麦弗逊式悬架设计说明书.docx
《麦弗逊式悬架设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《麦弗逊式悬架设计说明书.docx（26页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
麦弗逊式悬架设计说明书
麦弗逊式悬架设计说明书
（汽车设计）
前言
悬架是现代汽车的重要组成部分之一。
虽然并非汽车在行进必不可少的
装备，但如果没有悬架，将极大的影响汽车的操纵稳定性和平顺性。
悬架对
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，而非他们不太懂得的专业术语。
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。
“木桶理论”，很多人都知道，整车就好比是个“大木桶”，悬架是它的
一片木板。
虽然，没有悬架的汽车还是可以跑动的，但是坐在上面是很不舒
服的。
坐过农用车货厢的人，对此应该是颇有些体会的，即便是较好的路况，
在上面也是颠来颠去的。
因为它的悬架很简单，对平顺性和操纵稳定性考虑
的很少。
只有当悬架这块木板得到足够重视，才能使整车性能得以提升。
否
则，只能是句空话。
正因为悬架在现代汽车上的重要重要作用，应该重视汽车悬架的设计。
只有认真，严谨的设计才能确保其与整车的完美匹配。
而要做到这一点，就
必须，查阅大量相关书籍，图册，行业和国家标准。
这些是对我们这些将来要从事汽车设计，制造工作的工科出身的大学毕
业生的必须经历的一个必不可少的训练。
没有经过严格的训练的洗礼，是不
可能具备这种专业精神和素质的。
第1页共25页
麦弗逊式独立悬架设计
前言................................................................................................................................1
第一章悬架的功用......................................................................................................3
第二章悬架系统的组成............................................................................................4
第三章悬架的类型及特点..........................................................................................5
§3.1非独立悬架的分类及特点............................................................................5
§3.2独立悬架分类及特点....................................................................................7
第四章匹配车型的选择..............................................................................................9
第五章悬架主要参数的确定..................................................................................10
§5.1悬架静挠度fc.............................................................................................10
§5.2悬架的动挠度fd.........................................................................................11
第六章弹性元件的计算............................................................................................13
§6.1弹簧形式、材料的选择..............................................................................13
§6.2确定弹簧直径及刚度..................................................................................13
§6.3其他参数的计算........................................................................................14
§6.4弹簧的校验..................................................................................................14
第七章减振器的设计..............................................................................................15
第八章独立悬架导向机构的设计............................................................................18
§8.1导向机构的布臵参数..................................................................................18
§8.2麦弗逊式悬架导向机构设计...................................................................19
第九章悬架系统的辅助元件..................................................................................22
第十章展望—未来的汽车悬架................................................................................23
小结..............................................................................................................................24
参考文献......................................................................................................................25
第2页共25页2
（汽车设计）
第一章悬架的功用
悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架和车轴弹性地连接起来，是车
架（或承载式车身）和车桥（或车轮）之间的一切传力连接装臵的总称。
其主要
任务是：
1、传递作用在车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩；
2、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；
3、保证车轮在路面不平和载荷变化时理想的运动特性，保证汽车的操纵稳
定性，使汽车获得高速的行使能力。
悬架把车架与车轮弹性地联系起来，关系到汽车的多种使用性能。
从外表上
看，轿车悬架仅是由一些杆、筒以及弹簧组成，但轿车悬架是一个较难达到完美
要求的汽车总成，这是因为悬架既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳
定性的要求，而这两方面又是互相对立的。
因此，必须找到一个平衡点，既能保
证操纵稳定性的优良，又能具备较好的平顺性。
第3页共25页
麦弗逊式独立悬架设计
第二章悬架系统的组成
现在汽车，特别是乘用车悬架，其形式和种类会因为不同的公司和设计单位
的不同而不同。
但是一般都是由弹性元件、减振器、导向机构、缓冲块和横向稳
定器等部分组成。
弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，由于螺
旋弹簧只承受垂直载荷，缓和及抑制不平路面对车体的冲击，具有占用空间小，
质量小，无需润滑的优点，故现代轿车多采用螺旋弹簧。
但由于螺旋弹簧本身没
有摩擦而没有减振作用，需要另外安装减振器。
汽车在不平路面上行驶时，由于悬架的弹性作用使汽车产生垂直振动。
为了
迅速衰减这种振动和抑制车身、车轮的共振，减小车轮的振幅，悬架应安装减振
器，并使之具有合理的阻尼。
利用减振器的阻尼作用，使汽车振动的振幅连续减
小，直至振动停止。
导向装置由导向杆系组成，用来决定车轮相对于车架（或车身）的运动特性，并传递除
弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩。
当用纵置钢板弹簧作为弹性元件时，它兼起导
向装置的作用。
缓冲块用来减轻车轴对车架（或车身）的直接冲撞，防止弹性元件产生过大
的变形。
有些轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统
中加设横向稳定杆，目的是提高横向刚度，使汽车具有不足转向特性，改善汽车的操纵稳定
性和行驶平顺性。
装有横向稳定器的汽车，能减少转弯行驶时的车身的侧倾角和横向角振动。
第4页共25页4
（汽车设计）
第三章悬架的类型及特点
汽车悬架可分为两大类：
非独立悬架和独立悬架。
非独立悬架如图3-1所示，其结构特点是两侧的车轮由一根整体式车桥相连，车
轮连同车桥一起通过弹性悬架与车架（或车身）连接。
当一侧车轮因道路不平而
发生跳动时，必然引起另一侧车轮在汽车横向平面内发生摆动，故称为非独立悬
架。
图3-1非独立悬架
独立悬架如图3-2所示，其结构特点是车桥做成断开的，每一侧的车轮
可以单独地通过弹性悬架与车架（或车身）连接，两侧车轮可以单独跳动，
互不影响，故称为独立悬架。
图3-2独立悬架
§3.1非独立悬架的分类及特点
1、钢板弹簧非独立悬架
在这种悬架中，钢板弹簧被用做非独立悬架的弹性元件，兼作导向装臵。
这
种悬架主要用在总质量大些的商用车前后悬架以及某些乘用车的后悬架上。
优点：
结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。
缺点：
由于整车布臵上的限制，钢板弹簧不可能有足够的长度（特别是前悬
架），使之刚度较大，所以汽车平顺性较差；簧下质量大；在不平路面上行驶时，
左右车轮相互影响，并使车轴（桥）和车身倾斜；当两侧车轮不同步跳动时，车
轮会左、右摇摆，使前轮容易产生摆振；前轮跳动时，悬架易与转向系统发生运
动干涉；当汽车直线行驶在凹凸不平的路段上时，由于左右两侧车轮反向跳动或
只有一侧车轮跳动时，不仅车轮外倾角有变化，还会产生不利的轴转向特性；汽
车转弯行驶时，离心力也会产生不利的轴转向特性；车轴（桥）上方要求有与弹
第5页共25页
麦弗逊式独立悬架设计
簧行程相适应的空间。
图3-3钢板
2、螺旋弹簧非独立悬架
因为螺旋弹簧作为弹性元件，只能承受垂直载荷，所以其悬架系统要加设导
向机构和减振器。
3、空气弹簧非独立悬架
1.压气机；2.7.空气滤清器；3.车身高度控制阀；4.控制杆；5.空气弹簧；6.储气
罐；8.贮气筒；9.压力调节器；10.油水分离器
图3-4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。
第6页共25页6
（汽车设计）
§3.2独立悬架分类及特点
现在，前悬架基本上都采用独立悬架系统，最常见的与双横臂式和麦弗逊式
悬架。
。
图3-5双横臂式独立前悬架
图3-6麦弗逊式悬架
第7页共25页
麦弗逊式独立悬架设计
1、双横臂式独立悬架
工作原理：
由上短下长两根横臂连接车轮与车身，通过选择比例合适的长度，
可使车轮和主销的角度及轮距变化不大
这种独立悬架被广泛应用在轿车前轮上。
双横臂的臂有做成A字形或V字形，
V形臂的上下2个V形摆臂以一定的距离，分别安装在车轮上，另一端安装在车
架上。
优点：
结构比较复杂，但经久耐用，同时减振器的负荷小，寿命长。
可以承载较
大负荷，多用于轻型﹑小型货车的前桥。
缺点：
因为有两个摆臂，所以占用的空间比较大。
所以，乘用车的前悬架一般不
用此种结构形式。
2、麦弗逊式（滑柱连杆式）
工作原理：
这种悬架目前在轿车中采用很多。
这种悬架将减振器作为引导车
轮跳动的滑柱，螺旋弹簧与其装于一体。
麦弗逊独立悬架的特点：
优点：
技术成熟，结构紧凑，响应速度快，占用空间少，便于装车及整车布局，
多用于中低档乘用车的前桥。
缺点：
由于结构过于简单，刚度小，稳定性较差，转弯侧倾明显，必须加装横
向稳定器，加强刚度。
独立悬架的总体特点
优点：
1.发动机可放低安装，有利于降低汽车重心，并使之结构紧凑。
2.允许前轮有大的跳动空间，有利于转向，便于选择软的弹簧元件使
平顺性得到改善。
3..非簧载质量小，可提高汽车车轮的附着性。
缺点：
1.由于在转向时由于受离心力的作用内侧车轮要比外侧车轮受到的
力大得多，极端情况下，是危险区域。
2.某些特殊情况下（如转速过快、侧向风较大、路况较差等），侧倾较
大，乘员感到不适。
第8页共25页8
（汽车设计）
第四章匹配车型的选择
普通乘用车所使用的仍旧是传统的机械式的悬架系统，发展趋势是，四轮全
部采用独立悬架系统。
目前，乘用车上应用的悬架系统，五花八门，全部采用非
独立，全部独立，抑或是将二者结合，这主要源于汽车厂商的不同市场定位，市
场策略。
本次设计选定的匹配车型为奇瑞07款东方之子2.0MT豪华型，其参数配臵
第9页共25页
麦弗逊式独立悬架设计
图4-1奇瑞07款东方之子2.0MT豪华型图示
第五章悬架主要参数的确定
§5.1悬架静挠度fc
悬架静挠度是指汽车满载静止时悬架上的载荷Fw与此时悬架刚度c之比，即fc=Fwc。
汽车前、后悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车平顺
性的主要参数之一。
因现代的汽车的质量分配系数ε近似等于1，于是汽车前、
后轴上方车身两点的振动不存在联系。
因此，汽车前、后部分车身的固有频率和
（亦称偏频）可用下式表示
n1=c1m12π）;n2=c2m22π）;（5-1）
其中c1、c2为前、后悬架的刚度（N/cm）;m`1‘m2为前、后悬架的簧上质量。
偏频越小则平顺性越好，乘用车要求满载前悬架偏频n约为0.80～1.15，后悬架偏频n约为0.98～1.30Hz非常接近人体步行时的自然频率。
为了减少汽车的角振动，一般汽车前后悬架偏频之比约为n1n2=0.85~0.95。
发动机前臵前驱的乘用车空载时前轴轴荷56%～66%，后轴轴荷34%～44%，对于
本次设计的车前轴轴荷设占60%，后轴设占40%
故
m1=0.5⨯584=432
m2=0.5⨯576=288kgkgm前=1440⨯60%=864m后=1440⨯40%=576kgkg
设偏频n1=1.0Hz,n2=1.1Hz，由5-1得
c1=m1（2πn1）=432⨯（2⨯3.14⨯1.0）=17037.4N/m22
c2=m2（2πn2）=288⨯（2⨯3.14⨯1.1）=13743.5N/m22
当采用弹性特性为线性变化的悬架时，前、后悬架的静挠度可用以下式子表示
第10页共25页10
（汽车设计）
fc1=m1gc1=432⨯9.8.4=0.2485m=248.5mmfc2=m2gc2=288⨯9.8.5=0.2054m=205.4mm
（5-2）
将fc1、fc2代入公式（5-1）得n1=5fc1;n2=5fc2（5-3）
分析式（5-2）可知：
悬架的静挠度fc直接影响车身振动的偏频n。
因此，欲保证汽车有良好的行驶平顺性，必须正确选取悬架的静挠度。
选取前后悬架的静挠度值时，应使之接近，并希望后悬架的静挠度fc2比前悬架的静挠度fc1小些，这样有利于防止车身产生较大的纵向角振动。
推荐取
fc2=（0.8~0.9）fc1。
由（5-2）得
fc2
fc1
=205.4
248.5
=0.827
故符合设计要求。
§5.2悬架的动挠度fd
悬架的动挠度fd是指从满载静平衡位臵开始悬挂压缩到结构允许的最大变形（通常指缓冲块压缩到其自由高度的1/2或2/3）时，车轮中心相对车架（或车身）的垂直位移。
要求悬架应有足够的动挠度，以防止在坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块。
对乘用车取70～90mm，对于本次设计取=80mm。
对于一般轿车而言悬架总的工作行程即静挠度与动挠度之和应当不小于160mm，通过以上设计得
fd+fc1=248.5+80=328.5mm>160mmfd+fc2=205.4+80=285.4mm>160mm
故设计符合要求。
§5.3悬架的弹性特性
悬架受到的垂直外力F与由此引起的车轮中心相对于车身位移f（即悬架的变形）的关系曲线，称为悬架的弹性特性。
其切线的斜率是悬架的刚度。
当悬架变形f与所受垂直外力F之间不成固定的比例变化时，悬架特性如图5-1所示。
此时，悬架刚度是变化的，其特点是在满载位臵附近，刚度小且曲线变化平缓，因而平顺性良好；距离满载较远的两端，曲线变陡，刚度增大。
第11页共25页
麦弗逊式独立悬架设计
1、缓冲块复原点2、复原行程缓冲块脱离支架3、主弹簧弹性特性曲线4、复原行程5、压缩行程6、缓冲块压缩期悬架弹性特性曲线7、缓冲块压缩时开始接触弹性支架8、额定载荷
图5-1悬架弹性特性曲线
系统的固有频率f：
f=
c1m1
2π）=
.4432
2⨯3.14）=1.000000329
Hz
车轮上下跳动行程一般范围是：
上跳行程70～120mm，下跳行程80～130mm。
悬架垂直刚度随车辆参数而不同，换成系统固有频率为1～2Hz。
因此设计符合要求。
第12页共25页
12
（汽车设计）
第六章弹性元件的计算
§6.1弹簧形式、材料的选择
由于螺旋弹簧的的生产量较大，应用广泛且成本低，故选择压缩圆柱螺旋弹簧。
根据汽车的工作条件，采用热扎弹簧钢60Si2MnA，加热成形，而后淬火﹑回火等处理。
§6.2确定弹簧直径及刚度
当弹簧仅承受轴向载荷F2=432⨯9.8=4233.6N时
τ=
8F2D2K
=8F2KC
因为
πd
3
πd
2
≤τ
p
MPa
故d≥1.6
F2KC
τ
mm
p
式中：
D2——弹簧中径；
τp——弹簧的许用应力，查表得τ
p
=471MPa
；
C—旋绕比，取C=8；K—曲度系数，K=
4C-16154C-4
+0.C
=1.18；
由此可得d≥14.7mm
取d=15mm又因为C=
D2d
，得D2=120mm
在最大工作负荷F2作用下，取弹簧的有效圈数为：
n=10弹簧的刚度计算公式为k=
Gd
48D3
2n
式中：
G—切变模量，查表得，G=785000N/mm2
；
第13页共25页
圈
麦弗逊式独立悬架设计
代入数据得：
k=
Gd
43
8D2n
=
7.85⨯10⨯158⨯120
3
44
⨯10
=28.75N/mm
§6.3其他参数的计算
§6.4弹簧的校验
压缩螺旋弹簧轴向变形较大时，会产生侧向弯曲而失去稳定性，特别是弹簧自由高度超过弹簧中径的4倍时，更容易产生这种现象，因而设计时要进行稳定性计算。
高径比b=
H0D2
=382.5120
=3.19
故稳定性符合要求。
第14页共25页
14
（汽车设计）
第七章减振器的设计
减振器作为阻尼元件是悬架的重要组成元件之一，其作用是迅速衰减汽车振动，改善汽车行驶平顺性，增强车轮与路面附着性能，减少汽车因惯性力引起的车身倾角变化，提高汽车操纵性和稳定性。
另外减振器能够降低车身部分动载荷，延长汽车使用寿命。
减振器的功能决不仅仅是衰减振动，其对整车综合特性的影响如下：
图7-1减振器对整车综合特性的影响
目前汽车使用的减振器主要是筒式液力减振器，其结构可分为双筒式、单筒充气式和双筒充气式三种。
本次设计的减振器采用的是双筒充气液力减振器，它具有工作性能稳定、干摩擦力小、噪声低、总长度短等优点，在乘用车上得到越来越多的应用。
设计减振器的要求是，在使用期间保证汽车的行驶平顺性的性能稳定；有足够的使用寿命。
此次所选悬架的减振器为双向作用筒式液压减振器，其基本结构如下图所示
:
主要部件：
1.活塞杆2.工作缸筒3.活塞4伸张阀5.贮油缸筒6.压缩阀7.补偿阀8.流通阀9.导向座10.防尘罩11.油封
图7-2双作用筒式液压减振器
第15页共25页
麦弗逊式独立悬架设计
1.相对阻尼系数ψ的确定
汽车悬架有阻尼以后，簧上质量的振动是周期衰减振动，用相对阻尼系数ψ的大小来评定振动衰减的快慢程度。
ψ的表达式为
ψ=δ
（
cm2（7-1）
）
式中，c是悬架系统的垂直刚度；ms为簧上质量。
式（7-1）表明，相对阻尼系数ψ的物理意义是：
减振器的阻尼作用在与不同刚度c和不同簧上质量ms的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效果。
ψ值大，振动能迅速衰减，同时又能将较大的路面冲击力传到车身；ψ值小则反之。
通常情况下，将压
升级会员 