悬架系统特性之刚度分析

悬架系统力学特性
悬架对车辆性能的影响：转向时，由于悬架系统的存在，使得车身在离心力的作用下会出现侧倾，从而造成左、右车轮的垂直载荷分配不均，引起左、右两侧车轮的地面附着力的变化，而其将对车辆操纵稳定性带来影响，因此，悬架分析又是操纵稳定性分析中的重要内容。

悬架的特性主要体现在刚度上。

以下主要分析典型扭杆悬架的刚度特性。

扭杆悬架
扭杆悬架的特点：结构简单、工作可靠、使用寿命长、单位质量变形能大。

扭杆弹簧在A处，垂直纸面向里
（一）参数说明：
1）d－扭杆直径；
2）L－扭杆工作长度；
3）a－平衡肘长度；
4）
α－平衡肘的初始安装位置与水平线的夹角；
5）α－负重轮受力后平衡肘的与水平线的夹角，规定在水平线以下为正，水平线以上为负。

（二）受力分析
平衡肘在受到垂直方向的力P 作用时，扭杆一端从0α位置变到了α位置，则在扭杆上作用的扭矩为M ：
cos M Pa α
=
设在扭矩M 作用下，扭杆的扭角为：
0M L G J
θαα=-=
式中，J 为扭杆断面的极惯性矩，对实心圆杆有：4
4
0.132
d J d π=≈；G 为扭杆材
料的切变弹性模量（对钢，74530.5~79433.8G M P a =）。

由上两式可得：
()
0cos G J P La ααα
-=
由于刚度是力对位移的微分，所以要求刚度，还得需要确定位移。

负重轮行程为：
()0sin sin f a αα=-
则可得扭杆悬架的线刚度为：
()022
1cos x dP
tg dP
G J d m df df La da
ααααα--=== 把J 的表达式代入上式得：
()402
2
132cos x tg G d m La
ααα
πα
--=
当0α=时，即平衡肘处于水平位置，此时可得 402
32x G d m La
π=
（三）扭杆悬架刚度特性的影响因素 1）扭杆直径d 的影响，d 越大，刚度越大； 2）扭杆工作长度L 的影响，L 越长，刚度越小； 3）平衡肘长度a 的影响，平衡肘越长，刚度越小；
4）工作位置α的影响。

由以上分析可知，在结构参数已知的条件下，扭杆悬架的刚度随着工作位置的改变而变化，刚度、力与工作位置（角度）的关系曲线如下图：
由上图可以看出，当平衡肘处于水平位置时，扭杆的刚度最小；扭杆悬架刚度特性是非线性的，但由于它变动不大，因此可以近似认为扭杆悬架的刚度是个定值。