第六章悬架设计1

1、一、悬架组成与功用一、悬架组成与功用悬架的功用弹性元件弹性元件导向元件导向元件阻尼元件阻尼元件缓冲块缓冲块横向稳定器横向稳定器返回v1. 保证汽车具有良好的行使平顺性保证汽车具有良好的行使平顺性振动频率低一点好，振动加速度符合振动频率低一点好，振动加速度符合ISO2631-1:1997(E)三个极限：舒适性降低界限工效降低极限疲劳暴露极限.3.2.1v2. 具有合适的衰减振动能力具有合适的衰减振动能力振动衰减快振幅小v3.保证汽车具有良好的操纵稳定性保证汽车具有良好的操纵稳定性21:不足转向运动协调，不出现摆振导向机构返回E无无“点头点头”、“后仰后仰”现象现象v4. 制动、加速时要保证车身稳

2、定，减制动、加速时要保证车身稳定，减少车身纵倾；转弯时车身侧倾角要合适少车身纵倾；转弯时车身侧倾角要合适v5. 有良好的隔声能力有良好的隔声能力v6. 结构紧凑、占用空间尺寸要小结构紧凑、占用空间尺寸要小v7. 可靠传递车身与车轮之间的各种力可靠传递车身与车轮之间的各种力和力矩，零部件质量轻且有足够的强度和力矩，零部件质量轻且有足够的强度和寿命和寿命返回分类：分类：F金属的：金属的：空气弹簧，橡胶弹簧，油气弹簧空气弹簧，橡胶弹簧，油气弹簧单位质量的储能量（单位质量的储能量（E/m）F非金属的：非金属的：钢板弹簧，扭杆弹簧，螺旋弹簧钢板弹簧，扭杆弹簧，螺旋弹簧弹性元件弹性元件评价指标：评价指标：

3、v 弹性元件型式分析易获得非线性特性易获得非线性特性 非线性密封要好易老化缓冲块缓冲块衰减车身和车轴之间振动，衰减车身和车轴之间振动，减少乘客疲劳和货物损伤减少乘客疲劳和货物损伤防止转向行驶时，车身侧倾过大防止转向行驶时，车身侧倾过大横向稳定器横向稳定器限制弹簧最大变形限制弹簧最大变形导向机构导向机构减振器减振器非独立悬架非独立悬架结构简单结构简单,成本低成本低,维修保养方便；维修保养方便；离地间隙离地间隙小小,非簧载质量大非簧载质量大,用于前悬架则车轮高速时用于前悬架则车轮高速时上下跳动使主销前倾角改变上下跳动使主销前倾角改变,导致前轮摆振导致前轮摆振F特点：特点：独立悬架独立悬架F特点：特

4、点：非簧载质量小非簧载质量小冲击载荷小冲击载荷小 振动频率振动频率平平顺性易保证，质心顺性易保证，质心，稳定性，稳定性，左右轮相，左右轮相互影响小，车身侧倾减小，振动减小；互影响小，车身侧倾减小，振动减小；结结构复杂，维修较困难，成本高构复杂，维修较困难，成本高u二、二、前、后悬架方案的选择：前、后悬架方案的选择：返回u一、悬架偏频一、悬架偏频n、静挠度、静挠度fc、动挠度、动挠度fd的确定的确定偏频偏频v1.静挠度静挠度fc定义：定义：从空载开始加载到满载时，车从空载开始加载到满载时，车轮中心相对车架的垂直位移轮中心相对车架的垂直位移静挠度静挠度确定方法确定方法前后部分车身的振动频率前后部分

5、车身的振动频率) 17( 2121222111mcnmcn结论：频率与刚度成正比！结论：频率与刚度成正比！)27( 222111cgmfcgmfcc结论：结论：挠度与刚度成反比！挠度与刚度成反比！) 37( 552211ccfnfn频率与挠度成反比！频率与挠度成反比！返回F悬架设计考虑悬架设计考虑根据行驶平顺性要求确定根据行驶平顺性要求确定n1、n2舒适性高，舒适性高，n取下限，振动加速度取下限，振动加速度，冲击，路面附着性冲击，路面附着性表明：表明：推荐：推荐：实测货车实测货车由（由（7-3）确定）确定fc1、fc2选选n原则原则空载时振动严重空载时振动严重共振当纵向角振动差别大时与、当前后

6、振动频率不一样2121nnnn返回F研究表明：研究表明：车辆高速越障时，车辆高速越障时，n1/n21时小时小推荐：推荐： 悬架、弹性元件的静挠度悬架、弹性元件的静挠度121nn要求：2121 155 ccccffff由：分次/ 300 )( 5ccf nHzfnfc:cm返回 fc，可，可n,平顺性平顺性,但悬架刚度但悬架刚度c ,会经常碰缓冲块会经常碰缓冲块v2.动挠度动挠度fd定义：定义：悬架从满载位置开始压缩到结构允许的最大悬架从满载位置开始压缩到结构允许的最大变形时，车轮中心相对车架的垂直位移变形时，车轮中心相对车架的垂直位移影响因数影响因数fc,c,在制动在制动(加速加速)、转弯时会

7、、转弯时会“点头点头”、“后仰后仰”或侧倾较或侧倾较大大fc，就要，就要板簧长度（货），布置困难，质量板簧长度（货），布置困难，质量推荐：推荐：路面好，路面好，fd / fc小一些小一些路面差，路面差，fd / fc大一些大一些选选fd/fc原则：原则：返回u悬架偏频悬架偏频n、静挠度、静挠度fc、动挠度、动挠度fd的确定的确定返回cmgfmcnc2cfn5返回Ff12345678O说明：说明： 1、缓冲块复原点；、缓冲块复原点； 8、额定载荷、额定载荷 2、复原行程缓冲块脱离支架、复原行程缓冲块脱离支架 3、主弹簧弹性特性曲线、主弹簧弹性特性曲线 4、复原行程；、复原行程； 5、压缩行程、压

8、缩行程 6、缓冲块压缩期悬架弹性特性曲线、缓冲块压缩期悬架弹性特性曲线 7、缓冲块压缩时开始接触弹性支架、缓冲块压缩时开始接触弹性支架 fFO货车板簧为货车板簧为主、副簧结构的弹性特性主、副簧结构的弹性特性载荷挠度fOfkf0F0FkfafcK 结构型式：结构型式：弹性特性弹性特性v1.基本原则：基本原则：在空载在空载n0到满载到满载nc内内n的变化应尽量地小的变化应尽量地小副簧起作用前副簧起作用前nb与起作用与起作用后后na相近，即相近，即n突变不要太大突变不要太大返回故：故：只有主簧工作时只有主簧工作时,F，c不不变变,n,变化规律如图变化规律如图副簧参加工作时，副簧参加工作时，c 突变，

9、突变，n亦变亦变cFffFc v2.具体方法：nFOn0nanbncF0FkFc使使)( 20中点ckFFF时悬架频率相等与220ckkFFFF并让并让)(22 0amckmkccFFcFF即：cccckcmaFFFFFFFFFFFFFcc00000003222 0FFc令：满、空载比满、空载比322 macc刚度比： 5fn cbaffff0 00amccmkbmamkaccFfcFfcFfccFf又0k FFFc为比例中项为比例中项1 macc刚度比：从从n0、nc、nb、na相差不相差不大出发，让大出发，让cbannnn0nFOn0nanbncF0FkFc返回maCC1322FoFc空载

10、时悬架载荷满载时悬架载荷v3. 方法比较：用方法一确定的用方法一确定的Fk，会使会使nb、na突变小些，但突变小些，但却会使全部载荷变化范却会使全部载荷变化范围内的频率差变化大。围内的频率差变化大。适用于经常半载或适用于经常半载或 值较值较小的车辆小的车辆用方法二使空、满载范用方法二使空、满载范围内悬架系统振动频率变围内悬架系统振动频率变化不大，但副簧接触托架化不大，但副簧接触托架前后的前后的nb、na突变较大。突变较大。适用于经常满载的运输部适用于经常满载的运输部门车辆门车辆v4.主、副簧应力校核：由材力：由材力： 4 ; 4WnLFnWLFmmaa式中：式中：Fa、Fm 满载时主、副簧分配

11、到的载荷满载时主、副簧分配到的载荷n、n主、副簧总片数主、副簧总片数L、L主、副簧工作长度主、副簧工作长度W、W单片主、副簧抗弯截面模量单片主、副簧抗弯截面模量 a=450550N/mm2 m=200250N/mm2 考虑动挠度后，考虑动挠度后， max 1000N/mm2返回ddMC C1 C2 前轴轮胎侧偏角前轴轮胎侧偏角1后轴的后轴的2满足汽车稍有不足转向的要求满足汽车稍有不足转向的要求)31 (21oo分类与应用：分类与应用：弹性元件的选择弹性元件的选择返回返回已知整车布置已知整车布置轴距轴距L0根据行使平根据行使平顺性确定顺性确定nfcfd2)2(ngfc并参考并参考推荐值推荐值讨讨

12、论：论：刚度刚度c 给定后，给定后，L, 及应力幅度及应力幅度C L2，要求，要求L长长F 强度：强度： L 的影响：的影响：F 纵向角刚度纵向角刚度C ：42CLMCF L受总布置限制，不宜取长受总布置限制，不宜取长)(nssmmmnsmmsnmm几种典型悬架簧载质量几种典型悬架簧载质量mS 与非簧载质量与非簧载质量mn的比例关系的比例关系01nn)5 . 01 (04. 1/5 . 1EcksLJ48)(30返回（静应力） 4)(2)(200cWWcWksLFWksLF 许用应力值许用应力值 c：返回步骤：步骤： 选定选定 c定义：定义： 弹簧单位变形的应力称为比应力弹簧单位变形的应力称为

13、比应力4)( 0cWL-ksFW002 JhWp由：ccWcpEfksLEFcksLWJh6)(6)(2 2200u5、比应力、比应力著影响对板簧的疲劳寿命有显 230)(6)(488)(4)(ksLEhcksLEhksLcfWksLFfppcWcc推荐：推荐：从从u6、最大应力、最大应力 max (对应最大动行程对应最大动行程)22max/1000900)()(6mmNksLffEhdcp借助：借助：)(maxdcff b太大太大，侧向力使车倾斜时，弹簧的扭曲应力侧向力使车倾斜时，弹簧的扭曲应力影响因数影响因数b太小太小,势必势必片数片数, 弹簧总厚度弹簧总厚度,弹簧片间摩擦弹簧片间摩擦30

14、)(48ksLEJC12 30nbhJ 而：推荐：推荐：106phb由安装尺寸初由安装尺寸初定片宽定片宽b根据我国型材根据我国型材规格规格确定确定b平均片厚平均片厚hp板簧总截面系数板簧总截面系数W0弯曲应力弯曲应力ccc n0 J0比应力比应力)(maxcdff fd极限应力极限应力max)1000900(maxccfYes(No)106(10bhp(Yes)END(Yes)phJW00204)(WksLFwc(No)(No)方法方法1方法方法2返回MPacmmMPa注：注：表表73(1)通常各片厚度相等：通常各片厚度相等：hi= hp 若各片厚度不等，则有若各片厚度不等，则有hp=hi/n

15、 ,且且hmax/hmin6分，0.2mm表面抛光表面抛光maxN11009008000.2340.0890.14返回324d)(1 1644DdD12)(3nhb163d)(1 1643DdD6)(2nhb2d2D2nh42d422dD nbh式中：式中：22sintan)(1 RLcGJCPnG=7.7104MPa扭杆弹簧与臂扭杆弹簧与臂F3. 扭杆主要尺寸扭杆主要尺寸式中：式中：Mmax扭杆承受的最大扭矩扭杆承受的最大扭矩扭杆直径扭杆直径d3max16Md 扭转剪切应力，可取允许扭转剪切应力代入计算扭转剪切应力，可取允许扭转剪切应力代入计算扭杆的有效长度扭杆的有效长度LnCGdL324式

16、中：式中：Cn扭杆的扭转刚度扭杆的扭转刚度返回头部形状、尺寸头部形状、尺寸过渡段尺寸过渡段尺寸 =154 . 12 . 1扭杆直径边长BDL1Lgdr; ) 3 . 12 . 1 (dD DL)3 . 16 . 0(1键长：tan2)(dDLgdr) 5 . 12 . 1 (材料：材料：38dDFWc438GdiDFfWcs静挠度：2iDGdfcsc式中：式中：i 弹簧工作圈数弹簧工作圈数 c=500MPa2. 动应力动应力2ddsdiDGdf d=8001000MPa返回1）、根据总体设计确定每副悬架上的载荷）、根据总体设计确定每副悬架上的载荷Fw；2）、根据行使平顺性要求选取偏频）、根据行

17、使平顺性要求选取偏频n ；3）、由）、由1、2算出弹簧刚度算出弹簧刚度5）、参考同类型车初选弹簧中径）、参考同类型车初选弹簧中径Dm，钢丝直径，钢丝直径d及及端部结构型式；端部结构型式；4）、根据总布置要求及悬架的具体结构型式；）、根据总布置要求及悬架的具体结构型式；6）、确定所用材料，并查出许用拉应力）、确定所用材料，并查出许用拉应力；7）、由）、由 解出弹簧工作圈数解出弹簧工作圈数i ， 并由下表求出并由下表求出HsgnFCws2)2(iDGdCms348返回8）、参考相关标准确定台架试验时伸张及压缩极）、参考相关标准确定台架试验时伸张及压缩极限位置限位置 相对于设计载荷位置的弹簧变形量相

18、对于设计载荷位置的弹簧变形量f1、f2；并确定要并确定要 达到的寿命达到的寿命nc（循环次数）（循环次数）9）、求出弹簧在完全压紧时的载荷）、求出弹簧在完全压紧时的载荷Fs，台架试验，台架试验伸张和压缩极限位置对应伸张和压缩极限位置对应F1、F2及工作压缩极限位及工作压缩极限位置的载荷置的载荷FmFs= Fw + Cs （Hi+Hs ）F1= Fw Cs f1F2= Fw Cs f2Fm= Fw Cs （HiHm ）返回11)、校核、校核 max0.63， 不成立则返回第不成立则返回第5步重选步重选d； 若余量很大，则视第若余量很大，则视第11步寿命校核结果来步寿命校核结果来决定是否重新取较小

19、些的决定是否重新取较小些的d； 求出载荷求出载荷F1、F2、Fs 以及以及Fm 所对应的剪切应力所对应的剪切应力 1、 2、 3 、 max；dDCm28dFckKCCCK615. 04414返回12）、校核台架试验条件下的寿命：）、校核台架试验条件下的寿命：若算出的若算出的nc小于预期的台架寿命，则返回第小于预期的台架寿命，则返回第5步重选步重选d；若有较大余量，则与第若有较大余量，则与第10步的结果综合考虑是否选择更小的步的结果综合考虑是否选择更小的d；13.01)808.1(eckn )(48. 1)(74. 01212ek13）、确定弹簧自由高度）、确定弹簧自由高度H0和最小工作高度和

20、最小工作高度HnswiCFHH0isndHH14）、校核稳定性，若失稳则返回第）、校核稳定性，若失稳则返回第5步重新选取步重新选取Dm或弹簧两端的支撑方式。或弹簧两端的支撑方式。定义：定义：在侧向力作用下，车身在通过左、右车轮中心的横向在侧向力作用下，车身在通过左、右车轮中心的横向平面内发生侧倾时，相对于地面的瞬时摆动中心平面内发生侧倾时，相对于地面的瞬时摆动中心求解方法：求解方法：图解法图解法要求：让侧倾中心接近质心，要求：让侧倾中心接近质心，侧倾力矩侧倾力矩双横臂式和纵横臂式双横臂式和纵横臂式悬架侧倾中心悬架侧倾中心普通规格的麦弗逊式普通规格的麦弗逊式悬架侧倾中心悬架侧倾中心2tancosvsbrdkpsvrdkpbtancos2dkpsin)sin()90sin(0 ckdkpsin)sin(ock返回双横臂式悬架的纵倾中心双横臂式悬架的纵倾中心滑柱摆臂式悬滑柱摆臂式悬架的纵倾中心架的纵倾中心图解法图解法5. 抗驱动纵倾性抗驱动纵倾性要求：要求：纵倾中心位置高于纵倾中心位置高于驱动桥车轮中心以减少后驱动桥车轮中心以减少后轮驱动车尾的下沉量或前轮驱动车尾的下沉量或前轮驱动车头的抬高量。轮驱动车头的抬高量。要求：要求：前后悬架的纵倾中前后悬架的