汽车平衡悬架的设计要点

汽车平衡悬架的设计要点

东风汽车工程研究院

陈耀明

二00四年十一月

目录

前言

1．四连杆机构的布置

1）推力杆外端头的位置

2）推力杆的高度

3）推力杆的斜度

4）推力杆的长度

5）推力杆在横向平面的布置

（1）上推力杆的布置

（2）下推力杆的布置

6）关于通用件的处理方法

2．推力杆铰接头

1）以橡胶体的变形来满足扭转和斜摆运动要求的铰接头（1）硫化粘结式

（2）组装压入式

①径向压缩型

②轴向压缩型

（3）粘结压缩式

2）橡胶体与滑动衬套并用的铰接头

（1）粘接复合衬套

（2）聚胺脂衬套

3．平衡轴总成

1）平衡轴

（1）整体式平衡轴

（2）断开式平衡轴

①左、右支架连接

②左、右支架不连接

2）平衡轴承

（1）轴承

（2）止推垫片与锁紧螺母

（3）润滑与密封

4．钢板弹簧的紧固与定位

1）钢板弹簧根部的紧固

2）平衡轴承毂

3）钢板弹簧端部支承座

（1）端座侧板的不对称布置

（2）滑板设计

（3）端座侧板设计

（4）反向限位

前言

采用倒置半椭圆钢板弹簧做为弹性元件、纵置四连杆机构做为导向杆系的平衡悬架，因其结构简单、可靠，性能良好，长期以来成为6×6越野汽车、6×4自卸汽车和牵引汽车后悬架的传统结构。尽管近年来为了提高平顺性和解决门对门运输中保持车高不变的问题，一些重型牵引汽车采用了空气悬架，但使用在路面条件苛刻的军用车辆和自卸汽车，这种平衡悬架仍有明显的优势和强大生命力。

我国从上世纪60年代就自主研发了具有独立自主产权的板簧平衡悬架，并且生产了三十几年。与国外车型对比，我们也有许多独有的设计经验和优势。撰写本文的目的就是为了总结这些设计经验，供有关的悬架设计师参考借鉴。

1． 四连杆机构的布置

1） 推力杆外端头的位置

要求对平衡轴对称，对中、后桥相关点位置相同，见

图1。

要求对称于平衡轴：21δδ=

要求对中、后桥相关位置相同：21γγ=

从图中可知： 22δγβ+= （1）

11δγα-= （2）

将12γγ= ， 12δδ= ， 代入式（1），得

11δγβ+= ， 11γβδ-= ， 代入式（2），得 βγγβγα-=+-=1112 ，

∴2

21β

αγγ+=

=

2

221α

ββαβδδ-=+-==

式中 α、β为中、后桥倾角（设αβ>）。

1γ、2γ为端头连线与中、后桥中垂线的夹角

1δ、2δ为端头连线与车架垂线的夹角

2） 推力杆的高度

推力杆在中、后桥上的外端头高低，按下列步骤布置： （1） 根据桥壳琵琶圆的大小，确定上推力杆端头位置，则确

定了其离地高度a ，见图1； （2） 按b ≈2

a 布置下推力杆位置，并核对离地间隙是否满足要求。

对于一根上杆、两根下杆的常规设计，这种布置使上、下杆受力基本相同。

3） 推力杆的斜度

（1）下推力杆斜角2θ决定轴转向效应，即

ε2tan θ=

式中εφ

ψ

d d =

为轴转向效应系数，而ψ为轴转向角，φ为侧倾角。

一般纵置的中、后桥布置，稳态转向特性往往具有偏大的不足转应效应。将2θ设计成如图1所示的布置，可减小不足转向，使转向灵活些，减少轮胎磨损，同时，簧载质体的离地间隙也高一些。

（2）上推力杆斜角1θ的布置，应结合2θ的状态，决定中、后桥的瞬时转动中心位置和倾角变化。

若1θ<2θ，即上、下推力杆延线交点（瞬心）在平衡轴中心线一侧，这样当车桥跳动时，中、后桥间的那根传动轴的运动干涉（花键窜动量和夹角变化）会比较小。反之，1θ>2θ，则对中桥前的那一根传动轴的干涉较有利。因为一般设计，中、后桥间传动轴较短，所以较常采用

1θ<2θ。若采用1θ＝2θ，为平行四连杆机构，中、后桥作平移运动，跳动时无倾角变化。

4） 推力杆的长度

在平衡轴支架及横梁结构允许条件下，推力杆应尽量选长一些，这样可减小车轮跳动时的纵向窜动量。最好选取优先数作为长度值。

除非结构布置上的原因，绝大多数设计都选取上、下杆等长。不等长上、下杆往往造成中、后桥跳动时有倾角变化。纵置四连杆机构不像双横臂独立悬架，一般不采用

不等长上、下臂结构。但是，国外也有少数厂家采用上短下长的推力杆，以适度的倾角变化来换取轮胎接地点在纵向的移动量（轴距变化）达到最小，减少了轮胎磨损量。

5） 推力杆在横向平面的布置

（1） 上推力杆的布置

上推力杆的布置往往与中、后桥壳中心线对汽车中心线的偏置量1c 、2c 有关，一般有两种布置方案： ① 令上推力杆尽量靠近纵梁，使横梁受力分散，如图2中1A 、1B 所示。这时应令21e e =，则桥壳上的支座成为对称件，横梁上支座可以是通用件。因两支座分置，在其横梁背面应贴加强板。 ② 令中、后桥上推力杆摆在一条直线上，如图2中2A 、

2B 所示，这时2

21d

f f =

=，d 为中、后桥中心线的偏距。这种布置横梁受力集中，支座可通用且对置固定，桥上支座仍为对称件。这种布置的优点仅是给车架内侧让出一些空间。

当然，也可以采用1A 、2B 或2A 、1B 的布置，视总体布置对空间的要求来确定，这时桥壳上支座可以是通用件。