双横臂独立悬架设计计算说明书
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L2——左、右横拉杆长度；
L3——左、右转向节臂长度；
Lw——车轮中心至转向主销的距离；
S1——转向齿条从中心位置向左的位移量（取正值）；
S2——转向齿条从中心位置向右的位移量（取负值）；
y ——转向齿条左右球铰中心连线与左右转向主销中心连线之偏距。图3示位置取正值，反之取负值；
S0——直线行驶时，转向齿条左球铰中心和左转向主销中心的水平距离；
（二）双横臂独立悬架导向-转向系统的设计过程
一、双横臂独立悬架导向机构及转向梯形布置方案分析与优化设计
1、参数选择
根据已知条件条件，先初选一些参数，其数值如下：
齿条左右移动行程s
±60mm
轮距B
1300 mm
轴距L
2200 mm
满载整车总质量m
1200 kg
车轮中心与转向节距离JH=Lw
100mm
上横臂杆长AB=h1
图1
描述悬架ຫໍສະໝຸດ BaiduBCD导向机构运动学的机构几何参数主要有：上横臂杆长AB=h1，转向主销球铰中心距BC= h2，下横臂杆长CD=h3，上、下横臂的摆角、（横臂向外下倾时，取负值），转向主销内倾角0。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。
-14,-7.18199621907285,-7.46070837718453,-7.65937
-12,-6.16754411302882,-6.37186017781784,-6.516866
-10,-5.14990644183593,-5.29152938131033,-5.391527
-8,-4.12869080792177,-4.21919353299154,-4.282719
-22,-11.2156770311531,-11.9125339539082,-12.41358
-20,-10.2101084243783,-10.7839217185358,-11.19616
-18,-9.20289398968651,-9.66615773468722,-9.998395
-16,-8.19365106897065,-8.55861816924079,-8.819671
10,5.29152938131033,5.14990644183593,5.058572
12,6.37186017781784,6.16754411302882,6.037457
14,7.46070837718453,7.18199621907285,7.006925
16,8.55861816924079,8.19365106897065,7.96764
α0——转向节臂与汽车纵轴线的夹角。
图3四轮汽车转向示意图
图3为一种含驱动滑块的常用断开式转向梯形机构。所谓驱动滑块，实际上是齿轮齿条式转向机的齿条。即，方向盘的转向操纵，由齿轮齿条式转向机变换为齿条（滑块）的直线运动，从而驱使转向梯形机构实现左右前轮转向。
为了避免汽车转向时产生路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎过快磨损，要求所有车轮在汽车转向时都作纯滚动。因此，图2中，左右前轮转向角α和β应满足阿克曼转向几何学关系，
180mm
转向主销球铰中心距BC=h2
300mm
下横臂杆长CD=h3
350mm
上横臂主销球铰与转向节距离BH
120mm
转向梯形最大压力角αmax
49
前悬架导向机构位置参数（满载平衡位置）
2、转向梯形机构几何参数的优化设计
1) 转向机构优化设计原理：
图2齿轮齿条转向器驱动的断开式转向梯形结构示意图
设S为转向齿条位移量（S1≤S≤S2），则对于齿轮齿条式转向机驱动的断开式转向梯形机构，容易求得左右前轮的转向角和β如下。
-54,-27.408907274291,-32.1331428577741,-34.99409
-52,-26.373451988192,-30.7046544205285,-33.3956
-50,-25.343428394435,-29.3051581210072,-31.82328
-48,-24.3182735895894,-27.9327047403287,-30.27701
18,9.66615773468722,9.20289398968651,8.92027
20,10.7839217185358,10.2101084243783,9.865492
22,11.9125339539082,11.2156770311531,10.80399
24,13.0526504741008,12.2199827912811,11.73646
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=2~6，=2~10，0=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0=175~190，转向梯形机构的最大压力角max=4550。
26,14.204962857185,13.2234101360599,12.66362
28,15.3702019551138,14.2263461019324,13.5862
2,1.04521490054644,1.03956703559375,1.035769
4,2.09651330571987,2.07392885050059,2.058862
6,3.15434984714126,3.10349960145897,3.069927
8,4.21919353299154,4.12869080792177,4.069614
（4）
其中，α---内侧车轮转角；
β---外侧车轮转角；
B---左右前轮转向主销轴线与地面交点之间的距离；
L---汽车轴距；
R---转向半径。
则可得理想的右轮转角
（5）
故优化设计目标函数为
（S1≤S≤S2）（6）
其中，δ——实际右轮转角β与理想右轮转向角β0之间均方根偏差；
n——取值次数。
可见，δ值越小，在各转角下，实际的右轮转角越接近于理想右轮转角，即优化结果越理想。根据以上原理，利用“断开式转向梯形机构（齿条驱动）优化设计”程序，对转向机构部分的参数进行优化。在优化时，选取不同的参数，看那些参数得到的数值最小。
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 EFG（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FGBC。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。
3．技术条件
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Vmax=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Rmin=4000~4500mm。
前轮轮胎外径为2R=520mm，轮胎宽度b=145 mm。
-46,-23.29745138883,-26.5855243483829,-28.75664
-44,-22.2804492949929,-25.2620029383085,-27.26197
-42,-21.266775784546,-23.9606628069738,-25.79274
-40,-20.2559578643539,-22.6801459674757,-24.34864
-38,-19.2475388601996,-21.4192000350891,-22.92933
-36,-18.2410764038261,-20.1766661456902,-21.5344
-34,-17.2361405900202,-18.9514685555572,-20.16346
-32,-16.2323122791796,-17.7426056408015,-18.81602
1.*独立设计、CAD绘制或手绘双横臂悬架系统总成装配图一张(0号或1号)
零部件顺序编号
明细栏、标题栏(注材料、标准件型号和数量)
主要轮廓尺寸、特征尺寸、尺寸公差配合标注
设计要求
2.*独立设计、手工绘制转向节零件图一张
尺寸标注完备
尺寸链封闭
设计基准尽量与制造工艺基准一致
形位公差标注要注意参考基准标注
2）利用优化软件进行设计
"s","alfa","beta","beta0"
-60,-30.5539676961854,-36.6153738886709,-39.94659
-58,-29.4985189836357,-35.0859635336518,-38.26963
-56,-28.4503872774486,-33.5927799735434,-36.61877
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0。另外，左右车轮的转向角分别用、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。
-6,-3.10349960145897,-3.15434984714126,-3.189803
-4,-2.07392885050059,-2.09651330571987,-2.112138
-2,-1.03956703559375,-1.04521490054644,-1.049083
0,0,0,0
-30,-15.2291815240433,-16.5491420686453,-17.4916
-28,-14.2263461019324,-15.3702019551138,-16.1897
-26,-13.2234101360599,-14.204962857185,-14.90977
-24,-12.2199827912811,-13.0526504741008,-13.65125
（1）
（2）
（3）
其中，A=-2L3(S0-S), B=-2L3y, C=L22-L32-( S0-S)2-y2
A0=-2L3S0, B0=-2L3y , C0=L22-L32- S02-y2
A=-2L3(S0+S), B=-2L3y, C=L22-L32-( S0+S)2-y2
L1——转向机齿条左右球铰中心的距离；
《汽车设计课程设计》
双横臂独立悬架导向-转向系统的
分析与设计
计算说明书
一、任务说明
二、双横臂独立悬架导向-转向系统的设计过程
2．考虑导向机构非线性特征的双横臂独立悬架系统弹簧刚度、减震器阻
双横臂独立悬架导向—转向系统的分析与设计
计算说明书
（一）任务说明
1．设计任务
双横臂独立悬架和转向系统是现代汽车上典型的底盘总成系统。本课程设计以某微型汽车前轮转向驱动桥所采用的双横臂独立悬架和转向系统为对象，主要完成以下环节的分析与设计内容：
信息完整
材料、热处理方法的技术条件
3.*独立完成设计、计算说明书一份(4000-8000字)
包括内容、流程、理论方法、方案、公式、计算过程、成果归纳和设计心得等
2．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、表示，转向主销内倾角用0表示。
L3——左、右转向节臂长度；
Lw——车轮中心至转向主销的距离；
S1——转向齿条从中心位置向左的位移量（取正值）；
S2——转向齿条从中心位置向右的位移量（取负值）；
y ——转向齿条左右球铰中心连线与左右转向主销中心连线之偏距。图3示位置取正值，反之取负值；
S0——直线行驶时，转向齿条左球铰中心和左转向主销中心的水平距离；
（二）双横臂独立悬架导向-转向系统的设计过程
一、双横臂独立悬架导向机构及转向梯形布置方案分析与优化设计
1、参数选择
根据已知条件条件，先初选一些参数，其数值如下：
齿条左右移动行程s
±60mm
轮距B
1300 mm
轴距L
2200 mm
满载整车总质量m
1200 kg
车轮中心与转向节距离JH=Lw
100mm
上横臂杆长AB=h1
图1
描述悬架ຫໍສະໝຸດ BaiduBCD导向机构运动学的机构几何参数主要有：上横臂杆长AB=h1，转向主销球铰中心距BC= h2，下横臂杆长CD=h3，上、下横臂的摆角、（横臂向外下倾时，取负值），转向主销内倾角0。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。
-14,-7.18199621907285,-7.46070837718453,-7.65937
-12,-6.16754411302882,-6.37186017781784,-6.516866
-10,-5.14990644183593,-5.29152938131033,-5.391527
-8,-4.12869080792177,-4.21919353299154,-4.282719
-22,-11.2156770311531,-11.9125339539082,-12.41358
-20,-10.2101084243783,-10.7839217185358,-11.19616
-18,-9.20289398968651,-9.66615773468722,-9.998395
-16,-8.19365106897065,-8.55861816924079,-8.819671
10,5.29152938131033,5.14990644183593,5.058572
12,6.37186017781784,6.16754411302882,6.037457
14,7.46070837718453,7.18199621907285,7.006925
16,8.55861816924079,8.19365106897065,7.96764
α0——转向节臂与汽车纵轴线的夹角。
图3四轮汽车转向示意图
图3为一种含驱动滑块的常用断开式转向梯形机构。所谓驱动滑块，实际上是齿轮齿条式转向机的齿条。即，方向盘的转向操纵，由齿轮齿条式转向机变换为齿条（滑块）的直线运动，从而驱使转向梯形机构实现左右前轮转向。
为了避免汽车转向时产生路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎过快磨损，要求所有车轮在汽车转向时都作纯滚动。因此，图2中，左右前轮转向角α和β应满足阿克曼转向几何学关系，
180mm
转向主销球铰中心距BC=h2
300mm
下横臂杆长CD=h3
350mm
上横臂主销球铰与转向节距离BH
120mm
转向梯形最大压力角αmax
49
前悬架导向机构位置参数（满载平衡位置）
2、转向梯形机构几何参数的优化设计
1) 转向机构优化设计原理：
图2齿轮齿条转向器驱动的断开式转向梯形结构示意图
设S为转向齿条位移量（S1≤S≤S2），则对于齿轮齿条式转向机驱动的断开式转向梯形机构，容易求得左右前轮的转向角和β如下。
-54,-27.408907274291,-32.1331428577741,-34.99409
-52,-26.373451988192,-30.7046544205285,-33.3956
-50,-25.343428394435,-29.3051581210072,-31.82328
-48,-24.3182735895894,-27.9327047403287,-30.27701
18,9.66615773468722,9.20289398968651,8.92027
20,10.7839217185358,10.2101084243783,9.865492
22,11.9125339539082,11.2156770311531,10.80399
24,13.0526504741008,12.2199827912811,11.73646
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=2~6，=2~10，0=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0=175~190，转向梯形机构的最大压力角max=4550。
26,14.204962857185,13.2234101360599,12.66362
28,15.3702019551138,14.2263461019324,13.5862
2,1.04521490054644,1.03956703559375,1.035769
4,2.09651330571987,2.07392885050059,2.058862
6,3.15434984714126,3.10349960145897,3.069927
8,4.21919353299154,4.12869080792177,4.069614
（4）
其中，α---内侧车轮转角；
β---外侧车轮转角；
B---左右前轮转向主销轴线与地面交点之间的距离；
L---汽车轴距；
R---转向半径。
则可得理想的右轮转角
（5）
故优化设计目标函数为
（S1≤S≤S2）（6）
其中，δ——实际右轮转角β与理想右轮转向角β0之间均方根偏差；
n——取值次数。
可见，δ值越小，在各转角下，实际的右轮转角越接近于理想右轮转角，即优化结果越理想。根据以上原理，利用“断开式转向梯形机构（齿条驱动）优化设计”程序，对转向机构部分的参数进行优化。在优化时，选取不同的参数，看那些参数得到的数值最小。
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 EFG（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FGBC。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。
3．技术条件
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Vmax=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Rmin=4000~4500mm。
前轮轮胎外径为2R=520mm，轮胎宽度b=145 mm。
-46,-23.29745138883,-26.5855243483829,-28.75664
-44,-22.2804492949929,-25.2620029383085,-27.26197
-42,-21.266775784546,-23.9606628069738,-25.79274
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-38,-19.2475388601996,-21.4192000350891,-22.92933
-36,-18.2410764038261,-20.1766661456902,-21.5344
-34,-17.2361405900202,-18.9514685555572,-20.16346
-32,-16.2323122791796,-17.7426056408015,-18.81602
1.*独立设计、CAD绘制或手绘双横臂悬架系统总成装配图一张(0号或1号)
零部件顺序编号
明细栏、标题栏(注材料、标准件型号和数量)
主要轮廓尺寸、特征尺寸、尺寸公差配合标注
设计要求
2.*独立设计、手工绘制转向节零件图一张
尺寸标注完备
尺寸链封闭
设计基准尽量与制造工艺基准一致
形位公差标注要注意参考基准标注
2）利用优化软件进行设计
"s","alfa","beta","beta0"
-60,-30.5539676961854,-36.6153738886709,-39.94659
-58,-29.4985189836357,-35.0859635336518,-38.26963
-56,-28.4503872774486,-33.5927799735434,-36.61877
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0。另外，左右车轮的转向角分别用、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。
-6,-3.10349960145897,-3.15434984714126,-3.189803
-4,-2.07392885050059,-2.09651330571987,-2.112138
-2,-1.03956703559375,-1.04521490054644,-1.049083
0,0,0,0
-30,-15.2291815240433,-16.5491420686453,-17.4916
-28,-14.2263461019324,-15.3702019551138,-16.1897
-26,-13.2234101360599,-14.204962857185,-14.90977
-24,-12.2199827912811,-13.0526504741008,-13.65125
（1）
（2）
（3）
其中，A=-2L3(S0-S), B=-2L3y, C=L22-L32-( S0-S)2-y2
A0=-2L3S0, B0=-2L3y , C0=L22-L32- S02-y2
A=-2L3(S0+S), B=-2L3y, C=L22-L32-( S0+S)2-y2
L1——转向机齿条左右球铰中心的距离；
《汽车设计课程设计》
双横臂独立悬架导向-转向系统的
分析与设计
计算说明书
一、任务说明
二、双横臂独立悬架导向-转向系统的设计过程
2．考虑导向机构非线性特征的双横臂独立悬架系统弹簧刚度、减震器阻
双横臂独立悬架导向—转向系统的分析与设计
计算说明书
（一）任务说明
1．设计任务
双横臂独立悬架和转向系统是现代汽车上典型的底盘总成系统。本课程设计以某微型汽车前轮转向驱动桥所采用的双横臂独立悬架和转向系统为对象，主要完成以下环节的分析与设计内容：
信息完整
材料、热处理方法的技术条件
3.*独立完成设计、计算说明书一份(4000-8000字)
包括内容、流程、理论方法、方案、公式、计算过程、成果归纳和设计心得等
2．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、表示，转向主销内倾角用0表示。