導(dǎo)語：轎車懸架設(shè)計(jì)管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

“遠(yuǎn)艦”轎車雙擺臂懸架的設(shè)計(jì)及產(chǎn)品建模

摘要：汽車雙擺臂懸架是一種常見的懸架形式，合理的選擇懸架的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸是獲得滿意的汽車行駛性能的重要條件，其運(yùn)動(dòng)特性的優(yōu)劣關(guān)系到汽車操縱穩(wěn)定性，舒適性，轉(zhuǎn)向輕便性和輪胎的使用壽命等性能。本課題來源于東風(fēng)悅達(dá)起亞汽車制造有限公司的遠(yuǎn)艦款轎車的后懸架，雙擺臂懸架可以通過合理的選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸接點(diǎn)的位置及導(dǎo)向臂的長度，使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特性。在設(shè)計(jì)中，首先，分析了雙擺臂獨(dú)立懸架的組成和功用；其次，進(jìn)行雙擺臂懸架的上下擺臂及各零部件強(qiáng)度的校核；第三，詳細(xì)考慮各部件之間的連接關(guān)系；最后計(jì)算了懸架自然振動(dòng)頻率，懸架靜撓度和動(dòng)撓度以及懸架彈性特性。在分析雙擺臂懸架的組成和作用以及確定各零部件的尺寸的基礎(chǔ)上，運(yùn)用CAD軟件和Pro/E軟件分別進(jìn)行二維繪圖和三維建模。此次課題進(jìn)行了準(zhǔn)確的計(jì)算和詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析，為雙擺臂懸架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了依據(jù)，從而在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面提高汽車的性能。

關(guān)鍵詞：雙擺臂懸架；汽車；設(shè)計(jì)；建模

TheDesignandProductmodeling

ofDoubleWishboneSuspensionof“Optima”Car

Abstract：Thedouble-wishboneindependentsuspensionisoneofthecommonformsofmotorvehiclesuspension.Choosingthegeometryparametersoftheindependentsuspensionreasonablyisoneoftheimportantconditionstoobtainthesatisfiedcharacterofservice.Itsstateofmotionisrelatedtohandlingstability,comfortability,handlingofsteeringandthelifeoftire,ect.Thesubjectcomesfromtherearsuspensionof“optima”carwhichmadebyDYKCo.Ltd.Thedouble-wishbonesuspensioncanbeareasonablechoiceofspace-orientedbararticulatedpoint.Thelocationandorientationofthesuspensionarmlengthcanproducesuitablemotions.Thisthesisfirstanalyzestheconsistsandfunctionofthedouble-wishbonesuspensioninthedesign,thencheckstheupanddownofarmsofthedouble-wishboneindependentsuspension,Thirdly,makeadetailedconsiderationofthevariouscomponentsofthelinkbetweenrelationsismade.Icalculatethesuspensiononthebasisofthenaturalvibrationfrequency,staticsuspensiondeflectionanddynamicdeflectionandelasticcharacteristicsofthesuspensiontermsatlast.OnthebasisofAnalysisofthecompositionandroleofthesizeofthecomponentsinthedouble-wishboneindependentsuspension,withCADsoftwareandPro/E,respectively,2Ddrawingsand3DproductModelingaremade.Wemadeanaccurateanddetailedstructuralanalysisonthedesign,whichprovidesthereferenceforoptimaldesignofthedouble-wishbonesuspension.Theapproachcanimprovetheperformanceofthedouble-wishboneindependentsuspension.

Keyword:double-wishbonesuspension;motorvehicle;Design;Modeling

懸架是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(dòng)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[1]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(shí)所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，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聯(lián)接，依靠彈性元件來傳遞車輪或車橋與車架或車身之間的垂向載荷，并依靠其變形來吸收能量，達(dá)到緩沖的目的。采用彈性聯(lián)接后，汽車可以看作是由懸掛質(zhì)量(即簧載質(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(dòng)系統(tǒng)，承受來自不平路面、空氣動(dòng)力及傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)。為了迅速衰減不必要的振動(dòng)，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(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)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。在有些懸架中還有緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿。

一百多年來汽車懸架從結(jié)構(gòu)型式到作用原理一直在不斷地演進(jìn)，但從結(jié)構(gòu)功能而言，它都是由彈性元件、減振裝置和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。在有些情況下，某一零部件兼起兩種或三種作用，比如鋼板彈簧兼起彈性元件及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，麥克弗遜懸架(McPhersonstrutsuspension，或稱滑柱擺臂式獨(dú)立懸架)中的減振器柱兼起減振器及部分導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，有些主動(dòng)懸架中的作動(dòng)器則具有彈性元件、減振器和部分導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的功能。

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(shí)，會(huì)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，各種懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將在以下章節(jié)中進(jìn)一步討論。

除上述非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架外，還有一種近似半獨(dú)立懸架，它與近似半剛性的非斷開式后支持橋相匹配。當(dāng)左右車輪跳動(dòng)幅度不一致時(shí)，后支持橋中呈V形斷面并與左右縱臂固結(jié)在一起的橫梁受扭，由于其具有一定的扭轉(zhuǎn)彈性，故此種懸架既不同于非獨(dú)立懸架，也與獨(dú)立懸架有別。該彈性橫梁還兼起橫向穩(wěn)定桿的作用。

按照彈性元件的種類，汽車懸架又可以分為鋼板彈簧懸架、螺旋彈簧懸架、扭桿彈簧懸架、空氣懸架以及油氣懸架等。

按照作用原理，可以分為被動(dòng)懸架、主動(dòng)懸架和介于二者之間的半主動(dòng)懸架。

本課題來源于東風(fēng)悅達(dá)起亞汽車制造有限公司的遠(yuǎn)艦款轎車的后懸架，按其上下橫臂的長短可分為等長雙橫臂和不等長雙橫臂兩種。等長雙橫臂懸架在其車輪做上下跳動(dòng)時(shí)，可保持主銷傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會(huì)使輪胎磨損嚴(yán)重，多為不等長雙擺臂懸架代替，后一種懸架在其車輪上下跳動(dòng)時(shí)候只需要適當(dāng)?shù)倪x擇上下橫臂的長度并合理布置，即可使輪距及車輪定位參數(shù)的變化限定在一定的范圍之內(nèi)，這種不大的輪距的改變，不應(yīng)引起車輪沿路面的滑移，而為輪胎的彈性變形所補(bǔ)償，因此其保持了汽車良好的行使平順性，雙橫臂懸架的突出優(yōu)點(diǎn)在于其設(shè)計(jì)的靈活性，可以通過合理選擇空間桿系的鉸接點(diǎn)的位置及導(dǎo)向臂的長度，使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特性，并且形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心。

如前所述，汽車懸架和懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量構(gòu)成了一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，該振動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系許多零部件的動(dòng)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(jì)懸架時(shí)必須考慮以下幾個(gè)方面的要求：

A、通過合理設(shè)計(jì)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(dòng)頻率、較小的振動(dòng)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(shí)還要保證輪胎具有足夠的接地能力；

B、合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以確保車輪與車架或車身之間所有力和力矩的可靠傳遞，保證車輪跳動(dòng)時(shí)車輪定位參數(shù)的變化不會(huì)過大，并且能滿足汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性要求；

C、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)與轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)，避免發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，否則可能引起轉(zhuǎn)向輪擺振；

D、側(cè)傾中心及縱傾中心位置恰當(dāng)，汽車轉(zhuǎn)向時(shí)具有抗側(cè)傾能力，汽車制動(dòng)和加速時(shí)能保持車身的穩(wěn)定，避免發(fā)生汽車在制動(dòng)和加速時(shí)的車身縱傾(即所謂“點(diǎn)頭”和“后仰”)；

E、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?。?/p>

F、便于布置，在轎車設(shè)計(jì)中特別要考慮給發(fā)動(dòng)機(jī)及行李箱留出足夠的空間；

G、所有零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和使用壽命；

H、制造成本低；

I、便于維修、保養(yǎng)。

懸架設(shè)計(jì)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(jì)兩個(gè)階段，有時(shí)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)商確定。

1.2主要研究內(nèi)容

對雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，得出原始參數(shù)，計(jì)算推導(dǎo)隨著車輪的跳動(dòng)主銷內(nèi)傾角、后傾角、車輪外傾角、前束角、車輪輪距的變化及懸架各點(diǎn)位置的變化情況。用PRO/E軟件設(shè)計(jì)模型，對其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，獲得最為理想的結(jié)果。

A、以雙橫臂式獨(dú)立懸架為研究對象，研究基于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和零部件數(shù)據(jù)計(jì)算方法,使用PRO/E軟件給出雙橫臂獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)模型；

B、研究懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)與定位參數(shù)之間的關(guān)系，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，對懸架的主要參數(shù)進(jìn)行分析以及確定主要參數(shù)。

C、對懸架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，通過改變懸架有關(guān)參數(shù)，評價(jià)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)特性，得出懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)對整車性能(操縱穩(wěn)定性、行駛平順性等)的影響規(guī)律。

2懸架

2.1懸架的功用和組成

懸架是車架(或承載式車身)與車橋(或車輪)之間的一切傳力連接裝置的總稱。它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力(支承力)、縱向反力(牽引力和制動(dòng)力)和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩都要傳遞到車架(或承載式車身)上，以保證汽車的正常行駛。

現(xiàn)代汽車的懸架盡管有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，但是一般都由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。

由于汽車行駛的路面不可能絕對平坦，因此，路面作用于車輪上的垂直反力往往是沖擊性的，尤其在壞路面上高速行駛時(shí)，這種沖擊力將很大，不僅能引起汽車機(jī)件的早期損壞，還將使駕駛員感到極不舒適，或使貨物受到損傷。為了緩和沖擊，在汽車行駛系中，除了采用彈性的元?dú)廨喬ブ猓趹壹苤羞€必須裝有彈性元件，使車架(或車身)與車橋(或車輪)之間作彈性聯(lián)接。但彈性系統(tǒng)在受到?jīng)_擊后，將產(chǎn)生振動(dòng)，持續(xù)的振動(dòng)易使乘員感到不舒適或疲勞，故懸架還具有減振作用,使振動(dòng)迅速衰減(振幅迅速減小)。為此,在許多結(jié)構(gòu)形式的汽車懸架中都設(shè)有專門的減振器。

車輪相對于車架和車身跳動(dòng)時(shí)，車輪(特別是轉(zhuǎn)向輪)的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)符合一定的要求,否則對汽車的某些行駛性能(特別是操縱穩(wěn)定性)有不利的影響。因此，懸架中某些傳力構(gòu)件同時(shí)還承擔(dān)著使車輪按一定軌跡相對于車架和車身跳動(dòng)的任務(wù)，因而這些傳力構(gòu)件還起導(dǎo)向作用，故稱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。

由此可見，汽車懸架的功能是緩沖、導(dǎo)向和減振，然而三者共同的任務(wù)則是傳力。

在多數(shù)轎車和客車上，為了防止車身在轉(zhuǎn)向行駛等情況下發(fā)生過大的傾斜，在懸梁中還設(shè)有輔助彈性元件—橫向穩(wěn)定器。

為限制彈簧的最大變形并防止彈簧直接撞擊車架，在貨車上輔助設(shè)有緩沖塊。在一些轎車上也設(shè)有緩沖塊，以限制懸架的最大變形。

應(yīng)當(dāng)指出，懸架只有具備上述功能，在結(jié)構(gòu)上并非一定要設(shè)置滿足上述各功能的單獨(dú)的裝置不可。例如常見的鋼板彈簧，除了作為彈性元件起緩沖作用外，當(dāng)它在汽車上縱向安置并且一端與車架作固定鉸鏈連接時(shí)，它本身還能起到傳遞各向力和力矩以及決定車輪運(yùn)動(dòng)軌跡的作用，因而沒有必要再另設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。此外，—般鋼板彈簧是多片疊成的，其本身具有一定的減振能力，因而在對減振要求不高的車輛上，也可以不裝減振器。

雙橫臂懸架其突出優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)的靈活性,可以通過合理選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸接點(diǎn)的位置及導(dǎo)向臂(或稱為控制臂)的長度,使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特征(亦即當(dāng)車輪跳動(dòng)或車身側(cè)傾時(shí),車輪定位角及輪距的變化能盡量滿足設(shè)計(jì)的要求),并且形成恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中心。

為了隔離振動(dòng)和噪聲并補(bǔ)償空間導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由于上、下橫臂擺動(dòng)軸線相交帶來的運(yùn)動(dòng)干涉，在各鉸接點(diǎn)處一般采用橡膠支承。顯然，各點(diǎn)處受力越小，則橡膠支承的變形越小，車輪的導(dǎo)向和定位也越精確。分析表明，為減小鉸接點(diǎn)處的作用力，應(yīng)當(dāng)盡可能增大、下橫臂間的距離，減小下橫臂地面的垂向距離和下鉸點(diǎn)至車輪接地點(diǎn)之間的橫向距離。當(dāng)然，上、下橫臂各鉸接點(diǎn)位置的確定還要綜合考慮布置是否方便以及懸架的運(yùn)動(dòng)特征是否合適。

雙橫臂懸架可采用螺旋彈簧、空氣彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧或鋼板彈簧作為彈性元件，最常見的為螺旋彈簧。

雙橫臂懸架一般作為轎車的前、后懸架，輕型載貨汽車的前懸架或要求高通過性的越野汽車的前、后懸架。當(dāng)雙橫臂懸架用作前置前驅(qū)動(dòng)轎車的前懸架時(shí)，必須在結(jié)構(gòu)上給擺動(dòng)半徑留出位置。一種方法是將彈簧置于上控制臂上方，這樣做的缺點(diǎn)在于減小了上、下橫臂間的垂直距離和彈簧的行程，并且振動(dòng)直接傳遞給車身前端。另一種做法是采用專門的叉形構(gòu)件為擺動(dòng)半軸留出空間或者經(jīng)過特別設(shè)計(jì)，使彈簧、減振器位于擺動(dòng)半軸后方。

從20世紀(jì)80年代后期開始，為提高行駛安全性，越來越多的高級轎車后懸架采用雙橫臂結(jié)構(gòu)。其運(yùn)動(dòng)特性的優(yōu)劣關(guān)系到汽車操縱的穩(wěn)定性，舒適性，轉(zhuǎn)向輕便性和輪胎的使用壽命等諸多因素。汽車雙橫臂獨(dú)立懸架在空間布置上有較多的自由度，各導(dǎo)向桿件在空間上傾斜布置，再加上懸架不可避免地與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生干涉，因此懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)全過程一般都是復(fù)雜的非線性的空間運(yùn)動(dòng)過程。雙橫臂懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的優(yōu)化，可以保證車輛在惡劣的行駛條件下既有良好的行駛平順性，操作穩(wěn)定性和通過性，同時(shí)使懸架和車輪的運(yùn)動(dòng)空間最小，車內(nèi)空間最大，使輪胎的側(cè)向滑移量最小，使用壽命最大。

目錄

1前言1

1.1課題研究的目的和意義1

1.2主要研究內(nèi)容2

2懸架4

2.1懸架的功用和組成4

2.2懸架系統(tǒng)的自然振動(dòng)頻率4

2.3汽車懸架的類型5

2.4雙橫臂獨(dú)立懸架6

3．懸架主要參數(shù)的確定8

3.1懸架靜撓度8

3.2懸架的動(dòng)撓度9

3.3懸架彈性特性9

3.4后懸架螺旋彈簧剛度及應(yīng)力計(jì)算9

4獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核13

4.1設(shè)計(jì)要求13

4.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)13

4.3雙橫臂式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)16

5減振器機(jī)構(gòu)類型及主要參數(shù)的選擇計(jì)算20

5.1分類20

5.2相對阻尼系數(shù)20

5.3減振器阻尼系數(shù)的確定21

5.4最大卸荷力的確定22

5.5簡式減振器工作缸直徑D的確定22

6Pro/E三維建模24

6.1關(guān)于Pro/E24

6.3應(yīng)用現(xiàn)狀27

6.4本章小結(jié)27

7結(jié)論28

參考文獻(xiàn)29

致謝30

附錄31

附錄

1.雙擺臂懸架總裝圖YJSBBXJ-00A0

2.減振器YJSBBXJ-12A1

3.上擺臂YJSBBXJ-11A1

4.下擺臂YJSBBXJ-17A1

5.轉(zhuǎn)向節(jié)YJSBBXJ-04A1

6.圓柱彈簧YJSBBXJ-13A3

7.球頭銷YJSBBXJ-20A4

8.悶蓋YJSBBXJ-05A4

9.上防塵罩YJSBBXJ-10A4

10.下防塵罩YJSBBXJ-18A4

11.上球頭座YJSBBXJ-09A4

12.下球頭座YJSBBXJ-08A4

13.防塵套YJSBBXJ-12.09A4

14.密封圈YJSBBXJ08A4