摘要
随着汽车的逐渐普及，用户对汽车性能的要求越来越高，在获得良好的动力性和经济性的同时，还要求具有良好的操纵稳定性和行驶平顺性。传统的钢板弹簧式悬架已难以满足汽车行驶舒适性和操纵稳定性等方面提出的要求，因而在轻型载货车及轻型客车上推广使用独立悬架，尤其是双横臂独立悬架得到较大的发展。所以，研究双横臂独立悬架是非常必要的。
双横臂独立悬架的刚度和静挠度等参数对汽车的平顺性有很大影响，而导向机构的空间位置关系直接影响汽车的操作稳定性。因此，对双横臂独立悬架进行静力学和动力学分析是非常有必要的。
本在比较了多种静力学和运动学分析方法的基础上，决定采用以空间机构运动学分析理论进行计算分析。本文主要研究轻型货车前双横臂独立悬架的静力学和运动学特性的计算和分析方法，以及机构零件的工艺性分析。
首先，本文介绍了前轮定位参数的有关概念以及独立悬架导向机构运动特性对汽车性能的影响。然后给出了进行悬架静力学和运动学特性分析与计算时所需要的数学工具和有关结论。并且，给出了应用这些数学工具进行具体分析与计算的方法和步骤。
并且本文采用该算法对BJ1042前悬架进行了改进，将原来的钢板弹簧改为双横臂独立悬架并对其导向机构进行了静力学参数和运动特性参数计算,并对计算结果和试验结果进行了对比分析。结果表明:该算法可行、有效,利用该方法指导设计可改进导向机构的运动特性。
关键词车辆工程双横臂独立悬架导向机构静力学运动学
目录
第一章绪论1
第二章设计任务和要求7
2．1设计任务和要求7
2.1.1设计任务7
2.1.2设计要求7
2.2设计主要内容8
第三章方案论证9
3．1悬架的作用和组成9
3.1.1悬架的作用9
3.1.2悬架的组成9
3.1.3悬架的设计要求12
3．2悬架的种类13
3.2.1非独立悬架13
3.2.2独立悬架14
3.2.3几种典型的独立悬架的特点16
3. 3双横臂独立悬架18
3.3.1按摆臂长度分类18
3.3.2按悬架中弹性元件分类19
3. 4前轮定位参数的作用及变化要求23
3.4.1外倾角23
3.4.2主销后倾角24
3.4.3主销内倾角24
3.4.4车轮前束26
3. 5悬架结构元素27
3.5.1双横臂独立悬架的特点27
3.5.2扭杆弹簧27
3.5.3上、下控制臂长度比值29
第四章双横臂独立悬架运动学分析以及车轮定位参数的计算31
4．1双横臂独立悬架运动学分析31
4.1.1空间机构学理论31
4.1.2双横臂独立悬架空间运动分析计算36
4.2双横臂独立悬架车轮定位参数的分析计算42
第五章悬架静力学的分析与计算45
5. 1悬架静力学分析计算45
5.2计算过程50
5.2.1确定悬架的平衡位置51
5.2.2求平衡位置时的各点坐标53
5.2.3对悬架进行运动学特性分析计算55
5.2.4扭杆弹簧的刚度计算55
5.2.5扭杆强度计算56
5.2.6对悬架进行静力学计算57
第六章扭杆弹簧的加工工艺59
6.1扭杆弹簧的制造59
6.2扭杆弹簧的检验61
6.2.1外观检查62
6.2.2尺寸检查62
6.2.3检验弹簧特性62
6.2.4硬度检验62
结论63
参考文献64
附录A：英文翻译68
附录B：英文原文87
致谢110
悬架是保证车轮或车桥与汽车的承载系统（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。
悬架的主要任务是传递作用在车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩；缓和路面传给车架（或车身）的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。为此必须在车轮（或车桥）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（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，承受来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。为了衰减不必要的振动，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以及纵倾中心的位置，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和特点，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、右车轮之间由一根刚性梁或非断开式车桥联接，当单边车轮行驶过突起时，会直接影响另一侧车轮。独立悬架中没有这样的梁，左、右车轮各自独立的与车架（或车身）相连或构成断开式车桥，按结构特点又可分为横臂式、纵臂式和斜臂式等等。
按照弹性元件的种类，汽车悬架又可以分为钢板弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹簧悬架、空气弹簧悬架以及油气弹簧悬架等等。
按照作用原理，悬架可分为被动悬架、主动悬架和介于二者之间的半主动悬架。
从动悬架即传统式的悬架，是由弹簧、减振器（减振筒）、导向机构等组成，它的功能是减弱路面传给车身的冲击力，衰减由冲击力而引起的承载系统的振动。其中弹簧主要起减缓冲击力的作用，减振器的主要作用是衰减振动。由于这种悬架是由外力驱动而起作用的，所以称为从动悬架。
主动悬架是近十几年发展起来的，由电脑控制的一种新型悬架，具备三个条件：（1）具有能够产生作用力的动力源；（2）执行元件能够传递这种作用力并能连续工作；（3）具有多种传感器并将有关数据集中到微电脑进行运算并决定控制方式。因此，主动悬架汇集了力学和电子学的技术知识，是一种比较复杂的高技术装置。
例如装置了主动悬架的法国雪铁龙桑蒂雅，该车悬架系统的中枢是一个微电脑，悬架上有5种传感器，分别向微电脑传送车速、前轮制动压力、踏动油门踏板的速度、车身垂直方向的振幅及频率、转向盘角度及转向速度等数据。电脑不断接收这些数据并与预先设定的临界值进行比较，选择相应的悬架状态。
同时，微电脑独立控制每一只车轮上的执行元件，通过控制减振器内油压的变化产生抽动，从而能在任何时候、任何车轮上产生符合要求的悬架运动。因此，桑蒂雅桥车备有多种驾驶模式选择，驾车者只要扳动位于副仪表板上的“正常”或“运动”按钮，轿车就会自动设置在最佳的悬架状态，以求最好的舒适性能。
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统和行驶系许多零部件的动载，并进而影响到这些零部件的使用寿命。此外，悬架对整车操纵稳定性、抗纵倾能力也起着决定性的作用。因而在设计悬架时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以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.导向机构的运动应与转向杆系的运动相协调，避免发生运动干涉；否则可能发生转向轮摆振；
4.侧倾中心和纵倾中心位置恰当，当汽车转向时具有抗侧倾能力，汽车制动和加速时能保证车身的稳定，避免发生汽车在制动和加速时车身的纵倾（即所谓“点头”和“后仰”）；
5.悬架构件的质量要小，尤其是非悬挂部分的质量要尽量小，可以提高行驶的稳定性；
6.便于布置，在轿车设计中特别要考虑给发动机和行礼箱留出足够的空间；
7.所有零件、部件应该具有足够的强度和使用寿命；
8.制造成本低；
9.便于维修保养。
我国现在正在通过同国际上的大的汽车商的合作方式来改进我们设计悬架的能力。同时，在全国高校的相关专业也正通过先进课题的研究突破来增强我们民族工业的竞争力。在国家的政策和技术支持下，我们应该看到未来的中国汽车工业将会是蓬勃发展的。
改革开放以来，我国国民经济得到飞速发展，人民群众的生活水平得到日益提高，汽车正悄然进入普通百姓的家中。而且随着时代的发展，人们对汽车乘坐舒适性的要求也越来越高。所以汽车悬架的设计将会更为重要。我们这些未来要从事汽车设计行业的大学生也将肩负起振兴民族汽车工业的重担。
本次轻型客车的前悬架设计，考虑到舒适性的要求。该悬架采用的形式是双横臂独立悬架，同其它悬架相比，它具有良好的基本性能。对双横比独立悬架的运动学分析，传统方法是平面作图法和平面解析法，这两种方法都忽略了主销后倾角和摆臂轴轴线的空间角度，而实际中并非如此。因此在进行悬架运动学分析以及确定车轮定位参数变化和轮距变化以及悬架刚度计算时会出现一定程度的误差，有时尤其当摆臂轴轴线空间角度较大时，误差十分明显，分析的结果往往不够合理，因此平面法已无法胜任这种情况的解决，必须采用空间机构学原理进行空间运动分析其结果才算合理，而矩阵法在空间机构分析中，是既易于理解和掌握应用又富有解题威力的一种解题方法，本设计中将采用它来分析本次所要设计的双横臂独立悬架的车轮定位参数的变化情况。
在整车坐标系中，建立了悬架运动分析模型，通过空间机构学理论，进行了细致的分析和推导，的出了悬架运动分析结果。之后又建立了简化后的力学模型，进行了受力分析和求解，并与悬架的运动分析相结合，准确求出了悬架的刚度，以上计算结果为评价悬架的性能提供了充分的依据，根据这些计算结果设计确定了该悬架的基本尺寸和参数。
