汽车设计悬架系统解读

目录

第一章悬架的结构形式的选择

第一节悬架的构成和类型

第二节独立悬架结构形式分析

第三节前后悬架的选择

第二章悬架主要参数的选择

第一节悬架性能参数的选择

第二节悬架的自振频率

第三节侧倾角刚度

第四节悬架的静动挠度的选择

第三章弹性元件的设计分析及计算

第一节前悬架弹簧

第二节后悬架弹簧

第四章独立悬架导向机构的设计分析及计算第一节导向机构设计要求

第二节麦弗逊独立悬架示意图

第三节导向机构受力分析

第四节横臂轴线布置方式

第五节导向机构的布置参数

第五章减震器的设计分析及计算

第一节

第一章悬架的结构形式的选择

1.1悬架的构成和类型

1.1.1 构成

（1）弹性元件

具有传递垂直力和缓和冲击的作用。常见的弹性元件有：钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧等。

（2）导向装置

其作用是传递除弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩。常见的导向装置有：斜置单臂式、单横臂式、双横臂式、双纵臂式、麦弗逊式等。

（3）减震器

具有衰减振动的作用。常见的减震器有：简式减震器、充气式减震器、阻力可调式减震器等。

（4）缓冲块

其作用是减轻车轴对车架的直接冲撞，防止弹性元件产生过大的变形。

（5）横向稳定器

其作用是减少转弯行驶时车身的侧倾角和横向角振动。

1.1.2 类型

悬架可分为非独立悬架和独立悬架。

（1）非独立悬架

非独立悬架的特点是：左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架连接。

优点是：结构简单、制造容易、维修方便、工作可靠。

缺点是：①由于整车布置上的限制，钢板弹簧不可能有足够的长度（特别是前悬架），使之刚度较大，所以汽车平顺性较差。

②簧下质量较大。

③在不平路面上行驶时，左、右车轮相互影响，并使车轴和车身倾斜。

④当两侧车轮不同步跳动，车轮会左、右摇摆，使前轮容易产生摆振。

⑤前轮跳动时，悬架易与转向传动机构产生运动干涉。

⑥汽车转弯行驶时，离心力也会产生不利的轴转向特性。

⑦车轴上方要求有与弹簧行程相适应的空间。

然而由于非独立悬架结构简单、易于维护以及可以使用多种类型的弹性元件等优点，非独立悬架多用于载货汽车和大客车的前、后悬架。

（2）独立悬架

独立悬架的特点是：左、右车轮通过各自的悬架与车架连接。

优点是：①簧下质量小。

②悬架占用的空间小

③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，改善了汽车行驶的平顺性。

④由于采用了断开式车轴，所以能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，改善了汽车行驶的稳定性。

⑤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，同时在好的路面上能获得良好的地面附着能力。

缺点是：结构复杂、成本较高、维修困难

然而由于独立悬架具有以上优点，因此现代轿车多采用独立悬架。

1.2 独立悬架结构形式分析

独立悬架又可以分为双横臂式、单横臂式、双纵臂式、单纵臂式、单斜臂式、麦弗逊式和扭转梁随动臂式等。

对于不同形式的独立悬架，不仅结构特点不同，而且许多基本特性也有较大区别。评价时常从以下几个方面进行：

①侧倾中心高度②车轮定位参数的变化③悬架倾角刚度④横向刚度

不同形式悬架的特点

1.3 前后悬架的选择

目前汽车的前后悬架采用的方案有：前轮和后轮均采用非独立悬架；前轮采用独立悬架，后轮采用非独立悬架；前轮和后轮均采用独立悬架。

由于麦弗逊独立悬架具有以下特性：车轮相对车身跳动时车轮定位参数变化小；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；占用空间小。故此次设计前后轮均采用麦弗逊独立悬架。

第二章悬架主要参数的选择

2.1 悬架性能参数的选择

悬架设计可大致分为结构型式及主要参数选择和详细设计两个阶段，有时还要反复交叉进行。由于悬架的参数影响到许多整车特性，并且涉及其他总成的布置，因而一般要与总布置共同协商确定。

2.2 悬架的自振频率

悬架设计的主要目的之一是确保汽车有良好的行驶平顺性。汽车行驶时振动越剧烈，则平顺性越差。由于个体对振动的反应千差万别，人们提出了各种各样的平顺性评价指标。

n=M

g//2π

K//2π=f

n------悬架的频率

M-----簧载质量

K------悬架的刚度

悬架频率n随簧载质量的变化而变化，人体最舒适的频率范围为1.6Hz，如果要将汽车行驶过程中的频率保持在1~1.6Hz内。

依据ISO2631《人体承受全身振动的评价指南》，轿车的自振频率范围为0.7~1.6Hz，对于簧载质量大的车型取偏小的方向，（大致为1Hz或更低）本设计选的范围是0.7~1.6Hz。取n1=1.2Hz；

悬架n1/n2=0.9

所以n2=1.3Hz

悬架的刚度K

a+b=1.25+1.35=2.6m

前：a/a+b=1.25/2.6=0.48

后：b/a+b=1.35/2.6=0.52

m1=1650*0.52=856.7Kg

m2=1650*0.48=793.3Kg

m s1=856.7 – 50=801.7Kg

m s2=793.3 – 65=728.3Kg

依据悬架刚度公式可得：ω=（K / M）

ω-------悬架的角速度

K--------悬架的刚度

m--------簧上质量

即K = ω2m

2.3侧倾角刚度

随着汽车车速的不断提高，所设计的悬架不仅应该保持良好的行驶稳定性，还应该保证良好的操作稳定性。在悬架的性能参数中，以前后悬架的侧倾角刚度的分配以及侧倾中心高度值对操作稳定有较大的影响。所以选择悬架的主要参数时还要加以考虑。

在汽车转弯时，为了使车身的侧倾角不超过规定值（按规定总体设计要求，当侧向惯性力不超过车重的1/4时，车身的侧倾角不大于6度~7度）。悬架应该