第六章悬架设计更新版模板.ppt

第六章 悬架设计 第六章第六章 悬架设计悬架设计第一节第一节 概述概述第二节第二节 悬架结构型式分析悬架结构型式分析第三节第三节 悬架主要性能参数的确定悬架主要性能参数的确定第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算第五节第五节 独立悬架导向机构设计独立悬架导向机构设计第六节第六节 减振器减振器6-16-1 概概 述述 一、组成一、组成一、组成一、组成弹性元件：传递垂直载荷、缓和冲击与振动，保证平弹性元件：传递垂直载荷、缓和冲击与振动，保证平弹性元件：传递垂直载荷、缓和冲击与振动，保证平弹性元件：传递垂直载荷、缓和冲击与振动，保证平顺性顺性顺性顺性导向装置：决定车轮运动规律、传递力和力矩导向装置：决定车轮运动规律、传递力和力矩导向装置：决定车轮运动规律、传递力和力矩导向装置：决定车轮运动规律、传递力和力矩减振装置：衰减车轮、车身的振动减振装置：衰减车轮、车身的振动减振装置：衰减车轮、车身的振动减振装置：衰减车轮、车身的振动横向稳定杆：防止转向时侧倾过大，减少横向角振动。横向稳定杆：防止转向时侧倾过大，减少横向角振动。横向稳定杆：防止转向时侧倾过大，减少横向角振动。横向稳定杆：防止转向时侧倾过大，减少横向角振动。缓冲块：限制弹簧过大变形缓冲块：限制弹簧过大变形缓冲块：限制弹簧过大变形缓冲块：限制弹簧过大变形,减轻车轴对车架（或车身）减轻车轴对车架（或车身）减轻车轴对车架（或车身）减轻车轴对车架（或车身）的直接冲撞。的直接冲撞。的直接冲撞。的直接冲撞。悬架的组成（悬架的组成（弹性元件、减振器、导向机构弹性元件、减振器、导向机构）弹性元件弹性元件减振器减振器减振器减振器纵向推力杆纵向推力杆横向推力杆横向推力杆纵向推力杆纵向推力杆弹性元件弹性元件二二 主要作用主要作用 传递车轮和车架（或车身）之间的一切传递车轮和车架（或车身）之间的一切力和力和力矩力矩；缓和、抑制路面对车身的缓和、抑制路面对车身的冲击和振动冲击和振动；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想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。的运动特性。保证汽车的操纵稳定性。三三 对悬架提出的对悬架提出的设计要求设计要求 1 1）保证汽车有良好的行驶平顺性。）保证汽车有良好的行驶平顺性。2 2）具有合适的衰减振动能力。）具有合适的衰减振动能力。3 3）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。4 4）汽车制动或加速时要保证车身稳定，减少车身纵倾；）汽车制动或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。转弯时车身侧倾角要合适。5 5）有良好的隔声能力。）有良好的隔声能力。6 6）结构紧凑、占用空间尺寸要小。）结构紧凑、占用空间尺寸要小。7 7）可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满）可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部足零部 件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。寿命。6-2 6-2 悬架结构形式分析悬架结构形式分析 一、非独立悬架和独立悬架一、非独立悬架和独立悬架 悬架悬架 非独立悬架非独立悬架独立悬架独立悬架 左、右车轮用一根整体轴连左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或接，再经过悬架与车架（或车身）连接车身）连接 左、右车轮通过各自的悬架左、右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接与车架（或车身）连接 非独立悬架非独立悬架 独立独立悬架悬架双双叉叉式式独独立立悬悬架架斜斜臂臂式式独独立立悬悬架架1 1 非独立悬架非独立悬架 纵置钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置纵置钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置 优点优点 结构简单结构简单制造容易制造容易维修方便维修方便工作可靠工作可靠 应用应用 ：货车、大客车的前、后悬架以及：货车、大客车的前、后悬架以及某些轿车的后悬某些轿车的后悬架架缺点缺点 非簧载质量大，非簧载质量大，汽车平顺汽车平顺性较差性较差;高速行驶时操稳性差高速行驶时操稳性差;轿车不利于发动机、行李轿车不利于发动机、行李舱的布置舱的布置;左右车轮互相影响；左右车轮互相影响；前悬架易发生摆振；前悬架易发生摆振；易产生易产生轴转向特性；轴转向特性；2 2 独立悬架独立悬架 优点优点 簧下质量小；簧下质量小；悬架占用的空间小；悬架占用的空间小；可以用刚度小的弹簧，改善了汽车行驶平顺性；可以用刚度小的弹簧，改善了汽车行驶平顺性；由于有可能降低发动机的位置高度，使整车的质由于有可能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，又改善了汽车的行驶稳定性；心高度下降，又改善了汽车的行驶稳定性；左、右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身左、右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力。地面附着能力。缺点缺点 结构复杂结构复杂成本较高成本较高维修困难维修困难应用应用 ：轿车和部分轻型货车、客车及越野车：轿车和部分轻型货车、客车及越野车 在道路条件和车速相同时，在道路条件和车速相同时，非簧载质量越少，则悬架受到的非簧载质量越少，则悬架受到的冲击载荷也越小，故采用独立悬冲击载荷也越小，故采用独立悬架可提高平均车速。架可提高平均车速。二、独立悬架结构形式分析二、独立悬架结构形式分析（参表6-1）分类分类双横臂式双横臂式单横臂式单横臂式双纵臂式双纵臂式单纵臂式单纵臂式单斜臂式单斜臂式麦弗逊式和扭转梁随动臂式麦弗逊式和扭转梁随动臂式1.1.横臂式独立悬架横臂式独立悬架分为单横臂分为单横臂(b)(b)和双横臂式两种和双横臂式两种(a)(a)。a a b b 双横臂式独立悬架双横臂式独立悬架单横臂式独立悬架单横臂式独立悬架双横臂式独立悬架双横臂式独立悬架球副球副球副球副单横臂式：单横臂式：当悬架变形时，车轮平面产生倾斜而改变两侧车轮当悬架变形时，车轮平面产生倾斜而改变两侧车轮与路面的接触点距离与路面的接触点距离轮距，致使产生侧向滑移，轮距，致使产生侧向滑移，破坏轮胎和地面的附着。破坏轮胎和地面的附着。当用于转向轮时，会使主当用于转向轮时，会使主销内倾角和车轮外倾角发生较大变化，影响操稳性，销内倾角和车轮外倾角发生较大变化，影响操稳性，现采用不多。现采用不多。双横臂式：双横臂式：两摆臂长度可以相等，也可以不等。不等长的双横两摆臂长度可以相等，也可以不等。不等长的双横臂式独立悬架在轿车前轮上，应用较广泛。上下两臂式独立悬架在轿车前轮上，应用较广泛。上下两摆臂不等长，选择长度比例合适，可使车轮和主销摆臂不等长，选择长度比例合适，可使车轮和主销的角度及轮距变化不大。的角度及轮距变化不大。不等臂双横臂上臂比下臂不等臂双横臂上臂比下臂短。当汽车车轮上下运动时，上臂比下臂运动弧度短。当汽车车轮上下运动时，上臂比下臂运动弧度小。这将使轮胎上部轻微地内外移动，而底部影响小。这将使轮胎上部轻微地内外移动，而底部影响很小。这种结构有利于减少轮胎磨损，提高汽车行很小。这种结构有利于减少轮胎磨损，提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。驶平顺性和方向稳定性。这种独立悬架被广泛应用这种独立悬架被广泛应用在轿车前轮上在轿车前轮上,如红旗如红旗CA7560CA7560 。双横臂的臂有做成。双横臂的臂有做成A A字形或字形或V V字形，字形，V V形臂的上下形臂的上下2 2个个V V形摆臂以一定的距形摆臂以一定的距离，分别安装在车轮上，另一端安装在车架上。离，分别安装在车轮上，另一端安装在车架上。上横臂上横臂下横臂下横臂横向平面图横向平面图扭杆弹簧扭杆弹簧纵臂纵臂车轮车轮2.2.纵臂式独立悬架纵臂式独立悬架分为单纵臂式和双纵臂式两种分为单纵臂式和双纵臂式两种（P177P177表表6-16-1）用于转向轮时，车轮上下跳动将使主销后倾角用于转向轮时，车轮上下跳动将使主销后倾角产生很大变化，故多用于不转向的后轮上产生很大变化，故多用于不转向的后轮上,如如雷诺雷诺-5-5、国产富康、桑塔纳、捷达等轿车的后、国产富康、桑塔纳、捷达等轿车的后悬架。悬架。双纵臂式独立悬架双纵臂式独立悬架 双纵臂式独立悬架的两个纵臂长度一般制成相等，形双纵臂式独立悬架的两个纵臂长度一般制成相等，形成成平行四连杆机构平行四连杆机构。这样可使车轮上下跳动时，主销后倾。这样可使车轮上下跳动时，主销后倾角不变，因而角不变，因而这种形式的悬架适用于转向轮这种形式的悬架适用于转向轮。3.3.麦弗逊式（滑柱摆臂式）悬架：麦弗逊式（滑柱摆臂式）悬架：车轮沿摆动的主销上下移动。这种悬架构造车轮沿摆动的主销上下移动。这种悬架构造简单，布置紧凑，前轮定位变化小，具有良简单，布置紧凑，前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性。所以，好的行驶稳定性。所以，目前轿车使用最多目前轿车使用最多的独立悬架是麦弗逊式悬架，堪称是最被广的独立悬架是麦弗逊式悬架，堪称是最被广泛运用者（如泛运用者（如MAZDAMAZDA、FORDFORD、TOYOTATOYOTA、NISSANNISSAN车系；富康、桑塔纳、捷达、高尔夫、车系；富康、桑塔纳、捷达、高尔夫、奥迪奥迪100100、红旗、红旗CA7220CA7220等轿车的前悬架）。等轿车的前悬架）。在独立悬架中，麦弗逊悬架被行家誉为结构在独立悬架中，麦弗逊悬架被行家誉为结构最简单、设计最经典、应用最广泛、性价比最简单、设计最经典、应用最广泛、性价比最高、最经济的悬架。最高、最经济的悬架。横摆臂（联车身）横摆臂（联车身）下铰链下铰链（转向节与（转向节与横摆臂连接）横摆臂连接）转向节转向节转向拉杆转向拉杆螺旋弹簧、螺旋弹簧、减振器减振器橡胶支承（相当于橡胶支承（相当于上球铰上球铰的作用）的作用）麦弗逊式悬架麦弗逊式悬架一汽奥迪一汽奥迪100100型轿车前悬架型轿车前悬架 摆臂摆臂弹性元件弹性元件减振器减振器转向节转向节4 4斜斜置置单单臂臂式式悬悬架架（简简介）介）这种悬架是单横臂这种悬架是单横臂和单纵臂独立悬架的折和单纵臂独立悬架的折衷方案。其衷方案。其摆臂摆臂绕与汽绕与汽车纵轴线具有一定交角车纵轴线具有一定交角的轴线摆动的轴线摆动，选择合适，选择合适的交角可以满足汽车操的交角可以满足汽车操纵稳定性要求。这种悬纵稳定性要求。这种悬架适于做后悬架。架适于做后悬架。摇臂轴线摇臂轴线1.前悬架横梁 2-前稳定杆 3-拉杆支架 4-粘滞式拉杆 5-下连杆6-轮毂转向节总成 7-第三连杆 8-减振器 9-上连杆 10-螺旋弹簧 11-上连杆支架 12-减振器隔振块上连杆上连杆第三连杆第三连杆下连杆下连杆多杆式独立悬架（斜臂式）多杆式独立悬架（斜臂式）斜臂轴斜臂轴5 5 各种悬架对比小结各种悬架对比小结目前采用较多的悬架是：目前采用较多的悬架是：双横臂式，麦弗逊式，斜双横臂式，麦弗逊式，斜置单臂式置单臂式。现在最流行的悬架是：现在最流行的悬架是：麦弗逊式，双横臂式和多连麦弗逊式，双横臂式和多连杆式杆式。按照悬架的档次和乘坐舒适性来排名是：按照悬架的档次和乘坐舒适性来排名是：多连杆、多连杆、双横臂、麦弗逊双横臂、麦弗逊。在这三种悬架中，麦弗逊式是结构最简单的，也是在这三种悬架中，麦弗逊式是结构最简单的，也是制造成本最低的。制造成本最低的。它主要用在大多数中小型车的前它主要用在大多数中小型车的前悬架，悬架，它以简单独霸天下，也正是因为他简单所以它以简单独霸天下，也正是因为他简单所以它重量轻，响应速度快。它重量轻，响应速度快。具有高性能的悬架是多连杆和双横臂式独立悬架。具有高性能的悬架是多连杆和双横臂式独立悬架。结构最复杂实现性能最多的是多连杆。但由于两者结构最复杂实现性能最多的是多连杆。但由于两者在结构上使其质量较重所以为了达到更快的响应速在结构上使其质量较重所以为了达到更快的响应速度常用铝合金制造。度常用铝合金制造。1 1）侧倾中心高度）侧倾中心高度 侧倾中心位置高，它到车身质心的距离侧倾中心位置高，它到车身质心的距离缩短，可使侧倾力臂及侧倾力矩小些，缩短，可使侧倾力臂及侧倾力矩小些，车身的侧倾角也会减小。但侧倾中心过车身的侧倾角也会减小。但侧倾中心过高，会使车身倾斜时轮距变化大，加速高，会使车身倾斜时轮距变化大，加速轮胎的磨损。轮胎的磨损。6 6 悬架基本特性评价指标悬架基本特性评价指标 常用独立悬架结构的侧倾中心位置见：常用独立悬架结构的侧倾中心位置见：刘惟信，汽车设计，清华大学出版社，刘惟信，汽车设计，清华大学出版社，2001.2001.P457P457，图，图13-3413-34 侧倾中心求法示例侧倾中心求法示例 n单横臂悬架的侧倾中心单横臂悬架的侧倾中心车厢相对地面转动时的瞬时轴线称为车厢侧倾轴线，车厢相对地面转动时的瞬时轴线称为车厢侧倾轴线，该轴线通过车厢在前、后轴处横断面上的瞬时转动中该轴线通过车厢在前、后轴处横断面上的瞬时转动中心，这两个瞬时中心称为侧倾中心。心，这两个瞬时中心称为侧倾中心。用图解法求车厢的侧倾中心常利用可逆原理，即假设用图解法求车厢的侧倾中心常利用可逆原理，即假设车厢不动，让地面相对于车厢发生车厢不动，让地面相对于车厢发生转动转动，求出地面相，求出地面相对于车厢的瞬时转动中心，显然，它就是车厢的侧倾对于车厢的瞬时转动中心，显然，它就是车厢的侧倾中心。中心。单横臂悬架的侧倾中心单横臂悬架的侧倾中心用图解法求车厢的侧倾中心常利用用图解法求车厢的侧倾中心常利用可逆原理，可逆原理，即即假设假设车厢不动，让地面相对于车厢发生转动，车厢不动，让地面相对于车厢发生转动，求出地面相求出地面相对于车厢的瞬时转动中心，显然，它就是车厢的侧倾对于车厢的瞬时转动中心，显然，它就是车厢的侧倾中心。（中心。（注意：刚化车轮！注意：刚化车轮！）GDL反转时，地面上有两点反转时，地面上有两点D D，G G的速度方向已知，故不难的速度方向已知，故不难推出地面的转动中心！推出地面的转动中心！n双横臂悬架的侧倾中心双横臂悬架的侧倾中心1 1）复习铰链四杆机构顺心求取）复习铰链四杆机构顺心求取(辅助四边形辅助四边形)及其物及其物理意义理意义GDO Ol lO Or rO Or r的物理意义：的物理意义：ABAB杆与车厢（假设静止）的瞬心，当右杆与车厢（假设静止）的瞬心，当右轮胎与轮胎与ABAB杆刚化后，此点也是右轮胎的杆刚化后，此点也是右轮胎的瞬时转动瞬时转动中心！中心！GDO Ol lO Or rA AB BO Ol l的物理意义：该点也是左轮胎的的物理意义：该点也是左轮胎的瞬时转动瞬时转动中心！中心！Ln麦弗逊式悬架的侧倾中心麦弗逊式悬架的侧倾中心1 1）复习曲柄滑块机构顺心求取）复习曲柄滑块机构顺心求取(辅助四边形辅助四边形)及其物及其物理意义理意义GP P1414P P3434P P1212P P2323P P2323P P2424n麦弗逊式悬架的侧倾中心麦弗逊式悬架的侧倾中心P P2424的物理意义：车厢的物理意义：车厢4 4静止，右轮的瞬时转动中心！静止，右轮的瞬时转动中心！GO Or rP P1414P P3434P P1212P P2323P P2323P P2424n麦弗逊式悬架的侧倾中心麦弗逊式悬架的侧倾中心P P2424的物理意义：车厢的物理意义：车厢4 4静止，右轮的瞬时转动中心！静止，右轮的瞬时转动中心！P P2424GDP24LP P2 24 4的物理意义：车厢的物理意义：车厢4 4静止，左轮的瞬时转动中心！静止，左轮的瞬时转动中心！2 2）车轮定位参数的变化）车轮定位参数的变化 若主销后倾角变化大，容易使转向轮若主销后倾角变化大，容易使转向轮产生摆振；若车轮外倾角变化大，会影产生摆振；若车轮外倾角变化大，会影响汽车直线行驶稳定性，同时也会影响响汽车直线行驶稳定性，同时也会影响轮距的变化和轮胎的磨损速度。轮距的变化和轮胎的磨损速度。6 6 悬架基本特性评价指标：悬架基本特性评价指标：3 3）悬架侧倾角刚度）悬架侧倾角刚度当汽车作稳态圆周行驶时，在侧向力作用下，当汽车作稳态圆周行驶时，在侧向力作用下，车厢绕侧倾轴线转动，并将此转动角度称之车厢绕侧倾轴线转动，并将此转动角度称之为为车厢侧倾角。车厢侧倾角。侧倾角刚度侧倾角刚度是指侧倾时，单是指侧倾时，单位车厢转角下，悬架系统给车厢总弹性恢复位车厢转角下，悬架系统给车厢总弹性恢复力偶矩。力偶矩。车厢侧倾角与侧倾力矩和悬架总的侧倾角刚车厢侧倾角与侧倾力矩和悬架总的侧倾角刚度大小有关，并影响汽车的操纵稳定性和平度大小有关，并影响汽车的操纵稳定性和平顺性。顺性。5 5）悬架占用的空间尺寸）悬架占用的空间尺寸 占用横向尺寸大的悬架影响发动机的布占用横向尺寸大的悬架影响发动机的布置和从车上拆装发动机的困难程度；置和从车上拆装发动机的困难程度；占用高度空间小的悬架，则允许行李箱占用高度空间小的悬架，则允许行李箱宽敞，而且底部平整，布置油箱容易。宽敞，而且底部平整，布置油箱容易。4 4）横向刚度）横向刚度悬架的横向刚度影响操纵稳定性。悬架的横向刚度影响操纵稳定性。若用于转向若用于转向轴上的悬架横向刚度小，则容易造成转向轮发轴上的悬架横向刚度小，则容易造成转向轮发生摆振现象。生摆振现象。悬架悬架双横臂式双横臂式单单横臂式横臂式单纵单纵臂式臂式单单斜臂式斜臂式麦弗麦弗逊逊式式扭扭转转梁随梁随动动臂式臂式侧倾侧倾中心高中心高比比较较低低比比较较高高比比较较低低居居单单横臂和横臂和单纵单纵臂之臂之间间比比较较高高比比较较低低车轮车轮定位定位参数的参数的变变化化车轮车轮外外倾倾角角与主与主销销内内倾倾角均有角均有变变化化车轮车轮外外倾倾角角与主与主销销内内倾倾角角变变化大化大主主销销后后倾倾角角变变化大化大有有变变化化变变化小化小左、右左、右轮轮同同时时跳跳动时动时不不变变轮轮距距变变化小，化小，轮轮胎磨胎磨损损速度速度慢慢变变化大，化大，轮轮胎磨胎磨损损速度速度快快不不变变变变化不大化不大变变化很小化很小不不变变悬悬架架侧倾侧倾角角刚刚度度较较小，需用小，需用横向横向稳稳定器定器较较大，可不大，可不装横向装横向稳稳定定器器较较小，需用小，需用横向横向稳稳定器定器居居单单横臂式横臂式和和单纵单纵臂式臂式之之间间较较大，可不装横向大，可不装横向稳稳定器定器横向横向刚刚度度横向横向刚刚度大度大横向横向刚刚度小度小 横向横向刚刚度度较较小小横向横向刚刚度大度大占用空占用空间间尺寸尺寸 占用占用较较多多占用占用较较少少几乎不占用高度空几乎不占用高度空间间占用的空占用的空间间小小其它其它结结构复构复杂杂前前悬悬架用架用得得较较多多结结构构简单简单、成、成本低，前本低，前悬悬架架上用得少上用得少结结构构简单简单、成本低、成本低结结构构简单简单、紧紧凑，凑，轿车轿车上用得上用得较较多多结结构构简单简单，用于，用于发动发动机前置前机前置前轮轮驱动轿车驱动轿车后后悬悬架架采用的方案采用的方案 前轮和后轮均采用非独立悬架；前轮和后轮均采用非独立悬架；前轮采用独立悬架，后轮采用前轮采用独立悬架，后轮采用非独立悬架；非独立悬架；前轮与后轮均采用独立悬架。前轮与后轮均采用独立悬架。三、前、后悬架方案的选择三、前、后悬架方案的选择轴转向效应：当前后悬架均采用纵置板簧非独立悬架时，轴转向效应：当前后悬架均采用纵置板簧非独立悬架时，若汽车转向行驶，内侧悬架处于减载而外侧悬架处于加若汽车转向行驶，内侧悬架处于减载而外侧悬架处于加载状态，于是内侧悬架缩短，外侧悬架因受压而伸长，载状态，于是内侧悬架缩短，外侧悬架因受压而伸长，结果与悬架固定连接的车桥（轴）的轴线相对汽车纵向结果与悬架固定连接的车桥（轴）的轴线相对汽车纵向中心线偏转一角度。中心线偏转一角度。对前轴，这种偏转使汽车不足转向对前轴，这种偏转使汽车不足转向趋势增加；对后轴，则增加了过多转向趋势，这种现象趋势增加；对后轴，则增加了过多转向趋势，这种现象即轴转向效应。即轴转向效应。轴转向效应：当前后悬架均采用纵置板簧非独立悬架时，轴转向效应：当前后悬架均采用纵置板簧非独立悬架时，若汽车转向行驶，内侧悬架处于减载而外侧悬架处于加若汽车转向行驶，内侧悬架处于减载而外侧悬架处于加载状态，于是内侧悬架缩短，外侧悬架因受压而伸长，载状态，于是内侧悬架缩短，外侧悬架因受压而伸长，结果与悬架固定连接的车桥（轴）的轴线相对汽车纵向结果与悬架固定连接的车桥（轴）的轴线相对汽车纵向中心线偏转一角度。中心线偏转一角度。对前轴，这种偏转使汽车不足转向对前轴，这种偏转使汽车不足转向趋势增加；对后轴，则增加了过多转向趋势，这种现象趋势增加；对后轴，则增加了过多转向趋势，这种现象即轴转向效应。即轴转向效应。弹性元件的选择弹性元件的选择1.1.横向稳定器横向稳定器通过减小悬架垂直刚度，能降低车身振动固有频率通过减小悬架垂直刚度，能降低车身振动固有频率n ，达到改善汽车平顺性的目的。，达到改善汽车平顺性的目的。但悬架的侧倾角刚度但悬架的侧倾角刚度C 和悬架垂直刚度和悬架垂直刚度c之间是正比之间是正比关系，所以减小垂直刚度使侧倾刚度也减小，必使关系，所以减小垂直刚度使侧倾刚度也减小，必使车厢侧倾角增加，结果车厢中乘员会感到不舒适并车厢侧倾角增加，结果车厢中乘员会感到不舒适并降低了行车安全感。降低了行车安全感。四、辅助元件四、辅助元件解决这一矛盾的主要方法就是在汽车上设置横向稳解决这一矛盾的主要方法就是在汽车上设置横向稳定器。定器。2.2.缓冲块缓冲块 橡胶制造，橡胶制造，通过硫化将橡胶通过硫化将橡胶与钢板连接为一体，再经焊与钢板连接为一体，再经焊在钢板上的螺钉将缓冲块固在钢板上的螺钉将缓冲块固定到车架（车身）或其它部定到车架（车身）或其它部位上，位上，起到限制悬架最大行起到限制悬架最大行程的作用程的作用 缓冲块用来减轻车轴对车架（或车身）的直接冲撞，缓冲块用来减轻车轴对车架（或车身）的直接冲撞，防止弹性元件产生过大的变形。防止弹性元件产生过大的变形。橡胶缓冲块橡胶缓冲块多孔聚氨脂制成多孔聚氨脂制成 ，它兼有辅助弹性元件的作用。，它兼有辅助弹性元件的作用。这种材料起泡时就形成了致密的耐磨外层，它保这种材料起泡时就形成了致密的耐磨外层，它保护内部的发泡部分不受损伤。由于在该材料中有护内部的发泡部分不受损伤。由于在该材料中有封闭的气泡，在载荷作用下弹性元件被压缩，但封闭的气泡，在载荷作用下弹性元件被压缩，但其外廓尺寸增加却不大，这点与橡胶不同。有些其外廓尺寸增加却不大，这点与橡胶不同。有些汽车的缓冲块装在减振器上。汽车的缓冲块装在减振器上。多孔聚氨脂缓冲块多孔聚氨脂缓冲块6-36-3 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定 一、前后悬架的静挠度、动挠度的选择一、前后悬架的静挠度、动挠度的选择1 1、基本概念、基本概念汽车汽车满载静止满载静止时悬架上的载荷时悬架上的载荷Fw与与此时悬架刚度此时悬架刚度c之比，即之比，即fc=Fw/c。1)静挠度静挠度指从满载静平衡位置开始悬架压缩指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形（通常指缓到结构允许的最大变形（通常指缓冲块压缩到其自由高度的冲块压缩到其自由高度的1/2或或2/3）时，车轮中心相对车架（或）时，车轮中心相对车架（或车身）的垂直位移车身）的垂直位移 2)动挠度动挠度fdTHANK YOUSUCCESS2024/5/8 周三47可编辑独立悬架独立悬架:f f悬悬f f弹弹悬架静挠度与弹性元件静挠度关系：悬架静挠度与弹性元件静挠度关系：非独立悬架非独立悬架:f:f悬悬=f=f弹弹汽车前、后悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有汽车前、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因现代汽车的质量分配系数近似等于近似等于1 1，于是汽车，于是汽车前、后轴上方车身两点的振动不存在联系前、后轴上方车身两点的振动不存在联系 式中，式中，c c1 1、c c2 2为前、后悬架的刚度（为前、后悬架的刚度（N/cmN/cm）；）；m m1 1、m m2 2为前、后悬架的簧上质量（为前、后悬架的簧上质量（kgkg）。）。汽车前、后部分的车身的固有频率汽车前、后部分的车身的固有频率n n1 1和和n n2 2（亦称偏频）可（亦称偏频）可用下式表示用下式表示2 2、选择要求及方法、选择要求及方法1)1)、使悬架系统有较低的固有频率、使悬架系统有较低的固有频率当采用弹性特性为线性变化的悬架时，前、后悬架的静当采用弹性特性为线性变化的悬架时，前、后悬架的静挠度可用下式表示挠度可用下式表示f fc1c1=m=m1 1g/cg/c1 1 f fc2c2=m=m2 2g/cg/c2 2 式中，式中，g g为重力加速度（为重力加速度（g=981cm/sg=981cm/s2 2）。）。f fc1c1=m=m1 1g/cg/c1 1 f fc2c2=m=m2 2g/cg/c2 2 将将f fc1c1、f fc2c2代入上式得到代入上式得到希望希望f fc1c1与与f fc2c2要接近，但不能相等（防止共振）要接近，但不能相等（防止共振）希望希望f fc1c1ffc2c2(从加速性考虑，若从加速性考虑，若f fc2c2大，车身的振动大）大，车身的振动大）2)2)、n n1 1与与n n2 2的匹配要合适的匹配要合适若汽车以较高车速驶过单个路障，若汽车以较高车速驶过单个路障，n n1 1/n/n2 21 1时的车身纵时的车身纵向角振动要比向角振动要比n n1 1/n/n2 21 1时小，故推荐取时小，故推荐取f fc2c2=（0.80.90.80.9）f fc1c1。考虑到货车前、后轴荷的差别和驾驶员的乘坐舒适性，考虑到货车前、后轴荷的差别和驾驶员的乘坐舒适性，取前悬架的静挠度值大于后悬架的静挠度值，推荐取前悬架的静挠度值大于后悬架的静挠度值，推荐f fc2c2=（0.60.80.60.8）f fc1c1。为了改善微型轿车后排乘客的乘坐舒适性，有时取后悬为了改善微型轿车后排乘客的乘坐舒适性，有时取后悬架的偏频低于前悬架的偏频。架的偏频低于前悬架的偏频。v要求：要求：v方法：方法：3)3)、f fc c要合适，根据不同的车在不同路面条件选取要合适，根据不同的车在不同路面条件选取以运送人为主的轿车对平顺性的要求最高，大客车次以运送人为主的轿车对平顺性的要求最高，大客车次之，载货车更次之。之，载货车更次之。对普通级以下轿车满载的情况，前悬架偏频要求对普通级以下轿车满载的情况，前悬架偏频要求1.001.45Hz1.001.45Hz，后悬架则要求在，后悬架则要求在1.171.58Hz1.171.58Hz。原则上轿车的级别越高，悬架的偏频越小。原则上轿车的级别越高，悬架的偏频越小。对高级轿车满载的情况，前悬架偏频要求在对高级轿车满载的情况，前悬架偏频要求在0.801.15Hz0.801.15Hz，后悬架则要求在，后悬架则要求在0.981.30Hz0.981.30Hz。货车满载时，前悬架偏频要求在货车满载时，前悬架偏频要求在1.502.10Hz1.502.10Hz，而后悬，而后悬架则要求在架则要求在1.702.17Hz1.702.17Hz。选定偏频以后，再利用上式即可计算出悬架的静挠度。选定偏频以后，再利用上式即可计算出悬架的静挠度。4 4）动挠度）动挠度f fd du动挠度取值：动挠度取值：t轿车轿车7 79cm 9cm t大客车大客车5 58cm 8cm t货车货车6 69cm9cm二、悬架的弹性特性二、悬架的弹性特性悬架受到垂直外力悬架受到垂直外力F F与由此所引起的与由此所引起的车轮中心相对于车轮中心相对于车身位移车身位移f f（即悬架的变形）（即悬架的变形）的关系曲线的关系曲线 。其切线的。其切线的斜率是斜率是悬架的刚度。悬架的刚度。悬架的弹性特性有悬架的弹性特性有线性弹性特性和非线性弹性特性线性弹性特性和非线性弹性特性两两种种.1 1、定义、定义2 2、分类、分类二、悬架的弹性特性二、悬架的弹性特性1)1)线性弹性特性线性弹性特性定义定义:当悬架变形当悬架变形f f与所受与所受垂直外力垂直外力F F之间呈固定比之间呈固定比例变化时，弹性特性为一例变化时，弹性特性为一直线，此时悬架刚度为常直线，此时悬架刚度为常数数 。2 2、分类、分类f fF F线性线性线性线性二、悬架的弹性特性二、悬架的弹性特性2)2)非线性弹性特性非线性弹性特性定义定义:当悬架变形当悬架变形f f与所受与所受垂直外力垂直外力F F之间不呈固定之间不呈固定比例变化时。比例变化时。2 2、分类、分类F Ff f非线性非线性非线性非线性纵置板簧非独立悬架的弹性特性可视为线性的，而带纵置板簧非独立悬架的弹性特性可视为线性的，而带有副簧的钢板弹簧、空气弹簧、油气弹簧等均为刚度有副簧的钢板弹簧、空气弹簧、油气弹簧等均为刚度可变的非线性弹性特性悬架。可变的非线性弹性特性悬架。n非线性弹性特性非线性弹性特性悬架具有变刚度特点！悬架具有变刚度特点！1 1缓冲块复原点缓冲块复原点 2 2复原行程缓冲块脱离支复原行程缓冲块脱离支架的点架的点3 3主弹簧弹性特性曲线主弹簧弹性特性曲线 4 4复原行程复原行程 5 5压缩行程压缩行程6 6缓冲块压缩期悬架弹性缓冲块压缩期悬架弹性特性曲线特性曲线 7 7缓冲块压缩时开始接触缓冲块压缩时开始接触弹性支架的点弹性支架的点8 8额定载荷点额定载荷点特点特点在满载位置（图中点在满载位置（图中点8 8）附近，）附近，刚度小且曲线变化平缓，因而平顺刚度小且曲线变化平缓，因而平顺性良好性良好 距满载较远的两端，曲线变陡，距满载较远的两端，曲线变陡，刚度增大刚度增大 作用作用在有限的动挠度在有限的动挠度f fd d范围内，得到比线性悬架更多的动范围内，得到比线性悬架更多的动容量容量 悬架的悬架的动容量动容量系指悬架从静载荷的位置起，变形到结系指悬架从静载荷的位置起，变形到结构允许的最大变形为止消耗的功构允许的最大变形为止消耗的功 （悬架的动容量越大，（悬架的动容量越大，对缓冲块击穿的可能性越小对缓冲块击穿的可能性越小 ）三、货车后悬架的主、三、货车后悬架的主、副簧的刚度匹配副簧的刚度匹配载荷小时副簧不工作，载荷达到一定值（载荷小时副簧不工作，载荷达到一定值（F Fk k）时副簧）时副簧与托架接触，开始与主簧共同工作。与托架接触，开始与主簧共同工作。匹配原则：匹配原则：车身从空载到满载时的车身从空载到满载时的振动频率变化要小，以保振动频率变化要小，以保证汽车有良好的平顺性证汽车有良好的平顺性 副簧参加工作前、后的副簧参加工作前、后的悬架振动频率变化不大悬架振动频率变化不大 使副簧开始起作用时的悬架挠度使副簧开始起作用时的悬架挠度f fa a等于汽车空载时悬等于汽车空载时悬架的挠度架的挠度f f0 0，而使副簧开始起作用前一瞬间的挠度，而使副簧开始起作用前一瞬间的挠度f fK K等等于满载时悬架的挠度于满载时悬架的挠度f fc c 。副簧、主簧的刚度比计算方。副簧、主簧的刚度比计算方法如下法如下 主、副簧的刚度匹配方法主、副簧的刚度匹配方法F F0 0，F Fw w分别为空载和分别为空载和满载时悬架载荷满载时悬架载荷使副簧开始起作用时的载荷等于空载与满载时悬架使副簧开始起作用时的载荷等于空载与满载时悬架载荷的平均值，即载荷的平均值，即F FK K=0.5=0.5（F F0 0+F FW W），），并使并使F F0 0和和F FK K间平间平均载荷对应的频率与均载荷对应的频率与F FK K和和F FW W间平均载荷对应的频率相间平均载荷对应的频率相等，此时副簧与主簧的刚度比为等，此时副簧与主簧的刚度比为 c ca a/c cm m=（2 2-2 2）/（+3+3）货车后悬架的主、副簧的刚度匹配方法货车后悬架的主、副簧的刚度匹配方法 四、悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配四、悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配 当汽车作稳态圆周行驶时，在侧向力作用下，车厢绕当汽车作稳态圆周行驶时，在侧向力作用下，车厢绕侧倾轴线转动，并将此转动角度称之为侧倾轴线转动，并将此转动角度称之为车厢侧倾角。车厢侧倾角。侧倾角刚度侧倾角刚度是指侧倾时，单位车厢转角下，悬架系统是指侧倾时，单位车厢转角下，悬架系统给车厢总弹性恢复力偶矩。给车厢总弹性恢复力偶矩。侧倾角刚度对簧上质量侧倾角有影响。侧倾角刚度对簧上质量侧倾角有影响。侧倾角刚度侧倾角刚度过过小，小，则侧倾角过大，缺乏舒适感、安全感；侧倾角刚则侧倾角过大，缺乏舒适感、安全感；侧倾角刚度度过大，过大，则侧倾角过小，汽车缺乏发生侧翻的感觉同则侧倾角过小，汽车缺乏发生侧翻的感觉同时轮胎侧倾角增大。时轮胎侧倾角增大。要求在侧向惯性力等于要求在侧向惯性力等于0.40.4倍车重时，乘用车车身侧倍车重时，乘用车车身侧倾角在倾角在2.52.544，前后悬架侧倾角刚度的比值一般，前后悬架侧倾角刚度的比值一般为为1.42.61.42.6；货车车身侧倾角不超过；货车车身侧倾角不超过6 677。6-46-4 弹性元件的计算弹性元件的计算 一、钢板弹簧的计算一、钢板弹簧的计算1 1、钢板弹簧主要参数的确定、钢板弹簧主要参数的确定 1 1）满载弧高）满载弧高f fa a 满载弧同满载弧同f fa a是指钢板弹簧装到车轴（桥）上，汽车满载时钢板弹是指钢板弹簧装到车轴（桥）上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳半径）连线间的最大高度差簧主片上表面与两端（不包括卷耳半径）连线间的最大高度差.f fa a用来保证汽车具有给定的高度用来保证汽车具有给定的高度 当当f fa a=0=0时，钢板弹簧在对称位置上工作时，钢板弹簧在对称位置上工作 ，为了在车架高度已限，为了在车架高度已限定时能得到足够的动挠度定时能得到足够的动挠度(P181)(P181)值，常值，常f fa a=1020mm=1020mm。2 2）钢板弹簧长度）钢板弹簧长度L L的确定的确定钢板弹簧长度钢板弹簧长度L L是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长些。在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长些。推荐推荐在在下列范围内选用钢板弹簧的长度：下列范围内选用钢板弹簧的长度：轿车：轿车：L L=（0.400.550.400.55）轴距；）轴距；货车货车:前悬架：前悬架：L L=（0.260.350.260.35）轴距；）轴距；后悬架：后悬架：L L=（0.350.450.350.45）轴距。）轴距。L L受总布置限制，不宜取长受总布置限制，不宜取长 应尽可能将钢板弹簧取长些的原因应尽可能将钢板弹簧取长些的原因增加钢板弹簧长度增加钢板弹簧长度L L能显著降低弹簧应力，提高使用寿能显著降低弹簧应力，提高使用寿命命 降低弹簧刚度，改善汽车平顺性降低弹簧刚度，改善汽车平顺性 在垂直刚度在垂直刚度c c给定的条件下，又能明显增加钢板弹簧的给定的条件下，又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度纵向角刚度刚板弹簧的纵向角刚度系指钢板弹簧产生单位纵向转角刚板弹簧的纵向角刚度系指钢板弹簧产生单位纵向转角时，作用到钢板弹簧上的纵向力矩值时，作用到钢板弹簧上的纵向力矩值 增大钢板弹簧纵向角刚度的同时，能减少车轮扭转力矩增大钢板弹簧纵向角刚度的同时，能减少车轮扭转力矩所引起的弹簧变形所引起的弹簧变形.3 3）钢板断面尺寸及片数的确定）钢板断面尺寸及片数的确定a.a.钢板断面宽度钢板断面宽度b b的确定的确定 有关钢板弹簧的刚度、强度等，可按等截面简支梁的计有关钢板弹簧的刚度、强度等，可按等截面简支梁的计算公式计算，但需引入挠度增大系数算公式计算，但需引入挠度增大系数加以修正。因此，加以修正。因此，可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯性矩性矩J J0 0。对于对称钢板弹簧。对于对称钢板弹簧J J0 0=（K K-k ks s）3 3cc/(48/(48E)E)式中，式中，s s为为U U形螺栓中心距（形螺栓中心距（mmmm）；）；k k为考虑为考虑U U形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数（如刚性夹紧，形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数（如刚性夹紧，取取k k=0.5=0.5，挠性夹紧，取，挠性夹紧，取k k=0=0）