轿车悬架系统设计【麦弗逊悬架】

A0-麦弗逊悬架总装图

摘要

悬架系统是汽车中十分重要的系统之一，尤其在轿车这一类注重舒适性的汽车，驾驶感与乘坐舒适感，直接影响了客户对于汽车整体的满意度，在汽车的设计研发的过程中也越来越重视悬架系统的调教，可见轿车悬架系统的设计就尤为重要了。
本文介绍了悬架系统的设计要求，针对小型轿车进行悬架系统的设计及仿真分析，包括通过对比各类悬架的特性以及轿车自身性能和成本要求对前、后悬架类型的选取；为满足设计要求对悬架静挠度等参数进行计算优化，弹性元件的几何参数设计以及受力分析的校核，减震器类型的选择和相关参数的设计，并利用计算机软件对悬架机构进行了三维建模，通过悬架的运动方式进行了运动仿真以及主要零件的有限元分析。
关键词：悬架；弹簧；减振器；建模；有限元分析

Abstract

Suspension system is one of the most important systems in automobiles, especially in the car this kind of attention to comfort of the car, driving sense and ride comfort, directly affect the customer satisfaction of the overall car, in the design and development of the car also more and more attention to the suspension system, visible car suspension system design is particularly important.
This paper introduced the design requirements of suspension system, the design and simulation of suspension system for small car are carried out in this paper, including the selection of the pre and rear suspension types by comparing the characteristics of various types of suspension and the requirements of the car's own performance and cost, in order to meet the design requirements, the static deflection parameters of the suspension are optimized, The geometrical parameter design of elastic element, the checking of force analysis, the selection of shock absorber type and the design of correlative parameters, and the three-dimensional modeling of suspension mechanism by using computer software, the motion simulation and the finite element analysis of main parts are carried out through the motion mode of suspension.
Keywords: suspension; spring; shock absorber; modeling; finite element analysis

目录

1前言1
2悬架结构形式分析2
2.1独立悬架与非独立悬架2
2.1.1非独立悬架的类型及特点3
2.1.2独立悬架的类型及特点4
2.2前、后悬架方案选择7
3悬架主要参数的确定8
3.1总质量、轴荷分配的确定8
3.2悬架静挠度8
3.3悬架的动挠度9
3.4前悬架主销内倾角与后倾角9
3.4.1主销后倾角11
4弹性元件的设计11
4.1弹簧刚度的计算11
4. 2弹簧的受力及变形11
4. 3弹簧几何参数的计算12
4.3.1弹簧的材料许用应力12
4.3.2选择弹簧旋绕比12
4.3.3计算钢丝的直径d 12
4.3.4弹簧的几何尺寸13
4.4弹簧校核14
4.4.1弹簧刚度校核14
4.4.2弹簧强度校核14
5减振器的设计16
5.1双筒式减振器16
5.2单筒式减振器17
5.3减振器参数的设计18
5.3.1相对阻尼系数ψ 18
5.3.2减振器阻尼系数的确定19
5.3.3减振器最大卸荷力F0的确定20
5.3.4减振器工作缸直径D的确定20
6.前悬架的UG建模23
6.1麦弗逊独立悬架零部件设计23
6.1.1麦弗逊悬架横摆臂的三维建模23
6.1.2麦弗逊悬架螺旋弹簧的三维建模24
6.1.3其他元件的三维建模25
6.2麦弗逊独立悬架的装配27
6.2.1横摆臂的装配28
6.2.2减振器的装配29
6.2.3整体装配29
7轿车前悬架的运动仿真30
8.对麦弗逊悬架中的减振器支座进行有限元分析34
9.经济性分析37
10.结论38
致谢39

1.绪论
在当下，家用轿车普及越来越广泛，人们在注重性能的同时，舒适性也受到了人们越来越多的重视。研究发现，车身自身固有振动特性决定了其舒适性，而悬架的特性又能够决定车身自身固有振动特性。所以，要想提高汽车乘坐的舒适性，还要从设计悬架入手。同时，汽车悬架承担着车架(或车身)与车轴(或车轮)之间各种力及力矩的传递，它是汽车中确保汽车能够安全行驶的重要的一部分。所以，能够直观反映汽车质量的汽车悬架在填写技术规格是尤其重要的部件之一。要想获得良好的汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性选择合理的悬架结构形式以及性能参数就变得十分重要。可见悬架系统在现代汽车上是重要的总成之一。
在汽车还没有设计悬架的汽车发展早期，车轮是直接与车架刚性连接的，当行驶路况变得恶劣时，人会因为从车轮上直接传到车架的冲击力而感到十分的难受，驾驶感和乘坐舒适感也会受到大大的影响，同时车内装载的货物也会因为巨大的冲击力而损坏。汽车悬架是一种弹性联结装置，它将车身与车轮弹性地连接起来。它的作用是把车桥和车架（或车身）大刚性连接改变成为弹性连接，从而降低汽车车身在行驶中所受到的冲击力，保证驾驶员及乘客有着良好的舒适感，同时也保证货物完好，不被损坏；悬架中的减振器能够衰减由于车轮冲击而引发弹性系统的振动，保证了汽车在行驶中能够有着稳定的行驶状态，改善操纵稳定性；同时轿车行驶中受到来自地面的各个方向的反力以及这些力所作用到车架上而产生的力矩都由轿车悬架系统承担并传递，保证汽车行驶平顺。

A1-横摆臂球头装配

A2-工作缸

A2-转向节