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。