悬架系统匹配设计

悬架系统匹配设计

一、悬架系统概述

悬架是现代汽车上重要总成之一，它把车架与车轴弹性地连接起来。其主要任务是传递作用在车轮和车架之间的一切力和力矩，并且缓和由不平路面传给车架的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车平顺地行驶。

悬架主要由弹性元件、导向机构和减振器组成（在有些悬架中还有缓冲块和横向稳定杆）。弹性元件用来传递垂直力，并缓和由不平路面引起的冲击和振动，其种类有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧及橡胶弹簧等。由于钢板弹簧在悬架中可兼作导向机构用，可使悬架结构简化，且保养维修方便、制造成本低，所以货车悬架中一般都采用钢板弹簧作为弹性元件。

钢板弹簧是汽车悬架中作为汽车当中应用最广泛的弹性元件，它是由若干等宽但不等长的合金弹簧片组成的一根近似等强度的弹性梁，钢板的弹簧的第一片一般是主片，其两端弯成卷耳内装青铜、粉沫治金组成的衬套，以便用弹簧销与固定在车架的支架或吊耳作铰接连接。钢板弹簧一般用U型螺栓固定在车桥上。

中心螺栓用以连接各片弹簧片，并保证装配时各片的相对位置。中心螺栓距两卷耳的距离可相等也可以不等。

主片卷耳受力最严重，是薄弱处，为改善主片卷耳的受力情况，常将第二片末端也弯成卷耳，包在主片的外面（也称包耳）。有些悬架中的钢板弹簧两端不做成卷耳，而采用其它的支承方式（比如滑块式）。

连接各构件，除了中心螺栓以外，还有若干个弹簧夹，其主要作用是当钢板弹簧反向变形时，使各片不致于相互分开，以免主片单独承载，此处，为了防止各处横向错动。弹簧夹用铆钉铆接在下之相连的最下边弹簧的端部，弹簧的夹的两边用螺栓连接，在螺栓上有套管顶住弹簧片的两边，以免将弹簧片夹得过紧。中螺栓套管和弹簧片之间有一定的间隙（不少于（1.5mm）。以保证弹簧变形可以相互滑移。

钢板弹簧在载荷作用下变形时，各片有相对滑移而产生摩擦，可以促进车架的振动的衰退。但各片的干摩擦，将使车轮所受的冲击在很大程度上传给车架，即降低了悬架的缓和冲击能力,并使弹簧片加速磨损，这是相当不利的，为了减少弹簧片之间的摩擦，在装组合钢板弹簧时，各片间需涂上石墨润滑脂，并应定期的保养。

二、悬架系统设计

设计钢板弹簧首先应确定的参数

1、弹簧载荷

通常新车设计时，根据整车布置给定的空、满载轴荷减去估算的非簧载质量，得到每副弹簧上的承载质量。一般将前、后轴，车轮、制动鼓及转向节、等总成视为非簧载质量，将传动轴、转向纵拉杆等总成一半也视为非簧载质量。如果钢板弹簧布置在车桥上方，弹簧3/4的质量为非簧载质量；下置弹簧，1/4弹簧质量为非簧载质量。

2、弹簧伸直长度

应根据不同车型要求，由总布置给出弹簧伸直长度的控制尺寸。在布置可能的情况下，尽量增加弹簧长度，这主要是考虑以下几方面原因：

（1）由于弹簧刚度与弹簧长度的三次方成反比，因此从改善汽车平顺性角度看，希望弹簧长度长些好。

（2）在弹簧刚度相同情况下，长的弹簧在车轮上下跳动时，弹簧两卷耳孔距离变化相对较小，对前悬架来说，主销后倾角变化较小，有利于行驶稳定性。

（3）增加弹簧长度可以降低弹簧应力和应力幅，从而提高弹簧使用寿命。

（4）增加弹簧长度可以选用片厚的弹簧，从而减少弹簧片数，并且片厚的弹簧对提高

由于受整车总布置的限制，所以要与总布置设计人员商定，推荐数值如下：

货车：前簧L=（0.26~0.35）轴距，后簧L=（0.35~0.45）轴距。

3、前、后悬架静挠度和动挠度的选择

（1）前、后悬架静挠度的选择

理论研变和使用经验证明：汽车前、后悬架与其簧载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。前、后悬架的振动频率（亦称偏频）为：

n1=1

2πc1/m1，n2=1

2πc2/m2(1)

当采用线性悬架时，悬架的静挠度与簧载质量和悬架刚度的关系为：

f c1=m1g/c1，f c2=m2g/c2 (2)

将（2）式代入（1）式得：

n1≈5/ f c1，n2≈5/ f c2（3）

式中n1，n2——前、后悬架的偏频，单位为Hz；

f c1，f c2——前、后悬架在簧载质量m1，m2作用下的静挠度，单位为cm；

c1，c2——前、后悬架的刚度。

由此可见，车身振动频率直接与悬架的静挠度有关。在悬架设计中，先根据行驶平顺性要求确定n1和n2值，然后就可根据式（3）确定前、后静挠度f c1和f c2。

前、后悬架系统的偏频及静挠度的匹配，对汽车行驶平顺性有很大影响。一般使前、后悬架的静挠度值及偏频值接近些以免造成较大的车身纵向角振动。对货车而言，考虑到前、后轴荷的差别和驾驶员的乘坐舒适性，其前悬架的静挠度一般大于后悬架的，取f c2=（0.6~0.8）

f c1。

（2）前、后悬架动挠度的选择

悬架动挠度是指从满载位置开始，压缩到结构允许的最大变形时，车轮中心相对车架的垂直位移。

为了防止在不平路面上行驶时经常撞击缓冲块，悬架必须具备足够的动挠度f d。

载货汽车一般取f d=（0.7~1.0）f c。

4、满载弧高f a

满载弧高直接影响车身高度，一般希望它等于零，可使弹簧满载时在对称位置工作，但考虑到弹簧在使用中会产生塑性变形，要由f a给予补偿，有时为了在车架高度已限定时能得到足够的动挠度值，也需要有一定的f a值，常取10~20mm。

簧断面尺寸和长度的确定

悬架静挠度确定后，根据下式可以求出期望的弹簧刚度值（夹紧刚度）。

K=Q

f c(4)

根据公式K=48EJ0

δL3（5）可计算出弹簧断面尺寸和长度。

（1）初步确定弹簧挠度增大系数δ。先确定与主片等长的片数n1，然后估算总片数n，由式

δ=

1.5

1.04(1+n1

2n )

（6）初步计算出挠度增大系数δ值。选择弹簧总片数时，尽可能使片数

少些，这不仅可以减少片间摩擦，而且便于弹簧生产制造。

（2）确定弹簧有效长度Le。由U型螺栓夹紧距和总布置给定的弹簧伸直长度，用式Le=L-kS （7）初步确定出弹簧有效长度Le，式中