汽车悬架

2021年1月22日发(作者：戚厚华)

目


录


1
绪


论

............................
错误！未定义书签。

1.1
悬架的作用

............................
错误！未定义书签。

1.2
麦弗逊式悬架的特点

....................
错误！未定义书签。

1.3
课题的研究目标、内容和手段

............
错误！未定义书签。

2
已知参数

.............................................
3

3
悬架的设计计算

.......................................
4

3.1
悬架主要参数的确定

.....................................
4

3.1.1
悬架静挠度计算

.......................................
4

3.1.2
悬架动挠度的选择

.....................................
4

3.1.3
悬架刚度计算

.........................................
4

3.2
导向机构设计

...........................................
5

3.2.1
侧倾中心

.............................................
6

3.2.2
纵倾中心

.............................................
7

3.2.3
控制臂

.............. .................................
7

3.2.4
控制臂建模

...........................................
8

3.2.5
支撑胶垫

.............................................
8

3.2.6
球头销

.............. .................................
8

3.2.7
球头销建模

...........................................
9

3.3
螺旋弹簧的设计

.........................................
9

3.3.1
螺旋弹簧的刚度计算

...................................
9


3.3.2
初选螺旋弹簧的相关参数

...............................
10

3.3.3
螺旋弹簧相关参数的计算及校核

.........................
10

3.3.4
螺旋弹簧建模

........................................
13

3.4
减振器设计

............................................
13

3.4.1
相对阻尼系数的选择

..................................
14

3.4.2
阻尼系数的选择

......................................
14

3.4.3
最大卸荷力的确定

....................................
14

3.4.4
筒式减振器工作缸直径的确定

..........................
15

3.4.5
减振器建模

..........................................
15

3.5
横向稳定杆设计

........................................
16

3.5.1
横向稳定杆设计计算

..................................
16

3.5.2
横向稳定杆建模

......................................
17

3.6
悬架模型装配

..........................................
17

4
基于
ADAMS
的仿真

....................
错误！未定义书签。

4.1
ADAMS
简介
.............................
错误！未定义书签。

4.2
悬架硬点计算

..........................
错误！未定义书签。

4.3
ADAMS/CAR
麦弗逊悬架模型的建立

.........
错误！未定义书签。

4.4
分析结果

..............................
错误！未定义书签。

5
总结

.
...............................
错误！未定义书签。

参考文献

.
..............................
错误！未定义书签。

致谢

.
..................................
错误！未定义书签。

附录

.
.................................
错误！未定义书签。



2
已知参数

已知汽车的参数如下表：

表
2-1

已知参数

已知参数

整车整备质量（
kg
）

满载总质量（
kg
）

前轮轮距（
mm
）

轴距（
mm
）

额定功率（
kw
）

额定扭矩（
n*m
）

最小离地间隙（
mm
）

轮胎规格

数据

1620
2130
1580
2720
103
186
190
225/65 R17

根据表
2-2
取空载前轴轴荷为
56.8%
，
后轴为
43.2%
，
满载前轴轴荷为
47.6%
，
后轴为
52.4%
，则可计算出空载 前轴质量为
920kg
，空载后轴质量为
700kg
，满
载前轴质量 为
1014kg
，满载后轴质量为
1116kg
。

表
2-2

轿车轴荷分配范围

车型

前置发动机前轮驱动

前置发动机后轮驱动

后置发动机后轮驱动

空载

前轴

56%
～
66%
50%
～
56%
42%
～
50%
后轴

34%
～
44%
45%
～
50%
50%
～
58%
前轴

47%
～
60%
45%
～
50%
40%
～
45%
满载

后轴

40%
～
53%
50%
～
55%
55%
～
60%



3
悬架的设计计算

3.1
悬架主要参数的确定

3.1.1
悬架静挠度计算

悬架静挠度是指汽车满载静止时悬架上的载荷
Fw
与此时悬架刚度
C
之比，
即
。

静挠度计算公式可表示为：



设计时
n
取
1.2Hz
，从而计算得


3.1.2
悬架动挠度的选择

悬架的动挠度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< br>2/3)
时，
车轮中心相对车架
(
或车身
)
的垂直位 移。
要求悬架应有足够大的动挠度，
以防止在坏路面上行驶时经常碰撞
缓冲块。
对轿车而言，
取
70
～
90mm
，
且
/
的比值应不小于
0.5
，
此处动挠度
取
88mm
。

3.1.3
悬架刚度计算

悬架刚度是衡量悬架抵抗变形的能力的一种量度 ，
其值等于悬架承受的载荷
与该载荷引起的悬架的变形的比值。
对于轿车驱动桥，采用独立悬架的非悬挂质
量为
60
～
100kg
，并且取值约为 下限，此处取非悬挂质量为
60kg
，则通过公式


可计算出
C=25.84N/mm
。


表
3-1
悬架计算结果

名称

结果

静挠度
(mm)
172
动挠度
(mm)
90
刚度
(N/mm)
25.8

(3-1)

3.2
导向机构设计

如图
3-1
所示为麦弗逊式悬架导向机构的受力分析


图
3-1
导向机构受力分析



——

前轮上的静载荷


——

作用到导向套上的力


——

弹簧轴向力


——

减去前轴簧下质量的
1/2
a

——

弹簧和减振器轴线相互偏移的距离


由图上关系可推导出作用在导向套上的力


而

(3-2)
的存在会使活塞杆与导向套之间产生摩擦力，
并且摩擦力随之增大而增< br>大，
过大的摩擦力会对汽车的平顺性造成不利的影响。
从上式可以看出，
减小< br>有减小
a
或者增大
(c+d
）
两种途径，
但是
c+d
的增大受限于悬架的空间，
其过大

会使得布置变得困难。
倾斜减振器轴线可达到减小
a
的目的，
但是同样会给布置
带来困难。因此，在 不改变减振器轴线的前提下，将
G
点外伸至车轮内部，能同
时获得较小的
a< br>值和主销偏移距，
使制动稳定性得到提高，
但主销轴线将不在于
减振器轴线重合 。

另外为了减小活塞杆与导向套之间的摩擦力，
还可以通过倾斜弹簧轴线的方
法实现。
将弹簧轴线倾斜，
使之与减振器轴线偏移一段距离，
此时弹簧作用力会对活塞杆产生一个与
从而减轻摩擦。


作用相反的力矩，
在此力矩作用下，
有利于减小
作用，
3.2.1
侧倾中心

如图
3-1
所示，
过车身与悬架的固定连接E
做减振器活塞杆运动方向的垂线
并与下摆臂线延长线相交于点
P
，P
即为极点。车轮与地面接触点
N
和
P
点的连
线与汽车 轴线相交，交点
W
即为侧倾中心。



图
3-2

侧倾中心的确定


由图上关系可得出




式中

(3-3)


已知
B=1580mm
，
设计 时取下摆臂长
492mm
，
=65mm,d=96mm,c+o=535mm,
β
=1
°
,
σ
=13
°，代入数据得
Iw
=52mm
。

为使汽车发生侧翻的可能性降低
,
前悬架的 侧倾中心应该高一些，汽车车身
的侧倾角也会随之减少。
一般而言，
对于前悬架采用独 立悬架的汽车，
侧倾中心
高度取值范围为
0
～
120mm
。 本设计计算出的侧倾中心高度为
Iw
=52mm
，符合要
求。

3.2.2
纵倾中心



汽车在加速或制动时，
前后悬架会由于惯性力的作用而发生变形，
表现为制
动时汽车出现前部下沉的前倾现象，称为制动纵倾。
在悬架设计时应考虑采取措
施尽量减小或消除驱动及制动时悬架的变形。< br>因此要合理设计纵倾中心，
使之位
于两桥之间，以提高抗制动纵倾性。

麦弗逊式悬架的纵倾中心确定方法：将下摆臂旋转轴线延长，然后通过
E
点做减振器运动方向 的垂线，两者相较于
o
点，
o
点即为纵倾中心。纵倾中心与
车轮接地 点连线与水平方向的夹角可表征汽车的抗前倾能力，
夹角越大，
抗前倾
能力越强。减振器支柱后倾，
加大下摆臂旋转轴线的侧视图倾斜角都能增大此夹
角，可根据实际情况适 当调节。



图
3-3
纵倾中心确定方法


3.2.3
控制臂

控制臂又称摆臂，
其作用是传递车轮与车架间的力和力矩，
通常一端通过橡

胶衬套铰接于车架、
副车架或车身，
另一端用球头销与车轮相连，
另外其尺寸 及
布置形式也会对悬架的运动特性产生影响。
麦弗逊式悬架为了提高控制臂本身刚
性常 采用
L
型结构。


3.2.4
控制臂建模
< br>首先创建草图，通过直线、圆等绘制工具，加以适当修剪，约束，得到其草
图，然后通过“拉伸” 命令，分别对不同部位进行拉伸，选择恰当的布尔运算，
最后得到控制臂实体。



图
3-4
控制臂模型


3.2.5
支撑胶垫

在麦弗逊悬架中，
支撑胶垫位于螺旋弹簧和减振器与车身连接处，
用以隔绝
来自于车轮的冲击和振动。
本次设计采用分离输入式，
能分别传递螺 旋弹簧和减
振器上的力，以提高汽车平顺性。


3.2.6
控制臂球头销

球头销是控制臂或推力杆与其他部件相连的重要部分，
其主要 功能是实现车
轮上下跳动和转向运动。
根据功能和载荷输入方向的不同，
可分为承受簧 上载荷
型和不承受簧上载荷型。

性能要求：

1.
为满足车轮上下跳动的要求，应当有足够大的摆角。

2.
为保证转向轻便性和易操纵，应有较小的摩擦力矩。

3.
不应有过大间隙，以防引起车轮摆振和异常噪声。

4.
良好的 密封性是保证球头销在泥水及高低温环境下能正常使用的重要条
件。

5.
为承受车轮传来的力和振动，要强度足够大，耐久足够长。



3.2.7
球头销建模

首先通过直线、圆等命令绘制草图，由于是轴对称 图形，因此可以仅绘制一
边，而另一边通过镜像命令得到，以提高画图效率。完成草图后，然后通过“回
转”
命令，
回转对象为刚刚完成的草图，
中心轴线为其对称轴，
之后 完成边倒角，
可得到其实体。


图
3-5
球头销模型


3.3
螺旋弹簧的设计

3.3.1
螺旋弹簧的刚度计算

螺旋弹簧作为弹性元件，
由于其 结构简单、
制造方便及有高的比能容量，
因
此在现代轻型以下汽车的悬架中应用相当普 遍。
根据汽车的工作条件，
采用热扎
弹簧钢
60Si2MnA
，加热 成形，而后淬火﹑回火等处理，端部选用碾细并紧的结
构。

由图
3-1
可得出



式中
C
s

——

弹簧刚度



C

——
悬架刚度



L
EP

——
P
点到悬架与车身的固定连接处
E
点距离



L
P

——
P
点到车轮轴线的水平距离

由图
3-1
可知

(3-4)