[2]。第2章懸架總體設計2.1獨立懸架和非獨立懸架在現(xiàn)代汽車懸架系統(tǒng)的發(fā)展歲月里，它可以劃分為兩大類那就是獨立和非獨立懸架。這兩類懸架最大的不同就是內部的結構構造是不一樣的，正如獨立懸架的名字一樣其最大的特點就是左右兩個輪子分別通過各自的懸架系統(tǒng)與汽車的車架相互連接，左右兩車輪的懸架是相互獨立的他們兩者之間不會產(chǎn)生影響。而非獨立懸架的特點也如它的名字一樣其內部結構的特點就是左右兩個車輪之間是會相互影響的，他們通過一整根軸來進行連接，然后再通過一整個懸架將左右兩個車輪和汽車車身直接連接起來。隨著對汽車懸架研究的不斷深入獨立懸架的種類已經(jīng)發(fā)展出有很多種類了，它們可以按照導向裝置內部結構形式的不同進行劃分，一般來說我們通常將其劃分為雙橫臂式，單橫臂式，雙縱臂式，單縱臂式，單斜臂式，麥弗遜式等多個種類型。通過分析研究可得上述這幾種類型的懸架都有各自的的優(yōu)劣之處，但是這其中的的雙橫臂的獨立懸架它的側傾中心高度要比其他幾種汽車懸架的高度要低一些，而且它的橫向剛度相較于其他幾種懸架來說要大一些，如果采用這種類型的懸架可以讓輪胎的壽命更長，獲得更好的經(jīng)濟效益，而且還不會使車輪發(fā)生擺振的情況。其結構形式如圖2.1所示。圖2.1雙橫臂式獨立懸架示意圖雙橫臂式獨立懸架還可以根據(jù)兩橫臂的長度關系繼續(xù)進行劃分，有一種就是兩橫臂長度不相等的雙橫臂式獨立懸架，它的上橫臂長度會略短于下橫臂的長度，這種懸架的好處就是在汽車行駛到不平的路面時車輪會因為振動上下跳動，但是因為上橫臂的長度是略短的，這就造成上臂在運動時轉過的弧度會小于下臂轉過的弧度，這就可以在一定程度上減少車輪的磨損來提高輪胎壽命。其結構如圖2.2所展示。圖2.2不等長式雙橫臂獨立懸架對于另外一種懸架——非獨立懸架而言，它其中一個設計特點就是一般會選則這種可以充當導向裝置的縱置式鋼板彈簧作為它的彈性元件，因為沒有導向裝置就使得這種懸架的結構變得十分簡單，而且它的制作工藝相對簡單大多是一體成型的，越是復雜的裝置越容易出現(xiàn)問題，越是簡單的東西就會越可靠，但是它也存在這明顯的缺點，那就是因為鋼板彈簧的長度都是比較長的這就造成這種懸架在布置的時候就需要很大的空間，但是這樣的話就會限制住了整車在其他部分的布置情況，更為嚴重的就是如果把這種懸架應用到前懸架的設計之中還會出現(xiàn)前輪擺振的現(xiàn)象，這不但會影響汽車的穩(wěn)定性乘坐的舒適性甚至還會影響汽車行駛的安全性發(fā)生危險的可能，所以這種懸架很少會應用到乘用車的前懸架的設計中，主要還是應用在質量大的商用汽車的前后懸架或者乘用車的后懸架的設計當中。2.2前后懸架方案的選擇本設計參考的數(shù)據(jù)如表2.1表2.1參考數(shù)據(jù)總長x總寬x總高(mm)5500x1800x2100軸距(mm)3300整車質量(kg)4700滿載質量(kg)7800空載前橋軸荷(kg)2320滿載前橋軸荷(kg)2480空載后橋軸荷(kg)2380滿載后拼軸荷(kg)5420車輪外傾(°)1主銷內傾(°)8前輪距(mm)1575后輪距(mm)1575根據(jù)之前對懸架的簡單敘述我們已經(jīng)可以簡單了解各種懸架的優(yōu)劣之處和所適用的情況，再結合我所選擇的汽車參數(shù)和該越野車所處的工作環(huán)境，所以我在這次畢業(yè)設計當中選擇了上下橫臂不等長的雙橫臂式獨立懸架作為我的汽車前輪懸架，選擇縱置鋼板彈簧的非獨立懸架作為我的汽車后輪懸架。2.3懸架主要參數(shù)的確定2.3.1前后懸架靜撓度通過前輩們的不懈努力，我們得以了解到影響汽車平順性的一個主要因素就是偏頻，其定義就是前后懸架和它的簧上質量二者合為一體共同組成一個振動系統(tǒng)，這個中系統(tǒng)的的固有頻率就是前后懸架的偏頻a，它的計算公式就是（2-1）通常情況下在所有類型的汽車中，乘用車對于其在行駛過程中的平順性要求是最高的，所以它的偏頻應該是比較小的。對于汽車的靜撓度還存在一個關系那就是前懸架的靜撓度應該比后懸架的靜撓度要大一些二者之間還應該存在一種比例關系那就是。綜合我所選擇的汽車數(shù)據(jù)和該越野車所處的工作環(huán)境，而且還能應該考慮到這種類型的越野車既要兼顧車內乘員的乘坐舒適性又要保證具有一定程度的載貨能力，由此可以選擇前懸架的偏頻為=l.5Hz，后懸架的偏頻為=1.8Hz。然后再將數(shù)據(jù)代入公式（2-1）之中，可以得到本次設計的越野車的前懸架靜撓度為=11.11cm，取靜撓度值為112mm,后懸的靜撓度=7.72cm，取靜撓度值為78mm。2.3.2前后懸架動撓度這里對于什么是懸架靜撓度先做一個的解釋那就是，當汽車處于滿載平衡狀態(tài)的時候懸架中的彈簧就會處于工作狀態(tài)，當彈簧一直被到壓縮到最大形變的時候車輪相對于車架在豎直方向上會移動一段距離，我們將這段距離稱之為汽車懸架的動撓度。乘用車的動撓度的取值范圍一般是7~9cm，載貨汽車的取值范圍一般是6~9cm。根據(jù)之間的設計數(shù)據(jù)選為70mm。第3章彈性元件設計3.1彈性元件概述在組成汽車懸架系統(tǒng)的諸多零部件中最重要的一個就是彈性元件。彈性元件的種類有很多，每個都有各自的特點，選擇一款合適的彈性元件對整車的懸架系統(tǒng)來說是為重要的，其類型的選擇和質量的好壞都將直接影響整個懸架系統(tǒng)的好壞，間接影響汽車乘坐的舒適性和行駛過程的平順性。能夠作為汽車懸架的彈性元件的彈簧種類是有很多在這些彈簧中最常見的三種就是螺旋彈簧，鋼板彈簧和空氣彈簧。一般來說汽車懸架中的彈性元件在工作時都需要搭配相應的減振器才能正常使用，但是因鋼板彈簧不但可以作為彈性元件還能充當減振器的身份起到減緩振動的功用這就是他優(yōu)于其他彈簧之處。上述三種彈簧中的螺旋彈簧具有剛度十分穩(wěn)定特性曲線為線性制造工藝成熟成本相對比較低結構相對比較簡單而且不會占用很多的空間等諸多優(yōu)點特別適用在前懸架當中。所以我選擇圓柱螺旋壓縮式彈簧作為前懸架的彈性元件。螺旋壓縮彈簧可以按照制造工藝的不同劃分為兩類，第一種是熱成型螺旋彈簧，第二種冷成型螺旋彈簧。一般情況下，當制造鋼絲直徑大于10mm的彈簧時就會采用彈簧成型之后再進行淬火回火的制造工藝，這樣制作而成的彈簧就是熱成型螺旋彈簧。當制造鋼絲直徑小于10mm的彈簧時則會使用經(jīng)過回火處理的鋼絲進行去應力退火處理之后再成型的工藝，這樣制作而成的彈簧就是冷成型螺旋彈簧。3.2彈簧參數(shù)計算根據(jù)之前的計算得到得的結果和所選汽車的組成參數(shù)可知，汽車前懸架的靜撓度=112mm，當前橋空載時的質量，當前橋滿載時的質量，前輪的軸距是1575mm。將上述這些計算數(shù)代入公式中可得，空載時單邊簧上載荷為。滿載時單邊簧上載荷為。3.2.1選擇材料根據(jù)所選擇的汽車參數(shù)可知其簧上載荷是比較大的，所以我所選擇的彈性元件是使用硅錳彈簧鋼制成的熱成型螺旋彈簧。初選彈簧鋼絲直徑。由表3.1初選旋繞比（因為一般情況下旋繞比越小它的制造難度就會越大，所以在滿足使用條件的同時需要盡可能地選擇大一些的旋繞比）。根據(jù)GB/T23935-2009圓柱螺旋彈簧的許用切應力相關規(guī)定可查得熱卷壓縮彈簧的許用切應力。表3.1旋繞比C的規(guī)范標準d/mm0.2~0.50.5~1.11.1~2.52.5~77~16>16E7~165~125~104~94~84~63.2.2計算彈簧曲度系數(shù)K（3-1）式中：C為旋繞比3.2.3計算簧絲直徑d（3-2）經(jīng)過計算得出的數(shù)據(jù)與初選相接近，再根據(jù)表3.2（節(jié)選自GB/T1358-2009）可知d=20mm。表3.2圓柱螺旋壓縮彈簧簧絲直徑尺寸系列簧絲直徑d/mm50.30.350.40.40.80.911.21.622.533.544.55681012151620253035404550603.2.4計算彈簧中徑D和旋繞比E（3-2）根據(jù)表3.3（節(jié)選自GB/T1358-2009）可知D=120mm.表3.3圓柱螺旋壓縮彈簧彈簧中徑尺寸系列彈簧中徑D/mm0.91.855.566.577.588.591012141618202225283032384245485052555860657075808590951001051101151201251301351401451501601701801902002102202302402502602702802903003203403603804004505005506003.2.5計算螺旋彈簧剛度（3-3）式中的h為彈簧工作行程初選為5mm3.2.6計算彈簧工作圈數(shù)b（3-4）式中的G為彈簧切變模量，根據(jù)GB/T23935-2009中關于彈簧鋼的切變模量的規(guī)定可知G=78500MPa，再根據(jù)表3.4（節(jié)選自GB/T1358-2009）對于彈簧有效圈數(shù)的規(guī)定可知b=8。因為我選擇的彈簧的端部結構形式為YI型，樣式結構如圖2.1所示，這一結構形式的特點就是在兩端各有一圈為支承圈因此所選彈簧的總圈數(shù)是（3-5）表3.4圓柱螺旋壓縮彈簧有效圈數(shù)尺寸系列壓縮彈簧有效圈數(shù)b55555.566.577.588.599.51010.511.512.513.514.51516182022252830圖3.1螺旋彈簧端部結構圖3.2.6驗算彈簧穩(wěn)定性確定彈簧節(jié)距k（3-6） 取k=40mm計算彈簧的自有高度H（3-7）根據(jù)表3.5中關于彈簧自由高度的規(guī)范標準應選擇其自由高度為。表3.5圓柱螺旋壓縮彈簧自由高度尺寸系列壓縮彈簧自由高度H/mm2345678910111213141516171819202224262830323538404245485052555860657075808590951001051101151201301401501601701801902002202402602803003203403804004204504805005205505806006206506807007207507808008509009501000判斷穩(wěn)定性判斷其彈簧在工作時能否處于穩(wěn)定狀態(tài)主要依據(jù)的是彈簧的高徑比f即（3-8）經(jīng)過計算b<5.3可以判斷該彈簧穩(wěn)定。3.2.7驗算彈簧疲勞強度根據(jù)彈簧的實際工作情況，用對應的疲勞強度安全系數(shù)R來判斷（3-9）（3-10）（3-11）帶入數(shù)據(jù)計算R為1.69滿足要求。為小安全系數(shù)（)。綜合上述計算結果先將計算數(shù)據(jù)整理于表3.6中名稱簧絲直徑d彈簧中徑D彈簧節(jié)距k彈簧工作圈數(shù)b彈簧自由高度H尺寸/mm20120408340表3.6計算數(shù)據(jù)第4章減振器設計4.1減振器的選擇在汽車懸架的總體設計中被廣泛使用的減振器類型為液力式減振器，因其內部充有大量液體而得名。這種類型的減振器它的工作原理就是因汽車在行駛的過程中車身和車輪會發(fā)生振動，減振器內部充盈的液體處于流動狀態(tài)，這些液體在流過阻尼孔時受到的摩擦力和液體之間流動時產(chǎn)生的粘性摩擦力兩者相互作用這就形成了振動阻力，這些因汽車行駛振動所產(chǎn)生的能量通過摩擦作用轉化為熱能之后就被散發(fā)到空氣當中，從而達到減緩車身振動的效果。應用于懸架系統(tǒng)的減振器按照一次做功還是兩次做工可以分成兩類，即單向作用或雙向作用這兩種減振器REF_Toc2629\r\h[1]。這兩種類型的減振器相比雙向作用的減振器工作效率更高所以得到更為廣泛的應用。懸架系統(tǒng)中的減振器還有另外一種根據(jù)結構形式的不同進行種類劃分的方法可以分為搖臂式和筒式。筒式減振器因其可以長期使用而不會損壞且在工作時更為可靠，所以在大部分的前懸架都會使用是筒式減振器。尤其是雙筒式充氣液力減振器工作性能穩(wěn)定能夠可靠，干摩擦阻力較小，噪音低在乘用車上得到更多的應用。所以在本次設計中選擇的減振器類型為雙筒式減振器，如圖4.1所示。圖4.1雙筒式減振器工作原理圖4.2減振器參數(shù)計算4.2.1相對阻尼系數(shù)S我們已經(jīng)了解到汽車在行駛到不平整的路面時就會產(chǎn)生振動這時懸架就開始發(fā)揮作用。但是我們不能一下就將振動全部吸收，這個減振過程會呈現(xiàn)出一種漸變的、周期性的衰減的形式，通常情況我們會把這種振動衰減的快慢情況用相對阻尼系數(shù)來表示。其表達式為（4-1）式中：b——為懸架系統(tǒng)的垂直剛度——為懸架的簧上質量T——阻尼系數(shù)因為我選取的是雙向行程的減振器，減振器在雙向行程中都會產(chǎn)生減震效果，這就存在兩個相對阻尼系數(shù)，他們分別為壓縮行程的相對阻尼系數(shù)和伸張行程的相對阻尼系數(shù)。但是我們不能直接計算出這兩個行程的相對阻尼系數(shù)，求解方法就是先求出和的平均值S。和還存在一種比例關系二者滿足的比例關系，我們可以根據(jù)這種關系對其求解。通常的取值應該在0.25~0.35之間，我所取的是，則（4-2）求得，。4.2.2減振器阻尼系數(shù)T通常情況下減振器在汽車前懸架中的布置形式一共有三種如圖4.2所示。不同的放置位置在計算阻尼系數(shù)的時候都會有不同的計算方法在計算時需要根據(jù)行駛不同來選擇公式，我所選的就應該使用式（4-3）的公式。（4-3）式中：a——減振器與下橫臂連接處到下橫臂與車架連接處的距離b——汽車下橫臂長度——減振器軸線和豎直面之間夾角圖4.2減振器布置形式根據(jù)所選形式和汽車參數(shù)，將，，等數(shù)據(jù)代入公式（4-3）之中就得到減振器的阻尼系數(shù)。4.2.3最大卸荷力想要求出最大卸荷力我們需要借助式（4-6）。只有當卸荷速度達到最大的時候（也就是當卸荷閥剛打開時的活塞速度），我們才能得出計算結果，所以我們先求卸荷速度。其計算公式為（4-4）式中：B——車身振幅為w是懸架振動的固有頻率，其計算公式為（4-5）式中：——彈簧剛度代入數(shù)據(jù)到式子中得將上述所得數(shù)據(jù)代入式（4-6）中得（4-6）4.2.4減振器工作缸直徑D工作缸直徑的計算公式公式為：（4-7）式中：[P]——為工作缸最大許用壓力，取3MPat——連桿和缸筒的直徑比，取0.40代入數(shù)據(jù)得D=54.5mm在選擇工作缸直徑時其數(shù)據(jù)需要滿足表4.1汽車筒式減振器尺寸系列中關于減振器工作缸尺寸的規(guī)定（QC/T491—1999)，取D=65mm。然后通過減振器之間各處比例關系經(jīng)過計算可以得到連桿的外側直徑為，再根據(jù)規(guī)范標準可得到儲油筒的外側直徑，缸體材料使用的20鋼即可，厚度一般為2mm。表4.1汽車筒式減振器尺寸系列減振器工作缸直徑D/mm203040455065依據(jù)所選工作缸直徑為65mm，按照國家規(guī)定標準可以得到活塞的基長為210mm，活塞的行程為190mm。因此當活塞壓縮到底時的長度為210+190=400mm，活塞被拉伸的最大長度為210+190x2=590mm。綜合上述計算結果將計算數(shù)據(jù)整理于表4.2中表4.2計算數(shù)據(jù)名稱連桿工作缸儲油筒壁厚直徑/mm266588長度/mm4001901002第5章導向裝置設計5.1導向裝置的簡介汽車獨立懸架的導向裝置通常所指的就是懸架中的橫臂，是連接車輪、減振器和車架的橋梁。導向裝置除了起到連接作用還能發(fā)揮規(guī)范作用，那就是當汽車在行駛過程中遇到不好的路面時汽車的車輪就會上下跳動，這時候懸架的導向裝置就會規(guī)范車輪跳動的軌跡。5.2導向裝置的參數(shù)確定5.2.1確定縱向平面內上、下橫臂布置形式一般情況下，雙橫臂式獨立懸架上下橫臂的布置形式一共有6種情況，這幾種情況在圖5.1中展示出了。圖5.1縱向平面內上、下橫臂軸布置方案將上述六種不同的布置方案橫向進行對比可以得知第126這三個方案上下橫臂的放置位置比較好，是現(xiàn)代汽車中雙橫臂式獨立懸架所經(jīng)常使用的方案，我選擇的是第二種放置方案。5.2.2確定側傾中心并計算側傾中心高度想要求得汽車的雙橫臂式獨立懸架側傾中心的位置可以使用圖5.2所展示的求解方法。按照這種方法首先需要找到前輪懸架的導向裝置中上橫臂和下橫臂的內外傳力點。然后將內外傳力點連接形成一條直線。之后再將這兩條直線進行延長可以獲得一點P。最后就是把車輪和地面的交點N與剛剛所得到的點進行連線，這條連線會和汽車的軸線形成一個交點，這一交點即為側傾中心點。如果前懸架上下橫臂的結構形式是相互平行于水平面布置的時候我們還可以采用第二種方法獲得懸架側傾中心的位置。那就是將其中一條橫臂的內外傳力點連線向下平移到與車輪和地面的交點N相互重合時，這條平行線與汽車軸線的交點就是汽車懸架側傾中點的位置。圖5.2雙橫臂獨立懸架側親中心位置計算方法想要求出側傾中心高度可以使用計算公式（5-1）式中：A——前輪距，；f——主銷長度，c=330mm；——主銷內傾角，；——上橫臂與汽車橫平面夾角，；——下橫臂與汽車橫平面夾角，；b——滿載時最小離地高度，取；e——主銷偏移距，取e=50mm。X——比例系數(shù)（5-2）——p點高度（5-3）將數(shù)據(jù)代入式中得5.2.3確定縱傾中心如果想要求出雙橫臂獨立懸架的側傾中心可以用圖5.3所展示方式進行計算求得。其方法就是先找到上下兩橫臂轉動軸的位置再將其軸線進行延長最后確定這兩根延長線的交點o就是縱傾中心，用這種方法就確定出了縱傾中心的位置。圖5.3雙橫臂獨立懸架縱傾中心計算方法5.2.4確定上、下橫臂的長度在本次設計中我所選擇的是上下橫臂長度不相等的不等長式雙橫臂式懸架。而且根據(jù)日常使用的情況進行分析，上下橫臂的長度之比應該在0.65左右，所以我選擇的下橫臂長度是根據(jù)比例進行計算可以得到上橫臂的長度為。

結論我這次的畢業(yè)設計是設計一款礦用越野車的懸架系統(tǒng)，在我的這次設計中借鑒了許多前輩的研究，查閱了許多資料，綜合考慮之后我所選擇的懸架種類為上下橫臂長度不等的雙橫臂式獨立懸架。經(jīng)過這次設計我體會到了前輩們的艱辛和努力，相比于前輩們?yōu)榱嗽旄Ｉ鐣龠M科技進步所耗費的時間和精力，我所做的工作量是微不足道的。但是對于我這個即將大學畢業(yè)走進工廠參與機械設計工作的人來說，這次畢業(yè)設計無疑使對我本科四年學習成果的一次綜合性考驗，我將這四年來學到的知識進行了融合貫通，特別是對于以后工作至關重要的繪圖能力有了較大的提升，通過這段時間的對三維立體圖和二維平面圖的繪制，我不但復習了之前進行課程學習時所掌握的知識，還獲得了一些新的技能，比如掌握了螺旋壓縮彈簧的繪制方法。在這次設計當中我還學習到對于不了解的知識如何獲取的能力，我們并不能掌握所有知識當時我們卻可以通過網(wǎng)絡書籍的渠道去獲得知識。就像是大學本科學習了四年，驀然回事，我好像什么都沒有學到，但是細細品味又好像學到了很多，這就是大學的魅力。大學教導我們拋棄高中填鴨式的學習方法，逐漸掌握了自主學習的能力。就像這次的畢業(yè)設計，老師不再像以前一樣手把手的教我們怎么往下進行設計工作，只能靠自己搜集資料進行設計。很感謝這次的設計給了我一次檢驗自己的機會知道自己哪里不足，知道了如何彌補不足。在畢業(yè)設計期間時間緊任務重，通過不斷地學習，我也變得更加的成熟對懸架系統(tǒng)的相關知識有了更加深入的了解，掌握了許多之前所不了解的知識和欠缺的能力，對于畢業(yè)之后的工作也更有信心了，這段經(jīng)歷我將永遠銘記。

參考文獻王望予.汽車設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004余志生.汽車理論[M].北京:機械工藝出版社,2018耶爾森·賴姆帕爾(德).汽車底盤基礎[M].北京：科學普及出版社，1992郭孔輝.汽車操縱動力學[M].吉林:吉林科學技術出版社,1991李建