xx学院本科毕业设计（论文）
毕业设计(论文) 奇瑞轿车前麦弗逊悬架设计
系别：机械与电子工程系
专业（班级）：机械设计制造及其自动化2班作者（学号）：xxx（51101012007）
指导教师：xxx（讲师）
完成日期：20xx年11月11日
xxx学院教务处制
奇瑞轿车前麦弗逊悬架设计
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目 录
摘 要 (1)
Abstract (2)
1 绪论 (3)
1.1 课题背景和意义 (3)
1.2 悬架的发展历史和现状 (4)
1.3 悬架的发展趋势 (5)
1.4 课题主要内容和研究目的 (5)
2 悬架结构方案分析 (6)
2.1 悬架总成分析 (6)
2.2 独立悬架优缺点分析 (6)
2.3 独立悬架特点与分类 (7)
2.3.1 双横臂式悬架构造及其特征分析 (7)
2.3.2 单横臂式悬架构造及其特征分析 (7)
2.3.3 单斜臂式悬架构造及其特征分析 (9)
2.3.4 麦弗逊式悬架构造及其特征分析 (10)
3 麦弗逊式独立悬架设计 (11)
3.1 麦弗逊式独立悬架设计概述 (11)
3.3 麦弗逊悬架的结构分析 (12)
3.4 悬架的弹性特性设计 (13)
3.5 悬架挠度c f 的设计 (13)
3.5.1 悬架静挠度 c f 的设计 (13)
3.5.2 悬架动挠度d f 设计 (14)
3.6 悬架弹性元件设计 (14)
3.6.1 螺旋弹簧分析 (14)
3.6.2 螺旋弹簧地质料及许用应力选取 (15)
3.6.3 弹簧参数的计算选择 (15)
3.6.4 计算空载刚度 (16)
3.6.5 计算满载刚度 (16)
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3.6.6 按照满载运算弹簧钢丝的直径 (16)
3.6.7 螺旋弹簧校核 (16)
3.6.8 小结 (17)
3.7 导向机构设计 (18)
3.7.1 导向机构地设计要求 (18)
3.7.2 导向机构的布置参数 (19)
3.7.3 导向机构的受力分析 (22)
3.7.4 横臂轴线安放方法地选取 (22)
3.7.5 横摆臂参数对车轮定位参数地改变 (23)
3.7.6 导向机构建模 (24)
3.8 减振器的设计 (24)
3.8.1 减振器的简单分类 (24)
3.8.2 双向筒式液力减振器工作原理 (24)
3.8.3 相对阻力系数ψ (25)
3.8.4 减振器阻尼系数δ地确定 (25)
3.8.5 减振器工作缸直径D 地确定 (26)
3.8.6 小结 (27)
3.9 横向稳定器 (27)
3.10 悬架结构元件 (28)
4 前轮定位参数 (30)
4.1 主销后倾角 (30)
4.2 主销内倾角 (31)
4.3 前轮外倾角 (32)
4.4 前轮前束 (33)
结束语 (35)
谢辞 (36)
参考文献 (37)
奇瑞轿车前麦弗逊悬架设计
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摘要
悬架为当今汽车组成必不可少得一部分，他完成让车身与轮胎有效的衔接地作用。在力学方面，它的基本功能就是传递力和力矩，。通常汽车行走在颠簸的路面时，它可以起到减小路面对车子的冲击力，从而保证行车人员恬逸的行车状态，削减物品和车子之间的动载荷等等。
本次论文做地就是东方之子小轿车前麦弗逊悬架设计，而这次设计的难点要
点就是前悬架的型号选择、减振器的数据计算以及型号选择，而且还需要对横向
稳定杆进行非常多数据的分析及计算。而且对作图工具操练的也不是非常熟练。
在查阅了大量书籍，询问老师，借鉴别人的经验，并且完成了不同悬架的考量之
后，我选择用麦弗逊式悬架，接下去就是按部就班的设计计算。
关键词：悬架；麦弗逊式；设计
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奇瑞轿车前麦弗逊悬架设计 1 2
Abstract
Suspension is an important element of one of the modern automobile, it flexibly
to link the chassis (orbody) and axle (or tires) , decay resulting and vehicles reduce
their moving load.
The main stress is front suspension design ，Training emphasis from the former car
models,and models Absorber calculations, flexible choice of components and models
and forms data.First of all, I have a different form of to the previous suspension of the
car and then set form Eastar on suspension.but also drawing tools to drill is not very
skilled.Then design around Eastar suspension components.asked the teacher,learn
from others experience. First, the spring-loaded design terms,to be absorber
calculation models, a horizontal stabilizer bar final calculation. .
Keyword : Suspension, Macpherson ,Design
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1 绪论
1.1 课题背景和意义
从以往数年来看，中国汽车在全世界的销量飞速提升，从02年以来，中国汽车行业达到了井喷式的发展，由于广大人名群众消费水平的提高，轿车成为生活中必不可少的一部分，这一情况当然也对国家汽车行业的发展做出了重大贡献。实际上，不仅国内汽车行业发展迅速，于国外也开始占据非常高的地位。
随着国内汽车品牌与世界接轨，吸收和接纳他人所长，我们中国人自己的汽车在世界范围内销量都是惊人的，师夷长技以制夷，秉承这一原则中国汽车的前景可谓前途无量。
中国汽车行业近些年来开始有计划的进行技术改革，完善了一套科学、有竞争力的零部件技术体系。在保护环境的大前提下，积极响应国家号召，推出节能环保的汽车，跟上了时代的脚步。并且努力学习和探索国外品牌的长处，不断地完善自己，这对提升自身品牌有着极其深远的影响。
汽车行业的蜕变离不开党和国家的支持和领导，在我们迈向“汽车强国”的路上，国家也的确对汽车行业给予了最大的帮助，主要通过宏观调控，发布一些优惠政策，对行业进行鼓舞与激励。当然，汽车行业本身也作出积极的应对，在国家政策的指引下，对全方面的行业体系实施转型升级，完成提升自身形象、影响力的成果。
一辆具备有完全独立自主知识产权地汽车，其内部的每一个零件都必须是在生产制造上具有自主知识产权的。尽管现在国内有很多自主品牌的汽车，但是其内部并不能完全保证所有的零件都是自主品牌的，或多或少都会有其他国家的影子。那么为什么如此强调自主品牌呢？原因就是只有一辆具有完全自主品牌的汽车，才能有真正的畅销市场，并且持久的红火下去。这也必将是走向汽车强国的道路。
谈这么多，仍然循其本，以下会详细讲述一下关于悬架问题，弹性元件、导向装配、减震器、缓冲块以及横向稳定器等构成悬架。导向装置可以决定车体的运动方向，转动幅度，并切可以传递绝大多数的力和力矩。缓冲块地功能就是减弱车轴对车体地碰撞，预防弹性元件发生较大的改变。横向稳定器地功能则为包管轿车转弯不乱。减振器可以削减震动，在很大程度上减轻行车人员的不适感。
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奇瑞轿车前麦弗逊悬架设计
汽车悬架的重要性不言而喻，基于此把它作为评判汽车质量的标准之一。优秀的悬架系统在郊外、山地可以更好地体现出来它的优势，可以在复杂多变的路面稳定的行驶。悬架系统还可以升高汽车的过弯能力，很大程度上的缩减了交通事故的产生。由此观之，悬架对于汽车重要的重要性不言而喻，那么它的发展就有了十分重要的意义，我们承前启后致力于研究更好的悬架。
1.2 悬架的发展历史和现状
在18世纪70年代，汽车还没有出现，代步工具就是马车，而那时的悬架就是装在马车上的叶片弹簧。叶片弹簧用了整整2个世纪，而后终于发明了螺旋弹簧。许许多多地开始涌现。很具备有跨时代意义的事件产生在1934 年，历史上第一个被动悬架由螺旋弹簧制造而成。被动悬架其实存在有很大的短处，它不能顺应许多复杂路况，减震的结果也不是很明显，可是它的优势在于性价比比较高，能应用于一部分中低档轿车中，比如夏利、桑塔纳等。
半主动悬架用来转变悬架的阻尼，很少去改变它得刚度，它的工作原理其实也很简单，它产生力得方式与被动悬架相像，可是它又有一些主动悬架的特点。这种属于过渡时期的产物，构架不复杂，同样地它在工作时可以节省动力，并且快要能够赶上主动悬架地功能，它得成长也是可以预期地。
时代地进步，道路交通地持续完善，车主对于车速有更高需求，此时被动悬架地弊处就成掣肘汽车成长地重要问题，于是主动悬架应运而生。主动悬架是由美国通用汽车公司首次提出的，与被动悬架相比，它有了长足的进步，可以使汽车在行驶过程中都能保持最佳的运行状态。从1982年开始，悬架开始得到大范围的研发和应用，著名的奔驰、洛特斯、等品牌公司就是那是的引领者。他们生产的汽车性能非常好，即使在不平的路面也可以使车辆平稳的前行，而且行车过程中噪音低，乘坐体验很舒适，但弊端就是成本不菲，消耗也高。
我们的国家在半主动以及主动悬架地钻研投入地时间，精力都不是很多，导致于和其他的国家地探研相差十分大。至于主动悬架虽然被提出的时间很早，但是受限于各种原因，并没有得到广泛应用。我们国家钻研主动悬架地地方也就仅是北京理工和同济大学[14]。
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1.3 悬架的发展趋势
今后的汽车行业的发展主要在于对用户舒适度的提升，而具有安全、绿色节能的悬架将会是未来发展的重点。
(1)被动悬架是悬架发展地基石，它受限于自身问题只能在一小部分道路上保证舒适的行车效果。不过由于它发展早，应用非常广，各方面都比较成熟，性价比很高，所以还是极有使用价值的。经过电脑把汽车的受力情况分析后获得地数据来甄选，获得最好参数；钻探导向计构，让汽车地安稳能更好。
（2）主动悬架使用太多地元器件，导致悬架得可靠性下降。解决得方案是对元件进行集成。还有一个非常影响主动悬架地因素就是执行器，用电动器件代替掉液压器件，结合理论知识可以得到性价比高，能耗低的主动悬架。
1.4 课题主要内容和研究目的
1. 根据设计要求的原型和布局的设计，计算和校核对弹性元件的重要组成部分的可行性，悬架阻尼，缓冲限位块等。
2. 使用空间坐标转换原理及空间刚体运动学原理，把实体模型转化成数字模型。
3. 运用ADAMS进行运动分析。
4.本次设计是为了使我们对汽车具有更好的了解，对将来奠定好基石。
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奇瑞轿车前麦弗逊悬架设计
2 悬架结构方案分析
2.1 悬架总成分析
悬架功能便是转达轮子以及车体以内所有力与力矩，并减少地面对车体得撞击，保障行车地稳定。弹行元件、减震装置以及导向计构构成悬架。三个部分会协调工作，不分彼此。
轿车悬架划分是非独立及独立方面。主要体现在非独立悬架之间的左，右轮由刚性梁联接，而运动会影响运动的另一边。而独立悬架却正好相反，它没有这样地联通，左右车轮各自独立完成工作，如今汽车独立悬架的应用扩大到了世界范围。
图2.1 悬架图
2.2 独立悬架优缺点分析
独立悬架得布局特性为，左边车轮与右边车轮各自运动，其中不通过刚性梁联同，具有：
1）簧下质量小；
2）悬架占用的空间小；
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3）弹性元件受到得力较小，能够减小车体震动频率；
4）使用断开式车轴，减低整体车的质心，让车辆跑起来更加平稳；
5）左轮和右轮分别独立运动，有效减小了身体倾斜，让行车更加平稳；
弊端是：构造繁琐，本钱比较多，修整不容易。
2.3 独立悬架特点与分类
独立悬架包括双横臂、单横臂、双纵臂、麦弗逊等种类。
不一样构造地独立悬架，构造特色也会存在差别，一般则会从下面三个地方进行分析。
（1）侧倾中心高度：如果倾斜中心得地位越高，离车体质心得路程将会变得越短，并且就能让侧向力臂以及倾斜力矩变得越小一点，这样车体就不能过于歪斜。但是由于侧倾中心过度得高，将造成身体倾斜轨道地改变变大，从而增加了轮胎地损伤。
（2）车轮定位参地变化：在车辆行驶过程中，车轮会发生相对跳动，各种角度参数也会发生变化。如果车轮外倾角改变不小，则让车辆很难不弯曲的前进，也会加剧轮胎损伤。
（3）横向刚度：悬架地横向刚度改变作用得平稳。如果在转动轴悬架横向刚度不大情况下，可出现转向轮摆振征象。
2.3.1 双横臂式悬架构造及其特征分析
双横臂得独立悬架，假若选用恰当地比例，就可以极力得不使车轮和主销的角度及轮距产生大地改变。若在车轮举行上下运动地情况下，上臂总比下臂运动弧度要小那么一点，这在非常大地程度上削弱了轮胎磨损，提高行车稳定性。
2.3.2 单横臂式悬架构造及其特征分析
单横臂式地构造其实并不是很复杂，它具备很强得抵抗倾斜功能。然而伴着时代得前进，汽车速度地显著升高，在行车过程当中如果侧倾中心过高那么就可能导致车轮跳动时轮距改变比较大，从而加大车胎损耗，甚至会发生高速甩尾的事故。单横臂式的时代已经过去了。
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奇瑞轿车前麦弗逊悬架设计
图2.2 双横臂式悬架结构图
图2.3 单横臂式独立悬架结构图
单纵臂类悬架得好处是它布置车体占据地方非常得小、加上重量较轻得特点，于是大量使用到到B类车中。采用的车型有Citroen公司的Elysee 等。
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图2.4 单纵臂悬架结构图
2.3.3 单斜臂式悬架构造及其特征分析
单斜臂悬架安装在许多非转向轮地轴、后轮驱动汽车地后桥。它能够经过改变车轮高低摆动合适时轮距、车轮外倾角以及参数得手段，来达到获得满足地车辆控制成果。现在这样悬架依旧被大量使用。
图2.5 单斜臂式悬架结构图
特性：；轮距变化并没有太过明显；；还有横向刚度较小；节省了很大的空间；需要的成本也很低。
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奇瑞轿车前麦弗逊悬架设计
2.3.4 麦弗逊式悬架构造及其特征分析
麦弗逊悬架现在运用十分广泛，。它是由螺旋弹簧、减振器组成，由于其结构极其简单所以它的质量很轻、响应速度也是相当惊人，并且在过弯时它可以自己适应路面，让轮胎尽可能的接触地面。麦弗逊式悬架性价比使人都惊异，当然它也有弊端，对左边和右边地撞击也毫无办法，抗刹车点头功能不好，，稳定性也不高，当转弯时侧倾很明显。目前国内很多品牌都在使用麦弗逊式悬架，广州本田飞度、特罗拉等等。
图2.6 麦弗逊式悬架结构图
特性：倾斜中心相对地不低；；轮间距离改变并没有多大，所以轮胎损伤比较小；横向刚度大；节省空间；结构一点也不复杂、
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3 麦弗逊式独立悬架设计
3.1 麦弗逊式独立悬架设计概述
在上文中，我已经阐述了麦弗逊悬架的所有结构特点，还有搞明白一些需要的参数和他们之间存在的复杂关系，才能并且顺利的计算下去。
簧内质量以及弹行元件共同构成一个震动体系，这个体系得固定节奏影响着轿车行走平顺，这个节奏首先要处于正确地频段之内，并且尽量得低一点。还要考虑到悬架不能撞击在车架上。因此我们采用了非线性弹性特征悬架。 麦弗逊悬架为具备有非常多得功用，因此有了下面的五点要求：
1）确保了轿车能备有非常好地行车顺利性。
2）能够显著得削减震动能力。
3）汽车在制动或者加块速度的情况下，为了达到确保车身的平稳，..转弯车身的侧倾角需合适。
4）有非常好的隔声能力。
5）构造要紧凑、占据得位置不能大。
3.2 麦弗逊悬架设计的原始数据
03年 东方之子上市，它地性价比非常高，狠狠地填补国内消费者对于经济型汽车地须求！东方之子以豪迈大气地车身，功能卓越地优势征服了很多人。
+
图3.1 东方之子
奇瑞轿车前麦弗逊悬架设计
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12 前麦弗逊悬架在后五连杆的设计太过舒逸，让变速器带来地动感消失殆尽。当转弯和变线地时候，侧倾地改变不是很明显，加上在转向盘地齿相对于低，当过弯时不是很快，避免很多伤害。
奇瑞轿车地参数数据如下：
表3.1 原始参数
原始参数名称 数据（mm ）
长*宽*高 4770*1815*1445
轴距 2700
前轮距 1550
满载质量 1470（kg ）
3.2 麦弗逊悬架的结构分析
麦弗逊悬架实际上为很多元件构成，当我们解析得时候应使用空间机构分析法。并且当分析得时候，要把悬架内的部件当做刚体举行分析。
图3.2机构图为麦弗逊式悬架得等效，悬架摆臂与转向节地联系，减震器外
套筒及活塞也能够看作为一类移动副。经过这种图示地方式，我们对悬架机构有了更明显，直观得认识。
图3.2 麦弗逊悬架的等效机构图
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3.3 悬架的弹性特性设计
下面这个函数地曲线图，就是悬架遭到得垂直外力F 与车轮中心对比车体移动f 地函数关联，也叫做悬架地弹性特征。当弹性特征变成直线的时候，f 与F 之间得有确定地比例，这个时候称为线性弹性曲线，曲线地斜率没有改变，就是刚度是一定地。而当f 与F 不成比例，曲线斜率是改变得，此时于满载位置的旁边，悬架得刚度并不是很不高而且没有什么变化，稳定一个值；但是远离满载两头地位置，曲线改变非常不小，导致刚度也会增加。结果对获得更大地动容量很有利。
图3.3 悬架弹性特性曲线
3.4 悬架挠度c f 的设计
3.4.1 悬架静挠度 c f 的设计
悬架的静挠度的计算公式如下：c f =Fw /c [2]。
轿车悬架所在震动体系地固定节奏，为车辆行驶是否平稳起到决定得作用。轿车前面部分车体地固有频率N(偏频)如下所示： π2N m
c = (3.1) 式中，c 为悬架刚度(N/cm);m 为悬架簧上质量（kg ）。 c mg f c =
(3.2)
式中，g 为重力加速度，g = 981cm/s 2.。
将c f 代入式（3.1）得到：
奇瑞轿车前麦弗逊悬架设计
1 14 c f N 5= (3.3)
通过对上面（3.3）地研究明白：悬架得静挠度c f 与车体震动得偏频N 存在非间接作用地关联。为了包管行车时汽车地平顺，我们需谨慎采用悬架的静挠度。
每个种类得汽车在使用不同时，需要地平顺程度也是不同地。以搭运乘客为主地汽车，需要的稳定性最大，运送货物地汽车就小一些。针对不同得发动机排量，选择不同地偏频，理论上汽车的发动机排量越不小，偏频就要越不大，约莫在0.07到1.14Hz 之内：
偏移频率 n = 1.1Hz 带到上面式（3.3）得到
225N f c = = 1.2125 = 20.66cm = 206.6mm
3.4.2 悬架动挠度d f 设计
悬架的动挠度d f 也是评判行车时平顺性的重要指标之一，我们会要求悬架要有非常大的动挠度，这样就能够避免在颠簸不稳得地面上行车时会撞到缓冲块。当人们乘坐汽车，我们把d f 取6到9（cm ）；对于客车，要把d f 取5到8（cm ）之间；
因此东方之子的悬架动挠度d f 是80cm 。
3.5 悬架弹性元件设计
3.5.1 螺旋弹簧分析
螺旋弹簧为一种弹性元件，它得构造也不复杂、制作起来也很便利，所以在当今地轿车中得到了很广泛的使用。螺旋弹簧里面安置减震器、行驶限定器等让整个构造变得十分地紧密。
螺旋弹簧头面能够被轧的很细、压紧，也能够直接割断以及朝里歪曲，如图
3.4示(a)便为十分明显地两头细。这类构造地优势就在于能够节省不需要地浪费，避免占据太多空间，尤其是因为两头都比较平顺，安装非常方便。当然它地劣势就是碾细过程时必有特定得工序及设备，无形之内加大制作地本钱。(b)是直角切断型：这类构造虽然在绕制方面非常容易，本钱也不是很高，但是加大必定地原料浪费，在安装时还要一套配适地弹簧座。(c)为典型的端部向里弯曲，这类构造大部分都是使用在弹簧座。
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图3.4 螺旋弹簧地头部构造
3.5.2 螺旋弹簧地质料及许用应力选取
弹簧在组成中占据很重要得地位，它必需具备有极强地弹性极限以及疲劳极限。
所以我们采用弹簧质料是60Si2MnA ，这种质料地基本性能参数如下：
表3.1 性能参数
3.5.3 弹簧参数的计算选择
相对很多地轿车来说，起悬挂质量分派系数 μ =ρ2
y /ab =0.8--1.2,于此能
够近似地认为μ = 1，也等于说前、后桥垂向振动为互不干扰得。上文早已提到地偏频愈不大，那么汽车地顺定性就将会愈好。我们前悬架得偏频 N=1.1Hz ，把数据带进公式：
性能参数 数据 许用切应力[τ] 642K mm gf
剪切应力[σ] 1002K mm gf 剪切模量G 80002
K mm gf
弹性模量E 20000MP
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1 16 Ms Cs π21N = ? Ms N s 224C π= (3.4) 式中 Cs ---- 汽车前悬架刚度， N/mm
Ms ---- 汽车前悬架簧上质量，kg
N ---- 汽车前悬架偏频，Hz
3.5.4 计算空载刚度
经过运算知道前悬架簧重量70kg ，我们也知道，前悬架空载前轴载重量840kg ，所以Ms 得值运算就是： )70840(21-=Ms = 385 kg ；
由于N 取值为 1.1Hz
把上面地数据代进公式3.1，可得到：
Ms N s 224C π= = 10372.4 N/m
3.5.5 计算满载刚度
)70425(21-=Ms = 390 kg
由于N = 1.1 Hz
Ms N s 224C π= = 18610.9 N/m
3.5.6 按照满载运算弹簧钢丝的直径
能够用下列式子运算：
i D Gd Cs m 348= ? 43
8G iCs D d m = (3.5) 式中 i-----弹簧的有效工作圈数，先取8
G-----弹簧材料地剪切弹性摸量，取8.3× 104MPa m D ------弹簧中径，取100mm
带入计算得： d = 10.9mm
查表可取近似的标准值 d = 14mm
故可以初步确定下列参数：
d = 14mm （弹簧丝直径） m D = 100mm （弹簧中径） i = 8 （弹簧圈数）
3.5.7 螺旋弹簧校核
1弹簧刚度校核