双横臂独立悬架-转向系统的分析与设计

目录

1.课题描述 (2)

1.1.问题描述 (2)

1.2.本课程设计的具体内容 (3)

2.设计过程 (5)

2.1.总体尺寸确定和优化 (5)

2.1.1.总体几何尺寸及基本参数的选择与确定 (5)

2.1.2.导向机构和转向梯形机构的运动学设计 (5)

2.1.3.转向机构几何参数的确定及优化 (5)

2.1.4.用ADAMS软件对导向机构和转向机构进行优化 (7)

2.2.悬架弹性元件和阻尼元件的结构选型和参数计算 (14)

2.3.悬架导向机构的受力分析和主要承载构件的设计选型与强度核算 (15)

2.3.1.导向机构各杆件进行受力分析 (15)

2.3.2.驱动半轴、轮毂、转向节结构尺寸计算及选型 (17)

2.3.3.悬架球铰、橡胶弹性铰及弹性缓冲快的结构类型 (20)

2.3.4.双横臂独立悬架导向机构结构装配图的绘制 (21)

3.设计心得 (22)

4.参考文献 (23)

双横臂独立悬架-转向系统的分析与设计

课题描述

一、 问题描述

图1所示为汽车前轮采用的一种双横臂悬架-转向系统机构示意图（简化），导向机构ABCD 由上横臂AB 、转向主销BC 和下横臂CD 及车架AD 构成。其中，A 、D 分别为上、下横臂与车架联接的铰销中心（假定两铰销轴线均平行于车辆纵向），B 、C 分别为转向主销BC 与上、下横臂联接的球铰中心。在车辆横向垂直平面内，上、下横臂相对水平面的摆角分别用ϕ、ψ表示，转向主销内倾角用β0表示。

转向传动机构采用由齿轮-齿条转向器驱动的断开式转向梯形机构GFE E 'F 'G '（F '与F ，G '与G 对称，未画出）。其中，左轮转向梯形机构EFG 由齿轮-齿条转向器输出齿条EE '、左轮转向横拉杆EF 、左轮转向节臂FG 及车架构成。E 、E '分别为转向器齿条上与左右转向横拉杆铰接的球铰中心， F 为左轮转向横拉杆EF 与左轮转向节臂FG 铰接的球铰中心，G 为左轮转向节臂FG 与左轮转向主销BC 连线的交点，且FG ⊥BC 。另外，车轮轴线KH 与转向主销BC 交于H ，与车轮中心面交于J 。

描述悬架ABCD 导向机构运动学的机构几何参数主要有：上横臂杆长AB=h 1，转向主 (后视图)

(地面) ' 前 后

销球铰中心距BC= h2，下横臂杆长CD=h3，上、下横臂的摆角ϕ、ψ（横臂向外下倾时，取负值），转向主销内倾角β0。为简便计，不考虑主销后倾角的影响，并假设上、下横臂与车架铰接的轴线均平行于车辆纵向，则图示导向机构ABCD的上、下横臂AB、CD和转向主销轴线BC将始终在过前轮轴线的汽车横向垂直平面内运动。

在水平面俯视图中，描述EFG左轮转向梯形机构运动学的机构几何参数主要有：EE'=L1，EF= L2，FG= L3，车架上齿条移动方向线EE'与前轮轴线的偏移距Y（轴线在前方时，取正值），转向节臂FG相对于汽车纵向的安装角α0。另外，左右车轮的转向角分别用α、β表示。

双横臂独立悬架系统的弹性元件可采用螺旋弹簧或扭杆弹簧，阻尼元件常用筒式减振器。根据整车结构布置，弹簧和阻尼元件通常安装于下横臂与车架（车身）之间，但也有安装于上横臂与车架（车身）之间的情形。因此，导向机构各构件及各连接铰点的受力大小与方向，与弹簧元件的类型和安装位置密切相关。

双横臂悬架-转向系统的设计一般包括以下内容：

1．转向机构的运动学设计和零部件结构设计

2．悬架导向机构的运动学设计和零部件结构设计

3．悬架弹性元件和阻尼元件的结构选型和设计计算

4．必要的受力分析和零部件结构强度计算

5．绘制系统总成装配图和零部件图

二、本课程设计的具体内容

试按上述悬架结构型式，设计某前轮驱动的微型汽车双横臂前悬架-转向系统，其参数选择范围如下：

轮距B=1200~1400mm，轴距L=2000~2500 mm。满载时整车总质量为m=1000~1300kg，最高车速V max=140km/h，最大爬坡度20%，0-100 km/h加速时间不超过14秒，最小转向半径R min =4000~4500mm。

前轮轮胎外径为2R=520mm，轮胎宽度b=145 mm。

导向机构几何参数：AB=h1=160~200mm，BC=h2=200~300mm，CD= h3 =330~380mm，JH=80~110mm，BH=90~150mm，车辆处于满载平衡位置时，前悬架导向机构的位置参数为ϕ=2~6︒，ψ=2︒~10︒，β0=7~10︒。

转向机构几何参数：EE'=L1=50~580mm，EF=L2=180~500mm，FG= L3=100~140mm，Y=-80~80mm，BG=80~130mm，齿条左右移动行程为s=±50~70 mm。转向节臂安装角α0=175~190︒，转向梯形机构的最大压力角αmax=45~50︒。

要求每个学生完成以下课程设计内容：

1．导向机构和转向梯形机构的运动学设计

（1）在上述参数范围内，独自选取一组整车参数和导向机构几何参数（比如，B=1250 mm，L=2050 mm，，单轮簧载质量W=300 kg，最高车速V max=140km/h，最大

爬坡度20%，最小转向半径R min=4050 mm；h1=180mm，h2=280mm，h3

=340mm，JH=90mm，BH=140mm，BG=110 mm ，ϕ=2︒，ψ=3.5︒，β0=8︒。

最大压力角αmax=48︒）。

（2）将转向梯形机构GFE E'F'G'近似看成水平面内的平面连杆机构，根据所选轴距、轮距、最小转向半径要求、最大压力角和转向节臂安装角的限制条件，在

适当的转向器行程范围内（比如s=±60 mm），按阿克曼转向几何学原理，通过

优化设计方法确定转向机构其它几何参数：L1、L2、L3、Y和α0。并绘出

左右车轮转向角关系的理论曲线和实际曲线；