悬架设计指南

设计指南（弹簧、稳定杆）

不管悬架的类型如何演变，从结构功能而言，它都是有弹性元件、减振装置和导向机构三部分组成。

一 弹性元件

弹性元件主要作用是传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂直载荷，并依靠其变形来吸收能量，达到缓冲的目的。在现用的弹性元件中主要有三种；（1）钢板弹簧，（2）扭杆弹簧，（3）螺旋弹簧。

钢板弹簧设计

板弹簧具有结构简单，制造、维修方便；除作为弹性元件外，还兼起导向和传递侧向、纵向力和力矩的作用；在车架或车身上两点支承，受力合理；可实现变刚度，应用广泛。

(一) 钢板弹簧布置方案

1.1钢板弹簧在整车上布置

(1) 横置；这种布置方式必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂，质量加大，只在少数轻、微车上应用。

(2) 纵置；这种布置方式的钢板弹簧能传递各种力和力矩，结构简单，在汽车上得到广泛应用。

1.2 纵置钢板弹簧布置

(1) 对称式；钢板弹簧中部在车轴（车桥）上的固定中心至钢板弹簧两端卷耳中

心之间的距离相等，多数汽车上采用对称式钢板弹簧。

(2) 非对称式；由于整车布置原因，或者钢板弹簧在汽车上的安装位置不动，又

要改变轴距或通过变化轴荷分配的目的时，采用非对称式钢板弹簧。

(二)钢板弹簧主要参数确定

初始条件：1G ~满载静止时汽车前轴（桥）负荷

2G ~满载静止时汽车后轴（桥）负荷

1U G ~前簧下部分荷重

2U G ~后簧下部分荷重

1W F =(G 1-G 1U )/2 ~前单个钢板弹簧载荷

2W F =(G 2-G 2U )/2 ~后单个钢板弹簧载荷

c f ～悬架的静挠度；

d f －悬架的动挠度

1L ～汽车轴距；

1、 满载弧高a f

满载弧高指钢板弹簧装在车轴（车桥）上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差。a f 用来保证汽车具有给定的高度。当a f =0时，钢板弹簧在对称位置上工作。为在车架高度已确定时得到足够的动挠度，常取a f = 10～20mm 。

2、 钢板弹簧长度L 的确定

L —指弹簧伸直后两卷耳中心间的距离

（1）钢板弹簧长度对整车影响

当L 增加时：能显著降低弹簧应力，提高使用寿命；

降低弹簧刚度，改善汽车平顺性；

在垂直刚度C 给定的条件下，明显增加钢板弹簧纵向角刚度；

减少车轮扭转力矩所引起的弹簧变形；

原则上在总布置可能的条件下，尽可能将钢板弹簧取长些。

（2）钢板弹簧长度确定

钢板弹簧一般跟据经验确定；

轿车： L =(0.40～0.55)轴距

货车前悬架： L =(0.26～0.35)轴距

后悬架： L =(0.35～0.45)轴距

3、断面尺寸及片数确定

（1）宽度b 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算公式计算，但需引入挠度增大系数δ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的总惯性矩J 0。对称式钢板弹簧

0J ＝[（L-ks ）3c δ]/48E (1)

s -U 形螺栓中心距；

k -U 形螺栓加紧后无效长度系数（刚性加紧，k=0.5，挠性加紧,k=0）; c -钢板弹簧垂直刚度（N/mm ）,c=F W /f c ;

δ-挠度增大系数（先确定与主片等长的重叠片数1n ,再估计一个总片数0n ,求得η＝n 1/n 0,然后用δ＝1.5/[1.04（1＋0.5η）]初定δ；

E －材料的弹性模量；

钢板弹簧总截面系数W 0用下式计算

W 0≥[F W (L-ks )]/4[w σ] (2)

对于55SiMnVB 或60SiMn 等材料，表面经喷丸处理后，推荐[σ

w ]在下列范

围内选取： 前弹簧和平衡悬架弹簧为350～450N/mm 2；

后主簧为450～550 N/mm 2；

后副簧为220～250 N/mm 2；

将式（2）代如下式计算钢板弹簧平均厚度h p p h =2J 0/W 0=c

W Ef ks L 6][)(2σδ- (3) 根据p h 确定钢板弹簧片宽b ，推荐b/h p 在6～10范围内选取。

（2）钢板弹簧片厚h 确定

矩形断面等厚钢板弹簧的总惯性矩：

0J =3nbh /12 (4)

n -钢板弹簧片数；

由上式可知钢板弹簧的片厚、片宽和片数对0J 均有影响，并影响钢板弹簧的垂直刚度c ,影响汽车的平顺性变化。其中片厚h 对之影响最大，增大片厚可以减小片数。在设计中一般要求一副簧的厚度不宜超过三组。为使各片寿命接近又要求与最薄片厚度之比应小于1.5。

最后，钢板弹簧断面尺寸b 和h 应符合国产型材规格尺寸。

（3）钢板断面形状

钢板弹簧断面形状如下图所示：一般采用非矩形断面，这些断面的中性面上移，下表面的拉应力减小，上表面的压应力增大，总而改善应力在断面上的分布状况，提高了钢板弹簧的疲劳强度和节约近10％的材料。

（4）钢板弹簧片数n

片数n少有利于制造和装配，降低片间的干摩察，改善汽车行驶平顺性。但片数少了将使钢板弹簧与等强度梁差别增大，材料利用率变坏。多数钢板弹簧一般片数在6～14片之间选取。用变截面少片簧时，片数在1～4之间选取。

（三）钢板弹簧个片长度的确定

假设各片厚度不同，则具体步骤如下：

先将各片厚度h

i 的立方值h

i

3按同一比例尺沿纵坐标绘制在图上（如上图）

再沿横坐标量出主片长度的一半L/2和U形螺栓中心距的一半s/2，得A、B即得到三角形的钢板弹簧展开图。AB线与各叶片上侧边的交点即为各片长度。如