双横臂独立悬架设计
摘要
双横臂式独立悬架，是一种车轮在汽车横向平面内摆动的独立悬架，这种独立悬架被广泛应用在轿车前轮上。
双横臂式独立悬架按上、下横臂是否等长，又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种悬架。等长双横臂式悬架在车轮上下跳动时，能保持主销倾角不变，但轮距变化大(与单横臂式相类似)，造成轮胎磨损严重，现已很少用。对于不等长双横臂式悬架，只要适当选择、优化上下横臂的长度，并通过合理的布置，就可以使轮距及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内，这种结构有利于减少轮胎磨损，提高汽车行驶平顺性和方向稳定性，保证汽车具有良好的行驶稳定性。目前不等长双横臂式悬架已广泛应用在轿车的前后悬架上，部分运动型轿车及赛车的后轮也采用这一悬架结构。
本次课题设计根据悬架系统设计的基本要求和给定的参数，完成了双横臂独立悬架的设计。
关键词:汽车；双横臂独立悬架；螺旋弹簧；减振器
The design of double-wishbone independent suspension
Abstract
Double wishbone-type independent suspension, of which the wheels swing in a horizontal plane in the car, an independent suspension that has been widely used in cars on the front.
Double wishbone-type independent suspension in accordance with the upper and lower arm length, etc. are also divided into equal length double wishbone and a long range two-type double wishbone suspension. Such as long double wishbone suspension in the wheel up and down beat, the kingpin inclination to maintain the same, but changes in Tread large (with a single arm is similar), resulting in severe tire wear, is now seldom used. The length double wishbone suspension, as long as the appropriate choice, to optimize the length of upper and lower arm, and a reasonable layout, you can make Tread and the front wheel alignment parameters are within acceptable limits the scope of this structure helps to reduce tire wear and improve vehicle ride comfort and directional stability, and ensure the car has a good driving stability. The current length double wishbone suspension has been widely used in the front and rear suspension cars, some sports and racing cars of the rear wheel is also used in this suspension structure.
The subject of the design of suspension system design complete a double wishbone- independent suspension design in accordance with the basic requirements and the given parameters .
Keywords:V ehicle; Double-wishbone suspension; Coil spring; Shock absorbers
目录
摘要................................................................................................................................................. I Abstract ...................................................................................................................................... I I 绪论 (1)
第一章悬架概述 (2)
1.1 悬架设计的要求 (3)
1.2 悬架对汽车性能的影响 (3)
1.2.1 悬架对汽车行驶平顺性的影响 (3)
1.2.2 悬架对汽车行驶稳定性的影响 (5)
第二章独立悬架及弹性元件的结构形式与分析 (7)
2.1 独立悬架的结构型式与分析 (7)
2.2 弹性元件的特定分析比较 (8)
第三章螺旋弹簧悬架设计 (10)
3.1 悬架基本参数的选定 (10)
3.1.1 悬架静挠度 (10)
3.1.2 上下横臂长度的确定 (11)
3.1.3 簧载质量的确定 (11)
3.1.4 其他参数的确定 (11)
3.2 螺旋弹簧的选择 (12)
3.3 减振器的选择 (14)
3.3.1 减振器类型的选择 (14)
3.3.2 减振器主要参数的选择 (15)
3.4 接头 (17)
谢辞 (19)
参考文献 (20)
附录A外文翻译-原文部分 (21)
附录B 外文翻译-译文部分 (33)
附录C 实体图 (42)
绪论
随着社会经济和物质文化生活水平的提高，人们对汽车行驶的平顺性、操纵稳定性及安全性提出了愈来愈高的要求。汽车的悬架系统对以上三种性能有着最直接、最重要的影响。分析悬架对汽车性能的影响并合理确定悬架系统的性能及结构参数，从而获得最优的行驶性能是汽车生产厂普遍关心的重要课题。汽车工业发展到现在已有百年历史，人们利用各种先进的手段对其进行了理论分析和实践验证。本文在进行悬架系统的设计时，首先应根据整车平顺性和操纵稳定性的要求，确定前悬架的性能参数(刚度和阻尼)，然后进行结构设计。
悬架对汽车的平顺性和操纵稳定性都具有重要的影响。未来满足汽车具有良好的行驶平顺性，要求由簧上质量和弹性元件组成的振动系统的固有频率应在合适的频段，并尽可能低。前后悬架频率匹配应合理；对轿车，要求前悬架的固有频率低于后悬架的固有频率，还要尽量避免悬架碰到车身(或车架)。在簧上质量变化的情况下，车身高度变化要小，因此，应采用非线性弹性特性悬架。
汽车在不平的路面上行驶，由于悬架的弹性作用，使汽车发生垂直振动。为了迅速衰减这一振动和抑制车身、车轮的共振，减小车轮的振幅，悬架应装有减振器，并使之具有合理的阻尼。利用减振器的阻尼的作用，使汽车的振动振幅连续减小，直至振动停止。
悬架根据其导向机构的不同可分为非独立悬架和独立悬架，独立悬架的车桥都做成断开的，两侧的车轮分别独立地与车架或车身弹性连接。其中独立悬架又分为多种类型，主要包括：单横臂式独立悬架、双横臂式独立悬架、单纵臂式独立悬架、双纵臂式独立悬架、烛式悬架、麦弗逊式悬架、单斜臂式独立悬架以及近些年来刚推出的多连杆式独立悬架；高档车上有的还应用了主动悬架。
双横臂独立悬架是独立悬架中一种比较典型的结构形式。在本田奥德赛、雅阁前悬、奔腾前悬、马自达六前悬和瑞风商务车前悬上均使用了这种悬架。按照上、下横臂的长短可分为等长和不等长两种。等长双横臂悬架在其车轮上下跳动时，虽然可以保持主销的倾角和车轮外倾角不变，但是轮距变化大，导致轮胎的磨损严重，现在已经很少采用；不等长双横臂独立悬架只要合理的选择结构参数和适当地布置，就可以将轮距和前轮的定位参数变化限制在一定的范围之内，保证良好的行驶稳定性，故这种形式的独立悬架在现代高级轿车中得到了广泛的应用。
第一章悬架概述
悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统(车架或承载式车身)之间具有弹性连接并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。
悬架最主要的功能是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩，并缓和汽车驶过不平路面时所产生的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车的行驶平顺性。为此必须在车轮与车架或车身之间提供弹性连接，依靠弹性元件来传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂向载荷，并依靠其变形来吸收能量，达到缓冲的目的。采用弹性连接后，汽车可以看作是由悬挂质量(即簧载质量)、非悬挂质量(非簧载质量)和弹簧(弹性元件)组成的振动系统，承载来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。为了迅速衰减不必要的振动，悬架中还必须包括阻尼元件，即减振器。此外，悬架中确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩可靠传递并决定车轮相对于车架或车身的位移特性的连接装置统称为导向机构。导向机构绝地你了车轮跳动的运动估计和车轮定位岑书的变化，一起汽车前后侧倾中心及纵倾中心的位置，从而在很大程度上影响了整车的操纵稳定性和抗纵倾能力。在有些悬架中还有缓冲块和横向稳定杆。
根据导向机构的结构特点，汽车悬架可分为非独立悬架和独立悬架两大类，非独立悬架的鲜明特点是左右车轮之间由一根刚性梁或非断开式车桥连接。
当左边车轮驶过凸起时，会直接影响另一侧车轮。独立悬架中没有这样的刚性梁，左右车轮各自“独立”地与车身或车架相连构成断开式车桥，按结构特点又可分细分为横臂式、纵臂式、斜臂式等等(见图1-1)
图 1-1 各种悬架型式对比
按照弹性元件的种类，汽车悬架又可分为钢板弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹簧悬架、空气悬架以及油气悬架。按照作用原理分为被动悬架、主动悬架介于二者之间的半主动悬架。
本次设计的悬架为双横臂螺旋弹簧独立悬架。
1. 1悬架设计的要求
如前所述，汽车悬架和悬挂质量、非悬挂质量构成一个振动系统，该振动系统的特性很大程度上决定了汽车的行驶平顺性，并进一步影响了汽车的行驶车速、燃油经济性，该振动系统也决定了汽车承载系和行驶系许多部件的动载，并进而影响到这些部件的使用寿命。此外，悬架对整车操纵性稳定性、抗纵倾能力也有决定性的作用。因而在设计悬架必须考虑以下几个方面的要求。
1、通过合理设计悬架的弹性特性及阻尼特性确保汽车具有良好的行驶平顺性，即具有较低的振动频率，较小的振动加速度值和合适的减振性能，并能避免在悬架的压缩或伸张行程极限点发生硬冲击，同时还要保证轮胎具有足够的接地能力。
2、合理设计导向机构，以确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩的可靠传递，保证车轮跳动时车轮定位参数的变化不会过大，并且能满足汽车具有良好的操纵稳定性的要求。
3、导向机构的运动不应与转向杆系的运动干涉，否则可能引发转向摆振。
4、侧倾中心及纵倾中心恰当，汽车具有抗侧倾能力，汽车制动和加速时。能保证车身的稳定，避免汽车在制动和加速时的车身纵倾(“点头”和“后仰”)。
5、非悬挂质量尽量小。
6、便于布置；零部件具有足够的寿命；制造成本低；便于维修、保养。
1.2悬架对汽车性能的影响
1.2.1悬架对汽车行驶平顺性的影响
悬架设计的主要目的之一是保证汽车具有良好的行驶平顺性，良好的汽车行驶平顺性不仅能保证乘员的舒适与所运货物的完整无损，而且还可以提高汽车的运输生产率，降低燃料消耗，延长零件使用寿命和提高零件的工作可靠性等。
汽车行驶平顺性的评价方法，通常是根据人体对振动的生理反应及对保持货物完整性的影响来制订的，并用表征振动的物理量，如频率、振幅、加速度、加速度变化等作为行驶平顺性的评价指标。
目前常用汽车车身振动的固有频率(低频)和振动加速度来评价汽车的行驶平顺性。实验得知，为了汽车具有良好的行驶平顺性，车身振动的固有频率应为人体所习惯的步行时身体上下运动的频率，约为60～85 1/min(1Hz～1.6Hz)，振动加速度的极限容许值为3～4m/s2。
因此，在设计汽车或进行实验分析时，除车身振动固有频率外，还应以车身振动加速度作为行驶平顺性的评价指标。
1、悬架弹性特性对汽车行驶平顺性的影响 汽车是一个多质量的复杂的振动系统，为简化计算，可将汽车车身看成一个在弹性悬架上作单自由度振动的质量，其固有频率n 可由下式确定：
n=π21
G gc Hz (1-1)
式中 g ——重力加速度，g=9810mm/s ；
c ——悬架刚度，N/mm ；
G ——簧载重量，N 。
因为G/C=f(f ——重量G 作用下的悬架的静挠度，mm)，则
n=π21
f g Hz (1-2)
从式(1-1)和(1-22)看出，车身振动的固有频率n ，由簧载重量G 、悬架刚度c 或悬架静挠度f 决定。而这种力和变形(G=c 2f)的关系曲线称为悬架的弹性特性。由此可以看出，为了得到良好的平顺性，应当采用较软的悬架以降低偏频，但软的悬架在一定载荷下其变形也大，对一般轿车而言，悬架的工作行程即静挠度f c 与动挠度f d 之和应该不小于160mm ，这里商务车悬架可适当减小一些，取150mm 左右都可以。
为了同时满足在设计载荷位置附近的低刚度和有限的工作行程的要求，悬架必须设计成有非线性的弹性特性。一般是靠增加上下行程限位块或辅助弹簧以及增加行程端点的刚度，非线性的悬架弹性特性可以采用适当的悬架结构(导向机构)或弹性元件(如加辅助弹簧、调节弹簧、空气弹簧等)来实现。
2、悬架系统中的阻尼对汽车行驶平顺性的影响 当汽车悬架仅有弹性元件而无摩擦或减振装置时，汽车悬挂质量的振动将会延续很长时间，因此，悬架中一定要有减振的阻尼力，对于选定的悬架刚度，只有恰当的阻尼力才能发挥悬架的缓冲减振作用。
现代汽车悬架都装有专门的减振装置，即减振器，其减振的阻尼力F 可用下公式表达；
F=kv (1-3)
式中： k ———减振器阻尼系数；
v ———减振器活塞相对缸筒的运动速度。
在悬架系统中，引起振动衰减的阻尼来源很多。例如，在有相对运动的摩擦副中，轮胎变形时橡胶分子间的摩擦，或在系统中装置减振器等。对于各种悬架结构，以钢板弹簧悬架系统中的干摩擦最大，钢板弹簧叶片数目越多，摩擦越大。所以，有的汽车采用钢板弹簧悬架时，可以不装减振器。而采用其他内摩擦很小的弹性元件(如螺旋弹簧、扭杆弹簧等)的悬架，则需用减振器使自由振动衰减，以提高汽车行驶平顺性。
3、非簧载质量对汽车行驶平顺性的影响 根据是否由悬架弹簧支撑，汽车的总质量可以分为悬挂质量和非悬挂质量两部分，在非独立悬架中还包括连接左右车轮的从动桥的整
个刚性梁，或非断开式驱动桥的质量，包括主减速器、差速器以及半轴的质量，还有传动轴的部分质量。
为了获得良好的平顺性和操纵性，非悬挂质量应当尽量小，可以减少高频共振区车身振动加速度和减少车轮离开地面的几率。因此，在汽车设计中，为提高汽车行驶平顺性，采用非簧载质量较小的独立悬架更为有利。
1.2.2悬架对汽车行驶稳定性的影响
与平顺性相比，操纵稳定性的评价指标要复杂得多，包括稳态、瞬态转向特性及保持直线行驶的能力。悬架参数通过影响转向时的车轮载荷转移，车轮跳动或车身侧倾时车轮定位角的变化以及悬架与转向杆的运动干涉和整体桥的轴转向等影响汽车的操纵性。
1、悬架导向机构对车轮侧偏角(偏离角)影响从《汽车理论》得知，汽车应具有不足转向性，即前轮侧偏角大于后轮侧偏角(一般希望在向心加速度为0.4g时，前轮侧偏角减去后轮侧偏角=1～3°)，以便得到良好的行驶稳定性。侧偏角的大小，不仅与侧向力的大小、轮胎的机械特性及法向载荷等有关，而且还与悬架导向机构的型式有关。汽车转弯行驶时，在侧向惯性力的作用下，因悬架导向机构型式的不同，将对车轮倾斜角和轴转向有着不同的影响, 双横臂式、纵置臂式和滑柱摆臂式导向机构的悬架，它们在侧向惯性力Y作用下使车轮与车身向着侧向力方向倾斜，故侧偏角增大。而单横臂式导向机构的悬架则使车轮的倾斜方向与侧向惯性力方向相反，故侧偏角减小。非独立悬架在侧向惯性力作用下，其车轮平面可认为未发生倾斜(不考虑轮胎的法向变形所引起的影响)，车轮侧偏角数值不变,为了获得良好的行驶稳定性，在整车设计时，前后悬架应考虑不同型式的导向机构，以便得到合适的侧偏角关系，使整车具有所需的不足转向性。例如，在前悬架中采用双横臂式、纵置臂式或滑柱摆臂式等独立悬架，而后悬架中采用非独立悬架或单横臂式独立悬架，就是一种能满足上述要求，比较满意的比配方案。因而它广泛地应用在轿车设计中。
2、汽车的侧倾包括汽车车厢的侧倾中心的高度、悬架的侧倾角刚度(悬架的线刚度和悬架的侧倾角刚度)、车厢的侧倾角刚度。
3、导向机构对前轮定位的影响前轮定位参数随车轮上下跳动的变化特性，通常是从满载静平衡位置到车轮跳动40mm范围内的特性，首先应该考虑到车轮外倾角和主销后倾角的变化特性，车轮跳动时，外倾角的变化包括由车身侧倾产生的车轮外倾变化和车轮相对车身的跳动而引起的外倾变化两部分，在双横臂悬架中，前者使车轮像车身侧倾的方向倾斜，外倾角增大，增加不足转向；后者引起的外倾角变化情况，取决于悬架上下横臂运动的几何关系。
在双横臂悬架中，往往是外倾角随弹簧压缩行程的增大而减小，这种变化与车身侧倾引起的外倾角变化相反，产生过多转向趋势，所以尽量减少车轮跳动引起的外倾角变化。一般这里上下横臂的比值为(0.6～0.77)。通常在车轮跳动全行程范围内，其车轮外倾角的变化不大于1～3度。车轮的侧向位移不宜大于4～8mm，对于越野汽车不宜大于8～10mm 。
此外，悬架对汽车的通过性、燃料经济性等都有很大影响。性能良好的悬架，还可以保证汽车在较坏的路面上也能以经济车速的速度行驶，从而在某种程度上提高了汽车的燃料经济性。
第二章独立悬架及弹性元件的结构形式与分析
2.1独立悬架的结构型式与分析
根据导向机构不同的结构特点，独立悬架可分为：双横臂，单横臂，纵臂式，单斜臂，多杆式及滑柱(杆)连杆(摆臂)式等等。按目前采用较多的有以下三种形式：(1) 双横臂式，(2) 滑柱连杆式，(3)斜置单臂式。按弹性元件采用不同分为：螺旋弹簧式，钢板弹簧式，扭杆弹簧式，气体弹簧式。采用更多的是螺旋弹簧。
1、双横臂独立悬架如图2-1所示为双横臂式独立悬架。上下两摆臂不等长，选择长度比例合适，可使车轮和主销的角度及轮距变化不大。这种独立悬架被广泛应用在轿车前轮上。双横臂的臂有做成A字形或V字形，如图2-2所示。V形臂的上下2个V形摆臂以一定的距离，分别安装在车轮上，另一端安装在车架上。
图 2-1 双横臂式独立悬架
不等臂双横臂上臂比下臂短。当汽车车轮上下运动时，上臂比下臂运动弧度小。这将使轮胎上部轻微地内外移动，而底部影响很小。这种结构有利于减少轮胎磨损，提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。
图 2-2 不等臂式悬架
2、纵臂式独立悬架其摆臂在汽车纵向平面内摆动。当车轮跳动时，车轮倾角和轮距保持不变，轴距有明显变化。这种悬架又分为双纵臂式和单纵臂式两种。双纵臂式独立悬
架的两个摆臂长度相等。当车轮跳动时，可保持主销后倾角不变，故适用于转向轮。但由于横向刚度低，易产生摆头现象。单纵臂独立悬架，由于车轮跳动时主销后倾角变化大，故转向轮不宜采用，但其结构较简单，可用于非转向的后轮。
3、滑柱摆臂式独立悬架(麦弗逊式或叫支柱式等) 这种悬架目前在轿车中采用很多。如图2-3 所示。滑柱摆臂式悬架将减振器作为引导车轮跳动的滑柱，螺旋弹簧与其装于一体。这种悬架将双横臂上臂去掉并以橡胶做支承，允许滑柱上端作少许角位移。内侧空间大，有利于发动机布置，并降低车子的重心。车轮上下运动时，主销轴线的角度会有变化，这是因为减振器下端支点随横摆臂摆动。以上问题可通过调整杆系设计布置合理得到解决。
图 2-3 麦弗逊式悬架
4、斜置单臂式独立悬架这种悬架是单横臂和单纵臂独立悬架的折衷方案。其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角的轴线摆动，选择合适的交角可以满足汽车操纵稳定性要求。这种悬架适于做后悬架。
5、多杆式独立悬架独立悬架中多采用螺旋弹簧，因而对于侧向力，垂直力以及纵向力需加设导向装置即采用杆件来承受和传递这些力。因而一些轿车上为减轻车重和简化结构采用多杆式悬架。
2.2弹性元件的特定分析比较
悬架的弹性元件的种类繁多，如钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧(空气弹簧、油气弹簧)、橡胶弹簧等，在此不作一一介绍。
弹性元件的选择主要是根据悬架的结构和性能的要求进行。选用不同的弹性元件可以具有不同的悬架结构形式。同一种悬架结构中也可以采用不同的弹性元件。同一种弹性元件又可以与不同的导向机构组合成非独立悬架和独立悬架。
本次商务车悬架结构为前独立悬架，前悬架采用双横臂式独立悬架，圆截面螺旋弹簧，带横向稳定杆。主要结构如图2-4
图 2-4 双横臂螺旋弹簧独立悬架
该悬架上下横臂均采用V型结构，这样便于前置发动机的安装及车身的布置。其主要特点是主销内倾角(前轮胎外倾角)及前束在车轮上下运动时是随时间变化的，而主销后倾角在运动中是保持不变的。主销后倾角在运动中保持不变可以使汽车在制动时保持适当的抗前俯率，另外也可避免前轮摆振及减小转向盘上的变化。
第三章 螺旋弹簧悬架设计
3.1 悬架基本参数的选定
3.1.1 悬架静挠度
悬架静挠度是指汽车满载时悬架上的载荷与此时悬架刚度之比。汽车前后悬架与其簧载质量组成的振动系统的固有频率是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一。因现代汽车的质量分配系数接近1，于是汽车前后轴上方车身两点的振动不存在联系。因此，前后部分的车身的固有频率为：
n= 21
m c (3-1)
此处c 为悬架的刚度(N/cm)；m 为簧上质量(kg)。采用悬架弹性特性为线性变化的悬架时，前后悬架的静挠度可用下式表示
f c =c mg
(3-2) 式中，g 为重力加速度(g=981cm/s 2)。
将式3-2代入式3-1得
n=c f 5
(3-3)
由上式可知，悬架的静挠度直接影响车身振动的偏频。因此，欲保证汽车有良好的行驶平顺性，必须正确的选取悬架的静挠度。
对乘用车，一般前悬架要求偏频为1～1.45Hz ，后悬架为1.17～1.58Hz ，且汽车的级别越高，则n 越小。此处取n 1=1.2，则f c1=174mm 。在选择前、后悬架的静挠度时，应当使之接近，并希望后悬架的静挠度比前悬架的静挠度小些，这有利于防止车身产生较大的纵向角振动。对乘用车，一般f c2=(0.8～0.9)f c1。此处取f c2=0.8 f c1=139mm 。
一般情况下动挠度f d =(0.5～0.7)f c ，取f d =90mm 。
降低悬架系统的振动频率和增大悬架的静挠度可以提高汽车行驶的平顺性，但需要说明的是，增大悬架的静挠度会带来一些新的矛盾，主要有以下几点：
1、静挠度增大后，为使汽车不经常碰撞缓冲块，就要求相应地增加动挠度，这就势必抬高车架上各总成的高度，提高汽车的重心，同时，在汽车振动时和载荷增减时，汽车高度将会显著的变化，这些都对汽车行驶稳定性产生不利影响。
2、静挠度增大后，弹簧显得很软，在紧急制动时会产生严重的汽车“点头”现象；在转弯时，由于悬架侧倾刚度的降低，会使车身产生较大的侧倾角，这些对乘坐舒适性都是不利的。
3、静挠度和动挠度增大后，车轮垂直位移增大，对行驶稳定性不利。
4、增大静挠度对纵置钢板弹簧而言，要增大弹簧长度，使布置发生困难，同时增加弹簧重量。
3.1.2上下横臂长度的确定
双横臂式独立悬架的上、下臂长度对车轮上、下跳动时前轮的定位参数影响很大。现代轿车所用的双横臂式前悬架，一般设计成上横臂短、下横臂长。这一方面考虑到布置发动机方便，另一方面也是为了得到理想的悬架特性。现代轿车设计时，l2/l1取为0.6～1.0之间。美国克莱斯勒和通用汽车公司分别认为，上下横臂长度之比取0.7和0.66为最佳。根据我国汽车设计经验，在初选尺寸时，l2/l1取0.65为宜。
下表是国外一些轿车的上下臂长及球销距的尺寸：
表3-1 国外轿车独立悬架的一些参数
由同类汽车类比，此处取l1=326mm，l2=212mm。上下横臂铰点间距离为200mm。
3.1.3簧载质量的确定
按照本次设计汽车的参数知：汽车总质量为1430kg，参照《汽车设计》刘惟信主编簧载质量取82% ，约为1172kg.发动机前置前轮驱动的轴荷分配满载时，前轴约占总质量的45%~50%，本设计中取48%约563千克。
3.1.4其他参数的确定
主销内倾角β是主销轴线和地面垂直线在汽车横向断面内的夹角，如图3-1所示。主销内倾角的作用能使前轮自动回正、转向操纵轻便和减小作用在转向盘上的冲击力。过去规定，一般主销内倾角不大于8°，取值范围6～8°，主销偏移距c一般为40～60mm。而现代汽车这两个参数的数值变化很大，研究表明，主销偏移距为零或少量的负值是可取的。所以主销内倾角变化范围有明显增大的趋势，一般取值为2～12°。本文采用的主销内倾
角为8°。
图3-1 主销内倾角与车轮外倾角
前轮外倾角α是通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角，如图3-1所示。一般α取1°左右，为了尽量减少车轮相对车身跳动时的外倾角的变化，希望在常见车轮跳动范围内，其变化量在±1°以内。
3.2螺旋弹簧的选择
螺旋弹簧(如图3-2所示)广泛应用于独立悬架中，它与钢板弹簧相比，有质量小，无需润滑，所占纵向空间小，不怕泥污等优点。但它只能承受垂直方向力，而且不足有减振作用，因此在悬架中必须要有导向机构和减振器。
图3-2 圆柱螺旋弹簧
空载时弹簧受力为F1=2815N。
满载时弹簧受力为F2=3600N。
初选弹簧查《机械零件手册》选取弹簧的旋绕比C=6，选择簧条截面为圆形的圆柱压缩螺旋弹簧，材料为热轧弹簧钢。其基本参数如下：
簧条直径d=5～80mm
切变模量G=783103Mpa
弹性模量E=1973103Mpa
许用切应力p τ=590Mpa
由公式 p 2388τππτ≤==d K C F d K D F
(3-4) K=C C C 615.04414+--
(3-5) 得 d=1.6
P KCF τ (3-6) 式中：τ——切应力，Mpa ；
F ——工作载荷，N ； D ——弹簧中径，mm ；
d ——簧条直径，mm ；
C ——旋绕比，C=D/d ；
K ——曲度系数；
k ——弹簧刚度，N/mm ；
f ——工作载荷下的变形量，mm 。
代入数据C=6，F=F 2=3600N ，p τ=590Mpa ，得d=15mm ，根据表3-2弹簧直径系列选取
d=16mm 。
表3-2 普通圆柱螺旋弹簧的尺寸系列
根据弹簧直径查《机械设计手册》GB1222选取圆柱螺旋弹簧，其基本参数如下:
d=16mm ，C=6，D=95mm ，p τ=740Mpa ，F s =12529N ，f sd =16.81mm ，k=745N/mm ，D x =73mm ，D T =117mm 。
弹簧的有效圈数n=48.3953600881
.16161078834334=?????=FD f
Gd ，取n=4。
压缩圈数取为n 2=2，则总圈数n 1=n+ n 2=4+2=6。
3.3 减振器的选择
3.3.1 减振器类型的选择
汽车悬架系统最初采用摇臂式液阻减振器，第二次世界大战期间美军吉普车上采用了筒式液阻减振器并在战场上获得成功，此后筒式液阻减振器很快成为主流产品。它具有工艺性好、成本低、寿命长、质量轻等优点，主要零件采用了冲压、粉末冶金及精密拉管等高效工艺，适于大批量生产。我国在20世纪60年代生产的BJ212、NJ230汽车上开始采用筒式液阻减振器，70年代初解放牌汽车也改用了筒式液阻减振器。
筒式液阻减振器最初采用双筒式结构，该结构目前仍是悬架减振器中最常见的形式，其优点是工艺简单、成本低廉，缺点是散热困难，且安装角度受到限制。双筒式减振器发展初期不在补偿室内设置背压，在复原行程中油液依靠其自身重力和压缩室负压由补偿室流人压缩室。这类减振器的显著缺点是在高速工况下会出现补偿室向压缩室充油不及时的问题，从而导致减振器工作特性发生畸变，不但影响减振效果，还会导致冲击和噪声。20世纪50年代单筒式充气减振器技术蓬勃发展起来，它采用了浮动活塞结构，在浮动活塞与缸筒的一端之间形成的补偿室内充入一定量的高压(2.0 MPa ～2.5 MPa)氮气，压缩室内油液体积的变化由这部分气体补偿。
单筒充气式液力减振器与双筒式液力减振器的制造工艺相对比较成熟，所以我在这两种方案中选择。前者与后者相比，具有以下优点：1.工作缸筒直接暴露在空气中，冷却效果好；2.在缸筒外径相同的前提下，可采用大直径活塞，活塞面积可增大将近一倍，从而
降低工作油压；3.在充气压力作用下，油液不会乳化，保证了小振幅高频振动时的减振效果；4.由于浮动活塞将油、气隔开，因而减振器的布 置与安装方向可以不受限制。其缺点在于：1.为保证气体密封，要求制造精度高；2.成本高；3.轴向尺寸相对较大；4.由于气体压力作用，活塞杆上大约承受190N ～250N 的推出力，当工作温度为100℃时，这一值会高达450N ，因此若与双筒式减振器换装，则最好同时换装不同高度的弹簧。现在市场上比较流行双向作用的减振器，所以本设计方案也采用双向作用式减振器。
3.3.2 减振器主要参数的选择
1、相对阻尼系数
减振器在卸荷阀打开前，减振器中的阻力F 与减振器振动速度v 之间有如下关系：
v F δ= (3-7)
式中，δ为减振器阻尼系数。
图3-3示出减振器的阻力一速度特性图。该图具有如下特点：阻力一速度特性由四段近似直线线段组成，其中压缩行程和伸张行程的阻力一速度特性各占两段；各段特性线的斜率是减振器的阻尼系数δ=F /v ，所以减振器有四个阻尼系数。在没有特别指明时，减振器的阻尼系数是指卸荷阀开启前的阻尼系数而言。通常压缩行程的阻尼系数δy =F y /v y 与伸张行
程的阻尼系数疗δs =F s /v s 不等。
图3-3 减振器特性图 (a)阻力-位移特性 (b)阻力-速度特性
汽车悬架有阻尼以后，簧上质量的振动是周期衰减振动，用相对阻尼系数ψ的大小来评定振动衰减的快慢程度。ψ的表达式为：
）（s cm 2δψ= (3-8)
式中，c ——悬架系统垂直刚度，N/mm ；
m s ——簧上质量，kg 。
式3-8表明，相对阻尼系数ψ的物理意义是：减振器的阻尼作用在与不同刚度c 和不同簧上质量m s 的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效果。ψ值大，振动能迅速衰减，同时
又能将较大的路面冲击力传到车身；ψ值小则反之。通常情况下，将压缩行程时的相对阻尼系数ψy 取得小些，伸张行程时相对阻尼系数ψs 取得大些。两者之间保持中ψy =(0.25～0.5)ψs 的关系。
对于无内摩擦的弹性元件悬架，取ψ=0.25～0.35；对于有内摩擦的弹性元件悬架，ψ
值取小些。对于行驶路面条件较差的汽车，ψ值应取大些，在本设计中取ψ=0.3。 2、减振器阻尼系数δ的确定 减振器阻尼系数s cm ψδ2=。因悬架系统固有振动频率s m c =ω，所以理论上
ωψδs m 2=。实际上应根据减振器的布置特点确定减振器的阻尼系数。
(a) (b) (c)
图3-4 减振器安装位置
例如，如图三种方式安装减振器时，计算公式均不相同，本设计中选择第二种方式。其阻尼系数δ为
δ=)cos (m 2222αωψa n s (3-9)
式中，α——减振器轴线与铅垂线之间的夹角；
a ——减振器在下横臂的连接点到下横臂在车身上的铰接点之间的距离；
n ——双横臂悬架的下臂长。
代入数据得δ=1320。
分析式3-9可知：在下横臂长度n 不变的条件下，改变减振器在下横臂上的固定点位置或者减振器轴线与铅垂线之间的夹角α，会影响减振器阻尼系数的变化。
3、最大卸荷力F 0的确定
为减小传到车身上的冲击力，当减振器活塞振动速度达到一定值时，减振器打开卸荷阀。此时的活塞速度称为卸荷速度v x 。在减振器安装如图3-4b 所示时
V x =n αωcos a A
(3-10)
式中，v x ——卸荷速度，一般为0.15～0.30m/s ；
A ——车身振幅，取±40mm ；
ω——悬架振动固有频率，一般为1～1.6Hz 。 最大卸荷力F 0=δs v s 。
1 CATIA dmu模块分析双横臂独立前悬架基础知识 使用dmu模块，对初学者而言，关键问题是熟悉dmu模块的各种操作；对于高级使用者而言，其关键在于分析机构是如何运动的。 这里简介CA TIA dmu模块中所需要的基本操作。 表1-1 运动副类型图标操作是否加驱动 旋转副 1.先点击图标 2.先后点击两个零件选择的旋转轴线，如果是回转体零件， 则catia可自动生成轴线；否则需要自己手动画一条直线 3.先后点击分属两个零件参考平面 可加角度驱动 球铰 1.先点击图标 2.先后点击两个零件球铰铰接点 万向节 1.先点击图标 2.先后点击两条轴线，如果是回转体零件，则catia可自动生 成轴线；否则需要自己手动画一条直线 3.选择旋转形式，如绕第二根轴线转动 移动副 1.先点击图标 2.先后点击分属两个零件的两条直线，作为运动方向 3.先后点击分属两个零件的两个平面，作为运动平面 可加直线驱动 点面副 1.先点击图标 2.先后选择分属不同零件的面和点，要求点在面上，有的书 中现在assemble design中装配，其实不必要，只要点的空间 位置在面上即可。 可加 固定 1.先点击图片 2.选择你要固定的零件 个人感觉，catia dmu建立运动副，易于理解的想法就是，用几何元素固定这个运动形式，使两个相互运动的零件具有固定的运动形式，例如创建简单的移动副，要确定两个零件之间有个平移运动，那么需要知道两个零件的运动方向，而分属两个零件的两条直线（其实就是向量）就可以确定两个零件的运动方向了；然后，还需要知道零件在哪个平面内运动，
这就需要分属两个零件的不同的参考面，这个面决定了零件的运动平面。 2 双横臂独立前悬架参数化建模 CA TIA是著名的三维实体造型软件，其模块多是基于实体模型的。但是线框模型也可在CA TIA的一些模块中进行分析仿真，比如运动分析模块dmu，显而易见的是，线框模块相对于实体模型所占的资源要小很多。本次仿真，采用线框模型+实体模型的造型方案，即除轮胎外全部使用线框模型，但因要分析轮胎实际占用空间，故轮胎采用实体模型。模型结构如图2.1所示。 图2.1 双横臂独立前悬架结构 将图2.1左图的实物结构部分线框后如图2.1右图所示。模型由6个零件（对应于catia 的part design模块）组成，主要2.1左图只是标出其中的5个，基座6（实际结构是副车架）并没有标出。零件1为下横臂，零件2为上横臂，零件3为转向节+轮胎，零件4为横向拉杆，零件5为测试平台，其作用为轮胎可在测试平台内自由运动，并且测试平台上下运动模拟路面颠簸情况。 注意三点： 1.在catia中，一个part design中所画出的零件，即使在空间结构上不相连，catia依然将其作为一个零件进行分析。 2.线框模型中两个点可以创建一条直线，三个点或者两条直线决定一个平面，这是基本的几何知识。 3.一般而言，catia采用的是由下到上的设计思路，即，在part design模块中设计零件，然后导入到assemble design中进行装配（如果你不知道part design和assemble design，那么好，那么请随便找一本catia入门的书，先看看....囧...）。其实，在本次仿真中，我们也可以使用这个思路，但是不同的part design中设计的零件，都有其各自的坐标原点，大家懂得，
悬架系统设计步骤 在此主要是分析竞争车型的底盘布置。底盘布置首先要确定出轮胎、悬架形式、转向系统、发动机、传动轴、油箱、地板、前纵梁结构(满足碰撞)等，因为这些重要的参数，如轮胎型号、悬架尺寸、发动机布置、驱动形式、燃油种类等在开发过程中要尽可能早地确定下来。在此基础上，线束、管路、减振器、发动机悬置等才能继续下去 悬架选择 对各种后悬架结构型式进行优缺点比较，包括对后部轮罩间空间尺寸的分析比较，进行后悬架结构的选择。 常见的后悬架结构型式有：扭转梁式、拖曳臂式、多连杆式。 扭转梁式悬架 优点： 1.与车身连接简单，易于装配。 2.结构简单，部件少，易分装。 3.垂直方向尺寸紧凑。 4.底板平整，有利于油箱和后备胎的布置。 5.汽车侧倾时，除扭转梁外，有的纵臂也会产生扭转变形，起到横向稳定作用， 若还需更大的悬架侧倾角刚度，还可布置横向稳定杆。 6.两侧车轮运转不均衡时外倾具有良好的回复作用。 7.在车身摇摆时具有较好的前束控制能力。 8.车轮运动特性比较好，操纵稳定性很好，尤其是在平整的道路情况下。 9.通过障碍的轴距具有相当好的加大能力，通过性好。 10.如果采用连续焊接的话，强度较好。 缺点： 1.对横向扭转梁和纵向拖臂的连续焊接质量要求较高。 2.不能很好地协调轮迹。 3.整车动态性能对轴荷从空载到满载的变化比较敏感。 4.但这种悬架在侧向力作用时，呈过度转向趋势。另外，扭转梁因强度关系，允 许承受的载荷受到限制。 扭转梁式悬架结构简单、成本低，在一些前置前驱汽车的后悬架上应用较多。 拖曳臂式悬架 优点： 1.Y轴和X轴方向尺寸紧凑，非常有利于后乘舱（尤其是轮罩间宽度尺寸较大） 和下底板备胎及油箱的布置。 2.与车身的连接简单，易于装配。 3.结构简单，零件少且易于分装； 4.由于没有衬套，滞后作用小。 5.可考虑后驱。 缺点： 1.由于沿着控制臂相对车身转轴方向控制臂较大的长宽比，侧向力对前束将产生 不利的影响。 2.车身摇摆（body roll）对外倾产生不利影响；（适当的控制臂转轴有可能改善外 倾的回复能力，但这导致轮罩间宽度尺寸的减小。）
麦弗逊，多连杆和双叉横臂悬挂各有什么优缺点！ 一、 从性能上简单来说是多连杆（3跟连杆以上）优于双叉横臂，双叉横臂优于麦弗逊。他们都是独立悬架。麦弗逊结构简单体积小，尝用于前驱小型车。首先小型车比较小，悬架过大会影响乘坐空间；其次前驱的汽车要在前桥集成动力输出，本来就比较复杂，如果选用结构简单的麦弗逊，设计生产都会比较便捷，自然成本也下降不少。但是由于结构简单使得悬挂刚度较弱，稳定性差，转弯侧倾明显。双叉臂悬挂拥有上下两个摇臂，起横向力由两个摇臂同时吸收，支柱只承载车身重量。因此横向刚度大。由于上下使用不等长摇臂（上长下短），让车轮在上下运动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化减小轮胎磨损。并且也能自适应路面，轮胎接地面积大，贴地性好。但是由于多了一个上摇臂，所以需要站用较大的空间，因此小型车的前桥一般布置不下此种悬挂，有的车型在后桥采用。多连杆悬挂，通过各种连杆配置（通常有三连杆，四连杆，五连杆），首先能实现双叉臂悬挂的所有性能，然后在双叉臂的基础上通过连杆连接轴的约束作用使得轮胎在上下运动时前束角也能相应改变，这就意味着弯道适应性更好，如果用在前驱车的前悬挂，可以在一定程度上缓解转向不足，给人带来精确转向的感觉；如果用在后悬挂上，能在转向侧倾的作用下改变后轮的前束角，这就意味着后轮可以一定程度的随前轮一同转向，达到舒适操控两不误的目的。跟双叉臂一样，多连杆悬挂同样需要占用较多的空间，而且多连杆悬挂无论是制造成本还是研发成本都是最高的,所以常用在中高级车的后桥上。但多连杆结构复杂，重量较重，现在很多运用多连杆的高级轿车都采用铝合金来制造悬架。 虽然麦弗逊式悬架并不是技术含量最高的悬架结构，但它仍是一种经久耐用的独立悬架，具有很强的道路适应能力。 缺点： 行驶在不平路面时，车轮容易自动转向，故驾驶者必须用力保持方向盘的方向，当受到剧烈冲击时，滑柱易造成弯曲，因而影响转向性能。 二、 独立悬架对比：双横臂PK麦弗逊 虽然悬架结构林林总总，但是中级轿车前悬架结构却主要集中在麦弗逊悬架和双横臂独立悬架，不少厂家纷纷采用成本更低并且可以和紧凑级车共用的麦弗逊式独立悬架，然而仍有不少厂家依然坚持双横臂独立悬架。 从结构上来看，双横臂式悬架和麦弗逊式悬架有着紧密的关系。它们的
哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 摘要 双横臂式独立悬架是常见的悬架形式之一，在汽车领域有着广泛的应用，要求具有稳定的可靠性。其突出优点是在于设计的灵活性，可以通过合理选择空间导向杆系的接触点的位置及控制臂的长度，使得悬架具有合理的运动特性。本设计2.0L越野车车型进行双横臂式悬架的设计，利用平面作图法和平面解析法对悬架的上、下横臂的尺寸和空间布局进行设计，计算选用双同时减震器和螺旋弹簧匹配悬架系统，保证轮胎的几何定位参数在各种悬架的摆动情况下都符合汽车行驶的要求，反复核算以保证在各种形式条件下获得最佳平顺性和操作稳定性。 关键字：双横臂式独立悬架；越野车；螺旋弹簧；双筒式减震器 -I-
哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） Abstract Double wishbone independent suspension is a common form of suspension in the automotive sector has a wide range of applications, requires a stable reliability. Advantage lies in its outstanding design flexibility, a reasonable choice by the Department of guide bar contact point location and the length of the control arm, making the suspension has a reasonable flow conditions. 2.0L SUV models the design of double wishbone suspension design, mapping method and the plane using the plane analytical method the suspension of the upper and lower arm of the size and spatial layout design, calculations also use double-shock matching device and the coil spring suspension system, Geometric alignment parameters to ensure that the tire swing in a variety of suspension cases are in line with the requirements of automobile driving, repeated in various forms of accounting to ensure the best under the conditions of smoothness and operational stability. Keywords: Double wishbone independent suspension；off-road vehicles；coil spring；double-barrel shock absorber -II-
目录 1.课题描述 (2) 1.1.问题描述 (2) 1.2.本课程设计的具体内容 (3) 2.设计过程 (5) 2.1.总体尺寸确定和优化 (5) 2.1.1.总体几何尺寸及基本参数的选择与确定 (5) 2.1.2.导向机构和转向梯形机构的运动学设计 (5) 2.1.3.转向机构几何参数的确定及优化 (5) 2.1.4.用ADAMS软件对导向机构和转向机构进行优化 (7) 2.2.悬架弹性元件和阻尼元件的结构选型和参数计算 (14) 2.3.悬架导向机构的受力分析和主要承载构件的设计选型与强度核算 (15) 2.3.1.导向机构各杆件进行受力分析 (15) 2.3.2.驱动半轴、轮毂、转向节结构尺寸计算及选型 (17) 2.3.3.悬架球铰、橡胶弹性铰及弹性缓冲快的结构类型 (20) 2.3.4.双横臂独立悬架导向机构结构装配图的绘制 (21) 3.设计心得 (22) 4.参考文献 (23)
双横臂独立悬架-转向系统的分析与设计 课题描述 一、 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?、ψ表示，转向主销内倾角用β0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 E 'F '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 。 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 (后视图) (地面) ' 前 后
在常见的集中独立悬挂结构中，双叉臂式悬架被公认是操控性最出色一种，绝大多数的性能跑车乃至于F1赛车使用的都是双叉臂的悬架结构。那么下面就带大家一起了解一下这种最具有运动基因的悬挂形式。 历史及概述： 由于叉臂长的很像许愿骨，所以得名（双愿骨式悬架） 双叉臂悬挂也叫做双A臂悬挂或者双摇臂悬挂，属于双横臂悬架中的一种，英文名为double wishbone suspension（双愿骨式悬架），这个名字据说来源于西方圣诞节上一种吃火鸡的习俗，当人们开始吃的时候，首先要对火鸡身上一根V字形的骨头许愿，而这根骨头就叫许愿骨（Wish bone）。而因为在双叉臂悬架结构中的A臂或者是V臂和许愿骨的形状非常相似，故得名双愿骨（double wishbone）式悬架。 packard 120是首款使用了双叉臂悬挂的量产车 双叉臂悬架最早出现于上世纪30年代，当时的方程式赛车已经开始使用类似双叉臂的悬挂结构，而1935年，来自美国底特律的汽车制造商packard在旗下车型packard 120上首次使用了双叉臂悬挂，作为当时豪华汽车的代表，pachard创造性的在量产车上首次使用了这种结构复杂的悬架，从而提升车辆的操控性能。时至今日，双叉臂悬挂仍旧在除了各种性能跑车、豪华轿车和大型SUV上广泛使用。 关于双叉臂悬架起源的误区
相似的结构让不少人误以为双叉臂悬挂来源于麦弗逊悬挂 此前，在网络上流传着一种错误的说法，认为双叉臂悬挂的灵感来自于麦弗逊悬挂，是由麦弗逊悬挂改进得来的。这个说法的根据就是双叉臂悬挂和麦弗逊悬挂都拥有相似的A 字形下摆臂和支柱式减震器的结构，所不同的是双叉臂结构在减震器上方还增加了连接车轮的A臂。不过在事实上，双叉臂悬挂和麦弗逊悬挂并没有任何亲缘关系。 为何这么说呢？前面我们说过，早在上世纪30年代，双叉臂悬挂就已经开始在赛车运动上大量使用，而1935年则首次被使用在了量产的商品车上，而麦弗逊悬挂开始研发的时间为上世纪30年代中期，其设计灵感则是来源于飞机的起落架，而首次出现在商品车上则是在1949年的福特Vedette上。因为从诞生的时间上看，双叉臂悬挂是早于麦弗逊悬挂的，这就足以说明双叉臂悬挂并不是麦弗逊悬挂的改良品，这也说明麦弗逊悬挂和双叉臂悬挂是两个相对独立个体，它们之间并没有血缘关系。 结构分析： 如下图所示，双叉臂悬挂是由两根长短不等的A字臂和充当支柱的减震器所组成的。上下两根A字臂分别通过球铰与车轮上的转向节上下节臂相连，而串连的减震器和螺旋弹簧则充当了支柱和转向主销的角色，它的上端与副车架相连，下端则和下摆臂相连。上下A臂负责吸收转向时的横向力，而支柱减震器只负责支撑车身重量和控制车轮上下跳动。而一般来说，双叉臂悬挂的上下A字臂的长度是不相等的（上短下长），这样就让车轮在上下运动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化减小轮胎磨损。 鸥翼跑车奔驰SLS AMG的双叉臂悬挂结构 途锐的前后双叉臂悬挂结构具有足够的强度和刚性，极限越野也不在话下 从结构学上讲,双叉臂悬挂可以说是最坚固的独立悬架。我们都知道，三角形是最稳固几何形状，双叉臂悬挂的上下两根A字臂拥有类似三角形的稳定结构，不仅拥有足够的抗扭强度，而且上下两根A臂对横向力都具有很好的导向作用，因此当双叉臂悬挂使用在性能跑车上时，它可以很好的抑制车辆在过弯时的侧倾，同时，如果使用在SUV上时，它也能够应付极限越野的路况下所带来的巨大冲击。
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。
《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。
5.7 双横臂式悬架设计 5.7.1双横臂悬架的结构与力学模型简化 图5.7.1 某货车的双横臂前悬架 图5.7.1 采用前置转向梯形的货车的前悬架。一根横梁用作副车架，通过螺栓连接在车架下方。弹簧、限位块、减振器和两对横臂支承在横梁这一“受力中心”上。只有横向稳定杆、转向器、转向直拉杆和下横臂的拉杆固定在车架纵梁上。拉杆前部支承着一个具有纵向弹性的橡胶支座。该支座缓和带束轮胎的纵向刚度。 双横臂式悬架的主要优点在于其运动规律的可设计性。根据横臂的相互位置，即角度α和β的大小，可定出侧倾中心和纵倾中心的高度，改变横臂长度，还会影响上下跳动的车轮的角运 动，即车轮的外倾角变化和（在极限情况下）与此相关的轮距变化。当双横臂较短时，车轮上跳导致外倾角沿负值方向变化而车轮下落时导致外倾角沿正值方向变化，因此车身侧倾时的外倾变化规律正好与此相反。纵倾中心O，对于前悬架来说，处在车轮后方；而对于后悬架来说，则在车轮前方。如果O h置于车轮中心上方，不仅可以获得良好的抗转动纵倾性，而且还会减小驱动桥的启动下沉量。这也是双横臂式悬架愈来愈多地在较高级的轿车中用于后驱动桥的原因。
图5.7.2 弯长臂式汽车的前轮转向节 图5.7.2 Daimler_Benz 260 SE/560 SEC型车的前轮转向节。它的有效距离C较大。上横臂6上带有导向球铰链的壳体。下承载铰链7压入车轮转向节5中。图中可清楚的看到可通风的制动盘34，他正对直径较大的轮毂9自里向外伸出。深槽轮辋43的底部不对称，从而为制 动钳（图中未画出）留出了位置。 图5.7.3 双横臂式前悬架 图5.7.3 Daimler_Benz 牌 260 SE/560 SEC型车的前悬架。为了使得主销偏移距r s=0mm时， 可通风的制动盘具有较大的直径，该悬架的下承载铰链必须大致位于车轮中心处。拉伸和压缩行 程限位块布置在充气的单筒式减振器中。先后伸出的支撑杆支撑着一根附S的隔音横梁。它的橡 胶支座在图的左下方特别标出。
摘要 双横臂式独立悬架是常见的悬架形式之一，在汽车领域有着广泛的应用，要求具有稳定的可靠性。其突出优点是在于设计的灵活性，可以通过合理选择空间导向杆系的接触点的位置及控制臂的长度，使得悬架具有合理的运动特性。本设计2.0L越野车车型进行双横臂式悬架的设计，利用平面作图法和平面解析法对悬架的上、下横臂的尺寸和空间布局进行设计，计算选用双同时减震器和螺旋弹簧匹配悬架系统，保证轮胎的几何定位参数在各种悬架的摆动情况下都符合汽车行驶的要求，反复核算以保证在各种形式条件下获得最佳平顺性和操作稳定性。 关键字：双横臂式独立悬架；越野车；螺旋弹簧；双筒式减震器 I
Abstract Double wishbone independent suspension is a common form of suspension in the automotive sector its outstanding design flexibility, a reasonable choice by the Department of guide bar contact point location and the length of the control arm, making the suspension of double wishbone suspension design, mapping method and the plane using the plane analytical method the suspension of the upper and lower arm of the size and spatial layout design, calculations also use double-shock matching device and the coil spring suspension system, Geometric alignment II
双横臂独立悬架设计毕业论文 目录 摘要................................................................................. I Abstract .......................................................................... II 绪论 (1) 第一章悬架概述 (2) 1.1 悬架设计的要求 (3) 1.2 悬架对汽车性能的影响 (4) 1.2.1 悬架对汽车行驶平顺性的影响 (4) 1.2.2 悬架对汽车行驶稳定性的影响 (5) 第二章独立悬架及弹性元件的结构形式与分析 (7) 2.1 独立悬架的结构型式与分析 (7) 2.2 弹性元件的特定分析比较 (8) 第三章螺旋弹簧悬架设计 (10) 3.1 悬架基本参数的选定 (10) 3.1.1 悬架静挠度 (10) 3.1.2 上下横臂长度的确定 (11) 3.1.3 簧载质量的确定 (11) 3.1.4 其他参数的确定 (11) 3.2 螺旋弹簧的选择 (12) 3.3 减振器的选择 (14)
3.3.1 减振器类型的选择 (14) 3.3.2 减振器主要参数的选择 (15) 3.4 接头 (17) 谢辞 (18) 参考文献 (19) 附录A外文翻译-原文部分 (20) 附录B 外文翻译-译文部分 (32) 附录C 实体图 (41)
绪论 随着社会经济和物质文化生活水平的提高，人们对汽车行驶的平顺性、操纵稳定性及安全性提出了愈来愈高的要求。汽车的悬架系统对以上三种性能有着最直接、最重要的影响。分析悬架对汽车性能的影响并合理确定悬架系统的性能及结构参数，从而获得最优的行驶性能是汽车生产厂普遍关心的重要课题。汽车工业发展到现在已有百年历史，人们利用各种先进的手段对其进行了理论分析和实践验证。本文在进行悬架系统的设计时，首先应根据整车平顺性和操纵稳定性的要求，确定前悬架的性能参数(刚度和阻尼)，然后进行结构设计。 悬架对汽车的平顺性和操纵稳定性都具有重要的影响。未来满足汽车具有良好的行驶平顺性，要求由簧上质量和弹性元件组成的振动系统的固有频率应在合适的频段，并尽可能低。前后悬架频率匹配应合理；对轿车，要求前悬架的固有频率低于后悬架的固有频率，还要尽量避免悬架碰到车身(或车架)。在簧上质量变化的情况下，车身高度变化要小，因此，应采用非线性弹性特性悬架。 汽车在不平的路面上行驶，由于悬架的弹性作用，使汽车发生垂直振动。为了迅速衰减这一振动和抑制车身、车轮的共振，减小车轮的振幅，悬架应装有减振器，并使之具有合理的阻尼。利用减振器的阻尼的作用，使汽车的振动振幅连续减小，直至振动停止。 悬架根据其导向机构的不同可分为非独立悬架和独立悬架，独立悬架的车桥都做成断开的，两侧的车轮分别独立地与车架或车身弹性连接。其中独立悬架又分为多种类型，主要包括：单横臂式独立悬架、双横臂式独立悬架、单纵臂式独立悬架、双纵臂式独立悬架、烛式悬架、麦弗逊式悬架、单斜臂式独立悬架以及近些年来刚推出的多连杆式独立悬架；高档车上有的还应用了主动悬架。 双横臂独立悬架是独立悬架中一种比较典型的结构形式。在本田奥德赛、雅阁前悬、奔腾前悬、马自达六前悬和瑞风商务车前悬上均使用了这种悬架。按照上、下横臂的长短可分为等长和不等长两种。等长双横臂悬架在其车轮上下跳动时，虽然可以保持主销的倾角和车轮外倾角不变，但是轮距变化大，导致轮胎的磨损严重，现在已经很少采用；不等长双横臂独立悬架只要合理的选择结构参数和适当地布置，就可以将轮距和前轮的定位参数变化限制在一定的围之，保证良好的行驶稳定性，故这种形式的独立悬架在现代高级轿车中得到了广泛的应用。
基于MATLAB的双横臂独立悬架优化设计目录 1 绪论 (2) 1.1 引言 (2) 1.2 国内外对悬架设计的研究概述 (3) 1.3 本课题研究内容 (3) 2 双横臂悬架与转向梯形 (4) 2.1 双横臂独立悬架结构及其应用 (4) 2.2 双横臂独立悬架及其转向系统 (5) 2.3 本章小结 (8) 3 转向梯形断开点位置模型的建立与优化 (9) 3.1 转向梯形位置模型的建立 (9) 3.2 转向梯形断开点模型的优化 (11) 3.3 本章小结 (14) 4 总结 (15) 1 绪论1. 2 国内外对悬架设计的研究1. 3 本课题研究内容 本课题主要分析基于matlab条件下对车辆双横臂独立悬架的优化设计，为了综合全面的分析问题，将有关空间运动学的原理和本课题相结合，得到最可行的优化结果。 1）分析双横臂式独立悬架其转向梯形在选择不同的位置时对汽车前轮跑偏、振动的影响，通过空间运动学的基本原理，画出各点的运动轨迹，以此来确定转向梯形的位置坐标。 2）通过分析与设计，将matlab优化工具包运用到已建立起来的数学模型中，进而来判断建立起来的数学模型是否具有可行性。 3）通过对悬架导向机构的优化分析，找到转向梯形的最佳断开点的位置坐标，最小化车轮绕主销的摆动量，降低转向杆系与悬架导向机构之间的不协调性误差。 2 双横臂悬架与转向梯形 2.1 双横臂独立悬架结构及其应用 双横臂独立悬架有不同的摆臂长度，可以相等，也可以不相等。如图2-1所示，若摆臂长度相等，则出现汽车上下振荡的时候，车轮所在的水平面没有变化，但是两个车轮之间的距离会改变，车轮会向侧向移动。而如果摆臂长度不相同，且处在合适的位置，则上述等长情况下发生的变化则不会太大[3]。轮胎变形可以在轮距变化不大的情况下轻松地适应，可以允许轮距的改变在小于5mm的情况下不会使车轮出现左右滑动。图2-1 不等长的双横臂式独立悬架可以在选择适当的参数下，在微小变形的情况下，对汽车的影响微乎其微，这样就可以减小汽车因为路面的不平度而带来的上下振荡。但是双横臂式独立悬架汽车也有一些缺点，比如悬架导向机构及其复杂，悬架制造成本高，悬架占用空间大等。但是因为其在安全性与舒适性方面有着无法比拟的优势，因此自上世纪以来不等长的双横臂式独立悬架便广泛地应用在中小型汽车及微型货车的前轮上。 2.2 双横臂独立悬架及转向系统 如图2-2所示为典型的不等长双横臂式独立悬架的构造。图2-2 图示的轿车属于常见的无主销式汽车，但是它设计了一个圆形状的结构代替主销，汽车在发生转弯时，车轮即绕该圆形状物体连心线偏转。路面对于车轮有
性能综合体悬挂系统之双叉臂式独立悬架 2008-6-12 13:02:01来源: 奥杰汽车网编辑:yaya 从结构上来看，双叉臂式悬架和麦弗逊式悬架有着紧密的血缘关系，它们的共同点为：下控制臂都由一根V字形或A字形的叉形控制臂构成，液压减震器充当支柱支撑整个车身。不同处则在于双叉臂式悬架多了一根连接支柱减震器的上控制臂，这样一来有效增强了悬架整体的可靠性和稳定性。 通用悍马H3的双叉臂前悬（能承受住越野时崎岖路面对底盘的强大冲击） 其实双叉臂式悬架还有一个有趣的名字——双愿骨式悬架（Double wish bone）。据说这个有趣的名字来源于西方圣诞节上人们喜欢吃的一种火鸡的骨头，当人们开始吃的时候要对火鸡身上一根类似V字形的骨头许愿，而这根骨头就叫愿骨（Wish bone）。因为在双叉臂悬架结构中有两根“愿骨”，故得名双愿骨式悬架。 双叉臂式悬架构造较为复杂，不过这却使车轮拥有更好的贴地性 在文章开头我们已经提到了，双叉臂悬架的灵感来源于麦弗逊式悬架。从结构上来看，麦弗逊悬架只有一根下控制臂和一根支柱式减震器，结构上的最简单化使它的组成部件通常要一专多能。例如支柱减震器需充当转向主销，除要承受车辆本身的重量外，还要应对来自于路面的抖动和冲击。如果车辆在运动中，一侧的麦弗逊悬架受到惯性压缩，那么车轮的外倾角变化将增大，于是悬架越是压缩得厉害，这种形变就越是难以得到控制。所以麦弗逊悬架的应用范围多为小型或中型轿车，车型级别再往上走，结构简单的麦弗逊悬架便会有些力不从心了。 要改善麦弗逊悬架“脆弱”的特点，就有必要在悬架的组成结构上进行调整。由于麦弗逊悬架只有下控制臂和支柱减震器两个连接部件，这样一来就形成了一个“L”形的结构，如果能在“L”形顶端再增加一根控制臂，那么悬架的结构将得到加强。于是通过对麦弗逊悬架植入上控制臂，双叉臂式悬架结构便应运而生。双叉臂悬架相对麦弗逊悬架在物理学特性上的改变显而易见：当一侧悬架因惯性收
摘要 随着科技和社会的发展和进步，各种各样的车辆将会陆续出现在公路上面，随着人们生活水平的提高，人们对车的质量和稳定性提出了更高的要求。对这个问题解决的程度如何，反映着一个社会从科技水平到人文关怀等各方面的发达程度。 双横臂式独立悬架是常见的悬架形式之一，在汽车领域有着广泛的应用，要求具有稳定的可靠性。其突出优点是在于设计的灵活性，可以通过合理选择空间导向杆系的接触点的位置及控制臂的长度，使得悬架具有合理的运动特性。本设计以汽车车型进行双横臂式悬架的设计，利用平面作图法和平面解析法对悬架的上、下横臂的尺寸和空间布局进行设计，计算选用双同时减震器和螺旋弹簧匹配悬架系统，保证轮胎的几何定位参数在各种悬架的摆动情况下都符合汽车行驶的要求，反复核算以保证在各种形式条件下获得最佳平顺性和操作稳定性。 关键词：双横臂独立悬架；横臂；稳定性；参考
Abstract With the development and progress of science and technology and society, all kinds of vehicles will appear on the highway, with the improvement of people's living standard, people put forward higher requirements on the quality and stability of the vehicle. How to solve this problem, reflects a society from the level of science and technology to the development of human care and other aspects of. Double cross arm type independent suspension is one of the common forms of suspension, which has a wide range of applications in the automotive field. Its outstanding advantage is that the flexibility of design, through the reasonable choice of the position of the contact point and the length of the control arm, makes the suspension has a reasonable motion characteristics. This design to car models for the design of the double wishbone suspension, using plane mapping method and the plane analytical method of suspension on, under transverse arm of the size and spatial layout design, calculation and selection of double and shock absorber and a helical spring suspension matching system, ensure the tire geometry set parameters under various suspension swings are in line with the requirements of vehicle, the iterative calculation to ensure in various forms under the condition of get the best ride and handling stability. Therefore, this paper firstly makes a research on the choice of the scheme. Through the designer to master the professional knowledge, relevant information on the Internet and at home and abroad, the kinds of design present situation, after a detailed investigation, the graduation design a set of environmental protection and energy saving of electric automobile door. Key words: double cross arm independent suspension; cross arm; stability; reference
摘要 本设计结合悬架设计知识，详细分析了悬架结构，对双横臂独立悬架进行了设计计算。在此基础上，应用虚拟样机技术，在ADAMS/View中对双横臂独立悬架进行合理简化并建模，并对模型进行了参数化，定制界面，即改变初始参数就能快速生成不同的悬架模型，提高了仿真分析以及优化设计的效率，使平台具有开放性。分析研究了所需优化的变量（前轮外倾角、车轮侧滑量）及其函数表达式。进行了悬架动力学仿真分析，研究悬架各性能参数在车轮跳动过程中的变化趋势，并指出需要改进的地方。分析每个设计变量的变化对样机性能的影响，提出优化设计的方案。再次进行仿真，对比分析了优化前后的仿真结果，并评价了优化方案。优化后悬架的性能明显提高，验证了优化方案的可行性，并完成虚拟设计及试验。最后运用Pro/E软件对双横臂独立悬架进行实体的建立。 本设计研究的目的和意义为在试制前的阶段进行设计和试验仿真，并且提出改进意见，在产品制造出之前，就可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率。 关键词：双横独立臂悬架；仿真；虚拟样机技术；ADAMS；Pro/ENGINEER
ABSTRACT On the basis of the Suspension design, this paper calculated a detailed requirements for double wishbone independent suspension structure, I simplified and built a model of double wishbone independent suspension system in ADAMS/View, made the model parameters, then the model was open, and prepared the necessary measuring function. I discussed the performance of the front wheel alignment parameters in a front wheel vehicle positioning. The model was a virtual front suspension test platform. This thesis analyzed the change trend of the suspension performance parameters in the process of flopping the wheel. The impacts of its changes in the trend of design variables are also analyzed, make an optimized design of the program, with the comparative analysis to verify the feasibility of the optimization program before and after the optimization, the suspension’s key data was generated, the virtual design and test were finished. Finally I used Pro/E for double wishbone independent suspension a modeling. The purpose and significance of the article lies in establishing a vehicle double wishbone independent suspension of the virtual design platform for virtual simulation test, pioneering a more scientific approach for the design and development of double wishbone independent suspension, combining the automobile design theory, resolving problems in the field of kinematics and dynamics, improving the quality of design. This research will also contribute to enhance the ability to independently develop products for China’s auto mobile industry. Keywords:Double Wishbone Independent Suspension System; Simulation; Virtual Prototyping Technology; ADAMS; Pro/ENGINNER