悬架设计43694.ppt

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1、 第六章第六章 悬架设计悬架设计 第一节第一节 概述概述功用功用 1.1.传递作用在车轮和车架传递作用在车轮和车架(或车身或车身)之间之间的一切力和力矩，并且缓和路面传给车架的一切力和力矩，并且缓和路面传给车架(或或车身车身)的冲击载荷，的冲击载荷，衰减由此引起的承载系衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性；统的振动，保证汽车的行驶平顺性；2.2.保保证证车车轮轮在在路路面面不不平平和和载载荷荷变变化化时时有有理想的运动特性；理想的运动特性；一、概述一、概述功用功用 3.3.保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。高速行驶能力。组成组成 由弹性

2、元件、导向装置、减振器、缓冲由弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器等组成块和横向稳定器等组成。一、概述一、概述二二 各组成元件功用各组成元件功用弹性元件弹性元件:缓和路面传给车架缓和路面传给车架(或车身或车身)的冲的冲击载荷。击载荷。导向装置：导向装置：导向装置由导向杆系组成，用来导向装置由导向杆系组成，用来决定车轮相对于车架决定车轮相对于车架(或车身或车身)的运动特性并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，和力矩。当用纵置钢板弹簧作弹性元件时，它兼起导向装置作用。它兼起导向装置作用。二二 各组成

3、元件功用各组成元件功用减振器：减振器：衰减承载系统的振动衰减承载系统的振动 。减振器缓冲块：减振器缓冲块：缓冲块用来减轻车轴对车架缓冲块用来减轻车轴对车架(或车身或车身)的直接冲撞，防止弹性元件产生过的直接冲撞，防止弹性元件产生过大的变形。大的变形。横向稳定器：横向稳定器：装有横向稳定器的汽车，能减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。少转弯行驶时车身的侧倾角和横向角振动。三三 对悬架提出的设计要求有：对悬架提出的设计要求有：保证汽车有良好的行驶平顺性。保证汽车有良好的行驶平顺性。o具有合适的衰减振动能力。具有合适的衰减振动能力。o保证汽车具有良好的操纵稳定性。保证汽

4、车具有良好的操纵稳定性。o汽汽车车制制动动或或加加速速时时要要保保证证车车身身稳稳定定，减减少车身纵倾；转弯时车身侧倾角要合适。少车身纵倾；转弯时车身侧倾角要合适。三三 对悬架提出的设计要求有：对悬架提出的设计要求有：有良好的隔声能力。有良好的隔声能力。结构紧凑、占用空间尺寸要小。结构紧凑、占用空间尺寸要小。可可靠靠地地传传递递车车身身与与车车轮轮之之间间的的各各种种力力和和力力矩矩，在在满满足足零零部部件件质质量量要要小小的的同同时，还要保证有足够的强度和寿命。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 第二节第二节 悬架结构形式分析悬架结构形式分析悬架结构形式分析悬架结

5、构形式分析一一.非独立悬架和独立悬架非独立悬架和独立悬架 图图61 61 悬架的结构形式简图悬架的结构形式简图 a)a)非独立悬架非独立悬架 b)b)独立悬架独立悬架悬架结构形式分析悬架结构形式分析一一.非独立悬架和独立悬架非独立悬架和独立悬架 非独立悬架非独立悬架一一.非独立悬架和独立悬架非独立悬架和独立悬架二二.独立悬架结构形式分析独立悬架结构形式分析 独立悬架又分为双横臂式、单横臂式、双独立悬架又分为双横臂式、单横臂式、双纵式、单纵臂式、单斜臂式、麦弗逊式和扭转纵式、单纵臂式、单斜臂式、麦弗逊式和扭转梁随动臂式等几种。梁随动臂式等几种。表表6161分析了不同形式独立悬架的特点分析了不同形

6、式独立悬架的特点。悬架结构形式分析悬架结构形式分析基本特性评价：基本特性评价：(1)(1)侧倾中心高度侧倾中心高度 (2)(2)车轮定位参数的变化车轮定位参数的变化 (3)(3)悬架侧倾角刚度悬架侧倾角刚度 (4)(4)横向刚度横向刚度 (5)(5)占用空间尺寸占用空间尺寸 悬架结构形式分析悬架结构形式分析悬架结构形式分析悬架结构形式分析 三、前、后悬架方案的选择三、前、后悬架方案的选择 前轮和后轮均采用非独立悬架；前轮和后轮均采用非独立悬架；前轮采用独立悬架，后轮采用非独立前轮采用独立悬架，后轮采用非独立 悬架；悬架；前轮与后轮均采用独立悬架等几种。前轮与后轮均采用独立悬架等几种。图66 扭

7、转梁随动臂式悬架用橡胶衬套 悬架结构形式分析悬架结构形式分析图66 扭转梁随动臂式悬架用橡胶衬套 第六章第六章 悬架设计悬架设计 第三节第三节 悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定一、悬架静挠度一、悬架静挠度 指汽车满载静止时悬架上的载荷指汽车满载静止时悬架上的载荷FwFw与此时悬与此时悬架刚度架刚度c c之比之比 。二、悬架动挠度二、悬架动挠度 指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允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许的最大变形(通常指缓冲块压缩到其自由高度通常指缓冲块压缩到其自由高度的的1 12 2或或2 23)3)时，车轮中心相对车架时

8、，车轮中心相对车架(或车身或车身)的垂直位移。的垂直位移。悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定三、悬架弹性特性三、悬架弹性特性 悬架受到的垂直外力悬架受到的垂直外力F F与由此所引起的车轮与由此所引起的车轮中心相对于车身位移中心相对于车身位移f(f(即悬架的变形即悬架的变形)的关系曲的关系曲线称为悬架的弹性特性。线称为悬架的弹性特性。悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定 三、悬架弹性特性三、悬架弹性特性 四、后悬架主、副簧刚度的分配四、后悬架主、副簧刚度的分配 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、后轴的分配五、悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配 悬架侧倾角刚度：悬架

9、侧倾角刚度：系指簧上质量产生单位侧倾角时系指簧上质量产生单位侧倾角时悬架给车身的弹性恢复力矩。悬架给车身的弹性恢复力矩。它对簧上质量的侧倾角有影响：它对簧上质量的侧倾角有影响：I.I.侧倾角过大或过小都不好。侧倾角过大或过小都不好。II.II.乘乘坐坐侧侧倾倾角角刚刚度度过过小小而而侧侧倾倾角角过过大大的的汽汽车车，乘乘员员缺乏舒适感和安全感。缺乏舒适感和安全感。悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定它对簧上质量的侧倾角有影响：它对簧上质量的侧倾角有影响：III.III.侧侧倾倾刚刚度度过过大大而而侧侧倾倾角角过过小小的的汽汽车车又又缺缺乏乏汽汽车车发发生生侧侧翻翻的的感感觉觉，同同时时使使轮轮

10、胎胎侧侧偏偏角角增增大大，如如果果发发生在后轮会使汽车增加了过多转向的可能。生在后轮会使汽车增加了过多转向的可能。IV.IV.要要求求在在侧侧向向惯惯性性力力等等于于0 0.4 4倍倍车车重重时时，轿轿车车车车身身侧侧倾倾角角在在2 2.5 54 4，货货车车车车身身侧侧倾倾角角不不超超过过6 67 7。悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定它对簧上质量的侧倾角有影响：它对簧上质量的侧倾角有影响：此此外外，还还要要求求汽汽车车转转弯弯行行驶驶时时，在在0 0.4g4g的的侧侧向向加加速速度度作作用用下下，前前、后后轮轮侧侧偏偏角之差角之差1 1-2 2应当在应当在1 13 3范围内。范围内。而而

11、前前、后后悬悬架架侧侧倾倾角角刚刚度度的的分分配配会会影影响响前前、后后轮轮的的侧侧偏偏角角大大小小，从从而而影影响响转转向向特特性性，所所以以设设计计时时还还应应考考虑虑悬悬架架侧侧倾倾角角刚刚度在前、后轴上的分配。度在前、后轴上的分配。悬架主要参数的确定悬架主要参数的确定 它对簧上质量的侧倾角有影响：它对簧上质量的侧倾角有影响：为为满满足足汽汽车车稍稍有有不不足足转转向向特特性性的的要要求求，应应使使汽汽车车前前轴轴的的轮轮胎胎侧侧偏偏角角略略大大于于后后轴轴的的轮轮胎胎侧侧偏偏角角。为为此此，应应该该使使前前悬悬架架具具有有的的侧侧倾倾角角刚刚度度要要略略大大于于后后悬悬架架的的侧侧倾倾

12、角角刚刚度度。对对轿轿车车，前前、后后悬悬架架侧侧倾倾角角刚刚度比值一般为度比值一般为1 1.4 42 2.6 6。第六章第六章 悬架设计悬架设计 第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算 弹性元件的计算弹性元件的计算一、钢板弹簧一、钢板弹簧(一一)钢板弹簧的布置方案钢板弹簧的布置方案(二二)钢板弹簧主要参数的确定钢板弹簧主要参数的确定 1 1满载弧高满载弧高 2 2钢板弹簧长度钢板弹簧长度L L的确定的确定 弹性元件的计算弹性元件的计算 2 2钢板弹簧长度钢板弹簧长度L L的确定的确定 3 3钢板断面尺寸及片数的确定钢板断面尺寸及片数的确定(1)(1)钢板断面宽度钢板断面宽度b b的确定的

13、确定 (2)(2)钢板弹簧片厚钢板弹簧片厚h h的选择的选择(3)(3)钢板断面形状钢板断面形状(4)(4)钢板弹簧片数钢板弹簧片数n n 弹性元件的计算弹性元件的计算(三三)钢板弹簧刚度验算钢板弹簧刚度验算(四四)钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算(五五)钢板弹簧总成弧高的核算钢板弹簧总成弧高的核算(六六)钢板弹簧强度验算钢板弹簧强度验算(七七)少片弹簧少片弹簧 弹性元件的计算弹性元件的计算二、扭杆弹簧二、扭杆弹簧 弹性元件的计算弹性元件的计算二、扭杆弹簧二、扭杆弹簧 第六章第六章 悬架设计悬架设计 第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独

14、立悬架导向机构的设计 一、设计要求一、设计要求 对前轮独立悬架导向机构的要求是：对前轮独立悬架导向机构的要求是：1)1)悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过4.Omm4.Omm，轮距变化大会引起轮胎早期磨损。轮距变化大会引起轮胎早期磨损。2)2)悬架上载荷变化时，前轮定位参数要有合理的悬架上载荷变化时，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。变化特性，车轮不应产生纵向加速度。一、设计要求一、设计要求 对前轮独立悬架导向机构的要求是：对前轮独立悬架导向机构的要求是：3)3)汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小。在汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小。在

15、0.4g0.4g侧向加速度作用下，车身侧倾角不大于侧向加速度作用下，车身侧倾角不大于6 67 7，并使车轮与车身的倾斜同向，以增，并使车轮与车身的倾斜同向，以增强不足转向效应。强不足转向效应。4)4)汽车制动时，应使车身有抗前俯作用；加速汽车制动时，应使车身有抗前俯作用；加速时，有抗后仰作用。时，有抗后仰作用。一、设计要求一、设计要求对后轮独立悬架导向机构的要求是：对后轮独立悬架导向机构的要求是：1)1)悬架上的载荷变化时，轮距无显著变化。悬架上的载荷变化时，轮距无显著变化。2)2)汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小，并使汽车转弯行驶时，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

16、效车轮与车身的倾斜反向，以减小过多转向效应。应。此外，导向机构还应有够强度，并可靠地传此外，导向机构还应有够强度，并可靠地传递除垂直力以外的各种力和力矩。递除垂直力以外的各种力和力矩。一、设计要求一、设计要求 目前，汽车上广泛采用上、下臂不等长的目前，汽车上广泛采用上、下臂不等长的双横臂式独立悬架双横臂式独立悬架(主要用于前悬架主要用于前悬架)和和滑柱滑柱摆臂摆臂(麦弗逊麦弗逊)式独立悬架式独立悬架。下面以这两种悬架为例，分别讨论独立悬下面以这两种悬架为例，分别讨论独立悬架导向机构参数的选择方法，分析导向机构架导向机构参数的选择方法，分析导向机构参数对前轮定位参数和轮距的影响。参数对前轮定位参

17、数和轮距的影响。二、导向机构的布置参数二、导向机构的布置参数1 1侧倾中心侧倾中心双横臂式独立悬架的侧倾中心双横臂式独立悬架的侧倾中心 二、导向机构的布置参数二、导向机构的布置参数1 1侧倾中心侧倾中心 当当横横臂臂相相互互平平行行时时(图图6 625)25)，P P点点位位于于无无穷穷远远处处。作作出出与与其平行的通过其平行的通过N N点的平行线，同样可获得侧倾中心点的平行线，同样可获得侧倾中心W W。二、导向机构的布置参数二、导向机构的布置参数 1 1侧倾中心侧倾中心 滑柱摆臂式独立悬架的侧倾中心由如图滑柱摆臂式独立悬架的侧倾中心由如图6 62626所示方所示方式得出。从悬架与车身的固定连

18、接点式得出。从悬架与车身的固定连接点E E作活塞杆运动方向作活塞杆运动方向的垂直线并将下横臂线延长。两条线的交点即为的垂直线并将下横臂线延长。两条线的交点即为P P点。点。二、导向机构的布置参数二、导向机构的布置参数2 2侧倾轴线侧倾轴线 汽车前部与后部车侧倾中心的连线为汽车前部与后部车侧倾中心的连线为侧倾轴线侧倾轴线 独立悬架独立悬架(纵臂式悬架除外纵臂式悬架除外)的侧倾中心高为：的侧倾中心高为：前悬架前悬架0 0120mm120mm；后悬架后悬架8080150mm150mm。3 3纵倾中心纵倾中心 二、导向机构的布置参数二、导向机构的布置参数4 4抗制动纵倾性抗制动纵倾性(抗制动前俯角抗制

19、动前俯角)二、导向机构的布置参数二、导向机构的布置参数5 5抗驱动纵倾性抗驱动纵倾性 (抗驱动后仰角抗驱动后仰角)抗驱动纵倾性可减小后轮驱动汽车车尾的抗驱动纵倾性可减小后轮驱动汽车车尾的下沉量或前轮驱动汽车车头的抬高量。下沉量或前轮驱动汽车车头的抬高量。与抗制动纵倾性不同的是，只有当汽车为与抗制动纵倾性不同的是，只有当汽车为单桥驱动时，该性能才起作用。单桥驱动时，该性能才起作用。对于独立悬架而言，是纵倾中心位置高于对于独立悬架而言，是纵倾中心位置高于驱动桥车轮中心，这一性能方可实现。驱动桥车轮中心，这一性能方可实现。二、导向机构的布置参数二、导向机构的布置参数6.6.悬架摆臂的定位角悬架摆臂的

20、定位角 独立悬架中的摆臂铰链轴独立悬架中的摆臂铰链轴大多为空间倾斜置。为了描大多为空间倾斜置。为了描述方便，将摆臂空间定位角述方便，将摆臂空间定位角定义为：定义为：摆臂的水平斜置角摆臂的水平斜置角，悬架抗前俯角悬架抗前俯角，悬架斜置初始角悬架斜置初始角 二、导向机构的布置参数二、导向机构的布置参数 三、双横臂式独立悬架导向机构设计三、双横臂式独立悬架导向机构设计 1 1纵向平面内上、下横臂的布置方案纵向平面内上、下横臂的布置方案 为了提高汽车的制动稳定性和舒适性，一般希望为了提高汽车的制动稳定性和舒适性，一般希望主销后倾角的变化规律为：主销后倾角的变化规律为：在悬架弹簧压缩时后倾角增大；在弹簧

21、拉伸时后在悬架弹簧压缩时后倾角增大；在弹簧拉伸时后倾角减小，用以造成制动时因主销后倾角变大而在倾角减小，用以造成制动时因主销后倾角变大而在控制臂支架上产生防止制动前俯的力矩。控制臂支架上产生防止制动前俯的力矩。第第1 1、2 2、6 6方案的主销后倾角变化规律是比较好的方案的主销后倾角变化规律是比较好的 。三、双横臂式独立悬架导向机构设计三、双横臂式独立悬架导向机构设计 1 1纵向平面纵向平面内上、下横内上、下横臂的布置方臂的布置方案案 第第1 1、2 2、6 6方案的主销方案的主销后倾角变化后倾角变化规律是比较规律是比较好的好的2 2横向平面内上、下横臂的布置方案横向平面内上、下横臂的布置方

22、案 三、双横臂式独立悬架导向机构设计三、双横臂式独立悬架导向机构设计 3 3水平面内上、下横臂动轴线的布置方案水平面内上、下横臂动轴线的布置方案 三、双横臂式独立悬架导向机构设计三、双横臂式独立悬架导向机构设计水平面内上、下横臂动轴线的布置方案水平面内上、下横臂动轴线的布置方案 为了使轮胎在遇到凸起路障时能够使轮胎一面上跳，为了使轮胎在遇到凸起路障时能够使轮胎一面上跳，一面向后退让，以减少传到车身上的冲击力，还为了一面向后退让，以减少传到车身上的冲击力，还为了便于布置发动机，大多数前置发动机汽车的悬架下横便于布置发动机，大多数前置发动机汽车的悬架下横臂轴臂轴MMMM的斜置角的斜置角1 1为正，

23、而上横臂轴为正，而上横臂轴NNNN的斜置角的斜置角2 2则有正值、零值和负值三种布置方案，如车轮上跳、则有正值、零值和负值三种布置方案，如车轮上跳、下横臂斜置角下横臂斜置角l l为正、上横臂斜置角为正、上横臂斜置角2 2为负值或零值为负值或零值时，主销后倾角随车轮的上跳而增大。如组合方案为时，主销后倾角随车轮的上跳而增大。如组合方案为上、下横臂斜置角上、下横臂斜置角1 1、2 2都为正值，都为正值，如图如图633a633a所示，所示，则主销后倾角随车轮的上跳较少增加甚至减少则主销后倾角随车轮的上跳较少增加甚至减少(当当1 100.3 3；为避免悬架碰撞车架，取；为避免悬架碰撞车架，取yy=0=

24、0.55s s。三、减振器阻尼系数三、减振器阻尼系数的的 确定确定 减振器阻尼数减振器阻尼数 因悬架系统固有振动频率因悬架系统固有振动频率所以理论上所以理论上三、减振器阻尼系数三、减振器阻尼系数的的 确定确定 实际上应根据减振器实际上应根据减振器的布置特点确定减振器的布置特点确定减振器的阻尼系数。例如，当的阻尼系数。例如，当减振器如图减振器如图640a640a安装安装时，减振器阻尼系数时，减振器阻尼系数用下式计算用下式计算四、最大卸荷力四、最大卸荷力Fo的确定的确定为减小传到车身上的冲击力，当减振器活塞振动速为减小传到车身上的冲击力，当减振器活塞振动速度达到一定值时，减振器打开卸荷阀。此时的活

25、塞度达到一定值时，减振器打开卸荷阀。此时的活塞速度称为速度称为卸荷速度卸荷速度v vx x。在减振器安装如图。在减振器安装如图640b640b所示所示时时 式中，式中，v vx x为卸荷速度，一般为为卸荷速度，一般为0 0.15150 0.30m30ms s；A A为车身振幅，取为车身振幅，取40mm40mm；为悬架振动固有频率。为悬架振动固有频率。如已知伸张行程时的阻尼系数如已知伸张行程时的阻尼系数 s s，在伸张行程的最大卸荷力在伸张行程的最大卸荷力 F Fo o=ss v vx x五、简式减振器工作缸直径五、简式减振器工作缸直径D的确定的确定根据伸张行程的最大卸荷力根据伸张行程的最大卸荷

26、力F Fo o计算计算工作缸直径工作缸直径D D 式中，式中，PP为工作缸最大允许压力，取为工作缸最大允许压力，取3 34MPa4MPa；为连杆直径与缸简直径之比，双筒式减为连杆直径与缸简直径之比，双筒式减振器取振器取 =0=040400 05050，单筒式减振器取，单筒式减振器取=0.30=0.300 0.3535。五、简式减振器工作缸直径五、简式减振器工作缸直径D的确定的确定减振器的工作缸直径减振器的工作缸直径D D有有2020、3030、4040、(45)(45)、5050、65mm65mm等几种。选取时应按标准选用，详见等几种。选取时应按标准选用，详见JBl459JBl459汽车筒式减

27、振器尺寸系列及技术条件汽车筒式减振器尺寸系列及技术条件贮油筒直径贮油筒直径D Dc c=(1=(135351 150)D50)D，壁厚取为，壁厚取为2mm2mm材料可选材料可选2020钢。钢。第六章第六章 悬架设计悬架设计 第七节第七节 悬架的结构元件悬架的结构元件 悬架的结构元件悬架的结构元件 一、控制臂与推力杆一、控制臂与推力杆 二、接头二、接头 三、钢板弹簧叶片端部的形状与卷耳三、钢板弹簧叶片端部的形状与卷耳思考题思考题1.1.悬架的作用是什么？悬架的作用是什么？2.2.悬架的静挠度是什么？动挠度又是什么？悬架的静挠度是什么？动挠度又是什么？3.3.悬架的频率，挠度，前后悬架的频率（或挠度）是什悬架的频率，挠度，前后悬架的频率（或挠度）是什么关系？么关系？4.4.汽车为什么要采用非线性悬架？货车为什么？轿车又汽车为什么要采用非线性悬架？货车为什么？轿车又是为什么？是为什么？5.5.钢板弹簧主副簧配置可实现非线性特性？问钢板弹簧主副簧配置可实现非线性特性？问FKFK应如何应如何选择，适用于什么工况？选择，适用于什么工况？6.6.钢板弹簧强度验算哪几种情况？钢板弹簧强度验算哪几种情况？7.7.独立悬架导向机构的设计要求是什么？独立悬架导向机构的设计要求是什么？8.8.导向机构的布置参数是什么？导向机构的布置参数是什么？