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轿车前悬架设计姓名:学院:指导老师:学号:1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3.1悬架的静挠度cf3.2悬架的动挠度df3.3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26.3减振器阻尼系数的确定6.3.1减振器阻尼系数scm26.3.2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6.3.3阻尼系数的确定6.4最大卸荷力oF的确定6.4.1卸荷速度x的确定6.4.2最大卸荷力oF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3一、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185/60R14T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4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: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,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。5(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cf悬架的静挠度cf:是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cf=WF/c。2//mcn(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cmgfc/(3.1-2)式中,g为重力加速度,2/981scmg将cmgfc/代入(3.1-1)得到:cfn/5(3.1-3)6设计时取前悬架的偏频n=1.1Hz由公式(3.1-3)得:mmnfc2061.1/25/25223.2悬架的动挠度df悬架的动挠度df: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,df取7~9mm,此处mmfd803.3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df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7角之差21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:2//mcn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mnc224(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kgmm636%601060%6001则汽车前悬架单侧的簧上质量11m为:kgm2922)52636(11由3.1得偏频n=1.1Hz则:cmNmnc/38.1393429214.31.14422224.3满载时计算刚度由《汽车设计》中公式nnmma650式中,n为包括驾驶员在内的载客数;为行李数查《汽车设计》取n=5查《汽车设计》表1-5行李系数取10kgnnmma14355105651060650则满载时汽车前悬架的载荷kgmma861%601435%601簧下质量仍为52kg,则单侧簧上质量kgmm5.4042)52861(2)52(111则cmNmnc/93.193025.40414.31.144222284.4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MnAsi260)(1)由《汽车设计课程设计指导书》公式(5-17)得:弹性变形f:GdnPCGdnPDf343288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24/108mmNC-弹簧指数(2)由《汽车设计课程设计指导书》公式(5-18)得:23288dPCkdPDk其中k为曲度系数:CCCk615.04414(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CCCk615.04414即:14.110615.041041104615.04414CCCk查《汽车设计课程设计指导书》得2/800mmN且由上得单侧悬架所受的载荷NgmP9.421828.986121又28dPCk则PCkd8取2/800mmN,则mmPCkd1280014.314.1109.421888查《汽车设计课程设计指导书》表5-5取中径2D=200mm则mmCDd20102002满足要求(5)螺旋弹簧变形f9由4.1.1-(1)得:弹性变形f:GdnPCGdnPDf343288即:mmGdnPCGdnPDf76.168201088109.4218888433432弹簧自由高度0H,取支撑圈圈数5.12n时,dtnH0弹簧节距t,一般t取mmD100~605.0~3.02,取t=80mm则fmmdtnH420205800满足要求综上所述,选择材料MnAsi260,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mm4,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。在0.4g侧向加速度作用下,车身侧倾角≤6°~7°,并使车轮与车身倾斜同向,以增强不足转向效应;(4)制动时,应使车身有抗前俯作用;加速时,由抗后仰作业;5.2对后轮轮独立悬架导向机构的设计要求:(1)悬架上载荷变化时,
本文标题:轿车前悬架设计
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