《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目录一、任务说明1．设计任务............................................................. 错误！未定义书签。

2．问题描述............................................................. 错误！未定义书签。

3．设计条件............................................................. 错误！未定义书签。

二、双横臂独立悬架导向-转向系统的设计过程1．导向机构及转向梯形布置方案分析与优化设计...... 错误！未定义书签。

1.1参数选择 ......................................................... 错误！未定义书签。

1.2参数优化 ......................................................... 错误！未定义书签。

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、减震器阻尼参数的设计与分析方法 ..................................... 错误！未定义书签。

2.1悬架导向机构参数............................................ 错误！未定义书签。

2.2受力分析与阻尼参数计算 ................................. 错误！未定义书签。

3．双横臂悬架下摆臂结构的强度设计 ....................... 错误！未定义书签。

4．全浮式半轴计算及轮毂轴承选择........................... 错误！未定义书签。

三、设计心得........................................ 错误！未定义书签。

四、参考资料........................................ 错误！未定义书签。

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。

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 EF 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 。

ACP(后视图)(地面)b图1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，转向主销球铰中心距BC= h 2，下横臂杆长CD=h 3，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。

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=L 1，EF= L 2，FG= L 3，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。

前 后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。

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=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=4550。

max（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：492、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。

02202000C B C B A A +-++=α （1）222arctan 2αα-+-++=C B C B A A（2）C B C B A A '+''-'+'+'-2220arctan 2 =βα（3）其中，A=-2L 3(S 0-S), B=-2L 3y, C=L 22-L 32-( S 0-S) 2-y 2 A 0=-2L 3S 0, B 0=-2L 3y , C 0=L 22-L 32- S 02-y 2A=-2L 3(S 0+S), B=-2L 3y, C=L 22-L 32-( S 0+S)2-y 2L 1——转向机齿条左右球铰中心的距离； L 2——左、右横拉杆长度； L 3——左、右转向节臂长度； L w ——车轮中心至转向主销的距离；S 1——转向齿条从中心位置向左的位移量（取正值）； S 2——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；S 0 ——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； 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，cot cot B Lαβ=- （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()10tan tan 1tan B L αβα-⎡⎤=⎢⎥+⎣⎦（5）故优化设计目标函数为δ=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。

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 -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 -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 -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 -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 -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 -6,-3.10349960145897,-3.15434984714126,-3.189803 -4,-2.07392885050059,-2.09651330571987,-2.112138 -2,-1.03956703559375,-1.04521490054644,-1.0490830,0,0,02,1.04521490054644,1.03956703559375,1.035769 4,2.09651330571987,2.07392885050059,2.058862 6,3.15434984714126,3.10349960145897,3.069927 8,4.21919353299154,4.12869080792177,4.069614 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 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 26,14.204962857185,13.2234101360599,12.66362 28,15.3702019551138,14.2263461019324,13.5862 30,16.5491420686453,15.2291815240433,14.50493 32,17.7426056408015,16.2323122791796,15.42059 34,18.9514685555572,17.2361405900202,16.33397 36,20.1766661456902,18.2410764038261,17.2459 38,21.4192000350891,19.2475388601996,18.15724 40,22.6801459674757,20.2559578643539,19.0689 42,23.9606628069738,21.266775784546,19.98181 44,25.2620029383085,22.2804492949929,20.897 46,26.5855243483829,23.29745138883,21.81553 48,27.9327047403287,24.3182735895894,22.73854 50,29.3051581210072,25.343428394435,23.66728 52,30.7046544205285,26.373451988192,24.60307 54,32.1331428577741,27.408907274291,25.54737 56,33.5927799735434,28.4503872774486,26.50179 58,35.0859635336518,29.4985189836357,27.46809 60,36.6153738886709,30.5539676961854,28.44822 在软件界面中分别输入各参数，经优化选择机构优化结果列表( max为最大压力角)理论转向半径计算: R=L/sinβM=2200/sin30.55°=4328mm∈[4000，4500]mm 最大压力角αmax=48.8°∈[45°，50°]优化结果均满足题目要求。