悬架毕业设计开题报告

论文开题报告

论文题目：麦弗逊独立悬架的运动分析和结构设计

一、立论依据

1、研究意义

最近这几年，中国汽车产销不断上升，自 20## 年之后，中国汽车行业开始进入爆发式增长阶段，特别是随着私人消费的兴起，轿车需求量开始迅速攀升，并成为推动中国汽车发展的一股重要力量。与此同时，中国在全球汽车产业中的地位也逐渐上升。2007 年，中国汽车需求总量为 879 万辆，在全球市场占比从 20## 年 4.3%上升到 20## 年的 12.2%。20##年首次超越美国成为全球第一大汽车产销国后， 20## 年中国再次稳坐全球销量第一的位置。全年销量超过 1800 万辆。目前中国汽车市场自主品牌发展态势良好。自主品牌乘用车的销售量也是十分可观的。之所以自主品牌的销量不断上升，跟中国汽车品牌在乘用车领域技术不断学习进步不无关系。中国汽车工业这些年逐步建立起有竞争性、不同技术层次的零部件配套体系。并积极开展节能、环保型的汽车研发，推动技术进步，加快汽车产品的结构升级。坚持对外开放和自主发展相结合的原则，努力提高自主研发能力，培育自主品牌产品。为了实现由“汽车大国”向“汽车强国”转变，一方面，国家通过宏观调控、政策扶持等措施，鼓励和支持汽车产业的转型升级；另一方面，企业在国家政策的引导下，在组织结构、产品结构、技术结构、市场结构等方面积极实施转型升级战略，全面、有效提升汽车产业的国际竞争力。

汽车强国就必须要具有完全白主知识产权的汽车。一辆具有自主知识产权的汽车，并不是那么容易就能制造出来的。虽然目前中国已经有许多自主品牌的汽车，不但在国内销量不错，而且有个别车型能够出口。然而，其实很多自主品牌的汽车，内部零部件或多或少也都不是中国自己的技术，没有自主知识产权，虽然从整车角度看，是中国的自主品牌，其实不然。零部件是组成一辆汽车的基木，而在零部件制造生产上具有自主知识产权，才能使中国的自主品牌汽车真正畅销巾场，经久不衰。

2、悬架概述

汽车悬架是汽车一个非常重要的部件。汽车悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。另外，悬架系统能配合汽车的运动产生适当的反应，当汽车在不同路况作加速、制动、转向等运动时，能提供足够的安全性，保证操纵不失控。所以，悬架是汽车底盘中最重要、也是汽车改型设计中经常需要进行重新设计的部件，悬架的性能直接影响到汽车的平顺性、操纵稳定性等整车性能。而且汽车悬架系统是比较复杂的空间机构，车辆的运动工况也是多种多样，在实际行驶过程中会有各种各样的外在激励及内在控制，这些都给悬架的运动学与弹性动力学的分析带来很大的困难。汽车行驶中路面的不平坦、凸起和凹坑使车身在车轮的垂直作用力下起伏波动，产生振动与冲击；加减速及制动和转弯使车身产生俯仰和侧倾振动。这些振动与冲击会严重影响车辆的平顺性和操纵稳定性等重要性能。悬架作为上述各种力和力矩的传动装置，其传递特性能的好坏是影响汽车行驶平顺性和操纵稳定性最重要、最直接的因素。只有当汽车底盘配备了性能优良的悬架，才会得到整车性能优良的汽车。

典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。零件功能：（1）减振器功能: 减振器是产生阻尼力的主要元件,其作用是迅速衰减汽车的振动,改善汽车的行驶平顺性,增强车轮和地面的附着力.另外,减振器能够降低车身部分的动载荷,延长汽车的使用寿命.目前在汽车上广泛使用的减振器主要是筒式液力减振器,其结构可分为双筒式,单筒充气式和双筒充气式三种。工作原理：在车轮上下跳过程中，减振器活塞在工作腔内往复运动，使减振器液体通过活塞上的节流孔，由于液体有一定的粘性和液体通过节流孔时与孔壁间产生摩擦，使动能转化成热能散发到空气中，从而达到衰减振动功能。（2）弹性元件功能：支撑垂直载荷,缓和和抑止不平路面引起的振动和冲击.弹性元件主要有钢板弹簧,螺旋弹簧,扭杆弹簧,气弹簧和橡胶弹簧等。原理：用具有弹性较高材料制成的零件，在车轮受到大的冲击时，动能转化为弹性势能储存起来，在车轮下跳或回复原行驶状态时释放出来。（3）导向机构功能：传递力和力矩,同时兼起导向作用。在汽车的行驶过程当中,能够控制车轮的运动轨迹。

3、悬架的分类和特点

悬架按照结构分大体可以分为独立式悬架和非独立式悬架。非独立悬架具有结构简单、成本低、强度高、保养容易、行车中前轮定位变化小的优点，但由于其舒适性及操纵稳定性都较差，在现代轿车中基本上已不再使用，多用在货车和大客车上。独立悬架是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬架悬挂在车架或车身下面的。其优点是：质量轻，减少了车身受到的冲击，并提高了车轮的地面附着力；可用刚度小的较软弹簧，改善汽车的舒适性；可以使发动机位置降低，汽车重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性；左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和震动。不过，独立悬架存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点。现代轿车大都是采用独立式悬架，按其结构形式的不同，独立悬架又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬架等。

4、麦弗逊悬架的发展史以及对其运动学研究的发展史

这其中麦弗逊悬架凭借其良好的性能，得到了大多数生产厂家的亲睐。麦弗逊悬架是由一个叫麦弗逊(mcpherson)的人发明的。他是美国伊利诺斯州人，1891年生。大学毕业后他曾在欧洲搞了多年的航空发动机，并于1924年加入通用汽车公司的工程中心。30年代，通用的雪佛兰公司想设计一种真正的小型汽车，总设计师就是麦弗逊。他对设计小型轿车非常感兴趣，目标是将这种四座轿车的质量控制在0．9吨以内，轴距控制在2．74米以内，设计的关键是悬挂。麦弗逊一改当时盛行的板簧与扭杆弹簧的前悬挂方式，创造性地将减振器和螺旋弹簧组合在一起，装在前轴上。实践证明这种悬挂形式构造简单，占用空间小，而且操纵性很好。后来，麦弗逊跳槽到福特，1950年福特在英国的子公司生产的两款车，是世界上首次使用麦弗逊悬挂的商品车。麦弗逊悬挂由于构造简单，性能优越的缘故，被行家誉为经典的设计。麦弗逊在汽车前悬挂上的应用之广是其他悬挂无法比拟的。大到宝马M3，保时捷911这类高性能车，小到菲亚特STILO，福特FOCUS，甚至国产的哈飞面包车前悬挂都是采用的麦弗逊式设计。

在对悬架的运动学研究中，主要是研究在车轮与车身发生相对运动时，悬架导向机构如何引导和约束车轮的运动、车轮定位及影响转向运动的一些悬架参数的运动学特性，所以这一领域的研究称为悬架的运动学研究。在考虑弹性衬套等连接件对悬架性能影响的情况下，悬架运动学即为悬架弹性运动学，悬架弹性运动学是阐述由于轮胎和路面之间的力和力矩引起的车轮定位等主要悬架参数的变化特性。悬架运动学的主要研究内容是车轮定位参数(轮距、前束、外倾角、主销后倾角、主销内倾角等)与悬架弹簧变形(或车轮跳动量)的关系。车轮定位参数在行驶过程中会产生运动学变化，这些车轮定位参数的变化对汽车的操纵稳定性会产生很大的影响。因此深入系统地开展悬架运动学的研究，并由此指导现代汽车悬架的开发设计，提高汽车的操纵稳定性，己成为汽车悬架研究开发中的重大课题。

早先的悬架研究是对各种悬架运动学及弹性运动学作了详细的分析，对车轮定位参数做了准确的定义，分析了他们的作用及其对操纵稳定性的影响。在悬架运动学分析中，描述了弹簧变形过程中车轮定位值的变化过程；在弹性运动学分析中，描述了弹簧各部件及交接处具有弹性，由轮胎和路面之间的力和力矩引起的车轮定位值的变化，并且给出了一些典型车型的车轮定位参数的变化曲线。接着人们从悬架的理论建模、橡胶支撑的模型出发对悬架弹性运动学特性的理论作出分析。在悬架运动学分析中，将悬架简化成多连杆机构，用图解法来分析轮胎的跳动所引起的悬架变形；在悬架弹性运动学分析中，则对悬架模型作了受力分析，推导出变形与力的关系，并将橡胶衬套铰接的处理简化成三根两两垂直的弹簧。

在现代的工程研究领域，计算机仿真己成为热门研究课题。借助计算机的快速计算能

力，人们不仅可以求出所需要的数值结果，还可以模拟出工程中的具体情况，以便人们可

以直观的进行分析研究，我们称为计算机仿真技术。仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿并建立有关模型。人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界的某一层次的问题做出决策。随着计算机技术和控制理论的发展，车辆悬架系统动力学的研究得到进一步发展，人们开始应用多体系统动力学软件(例如：ADAMS，DADS)建立车辆及悬架系统的复杂动力学仿真模型，并通过分析得出了许多有益结论。

5、麦弗逊悬架的典型结构

麦弗逊式悬架的主要结构即是由螺旋弹簧加上减震器以及A字下摆臂组成。筒式减震器为滑动立柱，减震器的上端通过带轴承的隔振块（可看做减震器上的铰接点）总成与车身相连。减震器的下端与转向节相连。A字形下摆臂内段通过铰链和车身相连，内端通过球铰链和转向节相连。为了保证系统合理地受力，延长减振器的寿命并满足使用性能要求，在布置上采用主销和减振器中心线不共线的形式。这一布置形式决定了其运动规律与其它的悬架系统的不同。一般地，在其它悬架系统结构中，对应于不同的车轮跳动位置，各点至主销的距离不变。而在三线不共线的麦弗逊式悬架系统中，对应于不同的车轮跳动位置，各点至主销的距离是变化的。减震器可以避免螺旋弹簧受力时向前、后、左、右偏移的现象，限制弹簧只能作上下方向的振动，并且可以通过对减震器的行程、阻尼以及搭配不同硬度的螺旋弹簧对悬挂性能进行调校。麦弗逊悬挂最大的特点就是体积比较小，有利于对比较紧凑的发动机舱布局。车轮锁受到的侧向力通过转向节大部分由横摆臂承受，其余部分由减震器活塞和活塞杆承受。因此，这种结构形式可以减少阻尼器的磨损。与双叉臂以及多连杆悬挂相比，由于减震器和螺旋弹簧都是对车辆上下的晃动起到支撑和缓冲，因此对于侧向的力量没有提供足够的支撑力度。这样就使得车辆在转向的时候车身有比较明显的侧倾，并且在刹车的时候有比较明显的点头现象。

5、麦弗逊悬架的导向机构的设计要求

麦弗逊悬架的导向机构由下摆臂、转向节、减振器支柱和转向横拉杆构成。导向机构承担着悬架中除垂向力之外的所有作用力和力矩，并且决定了悬架跳动时车轮的运动轨迹和车轮定位角的变化。所以，在设计独立悬架的导向机构时，应满足以下的要求：

(1)形成恰当的侧顷中心；

(2)各铰点处受力尽量小，减少橡胶元件的弹性变形，以保证导向精度；

(3)保证车轮定位参数以及其随车轮跳动的变化能满足要求；

(4)当车轮与车身产生相对运动时，保证轮距变化在一定的范围之内，减少车轮的

磨损；

(5)具有足够的疲劳强度和寿命。

二、研究方案

1、本论文研究方法

通过查阅相关资料及实到验室进行实地观察了解麦弗逊悬架的结构，运用proe建立三维模型运用adams分析麦弗逊悬架的运动。画出麦弗逊悬架的平面图。

2、预期的论文进展和成果

预期进展：

2012.2.27——2012.3.10 收集中外文文献、确定方案

2012.3.11——2012.3.22 基础数据的收集和处理

2012.3.23——2012.5.8 模型的建立和运动分析

2012.5.20——2012.5.30 绘制设计图样，写说明书。

2012.6.1——2012.6.10 准备答辩

预期成果：

·运用adams软件对模型进行运动分析。

·学习仿真的一般方法，绘制好悬架的设计图

·通过毕业设计答辩。

二、论文大纲

摘要

前言

第一章麦弗逊悬架的研究意义

一、悬架的功用

二、悬架系统的组成

三、麦弗逊悬架的介绍

第二章匹配车型的选择

第三章道悬架主要参数的确定

一、悬架的静挠度

二、悬架的动挠度

第四章弹性元件的计算

一、弹簧形式、材料的选择

二、确定弹簧直径及刚度

三、其他参数的计算

四、弹簧的校验

第五章减震器的设计

第六章独立悬架导向机构的设计

一、导向机构的布置参数

二、麦弗逊式悬架机构设计

第七章悬架系统的辅助元件

第八章悬架模建立和运动分析

第九章结论

参考文献

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