麦弗逊悬架设计

轿车前悬架设计姓名：学院：指导老师：学号：目录一､设计任务1.1整车性能参数1.2具体设计任务二､悬架的结构形式分析2.1对悬架提出的设计要求有2.2悬架分类2.1.1非独立悬架的结构特点以及优缺点2.1.2独立悬架的结构特点以及优缺点2.1.3独立悬架的分类2.1.4捷达轿车前悬架的选择三､悬架主要参数的确定f3.1悬架的静挠度cf3.2悬架的动挠度d3.3悬架的弹性特性3.4悬架侧倾角刚度及其在前､后轴的分配四､弹性元件的设计4.1弹簧参数的计算选择4.2空载时的刚度4.3满载时计算刚度4.4螺旋弹簧的选择及校核五､麦弗逊式独立悬架导向机构的设计5.1对前轮独立悬架导向机构的设计要求5.2对后轮轮独立悬架导向机构的设计要求5.3麦弗逊式独立悬架导向机构的布置参数5.3.1侧倾中心5.3.2侧倾轴线5.3.3纵倾中心5.3.4抗制动纵倾性（抗制动前俯角）5.4麦弗逊式独立悬架导向机构设计5.4.1导向机构受力分析六､减振器6.1分类6.2相对阻尼系数6.3减振器阻尼系数δ的确定6.3.1减振器阻尼系数s cm ψδ2=6.3.2麦弗逊式独立悬架减振器如图6.3.2.1所示，按照如图安装时，其阻尼系数δ6.3.3阻尼系数δ的确定6.4最大卸荷力o F 的确定6.4.1卸荷速度x ν的确定6.4.2最大卸荷力o F 的确定6.5筒式减振器工作缸直径D 的确定七､悬架结构元件7.1三角形下控制臂长度GB=362mm7.2减振器长度7.3螺旋弹簧的长度，自由高度0H八､悬架结构元件的尺寸8.1三角形下控制臂8.2减振器8.3固定架九､悬架装配图十､参考文献一､设计任务1.1整车性能参数：驱动形式 4×2 前轮最大爬坡度 35%轴距 2471mm 制动距离（初速30km/h）5.6m轮距前/后 1429/1422mm 最小转向直径 11m 整备质量 1060kg 最大功率/转速 74/5800kw/rpm空载时前轴分配负荷 60% 最大转矩/转速 150/4000N·m/rpm最高车速 180km/h 轮胎型号 185/60 R14 T手动挡5挡1.2具体设计任务（1）查阅汽车悬架的相关资料，确定捷达轿车前悬架的结构尺寸参数（2）确定车辆的纵倾中心，计算悬架摆臂的定位角，对导向机构进行受力分析。

（3）设计减振弹簧，选定减振器。

（4）根据设计参数对主要零部件进行设计与强度计算。

（5）绘制所有零件图､二维装配图､三维装配图。

（6）完成8千字的设计说明书。

二､悬架的结构形式分析2.1对悬架提出的设计要求有：（1）保证汽车有良好的行驶平顺性。

（2）具有合适的衰减振动的能力。

（3）保证汽车具有良好的操纵稳定性。

（4）汽车制动或加速时，要保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合适。

（5）有良好的隔声能力。

（6）结构紧凑､占用空间尺寸要小。

（7）可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。

2.2悬架分类悬架分为：非独立悬架和独立悬架图2.2.12.1.1非独立悬架的结构特点以及优缺点（1）非独立悬架结构特点：左､右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接；非独立悬架与整体式驱动桥连用。

（2）非独立悬架主要优点：结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。

（3）非独立悬架主要缺点：①由于整车布置上的限制，钢板弹簧不可能有足够的长度（特别是前悬架），使之刚度较大，所以汽车平顺性较差；②簧下质量大；在不平路面上行驶时，左､右车轮相互影响，并使车轴（桥）和车身倾斜；③当两侧车轮不同步跳动时，车轮会左､右摇摆，是前轮容易产生摆振；④前轮跳动时，悬架易于转向传动机构产生运动干涉；⑤当汽车直线行驶在凹凸不平的路段上时，由于左右两侧车轮反向跳动或只有一侧车轮跳动时，不仅车轮外倾角有变化，还会产生不利的轴转向特性；⑥汽车转弯行驶时，离心力也会产生不利的轴转向特性；（4）应用场合：非独立悬架主要应用在总质量大些的商用车前､后悬架以及某些乘用车的后悬架上。

2.1.2独立悬架的结构特点以及优缺点（1）独立悬架结构特点：左､右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接；独立悬架与断开式驱动桥连用。

（2）独立悬架主要优点：①簧下质量小；②悬架占用空间小；③弹性元件只承受垂直力，所以可以用刚度小的弹簧，使车身振动频率降低，改善了汽车行驶平顺性；④由于采用了断开式车轴，所以能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，改善了汽车的行驶稳定性；⑤左､右车轮各自独立运动互不影响可以减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上也能获得良好的地面附着力；（3）独立悬架主要缺点：结构复杂，成本较高，维修困难。

（4）应用场合：独立悬架主要应用与乘用车和部分总质量不大的商用车上。

2.1.3独立悬架的分类独立悬架的分类：双横臂式独立悬架､单臂式独立悬架､双纵臂式独立悬架､单斜臂式独立悬架､麦弗逊式独立悬架､扭转梁随动臂式独立悬架等2.1.4捷达轿车前悬架的选择查汽车之家资料得到，捷达轿车前悬架为麦弗逊式独立悬架。

图2.1.4.1麦弗逊式独立悬架三､悬架主要参数的确定3.1悬架的静挠度c f悬架的静挠度c f ：是汽车满载静止时悬架上的载荷W F 与此时悬架刚度c 之比，即c f =W F /c 。

π2//m c n = （3.1-1） 式中，c 为前､后悬架的刚度（N/cm ）；m 为前､后悬架的簧上质量（kg ）。

此处采用弹性特性为线性变化的悬架，前､后悬架的静挠度可用下式表示c mg f c /= （3.1-2）式中，g 为重力加速度，2/981s cm g =将c mg f c /=代入（3.1-1）得到：c f n /5= （3.1-3）设计时取前悬架的偏频n=1.1Hz由公式（3.1-3）得：mm n f c 2061.1/25/2522≈≈=3.2悬架的动挠度d f悬架的动挠度d f ：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1/2或2/3）时，车轮中心相对车架（或车身）的垂直位移。

对乘用车，d f 取7～9mm ，此处mm f d 80=3.3悬架的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f （即悬架的变形）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弹性和非线性弹性特性两种。

当悬架变形f 与所受垂直外力F 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f 与所受垂直外力F 之间不成固定的比例变化时，弹性特性如图3.3.1所示。

此时，悬架刚度是变化的，其特点是在满载位置（图中点8）附近，刚度小且曲线变化平缓，因而平顺性良好；距载荷较远的两端，曲线变陡，刚度增大。

这样，可在有限的动挠度d f 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。

对于空载与满载时簧上质量变化大的货车和客车，为了减少振动频率和车身高度的变化，应当选用刚度可变的非线性悬架。

乘用车簧上质量在使用过程中虽然变化不大，但为了减少车轴对车架的撞击，减少转弯行驶时的倾斜与制动时的前俯角和加速时的后仰角，应当采用刚度可变的非线性悬架。

钢板弹簧非独立悬架的弹性特性可视为线性的，而带有副簧的钢板弹簧､空气弹簧､油气弹簧等，均为刚度可变的非线性弹性特性悬架。

此处设计采用线性弹簧3.4悬架侧倾角刚度及其在前､后轴的分配悬架侧倾角刚度系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，会使汽车增加过多转向的可能。

要求在侧向惯性力等于0.4倍车重时，乘用车车身侧倾角在︒︒4~5.2，货车车身侧倾角不超过︒︒7~6。

此外，还要求汽车转弯行驶时，在0.4g 的侧向加速度作用下，前､后轮侧偏角之差21δδ-应当在︒︒3~1范围内。

而前､后悬架侧倾刚度的分配会影响前､后轮的侧偏角大小，从而影响转向特性，所以设计时还要考虑悬架侧倾刚度在前､后轴上的分配。

为满足汽车稍有不足转向特性的要求，应使汽车前轴的轮胎侧偏角略大于后轴的轮胎侧偏角。

为此，应使前悬架具有的侧倾角刚度略大于后悬架的侧倾角刚度。

对乘用车，前､后悬架侧倾角刚度的比值一般为6.2~4.1。

四､弹性元件的设计4.1弹簧参数的计算选择由《汽车设计》中公式（6-1）得：π2//m c n =式中，c 为前､后悬架的刚度（N/cm ）；m 为前､后悬架的簧上质量（kg ）。

则m n c 224π= （4.1.1）4.2空载时的刚度估算可估计出前悬架的簧上质量为52kg ，已知空载时前轴分配负荷的60%即kg m m 636%601060%6001=⨯=⨯=则汽车前悬架单侧的簧上质量11m 为：kg m 2922)52636(11=÷-=由3.1得偏频n=1.1Hz 则：cm N m n c /38.1393429214.31.1442222≈⨯⨯⨯==π4.3满载时计算刚度由《汽车设计》中公式n n m m a α++=650式中，n 为包括驾驶员在内的载客数；α为行李数查《汽车设计》取n=5查《汽车设计》表1-5行李系数α取10kg n n m m a 14355105651060650=⨯+⨯+=++=α则满载时汽车前悬架的载荷kg m m a 861%601435%601=⨯=⨯=簧下质量仍为52kg ，则单侧簧上质量kg m m 5.4042)52861(2)52(111=÷-=÷-= 则cm N m n c /93.193025.40414.31.1442222≈⨯⨯⨯==π4.4螺旋弹簧的选择及校核4.4.1按满载计算弹簧钢丝直径d （选择材料MnA si 260)(1)由《汽车设计课程设计指导书》公式（5-17）得：弹性变形f ：Gd n PC Gd n PD f 343288==其中：P-弹簧所受载荷 2D -弹簧中径 n-压缩弹簧的有效圈数 G-剪切弹性模数，一般取24/108mm N ⨯ C-弹簧指数（2）由《汽车设计课程设计指导书》公式（5-18）得：23288d PC k d PD k ππτ== 其中k 为曲度系数：CC C k 615.04414+--= （3）查《汽车设计课程设计指导书》表5-6取有效圈数n=5查《汽车设计课程设计指导书》取弹簧指数C=10（4）螺旋弹簧直径d 的确定 由上知CC C k 615.04414+--=即： 14.110615.0410********.04414≈+-⨯-⨯=+--=C C C k 查《汽车设计课程设计指导书》得[]2/800mm N =τ 且由上得单侧悬架所受的载荷N g m P 9.421828.986121=⨯==又28d PC kπτ= 则πτPCkd 8=取[]2/800mm N =τ，则 []mm PCkd 1280014.314.1109.421888≈⨯⨯⨯⨯=≥τπ 查《汽车设计课程设计指导书》表5-5取中径2D =200mm 则mm C D d 20102002===满足要求（5）螺旋弹簧变形f由4.1.1-（1）得：弹性变形f ：Gdn PC Gd n PD f 343288== 即：mm Gd n PC Gd n PD f 76.168201088109.4218888433432≈⨯⨯⨯⨯⨯=== 弹簧自由高度0H ,取支撑圈圈数5.12=n 时，d tn H +=0弹簧节距t ，一般t 取mm D 100~605.0~3.02=，取t=80mm则f mm d tn H >=+⨯=+=420205800满足要求综上所述，选择材料MnA si 260，直径d=20mm ，中径2D =200mm ，有效圈数n=5的螺旋弹簧五､麦弗逊式独立悬架导向机构的设计5.1对前轮独立悬架导向机构的设计要求：（1）悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过mm 4±，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。