第六章悬架设计1

第六章悬架设计§7-1

概述一、悬架组成与功用弹性元件导向元件阻尼元件缓冲块横向稳定器返回二、驱动桥的设计要求1.保证汽车具有良好的行使平顺性振动频率低一点好，振动加速度符合ISO2631-1:1997(E)三个极限：2.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返回无“点头”、“后仰”现象4.制动、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.可靠传递车身与车轮之间的各种力和力矩，零部件质量轻且有足够的强度和寿命返回§7-2

悬架结构型式分析概述：分类：金属的：空气弹簧，橡胶弹簧，油气弹簧单位质量的储能量（E/m）非金属的：传递垂直载荷，缓和冲击振动→平顺性钢板弹簧，扭杆弹簧，螺旋弹簧弹性元件评价指标：

弹性元件型式分析易获得非线性特性非线性密封要好易老化缓冲块衰减车身和车轴之间振动，减少乘客疲劳和货物损伤防止转向行驶时，车身侧倾过大横向稳定器决定车轮的运动规律，传递各种力和力矩限制弹簧最大变形导向机构减振器非独立悬架结构简单,成本低,维修保养方便；离地间隙小,非簧载质量大,用于前悬架则车轮高速时上下跳动使主销前倾角改变,导致前轮摆振特点：独立悬架特点：非簧载质量小→冲击载荷小→振动频率↓平顺性易保证，质心↓，稳定性↑，左右轮相互影响小，车身侧倾减小，振动减小；结构复杂，维修较困难，成本高一、悬架类型二、前、后悬架方案的选择：3、前轮与后轮均采用独立悬架。1、前轮和后轮均采用非独立悬架；2、前轮采用独立悬架，后轮采用非独立悬架；返回独立悬架结构型式分析（1）独立悬架结构型式分析（2）§7-3

悬架主要参数的确定一、悬架偏频n、静挠度fc、动挠度fd的确定①偏频1.静挠度fc定义：从空载开始加载到满载时，车轮中心相对车架的垂直位移②静挠度确定方法—前后部分车身的振动频率结论：频率与刚度成正比！结论：挠度与刚度成反比！频率与挠度成反比！返回悬架设计考虑根据行驶平顺性要求确定n1、n2舒适性高，n取下限，振动加速度↓，↓冲击，路面附着性↑表明：推荐：实测货车由（7-3）确定fc1、fc2选n原则空载时振动严重返回研究表明：车辆高速越障时，n1/n2<1时的纵向角振动比n1/n2>1时小推荐：悬架、弹性元件的静挠度[fc]:cm返回①↑fc，可↓n,平顺性↑,但悬架刚度c↓,会经常碰缓冲块2.动挠度fd定义：悬架从满载位置开始压缩到结构允许的最大变形时，车轮中心相对车架的垂直位移影响因数②↑fc,c↓,在制动(加速)、转弯时会“点头”、“后仰”或侧倾较大③↑fc，就要↑板簧长度（货），布置困难，质量↑推荐：路面好，fd/fc小一些路面差，fd/fc大一些选fd/fc原则：返回悬架偏频n、静挠度fc、动挠度fd的确定返回二、n、fc、fd的相互关系返回三、悬架的弹性特性说明：1、缓冲块复原点；8、额定载荷2、复原行程缓冲块脱离支架3、主弹簧弹性特性曲线4、复原行程；5、压缩行程6、缓冲块压缩期悬架弹性特性曲线7、缓冲块压缩时开始接触弹性支架四、货车后悬架主簧刚度Ca及副簧刚度Cm的分配货车板簧为主、副簧结构的弹性特性结构型式：弹性特性1.基本原则：①在空载n0到满载nc内n的变化应尽量地小②副簧起作用前nb与起作用后na相近，即n突变不要太大返回故：①只有主簧工作时,F↑，c不变,n↓,变化规律如图②副簧参加工作时，c突变，n亦变2.具体方法：①使并让—满、空载比—为比例中项②从n0、nc、nb、na相差不大出发，让返回货车后悬架主簧刚度Ca及副簧刚度Cm的分配比较3.方法比较：①用方法一确定的Fk，会使nb、na突变小些，但却会使全部载荷变化范围内的频率差变化大。适用于经常半载或l值较小的车辆②用方法二使空、满载范围内悬架系统振动频率变化不大，但副簧接触托架前后的nb、na突变较大。适用于经常满载的运输部门车辆4.主、副簧应力校核：由材力：式中：Fa、Fm—满载时主、副簧分配到的载荷n、n’—主、副簧总片数L、L’—主、副簧工作长度W、W’—单片主、副簧抗弯截面模量[sa]=450~550N/mm2[sm]=200~250N/mm2考虑动挠度后，smax≯1000N/mm2返回五、悬架侧倾角刚度Cφ及其在前后轴上的分配(Cφ1、Cφ2)Cφ1>Cφ2

前轴轮胎侧偏角δ1>后轴的δ2满足汽车稍有不足转向的要求§7-4

弹性元件的计算概述：分类与应用：弹性元件的选择传递垂直载荷，缓和冲击振动→平顺性返回一、钢板弹簧的计算

（一）钢板弹簧布置方案确定返回（二）钢板弹簧主要参数的确定

1、首先和总体设计人员协商确定下列参数已知整车布置轴距L0根据行使平顺性确定nfcfd并参考推荐值讨论：刚度c给定后，↑L,↓s及应力幅度∵Cf∝L2，要求L长强度：

L的影响：纵向角刚度Cf

：

L受总布置限制，不宜取长几种典型悬架簧载质量mS与非簧载质量mn的比例关系2、初算板簧总惯矩J0返回3.应力计算许用应力值[sc]：返回4、弹簧平均厚度hp步骤：

选定[sc]定义：→弹簧单位变形的应力称为比应力5、比应力推荐：从（三）钢板弹簧的断面尺寸及片数

1、宽度b6、最大应力smax

(对应最大动行程)借助：①b太大，侧向力使车倾斜时，弹簧的扭曲应力↑影响因数②b太小,势必↑片数,→↑弹簧总厚度,↑弹簧片间摩擦推荐：步骤：由安装尺寸初定片宽b根据我国型材规格确定b平均片厚hp板簧总截面系数W0弯曲应力n0

J0比应力fd极限应力Yes(No)hp(Yes)END(Yes)(No)(No)方法1方法2返回2、厚度h的选择注：表7—3(1)①通常各片厚度相等：hi=hp

②若各片厚度不等，则有hp=∑hi/n,且hmax/hmin<1.5(2)通常不改L及b

①各片厚度相等：则h选=（1±0.1）h计

②各片厚度不等原则：①≯3组；②hmax/hmin≯1.5③h1/h2≯1.25；④3.钢板弹簧断面形状（a）矩形断面（b）T形断面（c）单面抛物线边缘断面（d）单面有双槽的断面返回（四）钢板弹簧的断面尺寸及片数

1、作图法①使应力在片间及沿长度的分布合理原则：②各片寿命接近确定板簧各片长度的作图法（五）钢板弹簧的刚度验算共同曲率法：

板簧总成自由刚度Cj

板簧总成夹紧刚度Cz

①若l1’=中心螺栓到卷耳中心间距离其中：E—材料弹性模量l1’、l（k+1)——主片和第（k+1）片的一半长度返回（六）板簧总成在自由状态下的弧高H0及曲率半径R0的计算板簧各片在自由状态下的曲率半径板簧总成在自由状态下的弧高返回步骤：H0已知：fa、fc、S、LR0作图得出第i片长度Li矩形断面板簧装配前各片曲率半径Ri作图得出第i片厚度hi由材料得弹性模量E第i片弹簧弧高Hi板簧总成弧高HIf：H≈H0公式1公式2公式3公式4END（Yes）（No）返回表7—4选取各片预应力soi[Mpa]（七）钢板弹簧强度验算

1.板簧强度特点：该工况下，前板簧承受的载荷最大，在其后半段出现最大应力紧急制动工况：受力分析：推荐：返回汽车驱动工况特点：该工况下，后板簧承受的载荷最大，在其前半段出现最大应力受力分析：推荐：返回垂直力达到最大（越过凸起障碍最高时）受力分析：式中：车轮上载荷：—动载系数[s]=1000N/mm2返回汽车侧滑工况特点：该工况下外侧板簧应力最大受力分析：推荐：返回钢板弹簧应力计算返回2.卷耳和弹簧销强度核算卷耳处弯矩：应力分析：[s]≤350N/mm2注：制动时Fx可能很大，故安全系数较大弹簧销及衬套挤压应力：（销径为d）推荐：卷耳、弹簧销强度计算板簧主片卷耳受力图3.叶片断面形状返回（八）少片弹簧

特点及应用返回1.单片变断面弹簧按抛物线变化时单片刚度：式中：x—修正系数，x=0.92;k=(h1/h2)3注：b—少片弹簧宽，b=75~100mm;h1≮8mm；h2=12~20mm返回按线性变化单片刚度：式中：危险点位置：X=B’/A’处此时：hx=A’x+B’=2B’（九）提高钢板弹簧寿命的措施表面喷丸处理球径0.4~1.2mm,V=60~80m/s冲打凹面→残余应力1.一般喷丸：叶片在自由状态下，550~650N/mm2表面脱碳→“软点”→损坏起源点方法：2.应力喷丸：叶片在预加变形状态下,1100~1300N/mm23.低温喷丸：-40°F

~-320°F减少表面脱碳层深度↓淬火加热时间2.材料中加硼3.再渗碳4.6分，0.03~0.08mm>6分，0.2mm表面抛光二、扭杆弹簧计算

1.

扭杆弹簧型式返回断面形状及相关参数2.扭杆悬架的刚度式中：G=7.7×104MPa扭杆弹簧与臂F3.扭杆主要尺寸式中：Mmax—扭杆承受的最大扭矩扭杆直径dt—扭转剪切应力，可取允许扭转剪切应力代入计算扭杆的有效长度L式中：Cn—扭杆的扭转刚度返回4.设计中应注意的几个问题头部形状、尺寸过渡段尺寸a=15°材料：三、螺旋弹簧计算

1.

静应力式中：i—弹簧工作圈数[tc]=500MPa2.动应力[td]=800~1000MPa返回3.

螺旋弹簧的设计计算1）、根据总体设计确定每副悬架上的载荷Fw；2）、根据行使平顺性要求选取偏频n；3）、由1、2算出弹簧刚度5）、参考同类型车初选弹簧中径Dm，钢丝直径d及端部结构型式；4）、根据总布置要求及悬架的具体结构型式；6）、确定所用材料，并查出许用拉应力[s]；7）、由解出弹簧工作圈数i，并由下表求出Hs返回螺旋弹簧不同端部结构时的总圈数n及并紧高度Hs8）、参考相关标准确定台架试验时伸张及压缩极限位置相对于设计载荷位置的弹簧变形量f1、f2；并确定要达到的寿命nc（循环次数）9）、求出弹簧在完全压紧时的载荷Fs，台架试验伸张和压缩极限位置对应F1、F2及工作压缩极限位置的载荷FmFs=Fw+Cs（Hi+Hs）F1=Fw－Csf1F2=Fw＋Csf2Fm=Fw＋Cs（Hi－Hm）返回11)、校核τmax＜0.63[σ]，①不成立则返回第5步重选d；②若余量很大，则视第11步寿命校核结果来决定是否重新取较小些的d；求出载荷F1、F2、Fs以及Fm所对应的剪切应力t1、t2、t

3、t

max；10）、运用返回12）、校核台架试验条件下的寿命：①若算出的nc小于预期的台架寿命，则返回第5步重选d；②若有较大余量，则与第10步的结果综合考虑是否选择更小的d；13）、确定弹簧自由高度H0和最小工作高度Hn14）、校核稳定性，若失稳则返回第5步重新选取Dm或弹簧两端的支撑方式。§7-5

独立悬架导向机构的设计一、设计要求二、导向机构的布置参数

1.

侧倾中心W及侧倾中心高度hw定义：在侧向力作用下，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求解方法：图解法要求：让侧倾中心接近质心，↓侧倾力矩2.侧倾中心高度hw的计算返回3.纵倾中心双横臂式悬架的纵倾中心滑柱摆臂式悬架的纵倾中心求解方法：图解法4.

抗制动纵倾性（抗制动前俯角）5.

抗驱动纵倾性（抗驱动后仰角）要求：纵倾中心位置高于驱动桥车轮中心以减少后轮驱动车尾的下沉量或