第六章懸架設(shè)計(jì)1

1、 1 概述概述 一、懸架組成與功用一、懸架組成與功用 傳遞除垂直力外的其它力和全部力矩，傳遞除垂直力外的其它力和全部力矩， 使車輪按最佳軌跡相對(duì)車身運(yùn)動(dòng)使車輪按最佳軌跡相對(duì)車身運(yùn)動(dòng) 限制彈簧最大變形限制彈簧最大變形 傳遞垂直力傳遞垂直力 緩和沖擊緩和沖擊 減振減振 懸架的功用 彈性元件彈性元件 導(dǎo)向元件導(dǎo)向元件 阻尼元件阻尼元件 緩沖塊緩沖塊 防止車身發(fā)生過大橫向傾斜防止車身發(fā)生過大橫向傾斜 橫向穩(wěn)定器橫向穩(wěn)定器 返 回 u二、驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)要求二、驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)要求 v1. 保證汽車具有良好的行使平順性保證汽車具有良好的行使平順性 振動(dòng)頻率低一點(diǎn)好，振動(dòng)加速度符合振動(dòng)頻率低一點(diǎn)好，振動(dòng)加速度符合

2、ISO2631-1:1997(E) 三個(gè)極限： 舒適性降低界限 工效降低極限疲勞 暴露極限 .3 .2 .1 v2. 具有合適的衰減振動(dòng)能力具有合適的衰減振動(dòng)能力 振動(dòng)衰減快 振幅小 v3.保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性 21 :不足轉(zhuǎn)向 運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，不出現(xiàn)擺振 導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 返 回 E無無“點(diǎn)頭點(diǎn)頭”、“后仰后仰” 現(xiàn)象現(xiàn)象 v4. 制動(dòng)、加速時(shí)要保證車身穩(wěn)定，減制動(dòng)、加速時(shí)要保證車身穩(wěn)定，減 少車身縱傾；轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾角要合適少車身縱傾；轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾角要合適 v5. 有良好的隔聲能力有良好的隔聲能力 v6. 結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小 v7.

3、 可靠傳遞車身與車輪之間的各種力可靠傳遞車身與車輪之間的各種力 和力矩，零部件質(zhì)量輕且有足夠的強(qiáng)度和力矩，零部件質(zhì)量輕且有足夠的強(qiáng)度 和壽命和壽命 返 回 2 懸架結(jié)構(gòu)型式分析懸架結(jié)構(gòu)型式分析 分類：分類： F金屬的：金屬的： 空氣彈簧，橡膠彈簧，油氣彈簧空氣彈簧，橡膠彈簧，油氣彈簧 單位質(zhì)量的儲(chǔ)能量（單位質(zhì)量的儲(chǔ)能量（E/m） F非金屬的：非金屬的： 鋼板彈簧，扭桿彈簧，螺旋彈簧鋼板彈簧，扭桿彈簧，螺旋彈簧 彈性元件彈性元件 評(píng)價(jià)指標(biāo)：評(píng)價(jià)指標(biāo)： 彈性元件E/m彈性元件E/m 鋼板彈簧 圓柱螺旋 彈簧 76115Nm/kg 178280Nm/kg 扭桿彈簧 橡膠彈簧 空氣彈簧(氮) 2543

4、80Nm/kg 5081016Nm/kg 3.3105Nm/kg v 彈性元件型式分析 板簧 螺旋 彈簧 扭桿 彈簧 空氣 彈簧 油氣 彈簧 橡膠 彈簧 多片 少片 （E/m） 質(zhì)量 非簧載質(zhì)量 懸架彈性特性 結(jié)構(gòu) 維修與保養(yǎng) 壽命 制造要求 布置 車身高度 最少 重 重 線性 簡單 方便 短 不高 容易 輕 較輕 較輕 輕 較輕 復(fù)雜 較長 高 較低 較輕 輕 長 高 最高 輕 困難 困難 可調(diào) 高 較輕 較輕 較高 輕 輕 易獲得非線性特性易獲得非線性特性 非線性 密封要好 易老化 緩沖塊緩沖塊 衰減車身和車軸之間振動(dòng)，衰減車身和車軸之間振動(dòng)， 減少乘客疲勞和貨物損傷減少乘客疲勞和貨物損傷

5、 防止轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，車身側(cè)傾過大防止轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，車身側(cè)傾過大 橫向穩(wěn)定器橫向穩(wěn)定器 限制彈簧最大變形限制彈簧最大變形 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 減振器減振器 非獨(dú)立懸架非獨(dú)立懸架 結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單,成本低成本低,維修保養(yǎng)方便；維修保養(yǎng)方便；離地間隙離地間隙 小小,非簧載質(zhì)量大非簧載質(zhì)量大,用于前懸架則車輪高速時(shí)用于前懸架則車輪高速時(shí) 上下跳動(dòng)使主銷前傾角改變上下跳動(dòng)使主銷前傾角改變,導(dǎo)致前輪擺振導(dǎo)致前輪擺振 F特點(diǎn)：特點(diǎn)： 獨(dú)立懸架獨(dú)立懸架 F特點(diǎn)：特點(diǎn)： 非簧載質(zhì)量小非簧載質(zhì)量小沖擊載荷小沖擊載荷小 振動(dòng)頻率振動(dòng)頻率平平 順性易保證，質(zhì)心順性易保證，質(zhì)心，穩(wěn)定性，穩(wěn)定性，左右輪相，左右輪相 互影響小，

6、車身側(cè)傾減小，振動(dòng)減小；互影響小，車身側(cè)傾減小，振動(dòng)減?。唤Y(jié)結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，維修較困難，成本高構(gòu)復(fù)雜，維修較困難，成本高 u一、懸架類型一、懸架類型 示示 意意 圖圖 （a）非獨(dú)立懸架非獨(dú)立懸架（b）獨(dú)立懸架獨(dú)立懸架 特特 點(diǎn)點(diǎn) 左右車輪由一整體式車橋相左右車輪由一整體式車橋相 連接連接 兩側(cè)車輪各自通過懸架與車身兩側(cè)車輪各自通過懸架與車身 連接且可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)連接且可獨(dú)立運(yùn)動(dòng) u二、二、前、后懸架方案的選擇：前、后懸架方案的選擇： 返 回 u 獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)型式分析（獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)型式分析（1） 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)形式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)形式雙橫臂式雙橫臂式單橫臂式單橫臂式單單縱臂式縱臂式 示意圖示意圖 特特 性性 評(píng)評(píng) 價(jià)

7、價(jià) 側(cè)傾中心高度側(cè)傾中心高度比較低比較低比較高比較高比較低比較低 車輪相對(duì)車身跳車輪相對(duì)車身跳 動(dòng)時(shí)車輪定位參動(dòng)時(shí)車輪定位參 數(shù)的變化數(shù)的變化 車輪外傾角與主車輪外傾角與主 銷內(nèi)傾角均有變銷內(nèi)傾角均有變 化化 車輪外傾角與主銷內(nèi)車輪外傾角與主銷內(nèi) 傾角變化大傾角變化大 主銷后傾角變化主銷后傾角變化 大大 輪距輪距變化小，故輪胎變化小，故輪胎 磨損速度慢磨損速度慢 變化大，故輪胎磨損變化大，故輪胎磨損 速度快速度快 不變不變 懸架側(cè)傾角剛度懸架側(cè)傾角剛度 較小，需要用橫較小，需要用橫 向穩(wěn)定器向穩(wěn)定器 較大，可不裝橫向穩(wěn)較大，可不裝橫向穩(wěn) 定器定器 較小，需要用橫較小，需要用橫 向穩(wěn)定器向穩(wěn)定器

8、 橫向剛度橫向剛度 橫向剛度大橫向剛度大橫向剛度小橫向剛度小 占用的空間尺寸占用的空間尺寸 占用較多的空間占用較多的空間 占用較少的空間占用較少的空間不占用高度空間不占用高度空間 其它其它結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，前結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，前 懸架用得較多懸架用得較多 結(jié)構(gòu)簡單、成本低，結(jié)構(gòu)簡單、成本低， 前懸架少用前懸架少用 結(jié)構(gòu)簡單、成本結(jié)構(gòu)簡單、成本 低低 u 獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)型式分析（獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)型式分析（2） 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)形式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)形式單斜臂式單斜臂式麥弗遜式麥弗遜式扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式 示意圖示意圖 特特 性性 評(píng)評(píng) 價(jià)價(jià) 側(cè)傾中心高度側(cè)傾中心高度居居單橫臂式和單單橫臂式和單 縱臂式之間縱臂式之間 比較高

9、比較高比較低比較低 車輪相對(duì)車身跳車輪相對(duì)車身跳 動(dòng)時(shí)車輪定位參動(dòng)時(shí)車輪定位參 數(shù)的變化數(shù)的變化 有變化有變化變化小變化小左、右同時(shí)跳動(dòng)時(shí)不左、右同時(shí)跳動(dòng)時(shí)不 變變 輪距輪距變化不大變化不大變化很小變化很小不變不變 懸架側(cè)傾角剛度懸架側(cè)傾角剛度 居單橫臂式和單居單橫臂式和單 縱臂式之間縱臂式之間 較大，可不裝橫向穩(wěn)定器較大，可不裝橫向穩(wěn)定器 橫向剛度橫向剛度橫向剛度小橫向剛度小橫向剛度大橫向剛度大 占用的空間尺寸占用的空間尺寸 幾乎不占用高度空間幾乎不占用高度空間占用的空間少占用的空間少 其它其它結(jié)構(gòu)簡單、成本結(jié)構(gòu)簡單、成本 低低 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊， 轎車上用得較多轎車上用得較多

10、 結(jié)構(gòu)簡單，用于結(jié)構(gòu)簡單，用于FF 布置的轎車后懸架布置的轎車后懸架 3 懸架主要參數(shù)的確定懸架主要參數(shù)的確定 u一、一、懸架偏頻懸架偏頻n、靜撓度、靜撓度fc、動(dòng)撓度、動(dòng)撓度fd的確定的確定 偏頻偏頻 v1.靜撓度靜撓度fc 定義：定義： 從空載開始加載到滿載時(shí)，車從空載開始加載到滿載時(shí)，車 輪中心相對(duì)車架的垂直位移輪中心相對(duì)車架的垂直位移 靜撓度靜撓度 確定方法確定方法 前后部分車身的振動(dòng)頻率前后部分車身的振動(dòng)頻率 ) 17( 2 1 2 1 2 2 2 1 1 1 m c n m c n 結(jié)論：頻率與剛度成正比！結(jié)論：頻率與剛度成正比！ )27( 2 2 2 1 1 1 c gm f c

11、 gm f c c 結(jié)論：結(jié)論： 撓度與剛度成反比！撓度與剛度成反比！ ) 37( 5 5 22 11 c c fn fn 頻率與撓度成反比！頻率與撓度成反比！ 返 回 F懸架設(shè)計(jì)考慮懸架設(shè)計(jì)考慮 根據(jù)行駛平順性要求確定根據(jù)行駛平順性要求確定n1、n2 舒適性高，舒適性高，n取下限，振動(dòng)加速度取下限，振動(dòng)加速度， 沖擊，路面附著性沖擊，路面附著性 表明：表明： 推薦：推薦： 實(shí)測(cè)貨車實(shí)測(cè)貨車 由（由（7-3）確定）確定fc1、fc2 選選n原則原則 車型n（Hz）車型n（Hz） 轎車 貨車 0.81.6 1.52.2 大客 越野 1.31.8 1.42.0 工況n1（Hz）工況n2（Hz） 滿

12、載 空載 1.72.3 1.82.4 滿載 空載 1.82.4 2.44.0 空載時(shí)振動(dòng)嚴(yán)重空載時(shí)振動(dòng)嚴(yán)重 共振當(dāng) 縱向角振動(dòng)差別大時(shí)與、當(dāng)前后振動(dòng)頻率不一樣 21 21 nn nn 返 回 F研究表明：研究表明：車輛高速越障時(shí)，車輛高速越障時(shí)，n1/n21時(shí)小時(shí)小 推薦：推薦： 懸架、彈性元件的靜撓度懸架、彈性元件的靜撓度 1 2 1 n n 要求： 21 21 1 55 cc cc ff ff 由： 轎車fc2=(0.80.9) fc1 貨車fc2=(0.60.8) fc1 分次/ 300 )( 5 cc f nHz f n fc:cm 返 回 fc，可，可n,平順性平順性,但懸架剛度但懸

13、架剛度c ,會(huì)經(jīng)常碰緩沖塊會(huì)經(jīng)常碰緩沖塊 v2.動(dòng)撓度動(dòng)撓度fd 定義：定義： 懸架從滿載位置開始?jí)嚎s到結(jié)構(gòu)允許的最大懸架從滿載位置開始?jí)嚎s到結(jié)構(gòu)允許的最大 變形時(shí)，車輪中心相對(duì)車架的垂直位移變形時(shí)，車輪中心相對(duì)車架的垂直位移 影響因數(shù)影響因數(shù) fc,c,在制動(dòng)在制動(dòng)(加速加速)、轉(zhuǎn)彎時(shí)會(huì)、轉(zhuǎn)彎時(shí)會(huì)“點(diǎn)頭點(diǎn)頭”、“后仰后仰”或側(cè)傾較或側(cè)傾較 大大 fc，就要，就要板簧長度（貨），布置困難，質(zhì)量板簧長度（貨），布置困難，質(zhì)量 推薦：推薦： 車型n（Hz）f c (cm)f d (cm) 轎車 貨車 大客 越野 0.81.6 1.52.2 1.31.8 1.42.0 1030 511 715 61

14、3 79 69 58 713 路面好，路面好，fd / fc小一些小一些 路面差，路面差，fd / fc大一些大一些 選選fd/fc原則：原則： 返 回 u懸架偏頻懸架偏頻n、靜撓度、靜撓度fc、動(dòng)撓度、動(dòng)撓度fd的確定的確定 nHzfccmfdcm 前懸前懸n1后懸后懸n2前懸前懸fc1后懸后懸fc2前懸前懸fd1后懸后懸fd2 定義定義 懸架與其簧載質(zhì)量組懸架與其簧載質(zhì)量組 成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有 頻率頻率 汽車滿載靜止時(shí)懸汽車滿載靜止時(shí)懸 架上的載荷架上的載荷FW 與此與此 時(shí)懸架的剛度時(shí)懸架的剛度C 之之 比比 從從滿載平衡位置開始至懸滿載平衡位置開始至懸 架壓縮到結(jié)構(gòu)允

15、許的最大架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大 變形時(shí)，車輪中心相對(duì)車變形時(shí)，車輪中心相對(duì)車 架（身）的垂直位移架（身）的垂直位移 意義意義 影響行駛平順性影響行駛平順性影響影響n影響對(duì)緩沖塊的碰撞沖擊影響對(duì)緩沖塊的碰撞沖擊 經(jīng)經(jīng) 驗(yàn)驗(yàn) 值值 貨車貨車 1.52.11.72轎轎 車車 普通普通 1.01.451.171.5862410188111011 高級(jí)高級(jí) 0.80.150.981.3202515268111014 大客車大客車 1.31.871558 越野車越野車 1.42.0613713 返回 u二、二、n、fc、fd的相互關(guān)系的相互關(guān)系 公公 式式 其中：其中：C、m 分

16、別表示剛度和簧載質(zhì)量分別表示剛度和簧載質(zhì)量 參數(shù)參數(shù) 車型車型 n1n2fc2fc1fcfd 轎轎 車車 微型微型 1 改善后座舒適性改善后座舒適性 1 0.50.7 中、高級(jí)中、高級(jí) 0.550.95 （空（空 滿載）滿載） 車身角振動(dòng)車身角振動(dòng) 0.80.9 貨車貨車0.60.80.71.0 大客車大客車稍小于稍小于10.71.0 越野車越野車稍小于稍小于11 cmgf mcn c 2 cfn5 返 回 u三、懸架的彈性特性三、懸架的彈性特性 定義：在鉛垂方向所受載荷定義：在鉛垂方向所受載荷F 與變形與變形 f 之間的關(guān)系曲線之間的關(guān)系曲線 彈性特性彈性特性剛度剛度C 若簧載若簧載質(zhì)量變化

17、質(zhì)量變化 偏頻偏頻n行駛平順性行駛平順性 鋼板彈簧懸架鋼板彈簧懸架線性線性 不變不變變變差差 (帶副簧的板簧、帶副簧的板簧、 空氣彈簧、油空氣彈簧、油 氣彈簧氣彈簧)懸架懸架 非線性非線性 (如下圖如下圖) 變變 基本基本 不變不變 較好較好 F f 1 2 3 45 6 7 8 O 說明：說明： 1、緩沖塊復(fù)原點(diǎn)；、緩沖塊復(fù)原點(diǎn)； 8、額定載荷、額定載荷 2、復(fù)原行程緩沖塊脫離支架、復(fù)原行程緩沖塊脫離支架 3、主彈簧彈性特性曲線、主彈簧彈性特性曲線 4、復(fù)原行程；、復(fù)原行程； 5、壓縮行程、壓縮行程 6、緩沖塊壓縮期懸架彈性特性曲線、緩沖塊壓縮期懸架彈性特性曲線 7、緩沖塊壓縮時(shí)開始接觸彈性

18、支架、緩沖塊壓縮時(shí)開始接觸彈性支架 f F O u四、貨車后懸架主簧剛度四、貨車后懸架主簧剛度C Ca a 及副簧剛度 及副簧剛度C Cm m的分配的分配 貨車板簧為貨車板簧為 主、副簧結(jié)構(gòu)的彈性特性主、副簧結(jié)構(gòu)的彈性特性 載荷 撓度f O fk f0 F0 Fk fa fc K 結(jié)構(gòu)型式：結(jié)構(gòu)型式： 彈性特性彈性特性 v1.基本原則：基本原則： 在空載在空載n0到滿載到滿載nc內(nèi)內(nèi)n 的變化應(yīng)盡量地小的變化應(yīng)盡量地小 副簧起作用前副簧起作用前nb與起作用與起作用 后后na相近，即相近，即n突變不要太大突變不要太大 返回 故：故： 只有主簧工作時(shí)只有主簧工作時(shí),F，c不不 變變,n,變化規(guī)律如

19、圖變化規(guī)律如圖 副簧參加工作時(shí)，副簧參加工作時(shí)，c 突變，突變， n亦變亦變 c F f f F c v2.具體方法： n F O n0na nbnc F0FkFc 使使)( 2 0 中點(diǎn) c k FF F 時(shí)懸架頻率相等與 22 0ckk FFFF 并讓并讓 )(22 0 am ck m k cc FF c FF 即： c c c c k c m a FF FF FF F FF FF FF c c 0 0 0 0 0 0 0 3 22 2 0 F Fc 令： 滿、空載比滿、空載比 3 22 m a c c 剛度比： 5 f n cb a ff ff 0 0 0 am c c m k b ma

20、m k a cc F f c F f c F f cc F f 又 0k FFF c 為比例中項(xiàng)為比例中項(xiàng) 1 m a c c 剛度比： 從從n0、nc、nb、na相差不相差不 大出發(fā)，讓大出發(fā)，讓 cb a nn nn 0 n F O n0na nbnc F0FkFc 返 回 u貨車后懸架主簧剛度貨車后懸架主簧剛度C Ca a 及副簧剛度 及副簧剛度C Cm m的分配比較的分配比較 方法一方法一方法二方法二 效效 果果 空滿載范空滿載范 圍內(nèi)頻率圍內(nèi)頻率 變化變化 大大不大不大 副簧接觸副簧接觸 托架前后托架前后 頻率變化頻率變化 不大不大大大 應(yīng)用應(yīng)用 經(jīng)常處于半經(jīng)常處于半 載運(yùn)輸狀態(tài)載運(yùn)

21、輸狀態(tài) 或或 值值 較小較小 的車輛的車輛 運(yùn)輸部門運(yùn)輸部門 使用的貨使用的貨 車車 m a C C 1 3 22 Fo Fc 空載時(shí)懸架載荷 滿載時(shí)懸架載荷 v3. 方法比較： 用方法一確定的用方法一確定的Fk， 會(huì)使會(huì)使nb、na突變小些，但突變小些，但 卻會(huì)使全部載荷變化范卻會(huì)使全部載荷變化范 圍內(nèi)的頻率差變化大。圍內(nèi)的頻率差變化大。 適用于經(jīng)常半載或適用于經(jīng)常半載或 值較值較 小的車輛小的車輛 用方法二使空、滿載范用方法二使空、滿載范 圍內(nèi)懸架系統(tǒng)振動(dòng)頻率變圍內(nèi)懸架系統(tǒng)振動(dòng)頻率變 化不大，但副簧接觸托架化不大，但副簧接觸托架 前后的前后的nb、na突變較大。突變較大。 適用于經(jīng)常滿載的

22、運(yùn)輸部適用于經(jīng)常滿載的運(yùn)輸部 門車輛門車輛 v4.主、副簧應(yīng)力校核： 由材力：由材力： 4 ; 4Wn LF nW LF m m a a 式中：式中： Fa、Fm 滿載時(shí)主、副簧分配到的載荷滿載時(shí)主、副簧分配到的載荷 n、n主、副簧總片數(shù)主、副簧總片數(shù) L、L主、副簧工作長度主、副簧工作長度 W、W單片主、副簧抗彎截面模量單片主、副簧抗彎截面模量 a=450550N/mm2 m=200250N/mm2 考慮動(dòng)撓度后，考慮動(dòng)撓度后， max 1000N/mm2 返 回 u五、懸架側(cè)傾角剛度五、懸架側(cè)傾角剛度C及其在前后軸上的分配及其在前后軸上的分配( (C C1 1、 、C C2 2) ) C

23、定義定義 討討 論論 結(jié)結(jié) 論論 簧簧上上質(zhì)量質(zhì)量 產(chǎn)生單位產(chǎn)生單位 側(cè)傾角時(shí)側(cè)傾角時(shí) 懸架給車懸架給車 身的彈性身的彈性 恢復(fù)力矩：恢復(fù)力矩： 當(dāng)側(cè)向力為當(dāng)側(cè)向力為0.4倍車重倍車重 轎轎 車車 2.52.54 4 貨貨 車車 (6 (6 7 7 ) ) （2） 在在0.4g的側(cè)向加速度下的側(cè)向加速度下 C與懸架結(jié)構(gòu)型式、布置尺寸和彈性元件剛度的關(guān)系，詳見與懸架結(jié)構(gòu)型式、布置尺寸和彈性元件剛度的關(guān)系，詳見汽車?yán)碚撈嚴(yán)碚?d dM C C1 C2 前軸輪胎側(cè)偏角前軸輪胎側(cè)偏角1后軸的后軸的2 滿足汽車稍有不足轉(zhuǎn)向的要求滿足汽車稍有不足轉(zhuǎn)向的要求 )31 (21 oo 4 彈性元件的計(jì)算彈性元

24、件的計(jì)算 分類與應(yīng)用：分類與應(yīng)用： 彈性元件的選擇彈性元件的選擇 鋼板彈簧鋼板彈簧廣泛用于載貨汽車廣泛用于載貨汽車 扭桿彈簧扭桿彈簧微型、輕型汽車及微型、輕型汽車及88越野汽車越野汽車 螺旋彈簧螺旋彈簧現(xiàn)代輕型以下汽車，特別是轎車現(xiàn)代輕型以下汽車，特別是轎車 空氣彈簧空氣彈簧 各類大型客車、無軌電車、高級(jí)轎車、各類大型客車、無軌電車、高級(jí)轎車、 長途重型貨車和掛車長途重型貨車和掛車 油氣彈簧油氣彈簧重型自卸車重型自卸車返 回 u一、鋼板彈簧的計(jì)算一、鋼板彈簧的計(jì)算 （一）（一） 鋼板彈簧布置方案確定鋼板彈簧布置方案確定 類類 型型 特特 點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)應(yīng) 用用 縱縱 置置 對(duì)稱式對(duì)稱式 結(jié)構(gòu)簡單、能傳

25、結(jié)構(gòu)簡單、能傳 遞各種力和力矩遞各種力和力矩 廣廣 泛泛 不對(duì)稱式不對(duì)稱式 由于整車布置的原因，由于整車布置的原因， 板簧安裝位置不動(dòng)，板簧安裝位置不動(dòng)， 但要改變軸距但要改變軸距 橫橫 置置 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需導(dǎo)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需導(dǎo) 向機(jī)構(gòu)向機(jī)構(gòu) 少數(shù)輕、微型車少數(shù)輕、微型車 返回 u（二）（二） 鋼板彈簧主要參數(shù)的確定鋼板彈簧主要參數(shù)的確定 1、首先和總體設(shè)計(jì)人員協(xié)商確定下列參數(shù)、首先和總體設(shè)計(jì)人員協(xié)商確定下列參數(shù) 1材料材料55SiMnVB，60Si2Mn 2 每副彈簧上每副彈簧上 的載荷的載荷FwN 由總體設(shè)計(jì)確定（參見表由總體設(shè)計(jì)確定（參見表7-2） 3彈簧主片長彈簧主片長 度度 Lmm 4靜靜

26、撓度撓度fc 動(dòng)撓度動(dòng)撓度fd mm 5滿載弧高滿載弧高 fa （1020）mm 已知整車布置已知整車布置 軸距軸距L0 L 轎車轎車 （0.40.55） L0 貨貨 車車 前懸前懸 （0.40.55） L0 后懸后懸 （0.40.55） L0 根據(jù)行使平根據(jù)行使平 順性確定順性確定n fc fd 2 )2(n g fc 并參考并參考 推薦值推薦值 討討 論：論： 剛度剛度c 給定后，給定后，L, 及應(yīng)力幅度及應(yīng)力幅度 C L2，要求，要求L長長 F 強(qiáng)度：強(qiáng)度： L 的影響：的影響： F 縱向角剛度縱向角剛度C ： 4 2 CLM C F L受總布置限制，不宜取長受總布置限制，不宜取長 懸架

27、類型懸架類型 雙橫臂，螺旋彈簧，中央制動(dòng)器雙橫臂，螺旋彈簧，中央制動(dòng)器87%6.714.9% De Dion橋，螺旋彈簧，中央制動(dòng)器橋，螺旋彈簧，中央制動(dòng)器85 %5.717.6% 雙橫臂，螺旋彈簧雙橫臂，螺旋彈簧82 %4.622.0% 縱臂，螺旋彈簧縱臂，螺旋彈簧82 %4.622.0 % De Dion橋，螺旋彈簧橋，螺旋彈簧80 %4.025.0 % 整體剛性橋，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，螺旋彈簧整體剛性橋，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，螺旋彈簧78 %3.528.2 % 整體剛性橋，鋼板彈簧整體剛性橋，鋼板彈簧74 %2.835.1 % )(ns s mm m n s m m s n m m 幾種典型懸架簧載質(zhì)量幾種典

28、型懸架簧載質(zhì)量mS 與非簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量mn的比例關(guān)系的比例關(guān)系 u2、初算板簧總慣矩、初算板簧總慣矩J0 由材料的彈性由材料的彈性 模量模量EMPa 參考同類型車參考同類型車 確定確定U形螺栓中形螺栓中 心距心距Smm 無效長度系數(shù)無效長度系數(shù)k 剛性夾緊剛性夾緊撓性夾緊撓性夾緊 0.50 板簧剛度板簧剛度CN/mm C=Fw/fc 參考同類型車，并據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)參考同類型車，并據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì) 與與主片等長的重疊片數(shù)主片等長的重疊片數(shù)n114 總片數(shù)總片數(shù)n0614 撓度增大系數(shù)撓度增大系數(shù) J0 01nn )5 . 01 (04. 1/5 . 1 E cksL J 48 )( 3 0 返 回

29、u3.應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力計(jì)算 （靜應(yīng)力） 4 )( 2 )( 2 00 c W W c W ksLF W ksLF 許用應(yīng)力值許用應(yīng)力值 c： 板簧板簧 c（N/mm2） 前簧前簧350450 后簧后簧 主簧主簧450550 副簧副簧220250 平衡彈簧平衡彈簧350450 材料：材料：55SiMnVB，60Si2Mn（表面噴丸處理）表面噴丸處理） 返 回 u4、彈簧平均厚度、彈簧平均厚度hp 步驟：步驟： 選定選定 c 定義：定義： 彈簧單位變形的應(yīng)力稱為比應(yīng)力彈簧單位變形的應(yīng)力稱為比應(yīng)力 4 )( 0 c W L-ksF W 00 2 J h W p 由： c c W c p Ef ksL E

30、F cksL W J h 6 )( 6 )(2 22 0 0 u5、比應(yīng)力、比應(yīng)力 著影響對(duì)板簧的疲勞壽命有顯 23 0 )( 6 )( 48 8 )( 4 )( ksL Eh cksL Eh ksLc fW ksLF f pp c W c c 推薦：推薦： 從從 貨車 前、后簧4555（MPa/cm） 副簧7585 （MPa/cm） 平衡懸架6580 （MPa/cm） u（三）（三） 鋼板彈簧的斷面尺寸及片數(shù)鋼板彈簧的斷面尺寸及片數(shù) 1、寬度、寬度b u6、最大應(yīng)力、最大應(yīng)力 max (對(duì)應(yīng)最大動(dòng)行程對(duì)應(yīng)最大動(dòng)行程) 2 2 max /1000900 )( )(6 mmN ksL ffEh

31、dcp 借助：借助： )( maxdc ff b太大太大，側(cè)向力使車傾斜時(shí)，彈簧的扭曲應(yīng)力側(cè)向力使車傾斜時(shí)，彈簧的扭曲應(yīng)力 影響因數(shù)影響因數(shù) b太小太小,勢(shì)必勢(shì)必片數(shù)片數(shù), 彈簧總厚度彈簧總厚度,彈簧片間摩擦彈簧片間摩擦 3 0 )( 48 ksL EJ C 12 3 0 nbh J 而： 推薦：推薦：106 p h b 由安裝尺寸初由安裝尺寸初 定片寬定片寬b 根據(jù)我國型材根據(jù)我國型材 規(guī)格規(guī)格 確定確定b 平均片厚平均片厚hp 板簧總截面系數(shù)板簧總截面系數(shù)W0 彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力 c if 見表見表7-3 cc n0 J0 比應(yīng)力比應(yīng)力 If 見表見表7-3 )( max cdff fd極限

32、應(yīng)力極限應(yīng)力max )1000900(max c c f Yes (No) )106( 10 b hp (Yes) END (Yes) ph J W 0 0 2 04 )( W ksLFw c (No) (No) 方法方法1 方法方法2 返 回 u2、厚度、厚度h的選擇的選擇 后后 主主 簧簧450550 4.55.5 前前 懸懸 350450 平衡懸架平衡懸架6.58.0 后后 彈彈 簧簧2202507.58.5 MPac mmMPa 注：注： 表表73 (1)通常各片厚度相等：通常各片厚度相等：hi= hp 若各片厚度不等，則有若各片厚度不等，則有hp=hi/n ,且且hmax/hmin6

33、分，0.2mm 表面拋光表面拋光 max N 1100 900 800 0.234 0.089 0.14 u二、扭桿彈簧計(jì)算二、扭桿彈簧計(jì)算 1. 扭桿彈簧型式扭桿彈簧型式 型式型式優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn)缺缺 點(diǎn)點(diǎn) 圓形圓形結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，使用廣結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，使用廣材料利用不合理，耗材多材料利用不合理，耗材多 管形管形材料利用合理材料利用合理與圓形相比制造復(fù)雜與圓形相比制造復(fù)雜 片形片形 彈性好，扭較大，可靠性彈性好，扭較大，可靠性 較好（斷一片不致失效）較好（斷一片不致失效） 材料利用不好材料利用不好 組合形組合形 材料利用合理，長度可縮材料利用合理，長度可縮 短，便于安裝布置短，便于安裝布置

34、 返 回 斷面形狀及相關(guān)參數(shù)斷面形狀及相關(guān)參數(shù) 斷面形狀斷面形狀 （a)圓形圓形(b)管形管形片形片形 材料利用系數(shù)材料利用系數(shù) 1 1+（d/D)2見表見表75 極極慣矩慣矩Jp 抗扭截面模量抗扭截面模量 Wn Jp Wn 截面積截面積A 32 4 d)(1 16 4 4 D dD 12 )( 3 nhb 16 3 d )(1 16 4 3 D dD 6 )( 2 nhb 2d2D2nh 4 2 d()4 22 dD nbh b/h11. 52346810表表 75 . 618. 540. 529. 542. 567. 598. 614. 626 2. 扭桿懸架的剛度扭桿懸架的剛度 式中：式

35、中： 22 sin tan)(1 RL cGJ C P n G=7.7104MPa 扭桿彈簧與臂扭桿彈簧與臂 F 3. 扭桿主要尺寸扭桿主要尺寸 式中：式中：Mmax扭桿承受的最大扭矩扭桿承受的最大扭矩 扭桿直徑扭桿直徑d 3 max 16 M d 扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力，可取允許扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力代入計(jì)算扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力，可取允許扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力代入計(jì)算 扭桿的有效長度扭桿的有效長度L n C Gd L 32 4 式中：式中：Cn扭桿的扭轉(zhuǎn)剛度扭桿的扭轉(zhuǎn)剛度 返 回 4. 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題 頭部形狀、尺寸頭部形狀、尺寸 過渡段尺寸過渡段尺寸 =15 類型類型花鍵花鍵六邊形六邊形矩形矩形

36、說明說明夾角為夾角為90的三角花鍵的三角花鍵 4 . 12 . 1 扭桿直徑 邊長B D L1 Lg d r ; ) 3 . 12 . 1 (dD DL)3 . 16 . 0( 1 鍵長： tan2 )(dD Lg dr) 5 . 12 . 1 ( 材料：材料： 材料材料 45CrNiMoVA；40Cr；42CrMo；50CrV；60CrA； 60Si2Mn 處理方法處理方法淬火后經(jīng)噴丸并預(yù)扭淬火后經(jīng)噴丸并預(yù)扭淬火后經(jīng)噴丸淬火后經(jīng)噴丸淬火后稍預(yù)扭淬火后稍預(yù)扭 （Mpa）10001250750800800 G（Mpa）7.41047.81047.8104 u三、螺旋彈簧計(jì)算三、螺旋彈簧計(jì)算 1.

37、 靜應(yīng)力靜應(yīng)力 3 8 d DFW c 4 3 8 Gd iDF f W cs 靜撓度： 2 iD Gdfcs c 式中：式中：i 彈簧工作圈數(shù)彈簧工作圈數(shù) c=500MPa 2. 動(dòng)應(yīng)力動(dòng)應(yīng)力 2 d ds d iD Gdf d=8001000MPa 返回 3. 螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 1）、根據(jù)總體設(shè)計(jì)確定每副懸架上的載荷）、根據(jù)總體設(shè)計(jì)確定每副懸架上的載荷Fw； 2）、根據(jù)行使平順性要求選取偏頻）、根據(jù)行使平順性要求選取偏頻n ； 3）、由）、由1、2算出彈簧剛度算出彈簧剛度 5）、參考同類型車初選彈簧中徑）、參考同類型車初選彈簧中徑Dm，鋼絲直徑，鋼絲直徑d及及 端部結(jié)構(gòu)

38、型式；端部結(jié)構(gòu)型式； 4）、根據(jù)總布置要求及懸架的具體結(jié)構(gòu)型式；）、根據(jù)總布置要求及懸架的具體結(jié)構(gòu)型式； 6）、確定所用材料，并查出許用拉應(yīng)力）、確定所用材料，并查出許用拉應(yīng)力； 7）、由）、由 解出彈簧工作圈數(shù)解出彈簧工作圈數(shù)i ， 并由下表求出并由下表求出Hs g nF C w s 2 )2( iD Gd C m s 3 4 8 返 回 螺旋彈簧不同端部結(jié)構(gòu)時(shí)的總?cè)?shù)螺旋彈簧不同端部結(jié)構(gòu)時(shí)的總?cè)?shù)n及并緊高度及并緊高度Hs nHs端部結(jié)構(gòu)端部結(jié)構(gòu) 兩端碾細(xì)兩端碾細(xì)i+21.01d(n-1)+2t (a) 端部碾細(xì)端部碾細(xì) (b)端部切斷端部切斷 端部內(nèi)彎端部內(nèi)彎 兩端切斷兩端切斷i+1.3

39、31.01d(n+1) 兩端內(nèi)彎兩端內(nèi)彎i+1.501.01d(n-1.25) 一端碾細(xì)，一端碾細(xì)， 一端切斷一端切斷 i+1.671.01dn+t 一端碾細(xì)，一端碾細(xì)， 一端內(nèi)彎一端內(nèi)彎 i+1.751.01d(n-1)+t 一端切斷，一端切斷， 一端內(nèi)彎一端內(nèi)彎 i+1.421.01dn t端部碾細(xì)時(shí)的末端厚度端部碾細(xì)時(shí)的末端厚度 8）、參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)伸張及壓縮極）、參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)伸張及壓縮極 限位置限位置 相對(duì)于設(shè)計(jì)載荷位置的彈簧變形量相對(duì)于設(shè)計(jì)載荷位置的彈簧變形量f1、f2； 并確定要并確定要 達(dá)到的壽命達(dá)到的壽命nc（循環(huán)次數(shù)）（循環(huán)次數(shù)） 9）、求出彈簧在完

40、全壓緊時(shí)的載荷）、求出彈簧在完全壓緊時(shí)的載荷Fs，臺(tái)架試驗(yàn)，臺(tái)架試驗(yàn) 伸張和壓縮極限位置對(duì)應(yīng)伸張和壓縮極限位置對(duì)應(yīng)F1、F2及工作壓縮極限位及工作壓縮極限位 置的載荷置的載荷Fm Fs= Fw + Cs （Hi+Hs ） F1= Fw Cs f1 F2= Fw Cs f2 Fm= Fw Cs （HiHm ） 返回 11)、校核、校核 max0.63， 不成立則返回第不成立則返回第5步重選步重選d； 若余量很大，則視第若余量很大，則視第11步壽命校核結(jié)果來步壽命校核結(jié)果來 決定是否重新取較小些的決定是否重新取較小些的d； 求出載荷求出載荷F1、F2、Fs 以及以及Fm 所對(duì)應(yīng)的剪切應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的剪

41、切應(yīng)力 1、 2、 3 、 max； d D C m 2 8 d Fck K CC C K 615. 0 44 14 公式公式參數(shù)說明參數(shù)說明 C 含義含義彈簧指數(shù)彈簧指數(shù)曲度系數(shù)曲度系數(shù) 公式公式 返回 12）、校核臺(tái)架試驗(yàn)條件下的壽命：）、校核臺(tái)架試驗(yàn)條件下的壽命： 若算出的若算出的nc小于預(yù)期的臺(tái)架壽命，則返回第小于預(yù)期的臺(tái)架壽命，則返回第5步重選步重選d； 若有較大余量，則與第若有較大余量，則與第10步的結(jié)果綜合考慮是否選擇更小的步的結(jié)果綜合考慮是否選擇更小的d； 13.0 1 ) 808.1 ( e c k n )(48. 1 )(74. 0 12 12 ek 13）、確定彈簧自由高

42、度）、確定彈簧自由高度H0和最小工作高度和最小工作高度Hn swiCFHH0 isndHH 14）、校核穩(wěn)定性，若失穩(wěn)則返回第）、校核穩(wěn)定性，若失穩(wěn)則返回第5步重新選取步重新選取Dm 或彈簧兩端的支撐方式?；驈椈蓛啥说闹畏绞?。 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) 前輪獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求前輪獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求后輪獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求后輪獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求 （1）車輪跳動(dòng)時(shí)，輪距變化不超過）車輪跳動(dòng)時(shí)，輪距變化不超過 4.0mm，以防輪胎早期磨損；以防輪胎早期磨損； （2）車輪跳動(dòng)時(shí)，前輪定位參數(shù)要車輪跳動(dòng)時(shí)，前輪定位參數(shù)要 有合理的變化特性，車輪不應(yīng)產(chǎn)生有合理的變化

43、特性，車輪不應(yīng)產(chǎn)生 縱向加速度；縱向加速度； （3）轉(zhuǎn)彎時(shí)，應(yīng)使車身側(cè)傾角小，）轉(zhuǎn)彎時(shí)，應(yīng)使車身側(cè)傾角小， 并保證車輪與車身同向傾斜，以增并保證車輪與車身同向傾斜，以增 強(qiáng)不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)；強(qiáng)不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)； （4）制動(dòng)時(shí)，應(yīng)使車身有抗前俯作）制動(dòng)時(shí)，應(yīng)使車身有抗前俯作 用；加速時(shí)，有抗后仰作用。用；加速時(shí)，有抗后仰作用。 （1）懸架上載荷變化時(shí)，輪）懸架上載荷變化時(shí)，輪 距無顯著變化；距無顯著變化； （2）轉(zhuǎn)彎時(shí)，應(yīng)使車身側(cè)傾）轉(zhuǎn)彎時(shí)，應(yīng)使車身側(cè)傾 角小，并使車輪與車身角小，并使車輪與車身 反向傾斜，以減少過多反向傾斜，以減少過多 轉(zhuǎn)向效應(yīng)。轉(zhuǎn)向效應(yīng)。 均有足夠的強(qiáng)度，并可靠地傳遞除垂直力以外的各

44、種力和力矩均有足夠的強(qiáng)度，并可靠地傳遞除垂直力以外的各種力和力矩 u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. 側(cè)傾中心側(cè)傾中心W及側(cè)傾中心高度及側(cè)傾中心高度hw 定義：定義： 在側(cè)向力作用下，車身在通過左、右車輪中心的橫向在側(cè)向力作用下，車身在通過左、右車輪中心的橫向 平面內(nèi)發(fā)生側(cè)傾時(shí)，相對(duì)于地面的瞬時(shí)擺動(dòng)中心平面內(nèi)發(fā)生側(cè)傾時(shí)，相對(duì)于地面的瞬時(shí)擺動(dòng)中心 求解方法：求解方法：圖解法圖解法 要求：讓側(cè)傾中心接近質(zhì)心，要求：讓側(cè)傾中心接近質(zhì)心，側(cè)傾力矩側(cè)傾力矩 雙橫臂式和縱橫臂式雙橫臂式和縱橫臂式 懸架側(cè)傾中心懸架側(cè)傾中心 普通規(guī)格的麥弗遜式普通規(guī)格的麥弗遜式 懸架側(cè)傾中心懸架側(cè)傾中心 2

45、. 側(cè)傾中心高度側(cè)傾中心高度hw的計(jì)算的計(jì)算 （1）雙橫臂式懸架）雙橫臂式懸架 和縱橫臂式懸架和縱橫臂式懸架 （2）普通規(guī)格的）普通規(guī)格的 麥弗遜式懸架麥弗遜式懸架 Hw 參數(shù)參數(shù) 說明說明 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 步驟步驟 第一步：確定第一步：確定hw前懸架 前懸架=（ （0120）mm 第二步：確定第二步：確定hw后懸架 后懸架=（ （80150）mm 要求要求 使側(cè)傾軸線大致與地面平行，以使得在曲線行駛時(shí)前、后軸使側(cè)傾軸線大致與地面平行，以使得在曲線行駛時(shí)前、后軸 上的軸荷變化接近相等，保證曲線行駛時(shí)的中性轉(zhuǎn)向特性；上的軸荷變化接近相等，保證曲線行駛時(shí)的中性轉(zhuǎn)向特性； hw大些使車身的側(cè)傾角限制在允許范圍內(nèi)。大些使車身的側(cè)傾角限制在允許范圍內(nèi)。 2tancos v s b rdk p s v rdk pb tancos2 dkpsin )sin( )90sin( 0 ck dkpsin )sin( oc k 返 回 3. 縱傾中心縱傾中心 雙橫臂式懸架的縱傾中心雙橫臂式懸架的縱傾中心 滑柱擺臂式懸滑柱擺臂式懸 架的縱傾中心架的縱傾