双横臂独立悬架-转向系统的分析与设计.docx

汽车设计课程设计双横臂独立悬架-转向系统的分析与设计金世奇1020602014双横臂独立悬架-转向系统的分析与设计一、设计任务1.问题描述图1所示为汽车前轮采用的一种双横臂悬架-转向系统机构示意图（简化），导向机构ABCD由上横臂AB、转向主销BC和下横臂CD及车架AD构成。其中，A、D分别为上、下横臂与车架联接的铰销中心（假定两铰销轴线均平行于车辆纵向），B、C分别为转向主销BC与上、下横臂联接的球铰中心。在车辆横向垂直平面内，上、下横臂相对水平面的摆角分别用、表示，转向主销内倾角用0表示。转向传动机构采用由齿轮-齿条转向器驱动的断开式转向梯形机构GFEEFG（F与F，G与G对称，未画出）。其中，左轮转向梯形机构EFG由齿轮-齿条转向器输出齿条EE、左轮转向横拉杆EF、左轮转向节臂FG及车架构成。E、E分别为转向器齿条上与左右转向横拉杆铰接的球铰中心，F为左轮转向横拉杆EF与左轮转向节臂FG铰接的球铰中心，G为左轮转向节臂FG与左轮转向主销BC连线的交点，且FGBC。另外，车轮轴线KH与转向主销BC交于H，与车轮中心面交于J。ABCDFEGHKEP转向器齿条0(后视图)(地面)b2RDGBEAFE(水平俯视图)K前后C转向器齿轮JYL1L2L3BJ0图1描述悬架ABCD导向机构运动学的机构几何参数主要有：上横臂杆长AB=h1，转向主销球铰中心距BC=h2，下横臂杆长CD=h3，上、下横臂的摆角、（横臂向外下倾时，取负值），转向主销内倾角0。为简便计，不考虑主销后倾角的影响，并假设上、下横臂与车架铰接的轴线均平行于车辆纵向，则图示导向机构ABCD的上、下横臂AB、CD和转向主销轴线BC将始终在过前轮轴线的汽车横向垂直平面内运动。在水平面俯视图中，描述EFG左轮转向梯形机构运动学的机构几何参数主要有：EE=L1，EF=L2，FG=L3，车架上齿条移动方向线EE与前轮轴线的偏移距Y（前轮轴线在前方时，取正值），转向节臂FG相对于汽车纵向的安装角0。另外，左右车轮的转向角分别用、表示。双横臂独立悬架系统的弹性元件可采用螺旋弹簧或扭杆弹簧，阻尼元件常用筒式减振器。根据整车结构布置，弹簧和阻尼元件通常安装于下横臂与车架（车身）之间，但也有安装于上横臂与车架（车身）之间的情形。因此，导向机构各构件及各连接铰点的受力大小与方向，与弹簧元件的类型和安装位置密切相关。2.设计内容1）导向机构和转向梯形机构的运动学分析与设计2）悬架弹性元件和阻尼元件的结构选型和参数计算3）悬架导向机构的受力分析和主要承载构件的结构设计与强度核算3.设计条件试按上述悬架结构型式，设计某前轮驱动的微型汽车双横臂前悬架-转向系统，其参数选择范围如下：整车几何参数前轮距Lfw轴距L前桥总成载荷Mf1200~1400mm2000~2500mm700~1000kg前轮轮胎外径2R轮胎宽度b520mm145mm导向机构几何参数（满载平衡位置）上横臂AB(h1)主销BC(h2)下横臂CD(h3)JH(Lw)BH160~200mm200~300mm330~380mm80~110mm90~150mm上横臂姿态角φ下横臂姿态角ψ转向主销内倾角β02º~6º2º~10º7º~10º转向机构几何参数EE(L1)EF(L2)FG(L3)YBG50~580mm180~500mm100~140mm-80~80mm80~130mm齿条左右移动行程(s)转向节臂安装角α0转向梯形最大压力角αmax±(50~70)mm175~1904550二、双横臂独立悬架导向机构布置方案分析1.前轮独立悬架导向机构的设计要求1）悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过±4.0mm，轮距变化大会引起轮胎早期磨损。2）悬架上载荷变化时，前轮定位参数要有合理的变化特性，车轮无纵向加速度。3）汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小。在0.4g侧向加速度作用下，车身侧倾角不大于6°～7°，并使车轮与车身的倾斜同向，以增强不足转向效应。4）汽车制动时，应使车身有抗前俯作用；加速时，有抗后仰作用。2.双横臂独立悬架的结构图1所示为双横臂独立悬架-转向系统的结构示意图。其主要构件是：上摆臂、下摆臂、转向节、转向横拉杆（未画出）、螺旋弹簧、减振器及横向稳定杆。上、下摆臂一般分别用橡胶弹性铰支承于车架（身），上、下横臂与转向节之间、转向横拉杆与转向节之间，一般采用球铰联接，具体结构如图2、3所示。图1双横臂独立悬架-转向系统的结构示意图1．下摆臂2、5.球铰3.万向节及半轴承4.转向节6.上摆臂7、8.橡胶弹性支承铰图2、3所示的转向驱动轮传动装置采用全浮式半轴结构。其转向节轴承孔安装有支承驱动轮轮毂的轮毂轴承。等速万向节半轴与驱动轮轮毂之间采用花键联接，以传递驱动转矩。图2某驱动