汽车设计 第6版 课件第7章-悬架设计

汽车设计第七章悬架设计第一节概述第二节悬架结构方案分析第三节悬架主要参数的选择第四节弹性元件的设计与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结构元件的设计第一节概述一、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一节概述二、组成弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器第一节概述三、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一节概述四、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

第一节概述四、分类被动悬架半主动悬架/主动悬架：刚度或/和阻尼特性动态自适应调节第二节悬架结构方案分析一、非独立悬架方案分析非独立悬架因其结构简单，工作可靠，被广泛应用于载货汽车中和部分乘用车后悬架中。非独立悬架的结构，特别是导向机构的结构，随所采用的弹性元件不同而有差异。采用螺旋、空气弹簧时，需要有较复杂的导向机构采用钢板弹簧时，由于钢板弹簧本身可兼起导向机构的作用，并有一定的减振作用，使得悬架结构大为简化，因而在非独立悬架中大多数采用钢板弹簧作为弹性元件第二节悬架结构方案分析一、非独立悬架方案分析纵置钢板弹簧悬架吊耳式、滑板式第二节悬架结构方案分析一、非独立悬架方案分析纵置钢板弹簧悬架主副簧式第二节悬架结构方案分析一、非独立悬架方案分析纵置钢板弹簧悬架渐变刚度式第二节悬架结构方案分析一、非独立悬架方案分析纵置钢板弹簧悬架优点：结构简单．制造容易，维修方便，工作可靠。缺点：平顺性较差；前轮容易产生摆振；前轮跳动时，悬架易与转向传动机构运动干涉；当汽车直线行驶在凹凸不平的路段上时，由于两侧车轮反向跳动或只有一侧车轮跳动时，会产生不利的轴转向特性；汽车转弯行驶时，离心力也会产生不利的轴转向特性；车轴（桥）上方要求有与弹簧行程相适应的空间。第二节悬架结构方案分析一、非独立悬架方案分析空气弹簧悬架采用空气弹簧以后，在汽车左、右侧的簧载质量不均匀时，通过高度控制阀的作用，可以保证整车车身处于水平状态。在汽车高速转弯的行驶条件下，与采用钢板弹簧悬架的汽车比较，采用空气弹簧悬架的汽车车身侧倾角明显减小。第二节悬架结构方案分析一、非独立悬架方案分析空气弹簧悬架汽车行驶在路上，车轮对路面作用有冲击力，车速越高冲击力越大。在垂直、纵向和横向力的综合作用下，形成对路面的剪切力，使路面形成凸包、波浪等而损坏。总质量越大的汽车，对高速公路破坏的程度越严重，这也是造成高速公路损坏的主要原因之一。装用空气悬架的汽车，因空气悬架的刚度低，所以车轮对路面作用的动载荷要小，这就使路面受到的破坏程度得以减轻。第二节悬架结构方案分析二、独立悬架方案分析横臂式独立悬架（车轮在汽车横向平面内摆动）纵臂式独立悬架（车轮在汽车纵向平面内摆动）麦弗逊式悬架（车轮沿主销移动的悬架）斜臂式独立悬架（车轮在汽车斜向平面内摆动）第二节悬架结构方案分析二、独立悬架方案分析1.横臂式独立悬架单横臂式结构简单，侧倾中心较高，有较强的抗侧倾能力，但车轮上下运动时，车轮平面将产生倾斜而改变轮距的大小，并使主销内倾角及车轮外倾角均发生较大变化轮距变化使轮胎产生横向滑移，破坏轮胎与地面的附着因此这种悬架较少应用于前悬架。第二节悬架结构方案分析二、独立悬架方案分析1.横臂式独立悬架双横臂式等长双横臂式：车轮作上、下跳动时，可保持主销倾角不变，但轮距却有较大的变化，会使轮胎磨损严重，故已很少采用。不等长双横臂式：车轮上、下跳动时，只要适当地选择上、下横臂长度并合理布置，即可使轮距及车轮定位参数的变化量限定在允许范围内第二节悬架结构方案分析二、独立悬架方案分析1.横臂式独立悬架双横臂式优点：设计灵活性，可以通过合理选择空间导向杆系的铰接点的位置及导向臂（或称为控制臂）的长度，使得悬架具有合适的运动特性，并且形成恰当的侧倾中心和纵倾中心第二节悬架结构方案分析二、独立悬架方案分析1.横臂式独立悬架双横臂式可采用螺旋弹簧、空气弹簧、扭杆弹簧或钢板弹簧作为弹性元件，其中螺旋弹簧最为常见第二节悬架结构方案分析二、独立悬架方案分析1.横臂式独立悬架双横臂式：在驱动桥中应用弹簧置于上臂上方弹簧置于下臂上方（叉形臂）第二节悬架结构方案分析二、独立悬架方案分析2.纵臂式独立悬架也称拖曳臂式独立悬架，由平行于汽车行驶方向的纵臂承担导向和传力作用单纵臂式、双纵臂式第二节悬架结构方案分析二、独立悬架方案分析2.纵臂式独立悬架采用螺旋弹簧或扭杆弹簧作为弹性元件第二节悬架结构方案分析二、独立悬架方案分析2.纵臂式独立悬架结构简单、占用垂向及横向空间小，纵臂转动点即为悬架的纵倾中心，将两个纵臂长度做成相等，形成平行四连杆机构，可使车轮上下运动时，主销后倾角不变，因而这种形式的悬架适用于转向轮但侧倾中心位于地面，增加了汽车转向时惯性力的作用力臂，使在同等侧倾角刚度下车身侧倾角增大，同时汽车转向时，在侧向力的作用下，有增加“过多转向”的趋势第二节悬架结构方案分析二、独立悬架方案分析3.麦弗逊式独立悬架车轮沿摆动的主销轴线移动的悬架，一般有滑动立柱和下控制臂组成。变形时主销定位角和轮距都有些许变化。通过合理地调整杆系的布置，可使定位参数变化极小第二节悬架结构方案分析二、独立悬架方案分析3.麦弗逊式独立悬架将导向机构及减振器集成到一起，简化了结构，减小了质量，节省了空间，降低了制造成本，几乎不占用横向空间，有利于地板的构造和发动机布置弹簧行程较大；铰接点数目较少；上下铰点之间有较大的距离，下铰点与车轮接地点之间距离较小，这对减少铰点处的受力有利另外，当车轮跳动时，其轮距、前束及车轮外倾角等均改变不大，减轻了轮胎的磨损，也使汽车具有良好的行驶稳定性第二节悬架结构方案分析二、独立悬架方案分析4.单斜臂式独立悬架也称半拖曳臂式独立悬架，是介于单横臂和单纵臂之间的一种悬架形式单斜臂绕与汽车纵轴线成一定夹角的轴线摆动。适当选择夹角能形成恰当的侧倾中心及纵倾中心，可使轮距、车轮外倾及前束等车轮定位参数变化较小，从而获得良好的操纵稳定性纵臂式斜臂式第二节悬架结构方案分析二、独立悬架方案分析5.多连杆式独立悬架采用多根杆件组合在一起来控制车轮位置变化的独立悬架能较好地消除外倾角变化，使轮胎保持垂直能在车轮跳动时很好地抑制轮距和前束变化能提高悬架的整体刚性能实现主销后倾的最佳位置，并改善加速和制动工况下的平顺性和舒适性，同时保证直线行驶稳定性但结构相对复杂、占用侧向空间大（不便于发动机布置）、成本偏高、维修不便第二节悬架结构方案分析二、独立悬架方案分析6.扭转梁随动臂式独立悬架左右车轮之间用一根可扭转的弹性梁连接，而使左右后轮介于独立悬架的不直接相连与非独立悬架的刚性连接之间其中的弹性横梁还兼起横向稳定杆的作用结构简单、成本较低、占用空间小，且维修方便半独立悬架第二节悬架结构方案分析二、独立悬架方案分析第二节悬架结构方案分析三、前后悬架方案的选择前轮和后轮均采用非独立悬架前轮采用独立悬架、后轮采用非独立恳架前轮与后轮均采用独立悬架第二节悬架结构方案分析三、前后悬架方案的选择前轮和后轮均采用非独立悬架前、后悬架均采用纵置钢板弹簧非独立悬架轴转向、前轮摆振第二节悬架结构方案分析三、前后悬架方案的选择麦弗逊式前悬架+扭转梁随动臂式后悬架前悬架负主销偏移距，有利于制动稳定性后悬架各向异性橡胶衬套抑制轴转向，防止过多转向第二节悬架结构方案分析四、辅助元件1.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第二节悬架结构方案分析四、辅助元件1.横向稳定器横向稳定杆（弹簧钢）呈扁平U形，其中部两端自由地支承在两个橡胶套筒（固定于车架上）内，其两侧纵向部分的末端通过支杆与悬架下摆臂上的弹簧支座相连

第二节悬架结构方案分析四、辅助元件1.横向稳定器两侧悬架变形相同时，横向稳定器不起作用。当两侧悬架变形不等、车身相对路面横向倾斜时，车架一侧移近弹簧支座，稳定杆同侧末端就随车架向上移动，而另一侧车架远离弹簧座，相应横向稳定杆的末端相对车架下移，横向稳定杆中部对于车架没有相对运动，而稳定杆两边的纵向部分向不同方向偏转，于是稳定杆被扭转。弹性的稳定杆产生扭转内力矩就阻碍悬架弹簧的变形，减少了车身的横向倾斜和横向角振动第二节悬架结构方案分析四、辅助元件2.缓冲块用来限制悬架最大行程的缓冲块。通过硫化将橡胶与钢板连接成一体，再经焊在钢板上的螺栓将缓冲块固定到车架或其他部位上，起到限制悬架最大行程的作用第二节悬架结构方案分析四、辅助元件2.缓冲块多孔聚氨脂制作的缓冲块，兼有辅助弹性元件作用它是一种有很高强度和耐磨性的复合材料。起泡时就形成了致密的耐磨外层，保护内部的发泡部分不受损失。由于该材料中有封闭的气泡，在载荷作用下弹簧元件被压缩，但外廓尺寸增加却不大第三节悬架主要参数的选择一、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.影响因素汽车平顺性：fc大少碰缓冲块：fc小紧急制动时汽车前俯角小：fc小转弯行驶时侧倾角小：fc小纵置钢板弹簧长度短：fc小

第三节悬架主要参数的选择一、悬架静挠度fc3.选取原则1）对以运送人为主的乘用车而言应保证有良好的平顺性，即偏频低，大客车次之，载货汽车居最后。2）级别越高的乘用车n应越小。3）fc2<fc1∵分析证明当n1/n2<1时，车身纵向角振动要比n1/n2>1时小。∴设计时应使n1<n2，即fc2<fc1，推荐fc2=（0.8-0.9）fc1第三节悬架主要参数的选择一、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，来确定n，然后可算得fc。n的选定范围见下表第三节悬架主要参数的选择二、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（通常指缓冲块压缩到其自由高度的1/2或1/3）时，车轮中心相对车架（车身）的垂直位移。2.影响因素：第三节悬架主要参数的选择二、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的选取范围第三节悬架主要参数的选择三、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。第三节悬架主要参数的选择三、悬架弹性特性2.线性弹性特性特点（1）定义悬架变形与所受垂直外力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、满载等），引起n变化，空、半载时，n↑,平顺性变坏；满载时n↓、平顺性↑第三节悬架主要参数的选择三、悬架弹性特性2.线性弹性特性特点（2）特点悬架动容量定义：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所消耗的功。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，但将hg↑、汽车稳定性↓。第三节悬架主要参数的选择三、悬架弹性特性3.非线性弹性特性特点（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①悬架刚度是变化的，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1到点2）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↓。②∵图中两端（1～2和7以上）C大，∴在动容量不变的条件下fd↓。第三节悬架主要参数的选择三、悬架弹性特性4.影响选取弹性特性的因素第三节悬架主要参数的选择四、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时，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。第三节悬架主要参数的选择四、后悬架主副簧刚度的分配2.载荷分配主副簧共同工作时，载荷与其刚度成正比分配。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。第三节悬架主要参数的选择四、后悬架主副簧刚度的分配5.第一种分配方法使副簧开始起作用时频率等于空载频率（na=n0）使副簧开始其作用前的频率等于满载频率（nk=nc）na=n0,nk=nc→fa=f0,fk=fcf0=F0/cmfa=Fk/(cm+ca)fk=Fk/cmfc=Fw/(cm+ca)Fk/(cm+ca)=F0/cmFk/cm=Fw/(cm+ca)(cm+ca)/cm=Fk/F0=Fw/Fk第三节悬架主要参数的选择四、后悬架主副簧刚度的分配5.第一种分配方法得到：Fk2=F0Fw,ca/cm=sqrt(λ)-1;令λ=Fw/F0副簧在空载与满载载荷比例中项时起作用，可保证在使用范围内频率变化不大，但副簧接触托架前后振动频率变化比较大。第三节悬架主要参数的选择四、后悬架主副簧刚度的分配5.第二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平均值，Fk=0.5(F0+FW)，并使F0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第三节悬架主要参数的选择四、后悬架主副簧刚度的分配5.第二种分配方法（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。对于经常处于半载运输状态的车辆，采用此法较为合适。第三节悬架主要参数的选择五、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

第三节悬架主要参数的选择五、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，车身侧倾角的范围第三节悬架主要参数的选择五、悬架侧倾角刚度及其在前后轴的分配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δ1-δ2=1°～3°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1.4～2.6

第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（一）布置方案纵置：对称、不对称横置第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（一）布置方案纵置/横置第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算结构要素钢板弹簧套管螺栓螺母中心螺栓卷耳弹簧夹第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（二）主要参数的确定1.满载弧高fa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。推荐：10-20mm第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（二）主要参数的确定2.钢板弹簧长度L钢板弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。在总布置允许的条件下尽可能长第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（二）主要参数的确定3.钢板断面尺寸及片数的确定片厚h：片宽b：推荐b=(6~12)hp片宽与片厚均应符合国标,参考GBT33164.1

第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（二）主要参数的确定3.钢板断面尺寸及片数的确定片数n：厚度不宜超过3组；最厚与最薄之比应小于1.5第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（二）主要参数的确定4.各片长度的确定第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（三）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

l1、lk+1——主片和第（k+1）片的一半长度E——材料弹性模量α——经验修正系数α=0.90~0.94l1用主片一半代入得到总成自由刚度Cj

(l1-0.5ks)代入得到总成夹紧刚度Cz

第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（四）自由状态弧高及曲率半径计算

1.弧高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。计算公式：H0=(fc+fa+△f)Δf——钢板弹簧总成用U形螺栓夹紧后引起的弧高变化量。

第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（四）自由状态弧高及曲率半径计算

2.曲率半径钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径R0各片曲率半径

第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（四）自由状态弧高及曲率半径计算

2.曲率半径——选取各片预应力装配前各片间隙相差不大，且装配后各片能很好地贴合；应适当降低主片及其相邻长片的应力；片厚相同时钢板弹簧，各片预应力不宜选取过大片厚不同的钢板弹簧，厚片预应力可取大些预应力从长片到短片由负值逐渐递增至正值，其中1~4片长片叠加负的预应力主片根部工作应力与预应力叠加后合成应力300～500MPa

第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（五）钢板弹簧总成弧高的核算等厚叶片R0用下式计算：钢板弹簧总成弧高H用下式计算两式核算结果应相近。如果相差甚多须重新选取σ0i再核算

第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（六）钢板弹簧强度验算（制动工况）

第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（六）钢板弹簧强度验算（侧滑工况）第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（六）钢板弹簧强度验算第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（六）钢板弹簧强度验算卷耳和弹簧销的强度核算第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（六）钢板弹簧强度验算提高寿命的处理喷丸处理：用喷丸机将丸粒高速打向叶片凹面，使叶片表面引起塑性变形而形成残余压应力，提高疲劳强度；同时改变晶体排列提高表面强度。包括一般喷丸和应力喷丸(在预变形状态下喷丸，可使残余应力达到1000Mpa)。预压缩处理：通过塑性变形来达到表面强化减少表面脱碳层深度表面抛光第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（七）少片簧设计特点是由等长、等宽、变截面的1～3片叶片组成。利用变厚断面来保持等强度特性，并比多片弹簧减少20％～40％的质量。片间放有减摩作用的塑料垫片，或做成只在端部接触以减少片间摩擦。第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（七）少片簧设计1）厚度按抛物线形变化E为材料弹性模量；ξ为修正系数，取0.92；J2=bh23/12;k=1-(h1/h2)3;

第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（七）少片簧设计2）厚度按线性变化当l1>l2(2β-1)或2h1<h2时，最大应力为3Fs/2bA’B’当l1≤l2(2β-1)时，最大应力为3Fsl2/2bh22

第四节弹性元件的设计与计算一、钢板弹簧的设计与计算（七）少片簧设计其宽度，在布置允许的情况尽可能大些，以便增加横向刚度，通常75-100mm其最薄处厚度不小于8mm，以保证足够抗剪强度，并且防止因太薄而淬裂其最厚处厚度一般取12-20mm，以保证淬透性好淬透性：钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，表示钢接受淬火的能力。主要取决于它的化学成分，特别是含增大淬透性的合金元素及晶粒度，加热温度和保温时间等因素有关。第四节弹性元件的设计与计算二、螺旋弹簧的设计与计算刚度计算弹簧刚度式中：Dm为弹簧中径，d为钢丝直径，i为工作圈数，G为剪切弹性模量，取8.3e4MPa端部结构总圈数n端部结构总圈数n两端碾细i+2一端碾细一端切断i+1.67两端切断i+1.33一端碾细一端内弯i+1.75两端内弯i+1.50一端切断一端切断i+1.42

第四节弹性元件的设计与计算

d（mm）2.5~67~1617~50C4~94~84~6

第四节弹性元件的设计与计算二、螺旋弹簧的设计与计算非线性弹性特性如何变刚度第四节弹性元件的设计与计算二、螺旋弹簧的设计与计算非线性弹性特性变丝径：等螺旋角圆锥螺旋弹簧变中径：等节距圆锥螺旋弹簧变节距：由小到大单向/两端小中间大双向第四节弹性元件的设计与计算三、扭杆弹簧的设计与计算扭杆特点扭杆弹簧两端分别与车架（车身）和导向臂连接，利用杆体的扭转实现弹性作用与钢板弹簧相比，扭杆弹簧具有比能容量高、质量轻、结构紧凑、便于布置、保养维修容易等优点，但对材料及工艺要求较严，且需要另设导向机构第四节弹性元件的设计与计算三、扭杆弹簧的设计与计算分类第四节弹性元件的设计与计算三、扭杆弹簧的设计与计算断面形状及端部结构第四节弹性元件的设计与计算三、扭杆弹簧的设计与计算断面形状及端部结构第四节弹性元件的设计与计算三、扭杆弹簧的设计与计算断面形状及端部结构第四节弹性元件的设计与计算三、扭杆弹簧的设计与计算布置方案第四节弹性元件的设计与计算三、扭杆弹簧的设计与计算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。

第四节弹性元件的设计与计算三、扭杆弹簧的设计与计算材料40Cr,45CrNiMoVA,42CrMo,50CrV,经过预扭处理和喷丸处理，许可切应力800~900MPa形状端部、杆部、过渡段圆形扭杆端部占多数，为使端部和杆部寿命相近，一般端部直径D=(1.2~1.3)d，其中d为扭杆直径，花键长度L1=0.4D；渐开线花键第四节弹性元件的设计与计算三、扭杆弹簧的设计与计算形状过渡段：端部到杆部之间。为降低应力，尺寸应逐步变化。30°夹角椎体连接过渡段长：Lg=(D-d)/2tg15º过渡圆角：r=1.5d第四节弹性元件的设计与计算三、扭杆弹簧的设计与计算形状扭杆有效长度

第四节弹性元件的设计与计算四、空气弹簧的设计与计算空气弹簧特点非线性弹性特性(1)负载能力可调;(2)刚度随负载变化;(3)负载变化时,固有频率几乎不变;(4)固有频率较低。第四节弹性元件的设计与计算四、空气弹簧的设计与计算囊式空气弹簧膜式空气弹簧复合式空气弹簧第四节弹性元件的设计与计算四、空气弹簧的设计与计算刚度弹簧内充气p与载荷关系P=(p-pa)AA为有效面积，pa为大气压力而p=p0(V0/V)k式中：p/v为任意位置时压力与容积，p0/V0为静平衡时压力和容积；k为多变指数，振动缓慢时接近等温过程取1，振动剧烈时接近绝热过程，取1.4，一般可取1.3-1.38

第四节弹性元件的设计与计算四、空气弹簧的设计与计算刚度静平衡位置f=0,V=V0,p=p0

有效面积变化率第四节弹性元件的设计与计算四、空气弹簧的设计与计算弹性特性第四节弹性元件的设计与计算四、空气弹簧的设计与计算空气弹簧的布置（导向杆系）提高侧倾角刚度:在可能时将其置于车架外侧钢板弹簧/A型架/单纵臂第五节独立悬架导向机构设计一、设计要求1．对前轮独立悬架导向机构的要求1）悬架上载荷变化时，保证轮距变化<±4.0mm2）悬架上载荷变化时，前轮定位参数有合理变化特性，车轮不应产生纵向加速度。（有纵向加速度，就有纵向冲击，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：①在0.4g侧向加速度作用下，车身侧倾角不大于6º~7º②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。第五节独立悬架导向机构设计一、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。此外，导向机构还拥有足够强度，并可靠地传递除垂直力以外的各种力和力矩。第五节独立悬架导向机构设计一、设计要求广泛采用上下臂不等长的双横臂式独立悬架和麦弗逊式独立悬架。第五节独立悬架导向机构设计二、导向机构的布置参数1．侧倾中心在侧向力的作用下，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。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。

第五节独立悬架导向机构设计二、导向机构的布置参数1．侧倾中心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。

第五节独立悬架导向机构设计二、导向机构的布置参数1．侧倾中心1)双横臂式独立悬架侧倾中心位置的确定如果上下横臂相互平行，则极点P位于无穷远处，作出与其平行的通过N点的平行线，与汽车横断面对称线所交的点即为侧倾中心W。第五节独立悬架导向机构设计二、导向机构的布置参数1．侧倾中心2)麦弗逊式独立悬架侧倾中心位置的确定从悬架与车身固定点E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。

第五节独立悬架导向机构设计二、导向机构的布置参数2．侧倾轴线含义：汽车前后侧倾中心的连线要求：（1）大致与地面平行，并尽可能离地面高些：与地面平行是为了在汽车转弯行驶时，前、后轴上的轴荷变化接近相等，从而保证中性转向特性。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，从而减小车身侧倾角，使其限制在允许范围内（2）前悬架侧倾中心位置的高度越高，轮距变化可能越大。第五节独立悬架导向机构设计二、导向机构的布置参数2．侧倾轴线推荐值设计时首先确定前悬架的侧倾中心高度（与轮距变化密切相关），然后确定后悬架的侧倾中心高度当后悬架采用独立悬架时，侧倾中心高度稍大；如果采用非独立悬架则更大。第五节独立悬架导向机构设计二、导向机构的布置参数3．纵倾中心

定义：纵向运动的瞬时转动中心（1）双横臂式悬架纵倾中心位置的确定作两横臂转动轴C和D的延长线，两线交点即为纵倾中心第五节独立悬架导向机构设计二、导向机构的布置参数3．纵倾中心

（2）麦弗逊式悬架纵倾中心位置的确定由E点作减振器运动方向垂直线，与横臂轴D延长线交点即为纵倾中心第五节独立悬架导向机构设计二、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五节独立悬架导向机构设计二、导向机构的布置参数4．抗制动前俯角假设：弹簧上的载荷转移可用车轮载荷转移来替代；忽略车轮惯性力矩和滚动阻力；可见制动时前俯程度Δf1和Δf2除与总布置参数、制动力大小及分配和及刚度有关外，主要取决于纵倾中心位置O1和O2。无前俯的前部位置应满足Δf1=0，即e1/d1=h/βL第五节独立悬架导向机构设计二、导向机构的布置参数4．抗制动前俯角如发生前俯现象，即Δf1>0，e1/d1<h/βL当h\L\β等参数已定，可通过选择纵倾中心位置来获得预期的抗前俯效果。为了减少车轮传到车身上的冲击力，纵倾中心位置一般不能达到理想效果，故使e1/d1<h/βL抗前俯率：ηd1=(e1βL/d1h)x100%对乘用车，一般取50-70%类似有抗驱动后仰率：ηd2=[e1（1-β）

L/d1h]x100%第五节独立悬架导向机构设计二、导向机构的布置参数5．抗驱动后仰角（抗驱动纵倾性）求解与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6．悬架摆臂定位角横臂轴水平斜置角α’

、抗前俯角β’和斜置初始角θ’第五节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.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五节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.纵向平面内上、下横臂的布置2）主销后倾角变化规律为了提高制动稳定性和舒适性，一般希望：（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。第五节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.纵向平面内上、下横臂的布置3）β1、β2角的匹配对主销后倾角的影响β1、β2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。第五节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.纵向平面内上、下横臂的布置3）β1、β2角的匹配对主销后倾角的影响第五节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。第五节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.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α1’表示，上横臂轴NN与纵轴轴线夹角用α2’表示α1’与α2’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五节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.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五节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.水平面内上、下横臂摆动轴线的布置方案2)主销后倾角λ变化范围λ增大：(1)如图使主销延长线与地面交点变化，并使c增至c1。结果，车轮易摆振，操纵稳定性变坏，∴车轮上跳时要求λ不易增大(2)λ增大，车身上的悬架支承处，会产生反力矩，具有抑制制动时前俯作用，∴要求λ增大为好。要求：轿车的λ值为-1o~+2o。车轮上跳时，悬架每压缩10mm，主销后倾角变化范围为10ˊ~40ˊ。第五节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.水平面内上、下横臂摆动轴线的布置方案2)主销后倾角λ变化范围先根据允许前俯角值去确定车身下沉量f1第五节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.水平面内上、下横臂摆动轴线的布置方案2)主销后倾角λ变化范围找到相应的ηd第五节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.水平面内上、下横臂摆动轴线的布置方案2)主销后倾角λ变化范围初选β1可得主销后倾角变化率dλ/df1第五节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.水平面内上、下横臂摆动轴线的布置方案2)主销后倾角λ变化范围选定球销中心距求得（β2-β1）第五节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4.上、下横臂长度的确定1）上、下横臂长度不同影响车轮上、下跳动时，前轮定位参数和轮距的变化要求：①前轮定位参数变化小，保证良好的操纵稳定性②轮距变化小，减少轮胎的磨损1/2轮距外倾内倾推荐取上下臂长比0.66~0.7第五节独立悬架导向机构设计四、麦弗逊式独立悬架导向机构设计1.导向机构受力分析1)作用在导向套上的横向力F3

增加该尺寸，可以减少F3，但会导致悬架多占用高度空间，总体布置有困难第五节独立悬架导向机构设计四、麦弗逊式独立悬架导向机构设计1.导向机构受力分析1)作用在导向套上的横向力F3

增加该尺寸，可以减少F3，但会导致悬架多占用高度空间，总体布置有困难减小a可以减少F3，但会增大减振器倾斜角度，导致下部更靠近车轮，布置上也有难度第五节独立悬架导向机构设计四、麦弗逊式独立悬架导向机构设计1.导向机构受力分析2)减小F3力的途径减振器轴线保持不变，将G点向车轮方向移动，使主销轴线与减振器轴线不重合，既减小了a，又相对便于布置将弹簧轴线与减振器轴线偏移s显然，增大s有利于减小F3减振器轴线、主销轴线、弹簧轴线三者不重合但受弹簧下部弹簧托盘的空间限制（增大后容易与车轮有碰上的危险），s增加是有限的

第五节独立悬架导向机构设计四、麦弗逊式独立悬架导向机构设计1.导向机构受力分析2)减小F3力的途径SideLoadSpring第五节独立悬架导向机构设计四、麦弗逊式独立悬架导向机构设计1.导向机构受力分析2)减小F3力的途径为了使活塞杆、导向套耐磨，在活塞杆表面采用微裂纹镀铬工艺处理，裂纹处可存入少量润滑油有利于减少磨损，镀铬本身又耐磨损，从而增加使用寿命第五节独立悬架导向机构设计四、麦弗逊式独立悬架导向机构设计2.摆臂轴线布置方式的选择(1)麦弗逊式悬架摆臂轴线布置方式与主销后倾角λ的匹配影响汽车纵倾稳定性(2)要求：悬架压缩行程时，主销后倾角λ有增加的趋势，以利于减少制动时的纵倾（前俯）(3)匹配方案第五节独立悬架导向机构设计四、麦弗逊式独立悬架导向机构设计3.摆臂长度的确定1)麦弗逊式悬架下摆臂长度不同，影响：(1)轮距By的变化(2)主销内倾角γ、车轮外倾角δ、主销后倾角λ的变化2)要求(1)车轮上跳时，By变化愈小愈好，以利增加轮胎的寿命(2)γ、δ、λ变化愈小愈好，以利有良好的操纵稳定性第五节独立悬架导向机构设计四、麦弗逊式独立悬架导向机构设计3.摆臂长度的确定3)摆臂长度的确定原则第五节独立悬架导向机构设计四、麦弗逊式独立悬架导向机构设计3.摆臂长度的确定3)摆臂长度的确定原则图中下摆臂长度l1是变化的，曲线1，l1最小，依次曲线5的l1最长。分析上图可得到的结论是：①

l1愈长，By变化愈小②

l1愈长，车轮上跳时λ变化愈小③

车轮上跳40mm以前，各参数变化不明显确定摆臂长度的原则是：在布置允许的条件下，尽可能加长摆臂长度第六节减振器一、分类1.形式第六节减振器一、分类2.优缺点分析双筒充气液力式减振器的优点：

1）工作性能稳定2）干摩擦阻力小