第六章 懸架設計課件

1、專業(yè)：汽車制造方向專業(yè)：汽車制造方向授課老師：戴海燕授課老師：戴海燕華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.第六章第六章 懸架設計懸架設計6-1 概概 述述6-2 懸架結構形式分析懸架結構形式分析6-3 懸架主要參數的確定懸架主要參數的確定6-4 彈性元件的計算彈性元件的計算6-5 主動與半主動懸架系統(tǒng)主動與半主動懸架系統(tǒng)華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.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動特 性。保證汽車的操縱穩(wěn)

2、定性。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.二二 對懸架提出的對懸架提出的設計要求設計要求 1）保證汽車有良好的行駛平順性。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；轉彎時車身側傾角要合適。5）有良好的隔聲能力。6）結構緊湊、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，在滿足零部件質量要小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.6-2 6-2 懸架結構形式分析懸架結構形式分析 一、非獨立懸架和獨立懸架一、非

3、獨立懸架和獨立懸架 懸架 非獨立懸架獨立懸架兩類 左、右車輪用一根整體軸連接，再經過懸架與車架（或車身）連接 左、右車輪通過各自的懸架與車架（或車身）連接 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 非獨立懸架 獨立懸架華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.1 1 非獨立懸架非獨立懸架 優(yōu)點優(yōu)點 縱置鋼板彈簧為彈性元件兼作導向裝置 結構簡單制造容易維修方便工作可靠 缺點缺點 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、行李艙的布置應用應用 ：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

4、懸架華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.2 2 獨立懸架獨立懸架 優(yōu)點優(yōu)點 簧下質量?。粦壹苷加玫目臻g?。豢梢杂脛偠刃〉膹椈?，改善了汽車行駛平順性；由于有可能降低發(fā)動機的位置高度，使整車的質心高度下 降，又改善了汽車的行駛穩(wěn)定性；左、右車輪各自獨立運動互不影響，可減少車身的傾斜和 振動，同時在起伏的路面上能獲得良好的地面附著能力。 缺點缺點 結構復雜成本較高維修困難應用應用 ：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 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all ri

5、ght reserved.二、獨立懸架結構形式分析二、獨立懸架結構形式分析 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多連桿式扭力梁式懸架等華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.適用車型：適用車型： 運動型轎車、超級跑車以及高檔SUV華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 結構簡單，側傾中心高，有較強的抗側傾能力的優(yōu)點。 隨著現汽車速度的提高，側傾中心過高會引起車輪跳動時輪距變化大，輪胎磨損加劇，而且在急轉彎時左右車輪垂直力轉移過大，導致后輪外傾增大，減少了后輪側偏剛度。 單橫臂式獨立懸掛系統(tǒng)多應用在后懸掛系統(tǒng)上

6、，但由于不能適應高速行駛的要求，目前應用不多。 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.分為分為單縱臂式單縱臂式和和雙縱臂式雙縱臂式兩種形式兩種形式 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.麥弗遜懸掛擁有良好的響應性和操控性，而且結構麥弗遜懸掛擁有良好的響應性和操控性，而且結構簡單，占用空間小，成本低，適合布置大型發(fā)動機簡單，占用空間小，成本低，適合布置大型發(fā)動機以及裝配在小型車身上。以及裝配在小型車身上。 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.多連桿懸架具備多根連多連桿懸架具備多根連接桿接桿，并

7、且連桿可對車輪進行多，并且連桿可對車輪進行多個方面作用力控制，所以在做輪胎定位時可對車輪進行個方面作用力控制，所以在做輪胎定位時可對車輪進行單獨調整，并且多連桿懸架有很大的調?？臻g及改裝可單獨調整，并且多連桿懸架有很大的調?？臻g及改裝可能性。能性。 不過多連桿懸架在研發(fā)上規(guī)模較為龐大，由于結構復雜、不過多連桿懸架在研發(fā)上規(guī)模較為龐大，由于結構復雜、成本高、零件多、組裝費時，并且要達到非獨立懸架的成本高、零件多、組裝費時，并且要達到非獨立懸架的耐用度，始終需要保持連桿不變形、不移位，在材料使耐用度，始終需要保持連桿不變形、不移位，在材料使用和結構優(yōu)化上都很考究。用和結構優(yōu)化上都很考究。 多連桿懸

8、架是追求優(yōu)異的操控性和行駛舒適性多連桿懸架是追求優(yōu)異的操控性和行駛舒適性 ，一般，一般用在高檔車后懸上。用在高檔車后懸上。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 特點：特點：用一根粗大的扭力梁把左右用一根粗大的扭力梁把左右兩側的縱向搖臂焊接在一起。兩側的縱向搖臂焊接在一起。 優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單，左右兩側車輪處結構簡單，左右兩側車輪處所占用的空間很少，同時車身的外所占用的空間很少，同時車身的外傾角沒有變化，避震器不發(fā)生彎曲傾角沒有變化，避震器不發(fā)生彎曲應力，所以摩擦小，乘坐性佳。如應力，所以摩擦小，乘坐性佳。如果調校得當，可以用最少的成本和果調校得當，可以用最

9、少的成本和空間達到最好的效果，所以現在的空間達到最好的效果，所以現在的小型車和緊湊型車多采用這種形式小型車和緊湊型車多采用這種形式的后懸掛。的后懸掛。 缺點：缺點：當一側車輪跳動時，另一側當一側車輪跳動時，另一側也會不可避免地收到影響，從而影也會不可避免地收到影響，從而影響舒適性，而且無法提供精確的車響舒適性，而且無法提供精確的車輪定位。輪定位。 衡量一個扭力梁式后懸掛最直接的方法，衡量一個扭力梁式后懸掛最直接的方法，就是看它的扭力梁是不是足夠粗壯、足就是看它的扭力梁是不是足夠粗壯、足夠結實。夠結實。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.華南理工大學廣州汽車學

10、院 丁偉華 all right reserved. 1）側傾中心高度）側傾中心高度 側傾中心位置高，它到車身質心的距離縮短，可使側傾力臂及側傾力矩小些，車身的側傾角也會減小。但側傾中心過高，會使車身傾斜時輪距變化大，加速輪胎的磨損。2）車輪定位參數的變化）車輪定位參數的變化 若主銷后傾角變化大，容易使轉向輪產生擺振；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。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.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)動機的布置和從車上拆裝發(fā)動機的困難程度； 占用高度空間

11、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）懸架側傾角剛度）懸架側傾角剛度 車廂側傾角與側傾力矩和懸架總的側傾角剛度大小有關，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。若用于轉向軸上的懸架橫向剛度小，則容易造成轉向輪發(fā)生擺振現象。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.懸架懸架雙橫臂式雙橫臂式單橫臂式單橫臂式單縱臂式單縱臂式單斜臂式單斜臂式麥弗遜式麥弗遜式扭轉梁隨動臂式扭轉梁隨動臂式側傾中心側傾中心比較低比較低比較高比較高比較低比較低居單橫臂和居單橫臂和單縱臂之間單縱臂之間比較高比較高比較低比較低車輪定

12、位車輪定位參數的變化參數的變化車輪外傾角車輪外傾角與主銷內傾與主銷內傾角均有變化角均有變化車輪外傾角車輪外傾角與主銷內傾與主銷內傾角變化大角變化大主銷后傾角主銷后傾角變化大變化大有變化有變化變化小變化小左、右輪同時跳動左、右輪同時跳動時不變時不變輪距輪距變化小，輪變化小，輪胎磨損速度胎磨損速度慢慢變化大，輪變化大，輪胎磨損速度胎磨損速度快快不變不變變化不大變化不大變化很小變化很小不變不變懸架側傾角懸架側傾角剛度剛度較小，需用較小，需用橫向穩(wěn)定器橫向穩(wěn)定器較大，可不較大，可不裝橫向穩(wěn)定裝橫向穩(wěn)定器器較小，需用較小，需用橫向穩(wěn)定器橫向穩(wěn)定器居單橫臂式居單橫臂式和單縱臂式和單縱臂式之間之間較大，可不

13、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大橫向剛度大橫向剛度小橫向剛度小橫向剛度較小橫向剛度較小橫向剛度大橫向剛度大占用空間尺寸占用空間尺寸占用較多占用較多占用較少占用較少幾乎不占用高度空間幾乎不占用高度空間占用的空間小占用的空間小其它其它結構復雜結構復雜前懸架用前懸架用得較多得較多結構簡單、成結構簡單、成本低，前懸架本低，前懸架上用得少上用得少結構簡單、成本低結構簡單、成本低結構簡單、結構簡單、緊湊，轎車緊湊，轎車上用得較多上用得較多結構簡單，用于結構簡單，用于發(fā)動機前置前輪發(fā)動機前置前輪驅動轎車后懸架驅動轎車后懸架華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right re

14、served.采用的方案采用的方案 前輪和后輪均采用非獨立懸架；前輪采用獨立懸架，后輪采用非獨立懸架；前輪與后輪均采用獨立懸架。 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.奧迪A8奧迪Q7 2012款 3.0TFSI AT四驅專享型(200KW) 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.馬自達2華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.科魯茲采用了前麥弗遜獨立懸掛，扭力梁式半獨立后懸掛 郎逸是大眾版的卡羅拉，除了通常的麥弗遜式獨立前懸掛外，它的后懸掛使用的是結構簡單的扭力梁非獨立懸掛 華南理工大學廣州汽

15、車學院 丁偉華 all right reserved.PN貨車貨車 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.前輪和后輪均采用非獨立懸架前輪和后輪均采用非獨立懸架前、后懸架均采用縱置鋼板彈簧非獨立懸架的汽車轉向行駛時，內側懸架處于減載而外側懸架處于加載狀態(tài)，于是內側懸架縮短，外側懸架受壓伸長，結果與懸架固定連接的車軸（橋）的軸線相對汽車縱向中心線偏轉一角度。如圖a對前軸，這種偏轉使汽車不足轉向趨勢增加對后橋，則增加了汽車過多轉向趨勢 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.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

16、是懸架的瞬時運動中心位置降低，與懸架連接的車橋位置處的運動軌跡b所示，即處于外側懸架與車橋連接處的運動軌跡是oa段，結果后橋軸線的偏離不再使汽車具有過多轉向的趨勢。 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 ，達到改善汽車平順性的目的。 2/smcn 四、輔助元件四、輔助元件華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.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

17、磨外層，它保護內部的發(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，這點與橡膠不同。有些汽車的緩沖塊裝在減振器上。 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.一、前后懸架的靜撓度、動撓度的選擇汽車滿載靜止?jié)M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構允許的最大變形（通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的自由高度的1/2或或2/3）時，車輪中心相對車架（或車身）的垂直位移 2)動撓度動撓度華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all righ

18、t reserved.1、使懸架系統(tǒng)由較低的固有頻率、使懸架系統(tǒng)由較低的固有頻率汽車前、后懸架與其簧上質量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性的主要參數之一 因現代汽車的質量分配系數近似等于1，于是汽車前、后軸上方車身兩點的振動不存在聯系 式中，c1、c2為前、后懸架的剛度（N/cm）； m1、m2為前、后懸架的簧上質量（kg）。2/2/222111mcnmcn汽車前、后部分的車身的固有頻率n1和n2（亦稱偏頻）可用下式表示2、選擇要求及方法、選擇要求及方法華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.當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

19、下式表示fc1=m1g/c1 fc2=m2g/C2 式中， g為重力加速度（g=981cm/s2）。將fc1、fc2代入上式得到2211/5/5ccfnfn華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.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，車身的縱向角振動大）2、n1與與n2的匹配要合適的匹配要合適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fc

20、2=（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：華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.3、 fc要合適，同時根據不同的車在不同路面條件選擇偏頻要合適，同時根據不同的車在不同路面條件選擇偏頻對普通級以下轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求1.001.45Hz， 后懸架則要求在1.171.58Hz。對高級轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求在0.801.15Hz，后懸 架則要求在0.981.30Hz。貨車滿載時，前懸架偏頻

21、要求在1.502.10Hz，而后懸架則要求 在1.702.17Hz。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.4、 fd的確定的確定懸架需要有足夠大的動撓度，以防止在不平路面行駛時碰撞緩沖塊。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.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）的關系曲線 。1)線性彈性特性線性彈性特性定義定義:當懸架變形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 。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、

22、定義、定義2、分類、分類特點特點：隨載荷的變化，平順性變化華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.2)非線性彈性特性非線性彈性特性定義定義：當懸架變形f與所受垂直外力F之間不呈固定比例變化時 1緩沖塊復原點 2復原行程緩沖塊脫離支架3主彈簧彈性特性曲線 4復原行程 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額定載荷華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.特點特點在滿載位置（圖中點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，得

23、到比線性懸架更多的動容量 懸架的動容量指懸架從靜載荷的位置起，變形到結構允許的最大變形為止消耗的功 （懸架的動容量越大，對緩沖塊擊穿的可能性越小 ）華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.選用方式選用方式貨車、客車貨車、客車，選用剛度可變的非線性懸架（減少振動頻率和車身高度變化）。乘用車乘用車簧上質量在使用中變化不大，但是為了減少車軸對車架的撞擊，減少轉彎行駛時的側傾和制動點頭角與加速抬頭角，也應采用剛度可變非線性懸架。鋼板彈簧鋼板彈簧可視為線性彈簧，而帶有副簧的鋼板彈簧、空氣彈簧、油氣彈簧等，均為剛度可變非線性彈簧。 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all

24、right reserved.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 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.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載荷的平均值，即FK=0.5（F0+FW），并使F0和FK間平均載荷對應的頻率與FK和FW間平均載荷對應的頻率相等，此

25、時副簧與主簧的剛度比為 ca/cm=（2-2）/（+3） 1/maccwFF /0華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.定義定義：簧上質量產生側傾角時，懸架給車身的彈性恢復力矩。四、懸架側傾角剛度及其在前、后軸的分配四、懸架側傾角剛度及其在前、后軸的分配 要求要求：側向慣性力=0.4G時，乘用車側傾角為2.54 ；貨車不超過67 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.一、鋼板彈簧的計算一、鋼板彈簧的計算1、鋼板彈簧主要參數的確定 1）滿載弧高fa fa用來保證汽車具有給定的高度 ,常fa=1020mm。華南理工大學廣州汽車學院

26、 丁偉華 all right reserved.2）鋼板彈簧長度）鋼板彈簧長度L的確定的確定推薦推薦在下列范圍內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）軸距。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.注：應盡可能將鋼板彈簧取長些的原因應盡可能將鋼板彈簧取長些的原因?降低彈簧應力，提高使用壽命 降低彈簧剛度，改善汽車平順性 增加鋼板彈簧的縱向角剛度能減少車輪扭轉力矩所引起的彈簧變形 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.3）鋼板斷面尺寸

27、及片數的確定）鋼板斷面尺寸及片數的確定a.鋼板斷面寬度b的確定 J0=（L-kS）3c/48E式中，s為U形螺栓中心距（mm）；k為考慮U形螺栓夾緊彈簧后的無效長度系數（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 ；華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.鋼板彈簧總截面系數鋼板彈簧總截面系數W0用下式計算用下式計算W0F W（L-ks）/4W 式中，W 為許用彎曲應力。對于55SiMnVB或60Si2Mn等材料，表面經噴丸處理后，推薦W 在下列范圍內選?。磺皬椈珊推胶鈶壹軓椈蔀?50-450N/mm2；后副簧

28、為220-250N/mm2。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.將式（6-6）代入下式計算鋼板彈簧平均厚度hp有了hp以后，再選鋼板彈簧的片寬b。cWpEfksLWJh6)(/2200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，能增加卷耳強度，但當車身受側向力作用傾斜時，彈簧的扭曲應力增大。 前懸架用寬的彈簧片，會影響轉向輪的最大轉角。片寬選取過窄，又得增加片數，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范圍內選取。 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.b.鋼板彈簧片厚鋼板彈簧片厚h的選擇的

29、選擇 矩形斷面等厚鋼板彈簧的總慣性矩J0用下式計算J0=nbh3/12 式中，n為鋼板彈簧片數。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.片厚h選擇的要求增加片厚h，可以減少片數減少片數n 鋼板彈簧各片厚度厚度可能有相同相同和不同兩種情況，希望盡可能采用前者 但因為主片工作條件惡劣，為了加強主片及卷耳，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最厚片與最薄片厚度之比應小于1.5。鋼板斷面尺寸b和h應符合國產型材規(guī)格尺寸規(guī)格尺寸。 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all

30、 right reserved.2、鋼板彈簧各片長度的確定、鋼板彈簧各片長度的確定 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.將各片厚度hi 的立方值hi3 按同一比例尺沿縱坐標繪制在圖上沿橫坐標量出主片長度的一半L/2和U形螺栓中心距的一半s/2，得到A、B兩點，連接A、B即得到三角形的鋼板彈簧展開圖。AB線與各葉片上側邊的交點即為各片長度，如果存在與主片等長的重疊片，就從B點到最后一個重疊片的上側邊端點一直線，此直線與各片上側邊的交點即為各片長度。各片實際長度尺寸需經圓整后確定。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.3、鋼板彈

31、簧剛度驗算、鋼板彈簧剛度驗算 剛度驗算公式剛度驗算公式為其中 式中，a為經驗修正系數，a=0.900.94； E為材料彈性模量； l1、lk+1為主片和第（k+1）片的一半長度。)(/61131kknkkYYaaEc)(111kkllakiikJY1/1111/1kiikJY華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.用共同曲率法計算剛度的前提前提假定同一截面上各片曲率變化值相同各片的承受的彎矩正比于其慣性矩同時該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩 4 4、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算、鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算華南理工大學廣州

32、汽車學院 丁偉華 all right reserved.1）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H0 定義：定義：鋼板彈簧各片裝配后，在預壓縮和U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（如上圖），稱為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H0，用下式計算H0=（fc+fa+f） 式中，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化. 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.22)(3(LffsLsfcas為U形螺栓中心距；L為鋼板彈簧主片長度。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

33、片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定 原則：原則：因鋼板彈簧各片在自由狀態(tài)下和裝配后的曲率半徑不同，裝配后各片產生預應力，其值確定了自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri。各片自由狀態(tài)下做成不同曲率半徑的目的是：使各片厚度相同的鋼板彈簧裝配后能很好地貼緊，減少主片工作應力，使各片壽命接近。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.矩形斷面鋼板彈簧裝配前各片曲率半徑由下式確定Ri=R0/1+(20iR0)/Ehi 式中，Ri為第i片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）；R0為鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑（mm）；0i為各片彈簧的預應力（N/mm2）；E為材料彈性模量（N/mm2），取E=

34、2.1105N/mm2；hi為第i片的彈簧厚度（mm）。原則：原則：在已知鋼板彈簧總成自由狀態(tài)下曲率半徑R0和各片彈簧預加應力0i的條件下，計算出各片彈簧自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri。選取各片彈簧預應力時，要求做到：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；為保證主片及一其相鄰的長片有足夠的使用壽命，應適當降低主片及與其相鄰的長片的應力。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.這此，選取各片預應力時，可分為下列兩種情況：對于片厚相同的鋼板彈簧，各片預應力值不宜選取過大；對于片厚不相同的鋼板彈簧，厚片預應力可取大些。推薦主片在根部的工作應力與預應力疊加后

35、的合成應力在300-350N/mm2內選取。1-4片長片疊加負的預應力，短片疊加正的預應力。預應力從長片到短片由負值逐漸遞增至正值。01niiM在確定各片預應力時，理論上應滿足各片彈簧在根部處預應力所造成的彎矩Mi之代數和等于零，即華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.或 如果第i片的片長為Li，則第i片彈簧的弧高為010iniiW5、鋼板彈簧強度驗算、鋼板彈簧強度驗算 （1）緊急制動時 )8/(2iiRLHi華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.前鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的后半段出現的最大應力max用下式計算max=G1

36、m1l2（l1+c）/（l1+l2）W0 式中， G1為作用在前輪上的垂直靜負荷； m1為制動時前軸負荷轉移系數， 轎車：m1=1.21.4， 貨車：m1=1.41.6； l1、l2為鋼板彈簧前、后段長度； 道路附著系數，取0.8； W0為鋼板彈簧總截面系數； c為彈簧固定點到路面的距離 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.max=G2m2l1（l2+c）/（l1+l2）W0+G2m2/bh1 式中，G2為作用在后輪上的垂直靜負荷； m2為驅動時后軸負荷轉移系數， 轎車：m2=1.251.30， 貨車：m2=1.11.2； 為道路附著系數； b為鋼板彈簧片寬

37、； h1為鋼板彈簧主片厚寬。 （2）汽車驅動時 后鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的前半段出現最大應力max用下式計算華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.（3）鋼板彈簧卷耳和彈簧銷的強度核算 鋼板彈簧主片卷耳受力如圖6-17所示。卷耳所受應力是由彎曲應力和拉（壓）應力合成的應力=3Fx（D+h1）/bh12+Fx/（bh1） 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.式中， Fx為沿彈簧縱向作用在卷耳中心線上的力； D為卷耳內徑； b為鋼板彈簧寬度； h1為主片厚度。 許用應力取為350N/mm2。對鋼板彈簧銷鋼板彈簧銷要驗算鋼板彈

38、簧受靜載荷時鋼板彈簧銷受到擠壓應力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。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 用30鋼或40鋼經液體碳氮共滲處理時，彈簧銷許用擠壓應力z取為3-4MPa；用20鋼或20Cr鋼經滲碳處理或用45鋼經高頻淬火后，其許用應力z7-9MPa。 鋼板彈簧多數情況下采用55SiMnVB鋼或60Si2Mn鋼制造。常采用表面噴丸處理工藝和減少表面脫碳層深度的措施來提高鋼板彈簧的壽命。表面噴丸處理有一般噴丸和應力噴丸兩種，后者可使鋼板彈簧表面的殘余應力比前者大很多。華南理工大學廣

39、州汽車學院 丁偉華 all right reserved.前輪獨立懸架前輪獨立懸架設計要求設計要求 : 1)懸架上載荷變化時，保證輪距變化不超過4.0mm，輪距變化大會引起輪胎早期磨損。 2)懸架上載荷變化時，前輪定位參數要有合理的變化特性，車輪不應產生縱向加速度。 3)汽車轉彎行駛時，應使車身側傾角小。在0.4g側向加速度作用下，車身側傾角不大于67，使車輪與車身傾斜同向，以增強不足轉向效應。 4)汽車制動時，應使車身有抗前俯作用；加速時，有抗后仰作用。 后輪獨立懸架后輪獨立懸架導向機構的要求是：導向機構的要求是： 1)懸架上的載荷變化時，輪距無顯著變化。 2)汽車轉彎行駛時，應使車身側傾角

40、小，并使車輪與車身的傾斜反向，以減小過多轉向效應。 此外，導向機構還應行址夠強度，并可靠地傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.(1)雙橫臂側傾中心確定方法：雙橫臂側傾中心確定方法： 橫臂式懸架和縱橫臂式懸架的距離和橫臂式懸架和縱橫臂式懸架的距離和P的計算法和圖解法的計算法和圖解法華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.橫臂相互平行的雙橫臂式懸架側傾中心的確定橫臂相互平行的雙橫臂式懸架側傾中心的確定華南理工大學廣州汽車學院 丁

41、偉華 all right reserved.雙橫臂式獨立懸架的側傾中心高度通過下式計算得出：雙橫臂式獨立懸架的側傾中心高度通過下式計算得出：式中：式中：0tancos2RdKpbhVW)sin()90sin(cKdKpsin華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.普通規(guī)格的麥弗遜式懸架的尺寸普通規(guī)格的麥弗遜式懸架的尺寸 和和P的計算法和圖解法的計算法和圖解法華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.麥弗遜式獨立懸架側傾中心的高度可通過下式計算麥弗遜式獨立懸架側傾中心的高度可通過下式計算式中：式中：sVWrdKpbhtancos2)s

42、in(ocKdKpsin華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 側傾軸線應側傾軸線應大致與地面平行大致與地面平行，且盡可能，且盡可能離地面離地面高些高些。 前懸架側傾中心高度幾乎不可能超過前懸架側傾中心高度幾乎不可能超過150mm。獨立懸架獨立懸架(縱臂式懸架除外縱臂式懸架除外)的側傾中心高度為：的側傾中心高度為： 前懸架前懸架0120mm；后懸架后懸架80150mm。 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.作圖法作圖法雙橫臂式懸架的縱傾中心雙橫臂式懸架的縱傾中心華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reser

43、ved.麥弗遜式懸架的縱傾中心麥弗遜式懸架的縱傾中心華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.當汽車前、后懸架的縱傾中心位于軸距以內時，縱傾中心便具有抗制動前俯角性能華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.1)汽車為單橋驅動才有抗驅動縱傾性作用汽車為單橋驅動才有抗驅動縱傾性作用2)對于獨立懸架，縱傾中心位置應高于驅動橋對于獨立懸架，縱傾中心位置應高于驅動橋車輪中心車輪中心華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.獨立懸架中的擺臂鉸鏈軸大多為空間傾斜布置。獨立懸架中的擺臂鉸鏈軸大多為空間傾斜布置。、華南理

44、工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.1.1.縱向平面內上、下橫臂的布置方案縱向平面內上、下橫臂的布置方案 1) 上、下橫臂軸軸線在汽車縱向平面內的布置方案華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 2）制動時要求主銷后傾角按下列規(guī)律變化： （1）懸架彈簧壓縮時后傾角增大（）懸架彈簧壓縮時后傾角增大（2）懸架彈簧拉伸時后傾角減小）懸架彈簧拉伸時后傾角減小按上述規(guī)律變化，制動時汽車前俯角減小。 3） 不同匹配方案對主銷后傾角的影響不一樣。不同匹配方案對主銷后傾角的影響不一樣。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reser

45、ved.-華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.上、下橫臂在橫向平面內的布置方案組合起來有多種。不同方案匹配結果影響側傾中心位置不同。不同方案匹配結果影響側傾中心位置不同。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 2) 圖例特點 根據已初步選定的側傾中心位置高度尺寸和為保證此尺寸能準確實現，利用改變上、下橫臂位置即可。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 規(guī)定軸線前端遠離汽車縱軸線的夾角為正，反之為負，平行者為零。 下橫臂軸下橫臂軸MMMM與縱軸軸線夾角用與縱軸軸線夾角用11表示，表示， 上橫

46、臂軸上橫臂軸NNNN與縱軸軸線夾角用與縱軸軸線夾角用22表示，表示，華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.1與2的匹配有三種方案，不同方案對車輪上跳主銷后傾角變化有影響:華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.選擇上下橫臂軸線縱向傾角的線圖選擇上下橫臂軸線縱向傾角的線圖華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 1) 上、下橫臂長度不同影響車輪上、下跳動時，前輪定位參數和輪距的變化。2) 上、下橫臂長度的確定華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. Z 車輪垂直位移量

47、；外傾角；主銷內傾角；By 1/2輪距變化 五組方案區(qū)別五組方案區(qū)別： 條件條件： 下臂長L1不變；上臂長L2與L1之比即L2 / L1 =0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 結論結論： L2 / L1=0.6時，By曲線曲率半徑最大，表明輪距變化最小。而和角變化曲線的曲率接近最小，和變化大。 L2 / L1=1.0時，和角變化曲線為一垂直線，表明車輪上、下跳動時和角沒有變化，l2/ l1=1.0，By變化很大，曲線曲率半徑接近最小。 滿足By變化最小時，應選擇L2 / L1=0.6 ；滿足和變化最小時，應選擇L2 / L1=1.0 因此同時滿足By、和都小是不可能的，推薦取L2 / L1

48、=0.6 6 0.7華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.雙筒充氣液力式減振器的優(yōu)點：雙筒充氣液力式減振器的優(yōu)點： 1）工作性能穩(wěn)定）工作性能穩(wěn)定 2）干摩擦阻力?。└赡Σ磷枇π?3）噪聲低）噪聲低 4）長度短）長度短華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 1.減震器卸荷閥打開前，阻力減震器卸荷閥打開前，阻力F與減震器振動速度與減震器振動速度V之間的關之間的關系為：系為：F=v華南理工

49、大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 2. 相對阻尼系數 的物理意義：減振器的阻尼作用在與不同剛度c和不同簧上質量ms的懸架系統(tǒng)匹配時，會產生不同的阻尼效果。scm2華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 1.通常情況下，壓縮行程相對阻尼系數壓縮行程相對阻尼系數Y取得比較小取得比較小，伸張行程相對阻尼系數s取大些。兩者之間的關系為： Y=（0.250.50） s 2.設計時，首先選取先選?。?=（ Y +s）/2） 3.無內摩擦的彈性元件懸架，取取=0.250.35；有內摩擦的彈性元件懸架， 取更小。 4.行駛路面較差的汽車， 應取

50、大些，一般一般s0.3；為避免懸架碰撞車架，取Y =0.5 s華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 理論上，理論上， 根據實際結構布置特點，阻尼系數為：根據實際結構布置特點，阻尼系數為：sm222/2anms華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 減震器如圖b安裝時，阻尼系數為： 減震器如圖c安裝時，阻尼系數為：下擺臂長度n不變時，改變減震器在下擺臂上的固定點位置或者減震器軸線與鉛垂線之間的夾角，減震器阻尼會發(fā)生變化。)cos/(2222anms2cos/2sm華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reser

51、ved. 此時的活塞速度Vx。在減震器安裝如圖b所示時： 式中，式中， Vx卸荷速度，一般為0.150.30m/s；A車身振幅，取 ；懸架振動固有頻率。 如果已知伸張行程時阻尼系數s，在伸張行程的最大卸荷力F0= s Vx.mm40naAVx/cos華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 根據伸張行程的最大卸荷力F0計算工作缸直徑D為： 其中：其中：p工作缸最大允許壓力，取34MPa； 連桿直徑與缸筒直徑之比，雙筒式取=0.4 0.5，單筒式取=0.30.35 ：D=20mm、30mm、40mm、（45mm）、50mm、65mm等。要遵守標準：QC/天91-1

52、999汽車筒式減振器 尺寸系列及技術條件 Dc=（1.351.50）D，壁厚取為2mm，材料選為20鋼。)1(420pFD華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.略略華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved. 1.了解懸架設計基本要求及懸架各部件作用。了解懸架設計基本要求及懸架各部件作用。 2.了解各種不同結構型式懸架各自特點和適用車型，會作出不了解各種不同結構型式懸架各自特點和適用車型，會作出不同懸架同懸架運動學簡圖運動學簡圖（重點）。（重點）。 3.了解懸架主要參數確定。了解懸架主要參數確定。 4.會進行會進行鋼板彈簧非獨立懸架

53、鋼板彈簧非獨立懸架結構尺寸及性能參數的確定結構尺寸及性能參數的確定和懸架校核（重點）。和懸架校核（重點）。 5.了解獨立懸架導向機構的設計要求；會作出懸架（雙橫臂和了解獨立懸架導向機構的設計要求；會作出懸架（雙橫臂和麥弗遜）各關鍵麥弗遜）各關鍵布置點位置圖布置點位置圖；會根據不同車型和不同性；會根據不同車型和不同性能要求選擇不同的導向機構能要求選擇不同的導向機構空間布置方案空間布置方案（重點）。（重點）。華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.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

54、分被執(zhí)行元件所取代?；驹砘驹硎强孔陨淼哪茉赐ㄟ^執(zhí)行元件對振動進行“主動”干預。分類：分類：根據執(zhí)行元件的響應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。主動懸架動畫華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.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)，控制帶寬一般應至少覆蓋015Hz，有的執(zhí)行元件響應帶寬甚至高達100Hz。 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.全主動懸架

55、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-懸掛質量 2-加速度傳感器 3-信號處理器 4-控制單元 5-進油 6-出油 7-非懸掛質量 8-路面輸入 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.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?？刂茊卧鶕z測到的各種信號判斷汽車的當前狀態(tài)，并根據事先設定的控制策略決定執(zhí)行元件該輸出多大的力。系統(tǒng)內部靠力閉環(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，比如轉向時與汽車運動相關的橫向加速度、方向盤角

56、速度，還有汽車車速、發(fā)動機油門開度、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)工作原理及過程系統(tǒng)工作原理及過程華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.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 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.性能指標評價標準性能指標評價標準主動懸架的性能指標可以用多個系統(tǒng)輸出變量的均方根值的加權和來表征。這些變量可以包括

57、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，并且參數的選擇范圍也更寬。 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.主動懸架特點 要求執(zhí)行元件所產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計空間，即如何確定控制律以使系統(tǒng)能夠讓車輛達到最佳的總體性能。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。 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.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

58、直、俯仰和側傾振動以及汽車的轉向反應，不考慮車輪剛度所對應的頻率，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。 一類為當其不起作用(激勵頻率超過響應帶寬)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，在這種情況下系統(tǒng)中必須串聯彈性元件 在慢主動懸架中，可以選用兩類執(zhí)行元件華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.轎車用慢主動懸架原理圖 1-懸掛質量2-空氣

59、彈簧3-阻力閥4-比例流量控制閥5-接油泵6-接油罐 7-輪胎剛度8-非懸掛質量 9-執(zhí)行元件 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.慢主動懸架特點由于慢主動懸架執(zhí)行元件僅需在一窄帶頻率范圍內工作，降低了系統(tǒng)的成本及復雜程度。比全主動懸架便宜得多。它的主動控制仍然覆蓋了主要的車身振動，包含縱向、俯仰、側傾及轉向控制等要求的頻率范圍，改善了車身共振頻率附近的行駛性能，提高了對車身姿態(tài)的控制。性能可達到與全主動懸架系統(tǒng)很接近的程度。就實用性及商業(yè)競爭力而言，慢主動懸架有較好的應用前景。半主動懸架不需要油泵、過濾器、儲油器、冷卻器及輸油管等附件，幾乎不消耗發(fā)動機功率，并且制造可控阻尼減振器不像制造電液伺服液力執(zhí)行元件那樣復雜，懸架系統(tǒng)的制造成本和運行成本可大大降低。 華南理工大學廣州汽車學院 丁偉華 all right reserved.2 半主動式懸架 與主動懸架的比較半主動懸架與主動懸架的區(qū)別在于用可控阻尼的減振器取代了執(zhí)行元件?？煽刈枘釡p振器所起的作用與主動懸架中執(zhí)行元件的作用類似，都是通過系統(tǒng)內的力閉環(huán)控制實現控制單元提出的力要求。所不同