麦弗逊悬架的毕业设计

目录1前言.................................................错误!未定义书签。2总体方案论证........................................................32.1非独立悬架与独立悬架..............................................32.2独立悬架结构形式分析..............................................32.3悬架选择的方案确定................................................33前后悬架系统的主要参数的确定及对整车性能的影响......................53.1悬架静挠度........................................................53.2悬架动挠度........................................................63.3悬架弹性特性.......................................................63.4前悬架主销侧倾角与后倾角..........................................74弹性元件的设计.......................................................94.1螺旋弹簧的设计.....................................................94.2钢板弹簧的设计.....................................................94.2.1钢板弹簧的布置方案...............................................94.2.2钢板弹簧主要参数的确定...........................................94.2.3钢板弹簧各片长度的确定..........................................124.2.4钢板许用静弯曲应力验算..........................................134.2.5钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算....................144.2.6钢板弹簧总成弧高的核算..........................................154.2.7钢板弹簧强度验算................................................165减震器机构类型及主要参数的选择计算..................................185.1减震器的分类......................................................185.2相对阻尼系数......................................................185.3减震器阻尼系数的确定..............................................195.4最大卸荷力的确定..................................................205.5筒式减震器工作缸直径的确定........................................206结论...............................................................21参考文献.............................................................22致谢.............................................................23附录.............................................................2411前言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)之间具有弹性联系并能传递载荷、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联接，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。采用弹性联接后，汽车可以看作是由悬挂质量(即簧载质量)、非悬挂质量(即非簧载质量)和弹簧(弹性元件)组成的振动系统，承受来自不平路面、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。导向机构决定了车轮跳动时的运动轨迹和车轮定位参数的变化，以及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。尽管一百多年来汽车悬架从结构型式到作用原理一直在不断地演进，但从结构功能而言，它都是由弹性元件、减振装置和导向机构三部分组成。在有些情况下，某一零部件兼起两种或三种作用，比如钢板弹簧兼起弹性元件及导向机构的作用，麦克弗逊悬架(McPhersonstrutsuspension，或称滑柱摆臂式独立悬架)中的减振器柱兼起减振器及部分导向机构的作用。如前所述，汽车悬架和悬挂质量、非悬挂质量构成了一个振动系统，该振动系统的特性很大程度上决定了汽车的行驶平顺性，并进一步影响到汽车的行驶车速、燃油经济性和运营经济性。该振动系统也决定了汽车承载系和行驶系许多零部件的动载，并进而影响到这些零件的使用寿命。此外，悬架对整车操纵稳定性、抗纵倾能力也起着决定性作用。因而在设计悬架时必须考虑以下几个方面的要求：a、通过合理设计悬架的弹性特征及阻尼特性确保汽车具有良好的行驶平顺性，既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；b、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；c、导向机构的运动应与转向杆系的运动相协调，避免发生运动干涉，否则可能引发转向轮摆振；d、侧倾中心及纵倾中心位置恰当，汽车转向时具有抗侧倾能力，汽车制动和加速时能保持车身的稳定，避免发生汽车在制动和加速时的车身纵倾（即所谓“点头”麦弗逊式悬架的设计2和“后仰”）；e、悬架构件的质量要小尤其是其非悬挂部分的质量要尽量小；f、便于布置，在轿车设计中特别要考虑给发动机及行李箱留出足够的空间；g、所有零部件应具有足够的强度和使用寿命；h、制造成本低；i、便于维修、保养。为了满足汽车具有良好的行驶平顺性，要求由簧上质量与弹性元件组成的振动系统的固有频率应在合适的频段，并尽量可能低。前、后悬架固有频率的匹配应合理。本课题的名称是进行YC1020货车的前后悬架设计。课题来源于盐城奥驰机械有限公司。主要研究的内容是1.进行前后悬架的底盘布置；2.悬架结构型式分析和主要参数的确定；3.用AUTOCAD完成悬架装配图及主要零件图。解决的问题有1.解决汽车零部件企业麦弗逊悬架产品开发过程中设计与产品建模等问题；2.规范合理的型式和尺寸选择，结构和布置合理；3.分析其结构形式及主要参数的确定。鉴于QF1020轻型货车的特点，综合悬架的各自特性以及成本等方面，货车前部载人，后部载货，故将汽车的前悬设计为麦弗逊悬架，后悬设计为钢板弹簧悬架。32总体方案论证2.1非独立悬架与独立悬架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色是左、右车轮之间由一刚性梁或非断开式车桥联接，当单边车轮驶过凸起时，会直接影响另一侧车轮。独立悬架左右车轮各自“独立”地与车架或车身相连或构成断开式车桥。以纵置钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置的非独立悬架，其主要优点是：结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。缺点是：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；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；当两侧车轮不同步跳动时，车轮会左、右摇摆，使前轮容易产生摆振；前轮跳动时，悬架易与转向传动机构产生运动干涉；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；汽车转弯行驶时，离心力也会产生不利的轴转向特性；车轴（桥）上方要求有与弹簧行程相适应的空间。这种悬架主演运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。独立悬架的优点是:非悬挂质量小,悬架所受到并传给车身的冲击载荷小,有利用于提高汽车的行驶平顺性及轮胎的接地性能;左右车轮的跳动没有直接的相互影响,可减少车身的倾斜和振动;占有横向空间少,便于发动机布置,可以降低发动机的安装位置,从而降低汽车质心位置,有利于提高汽车的行驶稳定性;易于实现驱动轮转向。2.2独立悬架结构形式分析独立悬架有多种结构形式,主要分为双横臂式；单横臂式；双纵臂式；单纵臂式；麦弗逊式和扭转梁随动臂式等几种类型。对于不同结构形式的独立悬架，不仅结构特点不同，而且许多基本特征也有较大区别。时常从侧倾中心高度，车轮定位参数的变化，悬架侧倾角刚度，横向刚度几个方面进行评价。不同类型的悬架占用的空间尺寸不同，占用横向尺寸大的悬架影响发动机的布置和从车上拆装发动机的困难程度。占用高度空间小的悬架，则允许行李箱宽敞，而且底部平整，布置油箱容易。因此悬架占用的空间尺寸也用来作为评价指标之一。2.3悬架选择的方案确定目前汽车的前后悬架采用的方案有：前轮和后轮均采用非独立悬架；前轮采用独立悬架，后轮采用非独立悬架；前轮与后轮均采用独立悬架等几种。麦弗逊式悬架的设计4前、后悬架均采用非纵置钢板弹簧非独立悬架的汽车转向行驶时，内侧悬架处于减载而外侧悬架处于加载状态，于是内侧悬架受到拉伸,外侧悬架受到压缩，结果与悬架固定连接的车轴（桥）的轴线相对汽车纵向中心线偏转一个角度α。对前轴，这种偏转使汽车不足转向趋势增加；对后桥，则增加了汽车过多转向趋势。汽车将后悬架纵置钢板弹簧的前部吊耳位置布置得比后边吊耳低，于是悬架的瞬时运动中心位置降低，结果后桥轴线的偏离不再使汽车具有过多转向趋势。另外，前悬架采用纵置钢板弹簧非独立悬架时，因前轮容易发生摆振现象，不能保证汽车有良好的操纵稳定性，所以前悬架采用独立悬架。针对本课题(1020轻型货车的悬架)从经济性,结构布置的合理性等方面考虑前悬架采用麦弗逊悬架,后悬架采用钢板弹簧悬架。如图2.1为麦弗逊悬架。3前后悬架系统的主要参数的确定及对整车性能的影响3.1悬架静挠度（公式来自《汽车设计》第四版）悬架静挠度cf是指汽车满载静止时悬架上的载荷WF与此时悬架刚度c之比，即cFfWc/。汽车前、后悬架与其簧上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近似等于1，于是汽车前、后轴上方车身两点的振动不存在联系。因此，汽车前、后部分的车身的固有频率1n和2n(亦称偏频)可用下式表示11121mcnn2=1112cm（3-1）式中，1c、2c为前、后