“远舰”轿车双摆臂悬架的设计及产品建模的设计
摘要：汽车双摆臂悬架是一种常见的悬架形式，合理的选择悬架的结构和几何尺寸是获得满意的汽车行驶性能的重要条件，其运动特性的优劣关系到汽车操纵稳定性，舒适性，转向轻便性和轮胎的使用寿命等性能。本课题来源于东风悦达起亚汽车制造有限公司的远舰款轿车的后悬架，双摆臂悬架可以通过合理的选择空间导向杆系的铰接点的位置及导向臂的长度，使得悬架具有合适的运动特性。在设计中，首先，分析了双摆臂独立悬架的组成和功用；其次，进行双摆臂悬架的上下摆臂及各零部件强度的校核；第三，详细考虑各部件之间的连接关系；最后计算了悬架自然振动频率，悬架静挠度和动挠度以及悬架弹性特性。在分析双摆臂悬架的组成和作用以及确定各零部件的尺寸的基础上，运用CAD软件和Pro/E软件分别进行二维绘图和三维建模。此次课题进行了准确的计算和详细的结构分析，为双摆臂悬架的结构优化提供了依据，从而在运动学和动力学方面提高汽车的性能。
关键词：双摆臂悬架；汽车；设计；建模
目 录
1 前言 1
1.1 课题研究的目的和意义 1
1.2主要研究内容 2
2 悬架 4
2.1 悬架的功用和组成 4
2.2 悬架系统的自然振动频率 4
2.3 汽车悬架的类型 5
2.4 双横臂独立悬架 6
3．悬架主要参数的确定 8
3.1 悬架静挠度 8
3.2 悬架的动挠度 9
3.3 悬架弹性特性 9
3.4 后悬架螺旋弹簧刚度及应力计算 9
4 独立悬架导向机构设计及强度校核 13
4.1 设计要求 13
4.2 导向机构的布置参数 13
4.3 双横臂式独立悬架导向机构设计 16
5 减振器机构类型及主要参数的选择计算 20
5.1 分类 20
5.2 相对阻尼系数 20
5.3 减振器阻尼系数 的确定 21
5.4 最大卸荷力 的确定 22
5.5 简式减振器工作缸直径D的确定 22
6 Pro/E三维建模 24
6.1 关于Pro/E 24
6.3 应用现状 27
6.4 本章小结 27
7 结论 28
参考文献 29
致 谢 30
附 录 31
1 前言
1.1 课题研究的目的和意义
悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统(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。
悬架最主要的功能[1]是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩，并缓和汽车驶过不平路面时所产生的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车的行驶平顺性。为此必须在车轮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(即簧载质量)、非悬挂质量(即非簧载质量)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。为了迅速衰减不必要的振动，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。
一百多年来汽车悬架从结构型式到作用原理一直在不断地演进，但从结构功能而言，它都是由弹性元件、减振装置和导向机构三部分组成。在有些情况下，某一零部件兼起两种或三种作用，比如钢板弹簧兼起弹性元件及导向机构的作用，麦克弗逊悬架 (McPherson strut suspension，或称滑柱摆臂式独立悬架)中的减振器柱兼起减振器及部分导向机构的作用，有些主动悬架中的作动器则具有弹性元件、减振器和部分导向机构的功能。
根据导向机构的结构特点，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、右车轮之间由一刚性梁或非断开式车桥联接，当单边车轮驶过凸起时，会直接影响另一侧车轮。独立悬架中没有这样的刚性梁，左右车轮各自“独立”地与车架或车身相连或构成断开式车桥，按结构特点又可细分为横臂式、纵臂式、斜臂式等等，各种悬架的结构特点将在以下章节中进一步讨论。
除上述非独立悬架和独立悬架外，还有一种近似半独立悬架，它与近似半刚性的非断开式后支持桥相匹配。当左右车轮跳动幅度不一致时，后支持桥中呈V形断面并与左右纵臂固结在一起的横梁受扭，由于其具有一定的扭转弹性，故此种悬架既不同于非独立悬架，也与独立悬架有别。该弹性横梁还兼起横向稳定杆的作用。
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、空气悬架以及油气悬架等。
按照作用原理，可以分为被动悬架、主动悬架和介于二者之间的半主动悬架。
本课题来源于东风悦达起亚汽车制造有限公司的远舰款轿车的后悬架，按其上下横臂的长短可分为等长双横臂和不等长双横臂两种。等长双横臂悬架在其车轮做上下跳动时，可保持主销倾角不变，但轮距却有较大的变化，会使轮胎磨损严重，多为不等长双摆臂悬架代替，后一种悬架在其车轮上下跳动时候只需要适当的选择上下横臂的长度并合理布置，即可使轮距及车轮定位参数的变化限定在一定的范围之内，这种不大的轮距的改变，不应引起车轮沿路面的滑移，而为轮胎的弹性变形所补偿，因此其保持了汽车良好的行使平顺性，双横臂悬架的突出优点在于其设计的灵活性，可以通过合理选择空间杆系的铰接点的位置及导向臂的长度，使得悬架具有合适的运动特性，并且形成恰当的侧倾中心和纵倾中心。
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和行驶系许多零部件的动载，并进而影响到这些零件的使用寿命。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：
A、通过合理设计悬架的弹性特性及阻尼特性确保汽车具有良好的行驶平顺性，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；
B、合理设计导向机构，以确保车轮与车架或车身之间所有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要求；
C、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，否则可能引起转向轮摆振；
D、侧倾中心及纵倾中心位置恰当，汽车转向时具有抗侧倾能力，汽车制动和加速时能保持车身的稳定，避免发生汽车在制动和加速时的车身纵倾(即所谓“点头”和“后仰”)；
E、悬架构件的质量要小尤其是其非悬挂部分的质量要尽量小；
F、便于布置，在轿车设计中特别要考虑给发动机及行李箱留出足够的空间；
G、所有零部件应具有足够的强度和使用寿命；
H、制造成本低；
I、便于维修、保养。
悬架设计可以大致分为结构型式及主要参数选择和详细设计两个阶段，有时还要反复交叉进行。由于悬架的参数影响到许多整车特性，并且涉及其他总成的布置，因而一般要与总布置共同协商确定。
1.2主要研究内容
对双横臂独立悬架进行运动分析，得出原始参数，计算推导随着车轮的跳动主销内倾角、后倾角、车轮外倾角、前束角、车轮轮距的变化及悬架各点位置的变化情况。用PRO/E软件设计模型，对其进行运动分析，获得最为理想的结果。
A、以双横臂式独立悬架为研究对象，研究基于机构运动学和零部件数据计算方法,使用PRO/E软件给出双横臂独立悬架结构模型；
B、研究悬架结构参数与定位参数之间的关系，进行设计计算，对悬架的主要参数进行分析以及确定主要参数。
C、对悬架进行运动学仿真分析，通过改变悬架有关参数，评价悬架运动学响应特性，得出悬架结构参数对整车性能(操纵稳定性、行驶平顺性等)的影响规律。
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