悬架设计

后悬L= (0.26~0.35) L轴距
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汽车设计
3钢板断面尺寸及片数的确定
1).钢板断面宽度b的确
引入挠度增大系数δ加以修正。
J0=[（L-ks）3cδ]/48E
6-5
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汽车设计
η=n1/n0，
δ=1.5/[1.04（1+0.5η）]初定δ）
钢板弹簧总截面系数W0用下式计算
方 便
较 长 高
方 便
长 高
困难 长 密封 好 可调
困难 长 密封 好
困难 易老 化
对制造要 不高 不高 求 车身高度 布置 容易 容易
容 易
容 易
困难
困难
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汽车设计
第三节 悬架主要性能参数确定
一、前后悬架的静挠度、动挠度的选择
1、概念
1)静挠度
汽车满载静止时悬架上的载荷Fw与 此时悬架刚度c之比，即fc=Fw/c。
对前桥，则增加了汽车过多转向趋势
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汽车设计
四.辅助元件
1.横向稳定器 2.缓冲块
3.弹性元件
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汽车设计
3、 弹 性 元 件
比较内 容 多片
板簧
少 片
最 小 小 小 于 多 片 线 性 简
螺旋 弹簧
扭杆 空气 弹簧 弹簧
油气 弹簧
橡胶 弹簧
单质量 最小 储能量 质量 非簧载 质量 大
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汽车设计
三、货车后悬的主、副簧的刚度匹配
基本原则：
车身从空载到满载时 的振动频率变化要小， 以保证汽车有良好的平 顺性 副簧参加工作前、后 的悬架振动频率变化不 大
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汽车设计
2、确定方法：
(1)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FK=0.5（F0+Fc），并使 F0和FK间平均载荷对应的频率与 FK和Fc间平均载荷对应的频率相 等，
2)动挠度
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（通常指缓冲块 压缩到其自由高度的1/2或2/3）时， 车轮中心相对车架（或车身）的垂直 位移
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汽车设计
2、选择要求及方法
1)、固有频率
汽车前、后部分的车身的固有 频率n1和n2（亦称偏频）可用 下式表示
n1 c1 / m1 / 2
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汽车设计
Fk=1/2(F0+Fc)，让1/2(F0+Fk)与1/2(Fk+Fc)对 应悬架频率相等（f1=f2） 所以
F0 Fk Fk Fc 2cm 2(ca cm )
ca Fc F0 2( Fc F0 ) cm F0 Fk 3F0 Fc
ca 2( 1) Fc 使 则 cm 3 F0
二 分 类
轮距 轴距 轮胎磨损 主销倾角 变化
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汽车设计
3、独立悬架的结构型式分析：
比较内容 等双 横臂 式 不等双 横臂式 单横臂 式 单纵 臂式 双纵 臂式 斜置 单臂 麦弗 逊式
二
结构
复杂
复杂
简单
简单
复杂
分 类
布置发动机 车身受力点
横向刚度
困难 集中
大
困难 集中
大
较容易
容易
容易 集中
乘用车：前、后悬架侧倾角刚度比值： 1.4~2.6
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汽车设计
第四节 弹性元件的计算
一、板簧设计
（一）板簧的布置方案
1.对称布置 2.非对称布置
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汽车设计
（二）、钢板弹簧主要参数的确定
钢板弹簧主要参数有：满载弧高fa ， 钢板弹簧长度L，钢板断面尺寸及片 数。
已知条件：汽车满载静止时前、后轴 （桥）负荷，簧下部分荷重，悬架的 静挠度 与动挠度，汽车的轴距等
汽车设计
2)、n1与n2的匹配要合适
要求： 希望fc1与fc2要接近，单不能相等（防止共振） 希望fc1>fc2 (从加速性考虑，若fc2大，车身的振动大） 方法： 若汽车以较高车速驶过单个路障，n1/n2＜1时的车身 纵向角振动要比n1/n2＞1时小，故推荐轿车取fc2= （0.8~0.9）fc1。 考虑到货车前、后轴荷的差别和驾驶员的乘坐舒适性， 推荐fc2=（0.6~0.8）fc1。 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。
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汽车设计
（2）从n0，nc，nb，na相差不 大出发
使副簧开始起作用时的悬架挠度fa等于汽车空 载时悬架的挠度f0，而使副簧开始起作用前一瞬 间的挠度fK等于满载时悬架的挠度fc 。
F0 f0 na n0 f a f 0 cm Fk nk nc f k f c fk cm
4.制动、加速行驶时无“点头”和
“后仰”现象
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汽车设计
第一节 概述 二、要求：
5.强度高、寿命长、成本低，能可靠传
递力和力矩
6.良好隔声
7.结构紧凑，占用空间小
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汽车设计
第二节 悬架结构型式分析
非独立悬架
独立悬架
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汽车设计
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汽车设计
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汽车设计
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汽车设计
较易
容易 分散
较大
小
小
较大
较大
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汽车设计
三.前后悬架方案的选择
1.前后悬都采用非独立悬架 2.前悬独立、后悬非独立悬架
3.前后悬都独立悬架
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汽车设计
对前轴，这种偏转使汽车不足转向趋势增加
对后桥，则增加了汽车过多转向趋势
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汽车设计
对后轴，这种偏转使汽车不足转向趋势增加
前悬架易发生摆振；
易产生轴转向特性； 用途：主要用于货车、大客车的前后悬
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汽车设计
第二节 悬架结构型式分析
2、独立悬架：

二
分 类

非簧载质量小；摆头易控制；采用小 刚度弹簧平顺性好； 提高稳定性；占用空间小；减少侧倾 和振动；左右车轮互不影响；结构复 杂、成本高，维修困难

用途：主要用于轿车、部分轻微型货 车、客车及越野车
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汽车设计 3)、根据不同用途的车确定偏频(依据ISO2631《人体承受全身
振动的评价指南》）
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。 对普通级以下轿车满载的情况， 前悬架偏频要求1.00~1.45Hz， 后悬架则要求在1.17~1.58Hz。
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汽车设计
Fk fa cm c a Fc fc c m ca
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汽车设计
Fk Fc F0
ca / cm 1
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汽车设计
四、悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配
1.侧倾角刚度
侧向惯性力为0.4G时：
乘用车侧倾角：2.5-4.0度 货车侧倾角：6-7度
2.前、后轴侧倾角刚度的匹配

要求动挠度足够大
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汽车设计
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汽车设计
二、
悬架的弹性特性
1.定义：汽车悬架所受的垂直载荷F与 在车轴上方测得的悬架变形值f之间 的关系曲线 2.分析： (1)线性悬架特性
1 n 2
C m
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汽车设计
2)非线性弹性特性 定义：当悬架变形f与所受垂直外力F之间不呈固定比 例变化时 1—缓冲块复原点
n2 c 2 / m2 / 2
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汽车设计
当采用弹性特性为线性变化的悬架时
fc1=m1g/c1 fc2=m2g/c2 将fc1、fc2代入上式得到
n1 5 /
f c1
n2 5 /
f c2
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汽车设计

静挠度的影响：
（1）↑fc可↓n，平顺性↑，但悬架刚度C ↓， 会经常碰撞缓冲块
• 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0.80~1.15Hz，后悬架则要求在 0.98~1.30Hz。 • 货车满载时，前悬架偏频要求在 1.50~2.10Hz，而后悬架则要求在 1.70~2.17Hz。
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汽车设计
3悬架的动挠度 定义：悬架从满载位置开始，压缩 到结构允许的最大变形（碰缓冲块 并压缩1／2或2／3时），车轮中心 相对车架（身）的垂直位移。
汽车设计
back
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汽车设计
2）.钢板弹簧片厚h的选择（影响）
增加片厚h，可以减少片数n
钢板弹簧各片厚度可能有相同和不同两种情况， 希望尽可能采用前者 但因为主片工作条件恶劣，为了加强主片及卷 耳，也常将主片加厚，其余各片厚度稍薄。此 时，要求一副钢板弹簧的厚度不宜超过三组。 为使各片寿命接近又要求最厚片与最薄片厚度 之比应小于1.5。
汽车设计
第六章悬架设计
第一节 概述
第二节 悬架结构型式分析 第三节 悬架主要性能参数的确定 第四节 弹性元件的计算
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汽车设计
第一节概述
一、悬架功用：
1.传递力
2.缓和动载荷
3.保证汽车的操纵稳定性
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汽车设计
第一节 概述
二、要求：
1.保证良好的行驶平顺性 2.保证良好的操纵稳定性 3.有合适的减振性能
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汽车设计
评价指标：
1）侧倾中心高度 2）车轮定位参数的变化 3）悬架侧倾角刚度 4）横向刚度 5）悬架占用的空间尺寸
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汽车设计
3、独立悬架的结构型式分析：
比较内容 等双 横臂 式 变化 大 不变 快 不变 不等 双横 臂式 变化 小 不变 慢 变 单横 臂式 变 不变 快 变化 大 单纵 臂式 不变 变化 慢 后倾 角变 大 双纵 臂式 不变 变化 慢 不变 斜置 单臂 变化 小 变化 小 慢 变化 小 麦弗 逊式 变化 小 不变 慢 变化 小
（2）↑fc使C ↓，制动、加速、转弯行驶时， 汽车会“点头”、“后仰”，或车身侧 倾较大
（3） 要使fc ↑，则要增大板簧长度，布置 困难，质量↑ 26/86
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汽车设计
货车实测值：
n1: n2:
满载 满载
1.7～2.3Hz 1.8～2.4Hz
空载
空载
1.2～2.4Hz
2.4～4.0Hz
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汽车设计
1.满载弧高fa 满载弧高fa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 fa用来保证汽车具有给定的高度 当fa=0时，钢板弹簧在对称位置上工作 ， 为了在车架高度已限定时能得到足够的支挠度 值，常fa=10~20mm。
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汽车设计
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汽车设计
第二节 悬架结构型式分析
一、组成：


弹性元件：
导向装置： 减振装置：
横向稳定杆： 缓冲块：
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汽车设计
第二节 悬架结构型式分析
1、非独立悬架：
二 分 类

结构简单、制造成本低、维修方便； 非簧载质量大，平顺性差； 左右车轮互相影响；
2—复原行程缓冲块脱离支架 3—主弹簧弹性特性曲线 4—复原行程
5—压缩行程
6—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 8—额定载荷
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汽车设计
(2)非线性悬架
曲线上某点刚度应当是该切点与水平坐标轴夹 角正切值，即该点斜率
Fc t来自百度文库 fc
F F
f
线性
f
非线性
W0≥[FW（L-ks）]/4[σW]
6-6
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汽车设计
将式（6-6）代入下式计算钢板弹簧平均厚度hp
h p 2 J 0 / W0
( L ks) 2 [ W ] 6 Ef c
有了hp以后（进行两项验算，见下页），再选钢板弹 簧的片宽b。 片宽b对汽车性能的影响 推荐片宽与片厚的比值b/hp在6~10范围内选取。 A：增大片宽，能增加卷耳强度，但当车身受侧向力作 用倾斜时，弹簧的扭曲应力增大。 B：前悬架用宽的弹簧片，会影响转向轮的最大转角。 C：片宽选取过窄，又得增加片数，从而增加片间的摩 50/86 next 擦和弹簧的总厚
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汽车设计
特点
在满载位置（图中点8）附近，刚度小且曲线 变化平缓，因而平顺性良好 距满载较远的两端，曲线变陡，刚度增大
作用
在有限的动挠度fd范围内，得到比线性悬架更 多的动容量
悬架的动容量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 （悬架 的动容量越大，对缓冲块击穿的可能性越小 ）
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汽车设计
2.板簧长度L：两吊耳之间的间距（板簧伸直 后） 板簧长度L影响： （1）强度，L大些好 h—主片厚度
6 Ehf c c 2 ( L ks)
（2）纵向角刚度Cr：L大些好
cL Cr 4
2
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汽车设计
（3）L受总布置限制，不宜取长
轿车: 后悬 L=(0.40~0.55)L轴距 货车：前悬L=(0.26~0.35) L轴距
较低
轻
最高
较轻
高
轻
高
较轻
较高
轻
大
较小
小
小
较小
轻
悬架弹 线性 性特性 结构 简单
易获 取非 线性 复杂
非线 线性 性 复杂 复杂
非线 性 复杂
非线 性 复杂
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汽车设计
板簧
3、 弹 性 元 件
比较内容
多片 少片
螺 旋 弹 簧
扭 杆 弹 簧
空气 弹簧
油气 弹簧
橡胶 弹簧
维修保养 方便 方便 寿命 短 短