汽车设计第四版吉林大学6

汽车设计第四版本章主要内容:* 概述* 悬架结构形式分析* 悬架主要参数的确定* 弹性元件的计算* 独立悬架导向机构的设计* 减振器;* 悬架的结构元件第一节概述一、基本功用:传递作用在车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩；缓和路面传给车架（或车身）的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高运行驶能力。

二、组成：弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器等。

第一节概述* 导向装置由导向杆系组成，用来决定车轮相对于车架（或车身）的运动特性，并传递除弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩。

* 当用纵置钢板弹簧作弹性元件时，它兼起导向装置的作用。

* 缓冲块用来减轻车轴对车架（或车身）的直接冲撞，防止弹性元件产生过大的变形。

* 装有横向稳定器的汽车，能减少转弯行驶时车身的侧倾角和横向角振动。

第一节概述四、措施1）要求由簧上质量与弹性元件组成的振动系统的固有频率应在合适的频段，并尽可能低。

2）前、后悬架固有频率的匹配应合理。

3）应采用非线性弹性特性悬架。

4）悬架应装有减振器，并使之具有合理的阻尼。

5）要正确地选择悬架方案和参数，在车轮上、下跳动时，使主销定位角变化不大、车轮运动与导向机构运动要协调，避免前轮摆振；汽车转向时，应使之稍有不足转向特性。

6）独立悬架导向杆系铰接处多采用橡胶衬套，能隔绝车轮所受来自路面的冲击向车身的传递。

第一节结束！第二节悬架结构形式分析4、非独立悬架（纵置钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置）优点：结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。

缺点：刚度较大，平顺性较差；簧下质量大；左、右车轮会相互影响，并使车轴（桥）和车身倾斜；车轮会左、右摇摆，使前轮容易产生摆振；前轮跳动时，悬架易与转向传动机构产生运动干涉；当汽车直线行驶在凹凸不平的路段上时，不仅车轮外倾角有变化，还会产生不利的轴转向特性；汽车转弯5、独立悬架优点：簧下质量小；悬架占用的空间小；弹性元件只承受垂直力，所以可以用刚度小的弹簧，使车身振动频率降低，改善了汽车行驶平顺性；由于采用断开式车轴，所以能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，改善了汽车的行驶稳定性；左、右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力；独立悬架可提供多种方案供设计人员选用，以满足不同设计要求。

缺点：结构复杂，成本较高，维修困难。

应用：主要用于乘用车和部分总质量不大的商用车上。

三、前、后悬架方案的选择方案一、前轮和后轮均采用非独立悬架方案二、前、后轮均采用独立悬架1、麦弗逊式前悬架特点：侧倾中心高度比较高。

车轮相对车身跳动时车轮定位参数的变化小。

轮距变化很小。

悬架侧倾角刚度较大，可不装横向稳定器。

横向刚度大。

占用的空间尺寸小。

结构简单、紧凑。

成本低。

应用：乘用车用得较多。

其弹性元件¡ª¡ª螺旋弹簧套装在减振器外部，下摆臂的球头伸到轮辋空间内，使结构非常紧凑。

当主销轴线的延长线与地面的交点位于轮胎胎冠印迹中心线外侧时，具有负的主销偏移距r，这对保证汽车制动稳定性s有利。

2、扭转梁随动臂式后悬架特点：侧倾中心高度比较低。

左、右车轮同时跳动时车轮定位参数不变。

轮距不变。

悬架侧倾角刚度较大，可不装横向稳定器。

横向刚度大。

占用的空间尺寸小。

结构简单，既具有隔振性能，又能防止汽车因后轴轴转向而产生过多转向。

* 装用这种橡胶衬套的汽车转弯行驶时，比装用传统橡胶衬套的汽车具有更好的操纵稳定性。

方案三、前轮采用独立悬架而后轮采用非独立悬架案例：乘用车后悬架采用纵置钢板弹簧非独立悬架，而前悬架采用双横臂式独立悬架时，能够通过将上横臂支承销轴线在纵向垂直平面上的投影设计成前高后低状，使悬架的纵向运动瞬心位于有利于减少制动前俯角处；使制动时车身纵倾减少，保持车身有良好的稳定性能。

四、辅助元件1、横向稳定器作用：可以做到在不增大悬架垂直刚度C的条件下，增大悬架的侧倾角刚度CΦ。

在汽车前悬架上设置横向稳定器，能增大前悬架的侧倾角刚度，以保证汽车有不足转向特性。

第二节悬架结构形式分析2．缓冲块作用：限制悬架最大行程。

兼有辅助弹性元件的作用。

第二节结束！一、悬架静挠度ƒc是指汽车满载静止时悬架上的载荷F w与此时悬架刚度c之比，即ƒc＝F w／c。

汽车前、后部分车身的固有频率n1和n2（亦称偏频）二、悬架的动挠度ƒd定义：是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。

要求：悬架应有足够大的动挠度，以防止在坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块。

乘用车：ƒd＝7～9cm客车：ƒd ＝5～8cm货车：ƒd ＝6～9cm四、后悬架主、副簧刚度的分配第四节弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（一）钢板弹簧的布置方案布置方案：纵置或者横置。

应用：横置钢板弹簧结构复杂、质量加大，所以只在极少数汽车上应用。

纵置钢板弹簧能传递各种力和力矩，并且结构简单，故在汽车上得到广泛应用。

纵置钢板弹簧分类：对称式与不对称式。

应用：多数情况下，汽车采用对称式钢板弹簧。

极少数情况采用不对称式钢板弹簧。

2．钢板弹簧长度L的确定定义：是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。

钢板弹簧的纵向角刚度：系指钢板弹簧产生单位纵向转角时，作用到钢板弹簧上的纵向力矩值。

L的取值范围：原则上，在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长些。

推荐在下列范围内选用钢板弹簧的长度：3．钢板断面尺寸及片数的确定（1）钢板断面宽度b的确定对于对称钢板弹簧总惯性矩（3）钢板断面形状（2）钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定因钢板弹簧各片在自由状态下和装配后的曲率半径不同（图6-15），装配后各片产生预应力，其值确定了自由状态下的曲率半径R i。

各片自由状态下做成不同曲率半径的目的是：使各片厚度相同的钢板弹簧装配后能很好地贴紧，减少主片工作应力，使各片寿命接近。

2）汽车驱动时，后钢板弹簧承受的载荷最大，在其前半段出现的最大应力σmax用下式计算对钢板弹簧销，要验算钢板弹簧受静载荷时它受到的挤压应力σz＝F s／（bd）。

其中，F s为满载静止时钢板弹簧端部的载荷；b为卷耳处叶片宽；d为钢板弹簧销直径。

（八）少片弹簧少片弹簧在乘用车和部分商用车上得到越来越多的应用。

特点：是叶片由等长、等宽、变截面的1～3片叶片组成。

利用变厚断面来保持等强度特性，并比多片弹簧减少20％～40％的质量。

片间放有减摩作用的塑料垫片，或做成只在端部接触，以减少片间摩擦。

变厚截面BC段厚度可按抛物线形或线性变化。

（1）按抛物线形变化厚度h x＝h2（x／l2）1／2，惯性矩J x＝J2（x／l2）3／2，单片刚度为（2）按线性变化厚度h x＝A 'x＋B'，A '＝（h2－h1）／（l2－l1），B '＝(h1 l2－h2 l1）／（l2－l1）。

单片钢板弹簧的刚度当l1＞l2（2β－1）或2 h1＜h2时，弹簧最大应力点发生在x＝B'／A'处，此处h x＝A'x十B'＝2B'，其应力值σmax＝3 F s／2b A'B'。

当l1≤l2（2β－1）时，最大应力点发生在B点，其值σmax＝3 F s l2／2b h22。

σmax＜［σ］。

第四节弹性元件的计算扭杆弹簧的设计要点：设计前应当根据对汽车平顺性的要求，先行选定悬架的刚度c。

设计扭杆弹簧需要确定的主要尺寸有扭杆直径d和扭杆长度L。

设计时应当根据最大扭矩计算扭杆直径d，即（方法二）有效长度L e也可以用图6-23所示线图求出。

第四节弹性元件的计算三、空气弹簧（－）空气悬架的组成与空气弹簧的分类分类：2．使用特点（1）当多轴货车或挂车采用空气悬架时，在空载或部分承载工况下，能够进行单轴或多轴提升，这有利于减少提升轴和未提升桥上轮胎的磨损，同时增加驱动桥的附着力。

当未提升桥过载的条件下，被提升的车轴能自动回位并参与承载。

（2）通过对气囊充气或放气，可以实现变换车身高度。

（3）采用空气弹簧以后，在汽车左、右侧的簧载质量不均匀时，通过高度控制阀的作用，可以保证整车车身处于水平状态。

在汽车高速转弯的行驶条件下，与采用钢板弹簧悬架的汽车比较，采用空气弹簧悬架的汽车车身侧倾角明显减小。

（4）装用空气悬架的汽车，因空气悬架的刚度低，所以车轮对路面作用的动载荷要小，这就使路面受到的破坏程度得以减轻。

3．空气弹簧的特点优点：有比较理想的非线性弹性特性。

平顺性好。

乘坐舒适性好。

单位质量储能量比较大，质量比较轻，因而簧下质量小。

工作噪声小，寿命长。

缺点：悬架结构复杂；空气弹簧对密封要求严格，不得漏气。

还有悬架制造复杂、成本较高等。

第四节弹性元件的计算（三）空气弹簧的布置1、为了获得足够大的车身侧倾角刚度，在可能的条件下，要求将空气弹簧布置在车架外侧。

在两侧空气弹簧中心距加大的同时，可以获得比较大的车身侧倾角刚度。

2、转向轴上的空气弹簧常布置在主销所在位置的内侧。

3、在驱动桥上，空气弹簧可以布置在其后面，或在驱动桥前方、后面各布置一个。

第四节弹性元件的计算（四）高度控制阀高度控制阀的分类：无阻尼高度控制阀的工作原理：无阻尼高度控制阀的工作位置可分为中立、充气和排气三种位置。

目前常用的高度控制阀结构第四节弹性元件的计算（五）囊式、膜式、组合式空气弹簧1、囊式空气弹簧优点：结构比较简单，制造容易，成本低；使用寿命长。

2、膜式空气弹簧优点：刚度低，并且可以通过改变底座形状的方法控制有效面积变化率来获得较为理想的弹性特性。

3、复合式空气弹簧优缺点：刚度较低，制造复杂，成本略高。

第四节弹性元件的计算（六）空气弹簧的刚度C在空气弹簧内充满气体，同时在空气弹簧上作用有载荷F0。

当达到静平衡位置时，空气弹簧的刚度C0（N ／mm）为空气弹簧有比较理想的弹性特性。

在给定P0、V0条件下，由试验得到的囊式（膜式）空气弹簧的弹性特性曲线。

第四节结束！第五节独立悬架导向机构的设计一、设计要求对前轮独立悬架导向机构的要求：1）悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过±4.0mm，轮距变化大会引起轮胎早期磨损。

2）悬架上载荷变化时，前轮定位参数要有合理的变化特性，车轮不应产生纵向加速度。

3）汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小。

在0.4g侧向加速度作用下，车身侧倾角≤7°，并使车轮与车身的倾斜同向，以增强不足转向效应。

4）制动时，应使车身有抗前俯作用；加速时，有抗后仰作用。

对后轮独立悬架导向机构的要求：1）悬架上载荷变化时，轮距无显著变化。

2）汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小，并使车轮与车身的倾斜反向，以减小过多转向。