08悬架设计.ppt

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汽车设计电子教案第第88章章悬架设计悬架设计1哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案本本章章重重点点p悬悬架架的的设设计计要要求求p悬悬架架的的结结构构形形式式p悬悬架架主主要要性性能能参参数数的的确确定定p独独立立悬悬架架导导向向机机构构的的设设计计算算p减减振振器器的的参参数数确确定定p横横向向稳稳定定杆杆的的设设计计计计算算2哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.18.1概述概述悬架把车架（或车身）与车轴（或车轮）弹性地连接起来，传递作用在车轮和车架（或车身）之间的力和力矩；缓和由不平路面传给车架（或车身）的冲击，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，具有理想的运动特性；保证汽车的操纵稳定性。

8.1.1悬架的设计要求1.保证汽车具有良好的行驶平顺性2.保证汽车有良好的操纵稳定性3.具备良好的传力特性3哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.18.1概述概述8.1.2悬架的构成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。

下面详细分析弹性元件。

弹性元件用来传递垂直力，缓和冲击和振动。

弹性元件有多种形式，如钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧及橡胶弹簧等。

弹性元件主要靠材料变形来储存能量。

下表列出了几种弹性元件的单位质量储能量。

弹性元件单位质量储能量/Nm/kg钢板弹簧76115圆柱螺旋弹簧178280橡胶弹簧（剪切变形）5081016空气弹簧（工作压力6.0N/mm2）3.3105（未计容器质量）4哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.28.2悬架的结构形式悬架的结构形式悬架通常分为独立悬架和非独立悬架两类，各种悬架的结构简图如下：

（a）（b）（c）（d）5哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.28.2悬架的结构形式悬架的结构形式（a）（b）（c）（d）6哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.38.3悬架主要性能参数确定悬架主要性能参数确定8.3.1悬架静挠度和动挠度的选择1静挠度悬架静挠度是指汽车满载静止时悬架上的载荷与此时的悬架刚度之比，即。

下表列出了现代车辆常用偏频、静挠度和动挠度值。

车型偏频n/Hz静挠度fc/cm动挠度fd/cm货车1.52.251169乘用车0.91.6103079大客车1.31.871558越野车1.42.06137137哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.38.3悬架主要性能参数确定悬架主要性能参数确定8.3.1悬架静挠度和动挠度的选择2动挠度悬架的动挠度是指从满载平衡位置开始，压缩到结构允许的最大变形（通常指缓冲块压缩到1/2或2/3自由高度）时，车轮中心相对车架或车身的垂直位移。

为了防止在不平路面上行驶时缓冲块经常受到冲击，悬架还必须具备足够的动挠度。

对乘用车，取79cm；对客车，取58cm；对货车，取69cm。

前、后悬架的动挠度值常按其相应的静挠度值来选取，与车型和经常使用的路况有关。

对于行驶路况较好的乘用车，的取值较小；对于经常在恶劣路况行驶的越野车，应取值较大。

8哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.38.3悬架主要性能参数确定悬架主要性能参数确定8.3.2悬架的弹性特性悬架的弹性特性指悬架变形与所受垂直载荷之间的关系。

当悬架变形与所受载荷成固定比例时，为“线性弹性特性”。

具有线性悬架的汽车，难以获得令人满意的平顺性。

线性悬架的弹簧刚度是个常数。

若选择使得汽车的偏频在满载情况下满足要求，则当空载时，偏频增大，平顺性变差。

若悬架刚度能够随着汽车的悬挂质量而变化，就可以在满载和空载时都能获得令人满意的平顺性。

悬架刚度可变的悬架称为非线性悬架。

9哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.38.3悬架主要性能参数确定悬架主要性能参数确定8.3.2悬架的弹性特性非线性悬架的弹性特性如下图所示。

10哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.38.3悬架主要性能参数确定悬架主要性能参数确定8.3.3后悬架主、副簧刚度的分配货车后悬架主、副簧的弹性特性如下图所示。

11哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.48.4弹性元件的计算弹性元件的计算8.4.1钢板弹簧的计算1.钢板弹簧主要参数和尺寸的确定理想的多片等应力钢板弹簧构成如图。

12哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.48.4弹性元件的计算弹性元件的计算8.4.1钢板弹簧的计算2.钢板弹簧各片长度的确定确定各片长度可采用展开作图法或计算法。

目前，经常采用比较简便的展开作图法，如图所示。

13哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.48.4弹性元件的计算弹性元件的计算8.4.1钢板弹簧的计算3.钢板弹簧刚度校核各片长度和断面尺寸确定以后，需要进行刚度校核。

通常采用共同曲率法或集中载荷法进行刚度校核。

4.钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算14哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.48.4弹性元件的计算弹性元件的计算8.4.1钢板弹簧的计算5.钢板弹簧组装后总成弧高6.钢板弹簧强度校核1）汽车紧急制动时15哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.48.4弹性元件的计算弹性元件的计算8.4.1钢板弹簧的计算6.钢板弹簧强度校核2）驱动时16哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.48.4弹性元件的计算弹性元件的计算8.4.1钢板弹簧的计算6.钢板弹簧强度校核3）钢板弹簧卷耳和弹簧销的强度计算卷耳应力为钢板弹簧销的挤压应力17哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.48.4弹性元件的计算弹性元件的计算8.4.1钢板弹簧的计算7.少片钢板弹簧的结构特点18哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.48.4弹性元件的计算弹性元件的计算8.4.2扭杆弹簧的计算目前在轻型车、微型车以及越野车上都有采用扭杆弹簧悬架的，在坦克、装甲车辆上则较广泛地采用了扭杆弹簧。

其结构如图所示。

19哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.48.4弹性元件的计算弹性元件的计算8.4.2扭杆弹簧的计算在设计扭杆弹簧时，通常先根据汽车行驶平顺性要求确定扭杆悬架的平均刚度，再确定扭杆长和断面面积等参数。

扭杆弹簧本身的刚度是固定值，但是由于有导向机构的影响，扭杆弹簧悬架的刚度是可变的。

在单纵臂式独立悬架中，如果弹性元件用扭杆弹簧，如图所示。

20哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.48.4弹性元件的计算弹性元件的计算8.4.3螺旋弹簧的计算螺旋弹簧常用于独立悬架中，它通常只能承受垂直载荷。

螺旋弹簧的主要尺寸是平均直径，钢丝直径和工作圈数，如图所示。

设计时先根据行驶平顺性的要求，确定悬架的静挠度和动挠度，然后根据导向机构特点选择杆杠比，从而换算得弹簧的静挠度和动挠度；再进行设计计算。

21哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.48.4弹性元件的计算弹性元件的计算8.4.4空气弹簧和油气弹簧的计算1.空气弹簧采用空气弹簧的悬架中也需要导向机构。

（a）钢板弹簧式（b）A型架式（c）单纵臂式22哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.48.4弹性元件的计算弹性元件的计算8.4.4空气弹簧和油气弹簧的计算根据气囊结构型式不同，空气弹簧可分为囊式、膜式和复合式三种。

囊式又分为单曲式、双曲式和多曲式；与膜式相比，囊式寿命较长、制造方便，刚度较大，故常用于商用车。

23哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.48.4弹性元件的计算弹性元件的计算8.4.4空气弹簧和油气弹簧的计算2.油气弹簧油气弹簧是空气弹簧的一种特例，它以气体作为弹性元件，在气体与活塞之间引入油液作为中间介质。

油气弹簧的工作缸由气室和浸在油液中的阻尼阀组成。

油气弹簧有双气室和两级压力式。

油气弹簧与空气弹簧相比，由于前者采用钢筒作为气室，气压可以比囊式空气弹簧的高1020倍，通常可达57MPa，甚至达20MPa。

因此，其机构体积小，承载能力强，若用于重型自卸车可比钢板弹簧轻50%以上。

油气弹簧也可以得到较低的固有频率，并且容易实现车身高度调节，这些优点使其在乘用车上也有应用前景。

但是，油气弹簧的加工、装配及密封性要求高，维修不便。

24哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.58.5独立悬架导向机构设计独立悬架导向机构设计8.5.1独立悬架导向机构的设计要求1.对前独立悬架导向机构的要求

（1）具有恰当的侧倾中心和侧倾轴线。

（2）当车轮跳动（悬架压缩伸张）时，轮距变化尽量小，以免造成轮胎早期磨损。

（3）侧倾中心的位置受轴荷变化影响小。

（4）当车轮跳动时，前轮定位参数要有合理的变化特性。

（5）车轮跳动时，产生的纵向加速度尽量小以减少纵向冲击，避免惯性力矩作用到转向节上。

（6）转弯时，保证车身侧倾角较小，并使车轮与车身同向倾斜，以减少过多转向效应。

（7）制动时，使车身抗“点头”；加速时，抗“后仰”。

25哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.58.5独立悬架导向机构设计独立悬架导向机构设计8.5.1独立悬架导向机构的设计要求2.对后独立悬架导向机构的要求

（1）当车轮跳动时，轮距变化尽量小。

（2）在转弯时，保证车身侧倾角较小，并使车轮与车身倾斜反向，减少过多转向效应。

此外，导向机构还应有足够强度，并可靠地传递除垂直力以外的各种力和力矩。

目前汽车上广泛采用上、下臂不等长的双横臂式独立悬架（主要用于前悬架）和麦弗逊式悬架，在这里主要以此为例来讨论独立悬架导向机构参数的确定方法。

26哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.58.5独立悬架导向机构设计独立悬架导向机构设计8.5.2独立悬架导向机构的布置参数1侧倾中心侧倾中心的位置随导向机构的型式而不同。

可用图解法或实验法求得。

如图所示。

（a）单横臂式（b）单纵臂式（c）双横臂式27哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系汽车设计电子教案8.58.5独立悬架导向机构设计独立悬架导向机构设计8.5.2独立悬架导向机构的布置参数1侧倾中心（d）双横臂式（e）双横臂式（f）双纵臂式（g）烛式（h）麦弗逊式28哈尔滨工业大学汽车工程学院车