(2.22)--18.19悬架汽车设计.pdf

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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 概概 述述第二节第二节 悬悬架结构形式分析架结构形式分析第三节第三节 悬悬架主要参数的确定架主要参数的确定第四节第四节 弹弹性元件的计性元件的计算算第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计了解悬架结构形式类型、特点与应用，了解悬架结构形式类型、特点与应用，掌握悬架主要参数的确定，掌握悬架主要参数的确定，掌握弹性元件的设计和计算方法，掌握弹性元件的设计和计算方法，熟悉独立悬架导向机构设计方法，熟悉独立悬架导向机构设计方法，熟悉悬架主要元件的结构设计。熟悉悬架主要元件的结构设计。第六章第六章悬架设计悬架设计第一节第一节 概述概述悬架功用悬

2、架功用悬架组成悬架组成悬架设计要求悬架设计要求第一节第一节 概述概述功功用用 弹性弹性连接车架（车身）与车轴（车轮连接车架（车身）与车轴（车轮）；）；传递作用在车轮与车架（车身）之间的一切传递作用在车轮与车架（车身）之间的一切力和力力和力矩；矩；第一节第一节 概述概述悬架功用悬架功用 缓和缓和路面传给车架（车身）的冲击载荷路面传给车架（车身）的冲击载荷，衰，衰减由此引起的承载系统的振动减由此引起的承载系统的振动，保证汽车行保证汽车行驶平顺性；驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的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，使汽车获运动特性，保证汽车操纵稳定性，

3、使汽车获得高速行驶能得高速行驶能力。力。二组成二组成弹性元件 导向装置 减振器 缓冲块 横向稳定器悬 架弹性元件缓冲块横向稳定器减振装置导向装置钢板弹簧螺旋弹簧扭杆弹簧空气弹簧油气弹簧橡胶弹簧非独立悬架独立悬架平衡式悬架交联式悬架主动式悬架二组成二组成弹性元件 导向装置 减振器 缓冲块 横向稳定器悬 架弹性元件缓冲块横向稳定器减振装置导向装置钢板弹簧螺旋弹簧扭杆弹簧空气弹簧油气弹簧橡胶弹簧非独立悬架独立悬架平衡式悬架交联式悬架主动式悬架悬 架弹性元件缓冲块缓冲块横向稳定器横向稳定器减振装置减振装置导向装置钢板弹簧钢板弹簧螺旋弹簧螺旋弹簧扭杆弹簧扭杆弹簧空气弹簧空气弹簧油气弹簧油气弹簧橡胶弹簧橡

4、胶弹簧非独立悬架非独立悬架独立悬架独立悬架平衡式悬架平衡式悬架交联式悬架交联式悬架主动式悬架主动式悬架悬架组成悬架组成 导向装置由导向杆系组成，用来决定车轮相对于车架的运动特性，并由此传递除弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩。当纵置钢板弹簧作做弹性元件时。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碰撞，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。悬架悬架设计要求设计要求1）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。2）具有合适的衰减振动能力。）具有合适的衰减振动能力。3）保证汽车具有良好的操纵稳定性。）保证汽车

5、具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）汽车制动或加速时要保证车身稳定，减少车身纵倾；转倾；转弯时弯时车身侧倾角要合适车身侧倾角要合适。悬架悬架设计要求设计要求5）有良好的隔声能力。）有良好的隔声能力。6）结构紧凑、占用空间尺寸要小。）结构紧凑、占用空间尺寸要小。7）可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满）可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零足零部件部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。命。悬架的基本设计要求悬架的基本设计要求 为满足汽车良好的行驶平顺性，簧上质量和弹为满足汽车良好的行驶平顺性，簧

6、上质量和弹性元件组成的振动系统的固有频率在合适性元件组成的振动系统的固有频率在合适的的频频段，尽可能低；段，尽可能低；前后悬架固有频率的匹配应合理；前后悬架固有频率的匹配应合理；乘用车乘用车 前悬架固有频率略低于后悬架前悬架固有频率略低于后悬架 避免悬架撞击车身；避免悬架撞击车身；簧上质量变化时，要考虑使用非线性弹性悬架。簧上质量变化时，要考虑使用非线性弹性悬架。悬架的基本设计要求悬架的基本设计要求汽车在不平路面上行驶时，由于悬架的弹性作用，汽车在不平路面上行驶时，由于悬架的弹性作用，汽车产生垂直振动，为了保证汽车的稳定性，需要汽车产生垂直振动，为了保证汽车的稳定性，需要迅速衰减振动，悬架应选

7、择安装合适的减振器，使迅速衰减振动，悬架应选择安装合适的减振器，使之具有合理的阻尼。利用减振器的阻尼作用，使汽之具有合理的阻尼。利用减振器的阻尼作用，使汽车振动的振幅连续减小，直至振动停止。车振动的振幅连续减小，直至振动停止。悬架方案和参数的选择悬架方案和参数的选择 对于车轮对于车轮 主销定位角变化不大主销定位角变化不大 车轮运动与导向机构协调车轮运动与导向机构协调 避免前轮摆振避免前轮摆振 对于转向对于转向 保证稍有不足的转向特性保证稍有不足的转向特性 不足转向不足转向第二节第二节悬架悬架结构形式分析结构形式分析一、非独立悬架和独立悬架一、非独立悬架和独立悬架悬架悬架非独非独立悬立悬架架独独

8、立立悬架悬架两类两类左、右车轮用一根整体轴连接，左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连再经过悬架与车架（或车身）连接接左、右车轮通过各自的悬架与车左、右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接架（或车身）连接悬架的结构形式分析悬架的结构形式分析三分类三分类1悬架的分类分类 非独立悬架 独立悬架 简图 结构特点 左右车轮用一根整体轴连接，再经悬架与车架（身）连接 左右车轮用各自的轴和悬架再经悬架与车架（身）连接 三分类三分类1悬架的分类分类 非独立悬架 独立悬架 简图 结构特点 左右车轮用一根整体轴连接，再经悬架与车架（身）连接 左右车轮用各自的轴和悬架再经悬架与车架（身）连接

9、分类 非独立悬架 独立悬架 简图 结构特点 左右车轮用一根整体轴连接，再经悬架与车架（身）连接 左右车轮用各自的轴和悬架再经悬架与车架（身）连接 非独立悬架非独立悬架纵置钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置钢板弹簧式非独立悬架钢板弹簧式非独立悬架非独立悬架非独立悬架 刚度大、平顺性刚度大、平顺性差，钢差，钢板弹簧不能太板弹簧不能太长；长；簧下质量簧下质量大；大；在不平路面上行驶，左右车轮互相干在不平路面上行驶，左右车轮互相干涉；涉；两侧车轮不同步跳动时候，车轮左右摇摆，容易产生两侧车轮不同步跳动时候，车轮左右摇摆，容易产生摆摆振；振；非独立悬架非独立悬架 前轮跳动时，悬架容易与转向机构干前轮跳动时，

10、悬架容易与转向机构干涉；涉；直线行驶于凸凹不平路面时，车轮外倾角变化，直线行驶于凸凹不平路面时，车轮外倾角变化，轴转向轴转向特特性；性；转弯时，离心力产生不利的转弯时，离心力产生不利的轴转向轴转向特特性；性；车轴（车桥）上方要有和弹簧适应的空车轴（车桥）上方要有和弹簧适应的空间。间。非独立悬架应用非独立悬架应用 总质量大些的商用车前、后悬架总质量大些的商用车前、后悬架 某些乘用车的后悬架某些乘用车的后悬架独立悬架独立悬架独立悬架独立悬架 簧下质量小簧下质量小 悬架占用空间小悬架占用空间小 弹性元件只承受垂直力弹性元件只承受垂直力可以使用刚度较小的弹簧可以使用刚度较小的弹簧固有频率降低固有频率降

11、低平顺性改善平顺性改善独立悬架独立悬架 断开断开式车轴式车轴降低发动机位置高度降低发动机位置高度降低整车质心降低整车质心改善行驶稳定性改善行驶稳定性 左右轮互不影响左右轮互不影响减少侧倾、振动减少侧倾、振动起伏路面上的良起伏路面上的良好附着能力好附着能力 方案多，设计余地大方案多，设计余地大 结构复杂 成本高 维修困难独立悬架独立悬架二、独立悬架结构形式分析二、独立悬架结构形式分析分类分类双横臂式双横臂式单横臂单横臂式式双纵臂式双纵臂式单纵臂式单纵臂式单斜臂式单斜臂式麦弗逊式和扭转梁随动臂式麦弗逊式和扭转梁随动臂式 侧倾中心高度 车轮定位参数变化 悬架侧倾角刚度 横向刚度评价指标：评价指标：评

12、价指标：评价指标：1）侧倾中心高度）侧倾中心高度汽车在侧向力的作用下，车身在通过左、右车轮中心的横向汽车在侧向力的作用下，车身在通过左、右车轮中心的横向垂直平面内发生侧倾时，相对于地面的瞬时转动中心，称为侧倾垂直平面内发生侧倾时，相对于地面的瞬时转动中心，称为侧倾中心。中心。侧倾侧倾中心到地面的距离，称为侧倾中心高度。中心到地面的距离，称为侧倾中心高度。侧侧倾中心位置高，它到车身质心的距离缩短，可使侧倾力臂倾中心位置高，它到车身质心的距离缩短，可使侧倾力臂及侧倾力矩小些，车身的侧倾角也会减小。但侧倾中心过高，会及侧倾力矩小些，车身的侧倾角也会减小。但侧倾中心过高，会使车身倾斜时轮距变化大，加速

13、轮胎的磨损。使车身倾斜时轮距变化大，加速轮胎的磨损。侧倾中心侧倾中心车轮的定位参数车轮的定位参数 主销内倾角主销内倾角 主销后倾角主销后倾角 车轮外倾角车轮外倾角 车轮前束车轮前束2）车轮定位参数的变化）车轮定位参数的变化车轮相对车身上下跳动时，主销内倾角、主销后倾角、车轮外倾车轮相对车身上下跳动时，主销内倾角、主销后倾角、车轮外倾角及车轮前束等定位参数会发生变化。角及车轮前束等定位参数会发生变化。若若主销后倾角变化大，容易使转向轮产生摆振主销后倾角变化大，容易使转向轮产生摆振；若若车轮外倾角变化大，会影响汽车直线行驶稳定性，同时也会影车轮外倾角变化大，会影响汽车直线行驶稳定性，同时也会影响轮

14、距的变化和轮胎的磨损速度。响轮距的变化和轮胎的磨损速度。主销内倾角主销内倾角 使车轮有自动复位倾向主销后倾角主销后倾角 车轮与地面接触点在主销延长线后提高直线行驶性能车轮外倾角 Camber Angle 车轮外倾角车轮外倾角 满载时，保证车轮垂直于地面 采用正的外倾角 高速转向时候，防止侧倾 采用负的外倾角车轮前束3）悬架侧倾角刚度）悬架侧倾角刚度 当汽车作稳态圆周行驶时，在侧向力的作用下，当汽车作稳态圆周行驶时，在侧向力的作用下，车厢绕侧倾轴线转动，并将此转动角度称之为车车厢绕侧倾轴线转动，并将此转动角度称之为车厢侧倾角。厢侧倾角。3）悬架侧倾角刚度）悬架侧倾角刚度车厢侧倾角与侧倾力矩和悬架

15、总的侧倾角刚度大小有关，车厢侧倾角与侧倾力矩和悬架总的侧倾角刚度大小有关，并影响汽车的操纵稳定性和平顺性。并影响汽车的操纵稳定性和平顺性。4）横向刚度）横向刚度悬架的横向刚度影响操纵稳定性。若用于转向轴上的悬架悬架的横向刚度影响操纵稳定性。若用于转向轴上的悬架横向刚度小，则容易造成转向轮发生摆振现象。横向刚度小，则容易造成转向轮发生摆振现象。占用占用横向尺寸大的悬架影响发动机的布置和从车上拆装发横向尺寸大的悬架影响发动机的布置和从车上拆装发动机的困难程动机的困难程度。用度。用高度空间小的悬架，则允许行李箱宽高度空间小的悬架，则允许行李箱宽敞，而且底部平整，布置油箱容易。敞，而且底部平整，布置油

16、箱容易。评价指标：评价指标：二、不同形式独立悬架方案分析导 向 机 构 形 式 特性 双横臂式 单横臂式 单 纵 臂式 单 斜 臂式 麦弗逊式 扭 转 梁 随 动臂式 侧轻中心高度、比较低 比较高 比较低 居中 比较高 比较低 车轮相对车身跳动时，车轮定位参数的变化 车轮外倾角，主销内倾角都变化 车轮外倾角，主销内倾角变化大 主 销 后倾 角 变化大 有变化 变化小 两 轮 同 时 跳动不变 轮距 变化小 变化大 不变 变 化 不大 变化很小 不变 悬架侧倾角刚度 较小，要横稳器 较大 较小，要横稳器 居中 较大 较大 横向刚度 大 大 小 较小 大 大 占用空间尺寸 多 少 几乎不占高度空间

17、尺寸 小 小 结构 稍复杂 简单 简单 简单 简单紧凑 简单 成本 稍高 低 低 低 轴距 不变 不变 变 变 化 很小 不变 变 二、不同形式独立悬架方案分析导 向 机 构 形 式 特性 双横臂式 单横臂式 单 纵 臂式 单 斜 臂式 麦弗逊式 扭 转 梁 随 动臂式 侧轻中心高度、比较低 比较高 比较低 居中 比较高 比较低 车轮相对车身跳动时，车轮定位参数的变化 车轮外倾角，主销内倾角都变化 车轮外倾角，主销内倾角变化大 主 销 后倾 角 变化大 有变化 变化小 两 轮 同 时 跳动不变 轮距 变化小 变化大 不变 变 化 不大 变化很小 不变 悬架侧倾角刚度 较小，要横稳器 较大 较小

18、，要横稳器 居中 较大 较大 横向刚度 大 大 小 较小 大 大 占用空间尺寸 多 少 几乎不占高度空间尺寸 小 小 结构 稍复杂 简单 简单 简单 简单紧凑 简单 成本 稍高 低 低 低 轴距 不变 不变 变 变 化 很小 不变 变 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；前轮前轮与后轮均采用独立与后轮均采用独立悬架；悬架；前轮前轮采用独立悬架，后轮采用非独立采用独立悬架，后轮采用非独立悬架悬架。前轴不足转向前轴不足转向 后轴过多转向后轴过多转向 降低后置钢板弹簧前吊耳位置降低后置钢板弹簧前吊耳位置减少过多转减少过多转向趋势向趋

19、势 前轮容易摆振前轮容易摆振1.前、后轮采用非独立悬架前、后轮采用非独立悬架(钢板弹簧）钢板弹簧）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、后悬架均采用纵置钢板前、后悬架均采用纵置钢板弹簧非独立悬架的汽车转向弹簧非独立悬架的汽车转向行驶时，内侧悬架处于减载行驶时，内侧悬架处于减载而外侧悬架处于加载状态，而外侧悬架处于加载状态，于是内侧悬架缩短，外侧悬于是内侧悬架缩短，外侧悬架受压而伸长，结果与悬架架受压而伸长，结果与悬架固定连接的车轴（桥）的轴固定连接的车轴（桥）的轴线相对汽车纵向中心线偏转线相对汽车纵向中心线偏转一角度一角度。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

20、对前轴，这种偏转使汽车不足转向趋势增加对前轴，这种偏转使汽车不足转向趋势增加对后桥，则增加了汽车过多转向趋势对后桥，则增加了汽车过多转向趋势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轿车将后悬架纵置钢板弹簧的前部轿车将后悬架纵置钢板弹簧的前部吊耳位置布置得比后边吊耳低，于吊耳位置布置得比后边吊耳低，于是悬架的瞬时运动中心位置降低，是悬架的瞬时运动中心位置降低，与悬架连接的车桥位置处的运动轨与悬架连接的车桥位置处的运动轨迹如图所示，即处于外侧悬架与车迹如图所示，即处于外侧悬架与车桥连接处的运动轨迹是桥连接处的运动轨迹是oa段，结段，结果后桥轴线的偏离不再使汽车具有果后桥轴线的偏离不再使

21、汽车具有过多转向的趋势。过多转向的趋势。前后悬架均为非独立悬前后悬架均为非独立悬架架发动机前置前轮驱动乘用车发动机前置前轮驱动乘用车 前悬架前悬架 麦弗逊式麦弗逊式 后悬架后悬架 扭转梁随动臂式扭转梁随动臂式发动机前置前轮驱动乘用车发动机前置前轮驱动乘用车麦弗逊式前悬架麦弗逊式前悬架 结构紧凑结构紧凑 负的主销偏移距离负的主销偏移距离 保证汽车制动稳保证汽车制动稳定性定性扭转随动臂式后悬架扭转随动臂式后悬架Torsion beam suspension 扭转随动臂式后悬架扭转随动臂式后悬架扭转随动臂式后悬架扭转随动臂式后悬架扭转随动臂式后悬架扭转随动臂式后悬架 各项异性弹簧各项异性弹簧(扭转梁

22、随动臂式支撑点处扭转梁随动臂式支撑点处)隔振隔振 阻止轴转向效应阻止轴转向效应扭转随动臂式后悬架扭转随动臂式后悬架 轴转向效应轴转向效应扭转随动臂式后悬架扭转随动臂式后悬架轴转向效应抑制轴转向效应抑制（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。3）前、后轮采用独立悬架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。衬套形式 特点 传统橡胶衬套 各向异性橡胶衬套 隔振性能 良好 良好 隔声性能 良好 良

23、好 衬套特性 各向同性 各向异性 对转向特性影响 过多转向而且较大 可防止产生过多转向 安装衬套位置要求 没有 有（方向不能错）（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。3）前、后轮采用独立悬架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。衬套形式 特点 传统橡胶衬套 各向异性橡胶衬套 隔振性能 良好 良好 隔声性能 良好 良好 衬套特性 各向同性 各向异性 对转向特性影响 过多转向而且较大 可防

24、止产生过多转向 安装衬套位置要求 没有 有（方向不能错）双横臂悬架双横臂悬架+纵置钢板弹簧悬架纵置钢板弹簧悬架 上横臂沿上横臂沿X方向，前高后低方向，前高后低 减少制动时的纵倾减少制动时的纵倾双横臂悬架双横臂悬架+纵置钢板弹簧悬架纵置钢板弹簧悬架 四、辅助元件分析四、辅助元件分析1.横向稳定器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。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，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，并使车厢侧倾角所以减小

25、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。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。悬架侧倾角刚度。2/smcn 横向稳定器 四、辅助元件分析四、辅助元件分析1.横向稳定器横向稳定器汽车转弯行驶时前后轴车轮负荷转移大小，主要取决于汽车转弯行驶时前后轴车轮负荷转移大小，主要取决于前后悬架的侧倾角刚度。前后悬架的侧倾角刚度。当前悬架侧倾角刚度大于后悬架侧倾角刚度时，前轴车当前悬架侧倾角刚度大于后悬架侧倾角刚度时，前轴车轮负荷转移大于后轴，并使前轮侧偏角大于

26、后轮侧偏角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。，以保证汽车有不足转向特性。横向稳定器设计要点横向稳定器设计要点 前悬架侧倾角刚度大于后悬架侧倾角刚度前悬架侧倾角刚度大于后悬架侧倾角刚度 前悬架载荷转移大于后悬架前悬架载荷转移大于后悬架前轮侧偏角大于后轮侧偏角前轮侧偏角大于后轮侧偏角不足转向倾向不足转向倾向 四、辅助元件分析四、辅助元件分析2.缓冲块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。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。它的兼有辅助弹性元件作用

27、的缓冲块，用多孔聚氨脂制作。它的特点是强度高、耐磨。特点是强度高、耐磨。第三节第三节 悬悬架主要参数的确定架主要参数的确定 悬架的静挠度悬架的静挠度 悬架的动挠度悬架的动挠度 悬架的弹性特性悬架的弹性特性 后悬架主、副簧的刚度分配后悬架主、副簧的刚度分配 悬架侧倾角刚度及在前后轴的分配悬架侧倾角刚度及在前后轴的分配一、悬架的静挠度一、悬架的静挠度静挠静挠度度：汽车满载静止时悬架上的载荷：汽车满载静止时悬架上的载荷Fw与此时与此时悬架刚度悬架刚度c之比，即之比，即fc=Fw/c。一、悬架的静挠度一、悬架的静挠度kg悬架的簧上质量:悬架静挠度:(N/cm)悬架刚度:/5/2121mcmfcfmfm

28、gncmgfmcncccc（1）fc可可n，平顺性，平顺性，但悬架刚度，但悬架刚度C，会经，会经常碰撞缓冲块。常碰撞缓冲块。（2）fc使使C，制动、加速、转弯行驶时，汽车，制动、加速、转弯行驶时，汽车会“点头”、“后仰”，或车身侧倾较会“点头”、“后仰”，或车身侧倾较大大。（3）要使要使fc，则要增大板簧长度，布置困难，质，则要增大板簧长度，布置困难，质量量。静挠度的影响：静挠度的影响：悬架的静挠度选择原则悬架的静挠度选择原则 fc1fc2 防止较大的纵向角振动防止较大的纵向角振动 高速过路障时高速过路障时 n1n2 时纵向角振动相对小时纵向角振动相对小 乘用车乘用车 fc2=(0.8-0.9

29、)fc1 货车车货车车 fc2=(0.6-0.8)fc1 取取值范值范围围 设计时，先从为了保证汽车有良好的平顺性，设计时，先从为了保证汽车有良好的平顺性，确定确定n，然后然后可算得可算得fc。n的选定范围见下表的选定范围见下表3选取选取fc时应遵守的原则时应遵守的原则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fc2fc14 fc值取值范围值取值范围设计时，先从为了保 证 汽车 有良好的平顺性，确定n，然 后由式可算得fc，下面给出n的选定范围：n 车型 HZ HZ 备注 普

30、通级以下 1.001.45 1.171.58 轿车 高级 0.801.15 0.981.30 货车 1.502.10 1.702.17 nfc51n2n3选取选取fc时应遵守的原则时应遵守的原则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fc2fc14 fc值取值范围值取值范围设计时，先从为了保 证 汽车 有良好的平顺性，确定n，然 后由式可算得fc，下面给出n的选定范围：n 车型 HZ HZ 备注 普通级以下 1.001.45 1.171.58 轿车 高级 0.801.15

31、0.981.30 货车 1.502.10 1.702.17 nfc51n2n 悬架静挠度悬架静挠度fc汽车悬架静挠度的变化范围汽车悬架静挠度的变化范围mm车型车型轿车轿车货车货车大客车大客车越野车越野车悬架静挠度悬架静挠度100-30050-11070-15060-1301.定义：从满载静平衡位置开始，悬架压缩到结构允许的最定义：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。大变形时，车轮中心相对车架（车身）的垂直位移。2.影响因素：影响因素：二、悬架的动挠度fd1.fd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

32、身）的垂直位移。2影响选取fd的因素fd 影响因素 要求 fd取 备注 坏路行驶舒适性 大 车型不同 不同 车架高度限制 小 车型不同，使用条件、车速、路面以及悬架刚度不一样 二、悬架的动挠度fd1.fd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影响选取fd的因素fd 影响因素 要求 fd取 备注 坏路行驶舒适性 大 车型不同 不同 车架高度限制 小 车型不同，使用条件、车速、路面以及悬架刚度不一样 二、悬架动挠度二、悬架动挠度fd3.推荐推荐fd的选取范围的选取范围fd 车型 fd 轿车 79 大客车 58 货车 69 三、悬架的三、悬

33、架的弹性弹性特性特性悬架受到垂直外力悬架受到垂直外力F与由此所引起的车轮中心相对于车身与由此所引起的车轮中心相对于车身位移位移f（即悬架的变形）的关系曲线即悬架的变形）的关系曲线。斜线的切率是悬架。斜线的切率是悬架的刚度。的刚度。悬架的弹性特性有悬架的弹性特性有线性弹性特性线性弹性特性和和非线性弹性特性非线性弹性特性两种两种1、定义、定义2、分类、分类悬架弹性特性 线性线性 钢板弹簧非独立悬架钢板弹簧非独立悬架 非线性非线性(刚度可变）刚度可变）带有副簧的钢板弹簧带有副簧的钢板弹簧 空气弹簧空气弹簧 油气弹簧油气弹簧1)线性弹性特性线性弹性特性定义定义:当当悬架变形悬架变形f与所受垂直外力与所

34、受垂直外力F之间固定比例变化时，弹性特之间固定比例变化时，弹性特性为一直线，此时悬架刚度为常数性为一直线，此时悬架刚度为常数。三、悬架的弹性特征三、悬架的弹性特征1)线性弹性特性线性弹性特性特点特点：悬架的刚度为常数。使用中由于：悬架的刚度为常数。使用中由于m的变化（空、半、超载的变化（空、半、超载等），引起等），引起n变化，空、半载时，变化，空、半载时，n,平顺性变坏。平顺性变坏。超载时超载时n、平顺性、平顺性。三、悬架的弹性特征三、悬架的弹性特征mCn21四、后悬架主、副簧刚度的分配1.工作特点（两个阶段）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。）空载及小

35、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。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，且刚度的，且刚度C较小。较小。2）载荷增加到）载荷增加到FK瞬间，副簧与托架之间间隙消除。从此，副瞬间，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，弹性特性曲线变陡。所以只有主簧或者是

36、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。单看这两段弹性特性都是线性的，合在一起是非线性的。四、后悬架主、副簧刚度的分配四、后悬架主、副簧刚度的分配车身从空载到满载时车身从空载到满载时的振动频率变化要小，的振动频率变化要小，以保证汽车有良好的平以保证汽车有良好的平顺性顺性；副簧参加工作前、后副簧参加工作前、后的悬架振动频率变化不的悬架振动频率变化不大大。四、后悬架主、副簧刚度的分配四、后悬架主、副簧刚度的分配主、副簧刚度分配主、副簧刚度分配 方法方法11/00maWKckaccFFFffff第一种：使副簧开始起作用时的悬架挠度第一种：使副簧开始起作用时的悬架挠度fa

37、等于汽车空载时悬架的挠度等于汽车空载时悬架的挠度f0，而使副簧开，而使副簧开始起作用前一瞬间的挠度始起作用前一瞬间的挠度fK等于满载时悬架等于满载时悬架的挠度的挠度fc。此方法确定的主、副簧刚度比值，能保证在空、此方法确定的主、副簧刚度比值，能保证在空、满载使用范围内悬架振动频率变化不大，但副满载使用范围内悬架振动频率变化不大，但副簧接触托架前、后的振动频率变化比较大。簧接触托架前、后的振动频率变化比较大。主、副簧刚度分配主、副簧刚度分配 方法方法2322/200maWKKWKccnnFFF副簧开始起作用时的载荷等于空载与满载时副簧开始起作用时的载荷等于空载与满载时悬架载荷的平均值，悬架载荷的

38、平均值，Fk=0.5(F0+FW)，并使，并使Fo和和Fk间的平均载荷对应的频率与间的平均载荷对应的频率与Fk和和FW间平均载间平均载荷对应的频率相等，即图中荷对应的频率相等，即图中f1=f2第二种能保证副簧起作用前、后悬架振动频率变化不第二种能保证副簧起作用前、后悬架振动频率变化不大，对于经常处于半载运输状态的车辆，采用此法较为大，对于经常处于半载运输状态的车辆，采用此法较为合适。合适。五、五、悬架悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配侧倾角刚度及其在前、后轴的分配悬悬架侧倾角刚度架侧倾角刚度系指簧上质量产生单位侧倾角时悬架给车身的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。弹性恢复力

39、矩。乘乘坐侧倾角刚度过小而侧倾角过大的汽车，乘员缺乏舒适感和坐侧倾角刚度过小而侧倾角过大的汽车，乘员缺乏舒适感和安全感安全感。侧倾侧倾角角刚度过大而侧倾角过小的汽车又缺乏汽车发生侧翻的感刚度过大而侧倾角过小的汽车又缺乏汽车发生侧翻的感觉，同时使轮胎侧偏角增大。觉，同时使轮胎侧偏角增大。刚度小刚度小 缺乏舒适性和安全感缺乏舒适性和安全感 刚度大刚度大 缺乏汽车发生侧翻的感觉缺乏汽车发生侧翻的感觉 轮胎侧偏角大轮胎侧偏角大 过多转向可能过多转向可能五、五、悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配为为满足汽车稍有不足转向特性的要求，应使汽车前轴的轮胎侧满足汽车稍有不足转向

40、特性的要求，应使汽车前轴的轮胎侧偏角略大于后轴的轮胎侧偏角。为此，应该使前悬架具有的侧偏角略大于后轴的轮胎侧偏角。为此，应该使前悬架具有的侧倾角刚度要略大于后悬架的侧倾角刚度。对轿车，前、后悬架倾角刚度要略大于后悬架的侧倾角刚度。对轿车，前、后悬架侧倾角刚度比值一般为侧倾角刚度比值一般为1.42.6。五、五、悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配第四节第四节 弹性元件的计算弹性元件的计算 钢板钢板弹簧的弹簧的设计设计钢板弹簧的设计（一）钢板弹簧的布置方案（二）钢板弹簧主要参数的确定（三）钢板弹簧各片长度的确定（四）钢板弹簧的刚度验算（五）钢板弹簧总成在自由状态下的

41、弧高及曲率半径计算（六）钢板弹簧总成弧高的核算（七）钢板弹簧的强度验算（八）少片弹簧 对称对称式：钢板弹簧中部在车轴（桥）上固定中心式：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心至两端卷耳中心距离不相等（一）布置方案（二）钢板弹簧主要参数的确定（二）钢板弹簧主要参数的确定 基本初始条件基本初始条件 满载静止时候满载静止时候 前桥负荷前桥负荷 后桥负荷后桥负荷 前桥簧下负荷前桥簧下负荷 后桥簧下负荷后桥簧下负荷 悬架的静挠度悬架的静挠度 悬架的动挠

42、度悬架的动挠度 汽车的轴距汽车的轴距（二）（二）钢板钢板弹簧主要参数的确定弹簧主要参数的确定1.满载弧高满载弧高fa满载弧同满载弧同fa是指钢板弹簧装到车轴（桥）上，汽车满载时钢是指钢板弹簧装到车轴（桥）上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳半径）连线间的最大高板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳半径）连线间的最大高度差度差fa用来保证汽车具有给定的高度用来保证汽车具有给定的高度当当fa=0时，钢板弹簧在对称位置上工作时，钢板弹簧在对称位置上工作，为了在车架高度，为了在车架高度已限定时能得到足够已限定时能得到足够的的动动挠度挠度值，常值，常fa=1020mm。1.满载弧高满载弧高fa

43、（二）钢板弹簧主要参数的确定（二）钢板弹簧主要参数的确定2.钢板弹簧长度钢板弹簧长度L的确定的确定钢板弹簧长度钢板弹簧长度L是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长些。在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长些。增增加钢板弹簧长度加钢板弹簧长度L能显著降低弹簧应力，提高使用寿命能显著降低弹簧应力，提高使用寿命；降低弹簧刚度，改善汽车平顺降低弹簧刚度，改善汽车平顺性性；在垂直刚度在垂直刚度c给定的条件下，又能明显增加钢板弹簧的纵向给定的条件下，又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚角刚度度；钢钢板弹簧板弹簧的纵向角刚度系指钢板弹

44、簧产生单位纵向转角时，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作用到钢板弹簧上的纵向力矩值；增大钢板弹簧纵向角刚度的同时，能减少车轮扭转力矩所引增大钢板弹簧纵向角刚度的同时，能减少车轮扭转力矩所引起的弹簧变形起的弹簧变形。应尽可能将钢板弹簧取长些的原因应尽可能将钢板弹簧取长些的原因纵向角刚度纵向角刚度C的定义：钢板弹簧产生单位纵向转角的定义：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（时，作用到钢板弹簧上的纵向力矩（T）值。）值。分析上式可知：在垂直刚度不变的条件下，分析上式可知：在垂直刚度不变的条件下，L增加增加的同时的同时C也上升，结果因扭转力矩

45、也上升，结果因扭转力矩T引起的变形减引起的变形减少（即少（即r角减少）导致扭转力矩角减少）导致扭转力矩T产生的应力减少。产生的应力减少。42CLTC车型车型 L L 备备 注注 轿轿 车车（0.40 0.55）轴距）轴距 前悬架前悬架（0.26 0.35）轴距）轴距 货货 车车 后悬架后悬架（0.35 0.45）轴距）轴距 推荐推荐L的选取范围的选取范围 1）钢板断面宽度）钢板断面宽度b 影响因素影响因素 参 数参 数b 影响因素影响因素 要求要求 b 取取 备注备注 增加卷耳强度增加卷耳强度 宽宽 因为传力复杂，故有必要加强因为传力复杂，故有必要加强 减少钢板弹簧片数减少钢板弹簧片数 宽宽

46、片数少了，片间摩擦减少，总厚变小片数少了，片间摩擦减少，总厚变小 增加转向轮转角增加转向轮转角 窄窄 减少钢板弹簧减少钢板弹簧 扭曲应力扭曲应力 窄窄 指汽车车身侧倾时指汽车车身侧倾时 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钢板弹簧断面尺寸的确定平均厚度hp片宽 bb/hp(610)静挠度材料弹性模量许用弯曲应力挠度增大系数度系数型螺栓夹紧后的无效长型螺栓中心距钢板弹簧的长度:6)(2cWcWpfEUkUsLfEskLh钢板弹簧断面尺寸的确定钢板弹簧的片厚b和h应满足国家标准主片厚些厚度不超过三组最厚片最薄片厚度比1.5cJhbnJ030121片厚h选择的要求增加片厚h，可以减少

47、片数n钢板弹簧各片厚度可能有相同和不同两种情况，希望尽可能采用前者但因为主片工作条件恶劣，为了加强主片及卷耳，也常将主片加厚，其余各片厚度稍薄。此时，要求一副钢板弹簧的厚度不宜超过三组。为使各片寿命接近又要求最厚片与最薄片厚度之比应小于1.5。钢板断面尺寸b和h应符合国产型材规格尺寸。钢板弹簧断面尺寸的确定 钢板弹簧片数 少 利于装配 降低干摩擦 提高平顺性 与等强度梁差别大，材料利用率变坏 多片钢板弹簧 614 超过14t 货车 20 变截面少片簧 14（三）钢板弹簧各片长度的确定弹簧各片的长度钢钢板弹簧各片长度的确定板弹簧各片长度的确定将各片厚度将各片厚度hi的立方值的立方值hi3按同一比

48、例尺沿纵坐标绘制在图上按同一比例尺沿纵坐标绘制在图上沿横坐标量出主片长度的一半沿横坐标量出主片长度的一半L/2和和U形螺栓中心距的一半形螺栓中心距的一半s/2，得到，得到A、B两点，连接两点，连接A、B即得到三角形的钢板弹簧展开即得到三角形的钢板弹簧展开图图。钢钢板弹簧各片长度的确定板弹簧各片长度的确定AB线与各叶片上侧边的交点即为各片长度，如果存在与主片线与各叶片上侧边的交点即为各片长度，如果存在与主片等长的重叠片，就从等长的重叠片，就从B点到最后一个重叠片的上侧边端点连一直点到最后一个重叠片的上侧边端点连一直线，此直线与各片上侧边的交点即为各片长度。线，此直线与各片上侧边的交点即为各片长度。各片实际长度尺寸需经圆整后确定。各片实际长度尺寸需经圆整后确定。（四）钢板弹簧的刚度验算1111111131/1/1)1(/6kiikkiikkknkkkkJYJYllYYEc（五）钢板弹簧总成在自由状态下的弧高和曲率半径计算要点各片自由状态下，曲率半径应不同贴紧减少工作应力等寿命计算公式经验公式(六）钢板弹簧弧高总成的核算使用经验公式（七）钢板弹簧的强度验算紧急制动时，前钢板弹簧的载荷最大驱动时，后钢板弹簧的载荷最大卷耳和弹簧销的强度核算（八）少片弹簧利用变厚断面保持强度特性等长等宽厚度变化规律抛物线变化线性变化少片弹簧