摘 要

关于汽车性能提升的研究方向有很多，近年来，世界汽车工业的热门研究方向之一，是如何提升汽车的操纵稳定性和平顺性。提升操纵稳定性和平顺性涉及的条件有发动机的性能、悬架的性能、制动性能、车身的空气动力学、轮胎类型等。其中，汽车悬架系统对汽车使用性能有直接且重要的影响，合理设置悬架特性，选择各项参数，可以使得汽车的操纵稳定性、驾驶时的舒适性、转向过程中的轻便性这些参数指标有很大的提升，于此同时还可以使得轮胎的使用寿命也有很大的延长。

在本文的第一部分中，我们首先系统并且详细地介绍了一下悬架系统是如何组成的，以及是如何分类的，接下来根据悬架系统现在的发展情况，简要分析了一下悬架系统未来会是一个怎样的的发展趋势。本文以东风风神A60车型为对象，选择麦弗逊式独立悬架作为其前悬架，根据设计要求对麦弗逊式独立悬架中的弹性元件、减振器、导向机构等重要零部件进行了结构选型、设计计算和可行性校核。在完成了以上所有的工作之后，最后我们对这个麦弗逊式前悬架建立了一个三维模型，利用的是CATIA软件。

关键词：麦弗逊式悬架；独立悬架；悬架设计；CATIA三维建模

Abstract

In recent years, improving the handling stability and ride comfort has always been a hot research direction in the world auto industry. Engine characteristics, suspension characteristics, braking characteristics, body stiffness, aerodynamic characteristics, and tire characteristics all play an important role in improving the handling stability and the ride comfort of the vehicle. Among them, the automotive suspension system has a direct and important impact on the performance of the vehicle. Reasonably set suspension characteristics and select various parameters to improve handling stability, comfort, and steering lightness, while also extending the service life of tires.

This article first introduces the composition and classification of the suspension system, and briefly analyzes the future development trend of the suspension system. In this paper, the Dongfeng Fengshen A60 model is selected as the object, and the McPherson-type independent suspension is selected as the front suspension. According to the design requirements, the structural selection, design calculation and feasibility check of the elastic components, shock absorbers, guide mechanisms and other important components in McPherson independent suspension are carried out. On this basis, the three-dimensional model of the McPherson-type front suspension is established using CATIA software.

Key Words：McPherson-type suspension; independent suspension; Suspension design; CATIA 3D modelingc

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2悬架系统概述 1

1.2.1悬架系统组成 1

1.2.2悬架的类型 2

1.2.3悬架的发展趋势 4

1.3课题研究的主要内容 5

第2章 麦弗逊式独立悬架结构设计 6

2.1麦弗逊式悬架概述 6

2.2螺旋弹簧设计 7

2.3减振器设计 8

2.4导向机构设计 8

2.5横向稳定杆设计 9

第3章 麦弗逊式独立悬架设计计算 10

3.1悬架主要参数确定 10

3.2悬架性能参数的选取 10

3.3螺旋弹簧的设计计算 12

3.3.1确定弹簧直径及刚度 13

3.3.2其他弹簧参数计算 13

3.3.3弹簧的校核 14

3.4减振器的设计计算 14

3.4.1主要性能参数 14

3.4.2主要尺寸参数 16

3.5横向稳定杆的设计计算 16

3.6导向机构的设计计算 17

3.6.1侧倾中心 17

3.6.2侧倾轴线 18

第4章 悬架三维建模 19

4.1 螺旋弹簧 19

4.2 减振器 19

4.3 横向稳定杆 20

4.4 导向机构 20

4.5 其他零部件 20

4.5.1 轮辋 20

4.5.2 车轮轴承 21

4.5.3 转向节 21

4.5.4 连接件 21

4.5.5 球头销 22

第5章 总结 23

参考文献 24

致 谢 25

第1章 绪论

1.1课题研究背景

二十一世纪以来，我国经济建设发展迅速，交通体系不断完善，汽车保有量不断增加，汽车已经成为家家户户日常生活中常见的交通工具。当汽车在凹凸不平的路面上行驶时，汽车的隔振系统尤其是悬架，将凹凸不平的路面传递到车轮上的随机激励传递给车身和乘员，不仅会缩短零部件的使用寿命，而且会影响乘员的乘坐舒适性，同时传递至方向盘、换挡手柄的振动也会给驾驶员的操作带来不便。对于装有不同悬架的汽车，即使以相同的速度，在同样等级的路面上行驶，车内乘员感受到的振动程度也不尽相同。汽车的行驶平顺性，顾名思义，是指汽车不论在平坦或是在坑洼路面上行驶时，都能尽量减小振动的程度，让乘员尽量不受到振动的干扰。因为减小振动程度主要是为了不影响乘员乘坐汽车的舒适性，所以平顺性也可以称为乘坐舒适性。

在汽车振动系统中，车速、路面状况、装载量和悬架参数为影响汽车行驶平顺性的四个主要影响因素^[1]。其中路面状况和行车速度几乎时时刻刻在发生着变化，装载质量也会随乘员人数和行李质量变化，以上三个因素，都难以把握和控制，因此只有悬架参数是我们可以准确把握的因素。对于需要研究的某型汽车来说，在确定了安装哪种形式的悬架后，我们可以通过各种方法对悬架及整车系统进行研究，寻求适当的悬架参数以使汽车获得最佳的平顺性能。这样不仅可以在很短的时间内开发出新的产品，且用于此开发的费用会大大降低，同时还可以快速获得质量很好的产品。这显然对推动我国汽车自主开发、提升汽车行业的整体竞争力有着重要的意义。

1.2悬架系统概述

1.2.1悬架系统组成

悬架是车身与车轮之间的连接装置，路面对车轮的力和力矩以及车身对车轮的力或力矩，都需要靠悬架这个连接装置来传递。这也是目前大多数研究人员认为的，悬架最主要的作用。其次，悬架的连接不能是刚性的连接，否则振动会直接传递给车身和乘员，加快零部件的损耗，使乘员感觉极不舒适，因此连接是弹性的，可以让剧烈的冲击力尽量减小，同时振动尽快停止，这也是悬架的第二个作用。如果汽车高速行驶或是在凹凸不平的路面上行驶的时候，车轮不能按照既定的轨迹运动，那么汽车的操纵稳定性就会变差，这是悬架的第三个作用，即保证高速时汽车车轮的运动特性。为了实现这两个作用，汽车悬架系统通常由弹性元件、减振器、导向机构等组成，辅助元件包括横向稳定器和缓冲块。

汽车行驶在凹凸不平的路面上时，车轮不可能始终贴合路面，车轮振动时路面就会对车轮产生冲击，尤其是汽车高速行驶时，这种冲击力会特别大。冲击力传给车身和乘员，会缩短零部件的使用寿命，同时造成乘员的不舒适感，因此除了具有弹性的轮胎以外，还需要一些弹性元件，它们的作用就是连接车架（或车身）与车轴（或车轮），以达到缓和冲击的效果。但是弹性元件受到冲击会产生振动，如果没有外力介入，弹性元件会持续振动一段时间，进而造成乘员的不舒适感，因此需要减振器来迅速衰减弹性元件的振动。介绍悬架的作用时，第三项是保证汽车车轮按照既定的路线跳动，为了完成这一要求，悬架中应该有专门的机构，使汽车行驶时，车轮的运动始终保持理想的既定轨迹，因此称其为导向机构。

从以上的介绍中可以看出，弹性元件、减振器、导向机构的作用一方面是可以共同传递力和力矩，另一方面的作用则体现在它们可以缓和冲击、衰减振动和导向。

1.2.2悬架的类型

按照悬架参数是否可以调节，将汽车悬架分为三类：被动悬架、主动悬架和半主动悬架^[2]。

被动悬架是最早开始发展，并且直到目前为止应用仍然最广泛的悬架之一，它的组成包括了弹性元件、减振器、导向机构，相比于主动悬架和半主动悬架，结构简单。根据相关算法在设计阶段设置了减振器阻尼和弹簧刚度后，这些参数就不能再改变，那么被动悬架实质上其实是被动地吸收能量并缓和冲击。但是因为减振器阻尼和弹簧刚度不可调，而且不同路况和车速时，弹簧的振动和减振器的衰减情况都不同，所以被动悬架只能在某一种路况和车速时得到最佳的性能。因此，早在1955年，通用汽车公司的Federspiel Labrosse就提出了设计主动悬架的想法^[3]。主动悬架的设计必须有可能使跳动和俯仰运动最小化，以保证乘客的乘坐舒适性^[4]。主动悬架，顾名思义它会结合道路的实际情况和汽车在通过该路面时的振动状态，及时地将传感器测量的信号通过电路传入电子控制单元来进行计算。电子控制单元对收到的信号进行分析计算，寻找与目前汽车运动状态最匹配的，能让悬架效率最大化的悬架参数，然后将结果发给悬架上的控制器。控制器收到指令后，立即按照要求对悬架参数进行相应的调整。整个过程时间非常短，从而达到实时控制汽车的悬架参数的效果。1973年，半主动悬架的概念由美国加州大学的Crosby和Karnopp首次提出^[5]。在悬架中，承担缓和冲击、衰减振动作用的有减振器和弹簧，因此半主动悬架可以分别对其性能，阻尼和刚度进行调整，即可得到阻尼或刚度可调的两种类型的半主动悬架。主动悬架需要对汽车的状态实时分析，需要复杂的结构来实现这个功能，而半主动悬架只是依靠弹簧或减振器的性能进行自动调整，不需要电子设备，结构简单得多，因此成本较低，性价比高。

而根据导向机构的结构特点，汽车悬架又可分为两大类，其中一种是非独立悬架，另一种则是独立悬架^[6]。其结构分别如图1.1及图1.2所示。

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