272 双横臂独立悬架的设计

双横臂独立悬架的 作者：作者： 导师：导师： 主要设计内容主要设计内容 §§ （（11）对双横臂独立悬架的各主要部件如减振）对双横臂独立悬架的各主要部件如减振 器、横向稳定器、螺旋弹簧和导向机构进行选器、横向稳定器、螺旋弹簧和导向机构进行选 型设计。型设计分析。 （（22）用）用UGUG完成双横臂独立悬架的三维实体模完成双横臂独立悬架的三维实体模 型。型。 （（33）将悬架）将悬架UGUG三维实体模型转换为三维实体模型转换为CADCAD二二 维图纸，完成两张维图纸，完成两张AA00设计图纸的图量。设计图纸的图量。 §1 概述 §2 悬架结构形式分析 §3 悬架主要参数的确定 §4 减振器设计分析 §5 导向机构的设计 §6 UG三维实体模型 §7 二维图纸 §8 改进 §1 概 述 一 主要作用 Ø 传递车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩; Ø 缓和、抑制路面对车身的冲击和振动； Ø 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。 二 对悬架提出的设计要求 1）保证汽车有良好的行驶平顺性。 2）具有合适的衰减振动能力。 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，在满足零部 件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。 双横臂独立悬架是独立悬架中一种比较典型 的结构形式。按照上、下横臂的长短可分为等 长和不等长两种。等长双横臂悬架在其车轮上 下跳动时，虽然可以保持主销的倾角和车轮外 倾角不变，但是轮距变化大，导致轮胎的磨损 严重，现在已经很少采用；不等长双横臂独立 悬架只要合理的选择结构参数和适当地布置， 就可以将轮距和前轮的定位参数变化限制在一 定的范围之内，保证良好的行驶稳定性，故这 种形式的独立悬架在现代高级轿车中得到了广 泛的应用。 §2 悬架结构形式分析 §3 悬架主要参数的确定 一、整车参数： %82 ,%18 = + = + us s us u mm m mm m 830后轴G2(0.45ma) 1015前轴G1 (0.55ma)最大轴载质量 （kg） 1845最大总质量ma (kg) 5座位数 1535整车整备质量me （kg） 质量参数 参数值项目类别 § 前轴悬挂质量 § 后轴悬挂质量 kgmm s 83255.01 =´= kgmm s 68145.02 =´= 前悬架满载时取偏频n1=1Hz 则前悬架空载时的静挠度： mm n f c 2501 55 2 2 1 1 =÷ ø ö ç è æ=÷÷ ø ö çç è æ = 刚度： mmNmmkg f PC c /1066.16/7.1 250 416 3 1 1 ´==== 主销后倾角：γ 主销内倾角：β 前轮外倾角：α 前轮前束：（A-B） 二、转向轮定位参数 图1 § 由图可以看出，上、下横臂和主销(BD)采 用球副联接，上、下横臂和车身采用旋转副联 接，拉臂(EH)和转向拉杆(HI)以及转向拉杆和 车身为球副联接。A1、A2分别为上横臂两杆的 旋转中心，A3、A4为下横臂两杆的旋转中心， B、D分别为下横臂和主销、上横臂和主销的球 副中心，E为拉臂和主销的联接点，G为轮胎转 向节和主销的联接点，F为轮胎中心；DO1为 上横臂的等效长度(r1)，BO2为下横臂的等效长 度(r2)，O1、O2分别为上、下横臂的等效旋转 中心。根据等效原理，图1等效为图2。 § 通过计算和分析，确定悬架的各个设计参数如下： § 主销长度：330mm § 主销内倾角：10° § 主销后倾角：2.5° § 上横臂长度：350mm § 上横臂在汽车横向平面的倾角：11° § 上横臂轴水平斜置角：-5° § 下横臂长度：500mm § 下横臂在汽车横向平面的倾角：9.5° § 下横臂轴水平斜置角：10° § 车轮前束：6.5mm § 轮距：1551mm 图2 §4 减振器设计分析 压缩行程： 车轮靠 近车身的过 程。 复原行程： 车轮远 离车身的过 程。 压缩行程： 容积减少，油压 升高，油液打开 流通阀，经过流 通阀流入上腔。 由于上腔容积被 活塞杆用去部分 空间，所以油液 一部分油液打开 压缩阀流入外腔 由于各阀门的节流 作用，便造成对悬 架压缩运动的阻力 ，使振动能量衰减 。 复原行程 上腔容积减少， 油压升高，油液 推开复原阀，流 入下腔。 由于活塞杆占去一定 空间，所以自上腔流 入的油液不足以充满 下腔容积的增加。外 腔中油液推开补偿阀 流入下腔补充。 由于各阀门的 节流作用，便造成 对悬架伸张运动的 阻力，使振动能量 衰减。 双筒减振器工作原理 对于无内摩擦的弹性元件 (螺 旋弹簧)悬架，取ψ=0.25~0.35 取车身相对阻尼系数ψ=0.28， 伸缩阻力比 i=2.5，连杆直径与缸 筒直径之比λ根据减振器类型选 择，双筒式取λ=0.45。 根据QC/T491—1999《汽车筒式减 振器尺寸系列及技术条件》中规 定的，取L2=140mm，外径 D1=65mm，外径D2=75mm，活塞 行程S=120mm。 a的确定（减振器在下横臂上的连接点到 下横臂在车身上的铰接点之间的距离） § 阻尼系数 2.14744161066.1628.022 3 =´´´´== scmyd Hzmc s 3.64161066.16 3 =´==w固有振动频率 )cos/(2 222 ayd awnms=由 求得 a=383.7mm 1、筒式减振器的尺寸系列 以工作缸内径分为： 中国：20、30、40、(45)、50、65系列 日本：20、25、30、40、45、50、65系列 欧美：20、27、32、40、45、50、65系列 2、减振器活塞杆的尺寸系列 常见活塞杆杆径有： 8、10、12、12.5、16、18、20、22、25、28 取D=40mm，连杆直径d=λ×D=0.45×40=18mm 储油筒直径 Dc=1.45D=1.45×40=58mm 前减振器的安装角α=18°； 根据QC/T491—1999《汽车 筒式减振器尺寸系列及技术 条件》中规定的，取 L2=140mm，外径 D1=65mm，外径 D2=75mm，活塞行程 S=120mm。 GH型减振器 §6 UG三维实体模型 §7二维图纸 §8改进 § 球销式接头： § 轴销式接头： § 汽车行驶时，可把高速转动的车轮看成是 一个转子，而绕主销转动的转向节视为该转子 的框架，从而构成一个二自由度的陀螺，力学 中的陀螺就是除能绕其自转轴转动外，还能绕 其它轴转动的刚体。根据陀螺理论，当转子(车 轮)以wk高速旋转时，如果框架也以某角速度 转动，则框架上将受到一个力矩作用，此力矩 称为陀螺力矩MT 上/下横臂长度的确定 陀螺力矩MT dt dWIM kkT j = dt d R vIM kT j = 陀螺力矩将使车轮摆振，持续不停。 解决办法 § 采用等长臂的独立悬架，使车轮上下跳动 时，其平面不偏转，但其副作用是引起轮距变 化和轮胎横向滑移，使轮胎早期磨损，因此目 前悬架设计中采取折衷，对于双横臂独立 悬架，取上横臂长=0.6~0.7下臂长。 § 上横臂长度=350mm § 下横臂长度=500mm § 上横臂长度=0.7下横臂长度 主要不足主要不足 § （1）由于自己知识水平有限和某些参考资料 的缺乏，本文对双横臂独立悬架的运动学分析 缺乏深入的研究。 § （2）建模所需参数难以获得，并且不能做到 直接面向悬架具体结构，难以满足实时仿真的 要求。 致谢 §谢谢各位评审老师