汽車設(shè)計(jì)課件--6懸架設(shè)計(jì)

1、第六章 懸架設(shè)計(jì) 第六章第六章 懸架設(shè)計(jì)懸架設(shè)計(jì) 6-1 概概 述述 6-2 懸架結(jié)構(gòu)形式分析懸架結(jié)構(gòu)形式分析 6-3 懸架主要參數(shù)的確定懸架主要參數(shù)的確定 6-4 彈性元件的計(jì)算彈性元件的計(jì)算 6-5 獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6-6 減振器減振器 6-7 主動與半主動懸架系統(tǒng)主動與半主動懸架系統(tǒng) 6-16-1 概概 述述 一一 、主要作用、主要作用 傳遞車輪和車架（或車身）之間的一切力和力矩; 緩和、抑制路面對車身的沖擊和振動； 保證車輪在路面不平和載荷變化時有理想的運(yùn)動特 性。保證汽車的操縱穩(wěn)定性。 二二 、對懸架提出的設(shè)計(jì)要求、對懸架提出的設(shè)計(jì)要求 1）保證汽車有良

2、好的行駛平順性。 2）具有合適的衰減振動能力。 3）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。 4）汽車制動或加速時要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾；轉(zhuǎn)彎 時車身側(cè)傾角要合適。 5）有良好的隔聲能力。 6）結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小。 7）可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，在滿足零部 件質(zhì)量要小的同時，還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。 6-2 6-2 懸架結(jié)構(gòu)形式分析懸架結(jié)構(gòu)形式分析 一、非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架一、非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架 懸架 非獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架兩類 左、右車輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過 懸架與車架（或車身）連接 左、右車輪通過各自的懸架與車架（或 車身）連接 非獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架 1 1、非獨(dú)

3、立懸架、非獨(dú)立懸架 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 縱置鋼板彈簧為彈性元件兼作導(dǎo)向裝置縱置鋼板彈簧為彈性元件兼作導(dǎo)向裝置 結(jié)構(gòu)簡單 制造容易 維修方便 工作可靠 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 汽車平順性較差 高速行駛時操穩(wěn)性差 轎車不利于發(fā)動機(jī)、行李艙的布置 應(yīng)用應(yīng)用 ：貨車、大客車的前、后懸架以及某些轎車的后懸架貨車、大客車的前、后懸架以及某些轎車的后懸架 2、獨(dú)立懸架、獨(dú)立懸架 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 簧下質(zhì)量?。?懸架占用的空間?。?可以用剛度小的彈簧，改善了汽車行駛平順性； 由于有可能降低發(fā)動機(jī)的位置高度，使整車的質(zhì)心高度下 降，又改善了汽車的行駛穩(wěn)定性； 左、右車輪各自獨(dú)立運(yùn)動互不影響，可減少車身的傾斜和 振動，同時在起伏的路面上能獲得良

4、好的地面附著能力。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 成本較高 維修困難 應(yīng)用應(yīng)用 ：轎車和部分輕型貨車、客車及越野車轎車和部分輕型貨車、客車及越野車 二、獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式分析二、獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式分析 分類分類 雙橫臂式 單橫臂式 雙縱臂式 單縱臂式 單斜臂式 麥弗遜式和扭轉(zhuǎn)梁隨動臂式 雙橫臂式（雙叉式）獨(dú)立懸架雙橫臂式（雙叉式）獨(dú)立懸架 側(cè)傾中心高度比較低； 車輪定位參數(shù)的變化車輪外傾角 與主銷內(nèi)傾角均有變化； 輪距變化小，輪胎磨損速度慢； 懸架側(cè)傾角剛度較小，需用橫向 穩(wěn)定器； 橫向剛度大； 空間尺寸占用較多； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，前懸架用得較多。 單橫臂式獨(dú)立懸架單橫臂式獨(dú)立懸架 側(cè)傾中心高度比較高； 車輪定位

5、參數(shù)的變化車輪外傾角與主銷內(nèi)傾角 變化大； 輪距變化大，輪胎磨損速度快； 懸架側(cè)傾角剛度較大，可不需橫向穩(wěn)定器； 橫向剛度大； 空間尺寸占用較少； 結(jié)構(gòu)簡單，成本低，前懸架用得較少。 單縱臂式獨(dú)立懸架單縱臂式獨(dú)立懸架 側(cè)傾中心高度比較低； 主銷后傾角變化大； 輪距不變； 懸架側(cè)傾角剛度較小，需橫向穩(wěn)定器； 橫向剛度?。?幾乎不占用高度空間； 結(jié)構(gòu)簡單，成本低； 斜置單臂式獨(dú)立懸架斜置單臂式獨(dú)立懸架 側(cè)傾中心高度介于單橫臂與單縱臂之間； 主銷定位參數(shù)有變化； 輪距變化不大； 懸架側(cè)傾角剛度介于單橫臂與單縱臂之間； 橫向剛度較小； 幾乎不占用高度空間； 結(jié)構(gòu)簡單，成本低； 多桿式獨(dú)立懸架多桿式獨(dú)立

6、懸架 側(cè)傾中心高度比較低； 車輪定位參數(shù)的變化車輪外傾角 與主銷內(nèi)傾角均有變化； 輪距變化小，輪胎磨損速度慢； 懸架側(cè)傾角剛度較小，需用橫向 穩(wěn)定器； 橫向剛度大； 空間尺寸占用較多； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，前懸架用得較多。 滑柱擺臂式獨(dú)立懸架（麥弗遜式或支柱式）滑柱擺臂式獨(dú)立懸架（麥弗遜式或支柱式） 側(cè)傾中心高度比較高； 車輪定位參數(shù)的變化車輪外傾角與主銷內(nèi)傾角變化?。?輪距變化很?。?懸架側(cè)傾角剛度較大，可不需橫向穩(wěn)定器； 橫向剛度大； 空間尺寸占用較少； 結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，轎車用得較多。 扭轉(zhuǎn)梁隨動臂式獨(dú)立懸架（隨動轉(zhuǎn)向臂式）扭轉(zhuǎn)梁隨動臂式獨(dú)立懸架（隨動轉(zhuǎn)向臂式） 側(cè)傾中心高度比較低； 車輪定位參數(shù)在

7、左右輪同時跳動時不變； 輪距不變； 懸架側(cè)傾角剛度較大，不需橫向穩(wěn)定器； 橫向剛度大； 占用空間小； 結(jié)構(gòu)簡單，用于FF乘用車的后懸架； 懸架評價指標(biāo)：懸架評價指標(biāo)： 1）側(cè)傾中心高度）側(cè)傾中心高度 側(cè)傾中心位置高，它到車身質(zhì)心的距離縮短，可使側(cè) 傾力臂及側(cè)傾力矩小些，車身的側(cè)傾角也會減小。但 側(cè)傾中心過高，會使車身傾斜時輪距變化大，加速輪 胎的磨損。 2）車輪定位參數(shù)的變化）車輪定位參數(shù)的變化 若主銷后傾角變化大，容易使轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生擺振；若車輪 外傾角變化大，會影響汽車直線行駛穩(wěn)定性，同時也會影 響輪距的變化和輪胎的磨損速度。 5）懸架占用的空間尺寸）懸架占用的空間尺寸 3）懸架側(cè)傾角剛度）懸

8、架側(cè)傾角剛度 4）橫向剛度）橫向剛度 1）側(cè)傾中心高度）側(cè)傾中心高度 2）車輪定位參數(shù)的變化）車輪定位參數(shù)的變化 5）懸架占用的空間尺寸）懸架占用的空間尺寸 占用橫向尺寸大的懸架影響發(fā)動機(jī)的布置和 從車上拆裝發(fā)動機(jī)的困難程度； 占用高度空間小的懸架，則允許行李箱寬敞， 而且底部平整，布置油箱容易。 3）懸架側(cè)傾角剛度）懸架側(cè)傾角剛度 車廂側(cè)傾角與側(cè)傾力矩和懸架總的側(cè)傾角剛度大 小有關(guān)，并影響汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性。 4）橫向剛度）橫向剛度 懸架的橫向剛度影響操縱穩(wěn)定性。若用于轉(zhuǎn)向軸 上的懸架橫向剛度小，則容易造成轉(zhuǎn)向輪發(fā)生擺 振現(xiàn)象。 懸 架 雙橫臂式單橫臂式單縱臂式單斜臂式麥弗遜式扭轉(zhuǎn)梁隨

9、動臂式 側(cè)傾中心 高 比較低比較高比較低 居單橫臂和 單縱臂之間 比較高比較低 車輪定位 參數(shù)的變 化 車輪外傾角 與主銷內(nèi)傾 角均有變化 車輪外傾角 與主銷內(nèi)傾 角變化大 主銷后傾角 變化大 有變化變化小 左、右輪同時跳 動時不變 輪距 變化小，輪 胎磨損速度 慢 變化大，輪 胎磨損速度 快 不變變化不大變化很小不變 懸架側(cè)傾 角 剛度 較小，需用 橫向穩(wěn)定器 較大，可不 裝橫向穩(wěn)定 器 較小，需用 橫向穩(wěn)定器 居單橫臂式 和單縱臂式 之間 較大，可不裝橫向穩(wěn)定器 橫向剛度橫向剛度大橫向剛度小 橫向剛度較小橫向剛度大 占用空間 尺寸 占用較多占用較少幾乎不占用高度空間占用的空間小 其它 結(jié)構(gòu)

10、復(fù)雜 前懸架用 得較多 結(jié)構(gòu)簡單、成 本低，前懸架 上用得少 結(jié)構(gòu)簡單、成本低 結(jié)構(gòu)簡單、 緊湊，轎車 上用得較多 結(jié)構(gòu)簡單，用于 發(fā)動機(jī)前置前輪 驅(qū)動轎車后懸架 各種獨(dú)立懸架的比較各種獨(dú)立懸架的比較 三、前、后懸架方案的選擇三、前、后懸架方案的選擇 采用的方案采用的方案 前輪和后輪均采用非獨(dú)立懸架； 前輪采用獨(dú)立懸架，后輪采用非獨(dú)立懸架； 前輪與后輪均采用獨(dú)立懸架。 1 、前輪和后輪均采用非獨(dú)立懸架、前輪和后輪均采用非獨(dú)立懸架 前、后懸架均采用縱置 鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的 汽車轉(zhuǎn)向行駛時，內(nèi)側(cè) 懸架處于減載而外側(cè)懸 架處于加載狀態(tài)，于是 內(nèi)側(cè)懸架受拉抻，外側(cè) 懸架受壓縮，結(jié)果與懸 架固定連接的

11、車軸（橋） 的軸線相對汽車縱向中 心線偏轉(zhuǎn)一角度。如 圖a。 對前軸，這種偏轉(zhuǎn)使汽車不足轉(zhuǎn)向趨勢增加 對后橋，則增加了汽車過多轉(zhuǎn)向趨勢 轎車將后懸架縱置鋼板彈簧的 前部吊耳位置布置得比后邊吊 耳低，于是懸架的瞬時運(yùn)動中 心位置降低，與懸架連接的車 橋位置處的運(yùn)動軌跡如b所示， 即處于外側(cè)懸架與車橋連接處 的運(yùn)動軌跡是oa段，結(jié)果后 橋軸線的偏離不再使汽車具有 過多轉(zhuǎn)向的趨勢。 2、 前輪和后輪均采用獨(dú)立懸架前輪和后輪均采用獨(dú)立懸架 （1）前懸架：麥佛遜式；）前懸架：麥佛遜式； 螺旋彈簧套裝在減桭器外部 下擺臂球頭伸到輪輞空間內(nèi) 結(jié)構(gòu)緊湊 制動穩(wěn)定性好負(fù)主銷偏移距 發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的乘用車的一

12、般布置：發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的乘用車的一般布置： 麥佛遜前懸架扭轉(zhuǎn)隨動后懸架麥佛遜前懸架扭轉(zhuǎn)隨動后懸架 隨動轉(zhuǎn)向原理隨動轉(zhuǎn)向原理 （2）后懸架：扭轉(zhuǎn)隨動式）后懸架：扭轉(zhuǎn)隨動式 2.緩沖塊緩沖塊 橡膠制造，通過硫化將 橡膠與鋼板連接為一體， 再經(jīng)焊在鋼板上的螺釘 將緩沖塊固定到車架 （車身）或其它部位上， 起到限制懸架最大行程 的作用 多孔聚氨指制成 ，它兼有輔助彈性元件 的作用。這種材料起泡時就形成了致密的 耐磨外層，它保護(hù)內(nèi)部的發(fā)泡部分不受損 傷。由于在該材料中有封閉的氣泡，在載 荷作用下彈性元件被壓縮，但其外廓尺寸 增加卻不大，這點(diǎn)與橡膠不同。有些汽車 的緩沖塊裝在減振器上。 四、輔助元件四

13、、輔助元件 1.橫向穩(wěn)定器橫向穩(wěn)定器 通過減小懸架垂直剛度，能降低車身振動固有 頻率n ,達(dá)到改善汽車平順性的 目的。 2/ s mcn 6-36-3 懸架主要參數(shù)的確定懸架主要參數(shù)的確定 一、前后懸架的靜撓度、動撓度的選擇一、前后懸架的靜撓度、動撓度的選擇 汽車滿載靜止時懸架上的載荷Fw與此時 懸架剛度c之比，即fc=Fw/c。 1、概念、概念 1)靜撓度靜撓度 指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié) 構(gòu)允許的最大變形（通常指緩沖塊壓縮 到其自由高度的1/2或2/3）時，車輪 中心相對車架（或車身）的垂直位移。 2)動撓度動撓度 1 1）使懸架系統(tǒng)有較低的固有頻率）使懸架系統(tǒng)有較低的固有頻率 式

14、中，c1、c2為前、后懸架的剛度； m1、m2為前、后懸架的簧上質(zhì)量。 2/2/ 222111 mcnmcn 汽車前、后部分的固有頻率n1和n2（亦稱偏頻） 2、選擇要求及方法、選擇要求及方法 2 2）n n1 1與與n n2 2的匹配要合適的匹配要合適 3 3）f fd d要合適要合適, ,根據(jù)不同的車和不同路面條件選擇根據(jù)不同的車和不同路面條件選擇 1 1）、懸架系統(tǒng)的固有頻率）、懸架系統(tǒng)的固有頻率 當(dāng)采用彈性特性為線性變化的懸架時，前、后懸架的靜撓度 可用下式表示 fc1=m1g/c1 fc2=m2g/c2 將fc1、fc2代入 2211 /5/5 cc fnfn 2/2/ 222111

15、 mcnmcn 希望fc1與fc2要接近，但不能相等（防止共振） 希望fc1fc2 (從加速性考慮，若fc2大，車身的振動大） 2 2）、）、n n1 1與與n n2 2的匹配的匹配 若汽車以較高車速駛過單個路障，n1/n21時的車身縱向角振動 要比n1/n21時小，故推薦取fc2=（0.80.9）fc1。 考慮到貨車前、后軸荷的差別和駕駛員的乘坐舒適性，取前懸架 的靜撓度值大于后懸架的靜撓度值，推薦fc2=（0.60.8）fc1。 為了改善微型轎車后排乘客的乘坐舒適性，有時取后懸架的偏頻 低于前懸架的偏頻。 v要求：要求： v方法：方法： 3 3）、）、 f fd d要合適，根據(jù)不同的車和不

16、同路面條件選擇要合適，根據(jù)不同的車和不同路面條件選擇 要求懸架有足夠的動撓度，以防止在壞路面上行駛時經(jīng)常 碰撞緩沖塊。 乘用車：fd=7-9cm; 客車：5-8cm; 貨車：6-9cm 二、懸架的彈性特征二、懸架的彈性特征 懸架受到垂直外力F與由此所引起的車輪中心相對于在車身位 移f（即懸架的變形）的關(guān)系曲線 。 1)線性彈性特性線性彈性特性 定義定義:當(dāng)懸架變形f與所受垂直外力F之間呈固定比例變化時，彈 性特性為一直線，此時懸架剛度為常數(shù) 。 懸架的彈性特性有線性彈性特性和非線性彈性特性兩種 1、定義、定義 2、分類、分類 特點(diǎn)特點(diǎn)：隨載荷的變化，平順性變化 2)非線性彈性特性非線性彈性特性

17、 定義定義：當(dāng)懸架變形f與所受垂直外力F之間不呈固定比例變化時 1緩沖塊復(fù)原點(diǎn) 2復(fù)原行程緩沖塊脫離支架 3主彈簧彈性特性曲線 4復(fù)原行程 5壓縮行程 6緩沖塊壓縮期懸架彈性特性曲線 7緩沖塊壓縮時開始接觸彈性支架 8額定載荷 特點(diǎn)特點(diǎn) 在滿載位置（圖中點(diǎn)8）附近，剛度小且曲線變化平緩， 因而平順性良好 距滿載較遠(yuǎn)的兩端，曲線變陡，剛度增大 作用作用 在有限的動撓度fd范圍內(nèi)，得到比線性懸架更多的動容量 懸架的運(yùn)容量系指懸架從靜載荷的位置起，變形到結(jié)構(gòu)允 許的最大變形為止消耗的功 （懸架的運(yùn)容量越大，對緩沖 塊擊穿的可能性越小 ） 空載與滿載時簧上質(zhì)量變化大的貨車和客車，為了 減少振動頻率和車

18、身高度的變化，應(yīng)當(dāng)選用剛度可變 的非線性懸架。 乘用車簧上質(zhì)量在使用中雖然變化不大，但為了減 少車軸對車架的撞擊，減少轉(zhuǎn)彎行駛時的側(cè)傾與制動 時的前俯角和加速時的后仰角，也應(yīng)當(dāng)采用剛度可變 的非線性懸架。 三、貨車后懸的主、副簧的剛度匹配三、貨車后懸的主、副簧的剛度匹配 車身從空載到滿載時的振動頻率變 化要小，以保證汽車有良好的平順性 副簧參加工作前、后的懸架振動頻 率變化不大 確定方法確定方法 使副簧開始起作用時的懸架撓度fa等于汽車空 載時懸架的撓度f0，而使副簧開始起作用前一瞬 間的撓度fK等于滿載時懸架的撓度fc 。副簧、主 簧的剛度比為 使副簧開始起作用時的載荷等于空載與滿載時 懸架

19、載荷的平均值，即FK=0.5（F0+FW），并 使F0和FK間平均載荷對應(yīng)的頻率與FK和FW間平 均載荷對應(yīng)的頻率相等，此時副簧與主簧的剛 度比為 ca/cm=（2-2）/（+3） 。 四、懸架側(cè)傾角剛度及其在前、后軸的分配四、懸架側(cè)傾角剛度及其在前、后軸的分配 側(cè)傾角剛度的大小影響到側(cè)傾角，側(cè)傾角過大過小都不好：側(cè)傾角剛度的大小影響到側(cè)傾角，側(cè)傾角過大過小都不好： 過小會感知不到側(cè)翻的潛在危險； 過大則感覺太不安全，不舒適。 前后懸架的角剛度匹配要考慮汽車的轉(zhuǎn)向特性：前后懸架的角剛度匹配要考慮汽車的轉(zhuǎn)向特性： 為滿足汽車的不足轉(zhuǎn)向特性，一般使前懸架的角剛度為后懸架角剛 度的1.42.6倍，使

20、得前輪的側(cè)偏角大于后輪的側(cè)偏角。 6-46-4 彈性元件的計(jì)算彈性元件的計(jì)算 一、鋼板彈簧的計(jì)算一、鋼板彈簧的計(jì)算 (一）鋼板彈簧的布置一）鋼板彈簧的布置 縱置或橫置 橫置：沒辦法傳遞縱向力，需設(shè)置附設(shè)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，很少采用。 縱置分為：對稱式與非對稱式 一般為對稱式，在需要改變軸距而又不想改變彈簧位置的情況下 采用非對稱式。 （二）鋼板彈簧主要參數(shù)的確定（二）鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 滿載靜止時前后軸負(fù)荷G1,G2 簧下質(zhì)量Gu1,Gu2 單個鋼板彈簧的載荷為： Fw1=(G1-Gu1)/2 Fw2=(G2-Gu2)/2 懸架的靜撓度，動撓度，U型螺栓中心距 汽車軸距La 計(jì)算所需的已知條件 滿

21、載弧高fa是指鋼板彈簧裝到車軸（橋）上，汽車滿載時鋼板彈簧 主片上表面與兩端（不包括卷耳半徑）連線間的最大高度差。 fa用來保證汽車具有給定的高度。 當(dāng)fa=0時，鋼板彈簧在對稱位置上工作 ，為了在車架高度已限定 時能得到足夠的動撓度值，常取fa=1020mm。 1、滿載弧高、滿載弧高fa 2、鋼板彈簧長度、鋼板彈簧長度L的確定的確定 鋼板彈簧長度L是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離。 在總布置可能的條件下，應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長些。 推薦推薦在下列范圍內(nèi)選用鋼板彈簧的長度： 轎車：L=（0.400.55）軸距； 貨車:前懸架：L=（0.260.35）軸距； 后懸架：L=（0.350.45）軸

22、距。 盡可能將鋼板彈簧取長些的原因盡可能將鋼板彈簧取長些的原因 增加鋼板彈簧長度L能顯著降低彈簧應(yīng)力，提高使用壽命 降低彈簧剛度，改善汽車平順性 在垂直剛度c 給定的條件下，能明顯增加鋼板彈簧的縱向角 剛度(剛板彈簧的縱向角剛度系指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向轉(zhuǎn)角時， 作用到鋼板彈簧上的縱向力矩值 ) 增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時，能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引 起的彈簧變形 3、鋼板斷面尺寸及片數(shù)的確定、鋼板斷面尺寸及片數(shù)的確定 1）.鋼板斷面寬度鋼板斷面寬度b的確定的確定 （1）根據(jù)簡支梁公式計(jì)算鋼板彈簧所需要的總慣性矩J0。 J0=（L-ks）3c/48E s為U形螺栓中心距（mm）； k為考慮U形螺栓

23、夾緊彈簧后的無效長度系數(shù)（如剛性夾緊， 取k=0.5，撓性夾緊，取k=0）； c為鋼板彈簧垂直剛度（N/mm），c=FW/fc； （2）鋼板彈簧總截面系數(shù)W0 W0FW（L-ks）/4W c W p Ef ksL WJh 6 )( /2 2 00 （3）計(jì)算鋼板彈簧的平均厚度hp 片寬片寬b對汽車性能的影響對汽車性能的影響 增大片寬，能增加卷耳強(qiáng)度，但當(dāng)車身受側(cè)向力作 用傾斜時，彈簧的扭曲應(yīng)力增大。 前懸架用寬的彈簧片，會影響轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角。 片寬選取過窄，又得增加片數(shù)，從而增加片間的摩擦 彈簧的總厚 推薦片寬與片厚的比值b/hp在610范圍內(nèi)選取。 （4）根據(jù)hp，選鋼板彈簧的片寬b。 2

24、）.鋼板彈簧片厚鋼板彈簧片厚h的選擇的選擇 矩形斷面等厚鋼板彈簧的總慣性矩J0=nbh3/12 片 厚 h 選 擇 的 要 求 增加片厚h，可以減少片數(shù)n 鋼板彈簧各片厚度可能有相同和不同兩種情況，希望 盡可能采用前者 但因?yàn)橹髌ぷ鳁l件惡劣，為了加強(qiáng)主片及卷耳，也 常將主片加厚，其余各片厚度稍薄。此時，要求一副鋼 板彈簧的厚度不宜超過三組。 為使各片壽命接近又要求最厚片與最薄片厚度之比應(yīng) 小于1.5。 鋼板斷面尺寸b和h應(yīng)符合國產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。 （三）鋼板彈簧各片長度的確定（三）鋼板彈簧各片長度的確定 將各片厚度hi的立方值hi3按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪制在圖上； 沿橫坐標(biāo)量出主片長度的一半L

25、/2和U形螺栓中心距的一半s/2， 得到A、B兩點(diǎn)，連接A、B即得到三角形的鋼板彈簧展開圖； AB線與各葉片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長度，如果存在與主片等 長的重疊片，就從B點(diǎn)到最后一個重疊片的上側(cè)邊端點(diǎn)一直線，此 直線與各片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長度； 各片實(shí)際長度尺寸需經(jīng)圓整后確定。 （四）鋼板彈簧剛度驗(yàn)算（四）鋼板彈簧剛度驗(yàn)算 其中 式中，a為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，a=0.900.94； E為材料彈性模量； l1、lk+1為主片為第（k+1）片的一半長度。 )(/6 1 1 3 1kk n k k YYaaEc )( 111 kk lla k i ik JY 1 /1 1 1 1 /1 k i ik

26、JY （五）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算（五）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算 1）鋼板彈簧）鋼板彈簧總成總成在自由狀態(tài)下的弧高在自由狀態(tài)下的弧高H0 及曲率半徑及曲率半徑R0 H0：鋼板彈簧各片裝配后，在預(yù)壓縮和鋼板彈簧各片裝配后，在預(yù)壓縮和U形螺栓夾緊前，其形螺栓夾緊前，其 主片上表面與兩端（不包括卷耳孔半徑）連線間的最大高度差，主片上表面與兩端（不包括卷耳孔半徑）連線間的最大高度差， 稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H0 H0=（fc+fa+f） fc為靜撓度； fa為滿載弧高； f為鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后引起的弧高變

27、化。 2 2 )(3( L ffsLs f ca s為U形螺栓中心距；L為鋼板彈簧主片長度。 R0 ：鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑R0=L2/8H0 2）鋼板彈簧各片）鋼板彈簧各片自由狀態(tài)自由狀態(tài)下曲率半徑下曲率半徑Ri的確定的確定 將各片彈簧自由曲率半徑做成不等的目的： 使各片厚度相同的鋼板彈簧裝配后能很好地貼緊， 減少主片的工作應(yīng)力。 為何還要確定自由狀態(tài)下的曲率半徑為何還要確定自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri， 用總成的曲率半徑行不行？用總成的曲率半徑行不行？ 加預(yù)應(yīng)力的矩形斷面鋼板彈簧在裝配前各片曲率半徑： Ri=R0/1+(20iR0)/Ehi 各片彈

28、簧預(yù)應(yīng)力怎么加？各片彈簧預(yù)應(yīng)力怎么加？ （a）保證裝配前各片彈簧片間間隙相差不大，且裝配后各 片能很好貼和； （b）為保證主片及一其相鄰的長片有足夠的使用壽命，應(yīng) 適當(dāng)降低主片及與其相鄰的長片的應(yīng)力。 （c）滿足各片彈簧在根部處預(yù)應(yīng)力鎖造成的彎矩之代數(shù)和等于零。 0 1 n i i M 0 1 0 i n i iW 3）自由狀態(tài)下各片的弧高）自由狀態(tài)下各片的弧高Hi的確定的確定 HiLi2/8Ri （六）鋼板彈簧總成弧高的核算（六）鋼板彈簧總成弧高的核算 核算鋼板彈簧總成的弧高的目的： 由于鋼板彈簧葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力后計(jì)算的， 裝配后鋼板彈簧總成的孤高計(jì)算的結(jié)果會不同。

29、等厚葉片彈簧的曲率半徑R0的計(jì)算 n i i i n i i L RL R 1 1 0 )/( 1 0 2 8R L H 鋼板彈簧總成弧高 注意：用上式與用式H0=（fc+fa+f）計(jì)算的結(jié)果應(yīng)相近。 如相差較多，可經(jīng)重新選用各片預(yù)應(yīng)力再行核算。 上機(jī)作業(yè)上機(jī)作業(yè)鋼板彈簧設(shè)計(jì)鋼板彈簧設(shè)計(jì) 為某微型商用車設(shè)計(jì)后鋼板彈簧懸架。已知參數(shù)：總質(zhì)量為某微型商用車設(shè)計(jì)后鋼板彈簧懸架。已知參數(shù)：總質(zhì)量 ma為為1310kg， 整備質(zhì)量整備質(zhì)量 mo為為695kg?？蛰d時?？蛰d時 前軸載荷前軸載荷 為為4250N, 后軸載荷為后軸載荷為2700N； 滿載時前軸載荷為滿載時前軸載荷為5750N，后軸載荷為，后軸

30、載荷為7350N； 前、后懸架非簧載質(zhì)量前、后懸架非簧載質(zhì)量 分別為分別為500N和和690N。汽車軸距。汽車軸距L2200mm, 騎馬螺栓中心距騎馬螺栓中心距 S= 70mm, 滿載時偏頻滿載時偏頻 n= 1.51.7 H z。葉片斷面尺寸按以下幾種型材規(guī)格選?。骸Ｈ~片斷面尺寸按以下幾種型材規(guī)格選?。?hb=665； 765； 865； 663；763；863；670； 770；870。 要求：要求： 1）、用作圖法確定鋼板彈簧各片長度（按）、用作圖法確定鋼板彈簧各片長度（按 1:5 的比例作圖）；的比例作圖）； 2）、用）、用TC編程并上機(jī)調(diào)試；編程并上機(jī)調(diào)試； 3）、根據(jù)程序，輸入已知參

31、數(shù)，確定鋼板彈簧葉片斷面尺寸，片數(shù)，并）、根據(jù)程序，輸入已知參數(shù)，確定鋼板彈簧葉片斷面尺寸，片數(shù)，并 計(jì)算鋼板彈簧總成剛度。計(jì)算鋼板彈簧總成剛度。 4）、輸出調(diào)試結(jié)果。）、輸出調(diào)試結(jié)果。 5）、作業(yè)提交內(nèi)容：初步計(jì)算結(jié)果；確定鋼板長度的繪圖；輸出結(jié)果。）、作業(yè)提交內(nèi)容：初步計(jì)算結(jié)果；確定鋼板長度的繪圖；輸出結(jié)果。 （七）鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算（分兩種工況）（七）鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算（分兩種工況） 1、緊急制動時 前鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的后半段出現(xiàn)的最大應(yīng)力 max=G1m1l2（l1+c） / （l1+l2）W0 式中， G1為作用在前輪上的垂直靜負(fù)荷； m1為制動時前軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)， l1、l

32、2為鋼板彈簧前、后段長度； 道路附著系數(shù)，取0.8； W0為鋼板彈簧總截面系數(shù)； c為彈簧固定點(diǎn)到路面的距離。 max=G2m2l1（l2+c） / （l1+l2）W0+G2m2/bh1 式中，G2為作用在后輪上的垂直靜負(fù)荷； m2為驅(qū)動時后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)， 轎車：m2=1.251.30， 貨車：m2=1.11.2； 為道路附著系數(shù)； b為鋼板彈簧片寬； h1為鋼板彈簧主片厚寬。 2、汽車驅(qū)動時 后鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的前半段出現(xiàn)最大應(yīng)力 3、鋼板彈簧卷耳和彈簧銷的強(qiáng)度核算 （1）卷耳強(qiáng)度計(jì)算）卷耳強(qiáng)度計(jì)算 卷耳所受應(yīng)力由彎曲應(yīng)力和拉（壓）應(yīng) 力合成 =3Fx（D+h1） / bh12

33、 + Fx/bh1 式中，F(xiàn)x為沿彈簧縱向作用在卷耳中心 線上的力； D為卷耳內(nèi)徑； b為鋼板彈簧寬度； h1為主片厚度。 鋼板彈簧主片卷耳受力 （2 2）鋼板彈簧銷的強(qiáng)度計(jì)算：）鋼板彈簧銷的強(qiáng)度計(jì)算： 鋼板彈簧銷受到擠壓應(yīng)力 z=Fs/bd 其中， Fs為滿載靜止時鋼板彈簧端部的載荷；b為卷耳處葉片寬； d為鋼板彈簧銷直徑。 （八）鋼板彈簧的材料及處理工藝（八）鋼板彈簧的材料及處理工藝 v材料： 55SiMnVB鋼或60Si2Mn v工藝： 表面噴丸 （九）少片彈簧（九）少片彈簧 二、扭桿彈簧二、扭桿彈簧 3 max 16 M d n C Gd 43 L 4 1、扭桿直徑 2、扭桿有效長度

34、3、扭桿直徑、扭桿直徑d，有效長度，有效長度L與扭轉(zhuǎn)剛度的關(guān)系與扭轉(zhuǎn)剛度的關(guān)系 d增大，Cn增大，懸架剛度C與Cn成正比，平順性變差； d也不能隨便減少，必須滿足強(qiáng)度要求； L增大，Cn減少，C減少，懸架平順性改善； L不能過長，過長在整車上布置困難，宜采用組合式扭桿。 6-5 6-5 獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)要求一、設(shè)計(jì)要求 1 1、前懸導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、前懸導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 1)懸架上載荷變化時，保證輪距變化不超過4.Omm，輪距變化大 會引起輪胎早期磨損。 2)懸架上載荷變化時，前輪定位參數(shù)要有合理的變化特性，車輪不 應(yīng)產(chǎn)生縱向加速度。 3)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，應(yīng)使車身側(cè)傾角小

35、。在04g側(cè)向加速度作用 下，車身側(cè)傾角不大于67，并使車輪與車身的傾斜同向，以增 強(qiáng)不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)。 4)汽車制動時，應(yīng)使車身有抗前俯作用；加速時，有抗后仰作用。 2 2、后懸導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、后懸導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 1)懸架上的載荷變化時，輪距無顯著變化。 2)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，應(yīng)使車身側(cè)傾角小，并使車輪與車身的傾斜反 向，以減小過多轉(zhuǎn)向效應(yīng)。 二、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù)二、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置參數(shù) 1 1側(cè)傾中心側(cè)傾中心 側(cè)傾軸線應(yīng)大致與地面平行，且盡可能離地面高些。 2.側(cè)傾軸線側(cè)傾軸線 前懸架的側(cè)傾中心高度受到允許的輪距變化的限制： 側(cè)傾中心高度太高，輪距變化大。 實(shí)際獨(dú)立懸架車輛的側(cè)傾中心高度： 前懸架0120m

36、m； 后懸架80150mm。 使得在曲線行駛時前、后軸上 的軸荷變化接近相等，從而保 證中性轉(zhuǎn)向特性。 平行 盡可能高使車身的側(cè)傾限制在允許的范圍內(nèi)。 3縱傾中心縱傾中心 4抗制動縱傾性抗制動縱傾性(抗制動前俯角抗制動前俯角) 抗制動縱傾性可減小制動時汽車車頭的下沉量和車尾的抬高量。 只有當(dāng)前后懸架的縱傾中心位于兩車軸之間時，這一性能方可實(shí)現(xiàn)。 反映制動時車身前俯程度f1, f2的推導(dǎo) f10時，無前俯現(xiàn)象f10時，發(fā)生前俯現(xiàn)象 汽車重心高度h, 制動力分配系數(shù), 軸距 L 已知時， 縱傾中心高度e1, e2 的選擇有助于汽車抗制動前俯現(xiàn)象的發(fā)生。 表征抗制動前俯的指標(biāo)表征抗制動前俯的指標(biāo)抗前

37、俯率抗前俯率d Lh de d 11 對乘用車，d 5070 三、麥弗遜式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)三、麥弗遜式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 以G點(diǎn)為支點(diǎn)，求力F4: F4 (b+c)=F1a 以導(dǎo)向套為支點(diǎn)，求力F3: F3 (d-c)=F4d F3=F1ad/(b+c)(d-c) 力F3越大，則作用在導(dǎo) 向套上的摩擦力 F3f 越大 (f為摩擦因數(shù))，這使得推 活塞桿下落所需的垂直力 變大，影響平順性。 在保持減振器軸線不變的條件下，常將在保持減振器軸線不變的條件下，常將G G 點(diǎn)外伸至車輪內(nèi)部，為什么？點(diǎn)外伸至車輪內(nèi)部，為什么？ 既可以達(dá)到縮短尺寸的目的，又可獲 得較小的甚至是負(fù)的主銷偏移距，提高制

38、動時的方向穩(wěn)定性。 F3 b+c a或 懸架占用空間增加，在布置上有困難 采用增加減振器軸線傾斜度的方法， 可達(dá)到減小尺寸的目的，但也存在 布置困難的問題。 F3=F1ad/(b+c)(d-c) 將彈簧和減振器的軸線相互偏移 距離s，再考慮到彈簧軸向力F6的 影響，則作用到導(dǎo)向套上的力將 減小，可用下式計(jì)算 1）增加距離s，有助于減小作用到導(dǎo)向套上的 橫向力F3。 2）為了發(fā)揮彈簧反力減小橫向力F3的作用， 還將彈簧下端布置得盡量靠近車輪，從而造成 彈簧軸線及減振器軸線成一角度。 麥弗遜式懸架中，主銷軸線、滑柱軸線麥弗遜式懸架中，主銷軸線、滑柱軸線 和彈簧軸線不共線的主要原因和彈簧軸線不共線的

39、主要原因 一、分類： 汽車懸架系統(tǒng)多采用筒式液力減振器。筒式液力減振器。 又分為單向作用減振器，雙向作用減振器。又分為單向作用減振器，雙向作用減振器。 工作原理工作原理： 當(dāng)車架（或車身）和車橋間受振動出現(xiàn)相對運(yùn) 動時，減振器內(nèi)的活塞上下移動，減振器腔內(nèi) 的油液便反復(fù)地從一個腔經(jīng)過不同的孔隙流入 另一個腔內(nèi)。此時孔壁與油液間的摩擦和油液 分子間的內(nèi)摩擦對振動形成阻尼力，使汽車振 動能量轉(zhuǎn)化為油液熱能，再由減振器吸收散發(fā) 到大氣中。 6-66-6 減振器減振器 二、阻尼比(相對阻尼系數(shù)） 值取大，能使振動迅速衰減，但會把路面較大的沖擊傳遞到車身， 值取小，振動衰減慢，受沖擊后振動持續(xù)時間長，使乘

40、客感到不舒服。 為充分發(fā)揮彈簧在壓縮行程中作用，常把壓縮行程的阻尼比設(shè)計(jì)得比伸張小。 vF 為減振器阻尼系數(shù) c為懸架系統(tǒng)垂直剛度 ms為簧上質(zhì)量 )2/( s cm 阻力速度特性曲線 6-76-7 主動與半主動懸架系統(tǒng)主動與半主動懸架系統(tǒng) 1 主動懸架系統(tǒng)主動懸架系統(tǒng) 主動懸架中不再有傳統(tǒng)意義上的“彈簧剛度”和“阻尼特性”， 懸架中的彈簧和減振器全部或者至少部分被執(zhí)行元件所取代。 基本原理基本原理是靠自身的能源通過執(zhí)行元件對振動進(jìn)行“主動”干 預(yù)。 分類：分類：根據(jù)執(zhí)行元件的響應(yīng)帶寬可分為寬帶主動懸架和有限 帶寬主動懸架兩種，兩種懸架又分別稱為全主動懸架和慢主 動懸架。 主動與被動懸架系統(tǒng)演

41、示 1） 全主動懸架全主動懸架 概念：概念： 全主動懸架系統(tǒng)所采用的執(zhí)行元件具有較寬的響應(yīng)頻帶，以便 對車輪的高頻共振也加以控制。 執(zhí)行元件多采用電液或液氣伺服系統(tǒng)， 控制帶寬一般應(yīng)至少覆蓋015Hz，有的執(zhí)行元件響應(yīng)帶寬甚 至高達(dá)100Hz。 全主動懸架工作原理的示意圖(單個車輪) A-執(zhí)行元件 E-比較器 F-力傳感器 P-電位器 V-控制閥 1-懸掛質(zhì)量 2-加速度傳感器 3-信號處理器 4-控制單元 5-進(jìn)油 6-出油 7-非懸掛質(zhì)量 8-路面輸入 系統(tǒng)主要由執(zhí)行元件、各種必要的傳感器、信號處理器 和控制單元等組成。 控制單元根據(jù)檢測到的各種信號判斷汽車的當(dāng)前狀態(tài)， 并根據(jù)事先設(shè)定的控

42、制策略決定執(zhí)行元件該輸出多大的力。 系統(tǒng)內(nèi)部靠力閉環(huán)控制保證執(zhí)行元件輸出的力滿足指令 要求。 實(shí)際使用時，還必須包括更多的傳感器以檢測必要的系 統(tǒng)狀態(tài)量，比如轉(zhuǎn)向時與汽車運(yùn)動相關(guān)的橫向加速度、方 向盤角速度，還有汽車車速、發(fā)動機(jī)油門開度、制動踏板 位置以及汽車車身高度等系統(tǒng)狀態(tài)量。 系統(tǒng)工作原理及過程 主動懸架布置圖 1-懸架位移傳感器 2-后懸架執(zhí)行元件 3-車門開關(guān)傳感器 4-隔離閥 5-前懸架執(zhí)行元件 6-控制閥 7-液壓泵 8-油門位置傳感器 9-車速傳感器 10-控制踏板位置傳感器 11-方向盤傳感器 12-中央控制單元 性能指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn) 主動懸架的性能指標(biāo)可以用多個

43、系統(tǒng)輸出變量的均方根值的加 權(quán)和來表征。 這些變量可以包括車身加速度、車輪與地面間的動載、車輪相 對于車身的位移以及執(zhí)行元件的作用力等。 系統(tǒng)的控制變量也比傳統(tǒng)的被動懸架要多，并且參數(shù)的選擇 范圍也更寬。 主動懸架特點(diǎn) 要求執(zhí)行元件所產(chǎn)生的力能夠很好地跟蹤任何力控制信號 因此，它為控制律的選擇提供了一個廣闊的設(shè)計(jì)空間，即 如何確定控制律以使系統(tǒng)能夠讓車輛達(dá)到最佳的總體性能。 研究表明，主動懸架能夠在不同路面及行駛條件下顯著地 提高車輛性能。 2） 慢主動懸架慢主動懸架 慢主動懸架將執(zhí)行元件的頻響帶寬降低到只考慮車身的垂直、俯 仰和側(cè)傾振動以及汽車的轉(zhuǎn)向反應(yīng)，不考慮車輪剛度所對應(yīng)的頻 率，也即帶寬降至34Hz。 它與前述的主動懸架在被測狀態(tài)量和控制實(shí)施等方面都有類似， 唯一的差異就是執(zhí)行元件帶寬的降低。 一類為當(dāng)其不起作用(激勵頻率超過響應(yīng)帶寬)時可以像普通 彈簧一樣工作，比如氣壓執(zhí)行元件，在這種情況下由于執(zhí) 行元件可以支持車身的重量，所以系統(tǒng)中可以不加彈簧或 并聯(lián)一個彈簧。 另一類為不起作用時變?yōu)閯傂泽w的執(zhí)行元件，如滑閥控制 的液力作動器，在這種情