汽车设计第六章

悬架的弹性f特性有：线性弹性特性、非线性弹性特性两种。
3．特点
1）线性弹性特性特点
（1）定义： 悬架变形f与所受垂直外力F之间呈固定比例变化时，弹性特性为一直线， 称之为线性弹性特性。 （2）特点 ① 悬架的刚度 ②∵
C
c m
n
F fc
=
常数
m—簧上质量
∴使用中由于 m的变化（空、半、超载等），引起 n变化。当空、半载时， n↑平顺性变坏。
1 2
超载时m ↑ n↓平顺性↑。
③ 悬架动容量定义
悬架从满载静平衡的位置起，变形到结构允许的最 大变形为止，消耗的功。
动容量大，悬架碰撞缓冲块的可能性愈小。
具有线性特性的悬架，在n比较低的条件下与非线性 特性悬架比较，当动容量相同时，其动挠度增加很多→ 碰撞车架→舒适性↓。
上述情况下为了不碰撞车架，可抬高车架→hg↑汽 车稳定性↓。
三、前、后悬架方案的选择
1．前后悬架的匹配方案
悬架 方案
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
前悬架
后悬架
备 注
纵置钢板弹簧
非独立悬架 独立 悬架 非独立 悬架 独立悬架
2．三种匹配方案分析
1）前、后轮均采用纵置板簧非独立悬架
纵置钢板弹簧优点： 1) 悬架结构简单 2) 维修保养方便 3) 在车上布置容易 4) 制造容易 5) 可传递各种力和力矩 纵置钢板弹簧缺点： 1) 质量大 2) 簧下质量大 3) 悬架弹性特性是线形的 4) 寿命短 5) 长度短，刚度大，平顺性 差
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第三节 悬架主要参数的确定
一、悬架静挠度fc
1.fc定义：
fc是指汽车满载静止时，悬架上的载荷FW与悬架刚度C之 比。即fc=FW/C 2．影响选取fc的因素
fc 因素 汽车平顺性 少碰缓冲块 紧急制动汽车 前俯角小 转弯行驶减小 侧倾角 纵置钢板弹簧 长度短 要求 fc 取 大 小 小 fc 取小，C↑ 小 小 备 注
单横臂式
单 纵 臂 单 斜 臂 麦弗逊式 式 式
扭转梁随动 臂式
悬架侧倾角刚度 较小，要横稳器
④
横向刚度⑤ 占用空间尺寸⑥ 结构 成本 轴距
大 多 稍复杂 稍高 不变
变 化 不 变化很小 大 较小， 要 居中 较大 横稳器 小 较小 大 几乎不占高度空间 小 尺寸 简单 简单 简单紧凑 低 低 低 变 变 化 很 不变 小
第六章 悬架设计
• 第一节 概述 • 第二节 悬架结构形式分析 • 第三节 悬架主要参数的确定 • 第四节 弹性元件的设计
• 第五节 独立悬架导向机构的设计
• 第六节 减振器 • 第七节 悬架的结构元件
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第一节
一、功用

概述
把车架或车身与车轴或车轮弹性地连接起来，传递作用在车轮 与车架（或车身）的一切力和力矩。 缓和由不平路面传给车架或车身的冲击载荷，衰减由此而引起 的承载系统的振动，保证汽车平顺地行驶。
还要保证有足够的强度和寿命
三．组成
弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器。
悬架
弹 性 元 件 导 向 装 置
减 振 装 置
横 向 稳 定 器 交 联 式 悬 架
缓 冲 块
钢 板 弹 簧
螺 旋 弹 簧
扭 杆 弹 簧
空 气 弹 簧
油 气 弹 簧
橡 胶 弹 簧
非 独 立 悬 架
独 立 悬 架
平 衡 式 悬 架
4．影响选取弹性特性的因素
根据上述归纳如下：
弹性特性 影响因素 使用 在好路上行驶 条件 在坏路上行驶 减少转 弯行驶时车身侧 倾 角 减少汽车前俯、后仰角 装载质量变化大的货（客） 车为减少 n 变化和车身高 度变化 C 小，fc 大，n 低汽车 解决此对矛盾 平顺性好 应该用非线性 C 大，fc 小，少碰缓冲块 非线性 非线性 非线性 要求弹性特性做到 备注
fd 影响因素 坏路行驶舒适性 车型不同 车架高度限制 要求 fd 取 大 车型不同， 使用条件、 车速、 不同 小 路面以及悬架刚度不一样 备注
3．选取fd的原则 悬架刚度小、使用条件又不好的汽车，fd应取大，防止汽车行 驶时经常撞击限位块，影响乘坐舒适性。
4．推荐fd的选取范围
fd 车型 轿车 大客车 货车

使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 高速行驶时的稳定性。
二、悬架的设计要求
1．保证汽车有良好的行驶平顺性
2．具有良好的衰减振动能力
3．保证汽车有良好的操纵稳定性 4．汽车制动或加速时要保证车身稳定，减少车身点头、后仰，转弯 时车身侧倾角要合适 5．有良好的隔声能力 6．结构紧凑、占用空间尺寸要小 7．可靠地传递各种力、力矩，在满足零部件质量要小的同时，
衬套形式 特点
隔振性能 隔声性能 衬套特性 对转向特性影响 安装衬套位置要求
传统橡胶衬 各 向 异 性 橡 胶 套 衬套
良好 良好 各向同性 过多转向而 且较大 没有 良好 良好 各向异性 可防止产生过 ① 多转向 有（方向不能 错）
① 因橡胶衬套的横截面方向上，按对角 线方向开有楔形孔。结果在不同方向衬套 的刚度不一样。即： a ．在汽车纵轴线方向衬套的刚度小，缓 冲性能和隔振性能均提高。 b．衬套的纵向刚度增大 c．衬套的总扭转刚度增大 b、c两项增大的原因是： 转向行驶时，车轮与地面之间作用 有侧向力FY1、 FY2 →简化作用到衬套上 的力F1、F2和力矩M1、M2→在F1和F2作 用下衬套内、外侧相对移动，同时处于橡 胶衬套内径处的金属隔套突肩压紧橡胶衬 套，使之纵向刚度↑，扭转刚度↑。→减轻 轴转向效应，操纵稳定性好。
fd
㎝
7～9 5～8 6～9
三、悬架的弹性特性
1．定义 悬架受到的垂直外力F与由此所引起的车轮中心相对于车架或车身 位移f（悬架变形）之间的关系曲线。 悬架刚度：弹性特性曲线上某 点的切线与水平坐标轴夹角的 正切为该点刚度。
如图中8点刚度 c tan ∴8点静挠度是fc
FW fc
2．种类
n1 1 2 c1 m1
n2
1 2
c2 m2
式中：c1、c2~为前后悬架的刚度（N/cm);
m1、m2~为前后悬架的簧上质量（kg) 。 当悬架的弹性特性为线性时有：
f c1 m1 g / c1
f c 2 m2 g / c 2
分别代入上式有：
n1 5 f c1 n2 5 f c2
2）非线性弹性特性 （1）定义 悬架变形f与所受垂直外力F之间，不呈固定比例变化时，弹性 特性为曲线，称之非线性弹性特性。 （2）特点
① 悬架的刚度C是变化的
要求其变化规律如下： 满载位置附近（点8）C要小，特性曲线平缓、平顺性↑。 空载位置附近（点2到点1）C要大，特性曲线变陡，碰撞 车架的机会↓。 动载荷（或超载）位置附近（点 7 以上） C要大，曲线变陡，击 穿缓冲块的机会↓。 ② ∵图中两端（2～1和7以上）C大，∴在动容量不变的条件下fd↓。
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2、不同形式独立悬架方案分析
导 向 机 构 形 双横臂式 式 特性
侧倾中心高度①、 比较低 车轮相对车身跳 车轮外倾角，主 动时，车轮定位 销内倾角都变化 参数的变化② 轮距③ 变化小 比较高 车轮外倾 角，主销 内倾角变 化大 变化大 较大 大 少 简单 低 不变 比较低 居中 主 销 后 有变化 倾角变 化大 不变 比较高 变化小 比较低 两轮同时跳 动不变
n 车型 轿 普通级以下 车 高级 货车 1.00～1.45 0.80～1.15 1.50～2.10 1.17～1.58 0.98～1.30 1.70～2.17
n1
HZ
n2
HZ
备注
二、悬架的动挠度fd
1、fd定义： 从满载静平衡位置开始，压缩悬架到结构允许的最大变形（通常 指缓冲块压到其自由高度的1/2或2/3）时，车轮中心相对车架（车身） 的垂直位移。 2、影响选取fd的因素
2）前轮采用独立悬架、后轮采用非独立悬架
（1）目前轿车前轮多采用麦弗逊式悬架，当车轮上、下跳动时车轮 定位参数变化小，因而可以保证前轮不易发生摆振现象，使汽车有 良好的操纵稳定性。 除此之外，两前轮装上麦弗逊式悬架以后，当主销轴线的延长线 与地面的交点位于轮胎胎冠印迹中心外侧时，具有负主销偏移距rs， 有利于制动稳定性 如图，汽车制动时，一半 管路破损，无制动，而另一半 管路完好，有制动作用，结果 前轮制动力不对称，车轮朝力 大的方向绕主销转动。如果用 负的转臂（主销偏移距），前 轮制动力使转向轮向右转，后 轮制动力使汽车绕质心转，结 果汽车摆正了。↑汽车制动稳定 性
上述优、缺点是指一副钢板弹簧而言，如果前、后轴（桥） 的四个车轮都装有纵置钢板弹簧，对整车来说又有下述两项缺 点： （1）汽车转弯行驶时有轴转向效应问题，见图6-3 对前轴，轴转向效应使汽车不足转向趋势增加。 对后桥，轴转向效应增加了汽车过多转向趋势。 为克服后者带来的缺点，对于轿车要求将后悬架的前吊 耳位置布置低些。 （2）前悬架采用纵置钢板弹簧，前轮容易摆振，汽车操纵稳 定性变坏。 应用：中、重型货车
备注
非独立悬架指纵置钢板 弹簧而言
钢板弹簧长度短，刚度 大，独立悬架弹性元件 只受垂直力，刚度小 钢板弹簧在不平路段或 转弯行驶都有轴转向， 并使汽车有过多转向
二．独立悬架结构形式分析
1、独立悬架分类
横臂式
纵臂式
单 斜 麦 弗 扭 转
双 横 单 横 单 纵 双 纵 臂式 逊式 梁 随 动 臂 臂式 臂式 臂式 臂式 式
四、辅助元件结构分析
1．横向稳定器
c m
s ∵车身振动固有频率 n 2 ，∴减小悬架垂直刚度C， 可使n↓，结果平顺性得到改善 。
又∵悬架侧倾角刚度Cυ∝C，∴减小C又使Cυ减小，结果车 身侧倾角↑，舒适性↓ 设置横向稳定器可以在不增大C的条件下，增大Cυ，能很 好解决平顺性与舒适性的矛盾。通常使C1 〉C2。 2．缓冲块 1) 仅用来限制悬架最大行程的缓冲块 用半个椭圆形橡胶硫化到钢板上制 成。如 右图所示 2) 兼有辅助弹性元件作用的缓冲块， 用多孔聚氨脂制作。它的特点是： 强度高、耐磨。
主 动 式 悬 架
第二节
悬架结构形式分析
一．非独立悬架和独立悬架
1、悬架分类
分类 简图 结构特点
非独立悬架
独立悬架
左 右 车 轮 用 左右车轮有各 一 根 整 体 轴 自的轴再经悬 连接， 再经悬 架与车架 （身） 架 与 车 架 连接 （身）连接
2、非独立悬架和独立悬架特性对比
形式 特点
结构 制造 工作 维修 汽车平顺性 簧下质量 于不平路段， 车身倾 斜 轴转向特性 占用空间 成本 应用 非独立悬架 简单 容易 可靠 方便 较差 大 大 有 大 低 货 客 前后悬架 轿车 后悬架 独立悬架 复杂 稍难 可靠 困难 好 小 小 没有 小 高 轿车 轻货 客 越野车
（2） 前悬架采用双横臂式独立悬架、后悬架采用纵置钢板弹簧非 独立悬架时，可通过将双横臂中的上横臂支承轴销的轴线布置成 前高后低状，使悬架的纵向运动瞬心位于能减少制动前俯角处， 使制动时车身纵倾减少，达到保持车身有良好的稳定性能 。 3）前、后轮采用独立悬架
轿车前轮用麦弗逊式悬架，后轮用扭转梁随动臂式后悬架用 的非常广泛。对于扭转量随动臂式后悬架，支撑处采用橡胶衬套：
n 5
fc
fc 大，n↓ fc 小，C↑变形小
C
FW
fc
前俯角小 车厢侧倾角小
3、偏频的概念
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。现代汽车的质量分配系 数≈1，这样可将汽车前后悬架簧上质量的振动视为相互独立。 此时，汽车前后部分车身的振动对轿车应保证有良好的平顺性，即n低， fc大；大客车次之， 载货车居最后。 2）级别越高的轿车n应越小，fc应增大。 3）fc2<fc1
∵分析证明了n1/n2<1时，车身纵向角振动要比n1/n2>1时小。 ∴设计时应使n1<n2，即fc2<fc1 5、 fc值取值范围 ∵设计时，先从为了保 证 汽车 有良好的平顺性，确定n， 5 然 后由 f c n 式可算得fc，∴下面给出n的选定范围：
不变 较大 大 小 简单 低 变
① 侧倾中心位置高：它到车身质心距离短，侧倾力臂及力矩 小，车身侧倾角小；车身侧倾时轮距变化大，轮胎磨损↑。 ② 主销后倾角变化大，转向轮易摆振。 ③ 外倾角变化大，影响直线行驶稳定性和轮距变化，轮胎磨 损速度↑。 ④ 轮距变化影响轮胎磨损速度。 ⑤ 悬架侧倾角刚度影响车身侧倾角大小。 ⑥ 悬架横向刚度小，转向轮容易摆振。 ⑦ 悬架占用空间大小影响发动机布置、拆装的方便性。