后钢板弹簧悬架的结构设计

1 引言1.1 汽车工业的发展几千年来人们一直生活在马车时代。

马拖着车厢在乡村田埂上颠簸行驶，在城市的大街小巷中踢踏的慢跑。

人们的生活节奏缓慢，既沉重又舒展。

18世纪，瓦特打破了这种平静，蒸汽机的发明掀起了工业革命的浪潮。

随后，法国人尼克.卡歌楼特将蒸汽机装在马车上，第一辆“动力车”诞生了。

1885年德国人卡尔.奔驰将汽油机装在车上，就出现了“汽车”。

在19世纪末到20世纪初，蒸汽车、电动车、汽油车相互竞争，形成三足鼎立之势。

汽油机不干净而且危险，于是电动汽车的销量占据上风，但是在以后的20年间，电动汽车由于速度慢、行程短等缺点，渐渐的被淘汰。

而汽油机慢慢的变成了最可靠和最方便的发动机，这样汽车才成为主导的交通工具。

自1886年世界上第一辆汽车诞生以来，汽车已经历了120多年的发展来历程。

随着科学技术日益发展，汽车的各项性能也日臻完善。

现代汽车已经成为世界各国国民经济和社会生活中不可缺少的交通运输工具。

在汽车发展的短短一百多年的历史中，出现了三次革命。

第一次革命是19世纪末发生在欧洲的汽车手工制作革命。

随着蒸汽机、汽油机、柴油机等动力机械的出现，人们开始将这些机械装在马车上，就诞生了各种各样的汽车。

那时的汽车都是一件一件的用手工制作，在一个作坊里或一个小车间里，就可以生产一部汽车。

这种单一的生产模式使得汽车生产成本昂贵，所以汽车只是富豪们的享受品。

即便在汽车制造完全机械化的今天，欧洲人还保留着这种生产模式，并生产出像“劳斯莱斯”这样的超豪华车。

汽车的第二次工业革命是汽车的大规模生产。

1914年，亨利.福特发明了生产线，流水线大大地降低了汽车的安装时间和成本。

福特汽车公司生产出价廉物美的T型车，这是汽车走向大众的起点。

流水线的发明不仅是汽车历史上的一次革命，也给人类带来了工业历史上的一次革命。

汽车的第三次革命是20世纪70年代发生在日本的精益生产。

20世纪60年代，日本实现了经济腾飞，汽车行业也随之发展。

到70年代，日本一下子自成为世界上第二汽车生产大国。

80年代，其产量还一度超过美国。

汽车是国民经济的支柱产业。

汽车带动着很多行业的发展，如加油站、公路等。

汽车发展到今天，已经不再是简单的交通运输工具，而且成为一种时尚。

公路上奔驰着各种各样的汽车，车展上厂家不断推出独具风情的款式。

现在汽车发展的格局变换非常快。

全球汽车公司不断更新汽车款式、提高汽车性能，不断将生产和采购向发展中国家转移，以降低成本，追求利润。

汽车界正在萌发一场新的革命，这次革命的核心还比较模糊。

无疑的谁走在这场浪潮的前沿，谁就将傲立于世界汽车之林[1]。

1.2 汽车的构造汽车通常由发动机、底盘、车身和电气设备4部分组成。

发动机的作用是使输进气缸的燃料燃烧而发出动力。

现代汽车广泛应用往复式活塞式内燃机，它一般由机体、曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、冷却系统、润滑系统、点火系统、启动系统等部分组成。

底盘接受发动机的动力，使汽车产生运动，并保证汽车按照驾驶员的操作正常行驶。

底盘由下列部分组成：传动系统：将发动机的动力传给车轮。

传动系统包括离合器、变速器、传动轴、主减速器及差速器、传动轴等部分。

行驶系统：使汽车各总成及部件安装在合适的位置，对全车起支撑作用和对路面起附着作用，缓和道路冲击和振动。

它包括支撑全车的承载式车身及副车架、前悬架、前轮、后悬架、后轮等部分。

转向系统：使汽车按驾驶员选定的方向行驶。

它由带转向盘的转向器及转向传动装置组成，有的汽车还有转向助力装置。

制动系统：是汽车减速或停车，并可保证驾驶员离去后汽车可靠的停驻。

它包括前轮制动器、后轮制动器以及控制装置和供能装置。

车身是驾驶员的工作场所，也是装载乘客和货物的地方。

它包括车前板制件、车身本体、还包括货车的驾驶室和货箱以及某些汽车上的专用作业设备。

电气设备包括电源组、发动机启动系统和点火系统、汽车照明和信号装置、仪表、导航系统、电视、音响等电子设备、微机处理、中央计算机及各种人工智能的操作装置等[2]。

1.3 汽车悬架系统的作用、组成与分类1.3.1 汽车悬架系统的作用悬架是车身与车轮之间的一切传力连接装置的总称。

悬架的主要职能有三个：1）连接车体和车轮，并用适度的刚性支撑车轮；2）吸收来自路面的冲击，提高乘坐舒适性；3）有助于行驶中车体的稳定，提高操纵性能。

悬架系统的这些作用是紧密相连的，但又是相互矛盾的，比如提高舒适性，那么车辆稳定性就会降低。

所以悬架系统的设计就是要争取达到最佳的平衡状态[3]。

由实践得知，悬架对汽车的行驶平顺性、稳定性、通过性、燃油经济性等多种使用性能都有影响，因此在选择悬架参数及布置导向机构时，应注意满足这些性能的要求。

在悬架设计中应满足这些性能的要求，其要点如下：1）保证汽车有良好的行驶平顺性。

为此，汽车应有较低的振动频率。

2）有合适的减振性能。

它应与悬架的弹性特性很好的匹配，保证车身和车轮在共振区的振幅小，振动衰减快。

3）保证汽车有良好的操纵稳定性。

导向机构在车轮跳动时，应不使主销定位参数变化过大，车轮运动与导向机构运动应协调，不出现摆振现象。

转向时整车应有一些不足转向特性。

4）汽车制动和加速时能保持车身稳定，减少车身纵倾的可能性。

能可靠的传递车身与车轮间的一切力和力矩，零部件质量轻并有足够的强度和寿命[4]。

1.3.2 汽车悬架系统的组成汽车悬架尽管有各中不同的结构形式，但一般都是由弹性元件、减振器和导向机构三部分组成。

弹性元件用来承受并传递垂直载荷，缓和由于路面不平引起的对车身的冲击。

其种类包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧。

由于汽车行驶的路面不可能绝对平坦，路面作用于车轮上的垂直反力往往是冲击性的，特别是在坏路面上高速行驶时这种冲击力将达到很大的数值。

冲击力传到车身时，可能引起汽车机件的早期损坏；传给乘员和货物时，将使乘员感到极不舒适，货物也可能受到损伤。

为了缓和冲击，在汽车行驶系中，除了采用弹性的充气轮胎之外，还应采用弹性元件来缓和振动。

持续的振动易使乘员感到不舒适和疲劳。

故悬架系统还应具有减振作用，以使振动衰减，振幅减小，为此，在许多形式的悬架系统中都设有专门的减振器。

即减振器用来衰减由于弹性系统引起的振动，减振器的类型有筒式减振器，阻力可调式新式减振器，充气式减振器。

导向机构用来传递车轮与车身间的力和力矩，同时保持车轮按一定运动轨迹相对车身跳动，通常导向机构由控制摆臂式杆件组成。

种类有单杆式或多连杆式的。

钢板弹簧作为弹性元件时，可不另设导向机构，它本身兼起导向作用。

有些轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统中加设横向稳定杆，目的是提高横向刚度，使汽车具有不足转向特性，改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性[5]。

悬架系统只要求具备上述各个功能，在结构上并非一定要设置这些单独的装置。

例如CA1092所采用的钢板弹簧，除了作为弹性元件起缓冲作用外，它在汽车上纵向安置，并且一端与车架做固定铰链连接时，就可担负起决定车轮运动轨迹的任务，因而就没有必要再设置其它导向机构。

此外，一般钢板弹簧是多片叠成的，它本身即具有一定的减振能力，因而对减振要求不高时，在采用钢板弹簧作为弹性元件的悬架系统中，就可以不装减振器（一般中型货车的后悬架和重型货车悬架中都不装减振器）[6]。

1.3.3 汽车悬架系统的分类现代汽车悬架的发展十分快，崭新的悬架装置不断出现。

其分类方法有很多种。

根据汽车导向机构的不同悬架可分为独立悬架和非独立悬架。

非独立悬架：其特点是两侧车轮安装于一个整体式车桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮，当车轮上下跳动时定位参数变化小。

若采用钢板弹簧作弹性元件，它可兼起导向作用，使结构大为简化，降低成本。

目前广泛应用于货车和大客车上，有些轿车后悬架也有采用的。

非独立悬架由于非簧载质量比较大，高速行驶时悬架受到冲击载荷比较大，平顺性较差。

其常见的形式有：1)纵置板簧式非独立悬架；2)螺旋弹簧非独立悬架；3)空气弹簧非独立悬架；4)汽油弹簧非独立悬架等。

独立悬架：随着高速公路网的发展，促使汽车速度不断提高，使得非独立悬架已不能满足汽车行驶平顺性和操纵稳定性等方面提出的要求。

因此，在汽车悬架系统中采用独立悬架已备受关注，尤其是在轿车的前悬架中一无例外地采用了独立悬架[7]。

独立悬架的结构特点是两侧车轮分别独立地与车架（或车身）弹性地连接，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮，独立悬架所采用的车桥是断开式的。

这样使得发动机可放低安装，有利于降低汽车重心，并使结构紧凑。

独立悬架允许前轮有大的跳动空间，有利于转向，便于选择软的弹簧元件使平顺性得到改善。

同时独立悬架非簧载质量小，可提高汽车车轮的附着性。

独立悬架中多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧作为弹性元件，钢板弹簧和其他形式的弹簧用得较少。

独立悬架的结构类型很多，主要可按车轮运动形式分为以下四类：1)车轮在汽车横向平面内摆动的悬架（横臂式独立悬架）；2)车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架（纵臂式独立悬架）；3)车轮沿主销移动的悬架，其中包括：烛式悬架和麦弗逊式悬架；4)车轮在汽车的斜向平面内摆动摆动的悬架（单臂式独立悬架）。

上面讲述的是传统的悬架系统，其刚度和阻尼是按经验或优化设计的方法确定的，根据这些参数设计的方法悬架结构，在汽车行驶过程中，其性能是不变的，也是无法进行调节的，也就是说，传统的悬架系统只能保证在一定的道路状态和行驶速度下达到性能最佳。

从而使汽车行驶平顺性、安全性受到一定的影响。

故称传统的悬架系统为被动悬架。

随着高速公路网的发展和路面条件的改善，人们希望汽车不仅有很高的行驶速度，而且还要有很好的行驶平顺性、安全性和乘坐舒适性。

因而在20世纪60年代，国外提出了悬架系统可根据汽车[8]。

1.4 该项研究的目的与意义本次毕业设计的题目为：汽车后悬架系统设计。

悬架是现代汽车上的重要总成之一,它把车架(或承载式车身)与车轴(或与车轮)弹性的连接起来.其主要任务是传递作用在车轮与车架(或承载式车身)之间的一切力和力矩,并且缓和不平路面传给车架(或承载式车身)的冲击载荷,衰减由冲击载荷引起的承载系统的震动,以保证汽车的正常行驶。

悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。

由此可见悬架系统在现代汽车上是重要的总成之一。

汽车悬架往往被列为重要部件编入轿车的技术规格表，作为衡量汽车质量的指标之一。

随着汽车技术的发展,人们对悬架的性能提出了更高的要求,因此悬架的发展成为一种必然受到人们的重视,本课题即在对悬架知识的了解掌握的基础上,对汽车后悬架进行设计。

1.5 国内外研究现状、发展动态随着汽车行业的发展，人们对汽车的综合性能提出了更高的要求，特别是操纵性、舒适性、通过性、安全性等，故而对其悬架系统的性能也提出更高的要求:（1）保证汽车有良好的行驶平顺性。