摘 要

悬架系统属于汽车行驶系统，是汽车上的重要部件之一。作为车轮与车身的连接部件，它承担着两者之间的力和力矩。除此之外，由于弹性元件和减振器的存在，它还可以消耗车轮与车身相对运动产生的冲击能量，衰减振动。汽车行驶平顺性和操纵稳定性均与悬架系统密切相关。由此可见，悬架系统的设计在汽车设计中十分重要。

本文主要研究重型货车悬架系统的选型与设计。首先熟悉悬架系统相关知识，进行结构选型，然后运用汽车设计相关理论知识分别对钢板弹簧和减振器的主要尺寸进行设计计算，再借助三维建模软件CATIA和二维绘图软件AutoCAD对悬架系统及其零部件进行绘制，最后运用仿真分析软件ADAMS建立振动仿真模型，并研讨悬架系统刚度和阻尼与汽车行驶平顺性之间的关系。

关键词：悬架系统；钢板弹簧；减振器；刚度；阻尼系数

Abstract

Suspension system is one of the important parts of the car. It connects the wheels and the body, and transmits force and torque. In addition, it can also ease the impact of road surface to the body and attenuate vibration. A good suspension system ensures that the car has good ride comfort and handling stability. Therefore, the suspension system design in the automotive design is essential.
This paper mainly studies the design of heavy truck suspension system. First of all, I was familiar with the knowledge about the suspension system and selected the structure. Then, I used the theoretical knowledge of automotive design to calculate the main dimensions of leaf springs and shock absorber respectively. Next, I resorted to the 3D modeling software CATIA and 2D drawing software AutoCAD to draw the suspension system and its components. Finally, I used the virtual prototyping software ADAMS to establish the vibration simulation model and analyzed the influence of the stiffness and damping of the suspension system on the ride comfort of the vehicle.

Key words: suspension system; leaf spring; shock absorber; stiffness; damping coefficient

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3课题研究内容 2

第2章 悬架系统结构型式与设计要求 3

2.1悬架系统的功用和组成 3

2.2悬架系统的结构形式 3

2.3悬架系统的设计要求 4

第3章 悬架系统主要参数的确定 5

3.1已知设计参数 5

3.2悬架静挠度f_c的选择 5

3.3悬架动挠度f_d的选择 6

3.4后悬架主、副簧刚度的分配 6

第4章 悬架系统主要零部件的设计计算 8

4.1钢板弹簧的设计计算 8

4.1.1满载弧高f_a的选择 8

4.1.2钢板弹簧长度L的选择 8

4.1.3钢板弹簧片数及断面尺寸的确定 8

4.1.4钢板弹簧各片长度L_i的确定 11

4.1.5自由状态下钢板弹簧总成弧高及各片曲率半径的计算 13

4.1.6钢板弹簧总成弧高的验算 17

4.1.7钢板弹簧强度的验算 18

4.2减振器的设计计算 19

4.2.1相对阻尼系数ψ的选择 20

4.2.2减振器阻尼系数δ的计算 20

4.2.3最大卸荷力F₀的计算 21

4.2.4工作缸直径D的确定 21

4.3 三维模型的建立 22

第5章 悬架系统的仿真分析 23

5.1仿真模型的建立 23

5.2仿真与结果分析 24

第6章 结论 26

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1课题研究意义

近年来，科技不断进步，人们越来越富裕，生活水平不断提高。汽车成为人们广泛使用的交通工具，人们对它的要求越来越高。其中，舒适性代表着人们的主观感受，而悬架作为减轻外部激励对车身振动影响的关键部件之一，其设计和特性又直接关系到车身的振动特性，影响汽车舒适性^[1,2]。因此，为保证舒适性，需对悬架系统进行合理的设计。

设计和分析是相辅相成的，分析是设计的验证，没有分析的设计是空想设计，为此，本文在建立悬架系统几何模型的基础上，采用有限元方法对其进行运动学仿真，快速方便地预测汽车的行驶平顺性，然后根据分析结果再对悬架系统的几何设计进行评判^[3]。

我国的汽车产业虽然起步较晚，但由于改革开放，发展至今规模已经逐步壮大。尽管如此，发展过快的弊端也逐渐显现出来。国内车企大部分是合资企业，自主品牌缺乏。除此之外，国人创新能力不足，自己掌握的核心技术过少，不利于我国汽车行业的发展。要改善这个局面，除了培养自己的创新能力外，还要掌握汽车设计的基本理论以及设计步骤，包括悬架系统的设计理论及设计步骤。只有拥有牢固的基础知识，才能在此基础上进行创新，这也是本课题的研究意义之一。

1.2国内外研究现状

汽车行业发展至今，其机械结构已经发展成熟，难以改变，悬架系统的结构类型也逐步确定。而国内汽车相关知识是由国外引进，这导致国内外汽车相关知识大同小异，其中包括悬架系统。悬架系统的分类规则及其结构特点在国内外大体相同。目前，悬架一般可分为独立悬架和非独立悬架两类^[4,5]。独立悬架与非独立悬架主要区别在于车桥的断开与否。

对于重型货车，在国内，非独立悬架中的钢板弹簧悬架系统应用十分广泛。其中，对于多轴商用货车，前悬架多为钢板弹簧悬架，后悬架多为平衡悬架。除了使用钢板弹簧悬架系统外，国内少部分重型载货汽车前悬架采用空气悬架，如重汽HOWO、东风天龙等,而国外空气悬架应用较广。欧、美发达国家有几乎80%的重型货车采用空气悬架系统，高速客车和城市客车空气悬架系统的使用率更是几乎达到100%^[6,7]。除了上述两类悬架外，也有采用橡胶悬架作为重型汽车的悬架，因其变刚度特性使其在可靠性和承载性方面相对钢板弹簧优势明显^[7]。