汽车设计讲稿-第六章 悬架设计

第六章悬架设计§6-1 概述：一、功用：传力、缓冲、减振：保证平顺性、操纵稳定性二、组成：弹性元件：传递垂直力，评价指标为单位质量储能等导向装置：车轮运动导向，并传递垂直力以外的力和力矩减振器：减振缓冲块：减轻车轴对车架的撞击，防止弹性元件变形过大横向稳定器：减少转弯时车身侧倾太大和横向角振动三、设计要求：1）良好的行驶平顺性：簧上质量 + 弹性元件的固有频率低；前、后悬架固有频率匹配：乘：前悬架固有频率要低于后悬架尽量避免悬架撞击车架；簧上质量变化时，车身高度变化小。

2）减振性好：衰减振动、抑制共振、减小振幅。

3）操纵稳定性好：车轮跳动时，主销定位参数变化不大；前轮不摆振；稍有不足转向（δ1>δ2）4）制动不点头，加速不后仰，转弯时侧倾角合适5）隔声好6）空间尺寸小。

7）传力可靠、质量小、强度和寿命足够。

§6-2 悬架结构形式分析：一、非独立悬架和独立悬架：二、独立悬架结构形式分析：1、评价指标：1）侧倾中心高度：A、侧倾中心：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，叫侧倾中心。

B、侧倾中心高度：侧倾中心到地面的距离。

C、侧倾中心位置影响：位置高：侧倾中心到质心的距离缩短，侧向力臂和侧倾力矩↓，车身侧倾角↓；过高：车身倾斜时轮距变化大，加速轮胎车轮外倾角α磨损。

2）车轮定位参数：车轮外倾角α，主销内倾角β，主销后倾角γ，车轮前束等会发生变化。

主销后倾角γ变化大→转向轮摆振车轮外倾角α化大→直线行驶稳定性；轮距变化，轮胎磨损3）悬架侧倾角刚度A、车厢侧倾角：车厢绕侧倾轴线转动的角度B、影响：车厢侧倾角与侧倾力矩和悬架总的侧倾角刚度有关，影响操纵稳定性和平顺性4）横向刚度：影响操纵稳定性转向轴上悬架横向刚度小，转向轮易摆振，5）空间尺寸：占用横向尺寸→影响发动机布置和拆装；占用高度尺寸→影响行李箱大小和油箱布置。

2、不同形式悬架比较（表6-1）问：A、车轮跳动时，为什么α、β、γ如此变化？B、轮距为什么如此变化？C、应用？1）双横臂式：A、α、β均变，∵非平移，选择四杆结构，可小；B、四杆；C、应用：中高轿前悬，不用于微轿（空间）。

2）单横臂：A、α、β变化大，∵绕一点横向转动；B、绕一点横向转动；C、应用：后悬，少用于前悬。

3）单纵臂：A、r变化大，∵绕一点纵向转向；B、横向不变；C、应用：用于后轮，不用于前转向轮。

4）单斜臂：A、变化小，受限制；B、同上；C、应用：适当选择夹角可满足不同性能要求。

5）麦弗逊：A、变化小，受限；B、变化小，受限；C、应用：轿车，但滑柱受侧向力大。

6）扭转梁随动臂A、通过弯扭变形来满足的梁；B、同上；C、应用：RR.轿后悬。

三、前、后悬架方案选择：1、前、后均为非独立悬架：特点：（纵置钢板弹簧）转向时，内侧减载外侧加载→内侧受拉纵向缩短，外侧受压纵向伸长→车轴相对汽车纵向中心线偏转α角→对前轴：不足转向↑；对后桥：↑过多转向。

如图6-3a 改进方法：乘用车将后悬架前吊耳布置得比后吊耳低→悬架瞬时运动中心↓→后桥轴线的偏离不再过多转向。

图6-3b另，前悬架采用纵置钢板非独立悬架时，前轮易摆振，乘用车多独立悬架。

2、前、后均为独立悬架（FF的乘常用麦费逊前悬和扭转梁随动臂后悬）1）麦费逊前悬：螺旋弹簧套装在减振器外部，下摆臂球头伸到轮辋空间—结构紧凑，具有负的主销偏移距→对制动稳定性有利；2）扭转梁随动臂后悬：除表6-1中的特点外，由于采用各向异性橡胶衬套，既能隔振，又能防止后轴轴转向而产生过多转向。

A、图6-5a，传统橡胶衬套，橡胶肥大，能隔振、隔声，但由于橡胶的弹性变形，在侧向力作用下，后轴会产生轴转向效应→不利于操纵稳定性。

B 、图6-6a ，橡胶衬套，横截面上对角线方向有楔型孔，不同方向刚度不同a) 衬套沿汽车纵轴线方向刚度较小一缓冲和减振b) 车轮受侧向力时，衬套内侧相对外侧移动，同时与锥形凸肩想副相互压紧，使扭转刚度增大，减轻了轴转向效应c) ∴操纵稳定性好d ）注意：安装方向3、前悬架用双横臂独立悬架，后悬架用钢板弹簧有利于减少制动“点头”（祥见§6-5）四、辅助元件1、横向稳定器1）作用：在不↑悬架垂直刚度C 条件下，↑悬架侧倾角刚度φC →↓不舒适，↑行车安全感2）在前悬架设横向稳定器：A 、能↑前悬架侧倾角刚度B 、当前悬侧倾角刚度φC 1 >后悬侧倾角刚度φC 2时→a) 前轴内、外侧车轮负荷转移>后轴b) 前轮侧偏角21δδ后轮 ，以保证汽车有不足转向趋势2、缓冲块：橡胶、多孔聚氨脂§6-3悬架主要参教确定一、悬架静挠度fc1、定义：指汽车满载静止时悬架上的载荷F w 与此时悬架刚度c 之比，即f c =F w /c 。

对刚度不变的悬架，指汽车满载时静载荷下悬架的变形值对变刚度的悬架，指汽车满载时悬架的静载荷与此相应的瞬时刚度之比值2、偏频n 1、n 21）振动系统模型：根据振动理论，汽车系统振动可简化为两自由度振动的简单模型：质心的向上下运动和绕质心的转动（纵向角振动）。

并可用一根刚性杆和两个弹簧（弹性系数C 1、C 2）来建模。

刚性杆质心在C ，其总质量绕C 的回转半径为ρ，则其转动惯量可写成总质量与回转半径（当量长度）的平方的乘积J z =M ρz 2。

2）偏频n 1、n 2：如果使车体质量分布满足ρ2=ab ，（a 、b 为前后轴与质心距离），即质量分配系数12==ab ρε则：前后车轮振动独立，或前后轴上方车身两点的振动不存在联系，或：前后轮振动的固有频率是独立的，可理解为两个单自由度振动当前轮按ω1上下振动时，后轮可不振动；后轮按ω2上下振动时，前轮可不振动。

这两个独立振动的固有频率叫偏频n 1、n 2，其公式： 11121m c n π=，22221m c n π= （6-1）式中：c 1、c 2为前、后悬架刚度，m 1、m 2为前、后悬架的簧上质量 比较：m k =ω ， m k f π21=3）偏频应用：行车时一轮的振动不传到另一轮3、静挠度与偏频：采用线弹性悬架时，f c1=m 1g/ c 1， fc 2=m 2g/ c 2式中：g=981cm/s 2两式代入（6-1）式,511c f n = 225c f n ≈ (6-2)可见，悬架的静挠度直接影响车身振动的偏频，n 与f 的开方成反比。

设计时，根据行驶平顺性选定n 1、n 2，再按下式定fc 1、fc 2。

211/25n f c =, 222/25n f c = （6-2a ） 4、前、后悬架偏频n 及静挠度fc 的选取1）前、后悬架偏频的匹配A 、取n1与 n2不等，且相差不大，原因：a) n1与n2相等，容易共振b) n1与n2差别较大，则有纵向角振动B 、哪个大？n1<n2∵当车以较高速度越过单个路障时，n1/n2<1时的车身角振动比n1/n2>1时小C 、有时小排量乘用车：n1>n2，∵为改善乘用车后排乘坐舒适性2）前、后悬架静挠度fc 的匹配A 、∵21n fc ∝ ∴f c1应与f c2接近，且f c1>f c2B 、推荐：乘 f c2 = (0.8～0.9) f c1货 f c2 = (0.6～0.8) f c13）偏频的选取和静挠度的确定：A 、偏频的选取原则：按用途，选偏频n 一乘低，客次，货更次B 、偏频n 值选取：前悬架 后悬架乘（V<1.6） 1.00～1.45H z 1.17～1.58H z乘（V>1.6） 0.80～1.15H z 0.98～1.30H z货 1.50～2.10 H z 1.70～2.17 H zC 、静挠度的确定：选定n 1、n 2后，再按（6-2a ）式算出fc 1、fc 2。

5、悬架静挠度与弹性元件静挠度非独立悬架：一样不一定独立悬架：不一样（方向）6、fc 的影响1）↑fc ，由 c f n 5≈知，平顺性↑；而悬架刚度c=F/ fc ↓，汽车在坏路上行驶会经常碰撞缓冲块2）↑fc , 由c=mg/fc 知，c ↓；汽车易出现“点头”、“后仰”现象，转弯时车身侧倾角↑3）↑fc ，对板簧，需增长板簧长度，结果布置困难。

二、悬架的动挠度fd1、定义：由满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形，（通常指缓冲块压到其自由高度的1/2或2/3）时，车轮中心相对车架（或车身）的垂直位移。

2、要求：fd 足够大，避免经常撞击缓冲块3、取值：乘： 7-9cm大客：5-8cm货： 6-9cm三、悬架的弹性特性：1、定义：悬架所受垂直外力F 与由此所引起的车轮中心相对于车身的位移f (即悬架的变形)的关系曲线2、概念：1）悬架刚度c ：F －f 曲线的斜率。

斜率越大，刚度越大。

2）动容量：悬架从静载荷的位置起，变形到结构允许的最大变形为止消耗的功。

悬架动容量越大→缓冲块击穿的可能性越小。

3、分类：悬架的弹性特性有线性弹性特性和非线性弹性特性两种4、线性弹性特性：悬架变形f 与所受垂直外力F 成定比（f ∝F ）。

1）特点：此时悬架刚度c 为常数2）缺：由m c n π21=可知：m ↓，n ↑，平顺性↓。

即：空载比满载时平顺性↓3）例：钢板弹簧非独立悬架5、非线性弹性特性：悬架变形f 与所受垂直外力F 不成定比，曲线如图6-91）特点：悬架刚度是变化的A 、在满载（图中点8）附近刚度c 小且曲线变化平缓，平顺性好B 、离满载较远的两端曲线变陡，刚度c 增大（单位变形所需载荷大）2）优：在有限的动挠度范围内，得到比线性悬架更多的动容量3）悬架：带副簧的钢板弹簧、空气弹簧、油气弹簧4）选用刚度可变的非线性悬架理由：货和客：空、满载时簧上质量变化大，如用线性，空、满载时车身振动频率分别为3.2Hz 与1.6Hz ，空车太高。

乘：为减少对车身的撞击，减少转弯侧倾、制动“点头”和加速“后仰”，四、后悬架主、副簧刚度的分配货车多用主、付弹簧。

弹性特性如图6-101、工作过程：付簧在主簧上面，载荷较小时，只有主簧工作。

载荷增至一定值（图6-10中的F k ），付簧与托架和接触，主、副簧共同工作。

2、刚度分配的任务1）付簧开始工作时的载荷2）主付簧的刚度分配3、刚度分配原则：1）空载→满载，频率变化小→保证良好的平顺性2）付簧接触托架前、后的频率变化不大两项不能同时满足4、刚度确定方法1）付簧开始起作用时的悬架（主副簧）挠度fa ，等于主簧空载时的悬架挠度f o ，即：fa=f 0； 付簧开始起作用前一瞬间悬架（主簧）挠度fk ，等于主副簧满载时的悬架挠度fc ，即：fk=fc结果：A 、载荷:w k F F F 0=B 、副、主簧的刚度比: 1/-=λm a c c式中：F 0、F w 分别为空、满载时的悬架载荷；c m 、c a 分别为主、副簧刚度比；w F F /0=λ2）让副簧在空载Fo 与满载负荷Fc 之和的一半时起作用，即：Fk=(Fo+Fc)/2同时让(Fo+Fk)/2和(Fk+Fc)/2时的悬架频率相等，即：n1=n2结果：A 、载荷: Fk=(Fo+Fc)/2B 、副、主簧的刚度比: ）（）（3/22/+-=λλm a c c 3) 比较：第一种方法：空、满载范围内振动频率变化不大，付簧)接触托架前后频率变化大，用于运输部门货车。