双横臂扭杆弹簧独立悬架设计说明书。
姓名：金蕊。
班级：车辆0803
学号：3080401062
江苏大学。2024年2月20日。
目录 2一、前言 3
二、悬架的选择 3
三、悬架主要参数确定 4
1、 悬架静挠度 4
2、悬架的动挠度 5
3、悬架弹性特性 5
4、悬架侧倾角刚度 5
四、弹性元件设计 6
1、扭杆弹簧分类 6
2、扭杆弹簧的设计 6
3、扭杆弹簧的校核 12
五、导向机构设计 13
1、对前轮独立悬架导向机构的要求 13
2、悬架导向机构参数 13
3、纵向平面内上、下横臂的布置方案 14
4、横向平面内上、下横臂的布置方案 15
5、水平面内上、下横臂动轴线的布置方案 15
6、上、下横臂长度的确定 17
7、下摆臂结构的强度设计 17
六、转向节设计 18
1、转向节参数选择 18
2、转向节的校核 18
七、参考文献 20
悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把悬架(或车身)与车轴(或车轮)弹性地连接起来。其主要任务是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩，并且缓和路面传给车架(或车身)的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力[1]。悬架由弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器等组成。
悬架可以分为独立悬架和非独立悬架，独立悬架主要用于对乘坐舒适性较高的场合，如：乘用车和部分商用车的前悬架，非独立悬架主要用于商用车后悬架，成本相对较低。本次设计任务是限乘5人的轿车前悬架，对舒适性要求很高，故采用独立悬架。
目前乘用车的前悬架广泛采用上下臂不等长的双横臂独立悬架和麦弗逊式独立悬架。
悬架依据弹性元件的不同，目前主要有螺旋弹簧、钢板弹簧、扭杆弹簧及空气弹簧。
相比其他弹簧，扭杆弹簧有如下优点：
1.单位质量的储能是钢板弹簧的3倍，所以采用扭杆弹簧的悬架质量轻、结构简单、占用空间小。
2.悬架扭杆固定在车身上，减小了非簧载质量，提高汽车的平顺性和操控稳定性。
3.可通过调整扭杆弹簧固定端的安装角度，实现对车身高度的调节。
4.扭杆弹簧在越野车、轻型客、货车上应用比较广泛。在轿车悬架上也有使用（雷诺-5型、富康）。
表一几种弹性元件的单位质量储能量。
所以在满足舒适性要求的前提下，我们选择扭杆弹簧作为该轿车前悬架的弹性元件。即该车前悬架选用双横臂不等长扭杆弹簧独立悬架。具体可以参考南京依维柯的前悬架（如下图所示）
图1 南京依维柯前悬架。
悬架静挠度，是指汽车满载静止时悬架上的载荷与此时悬架刚度之比，即 ：
表二现代轿车常用偏频和挠度范围。
汽车前、后悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一。因现代汽车的质量分配系数ε近似等于1，于是汽车前、后轴上方车身两点的振动不存在联系。
根据汽车设计理论可以得出：汽车前、后部分的车身的固有频率和(亦称偏频)可用下式表示[1]（此处只讨论前悬架）
前悬架偏频：
对普通级（排量1.6l）以下轿车满载的情况，前悬架偏频要求在1．00～1．45hz。原则上轿车的级别越高，悬架的偏频越小。
为满足限乘5人的要求，动力性不宜太小，排量至少在2.0l以上。所以选取前悬架偏频。
所以前悬架静挠度：
悬架的动挠度是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大垂直位移。要求悬架应有足够大的动挠度，以防止在坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块。
依据表二，选取该轿车动挠度。
悬架受到的垂直外力与由此所引起的车轮中心相对于车身位移(即悬架的变形)的关系曲线称为悬架的弹性特性。其切线的斜率是悬架的刚度。
设计时以乘坐5人为上限，每人以65kg计算，空载时前轴荷分配为60%，依据汽车设计，满载前轴荷分配在47%～60%[2]，在此取满载前轴荷分配为54%。
悬架受到的垂直外力：
满载时悬架的刚度：
悬架侧倾角刚度系指簧上质量产生单位侧倾角时悬架给车身的弹性恢复力矩。乘坐侧倾角刚度过小而侧倾角过大的汽车，乘员缺乏舒适感和安全感。侧倾刚度过大而侧倾角过小的汽车又缺乏汽车发生侧翻的感觉，同时使轮胎侧偏角增大，如果发生在后轮会使汽车增加了过多转向的可能。
要求在侧向加速度时，轿车车身侧倾角在2.5°～4°,前、后轮侧偏角之差应当在1°～3°范围内。对轿车，前、后悬架侧倾角刚度比值一般为1．4～2．6。
所以选取车身侧倾角为，前后悬架侧倾角刚度为。
作为悬架弹性元件的—种——扭杆弹簧的两端分别与车架(车身)和导向臂连接。工作时扭杆弹簧受扭转力矩作用。
按照断面形状不同，扭杆弹簧分为圆形、管形、片形等几种。
1）圆形断面扭杆工艺性良好和装配容易而得到广泛应用。采用圆断面组合式扭杆时，可以用或6根组合形成的组合式扭杆。故在本次设计的悬架中选取圆形断面扭杆。
2）管形断面扭杆有材料利用合理和能够用来制作组合式扭杆的优点。
3）片形断面扭杆在一片断了以后仍能工作，所以工作可靠性好，除此之外还有工艺性良好、弹性好、扭角大等优点。
设计扭杆弹簧需要确定的主要尺寸有扭杆直径d和扭杆长度l。
扭杆弹簧采用45crnimova优质合金弹簧钢制造扭杆。采用淬火，回火热处理工艺，表面硬度在44～52hrc。为了提高疲劳强度，扭杆需要经预扭和喷丸处理。
经过预扭和喷丸处理的扭杆许用切应力[τ]可在800～900mpa范围内选取，轿车可取上限，货车宜取下限[1]。本次设计案例是是轿车，故[τ]900mpa。
图2 扭杆弹簧受力及相关尺寸示意图。
1)设计扭杆直径d
设计时以乘坐5人为上限，每人以65kg计算，空载时前轴荷分配为60%，依据汽车设计，满载前轴荷分配在47%～60%[2]，在此取满载前轴荷分配为54%。选取上横臂长度为245mm.
对于圆截面的扭杆弹簧的两端花键连接，应力集中系数，
则产生的扭转力f为。
取整后得：d=18mm
式中，为扭杆承受的最大扭矩；τ为扭转切应力，可取允许扭转切应力(900mpa)代人计算。
表三扭杆弹簧直径长度及直线度偏差。
由表三得 ：的公差为。
所以。图3 扭杆弹簧端部，杆部与过渡段。
(2)端部渐开线花键设计。
(摘自gb/t 3478.1-2008)
为使端部和杆部寿命一样，推荐端部直径d=(1.2～1.3)d=（21.6～23.4）mm
故， 取 d=22mm
花键轴大经上偏差为0，公差等级选为it6，查机械制图常用及优先轴公差带极限偏差（gb/t 1800.4--1999）得下偏差为-0.013mm[6]
所以 花键长度。
查常用键的长度系列(gb/t 1095--2003)值得：
图4 渐开线花键。
两端采用无切削加工的直齿渐开线花键联结，花键标准压力角为，模数取2。
因此花键齿数z=10
则分度圆直径。
小径。周节。
基本齿槽宽。
基本齿厚。又根据下表，花键长度和公差等级，选取齿向公差。
则该外渐开线花键可表示为：
gb3478.1-83
表四渐开线花键齿向公差。
(3)过渡段设计。
从端部直径到杆部直径之间的一段称为过渡段。为了使这段应力集中降到最小，过渡段的尺寸应该是逐渐变化的。
过渡段长。过渡圆角
过渡段可以分为靠近直径为d的花键端部的非有效部分和靠近直径为d的杆部的有效部分，即这一部分可以看作是扭杆工作长度的一部分，称为有效长度le
有效长度le可用下式计算。
(4)扭杆工作长度设计。
设计前根据对汽车平顺性的要求先行选定悬架的刚度。
该设计要求是轿车，对平顺性要求很高，因此选取悬架的固有频率。由 得：
图5 双横臂独立悬架示意图。
已知上横臂长221mm，下横臂长340mm，球销长204mm。
主销内倾角，主销偏移距10mm，主销后倾角，车轮接地点侧向滑移量为10mm。
上横臂轴水平斜置角：-5°
下横臂轴水平斜置角：10°
因此求得：b=220mm，a=435mm，d=204mm，e=122mm
则。则扭杆刚度。
扭杆的工作长度用下式计算。
课程设计说明书
材料化学。涂装工艺。班级 材料化学081 姓名。学号。指导教师。时间 二 一一年七月八日 19 09 56 目录。表面工程课程设计任务书 1 1 概况 2 1.1 设计任务书及目标 2 1.2 设计任务书 2 1.3 设计单位概况 2 1.4 设计原则 4 1.5 设计范围 4 1.6 设计技术标准...
课程设计说明书
一 题目 离合器接合叉零件加工工艺规程 及车 25外圆及端面夹具设计 二 时间 自年月日至年月日止。三 要求 1 编制离合器接合叉加工工艺规程一套。2 绘制离合器接合叉零件图一张。3 绘制夹具结构装配图一张。4 绘制夹具体图一张。5.编写设计说明书一份。目录。序言1 第一章零件分析2 1.零件的作用...
课程设计说明书
河南科技学院。机电一体化课程设计。模块化生产系统设计 无杆缸传送站。学生姓名 王坤朋。所在院系 机电学院。所学专业 机电技术教育。导师姓名 胡楠李海波。完成时间 2018 年6月22日。摘要。模块化生产系统主要模拟工业生产过程中完成零件钻孔加工和装配的系列过程，该系统共有八个工作站，分别为上料检测站...