吉林大学汽车设计课件第六章ppt.ppt

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1、汽车工程系第六章 悬架设计第一节 概述第二节 悬架结构形式分析第三节 悬架主要参数的确定第四节 弹性元件计算第五节 独立悬架导向机构的设计第六节 减振器第七节 悬架的结构元件第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第一节第一节 概述概述一、功用弹性连接车架（车身）与车轴（车轮）传递作用在车轮与车架（车身）之间的一切力和力矩缓和路面传给车架（车身）的冲击载荷，缓和振动，保证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，保证汽车操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第一节第一节 概述概述二、组成弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器第六章第六

2、章 悬架设计悬架设计汽车工程系第一节第一节 概述概述三、设计要求1.保证汽车有良好的行驶平顺性2.具有合适的衰减振动能力 3.保证汽车有良好的操纵稳定性 4.汽车制动或加速时要保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合适 5.有良好的隔声能力 6.结构紧凑、占用空间尺寸要小 7.可靠地传递各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第一节第一节 概述概述四、分类第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第一节第一节 概述概述四、分类独立悬架第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析一

3、、非独立悬架和独立悬架第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析二、独立悬架结构方式分析 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析二、独立悬架结构方式分析侧倾中心位置高，它到车身质心距离短，则侧倾力臂及力矩小，车身侧倾角小。侧倾中心位置高，车身侧倾时轮距变化大，轮胎磨损主销后倾角变化大转向轮易摆振；外倾角变化大影响直线行驶稳定性和轮距变化，轮胎磨损速度轮距变化影响轮胎磨损速度悬架侧倾角刚度影响车厢侧倾角大小悬架横向刚度小，转向轮容易摆振占用空间大小影响发动机布置、拆装的方便性第六章第六章 悬架设计悬架设计

4、汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择1. 前后悬架的匹配第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2. 三种匹配方式1）前、后轮采用非独立悬架 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2. 三种匹配方式1）前、后轮采用非独立悬架上述优缺点是指一副钢板弹簧而言，如果前后轴（桥）四个车轮都装有纵置钢板弹簧，对整车来说又有下述缺点： （1）汽车转弯行驶有轴转向效应：对前轴增加不足转向趋势；对后桥增加过多转向趋势。为克服后者，轿

5、车要求将后悬架的前吊耳位置布置低些。（2）前悬架采用纵置钢板弹簧，前轮容易摆振，汽车操纵稳定性变坏。 应用：中、重型货车 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2. 三种匹配方式1）前、后轮采用非独立悬架 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2. 三种匹配方式1）前、后轮采用非独立悬架 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2. 三种匹配方式2）前轮独立、后轮非独立（1）目前轿车前轮多

6、采用车轮上、下跳动时，车轮定位参数变化小的麦弗逊式悬架，因而可以保证前轮不易发生摆振现象，使汽车有良好的操纵稳定性。麦弗逊式悬架优、缺点见前述。除此之外，两前轮装上麦弗逊式悬架以后，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外侧时，具有负主销偏移距rs，有利于制动稳定性 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2. 三种匹配方式2）前轮独立、后轮非独立（2） 前悬架采用双横臂式独立悬架、后悬架采用纵置钢板 弹簧非独立悬架时，可通过将双横臂中的上横臂支承轴销的轴线布置成前高后低状，使悬架的纵向运动瞬心位于能减少制动前俯角

7、处，使制动时车身纵倾减少，达到保持车身有良好的稳定性能 。第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2. 三种匹配方式3）前、后轮独立轿车前轮用麦弗逊式悬架，后轮用扭转梁随动臂式后悬架。用的非常广泛。第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2. 三种匹配方式3）前、后轮独立橡胶衬套因橡胶衬套横截面方向上，按对角线方向开有楔形孔。结果在不同方向衬套的刚度不一样。即：在汽车纵轴线方向衬套的刚度小；衬套的纵向刚度大；衬套的总扭转刚度大 b、c两项大的原因是： 转向行驶

8、时，车轮与地面之间作用有侧向力FY1、 FY2 简化作用到衬套上的力F1、F2和力矩M1、M2在F1和F2作用下衬套内、外侧相对移动，同时处于橡胶衬套内径处的金属隔套突肩压紧橡胶衬套，使之纵向刚度，扭转刚度。减轻轴转向效应，操纵稳定性好。 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析四、弹性元件分析第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析四、弹性元件分析变厚少片簧比多片减少20%40%的质量；油气弹簧比多片钢板弹簧轻50%扭杆弹簧本身固定在车架上，簧下质量小。板簧轴销处要求每天或行驶500公里保养一次，即加

9、注润滑脂。板簧在交变应力作用下，并有污泥、浊水腐蚀，易产生细而深裂纹疲劳裂纹。 板簧 寿命 好路 1015万Km 坏路 11.5万Km 一般 45万Km 空气弹簧气囊寿命是板簧四倍.第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析五、辅助元件分析1. 横向稳定器通过减小悬架垂直刚度，能降低车身振动固有频率，达到改善平顺性的目的。但因为悬架侧倾角刚度和悬架垂直刚度之间是正比关系，所以减小垂直刚度同时会减小侧倾角刚度，并使车厢侧倾角增加，使乘员不舒服和降低了行车安全感。因此设置横向稳定器，在不增大垂直刚度条件下增大悬架侧倾角刚度。汽车转弯行驶时前后轴车轮负荷转

10、移大小，主要取决于前后悬架的侧倾角刚度。当前角刚度大于后角刚度时，前轴车轮负荷转移大于后轴，并使前轮侧偏角大于后轮侧偏角，以保证汽车有不足转向特性。第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析五、辅助元件分析2. 缓冲块仅用来限制悬架最大行程的缓冲块，用半个椭圆形橡胶硫化到钢板上制成。兼有辅助弹性元件作用的缓冲块，用多孔聚氨脂制作。它的特点是强度高、耐磨。第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定一、悬架静挠度fc1. 定义：是指汽车满载静止时，悬架上的载荷FW与此时悬架刚度C之比。即fc=FW/C2.

11、影响因素第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定一、悬架静挠度fc3. 选取原则1）对轿车应保证有良好的平顺性，即n低，大客车次之，载货汽车居最后。2）级别越高的轿车n应越小。 3）fc2fc1分析证明了n1/n21时小。设计时应使n1n2，即fc2fc1第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定一、悬架静挠度fc4. 取值范围设计时，先从为了保证汽车有良好的平顺性，确定n，然 后可算得fc。n的选定范围见下表第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确

12、定二、悬架动挠度fd1.定义：从满载静平衡位置开始，悬架压缩到结构允许的最大变形时，车轮中心相对车架（车身）的垂直位移。2.影响因素：第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定二、悬架动挠度fd3. 选取fd的原则悬架刚度小、使用条件又不好的汽车，fd应取大。4. 推荐fd的选取范围fd 车型 fd 轿车 79 大客车 58 货车 69 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定三、悬架弹性特性1.定义：悬架受到的垂直外力F与由此所引起的车轮中心相对于车身位移f（悬架变形）的关系曲线。刚度：弹性特性

13、曲线上某点的切线与水平坐标轴夹角的正切为该点刚度。 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定三、悬架弹性特性2. 线性的弹性特性特点（1）定义：悬架变形f与所受垂直外力F之间呈固定比例变化时，弹性特性为一直线，称之为线性弹性特性。（2）特点：悬架的刚度为常数。使用中由于m的变化（空、半、超载等），引起n变化，空、半载时，n,平顺性变坏。 超载时n、平顺性。悬架动容量定义：悬架从满载静载荷的位置起，变形到结构允许的最大变形为止，消耗的功。动容量大，悬架碰撞缓冲块的可能性愈小。具有线性特性的悬架，在n比较低的条件下与非线性特性悬架比较，当动容量相同

14、时，其动挠度增加很多，碰撞车架，舒适性。为不碰撞车架，可抬高车架hg、汽车稳定性。 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定三、悬架弹性特性3. 非线性的弹性特性特点（1）定义：悬架变形f与所受垂直外力F之间，不呈固定比例变化时，弹性特性为曲线。（2）特点 悬架的刚度C是变化的。要求C的变化规律如下：满载位置附近（点8）C要小，特性曲线平缓、平顺性；空载位置附近（点2到点1）C要大，特性曲线变陡，碰撞车架的机会；动载荷位置附近（点7以上）C要大，曲线变陡，击穿缓冲块的机会。 图中两端（21和7以上）C大，在动容量不变的条件下fd。第六章第六章

15、悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定三、悬架弹性特性4.影响选取弹性特性的因素 弹 性 特 性 影 响 因 素 要 求 弹 性 特 性 做 到 备 注 在 好 路 上 行 驶 C小 ， fc大 ， n 低 汽车 平 顺 性 好 使用 条件 在 坏 路 上 行 驶 C大 ， fd小 ， 少 碰 缓冲 块 解决此对矛盾应该用 非 线 性 减 少 转 弯 行 驶 时 车 身 侧倾 角 非 线 性 减 少 汽 车 前 俯 、 后 仰 角 非 线 性 装载质量变化大的货（ 客 ） 车 为 减 少n变 化和 车 身 高 度 变 化 非 线 性 第六章第六章 悬架设计

16、悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定四、后悬架主副簧刚度的分配1. 工作特点（两个阶段）1）空载及小载荷工况下，只有主簧工作，副簧不参与工作。从结构变形看，主簧仍是下凹状，随载荷增加向平的状态接近。随之副簧与托架之间的间隙逐渐减小。悬架的弹性特性是线性的，且刚度C较小。2）载荷增加到FK瞬间，副簧与托架之间间隙消除。从此，副簧与主簧共同承担作用在悬架上的载荷。刚度C增大，悬架的弹性特性曲线变陡。所以只有主簧或者是主副簧共同工作以后，单看这两段弹性特性都是线性的，合在一起是非线性的。 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要

17、参数的确定四、后悬架主副簧刚度的分配2. 载荷分配 主副簧共同工作时，作用到主副簧上的载荷与它们的刚度成正比分配。 3刚度分配设计有副簧的悬架，需要确定两个参数： 1）主副簧之间的刚度分配。2）副簧开始参加工作时的载荷。考虑的原则是：使空载时频率n0(f0)、满载时悬架的频率nc(fc)、副簧起作用前瞬间的振动频率nk(fk)、起作用后悬架的频率na(fa)相差不大，即保证汽车满载和空载平顺性良好为基本出发点。 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定四、后悬架主副簧刚度的分配5. 第一种分配方法副簧开始起作用时的载荷等于空载与满载时悬架载荷的

18、平均值，Fk=0.5(F0+FW)，并使Fo和Fk间的平均载荷对应的频率与Fk和FW间平均载荷对应的频率相等，即图中f1=f2 )(220amkwmkCCFFCFFmwkakmkCFFCFFCFF)()()(00)()(00FFCFFCwmkakwmaFFFFCC0032232232222000000000maWWmaWWWmawWmawkCCFFFFCCFFFFFFCCFFFFFCCFFF即则令即又/第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定四、后悬架主副簧刚度的分配5. 第一种分配方法（1）只有主簧工作时，C不变，随F，n （2）副簧参加工作

19、瞬间C，n。当F继续时，n又由图可知只要作到n0、nc、nk、na相近，汽车的平顺性在空、满载和副簧起作用前后等均良好。FcnfnCFffFC55又第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定四、后悬架主副簧刚度的分配6. 第二种分配方法第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定四、后悬架主副簧刚度的分配6. 第二种分配方法第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定五、悬架侧倾角刚度及其在前后轴的分配1.悬架侧倾角刚度定义簧上质量产生单位侧倾角时悬架给车

20、身的弹性恢复力矩。2. 悬架侧倾角刚度对下列使用性能有影响 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定五、悬架侧倾角刚度及其在前后轴的分配3. 车身侧倾角 当侧向惯性力等于0.4倍车重时，车身侧倾角的范围4.前后悬架侧倾角刚度前后悬架侧倾角刚度的分配影响前后轮侧偏角大小,(要求汽车转弯行驶时,在0.4g侧向加速度作用下1-2=1030内)为满足不足转向特性要求，应使前悬架侧倾角刚度略大于后悬架的侧倾角刚度。轿车前后悬架侧倾角刚度比值为1.42.6。 侧倾角 车型 车 身 侧 倾角 备注 轿车 2.5040 货车 6070 第六章第六章 悬架设计悬

21、架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（一）布置方案对称式：钢板弹簧中部在车轴（桥）上固定中心至两端卷耳中心距离相等不对称式：钢板弹簧中部在车轴（桥）上固定中心至两端卷耳中心距离不相等第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（二）主要参数的确定由总体布置给出的初始条件：G1、G2 满载静止时，汽车前、后轴（桥）负荷Gu1、Gu2 簧下部分荷重板簧载荷：Fw1 =（G1 - Gu1）/2；Fw2 =（G2 - Gu2）/2L 汽车轴距已选定的参数：fc、fd第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第

22、四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（二）主要参数的确定1. 满载弧高fa 1）定义：是指板簧装到车轴上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端（不含卷耳孔半径）连线间的最大高度差。2）影响选取fa的因素3）fa的推荐值 10 20 mm fa 影响因素 要求 fa取 备 注 车身高度 小（fa =0） fa增大， 车身高度增加， hg增加 板簧工作应力 变化幅度 零 板簧在对称位置上 工作 板簧工作中的 塑性变形 小 fa略大于零可以补偿 塑性变形 动挠度 fd 大 保证有足够的 fd 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢

23、板弹簧的设计（二）主要参数的确定2. 钢板弹簧长度L1）定义：钢板弹簧伸直后，两卷耳中心之间的距离 。2）影响选取L的因素影响因素 L 要求L取 备 注 钢板弹簧的 工作应力 尽可能长些 钢板弹簧的 刚度 尽可能长些 钢板弹簧的 纵向角刚度 尽可能长些 总体布置 短 些 因扭转力矩产生的应力 尽可能长些 轴距短的汽车 短 些 车头形式 平头车前悬架 布置困难 26)(/KSLEhfcw3048)(/KSLEJC42/CLCLrEh /2第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（二）主要参数的确定2. 钢板弹簧长度L纵向角刚度C的定义：

24、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（T）值。分析上式可知：在垂直刚度不变的条件下，CL2所以L增加的同时C也上升，结果因扭转力矩T引起的变形减少（即r角减少）导致扭转力矩T产生的应力减少： 42CLTC第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（二）主要参数的确定2. 钢板弹簧长度L3）选取原则：在总布置允许的条件下，L尽可能选长些。4）推荐L的选取范围车型 L L 备 注 轿 车 （0.40 0.55） 轴距 前悬架 （0.26 0.35） 轴距 货 车 后悬架 （0.35 0.45） 轴距 第六章第六章 悬架设计

25、悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（二）主要参数的确定3. 钢板断面尺寸及片数的确定1）钢板断面宽度b 影响因素 参数b 影响因素 要求 b 取 备注 增加卷耳强度 宽 因为传力复杂，故有必要加强 减少钢板弹簧片数 宽 片数少了，片间摩擦减少，总厚变小 增加转向轮转角 窄 减少钢板弹簧 扭曲应力 窄 指汽车车身侧倾时 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（二）主要参数的确定3. 钢板断面尺寸及片数的确定1）钢板断面宽度b 平均厚度hpECKSLJ48)(30wWSKLFW4)(0002W

26、Jhp第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（二）主要参数的确定3. 钢板断面尺寸及片数的确定1）钢板断面宽度b 推荐b=(610) hp ，b应符合国标第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（二）主要参数的确定3. 钢板断面尺寸及片数的确定2）钢板弹簧片厚h影响因素 参 数h 影 响 因 素 要 求h 取 备 注 减 少 薄 Jo影 响C 减 少 薄 C影 响 平 顺 性 减 少 片 数n 厚 加 强 主 片 强 度 厚 制 造 工 艺 厚 度 组 数少 各 片 寿 命

27、 相 近 厚 度 差 别小 1230/)(nbhJ3048)/()(KSLEJC第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（二）主要参数的确定3. 钢板断面尺寸及片数的确定2）钢板弹簧片厚h选取原则 h应当符合国家标准规格 h选用=(10.1)h计算 厚度组数三组，而且hmax/hmin1.5 相邻两组的厚度比1.25 计算hhnni) 1 . 01 (11第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（二）主要参数的确定3. 钢板断面尺寸及片数的确定3）钢板断面形状钢板断面形状不同

28、的原因：图a示出的矩形断面钢板弹簧中性轴在对称位置处。工作时，上、下表面的拉、压应力绝对值相等。因为材料抗压能力大于抗拉能力，所以，受拉应力的上表面先行损坏。移动中性轴可以使拉应力下降，压应力上升，寿命提高。第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（二）主要参数的确定3. 钢板断面尺寸及片数的确定4）钢板弹簧片数n推荐范围 n 钢板弹簧形式 n(片) 备注 多片钢板弹簧 6 14 重型货车可达 20 少片钢板弹簧 1 4 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（二）主要参数

29、的确定3. 钢板断面尺寸及片数的确定4）钢板弹簧片数n影响因素 n 影响因素 要求 n 取 备注 制造 少 装配 少 减少干摩擦 少 提高平顺性 等强度 多 材料利用率 多 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（三）各片长度的确定第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（四）刚度验算共同曲率法假设：1）同一截面各片曲率半径变化值相同；2）各片承受的弯矩正比于其惯性矩；3）截面上各片的弯矩和等于外力所引起的力矩 1111111113111)()(6kiikkiikkknkk

30、kkJYJYllYYECl1、lk+1主片和第（k+1）片的一半长度E材料弹性模量经验修正系数 =0.900.94l1用主片的一半代入得到的是钢板弹簧总成自由刚度Cj (l1-0.5ks)代入得到的是钢板弹簧总成夹紧刚度Cz 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（五）自由状态弧高及曲率半径计算 1. 弧高定义：钢板弹簧各片装配后，在预压缩和U型螺栓夹紧前，主片上表面与两端（不含卷耳孔半径）连线间的最大高度差H0。第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（五）自由状态弧高及

31、曲率半径计算 1. 弧高计算公式：H0=(fc+fa+f)f钢板弹簧总成用U形螺栓夹紧后引起的弧高变化量。2. 曲率半径钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径Ro0208HLR 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（五）自由状态弧高及曲率半径计算 2. 曲率半径（1）自由状态下曲率半径的特点：各片曲率半径不同，而且如图所示：主片附近的几片曲率半径比较大，片越短，曲率半径越小。装配夹紧之后，各片曲率半径相同。（2）自由状态下曲率半径不同的原因 保证各片有相同的寿命由式 可知：在承受垂直载荷作用时，片厚h厚的片应力稍大。主片又承受其它力。

32、故早于其它片损坏的机会多。当将各片曲率半径作成不一样时，装配后用U形螺栓夹紧。有些片产生负预应力。有些片则产生正的预应力。工作时产生的应力与之合成。使各片应力大致接近。寿命也接近。)(26KSLEhf第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（五）自由状态弧高及曲率半径计算 2. 曲率半径减轻主片的工作条件：a 各片厚度一样，各片曲率半径也作成不同。目的是利用各片曲率半径不同，装配夹紧后各片之间贴合良好，当载荷小时，各片也能参加工作，减轻主片负荷。b 若各片曲率半径相同，在车轮自由落下时，下面几片松脱（因为有U形螺栓，不会散开）、车轮、

33、车轴的质量由主片承担，不合理。 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（五）自由状态弧高及曲率半径计算 2. 曲率半径（3）要求各片自由状态下具有的曲率半径，经装配夹紧后产生的预应力，能保证各片有相同的疲劳强度。 （4）各片自由状态下的曲率半径Ri的确定21 000iiiEhRRR第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（五）自由状态弧高及曲率半径计算 2. 曲率半径（5）0i的确定原则1）装配前各片弹簧片间间隙相差不大。装配后贴合良好2）适当降低主片及相邻长片的应力，保证

34、有足够的使用寿命。原则：原则：各片厚度相同的钢板弹簧0i不宜选取过大；各片厚度不同的钢板弹簧，厚片0i可取大些。 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（五）自由状态弧高及曲率半径计算 2. 曲率半径（6）推荐0i的取值范围预应力从长片到短片由负值逐渐增至正值。14片长片叠加负的的预应力，短片叠加正的的预应力。主片根部的工作应力与预应力叠加后的合成应力要在300350 N/mm2 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（六）钢板弹簧总成弧高的核算 等厚叶片Ro用下式计算：

35、钢板弹簧总成弧高H用下式计算 两式核算结果应相近。如果相差甚多须从新选取0i再核算niiniiiLRLR110/1020028)(8RLHfffHRLHac用第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（七）钢板弹簧强度验算 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（七）钢板弹簧强度验算 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（七）钢板弹簧强度验算 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹

36、性元件的计算一、钢板弹簧的设计（七）钢板弹簧强度验算 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（七）钢板弹簧强度验算卷耳和弹簧销的强度核算第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧的设计（八）少片簧第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算二、扭杆弹簧分类第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算二、扭杆弹簧布置形式分析第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算二、

37、扭杆弹簧圆形断面扭杆设计扭杆直径d 扭杆有效长度L设计时先根据平顺性要求选定悬架刚度C，而悬架刚度有与扭杆扭转刚度成正比。所以，扭转刚度不宜过大，以防汽车平顺性变坏。3max)(16Md ncGdL324第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算二、扭杆弹簧材料40Cr , 45CrNiMoVA, 42CrMo,50CrV,经过预扭处理和喷丸处理端部形状 形状 特点 花键 方形 六角形 备注 制造 难 容易 容易 疲劳强度 弱 足够 足够 应用 多 少 少 如用三角形花键，花键角度若取太小，载荷分布不均匀；花键角度若取太大，套管会因强度不足而裂开。一般应

38、选用90三角花键或渐开线花键组合式用的多第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算二、扭杆弹簧端部尺寸 推荐： D=(1.2 1.3)d L1=0.4D 过渡段尺寸 推荐：端部到杆部用30夹角椎体过渡，使之应力集中最小 过渡段长：Lg =(D-d)/2tg15 过渡圆角： r=1.5d323DdDdDdLLgeL=Lo+2Le第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计一、设计要求1对前轮独立悬架导向机构的要求1）悬架上载荷的变化，保证轮距变化4.0mm 2）悬架上载荷的变化, 前轮定位参数有合理变化

39、特性，车轮不应产生纵 向加速度。有纵向加速度，就有纵向冲击。就能引起惯性力矩作用在转向节上，使转向盘上的力矩变化。 3）转弯行使时，车身侧倾角小。要求作到：在0.4g侧向加速度作用下，车身侧倾角不大于6 7 车轮与车身同向倾斜，增强不足转向效应。4）制动时，应使车身有抗前俯的作用，加速时，应使车身有抗后仰的作用。 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计一、设计要求2对后轮独立悬架导向机构的要求1）悬架上载荷变化时，轮距无明显变化。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。减少过多转向效应。第六章第六章 悬架设计悬

40、架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计二、导向机构的布置参数 1侧倾中心位置的确定方法第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计二、导向机构的布置参数 1侧倾中心位置的确定方法1) 双横臂式独立悬架侧倾中心位置的确定首先延长上、下横臂交于P点，其次P点与车轮接地中心点N连线，PN线与汽车横断面对称线交于W点。W点即是侧倾中心。W点至地面距离hw称之为侧倾中心高度。 0tancos2Rdkpbhvw)sin()90sin(ckdkpsin第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机

41、构的设计独立悬架导向机构的设计二、导向机构的布置参数 1侧倾中心位置的确定方法2) 滑柱摆臂式独立悬架侧倾中心位置的确定 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计二、导向机构的布置参数 1侧倾中心位置的确定方法2) 滑柱摆臂式独立悬架侧倾中心位置的确定首先，从E点做活塞杆运动方向的垂直线与下横臂延长线（GD）交于P点，P点于车轮接地中心点N连线，交在汽车横断面对称线上W点，W为悬架侧倾中心。式中 svwrtandcoskpbh2)sin(ockdsinkp第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬

42、架导向机构的设计二、导向机构的布置参数 1侧倾中心位置的确定方法（1）侧倾中心的定义：在侧向力的作用下，车身在通过左、右车轮中心的横向平面内发生侧倾时，相对于地面的瞬时摆动中心。（2） 独立悬架导向机构在横向平面内的布置位置对侧倾中心位置有影响。 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计二、导向机构的布置参数 2侧倾中心1） 侧倾轴线：汽车前后侧倾中心的连线称为侧倾轴线要求：要求：（1）侧倾轴线大致与地面平行，并尽可能离地面高些。侧倾轴线与地面平行，为的是在汽车转弯行驶时，汽车前、后轴上的轴荷变化接近相等，从而保证中性转向特性。侧倾轴线

43、离地面高些，是为了使它到车身质心的距离短些，结果侧向力造成的侧倾力矩的力臂减少，结果车身的侧倾角减少。（2）前悬架侧倾中心位置的高度越高，轮距变化可能越大。第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计二、导向机构的布置参数 2侧倾中心2） 推荐值悬架 hw hw mm 前悬架 0 120 后悬架 80 150 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计二、导向机构的布置参数 3纵倾中心 定义确定方法（1） 双横臂式悬架纵倾中心位置的确定 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第

44、五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计二、导向机构的布置参数 3纵倾中心 确定方法（2）麦弗逊式悬架纵倾中心位置的确定第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计二、导向机构的布置参数 4抗制动前俯角当汽车前、后悬架的纵倾中心位于轴距以内时，纵倾中心便具有抗制动前俯角性能第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计二、导向机构的布置参数 5抗驱动纵倾性（后仰）求解方法与4相似，结论如下：1)汽车为单桥驱动才有抗驱动纵倾性作用2)对于独立悬架，纵倾中心位置应高于驱动桥车轮中心第

45、六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计二、导向机构的布置参数 6悬架摆臂定位角悬架摆臂定位角第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计三、双横臂式独立悬架导向机构设计双横臂式独立悬架导向机构设计 1. 纵向平面内上、下横臂的布置1) 上、下横臂轴轴线在汽车纵向平面内的布置方案第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计三、双横臂式独立悬架导向机构设计双横臂式独立悬架导向机构设计 1. 纵向平面内上、下横臂的布置2）主销后倾角变化

46、规律（1）悬架弹簧压缩时后倾角增大（2）悬架弹簧拉伸时后倾角减小按上述规律变化，制动时汽车前俯角减小。第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计三、双横臂式独立悬架导向机构设计双横臂式独立悬架导向机构设计 1. 纵向平面内上、下横臂的布置3）1、2角的匹配对主销后倾角的影响1、2角有多种匹配方案。在车轮上、下跳动（z）时,不同匹配方案对主销后倾角的影响不一样。方案 1 2 1 +5o -5o 2 0o -5o 3 0o 0o 4 0o +5o 5 -5o +5o 6 -5o -10o 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节

47、独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计三、双横臂式独立悬架导向机构设计双横臂式独立悬架导向机构设计 1. 纵向平面内上、下横臂的布置3）1、2角的匹配对主销后倾角的影响 方案 变化 应 用 压缩行程 增 大 1 拉伸行程 减 小 用于前悬架 压缩行程 增 大 2 拉伸行程 减 小 用于前悬架 压缩行程 极 小 3 拉伸行程 极 小 少用 压缩行程 减 小 4 拉伸行程 增 大 前悬架不用 压缩行程 减 小 5 拉伸行程 增 大 前悬架不用 压缩行程 增 大 6 拉伸行程 减 小 用于前悬架 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计

48、三、双横臂式独立悬架导向机构设计双横臂式独立悬架导向机构设计 2. 横向平面内上、下横臂的布置方案上、下横臂在横向平面内的布置方案组合起来有多种。不同方案匹配结果影响侧倾中心位置不同。第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计三、双横臂式独立悬架导向机构设计双横臂式独立悬架导向机构设计 2. 横向平面内上、下横臂的布置方案1）侧倾中心位置求解过程（1）首先求悬架的瞬时摆动中心（如图a,O14）（2）从瞬时摆动中心与车轮接地中心连线（3）左、右瞬时摆动中心与车轮接地中心连线交在O点，即为侧倾中心所在位置处第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工

49、程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计三、双横臂式独立悬架导向机构设计双横臂式独立悬架导向机构设计 2. 横向平面内上、下横臂的布置方案2) 图例特点根据已初步选定的侧倾中心位置高度尺寸和为保证此尺寸能准确实现，利用改变上、下横臂位置即可特点 例 a) b) c) 上横臂 下横臂 侧倾中心位于 地面上 地面下 地面 第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计三、双横臂式独立悬架导向机构设计双横臂式独立悬架导向机构设计 3. 水平面内上、下横臂摆动轴线的布置方案1) 布置方案与主销后倾角的关系在水平面内上、下横臂的摆

50、动轴线，可以与汽车纵轴轴线平行，也可能与之呈一定的夹角，称为水平斜置角，并规定轴线前端远离汽车纵轴线的夹角为正，反之为负，平行者为零。下横臂轴MM与纵轴轴线夹角用1表示，上横臂轴NN与纵轴轴线夹角用2表示1与2的匹配有三种方案，不同方案对车轮上跳主销后倾角变化有影响第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计三、双横臂式独立悬架导向机构设计双横臂式独立悬架导向机构设计 3. 水平面内上、下横臂摆动轴线的布置方案1) 布置方案与主销后倾角的关系第六章第六章 悬架设计悬架设计汽车工程系第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计三