【正文】 參數(shù)的設(shè)計計算 ...................................... 35 相對阻尼系數(shù)的確定 .................................... 35 減震器阻尼系數(shù)的確定 .................................. 35 減震器最大卸荷力的確定 ................................ 36 減震器工作缸直徑的確定 ................................ 37 第 8 章 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計計算 ...................................... 39 橫向穩(wěn)定桿的作用 .......................................... 39 橫向穩(wěn)定桿參數(shù)的選擇 ...................................... 39 第 9 章 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的仿真設(shè)計 ...................................... 41 仿真設(shè)計及分析 ............................................ 41 前輪外傾角（ camber）變化 .............................. 43 前 輪前束角（ toe）的變化 ............................... 43 主銷內(nèi)傾角（ kingpin）的變化 ........................... 44 車輪跳動產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向角的變化 ............................ 44 車 輪跳動對輪距的影響 .................................. 45 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計說明書 III 抗點(diǎn)頭（ antidive） ................................... 45 抗舉升（ antilift） ................................... 46 磨胎半徑 .............................................. 46 第 10 章 CATIA 三維軟件繪圖 ....................................... 47 結(jié) 論 ........................................................... 52 致 謝 ........................................................... 53 參考文獻(xiàn) ........................................................... 54 附 錄 ........................................................... 55 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計說明書 1 緒 論 汽車懸架概述 懸架由彈性元件、導(dǎo)向裝置、減振器、緩沖塊和橫向穩(wěn)定器等組成 [1]。導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向桿系組成，用來決定車輪相對于車架 (或車身 )的運(yùn)動特性，并傳遞除彈性元件傳遞的垂直力以外的各種力和力矩。當(dāng)用 縱置鋼板彈簧作彈性元件時，它兼起導(dǎo)向裝置作用。緩沖塊用來減輕車軸對車架 (或車身 )的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過大的變形。裝有橫向穩(wěn)定器的汽車，能減少轉(zhuǎn)彎行駛時車身的側(cè)傾角和橫向角振動。 根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，汽車懸架可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩大類。非獨(dú)立懸架的鮮明特色是左、右車輪之間由一剛性梁或非斷開式車橋聯(lián)接，當(dāng)單邊車輪駛過凸起時，會直接影響另一側(cè)車輪。獨(dú)立懸架中沒有這樣的剛性梁，左右車輪各自 “ 獨(dú)立 ”地與車架或車身相連或構(gòu)成斷開式車橋，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可細(xì)分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等等。 它的主要功用如下 [2]： 1 緩和、抑制由于不平路面所引起的振動和沖擊，以保證汽車的行駛平順性； 2 迅速衰減車身和車橋 (或車輪 )的振動； 3 傳遞作用在車輪和車架 (或車身 )之間的各種力 (驅(qū)動力、制動力、橫向力 )和力矩(制動力矩和反作用力矩 )； 4 保證汽車行駛穩(wěn)定性。 為了完成 2 項功能，懸架使用了彈簧和減震器。汽車懸架常用的彈性元件有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、橡膠彈簧及空氣彈簧等。減震器有多種形式，現(xiàn)在最常用的是筒式減震器。 為了完成 4 項功能，懸架采用了適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向桿系把車架 (車身 )與車軸 (車輪 )聯(lián)接起來。導(dǎo)向 桿系有多種形式，可單獨(dú)用其中的一種，也可將幾種配合起來使用。鋼板彈簧懸架中的鋼板彈簧不僅用作彈性元件而且兼起導(dǎo)向的作用。 為了減輕車軸對車架 (或車身 )的直接沖撞，采用了緩沖塊。為了減小車身的側(cè)傾角，有的汽車還裝有橫向穩(wěn)定桿。 鋼板彈簧簡介 鋼板彈簧是 汽車懸架 中應(yīng)用最廣泛的一種彈性元件，它是由若干片等寬但不等長（厚度可以相等，也可以不相等）的合金彈簧片組合而成的一根近似等強(qiáng)度的彈性梁。 當(dāng)鋼板彈簧安裝在汽車懸架中，所承受的垂直載荷為正向時，各彈簧片都受力變形，有向上拱彎的趨勢。這時， 車橋 和 車架 便相互靠近。當(dāng)車 橋與車架互相遠(yuǎn)離時，鋼板彈簧所受的正向垂直載荷和變形便逐漸減小，有時甚至?xí)聪颉? 主片卷耳受力嚴(yán)重，是薄弱處，為改善主片卷耳的受力情況，常將第二片末廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計說明書 2 端也彎成卷耳，包在主片卷耳的外面，稱為包耳。為了使得在彈性變形時各片有相對滑動的可能，在主片卷耳與第二片包耳之間留有較大的空隙。有些懸架中的鋼板彈簧兩端不做成卷耳，而采用其他的支撐連接方式，如橡膠支撐墊。 扁平長方形的鋼板呈彎曲形，以數(shù)片疊成底盤用彈簧，一端以梢子安裝在吊架上，另一端使用吊耳連接到大梁上，使彈簧能伸縮。目前適用于中大型的貨卡車上 。 論文研究 的背景及意義 國內(nèi)汽車懸架彈簧生產(chǎn)企業(yè) 160 余家，遍布全國各地，具有規(guī)模的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè) (生產(chǎn)規(guī)模在 萬噸以上 )約 80 余家。產(chǎn)品質(zhì)量水平 剛 達(dá)到國外先進(jìn)國家 90 年代水平。大部分企業(yè)規(guī)模較小，生產(chǎn)集中度低，散亂差問題較嚴(yán)重。其中真正形成大規(guī)模、大批量生產(chǎn)的企業(yè)為數(shù)不多，大多仍停留在簡單生產(chǎn)工藝的水平上，產(chǎn)品成本較高，難以參與國際市場競爭。國內(nèi)能夠生產(chǎn)高檔次汽車鋼板懸架彈簧的企業(yè)只有 4 家：一汽集團(tuán)遼陽汽車彈簧廠、東風(fēng)汽車懸架彈簧有限公司、重慶紅巖汽車彈簧廠、山東汽車彈簧廠，他們都具有生產(chǎn)多種疊片簧、漸變剛度彈簧 、少片變截面鋼板彈簧和雙曲率半徑及平直段的汽車鋼板彈簧的能力。國內(nèi)能夠同時生產(chǎn)客車、貨車、轎車懸架彈簧的廠家只有三個：一汽集團(tuán)遼陽汽車彈簧廠、東風(fēng)汽車懸架彈簧有限公司、山東汽車彈簧廠。 自主開發(fā)是中國汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的保障。我國汽車產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)初具規(guī)模，但是面臨著能源緊張、技術(shù)落后、自主品牌嚴(yán)重缺乏以及國際競爭加劇帶來的壓力。我國的汽車產(chǎn)業(yè)要加速、持續(xù)和健康的發(fā)展，并成為我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，必須堅持產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，選擇面向自主發(fā)展具有中國特色的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新模式，推動汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級、技術(shù)的進(jìn)步 、以及民族品牌的崛起。 所以為了適應(yīng)汽車產(chǎn)業(yè)的自主開發(fā)道路，對懸架進(jìn)行設(shè)計和強(qiáng)度計算并進(jìn)行推廣交流顯得尤為重要。 畢業(yè)論文研究內(nèi)容 本文主要對高級轎車前懸架進(jìn)行設(shè)計研究。 1 雙橫臂獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計 介紹雙橫臂導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法，確定雙橫臂主要參數(shù)的過程和結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程 。 2 對螺旋彈簧進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析 介紹鋼板彈簧懸架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析方法和過程。 3 最后以奧迪 R8 四驅(qū)車車型為例設(shè)計前懸架 —— 雙橫臂螺旋彈簧獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng) 度設(shè)計，并對其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析。 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計說明書 3 第 2章 汽車懸架概述 懸架是汽車的車架與車橋 或者車輪之間的一切傳力、連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力矩，并且緩沖衰減由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊，以保證汽車能平順行駛。 懸架基本概念 懸架概念 保證車輪或車橋與汽車承載系統(tǒng) (車架或承載式車身 )之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱 。 懸架最主要的功能 懸架最主要的功能是傳遞作用在車輪和車架 (或車身 )之間的一切力和力矩，并緩和汽車駛過不平路面時所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，以保證汽 車的行駛平順性。為此必須在車輪與車架或車身之間提供彈性連接，依靠彈性元件來傳遞車輪或車橋與車架或車身之間的載荷，并依靠其變形來吸收能量，達(dá)到緩沖的目的。采用彈性連接后，汽車可以看作是由懸掛質(zhì)量（簧載質(zhì)量）、非懸掛質(zhì)量 (即非簧載質(zhì)量 )和彈簧 (彈性元件 )組成的振動系統(tǒng)，承受來自不平路面、空氣動力及傳動系、發(fā)動機(jī)的激勵。為了迅速衰減不必要的振動，懸架中還必須包括阻尼元件，即減振器。此外，懸架中確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩可靠傳遞并決定車輪相對于車架或車身的位移特性的連接裝置統(tǒng)稱為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定了 車輪跳動時的運(yùn)動軌跡和車輪定位參數(shù)的變化，以及汽車前后側(cè)傾中心及縱傾中心的位置，從而在很大程度上影響了整車的操縱穩(wěn)定性和抗縱傾能力。 懸架基本組成 [3]~ [6] 懸架主要由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和減振器組成，有些懸架中還有緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿。 彈性元件受沖擊后會產(chǎn)生持續(xù)的振動，使乘坐不適，因此，設(shè)有減振器將振動迅速衰減，使振幅迅速減小。 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來確定車輪相對于車架或車身的運(yùn)動，傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。 為減少車軸對車架或車身的直接沖撞，一些汽車懸架上裝有緩沖塊，起限制移動行程。橫向穩(wěn)定桿 的作用是減少轉(zhuǎn)彎時車身的側(cè)傾，并提高輪胎 對地面的附著力。 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計說明書 4 懸架類型 [7] 1 根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，汽車懸架可以分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩大類： (1) 非獨(dú)立懸架是左、右車輪之間由一剛性梁或非斷開式車橋聯(lián)接，當(dāng)單邊車輪駛過凸起時，會直接影響另一側(cè)車輪。 (2) 獨(dú)立懸架中沒有這樣的剛性梁，左右車輪各自 “ 獨(dú)立 ” 地與車架或車身相連或構(gòu)成斷開式車橋，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可細(xì)分為橫臂式、縱臂式、斜臂式等。 2 按照彈性元件不同所分的種類： 鋼板彈簧懸架、螺旋彈簧懸架、扭桿彈簧懸架、空氣懸架以及油氣懸架等。 懸架系統(tǒng)研究與設(shè)計的領(lǐng)域 汽車懸架系統(tǒng)的研究 與設(shè)計 主要是為了提高汽車整車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。汽車懸架系統(tǒng)的研究 與設(shè)計的領(lǐng)域 也相應(yīng)地分為兩大部分：一是對汽車平順性產(chǎn)生主要影響的懸架特性；另一是對汽車操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生主要影響的懸架特性 。 前一部分主要是對懸架的彈性元件和阻尼元件特性展開工作，主要是將路面、輪胎、非簧載質(zhì)量、懸架、簧載質(zhì)量作為一個整體進(jìn)行研究 與設(shè)計 ，由于它主要研究的是在路面的反作用力的激勵下，影響汽車平順性的彈性元件以及阻尼元件的力學(xué)特性，因此可以稱之為懸架系統(tǒng)動力學(xué)研究。 后一部分主 要是對懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，主要是研究在車輪與車身發(fā)生相對運(yùn)動時，懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如何引導(dǎo)和約束車輪的運(yùn)動 、 車輪定位及影響轉(zhuǎn)向運(yùn)動的一些懸架參數(shù)的運(yùn)動學(xué)特性。這一部分的研究稱為懸架的運(yùn)動學(xué)研究?？紤]了彈性襯套等連接件對懸架性能的影響，則懸架運(yùn)動學(xué)即為懸架彈性運(yùn)動學(xué)。懸架彈性運(yùn)動學(xué)是闡述由于輪胎和路面之間的力和力矩引起的車輪定位等主要懸架參數(shù)的變化特性。這樣懸架系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)研究就包括了懸架運(yùn)動學(xué)和彈性運(yùn)動學(xué)兩個方面的內(nèi)容。 懸架設(shè)計要求 如前所述，汽車懸架和簧載質(zhì)量、非簧載質(zhì)量構(gòu)成了一個振動系統(tǒng)，該振動系 統(tǒng)的特性很大程度上決定了汽車的行駛平順性，并進(jìn)一步影響到汽車的行駛車速、燃油經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性。該振動系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多零部件的動載，并進(jìn)而影響到這些零件的使用壽命。此外，懸架對整車操縱穩(wěn)定性、抗縱傾能力也起著決定性的作用。因而在設(shè)計懸架時必須考慮以下幾個方面的要求 [8]~ [9]： 1 通過合理設(shè)計懸架的彈性特性及阻尼特性確保汽車具有良好的行駛平順性，具有較低的振動頻率、較小的振動加速度值和合適的減振性能，并能避免在懸架的壓縮伸張行程極限點(diǎn)發(fā)生硬沖擊，同時還要保證輪胎具有足夠的接地能力； 2 合理設(shè)計導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以確保車輪與車架或車身之間力和力矩可靠傳遞。 廣西科技大學(xué)（籌） 2021屆畢業(yè)設(shè)計說明書 5 3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動應(yīng)與轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動相協(xié)調(diào)，避免發(fā)生運(yùn)動干涉，否則可能引起轉(zhuǎn)向輪擺振； 4 側(cè)傾中心及縱傾中心位置恰當(dāng)，汽車轉(zhuǎn)向時具有抗側(cè)傾能力，汽車制動和加速時能保持車身的穩(wěn)定，避免發(fā)生汽車在制動和加速時的車身縱傾 (即所謂 “ 點(diǎn)頭 ” 和 “ 后仰 ” )； 5 懸架構(gòu)件的質(zhì)量要小，尤其是其非懸掛部分的質(zhì)量要盡量??； 6 便于布置； 7 所有零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和使用壽命； 8 制造成本低； 9 便于維修、保養(yǎng)。 懸架設(shè)計可以大致分為結(jié)構(gòu) 型式及主要參數(shù)選擇和詳細(xì)設(shè)計兩個階段，有時還要反復(fù)交叉進(jìn)行。由于懸架的參數(shù)影響到許多整車特性，并且涉及其他總成的布置，因而一般要與總布置共同協(xié)調(diào)確定。 懸