北京理工大学珠海学院2014届本科生毕业设计
1前言
悬架[1]是现代汽车的重要组成部分之一。因而悬架设计成功与否，极大的影响汽车的操纵稳定性和平顺性，对整车性能有着重要的影响。在汽车市场竞争日益加剧的今天，人们对汽车的性能的认识更多的靠更为直接的感观感受，而这种感官感受都是由汽车悬架传递给驾驶者的，人们对汽车悬架的设计也是越来越重视。
因此，对汽车操纵稳定性﹑平顺性的提升成为了各大汽车厂商的共识。与此关系密切的悬架系统也被不断改进，主动半主动悬架等具有反馈的电控系统在高端车辆上的应用日趋广泛。无论定位高端市场，还是普通家庭的经济型轿车， 没有哪个厂家敢忽视悬架系统及其在整车中的作用。这一切，都是因为悬架系统对乘员的主观感受密切联系。悬架系统的优劣，乘员在车上可以马上感受到。
现在悬架的设计也是国内汽车厂商一个重要提升的方向。以前对汽车的要求相对较低，国人更注重外观和汽车配置方面的要求，因此对汽车悬架的概念及要求并没有很高的要求。随着现在人们对汽车操纵稳定性﹑平顺性越来越重视，人们不仅需要一辆好看配置高的车，更需要一辆好开乘坐舒适的车。因此现在国内出现很多汽车厂商将新汽车的悬架设计及调校交给国外一些有实力汽车厂商，这也实实在在的提升了自身车型的市场竞争力，不过从另一方面也反映出国内悬架设计及调校所存在的问题，也使我们知道悬架设计的重要性，从而让我们对汽车悬架设计更加重视。
1.1悬架设计在国内外的发展概况及存在的问题
国内外的汽车公司一直致力于汽车悬架新技术的研究，而悬架的结构类型也日新月异。控制方式从刚刚开始的被动不可控式逐渐进入了主动可调节。当然主动悬架因为技术的不够成熟和成本控制难度大，还未大规模的投入量产使用，在1980年以后，可控制主动悬架的研究技术有点突破，并在部分的车型上进行了主动悬架的配置，当然技术的瓶颈，因为研究自动控制的难度较大，主动悬架更成熟的技术让在继续研究更新。主动悬架[1]可以能主动地控制垂直振动及其车身姿态，根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼。由于性能的优越性，国外各大品牌汽车公司就争相研究汽车的主动悬架。主动悬架与被动悬架增加了控制装置，控制装置通常由测量系统、反馈系统和能源系统组成，使装备了主动悬架的汽车在不良路面高速行驶时，车身非常平稳，轮胎的噪音小，转向和制动时车身保持水平，乘坐非常舒服，但不同程度存在着结构复杂、能耗高、成
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本昂贵、可靠性问题。由于高昂的成本的技术的复杂性，目前国外部分豪华汽车品牌配备了主动悬架，但主动悬架在未来的应用肯定会越发广泛。
由于国内工业水平和国家的科研水平远低于西方国家，我绝国大部分汽车仍然采用被动悬架，在主动悬架和半主动悬架的研究和应用水平与西方国家差距较远。被动悬架是简单的机械结构，悬架的刚度和阻尼无法根据汽车的行驶路况和载重量的变化而随之改变。它仅仅只能保证在特定的路况使汽车达到较好的行驶效果和乘坐的舒适性。但是现在国内被动悬架应用的如此广泛主要是因为它理论成熟、结构简单、成本相对主动悬架低廉和性能可靠等特点。悬架的研究一直在进行，由于种种原因的限制，现阶段大部分汽车使用的仍然是被动悬架。被动悬架的市场占有率仍旧占有难以替代的地位。
1.2悬架研究的目的、意义及设计要求
轻型汽车整车悬架的设计，尤其是悬架结构形式和性能参数的选择，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。可以说，悬架系统是现代汽车最重要的总成之一，是汽车保证操纵稳定性、平顺性和舒适性的最重要部件[3]。所以，悬架的设计是整个汽车设计最重要环节之一。本次设计的主要内容是东风帅客2013款的前后悬架总成的设计。这次的设计是对我四年来对所学的汽车专业理论知识的检验，我相信这对我将来从事汽车行业工作也将会是一次锻炼的机会。我对于本次整车悬架设计的基本原则是在不影响强度和刚度要求的前提条件下，尽量简化结构，降低成本，容易制造，保养维修方便。并且，要尽量减小车轮跳动对转向轮定位的影响和轮胎磨损量。 悬架的设计中应当满足如下要求:
(1) 悬架的设计应该使汽车具有良好的平顺性，具有适合的阻尼特性，悬架的阻尼
特性应该匹配并且达到快速衰减车身振动。
(2) 在汽车转向时，应该使汽车具有大的侧倾角刚度，保证车身侧倾的角度保持在
合适合理的范围。
(3) 汽车操纵稳定性是一项重要的性能指标，悬架的设计应该使汽车在转向时具有
适当的不足转向特性，在制动和加速时，应尽量减少俯仰角位移。
(4) 悬架的零部件需要减轻质量，是非簧载质量尽可能的减少，以保证汽车的偏频
和悬架刚度达到最佳的匹配，并且悬架的材料需要保证满足强度和使用寿命的要求。[3]
汽车的振动系统产生的固有频率是评价汽车行驶时候平顺性的一个主要指标，固有频率的匹配是否合理，直接决定了汽车的平顺性是否满足使用要求。而前悬架和后悬架
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振动系统的固有频率在匹配上也应该在合理的范围内，对于乘用车，一般要求后悬架的固有频率要比前悬架的稍稍偏高，以及需要保证偏频的选择错误导致在汽车行驶在不平路面时悬架和车身发生碰撞（或车身）。
当汽车在路况不佳的路面行驶时，汽车由于悬架具有的弹性力作用会在垂直的方向产生震动，从而导致车身和车轮产生一定程度的共振，此时，汽车悬架的减震器需要发挥作用以达到迅速缓解和抑制共振的发生，前提的要求是减震器需有合理的阻尼。阻尼值取大，能使振动迅速衰减，但会把路面较大的冲击传递到车身，阻尼值取小，振动衰减慢，受冲击后振动持续时间长，使乘客感到不舒服。为充分发挥弹簧在压缩行程中作用，常把压缩行程的阻尼比设计得比伸张行程小。 利用减振器的阻尼作用，使汽车振动的振幅减小，直至振动停止[4]。
1.3本设计应解决的主要问题
设计对于价格区间在10万元内的乘用车的悬架总成，设计要求达到汽车具有良好的行驶平顺性、操纵稳定性和司乘人员的乘坐舒适性，在本次的设计过程中，需要完成下列计算过程，以确定悬架总成能完全应用在实际生产之中。
(1) 确定前后悬架总成类型，确定车型参数。
(2) 确定悬架基本参数，如：弹性特性、阻尼特性、非簧载质量、侧倾中心/角刚度、
钢板弹簧的基本参数等。
(3) 前麦弗逊悬架的设计计算。包括：减震器的设计计算、螺旋弹簧的设计计算、
螺旋弹簧的强度校核等。 (4) 前悬架横拉杆的设计计算。
(5) 后钢板弹簧的设计计算。包括：确定钢板弹簧的动静挠度，钢板的断面尺寸和
厚度、钢板弹簧的长度的片数以及钢板弹簧的满弧高、钢板弹簧的校核等。 (6) 完成对悬架总成的装配图和零件图的绘制。
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2悬架结构的确定
2.1汽车悬架的组成及各部件的作用
悬架是车架与车桥之间所有的传力连接装置的总称。
由弹性元件1、推力杆2、5和减震器3等组成的悬架如图2.1所示。
图2.1 汽车悬架组成示意图
悬架的主要作用[3]：把作用在车轮上的垂直反力、纵向反力以及侧向反力还有这些反力所形成的力矩传递到车架上，用来保证汽车在路面上的正常行驶。
弹性组件的主要作用：把车架和车桥弹性的连接起来，承受和传递垂直的载荷、缓和及抑制在不平道路上行驶时所受到的冲击；推力杆的作用是用来传递纵向力、侧向力以及这些力形成的力矩，并且保证了车轮相对于车架或车身，有一定的运动规律；减震器的作用是加快振动的衰减，限制车身以及车轮的振动。
综上所述，弹性组件起到缓冲作用，推力杆起到导向作用，减震器起到减振作用，三者联合起来，起到了共同传力的作用。为了防止车体在不平道路行驶或转向时发生过大的横向倾斜，有些汽车还装有辅助的弹性组件，弹性组件包括横向稳定器和平衡杆。
在实际的工作中，任何悬架在结构上不一定需要具备以上全部的装置条件，只要具备上述的功能就可以了。如在一般汽车上，广泛使用的是采用多片的钢板弹簧为悬架，因为它既有缓冲减振的作用，又能可以起到传力和导向的作用，因此，不需要再安装导向机构装置，甚至不需要安装减振器装置。
2.2非独立悬架的分类及特点
非独立悬架的结构特点是两侧车轮由一根整体式车桥相连，悬架系统直接和车轮与车架相连。该类型悬架最早应用在汽车上，特点是技术成熟、安全性好、维修保养简单方便，结构相对于独立悬架简单，因为和整根车架相连，悬架的强度高，而且针对于前
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悬架来说，采用非独立悬架的车轮定位参数变化较小。但是非独立悬架的零件质量较大，导致所采用的悬架总成簧载质量相对于独立悬架的要大，这就导致悬架整体的抗震缓冲性能差，使汽车在坏路面行驶的平顺性较差。目前非独立悬架较多在重型货车、货车、普通的客车上面装配，轿车也只有少数的中低档车型上配备运用。非独立悬架的结构如图2-2所示。
图2-2 非独立悬架示意图
(1)钢板弹簧式非独立悬架
钢板弹簧是传统汽车上广泛应用的悬架弹性元件。它的优点是结构简单，工作可靠，成本低廉，维修方便。它既是悬架的弹性元件，又是悬架的导向装置。它的一端与车架铰接，可以传递各种力和力矩，并决定车轮的跳动轨迹。同时，它本身也有一定的摩擦减震作用。一举三得，所以广泛用于非独立悬架上。它的缺点是只能用于非独立悬架，重量较重，刚度大，舒适性差，纵向尺寸较长，不利于缩短汽车的前悬和后悬，与车架连接处的销容易磨损等[1]。
钢板弹簧非独立悬架的固定元件是U型螺栓，U型螺栓把钢板弹簧固定连接在汽车的车桥上面，钢板弹簧悬架的前端用销把卷耳与车架的吊耳连接固定，形成一个固定的死吊耳。而后端连接成为活动吊耳，这样可以让弹簧在收到冲击是两端的距离实现变化，达到缓解振动的目的。
为了提高汽车的平顺性，有些轻型货车采用主簧下加装副簧，实现渐变刚度钢板弹簧。如南京汽车工业公司引进的依维柯后悬架。其主簧由厚度为9mm的4片（或3片）和副簧厚度为15mm的2片（或3片）组成几种车型渐变刚度钢板弹簧[5]。
此类弹簧广泛应用于货车的前、后悬架中。也常见于中低挡的确乘用车辆的后悬架。 (2)空气弹簧非独立悬架
空气弹簧只承受垂直载荷，因而必加设减振器，其纵向力和横向力及其力矩由悬架中的纵向推力杆和横向推力杆来传递。
对于轿车要求在好路上降低车身高度，提高车速行驶；在坏路上提高车身，可以增大通过能力。因而要求车身高度随使用要求可以调节。空气弹簧非独立悬架能满足要求。 (3)非独立悬架的结构特点 优点：
1) 结构简单、成本低廉，易于维护，对汽车厂家比较有利。
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