的工作特性受活塞磨损和工作温度变化的影响大而被淘汰。 筒式减振器工作压力虽然较小，单因为工作性能稳定而在现代汽车上得到广泛的应用。 筒式减振器又分为单筒式、双筒式和充气筒式三种。 双筒式充气液力减振器具有工作性能稳定、干摩擦阻力小、噪声低、总长度短等优点，在乘用车上得到越来越多的应用。 该方案采用双筒式充气液力减振器。 辅助元件 横向稳定器 通过减小悬架的垂直刚度 c，能减低车身的振动固有频率 n，达到改善汽车平顺性的目的。 但因为悬架的侧倾角刚度 cφ和垂直刚度的之间 c 的正比的关系，所以减小垂直刚度 c的同时使侧倾角刚度减小，并使侧倾角增加，结果车厢中的成 员会感到不舒服和降低了行车的安全感。 解决这一矛盾的主要方法就是在汽车上安装横向稳定器。 有了横向稳定器，就可以做到在不增大悬架垂直刚度的前提下，增大悬架的侧倾角刚度。 汽车转弯是产生侧倾力矩，使内外侧车轮的负荷发生转移且影响车轮侧偏角刚度和车轮侧偏角的变化。 前后轴车轮负荷的转移大小，主要取决于前后悬架的侧倾角刚度值。 当前后悬架侧倾角刚度值大于后悬架的侧倾角刚度值时，前轴的负荷大于后轴车轮的负荷转移，并使前轮侧倾角大于后轮的侧倾角，以保证汽车具有不足转向特性。 在汽车悬架上设计横向稳定器，能增大前悬架的侧倾角刚度。 故该设计方案的前悬架选择加横向稳定器，而后悬不加横向稳定器。 本科生毕业设计（说明书） 10 缓冲块 缓冲块通常由橡胶制造。 通过硫化将橡胶与钢板连为一体，再焊接在钢板上的螺钉将缓冲块固定在车身上，起到限制悬架最大行程的作用。 有些汽车装用的多孔聚氨脂做成。 它兼由辅助弹性元件的作用。 多孔聚氨脂是一种很高强度的和耐磨性能的复合材料。 这种材料起泡时形成了致密的耐磨外层，它保护内部的发泡不受损失。 由于在材料中有封闭的气泡，在载荷下压缩，但其外轮廓尺寸变化却不大，这点与橡胶不同。 所以在设计中， 我选择了多孔聚氨脂制成的缓冲块。 本科生毕业设计（说明书） 11 第 3 章 技术参数确定与计算 悬架性能参数的选择 悬架设计可以大致分为结构型式及主要参数选择和详细设计两个阶段，有时还要反复交叉进行。 由于悬架的参数影响到许多整车特性，并且涉及其他总成的布置，因而一般要与总布置共同协商确定。 悬架的自振频率 悬架 设计的主要目的之一是确保汽车有良好的行驶平顺性。 汽车行驶时振动越剧烈，则平顺性越差。 由于个体对振动的反应干差万别，人们提出了各种各样的平顺性评价标难。 n—— 悬架的频率； M—— 簧载质量； K—— 悬架刚度； 悬架频率 n 随簧载质量的变化而变化，人体最舒适的频率范围为 ，如果要将汽车行驶过程中的频率保持在 1～ 内。 依据 ISO2631《人体承受全身振动的评价指南》，轿车的自振频率范围为，对于簧载质量大的车型取偏小的方向，（大致为 1Hz 或更低）本设计选取的范围是。 取 n1 = Hz。 悬架 n1/n2= 所以 n2=。 悬架的刚度 K a+b=+= 前 ： baa = 本科生毕业设计（说明书） 12 后 ： bab =m1=1650= m2=1650= ms1== ms2== 依据悬架刚度公式可得：  =（ K/m）  —— 悬架的角速度，  =2π n K—— 悬架刚度 m—— 簧上质量 即 K= 2m 侧倾角刚度 随着汽车车速的不断提高，所设计的悬架不仅应该保持良好的行使稳定性，还应保证良好的操纵稳定性。 在悬架的性能参数中，以前后悬架的侧倾角刚度的分配以及侧倾中心高度值对操纵稳定性有较大的影响。 所以选择悬架的主要参数时要加以考虑。 在汽车转弯时，为了使车身的侧倾角不超过规定值（按规定总体设计要求，当侧向惯性力不超过车重的 1/4 时，车身的侧倾角不大于 6度～ 7度）。 悬架应该有足够的的侧倾角刚度。 所谓的侧倾角刚度的侧倾力矩。 侧倾角刚度不足会使汽车转弯时由于侧倾过大使乘客有不稳的感觉。 侧倾角过大，有会减轻驾驶员的路感，防害他正确的掌握车速。 所以，对侧倾角刚度要选择适当。 从〈〈汽车理论〉〉中知，为了保证良好的操纵稳定性，希望汽车有一些不足的转向，而不希望有过多的转向。 而悬架的侧倾角刚度会影响到车轮的侧倾角，前后悬架的侧倾角刚度值的不同匹配就会改变前后车轮的侧倾角的比值，从而改变转向特性。 则前后悬架的单个弹簧的 侧倾角刚度值 为： n1 =1/mskf/4 1(nkf *2。