轿车前独立悬架设计与实现毕业设计.docx

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夏利轿车前独立悬架设计

摘要

轿车前悬所使用的是麦弗逊式独立悬架。

麦弗逊式独立悬架有着结构简单、

紧凑、占用空间小等众多优点，在现代轻型汽车中得到了广泛的运用。

本文分别从设计、制造、仿真分析、优化设计等方面对夏利麦用式悬架进行

了设计、分析和优化。

论文首先完成了悬架中关键零部件如：

螺旋弹簧、横向稳

定杆、减振器等的设计和选型；进而运用空间坐标变换的方法分析了悬架的结构

特点和运动特征，并以此为基础建立了悬架的物理模型和数学模型。

同时，论文

还根据仿真结果（车轮定位参数与车轮跳动量的关系曲线，）对悬架性能进行了简

要评价。

最后，运用机械优化理论，以干涉量的加权均值为目标函数，优化了转

向横拉杆断开点的位置。

结果表明，优化后的转向横拉杆断开点位置可以明显地

减小干涉量，从而降低悬架跳动对转向机构的影响程度。

关键词:

夏利轿车;麦弗逊式悬架;设计计算;运动分析;转向横拉杆断开点;优化设

计;工艺分析

III

ThedesignofthefrontsuspensionofXiaLiautomobile

Abstract

The

kind

ofthefrontsuspensioninXiaLi

automobileisMacpherson

suspension.Becauseofitscharacteristicsofsimplestructure,low-costandspace

economy,Macphersonsuspension

sinceitsemergence,anditiswidelyusedin

automobileespeciallyincars.

thepapersummarizedthedesignandanalysisofthefrontsuspensionof

XiaLiautomobileinaspectsofdesign,manufacture,simulationanalysisand

optimizationdesign.

Firstly

the

Paper

complete

the

suspension

of

key

componentssuchas:

thedesignandselection,andthenthedimensionalpositions

ofpointsontheleftMacphersonsuspensionwhilethefrontleftwheeljumpsare

calculatedwiththemethodofdimensionalcoordinatetransformation.Thepaper

alsogivesabriefperformanceevaluationAccordingtothesimulationresult.Based

ontherequirementsofgenerallayout,aconstrainedoptimizationdesignmodelis

setupwiththesteeringcrossrodballjointpositionastheoptimizationvariables

（designparameters）,andthesumofsteeringcrossrodlengthinterferencewhile

theleftfrontwheelbouncingastheobjectivefunction.Andtheoptimizationresults

areworkedoutbyprogrammingoncomputer.The

differencebetweenthe

optimizedandtheoriginaldesignisfiguredout.Theresultsindicatethatthe

modelingmethodinthepaperispractical.

Keywords:

XiaLiAutomobile;Macphersonsuspension;designandcalculation;

kinematicanalysis;steeringrodcrossballjoint;optimizationdesign;TechnicalAnalysis

目

录

1.绪论 1

1.1研究背景及研究意义 1

1.2夏利轿车麦佛逊式悬架 1

1.2.1麦弗逊悬架的特点 1

1.2.2麦弗逊悬架的结构分析 2

1.3论文研究目的和主要内容 2

2.麦佛逊式悬架的设计计算 4

2.1悬架的总体方案设计 4

2.2螺旋弹簧的设计计算 4

2.2.1螺旋弹簧简介 4

2.2.2螺旋弹簧受力及变形 5

2.2.3弹簧的设计计算 7

2.3横向稳定杆的设计计算 9

2.3.1横向稳定杆简介 9

2.3.2横向稳定杆的设计计算 9

2.4减震器的设计与选型 10

2.4.1减振器的选择要求 10

2.4.2主要性能参数的选择 11

2.4.3主要尺寸的选择 12

2.5弹簧限位缓冲块的设计 13

2.5.1缓冲块的作用 13

2.5.2缓冲块的设计 14

2.5.3缓冲限位块的性能分析 16

3.麦佛逊式悬架导向机构的设计与仿真 17

3.1独立悬架导向机构 17

3.2麦弗逊式悬架系统物理模型的建立 17

3.3导向机构运动学分析 18

3.3.1数学准备 18

3.3.2导向机构运动学计算 19

3.4基于MATLAB软件的悬架运动特性仿真分析 21

3.4.1实际问题中的悬架参数 21

3.4.2车轮定位参数仿真分析 22

3.5基于MATLAB软件转向横拉杆断开点的优化设计 26

3.5.1麦佛逊式悬架导向机构对转向梯形的影响 26

3.5.2麦弗逊悬架转向横拉杆断开点位置的优化 27

3.5.3优化结果分析 29

4.关键零部件的校核 30

4.1螺旋弹簧的强度校核 30

4.1.1稳定性验算 30

4.1.2弹簧的实际性能参数 30

4.1.3弹簧对整车的影响：

30

4.2横向稳定杆的强度校核 31

4.2.1横向稳定杆的应力校核 31

4.2.2结果分析 33

5.工艺性与经济性分析 34

5.1螺旋弹簧的工艺性

…………………………………………………………34

5.1.1弹簧的材料 34

5.1.2弹簧的制造工艺 36

5.1.3弹簧的疲劳强度 37

5.2横向稳定杆的工艺性 38

5.2.1材料的选择 38

5.2.2许用应力 38

5.3麦佛逊式悬架的经济性分析 38

结论 39

致谢 40

IV

grip

的

夏

利

车

轮

自

生

成

参考文献 41

附录 45

附录 A 基于 UG open

程 45

附录B基于MATLAB的运动学仿真程 52

附录C基于MATLAB的优化计算程 56

附录D MATLAB程序用悬架参 60

V

1．绪论

1.1课题背景及研究意义

悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架（或车身）与车轮弹性地连接

起来。

悬架需要传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，缓和路面传给车身

的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，使汽车获得高速的行驶能力和理

想的运动特性。

悬架对于整车的意义重大。

鉴于悬架设计在汽车特别是在轿车总成开发中的重要地位，几乎各国汽车研

发机构和各大汽车生产集团都在悬架的开发中投入了极大的热情。

悬架本身的性

能特点、与整车的匹配关系等无不决定了汽车的行驶平顺性、操纵稳定性和乘坐

舒适性，进而直接决定了整车的档次和价格。

因此，对悬架的研究有着重要的实

用意义。

图1.1夏利TJ7100悬架系统

1.2

夏利轿车麦佛逊式悬架

1.2.1麦弗逊悬架的特点

麦弗逊悬架一般用于轿车的前轮。

与其它悬架系统相比，麦弗逊式悬架系统

具有结构简单，紧凑，占用空间少，性能优越等特点。

麦式悬架还具有较为合理

1

的运动特性，能够保证整车性能要求。

因此，麦弗逊悬架在前置前驱的轿车和微

型汽车上有着广泛的应用。

虽然麦弗逊悬挂在行车舒适性上的表现令人满意，其

结构简单体积不大，可有效扩大车内乘坐空间，但也由于其构造为滑柱式，对左

右方向的冲击缺乏阻挡力，抗刹车点头等性能较差。

1.2.2麦弗逊悬架的结构分析

麦弗逊悬架由多个零件组成（图1.1为夏利TJ7100轿车的悬架系统总图），），

故在悬架机构分析中采用空间机构分析法对其进行分析。

在运用此方法进行分析

时，我们将悬架总成中的构件等效成刚体来研究悬架系统的空间运动。

图1.2是12麦弗逊式悬架的等效机构图，借助图中所示的等效方式，我们可

以清楚地看出悬架摆臂和转向节之间的连接通过球副来等效；减振器外套筒和活

塞的联接方式被等效成一个移动副；减振器的上支点和车身的连接被等效成一个

转动副。

这样，麦弗逊式悬架被抽象成一个封闭的空间机构。

通过图示的等效方

案可以使我们对悬架系统的分析变得简单且，不会在很大程度上影响分析的结果。

图1.2

麦弗逊悬架的等效机构图

1.3

论文研究目的和主要内容

本文的研究对象是夏利轿车麦弗逊式前悬架。

和其它形式的悬架相比，麦式

悬架有着无可比拟的优点和较难改进的缺点。

通过对悬架弹性元件的计算、分析，

导向机构的仿真和优化，可以验证悬架中关键零部件的可行性，掌握悬架的适用

2

范围和使用条件，改善整车的行驶平顺性和操纵稳定性。

在此基础上文章还进一

步提出和麦式悬架性能有着密切关系的转向横拉杆断开点位置的优化方案，并对

仿真结果进行了剖析。

具体内容包括：

（1）根据原型车的设计要求和布置方案对悬架中的弹性元件、减振器、缓冲

限位块等重要零部件进行了设计计算和可行性校核；

（2）运用空间坐标变换理论和空间刚体运动学原理，通过对麦弗逊式悬架的

简化和抽象，将实物模型转成可供分析和研究的物理模型和数学模型；

（3）运用MATLAB软件的混合编程工具对建立的数学模型进行仿真分析，

对得到的悬架性能评定参数：

车轮外倾角、主销后倾角等车轮定位参数讨论分析，

并以此为根据来评定夏利汽车的前麦弗逊式悬架性能；

（4）提出转向横拉杆断开点位置的优化设计方案，运用MATLA