摘 要

悬架系统是汽车上较为重要的组件之一，是指车架和车轮之间的弹性连接结构系统。悬架可以传达车架和车轮间的所有力和力矩，减轻不平坦路面传递到车架的冲击载荷，在不平坦路面行驶导致载荷变化时确保车轮有理想的运动特性，以确保汽车平顺行驶。

本文的中心内容是标致308前悬架设计。悬架的出现时间比汽车还早，经过这么多年的发展，悬架已经研究得比较成熟，现今市场上的悬架种类也有很多。针对多种不同形式悬架的优缺点以及结构特点进行对比分析，确定本文设计的标致308前悬架类型为麦弗逊式独立悬架。从标致308车型的原始数据出发，确定前悬架的性能参数，并对其基本结构——弹性元件、减振器、导向机构、横向稳定杆等进行设计计算并校核。最后运用CATIA三维建模软件进行模型建立以及模型装配，获得完整的前悬架模型。

关键词：前悬架；麦弗逊式；独立悬架；设计

Abstract

Suspension is one of the most important components in a car and refers to the elastic connection structure between the frame and the wheel. Its function is to transmit all the forces and moments between the wheel and the frame, to reduce the impact load transmitted from the uneven road to the frame, and to attenuate the vibration caused thereby to ensure the smooth running of the car.

The central content of this article is the Peugeot 308 front suspension design. The suspension appeared earlier than the car. After so many years of development, the suspension has been studied more maturely, and there are many types of suspension on the market today. According to the advantages and disadvantages of many different types of suspension and the structural characteristics, the Peugeot 308 front suspension type designed in this paper is McPherson independent suspension. Starting from the original data of the Peugeot 308 model, the performance parameters of the front suspension are determined, and the basic structure—elastic components, damper, guiding mechanism, and stabilizer bar—is designed and calculated. Finally, the CATIA 3D modeling software is used for model building and model assembly to obtain a complete front suspension model.

Key words: Front suspension; McPherson type; Independent suspension; Design.

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 悬架的发展历史、研究现状及发展趋势 2

1.2.1 悬架的发展历史和现状 2

1.2.2 悬架的发展趋势 3

1.3 课题研究内容及预期目标 3

1.3.1 研究内容 3

1.3.2 预期目标 3

第2章 悬架结构选型分析 4

2.1 悬架总成及类型 4

2.1.1 悬架总成简述 4

2.1.2 悬架类型 5

2.2 独立型悬架优缺点与分类 7

2.2.1 单纵臂式悬架 8

2.2.2 单横臂式悬架 8

2.2.3 双横臂式悬架 9

2.2.4 单斜臂式悬架 10

2.2.5 麦弗逊式悬架 10

2.3 独立悬架的评价 11

第3章 麦弗逊式独立悬架总体设计 12

3.1设计简述 12

3.2 结构分析 12

3.3 原始数据 13

3.4 悬架性能参数的选取 14

3.4.1 静挠度的设计 14

3.4.2 动挠度的设计 15

3.4.3 悬架的工作行程 15

3.4.4 悬架的弹性特性 15

3.5弹性元件设计 16

3.5.1 螺旋弹簧及其性能参数 16

3.5.2 参数计算 17

3.5.3 参数校核 18

3.5.4 其余参数的确定 18

3.5.5 小结 19

3.6 减振器设计 19

3.6.1 减振器的选择 19

3.6.2 双向筒式液压减振器的工作原理 20

3.6.3 性能参数的选择 21

3.6.4 减振器尺寸参数确定 22

3.6.5 小结 24

3.7 导向机构设计 25

3.7.1设计要求 25

3.7.2 参数设计 25

3.7.3 导向机构的受力分析 27

3.7.4 横臂轴线布置方式 28

3.7.5 横摆臂长度的确定 29

3.7.6 横摆臂建模 29

3.8 横向稳定杆 30

第4章 前轮定位参数 31

4.1 前轮定位参数概述 31

4.2 主销内倾角 31

4.3 主销后倾角 32

4.4 前轮外倾角 33

4.5前轮前束 34

第5章 其他零部件建模 35

5.1 转向节建模 35

5.2 减振器和转向节的连接件建模 35

5.3 球销建模 36

参考文献 37

结束语 38

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

自1886年世界上第一辆汽车出现100多年来，为了解决人们对于“出行”的需求，汽车工业在许多国家迅速发展起来，已经变成各国国民经济的支柱型产业。中国的汽车工业是从新中国成立之后才开始出现。1953年至1981年，这是中国汽车工业初步创建成长的时期，在计划经济体制下，国家集中资金创建了第一和第二汽车制造厂^[1]。但是受到“大跃进”和“文化大革命”的影响，中国汽车工业未能发展起来。1982年至1993年，中国汽车工业进入改革开放时期。特别是在1985年的“七五”规划中，中央政府将汽车工业列为国家的支柱型产业，自此政府大力支持汽车工业的发展，在国家政策方针的引导下，中国汽车工业积极进行改革开放，并开始出现很多合资企业。1994年，国务院颁布了《汽车工业产业政策》，提出“增强企业开发能力，提高产品质量和技术装备水平，促进产业组织的合理化，实现规模经济，到2010年成为国民经济的支柱产业”，从此中国的汽车工业进入快速成长时期^[1]。随着科技的进步与经济的发展，汽车早已成为人们平常生产、生活中不能缺少的交通运输工具^[2]。目前，中国汽车工业总体运行平稳，据中国汽车工业协会发布的数据表示，2018年中国汽车产销量分别完成2780.9万辆和2808.1万辆，连续十年蝉联全球第一，其中，乘用车产销量分别达到2352.94万辆和2370.98万辆，可见，中国是当之无愧的“汽车大国”。

然而，仅仅是“汽车大国”还不够，我们要向“汽车强国”迈进。近年来，世界各国都开始制造新能源汽车、智能汽车等，纷纷想在新的市场中占有一席之地。对于中国而言，为了实现由“汽车大国”向“汽车强国”的转变，在新的市场领域中占有优势，一方面，国家要大力鼓励支持我国汽车产业的转型与升级，可以采取政策扶持、宏观调控等措施；另一方面，各汽车企业也要积极主动进行转型升级，在国家政策的指引下，从组织到市场、从技术到产品，全方位有效的提升我国汽车工业产业的国际竞争力。除了大力发展新能源汽车和智能汽车外，我们也应注重自主品牌的崛起。

目前，中国汽车市场自主品牌的发展趋势良好，比较知名的自主品牌有：比亚迪、江淮、长安、吉利、红旗、长城、奇瑞、东风等。在长期被外企占领的高端市场，也开始有了中国自主品牌的身影，如吉利推出的“领克”，长城推出的“WEY”等。自主品牌逐渐向高端市场进军，打破了合资、外资品牌的垄断，在中国汽车工业史上具有重要意义。

但是，这些自主品牌的汽车只是从整车角度来看，其内部零部件或多或少是属于国外的技术。因此，要使中国自主品牌真正畅销，经久不衰，还需要从零部件的设计开发做起，在零部件制造上具有自主知识产权。

汽车由五大系统组成，分别是制动系统、转向系统、动力系统、传动系统、行驶系统^[3]。其中悬架系统决定汽车的行驶平顺性、操纵稳定性以及通过性。因此，对于汽车而言，悬架系统是其重要的组件之一，它把车架弹性连接到车轮上。悬架可以传达车架和车轮间的所有力和力矩，减轻不平坦路面传递到车架的冲击载荷，在不平坦路面行驶导致载荷变化时确保车轮有理想的运动特性，以确保汽车的平顺行驶^[4]。因此，悬架对于整车的意义十分重大。在汽车的技术规格表中，悬架通常也被列为最为重要的构件之一，作为权衡汽车质量的重要指标。完善的悬架系统可以很好的缓解车辆受到的冲击，加强汽车的操纵稳定性、平顺性和通过性，给驾驶员带来较好的操作体验及驾驶乐趣。同时也能减轻乘客受到车辆振动而引起的不良反应，如头晕等，给乘客较好的乘坐体验。虽然目前汽车的悬架系统已经很先进，但仍存在缺点和不足，还需不断的研究。

1.2 悬架的发展历史、研究现状及发展趋势

1.2.1 悬架的发展历史和现状

在汽车诞生之前，悬架的概念早已出现在马车上了。为了在马车上乘坐更加舒服，人们对马车的悬架进行研究，并获得了专利。1886年世界上第一辆汽车问世，使用的就是马车上的悬架系统。后来，人们对悬架进行了更加深入的研究。1900年，减振器出现。1908年，出现了采用螺旋弹簧作为弹性构件的悬架。1934年，世界上第一个由螺旋弹簧构成的被动悬架出现。但是，由于被动悬架的缺陷，在车辆行驶过程中，被动悬架不可以随外界道路条件而变化，它只得担保在某种特定速度和路面下的最佳性能，因此被动悬架大多被应用于中低档轿车上。随着前驱汽车的流行，大多数车辆都采用麦弗逊式悬架作为前悬^[5]，因为它足够紧凑，能与横向安装的发动机兼容^[6]。

1973年，半主动悬架的研究开始出现，在被动悬架的底子上，对悬架的阻尼进行改变。随着道路交通的不停发展，对汽车的行驶速度提出了更高的要求。但由于被动悬架弹簧刚度和阻尼系数不可调节的缺陷，逐渐被市场淘汰，人们开始研发更符合实际道路状况的主动悬架，在被动悬架的底子上，增添了可以调整阻尼和悬架刚度的控制部件，提升了车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。由于半主动悬架结构简单，在工作过程中不会损耗车子的动力，并且可以达到与主动悬架相似的功能，因此在20世纪80年代后期得到普遍应用并趋于成熟。而主动悬架的控制装置很复杂，一直到近几十年才真正的成长起来。由于中国汽车工业起步晚，其很大一部分汽车仍在使用被动悬架。

1.2.2 悬架的发展趋势

随着科技的进步以及民生活水准的上升，人们对汽车的操纵稳定性和乘坐舒适性提出了更高的要求^[7]。悬架系统是一个难以实现完美的车辆组件，通常不能兼顾行驶平顺性和操纵稳定性。随着电子技术的飞速成长，电子控制技术在悬架系统中的有效应用已经成为了悬架的最新研究方向。电控悬架可以对不同路面和行驶状态做出不同的反应，根据传感器信号，获取车速、转向、制动、悬架位移等信号，在经过电子控制部件处理之后，输出信号控制步进式或电磁式电动机执行部件，以实现悬架刚度与车身高度的自动调节^[8]。这样，既可以最大程度优化车辆的操纵稳定性，又能使汽车的乘坐舒适性到达令满意的程度。

1.3 课题研究内容及预期目标

1.3.1 研究内容

（1）本课题研究的是标致308前悬架设计，需要对悬架结构形式进行选定，根据原始数据，设计并计算出合理的悬架参数，设计计算并校核悬架的重要构件，如减振器、弹性元件、横向稳定杆等。

（2）根据设计的尺寸，运用CATIA建模，得到完整的悬架总成；

（3）设计图纸绘制，包括零件图和装配图，总图纸数量不低于2.5张零号图纸。其中，机绘图纸数量不少于1张零号图纸。

（4）设计说明书编写。说明书不少于10000字，查重全文复制比低于或等于30%，单章低于或等于35%。内容包括题目、中英文摘要、中英文关键词、目录、绪论、正文、结论、致谢、中外文参考文献、附录。

1.3.2 预期目标

用计算机绘图软件设计出能够兼顾平顺性与操纵稳定性的悬架，且不影响汽车的通过性与安全性，悬架部件的设计协调，确保契合整体性能的要求。

第2章 悬架结构选型分析

2.1 悬架总成及类型

2.1.1 悬架总成简述

悬架系统是汽车上较为重要的组件之一，是指车架和车轮之间的弹性连接结构系统。悬架可以传达车架和车轮间的所有力和力矩，减轻不平坦路面传递到车架的冲击载荷，在不平坦路面行驶导致载荷变化时确保车轮有理想的运动特性，以确保汽车平顺行驶^[4]。

根据悬架的功能可知，需要在车架与车轮之间建立弹性联接，并由弹性元件传达垂直力以缓冲由不平坦道路等引起的振动及冲击。同时，由于弹性元件受到来自不平坦道路、发动机激励等的冲击后，也会产生持续的振动，会对驾驶者及乘坐者造成不适，因此还需要一定的阻尼元件（即减振器）迅速衰减不必要的振动，从而使振动振幅减小，提升乘坐舒适感。另外，悬架中需要导向机构来确定车轮相对于车架的运动，传递纵向力、侧向力以及它们引起的力矩。一些汽车悬架上还会设置缓冲块和横向稳定杆，前者是减少车轴对车架的撞击，后者是在车辆转弯时减少车身的侧倾，并改善轮胎与低面之间的附着力。

虽然当今汽车的悬架具有多种结构形式，但是它通常是由由弹性元件（弹簧）、导向机构和减振器组成，这三部分分别起缓冲、引导导向和减振的作用，三者的共同任务是传力^[9]。

图2.1 悬架在汽车上的位置

图2.2 悬架的组成

2.1.2 悬架类型

根据控制形式的差异，悬架分成两种类型：被动悬架和主动悬架。

被动悬架主要由弹性支承和阻尼器组成，无外部能量输入，弹簧刚度和阻尼系数不可调。在汽车行驶过程中，它不能随着外部道路条件而改变，只能确保在特定路面和速度下的最佳性能。被动悬架性能稳定，结构简单，经过不停的改善，现已非常成熟。但是，由于现实对于平顺性和操纵稳定性的要求不同，因此对悬架参数的要求也不相同，故被动悬架已经不能满足汽车工业成长发展的需要。

对于近几十年慢慢发展起来的主动悬架，能根据车子的行驶状态（包括车辆的运动状态和道路条件等）动态自适应调整悬架的刚度和阻尼特性，使悬架系统始终处于最佳状态。主动悬架优点众多，可以控制车身高度、提高汽车通过性、还能兼顾汽车平顺性与操纵稳定性等，其缺点是结构和控制复杂，增加整车重量和生产成本。根据是不是含有动力源，可将主动悬架分成四类：有源主动悬架（全主动悬架）、部分有源主动悬架（慢主动悬架）、无源主动悬架（半主动悬架）、馈能型主动悬架。与被动悬架比较，主动悬架对汽车工程界来说更为重要。

图2.3 主动悬架工作示意图

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