汽车双横臂独立悬架设计

摘 要

随着科技和社会的发展和进步，各种各样的车辆将会陆续出现在公路上面，随着人们生活水平的提高，人们对车的质量和稳定性提出了更高的要求。对这个问题解决的程度如何，反映着一个社会从科技水平到人文关怀等各方面的发达程度。

双横臂式独立悬架是常见的悬架形式之一，在汽车领域有着广泛的应用，要求具有稳定的可靠性。其突出优点是在于设计的灵活性，可以通过合理选择空间导向杆系的接触点的位置及控制臂的长度，使得悬架具有合理的运动特性。本设计以汽车车型进行双横臂式悬架的设计，利用平面作图法和平面解析法对悬架的上、下横臂的尺寸和空间布局进行设计，计算选用双同时减震器和螺旋弹簧匹配悬架系统，保证轮胎的几何定位参数在各种悬架的摆动情况下都符合汽车行驶的要求，反复核算以保证在各种形式条件下获得最佳平顺性和操作稳定性。

关键词：双横臂独立悬架；横臂；稳定性；参考

I

Abstract

With the development and progress of science and technology and society, all kinds of vehicles will appear on the highway, with the improvement of people's living standard, people put forward higher requirements on the quality and stability of the vehicle. How to solve this problem, reflects a society from the level of science and technology to the development of human care and other aspects of.

Double cross arm type independent suspension is one of the common forms of suspension, which has a wide range of applications in the automotive field. Its outstanding advantage is that the flexibility of design, through the reasonable choice of the position of the contact point and the length of the control arm, makes the suspension has a reasonable motion characteristics. This design to car models for the design of the double wishbone suspension, using plane mapping method and the plane analytical method of suspension on, under transverse arm of the size and spatial layout design, calculation and selection of double and shock absorber and a helical spring suspension matching system, ensure the tire geometry set parameters under various suspension swings are in line with the requirements of vehicle, the iterative calculation to ensure in various forms under the condition of get the best ride and handling stability.

Therefore, this paper firstly makes a research on the choice of the scheme. Through the designer to master the professional knowledge, relevant information on the Internet and at home and abroad, the kinds of design present situation, after a detailed investigation, the graduation design a set of environmental protection and energy saving of electric automobile door.

Key words: double cross arm independent suspension; cross arm; stability; reference

II

结论

目 录

摘 要 ......................................................... I Abstract ........................................................ II 第一章 绪论 ...................................................... 1 1.1 课题研究的目的和意义 ....................................... 2 1.2 研究的主要内容 ............................................. 3 第二章 悬架的设计 ................................................ 5 2.1 悬架的功用和组成 ........................................... 7 2.2 汽车悬架的类型 ............................................. 7 2.3 双横臂独立悬架 ............................................. 8 第三章 悬架主要参数的确定 ........................................ 9 3.1 悬架静挠度 ................................................ 10 3.2 悬架的动挠度 .............................................. 11 3.3 悬架弹性特性 .............................................. 12 第四章 独立悬架导向机构设计及强度校核 ........................... 12 4.1 设计要求 .................................................. 13 4.2 导向机构的布置参数 ........................................ 14 4.2.1 侧倾中心 .............................................. 14 4.2.2 纵倾中心 .............................................. 15 4.3 双横臂式独立悬架导向机构设计 .............................. 16 4.3.1 纵向平面内上、下横臂轴布置方案 ........................ 16 4.3.2横向平面内的上、下横臂的布局方案 ...................... 17 4.4 悬架螺旋弹簧刚度及应力计算 ................................ 19 4.4.1 螺旋弹簧材料的选择 .................................... 19 4.4.2 弹簧几何参数的计算 .................................... 20 4.4.3 弹簧的校核 ............................................ 2I 结 论 ........................................................ 22 致 谢 ........................................................ 23 参考文献 ........................................................ 24

III

4.3.3水平面内上、下横臂轴的布置方案 ........................ 18

结论

第一章 绪 论

1.1课题研究的目的和意义

汽车是现代社会的重要交通工具，为人们提供了便捷、舒适的出行服务，随着人们生活水平的提高，对于车辆的质量和稳定性都有着越来越高的要求了。所以鉴于这些原因，汽车横臂独立悬架以其性能稳定，经久耐用，功能多样化等等诸多特点问居于世。以双横臂独立悬架为主要结构使得汽车在行驶过程中的稳定性能更强。目前，我国正在大力研发高稳定性的横臂独立悬架。

在未来的几年里，双横臂独立悬架的使用将会越来越普遍，越来越多的人们将会选择采用双横臂独立悬架的汽车，长此以往，我国的汽车工业将会在安全和稳定方面得到更一步的改变。

双横臂独立悬架用的功率转换器用作不同频率的DC-DC转换和DC-AC转换。DC-DC转换器又称直流斩波器，用于直流电动机驱动系统。两象限直流斩波器能把蓄电池的直流电压转换为可变的直流电压，并能将再生制动能量进行反向转换。DC-AC转换器通常称作逆变器，用于交流电动机驱动系统，它将蓄电池的直流电转换为频率和电压均可调的交流电。双横臂独立悬架一般只使用电压输入式逆变器，因其结构简单又能进行双向能量转换。

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，汽车必需重视悬架总成的设计开发。由于悬架本身的性能特点与整车的匹配关系等直接决定了汽车的行驶平顺性、操纵稳定性和乘坐舒适性，进而影响着整车的档次和价格。因此，对悬架的研究有着重要的实用意义。

本论文的题目是汽车双横臂独立悬架的设计，本课题与生产实际结合较紧密。通过对悬架系统中重要零部件的设计、计算和校核；各定位参数涵义及其对整车动力学性能影响的分析，初步达到介绍悬架设计全过程目的，具有很强的操作性，能够为生产提供一定意义上的指导。

1.2研究的主要内容

本次设计主要针对汽车双横臂独立悬架进行设计，从汽车双横臂独立悬架的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面：

（1）到图书馆里查阅大量相关知识的资料，搜集出各类汽车双横臂独立悬架的原理及结构，挑选相关内容记录并学习。

（2）分析汽车双横臂独立悬架的结构与参数。 （3）确定设计总体方案。

1

结论

（4）确定具体设计方案。

（5）汽车双横臂独立悬架的三维图的绘制、CAD装配图、零件图的绘制。 （6）说明书的整理

第2章 悬架的设计

2.1 悬架的功用和组成

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，保证保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平在和载荷变化是有理想的运动特性，使汽车获得高速的行驶能力和理想的运动特性。汽车悬架的功用总结如下：

①抑制、缓和由不平路面引起的振动和冲击；

②传递汽车垂直力以外，还传递其它个方向的力和力矩；

③保证车轮和车身（或车架）之间有确定的运动关系，使汽车具有良好的驾驶性能。

汽车悬架是车架（或车身）与车桥（或车轮）之间弹性连接的部件。汽车悬架主要由弹性元件、减振器和导向机构三个基本部分组成。此外还包括一些特殊功能的部件，如稳定器和缓冲块等。现代汽车还采用了控制机构，形成可控式悬架，如半主动悬架和全主动悬架等。

弹性元件使车架（或车身）与车桥（或车轮） 之间实现弹性连接，用来承受并传递垂直载荷，缓和不平路面、紧急制动、加速和转弯引起的冲击。减振器用来衰减由于弹性系统受到冲击后引起的振动。导向机构是用来使车轮(特别是转向轮)按一定运动轨迹相对于车身运动。同时以上三者兼有传递力的作用。若钢板弹簧作为弹性元件时，它本身兼有导向作用，可不另设导向机构。在多数的轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架中还设有辅助弹性元件—横向稳定器，用以提高侧倾的刚度，使汽车具有不足转向特性，改善汽车的操纵稳定性和行驶的平顺性。

要保持车身自然振动频率不变或变化很小，在汽车空载到满载的范围内变化，就需要将悬架刚度做成可变的。如悬架中的有些弹性元件本身的刚度就是可

2

结论

变的，例如气体弹簧；有些弹性元件的刚度虽是不变的，但如果其结构中采取某些措施，也可使整个悬架具有可变的刚度，例如渐变刚度钢板弹簧。这样就使汽车空车对悬架刚度小，而载荷增加时，悬架刚度随之增加。改善了汽车行驶时的平顺性。

2.2 汽车悬架的类型

根据导向机构的结构特点，汽车悬架可分为非独立悬架和独立悬架两大类。非独立悬架的鲜明特色是左、右车轮之间由一刚性梁或非断开式车桥联接，当单边车轮驶过凸起时，会直接影响另一侧车轮。独立悬架中没有这样的刚性梁，左右车轮各自“独立”地与车架或车身相连或构成断开式车桥，按结构特点又可细分为横臂式、纵臂式、斜臂式等等，各种悬架的结构特点将在以下章节中进一步讨论。

除上述非独立悬架和独立悬架外，还有一种近似半独立悬架，它与近似半刚性的非断开式后支持桥相匹配。当左右车轮跳动幅度不一致时，后支持桥中呈V形断面并与左右纵臂固结在一起的横梁受扭，由于其具有一定的扭转弹性，故此种悬架既不同于非独立悬架，也与独立悬架有别。该弹性横梁还兼起横向稳定杆的作用。

按照弹性元件的种类，汽车悬架又可以分为钢板弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹簧悬架、空气悬架以及油气悬架等[4]。

按照作用原理，可以分为被动悬架、主动悬架和介于二者之间的半主动悬架。

2.3 双横臂独立悬架

本次设计的汽车双横臂式独立悬架的结构如图2.1所示。

3

结论

图2-1 双横臂式独立悬架

按其上下横臂的长短可分为等长双横臂和不等长双横臂两种。等长双横臂悬架在其车轮做上下跳动时，可保持主销倾角不变，但轮距却有较大的变化，会使轮胎磨损严重，多为不等长双摆臂悬架代替，后一种悬架在其车轮上下跳动时候只需要适当的选择上下横臂的长度并合理布置，即可使轮距及车轮定位参数的变化限定在一定的范围之内，这种不大的轮距的改变，不应引起车轮沿路面的滑移，而为轮胎的弹性变形所补偿，因此其保持了汽车良好的行使平顺性，双横臂悬架的突出优点在于其设计的灵活性，可以通过合理选择空间杆系的铰接点的位置及导向臂的长度，使得悬架具有合适的运动特性，并且形成恰当的侧倾中心和纵倾中心。

这种不等臂悬架的优点是改善了汽车的乘坐舒适性和平顺性，保证了轮胎的使用寿命,双横臂式独立悬架在轿车的前轮上应用得较广泛。

双横臂式独立悬架按所使用的弹性元件可分为螺旋弹簧、扭杆弹簧和空气弹簧。

4

结论

第3章 悬架主要参数的确定

在设计时首先对悬架总体参数进行计算，如悬架的刚度、悬架的挠度等，这样在下文对零部件的计算时，就可以以悬架的总体参数为依据，根据悬架的结构参数求出相关零部件的受力、刚度等参数。下面是针对悬架设计所需要的基本参数：

表3-1 汽车的基本参数

车长 4629mm 车身重量 1900 kg 轮胎 235/65 R17 车高/宽 1653/1880mm 加速时间 10.0秒（0-100km/h） 轮毂尺寸 17 前轮距 1617mm 后轮距 1613mm 轴距 2807mm 最大功率 最大扭矩 最高速度 155/4300-6000 350/1500-4200 180.0 km/h KW/rpm N·m/rpm 最小转弯半径 最小离地间隙 5.8 m 185 mm 3.1悬架静挠度

悬架静扰度错误！未找到引用源。是指汽车满载静止时悬架的载荷Fw与此时悬架刚度（3.1）

汽车弹簧与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。而汽车部分车身的固有频率n（亦称偏频）可以用式表示：

（3.2）

式中：错误！未找到引用源。指汽车前悬架的刚度，N/mm错误！未找到引用源。；

错误！未找到引用源。指前悬架的簧上质量，Kg； 错误！未找到引用源。指前悬架偏频，Ｈｚ； 汽车的前悬架的静绕度可以下式表示：

错误！未找到引用源。 (3.3) 所以，悬架的静挠度 fc1 和悬架刚度错误！未找到引用源。之间有如下关系：

错

误

！

未

5

c之比，即错误！未找到引用源。=Fw/c。

错误！未找到引用源。

找到引用源。

结论

（3.4）

车用车的发动机排量越大，悬架的偏频应越小，满载情况下前悬架偏频在0.80～1.15Hz之间取,后悬架要求在0.98～1.30Hz。错误！未找到引用源。=1.15 Hz

代入数值得：错误！未找到引用源。。 3.2 悬架的动挠度

悬架的动绕度错误！未找到引用源。是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构充许的最大变形(通常指缓冲块压缩到其自由高度的1/2或1/3)时，车轮中心相对车架（或车身）的垂直位移。乘用车错误！未找到引用源。取7～9cm，货车错误！未找到引用源。取6～9cm，客车错误！未找到引用源。取5～8cm。从汽车的通过性越野性能出发选此悬架的动挠度fd?90mm

3.3 悬架弹性特性

悬架受到的垂直外力F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,其切线的斜率式悬架的刚度。如图3.1所示：

悬架的弹性特性有线性和非线性特性两种。当悬架变形和受垂直外力F之间成固定的比例关系时，弹性特性是一条直线，称为线性弹性特性，此时悬架刚度为常数；当悬架变形和受垂直外力F之间不成固定的比例关系时，称为成为非弹性特性[6]。

乘用车的簧上质量虽然变化不大，但是为了减少车轴对车架的冲击，减少转弯时的侧倾与制动时的前倾角和加速时的后仰角，因该采用刚度了变得非线性悬

架，如图3.1所示：

图3-1 悬架特性曲线

悬架的主要参数总结如下表3-2：

6

结论

表 3-2 悬架的主要参数 悬架静扰动fc1 189mm 悬架动挠度错 悬架弹性特性 误！未找到引用源。 90mm 非线性 第4章 独立悬架导向机构设计及强度校核

4.1 设计要求

针对前双横臂对立悬架导向机构的设计要求：

悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过错误！未找到引用源。mm，轮距变化会引起轮胎的早期磨损。

悬架上载荷变化时，前轮定位参数要有合理的变化特性，车轮不应该产生纵向加速度。

汽车转弯行驶时，应该车身侧倾角小。在0.4g侧加速度作用下，车身侧倾角≤错误！未找到引用源。～错误！未找到引用源。，并使车轮与车身的倾斜同向，以增强转向不足效应。

制动时，因该有车身的抗前俯作用；加速时，应该有抗后仰作用。

目前，汽车上广泛采用上下不等臂长的双横臂独立悬架且主要应用前悬架。 静止平衡的时候轮胎的定位参数如下表4.1：

表4-1 前轮定位参数

外倾角（°） 在0°左右 0°30` 前轮前束 主销后倾 主销内倾(°) （°） 3° 12° 前轮距变化 后轮距变化 3mm 4mm 4.2 导向机构的布置参数

4.2.1 侧倾中心

双横臂的独立悬架的侧倾中心，如图4.1所示方式得出；

图4-1 双横臂式独立悬架侧倾中心W的确定

7

结论

将上下横臂内外转动点的连线延长，以得到极点P，比且得到P的高度。将P点与车轮接地点N连接，即可得到汽车轴线上的侧倾中心W点[10]。双横臂式独立悬架侧倾中心的高度错未找到引用源。为：

错误！未找到引用源。 （4.1）

式中：错误！未找到引源（4.2）

错误！未找到引用（4.3）

其中：C=397mm，α=7°，β=5°，=12° 代入（4.2）得：k=397×错误！未找到引用源。=1909mm

且 d=235mm 代入（4.3）得到：P=401mm

且 错误！未找到引用源。=110mm ，错误！未找到引用源。=808.5mm 代入式中：

侧倾中心高度：错误！未找到引用源。=288.5 mm

。

用误！

源。

4.2.2 纵倾中心

双横臂式独立悬架纵倾中心点O可用做图法得出，如图4.2所示： 图4-2纵倾中心

作出两条横臂转动轴的延长线C和D，两条线的交点O即为纵倾中心。

4.3 双横臂式独立悬架导向机构设计

4.3.1 纵向平面内上下横臂轴布置方案

上、下横臂轴抗前倾角的匹对对主销后倾角的变化有较大的影响，图4.3给

8

结论

出了六种可以匹配方案的主销后倾角γ值随车轮跳动的变化曲线。纵坐标为车轮接地点的垂直位移量的变化Z。各匹配方案中错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。的取值如图4.3所示，其正负角按图所示确定。

图4-4 角的定义 图4-3 错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。的匹配对的影响

其中的定义如图所示4.4所示；

为了提高汽车的制动稳定性和舒适性，一般希望主销后倾角的变化规律为：在悬架弹簧压缩时后倾角变大；在弹簧拉伸时后倾角减小，用以制造制动时主销后倾角变大而在控制臂支架上产生防止制动前俯的力矩。第1、2、6方案主销后倾角的变化规律很好，根据实际的设计的布局情况我选择二方案错误！未找到引用源。取0°、错误！未找到引用源。取-5°[5]。

4.3.2 横向平面内的上、下横臂的布局方案

比较图4.5a、b、c三图可以清晰的看到，上下横臂的布置不同，所得侧倾中

心位置也不同，根据实际前悬架侧倾中心高度在0～120mm之间，设计上、下横臂在横向平面内的布置方案选用a方案。

图4-5 上、下横臂在横向平面内的布置方案

4.3.3 水平面内上、下横臂轴的布置方案

9

结论

横臂轴在水平面的布置方案有三种，如图4.6所示

图4-6 水平面内上、下横臂轴的布置方案

下横臂轴MM和尚横臂轴NN与轴线的夹角，分别用错误！未找到引用源。和错误！未找到引用源。表示，称为导向机构的上下横臂的水平斜直角。一般规定，轴线前端远离汽车轴线的夹角为正角，之为负。与汽车轴线平行者，夹角为零。 双横臂式悬架的上下横臂的长度对车轮上下跳动时的定位参数影响很大。现代轿车所用的双横臂式前悬架，一般设计，这样可以方便发动机的布置请可以得到理想的运动特性。

为了使车轮在遇到凸起路障时能够使车轮一起跳动，一面向后退让，以减少到车身的冲击力，还为了布置发动机，大多数前置发动机汽车的悬架下横臂轴MM线的斜置缴角为正值。如图4.6所示，当上、下横臂轴倾斜角错误！未找到引用源。均为正值，主销后倾角随轮胎的上跳有较小增加甚至减少（当错误！未找到引用源。时）。当车轮上跳、主销后倾角变大时，车身上的悬架支撑出会产生反力矩，有助于产生制动时的抗前俯作用。但是注销后倾变的太大时，会在支撑处产生过的反力矩，同时使转向系统对侧向力十分敏感，易造成车轮摆动或方向盘上的力的变化。

横臂轴在水平面的布置方案有三种，如图4.6所示

为了使车轮在遇到凸起路障时能够使车轮一起跳动，一面向后退让，以减少到车身的冲击力，还为了布置发动机，大多数前置发动机汽车的悬架下横臂轴MM线的斜置缴角为正值。如图4.6所示，当上、下横臂轴倾斜角错误！未找到引用源。均为正值，主销后倾角随轮胎的上跳有较小增加甚至减少（当错误！未找到引用源。时）。当车轮上跳、主销后倾角变大时，车身上的悬架支撑出会产生反力矩，有助于产生制动时的抗前俯作用。但是注销后倾变的太大时，会在支撑处产生过的反力矩，同时使转向系统对侧向力十分敏感，易造成车轮摆动或方向盘上的力的变化。

4.3 .4 上下横臂长度的确定

双横臂式悬架的上下横臂的长度对车轮上下跳动时的定位参数影响很大[8]。现代轿车所用的双横臂式前悬架，一般设计，这样可以方便发动机的布置请可以

10

结论

得到理想的运动特性。

如图4.7所示为下横臂长度L1保持不变，改变上横臂的长度不L2，使得L1/L2的比值分别是0.40、0.6、0.8、1.0、1.2时计算得到的悬架的运动特性。其中Z—错误！未找到引用源。（Z轴表示轮胎上下跳动的位移量，错误！未找到引用源。表示为1/2轮距）表示为车轮接地点在横向平面内随车轮跳动的特性曲线。有图可以看出，当上、下横臂之比为0.6时，错误！未找到引用源。曲线变化最平缓；L1/L2增大或减小时，错误！未找到引用源。的曲线的曲率都会

增加。图中Z—α和Z—β分别表示车轮外倾角和车轮内倾角随车路跳动的特征曲线如图4.7。

图4-7 上、下横臂长度之比L1/L2改变时的悬架特性

设计汽车悬架时，希望轮距变化要小，以减少轮胎磨损，提高其使用寿命，因此应该选择L1/L2在0.6附近的；为了保证汽车有良好的操作性，希望前轮定位角度的变化要小，这时应选择L1/L2在1.0附近，综合以上分析，悬架的L1/L2应该在0.6～1.0的范围内。根据我国的乘用车设计经验，在初选尺寸时，L1/L2取0.65为宜

4.4 螺旋弹簧的设计计算

4.4.1 螺旋弹簧材料的选择

螺旋弹簧作为弹性元件的一种，具有结构紧凑、制造方便及高的比能容量等特点，在轻型以下汽车的悬架中运用普遍 。

螺旋弹簧通常应用于独立悬架，特别是前轮独立悬架中。在有些轿车的后轮非独立悬架中，其弹性元件也采用螺旋弹簧。螺旋弹簧用弹簧钢棒料卷制而成，可做成等螺距或变螺距。前者刚度不变，后者刚度是可变的。螺旋弹簧具有以下优点：无需润滑，不忌泥污；安置它所需的纵向空间不大；弹簧本身质量小。根据汽车工作时螺旋弹簧的受力特点和寿命要求（可参考下文的计算分析），选择60Si2MnA为簧丝的材

11

结论

料[1]，以提高弹簧在交变载荷下的疲劳寿命。弹簧材料特性如下表4.2：

表4-2 弹簧材料特性

许用切应力[?] 许用剪应力[?] 剪切模量G 8000 弹性模量E 20000MP 强度范围 45-50HRC 48kgf/mm2 100kgf/mm2 kgf/mm2 4.4.2 弹簧几何参数的计算

表4-3 设计参数

前悬架满载轴荷错误！未找到引用源。 1150Kg 前悬架空载轴荷错误！未找到引用源。 950Kg 前悬架总质量错误！未找到引用源。 102Kg 前悬架设计偏频n 1.15Hz 4.4.2.1 弹簧所受压力P： P=错误！未找到引用源。/错误！未找到引用源。=575×9.81/0.9847=5727.815N

弹簧所受到的最大的力：动荷系数k取2.5则弹簧所受到的最大压力 错误！未找到引用源。=14319.54N 4.4.2.2车轮到弹簧的力及位移传递比

车轮与路面接触点和零件连接点检的传递比即表明形成不同也表明在二处的里的大小不同。弹簧的刚度错误！未找到引用源。悬架的线刚度错误！未找到引用源。可由传递比建立联系：利用传递比i便可计算螺旋弹簧的刚度错误！未找到引用源。：

ks?Fw/FF?N'vvhiyix/f （4.4）

其中分数错误！未找到引用源。代表悬架的线刚度。从而，得到如下关系式：

ks?kxixiy （4.5）

根据文献[7]，悬架的行程传递比及力的传递比为代入数值可得到 i x ＝1.185，i y ＝1.818。所以，位移传递比 i x i y 为 2.15

4.4.2.3 弹簧在最大压缩力作用下的变形量

由前悬给定的偏频 f＝1.15Hz，可得到了汽车悬架的线刚度：

kx?4?2?f2?M2?4?3.142?1.152?0.72?25.56(n/mm) （4.6）

于是可得出弹簧的刚度ks

12

结论

ks?kxixiy?25.56?2.15?54.95(N/mm) （4.7）

进而可得到弹簧在最大压缩力 Pdmax 作用下的变形量 F：

F?Pdmax/ks?14319.54/54.95?260.6(mm) （4.8）

所以，弹簧所受最大弹簧力错误！未找到引用源。14319.54N和相应的最大变形为F=260.6mm：

根据公式4.4可以算出前悬架的刚度：

错误！未找到引用源。 (4.9)

式中；错误！未找到引用源。指汽车前悬架刚度，N/mm 错误！未找到引用源。指汽车前悬架的簧上质量，Kg 错误！未找到引用源。指汽车前悬架的偏频，Hz 汽车空载刚度计算：

错误！未找到引用源。=（950?102）/2=424Kg 错误！未找到引用源。=1.15Hz

代入计算得：错误！未找到引用源。=4错误！未找到引用源。×3.14×3.14×424=22114.7N/m 汽车满载刚度计算

错误！未找到引用源。=（1150?102）/2=524Kg 错误！未找到引用源。=1.15Hz

代入计算得：错误！未找到引用源。=4错误！未找到引用源。×3.14×3.14×524= 27330.4N/m

4.4.2.4按满载计算弹簧钢丝几何参数

错误！未找到引用源。 (4.10) 所以得出：

错误！未找到引用源。 (4.11) 式中：i指弹簧的有效工作参数，取5

G指弹簧材料的剪切弹性模量，取8.3×错误！未找到引用源。MPa 错误！未找到引用源。指弹簧中经，取112mm 代入式(4.11)中：d=14.3mm 弹簧直径d取14mm

弹簧设计中，螺旋比错误！未找到引用源。,弹簧指数越小，其刚度越大，弹簧越大，弹簧越硬。弹簧内外侧的应力相差越大，反之，弹簧越软。弹簧丝直径与螺旋的选取范围如表4.4所示:

表4-4 弹簧直径与螺旋比的选取关系

弹簧丝直0.2～0.4 0.5～1 径d(mm) 1.1～2.2 2.5～6

13

7～16 18～0 结论

螺旋比C 7～14 5～12 5～10 4～10 一般的选择范围是C=4～8，初选螺旋比为8. 弹簧总圈数与其工作圈数的关系为：

错误！未找到引用源。+2（1.25+0.75）=7 弹簧的节距t一般按公式取：

错误！未找到引用源。14+260/8+≈56mm

4～8 4～6 弹簧的自由高度：错误！未找到引用源。 (4.12) 式中：错误！未找到引用源。指工作圈数，取5

错误！未找到引用源。弹簧钢丝的工作间隙，为42mm 错误！未找到引用源。指弹簧的总圈数,是7 d指弹簧的直径，为14mm 代入式(4.12)中：H=322mm 弹簧螺旋升角：

错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=9.04

4.4.3 弹簧的校核

4.4.3.1 弹簧的刚度校核计算：

弹簧刚度的计算公式：错误！未找到引用源。 (4.13) 式中：i指弹簧的有效工作参数，取5

G指弹簧材料的剪切弹性模量，取8.3×错误！未找到引用源。MPa 错误！未找到引用源。指弹簧中经，取112mm d 指弹簧直径d取14mm

代入式中得：错误！未找到引用源。=51.04N/mm符合要求 4.4.3.2 弹簧表面的剪切应力校核：

弹簧在压缩时其工作方式与扭杆类似，都是靠材料的剪切变形吸收能量，弹簧表面切应力为：

(4.14)

式中：C指弹簧的螺旋比，C=错误！未找到引用源。/d

错误！未找到引用源。指曲度系数，为考虑弹簧圈数曲率对强度的影响的系数，

错误！未找到引用源。

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结论

P指弹簧的轴向载荷，P=5727.815N

已知：错误！未找到引用源。112mm,d=14mm计算得到： C=112/14=8

错误！未找到引用源。=（4错误！未找到引用源。）/（4×8错误！未找到引用源。）+0.615/8=1.184

代入式(4.14)中得出弹簧表面的减切应力：代入式中得出=705MPa

因为：错误！未找到引用源。，所以弹簧满足要求 悬架弹簧的最终弹簧选定的参数如表4-5：

表4-5 综上所述最终弹簧选定的参数

弹簧高度H 弹簧圈数n 螺旋角C 内径错 外径错 节距t 误！未误！未找到引找到引用源。 用源。 322mm 7 98mm 126mm 56mm 9.04

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结论

结 论

写到这里，这次毕业设计总算快要完成了，通过几个月的努力和时间的付出，总算有了这么一点点成就，觉得挺自豪的，同时也发现自己之前思念在学校学习的知识还远远不够，还有很多问题不大懂，也不明白，幸亏有我的导师和同学们的指导和帮助，然后自己查找相关书籍和资料，总算有了论文的初步构思，然后通过这几个月的付出，以至于今天的论文总算要告一段落了，此时的我心里百感交集，觉得做一门学问很不容易，想要成为一名合格的设计工程师，我们要走的路还很长，需要在工作中边工作边学习，在工作中学习，在工作中成长，这样才能使自己成为一个对社会有用的人，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。

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参考文献

致 谢

时间荏苒，我的毕业论文总算完成了，此时的我的心里感到特别高兴和激动，能够取得今天的成就，是因为有了老师的谆谆教导。通过四年大学的学习生涯，让我学到了很多知识和做人的道理，在这里，我由衷地感谢我亲爱的老师，您不仅在学术上对我精心指导，在生活上面也给予我无微不至的关怀支持和理解，在我的生命中给予的灵感，所以我才能顺利地完成大学阶段的学业，也学到了很多有用的知识，同时我的生活中的也有了一个明确的目标。知道想要什么，不再是过去的那个爱玩的我了。导师严谨的治学态度，创新的学术风格，认真负责，无私奉献，宽容豁达的教学态度都是我们应该学习和提倡的。

通过近半年的设计计算，查找各类汽车双横臂独立悬架的相关资料，论文终于完成了，我感到非常兴奋和高兴。虽然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因为我是怎么想的，这是我付出的汗水获得的成果，是我在大学四年的知识和反映。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是来自老师和同学的潜移默化让我学到很多有用的知识，在这里，谢谢老师以及所有关心我和帮助我的人，谢谢大家。

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参考文献

参考文献

[1] 郑淑芳 机械设计理论研究与探讨 北京：科学出版社，2004.5 [2] 黄长艺 机械手操作系统概述 北京：机械工业出版社，2005.1

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[4] 姜继海，宋锦春，高常识. 汽车双横臂独立悬架的工作原理.高等教育出版社，2002.8

[5] 张春林，曲继方，张美麟.机械创新设计.机械工业出版社，2001.4 [6] 钱平. 汽车悬架应用技术 机械工业出版社，2005.1

[7] 张辽远. 汽车双横臂独立悬架的设计与实现. 机械工业出版社2002.8 [8] 基恩士传感器选择手册 2010版本

[9] 黄长艺，严普强.机械工程测试技术基础. 机械工业出版社，2001.1 [10] 张桓，陈作模.机械原理.高等教育出版社，2000.8

[11] 王昆，何小柏，汪信远. 汽车双横臂独立悬架原理.高等教育出版社，1995.12

[12] 徐锦康.机械设计. 高等教育出版社，2004.4

[13] 胡泓，姚伯威.机电一体化原理及应用. 北京：国防工业出版社，2000.6 [14] 陈铁鸣 汽车双横臂独立悬架的创新. 高等教育出版社，2003.7 [15] 孙靖民.机械优化设计. 机械工业出版社，2005.1

[16] 王勇领.系统分析与设计.北京:清华大学出版社，1991.7

[17] Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a

Manipulator with Passive Joints in Operational Space

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参考文献

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Manipulator with Passive Joints in Operational Space

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ybq8.html