第六章懸架設(shè)計(jì)第一節(jié)概述第二節(jié)結(jié)構(gòu)形式分析第三節(jié)主要參數(shù)確定第四節(jié)彈性元件設(shè)計(jì)

§6-1

概述

一主要作用

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(duì)車身的沖擊和振動(dòng)；保證車輪在路面不平和載荷變化時(shí)有理想的運(yùn)動(dòng)特性。保證汽車的操縱穩(wěn)定性。

懸架由彈性元件、導(dǎo)向裝置、減振器、緩沖塊和橫向穩(wěn)定器等組成。導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向桿系組成，用來(lái)決定車輪相對(duì)于車架(或車身)的運(yùn)動(dòng)特性，并傳遞除彈性元件傳遞的垂直力以外的各種力和力矩。當(dāng)用縱置鋼板彈簧作彈性元件時(shí)，它兼起導(dǎo)向裝置作用。緩沖塊用來(lái)減輕車軸對(duì)車架(或車身)的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過(guò)大的變形。裝有橫向穩(wěn)定器的汽車，能減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)車身的側(cè)傾角和橫向角振動(dòng)。二對(duì)懸架提出的設(shè)計(jì)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(dòng)能力。3）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。4）汽車制動(dòng)或加速時(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。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(shí)，還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。二對(duì)懸架提出的設(shè)計(jì)要求

為了滿足汽車具有良好的行駛平順性，要求由簧上質(zhì)量與彈性元件組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)在合適的頻段，并盡可能低。前、后懸架固有頻率的匹配應(yīng)合理，對(duì)轎車，要求前懸架固有頻率略低于后懸架的固有頻率，還要盡量避免懸架撞擊車架(或車身)。在簧上質(zhì)量變化的情況下，車身高度變化要小，因此，應(yīng)采用非線性彈性特性懸架。汽車在不平路面上行駛，由于懸架的彈性作用，使汽車產(chǎn)生垂直振動(dòng)。為了迅速衰減這種振動(dòng)和抑制車身、車輪的共振，減小車輪的振幅，懸架應(yīng)裝有減振器，并使之具有合理的阻尼。利用減振器的阻尼作用，使汽車的振動(dòng)振幅連續(xù)減小，直至振動(dòng)停止。要正確地選擇懸架方案和參數(shù)，在車輪上、下跳動(dòng)時(shí)，使主銷定位角變化不大、車輪運(yùn)動(dòng)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要協(xié)調(diào)，避免前輪擺振；汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，應(yīng)使之稍有不足轉(zhuǎn)向特性。獨(dú)立懸架導(dǎo)向桿系鉸接處多采用橡膠襯套，能隔絕車輪所受來(lái)自路面的沖擊向車身的傳遞。近年來(lái)，主動(dòng)懸架的出現(xiàn)不僅能很好地提高汽車行駛性能，而且能更好地保持車廂姿態(tài)，減小側(cè)傾、縱傾?！?-2懸架結(jié)構(gòu)形式分析

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(guò)懸架與車架（或車身）連接左、右車輪通過(guò)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非獨(dú)立懸架

優(yōu)點(diǎn)

縱置鋼板彈簧為彈性元件兼作導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造容易維修方便工作可靠

缺點(diǎn)

汽車平順性較差高速行駛時(shí)操穩(wěn)性差轎車不利于發(fā)動(dòng)機(jī)、行李艙的布置應(yīng)用：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

優(yōu)點(diǎn)

簧下質(zhì)量??；懸架占用的空間小；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(dòng)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(dòng)互不影響，可減少車身的傾斜和振動(dòng)，同時(shí)在起伏的路面上能獲得良好的地面附著能力。

缺點(diǎn)

結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本較高維修困難應(yīng)用：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

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(dòng)臂式1評(píng)價(jià)指標(biāo)：

1）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(huì)減小。但側(cè)傾中心過(guò)高，會(huì)使車身傾斜時(shí)輪距變化大，加速輪胎的磨損。2）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(huì)影響汽車直線行駛穩(wěn)定性，同時(shí)也會(huì)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

占用橫向尺寸大的懸架影響發(fā)動(dòng)機(jī)的布置和從車上拆裝發(fā)動(dòng)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

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)梁隨動(dòng)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(shí)跳動(dòng)時(shí)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)復(fù)雜前懸架用得較多結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，前懸架上用得少結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，轎車上用得較多結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)轎車后懸架三、前、后懸架方案的選擇采用的方案

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。

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(shí)，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車軸（橋）的軸線相對(duì)汽車縱向中心線偏轉(zhuǎn)一角度α。如圖a對(duì)前軸，這種偏轉(zhuǎn)使汽車不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)增加對(duì)后橋，則增加了汽車過(guò)多轉(zhuǎn)向趨勢(shì)

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(shí)運(yùn)動(dòng)中心位置降低，與懸架連接的車橋位置處的運(yùn)動(dòng)軌跡b所示，即處于外側(cè)懸架與車橋連接處的運(yùn)動(dòng)軌跡是oa段，結(jié)果后橋軸線的偏離不再使汽車具有過(guò)多轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)。

發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的中高級(jí)及其以下級(jí)別的轎車，常采用麥弗遜式前懸架和扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式后懸架。

圖6-4所示為麥弗遜式前懸架，其彈性元件——螺旋彈簧套裝在減振器外部，下擺臂的球頭伸到輪輞空間內(nèi)，使結(jié)構(gòu)非常緊湊。當(dāng)主銷軸線的延長(zhǎng)線與地面的交點(diǎn)位于輪胎胎冠印跡中心線外側(cè)時(shí)，具有負(fù)的主銷偏移距廠rs，這對(duì)保證汽車制動(dòng)穩(wěn)定性有利。

圖6-4麥弗遜式懸架

扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式后懸架，除在表6-1中介紹的一些特點(diǎn)外，由于扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式支承點(diǎn)處采用各向異性的橡膠襯套，既具有隔振性能，又能防止汽車因后軸軸轉(zhuǎn)向而產(chǎn)生過(guò)多轉(zhuǎn)向。圖6-5傳統(tǒng)橡膠襯套及其產(chǎn)生的軸轉(zhuǎn)向效應(yīng)圖6-6扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式懸架用橡膠襯套2.緩沖塊

橡膠制造，通過(guò)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(shí)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。1.橫向穩(wěn)定器通過(guò)減小懸架垂直剛度，能降低車身振動(dòng)固有頻率n，達(dá)到改善汽車平順性的目的。四、輔助元件§6-3

懸架主要參數(shù)的確定

一、前后懸架的靜撓度、動(dòng)撓度的選擇汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷Fw與此時(shí)懸架剛度c之比，即fc=Fw/c。1、概念1)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(shí)，車輪中心相對(duì)車回（或車身）的垂直位移

2)動(dòng)撓度1、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(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性的主要參數(shù)之一因現(xiàn)代汽車的質(zhì)量分配系數(shù)ε近似等于1，于是汽車前、后軸上方車身兩點(diǎn)的振動(dòng)不存在聯(lián)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(zhì)量（kg）。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、選擇要求及方法當(dāng)采用彈性特性為線性變化的懸架時(shí)，前、后懸架的靜撓度可用下式表示fc1=m1g/c1

fc2=m2g/c2

式中，

g為重力加速度（g=981cm/s2）。將fc1、fc2代入上式得到希望fc1與fc2要接近，單不能相等（防止共振）希望fc1>fc2(從加速性考慮，若fc2大，車身的振動(dòng)大）2、n1與n2的匹配要合適若汽車以較高車速駛過(guò)單個(gè)路障，n1/n2＜1時(shí)的車身縱向角振動(dòng)要比n1/n2＞1時(shí)小，故推薦取fc2=（0.8~0.9）fc1?？紤]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=（0.6~0.8）fc1。為了改善微型轎車后排乘客的乘坐舒適性，有時(shí)取后懸架的偏頻低于前懸架的偏頻。要求：方法：3、fd要合適，根據(jù)不同的車在不同路面條件造以運(yùn)送人為主的轎車對(duì)平順性的要求最高，大客車次之，載貨車更次之。對(duì)普通級(jí)以下轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求1.00~1.45Hz，后懸架則要求在1.17~1.58Hz。原則上轎車的級(jí)別越高，懸架的偏頻越小。對(duì)高級(jí)轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求在0.80~1.15Hz，后懸架則要求在0.98~1.30Hz。貨車滿載時(shí)，前懸架偏頻要求在1.50~2.10Hz，而后懸架則要求在1.70~2.17Hz。選定偏頻以后，再利用上式即可計(jì)算出懸架的靜撓度。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(duì)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(shí)，彈性特性為一直線，此時(shí)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2、分類特點(diǎn)：隨載荷的變化，平順性變化2)非線性彈性特性定義：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(shí)

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(shí)開始接觸彈性支架8—額定載荷特點(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

作用在有限的動(dòng)撓度f(wàn)d范圍內(nèi)，得到比線性懸架更多的動(dòng)容量懸架的動(dòng)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（懸架的動(dòng)容量越大，對(duì)緩沖塊擊穿的可能性越?。┤⒇涇嚭髴业闹?、副簧的剛度匹配車身從空載到滿載時(shí)的振動(dòng)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(dòng)頻率變化不大確定方法

第一種：使副簧開始起作用時(shí)的懸架撓度f(wàn)a等于汽車空載時(shí)懸架的撓度f(wàn)0，而使副簧開始起作用前一瞬間的撓度f(wàn)K等于滿載時(shí)懸架的撓度f(wàn)c。將代入和為：副簧、主簧的剛度比為此方法確定的主、副簧剛度比值，能保證在空、滿載使用范圍內(nèi)懸架振動(dòng)頻率變化不大，但副簧接觸托架前、后的振動(dòng)頻率變化比較大。

確定方法

第二種：使副簧開始起作用時(shí)的載荷等于空載與滿載時(shí)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(duì)應(yīng)的頻率與FK和FW間平均載荷對(duì)應(yīng)的頻率相等。副簧與主簧的剛度比為此法確定的主、副簧剛度比值，能保證副簧起作用前、后懸架振動(dòng)頻率變化不大。對(duì)于經(jīng)常處于半載運(yùn)輸狀態(tài)的車輛，采用此法較為合適。

四、懸架側(cè)傾角剛度及其在前、后軸的分配

懸架側(cè)傾角剛度系指簧上質(zhì)量產(chǎn)生單位側(cè)傾角時(shí)懸架給車身的彈性恢復(fù)力矩。它對(duì)簧上質(zhì)量的側(cè)傾角有影響。側(cè)傾角過(guò)大或過(guò)小都不好。乘坐側(cè)傾角剛度過(guò)小而側(cè)傾角過(guò)大的汽車，乘員缺乏舒適感和安全感。側(cè)傾剛度過(guò)大而側(cè)傾角過(guò)小的汽車又缺乏汽車發(fā)生側(cè)翻的感覺(jué)，同時(shí)使輪胎側(cè)偏角增大，如果發(fā)生在后輪會(huì)使汽車增加了過(guò)多轉(zhuǎn)向的可能。要求在側(cè)向慣性力等于0.4倍車重時(shí)，轎車車身側(cè)傾角在2.5o～4o，貨車車身側(cè)傾角不超過(guò)6o～7o。此外，還要求汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，在0.4g的側(cè)向加速度作用下，前、后輪側(cè)偏角之差δ1-δ2

應(yīng)當(dāng)在1o～3o范圍內(nèi)。而前、后懸架側(cè)傾角剛度的分配會(huì)影響前、后輪的側(cè)偏角大小，從而影響轉(zhuǎn)向特性，所以設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮懸架側(cè)傾角剛度在前、后軸上的分配。為滿足汽車稍有不足轉(zhuǎn)向特性的要求，應(yīng)使汽車前軸的輪胎側(cè)偏角略大于后軸的輪胎側(cè)偏角。為此，應(yīng)該使前懸架具有的側(cè)傾角剛度要略大于后懸架的側(cè)傾角剛度。對(duì)轎車，前、后懸架側(cè)傾角剛度比值一般為1.4～2.6。

§6-4

彈性元件的計(jì)算

一、鋼板彈簧的計(jì)算1、鋼板彈簧主要參數(shù)的確定

1）滿載弧高fa

滿載弧同fa是指鋼板彈簧裝到車軸（橋）上，汽車滿載時(shí)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(lái)保證汽車具有給定的高度當(dāng)fa=0時(shí)，鋼板彈簧在對(duì)稱位置上工作，為了在車架高度已限定時(shí)能得到足夠的支撓度值，常fa=10~20mm。2）鋼板彈簧長(zhǎng)度L的確定鋼板彈簧長(zhǎng)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(zhǎng)些。推薦在下列范圍內(nèi)選用鋼板彈簧的長(zhǎng)度：轎車：L=（0.40~0.55）軸距；貨車:前懸架：L=（0.26~0.35）軸距；后懸架：L=（0.35~0.45）軸距。注：應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)些的原因增加鋼板彈簧長(zhǎng)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，又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(shí)，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(shí)，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a.鋼板斷面寬度b的確定

有關(guān)鋼板彈簧的剛度、強(qiáng)度等，可按等截面簡(jiǎn)支梁的計(jì)算公式計(jì)算，但需引入撓度增大系數(shù)δ加以修正。因此，可根據(jù)修正后的簡(jiǎn)支梁公式計(jì)算鋼板彈簧所需要的總慣性矩J0。對(duì)于對(duì)稱鋼板彈簧J0=[（K-ks）3cδ]/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(wú)效長(zhǎng)度系數(shù)（如剛性?shī)A緊，取k=0.5，撓性?shī)A緊，取k=0）；c為鋼板彈簧垂直剛度（N/mm），c=FW/fc；鋼板彈簧總截面系數(shù)W0用下式計(jì)算W0≥[FW（L-ks）]/4[σW]式中，[σW]為許用彎曲應(yīng)力。對(duì)于55SiMnVB或60Si2Mn等材料，表面經(jīng)噴丸處理后，推薦[σW]在下列范圍內(nèi)選?。磺皬椈珊推胶鈶壹軓椈蔀?50-450N/mm2；后副簧為220-250N/mm2。δ為撓度增大系數(shù)（先確定與主片等長(zhǎng)的重疊片數(shù)n1，再估計(jì)一個(gè)總片數(shù)n0,求得η=n1/m0，然后用δ=1.5/[1.04（1+0.5η）]初定δ）E為材料的彈性模量。將式（6-6）代入下式計(jì)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。片寬b對(duì)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(shí)，彈簧的扭曲應(yīng)力增大。前懸架用寬的彈簧片，會(huì)影響轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角。片寬選取過(guò)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6~10范圍內(nèi)選取。

b.鋼板彈簧片厚h的選擇

矩形斷面等厚鋼板彈簧的總慣性矩J0用下式計(jì)算J0=nbh3/12式中，n為鋼板彈簧片數(shù)。說(shuō)明：1、改變片數(shù)n、片寬b和片厚h三者之一，都影響到總慣性矩J0的變化；2、總慣性矩J0的改變又會(huì)影響到鋼板彈簧垂直剛度c的變化，也就是影響汽車的平順性變化。其中，片厚h變化對(duì)鋼板彈簧總慣性矩J0影響最大。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(shí)，要求一副鋼板彈簧的厚度不宜超過(guò)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(guó)產(chǎn)型材規(guī)格尺寸。

2、鋼板彈簧各片長(zhǎng)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(zhǎng)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(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(zhǎng)度，如果存在與主片等長(zhǎng)的重疊片，就從B點(diǎn)到最后一個(gè)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(zhǎng)度。各片實(shí)際長(zhǎng)度尺寸需經(jīng)圓整后確定。3、鋼板彈簧剛度驗(yàn)算

剛度驗(yàn)算公式為其中式中，a為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，a=0.90~0.94；

E為材料彈性模量；

l1、lk+1為主片和第（k+1）片的一半長(zhǎng)度。用共同曲率法計(jì)算剛度的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(shí)該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩

4、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）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H0

定義：鋼板彈簧各片裝配后，在預(yù)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(jì)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.

s為U形螺栓中心距；L為鋼板彈簧主片長(zhǎng)度。鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的曲率半徑R0=L2/8H0（2）鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑的確定

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(chǎn)生預(yù)應(yīng)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(yīng)力，使各片壽命接近。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+(2σ0iR0)/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）；σ0i為各片彈簧的預(yù)應(yīng)力（N/mm2）；E為材料彈性模量（N/mm2），取E=2.1×105N/mm2；hi為第i片的彈簧厚度（mm）。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(yù)加應(yīng)力σ0i的條件下，計(jì)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(yù)應(yīng)力時(shí)，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(zhǎng)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(zhǎng)片的應(yīng)力。這此，選取各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，可分為下列兩種情況：對(duì)于片厚相同的鋼板彈簧，各片預(yù)應(yīng)力值不宜選取過(guò)大；對(duì)于片厚不相同的鋼板彈簧，厚片預(yù)應(yīng)力可取大些。推薦主片在根部的工作應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力疊加后的合成應(yīng)力在300-350N/mm2內(nèi)選取。1-4片長(zhǎng)片疊加負(fù)的預(yù)應(yīng)力，短片疊加正的預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力從長(zhǎng)片到短片由負(fù)值逐漸遞增至正值。在確定各片預(yù)應(yīng)力時(shí)，理論上應(yīng)滿足各片彈簧在根部處預(yù)應(yīng)力所造成的彎矩Mi之代數(shù)和等于零，即或如果第i片的片長(zhǎng)為L(zhǎng)i，則第i片彈簧的弧高為：Hi≈Li2/8Ri

6、鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算

（1）緊急制動(dòng)時(shí)5、鋼板彈簧總成弧高的核算

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)力后用式(6-11)計(jì)算，受其影響，裝配后鋼板彈簧總成的弧高與用式計(jì)算的結(jié)果會(huì)不同。因此，需要核算鋼板彈簧總成的弧高。

鋼板彈簧總成弧高為

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σmax用下式計(jì)算σmax=[G1m1′l2（l1+φc）]/[（l1+l2）W0]式中，

G1為作用在前輪上的垂直靜負(fù)荷；

m1′為制動(dòng)時(shí)前軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車：m1′=1.2~1.4，貨車：m1′=1.4~1.6；

l1、l2為鋼板彈簧前、后段長(zhǎng)度；

φ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

σmax=[G2m2′l1（l2+φc）]/[（l1+l2）W0]+G2m2′φ/bh1

式中，G2為作用在后輪上的垂直靜負(fù)荷；

m2′為驅(qū)動(dòng)時(shí)后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車：m2′=1.25~1.30，貨車：m2′=1.1~1.2；

φ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(dòng)時(shí)

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σmax用下式計(jì)算（3）鋼板彈簧卷耳和彈簧銷的強(qiáng)度核算

鋼板彈簧主片卷耳受力如圖6-17所示。卷耳所受應(yīng)力σ是由彎曲應(yīng)力和拉（壓）應(yīng)力合成的應(yīng)力σ=[3Fx（D+h1）]/bh12+Fx/bh1

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(nèi)徑；

b為鋼板彈簧寬度；

h1為主片厚度。許用應(yīng)力[σ]取為350N/mm2。對(duì)鋼板彈簧銷要驗(yàn)算鋼板彈簧受靜載荷時(shí)鋼板彈簧銷受到擠壓應(yīng)力σz=Fs/bd。其中，

Fs為滿載靜止時(shí)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。用30鋼或40鋼經(jīng)液體碳氮共滲處理時(shí)，彈簧銷許用擠壓應(yīng)力[σz]取為3-4N/mm2；用20鋼或20Cr鋼經(jīng)滲碳處理或用45鋼經(jīng)高頻淬火后，其許用應(yīng)力[σz]≤7-9N/mm2。鋼板彈簧多數(shù)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(lái)提高鋼板彈簧的壽命。表面噴丸處理有一般噴丸和應(yīng)力噴丸兩種，后者可使鋼板彈簧表面的殘余應(yīng)力比前者大很多。7、少片彈簧

少片彈簧在輕型車和轎車上得到越來(lái)越多的應(yīng)用。其特點(diǎn)是葉片由等長(zhǎng)、等寬、變截面的1～3片葉片組成。利用變厚斷面來(lái)保持等強(qiáng)度特性，并比多片彈簧減少20％～40％的質(zhì)量。片間放有減摩作用的塑料墊片，或做成只在端部接觸以減少片間摩擦。

圖6-18單片彈簧和少片彈簧7、少片彈簧

圖6-19所示單片變截面彈簧的端部段和中間夾緊部分段是厚度為和的等截面形，段為變厚截面。段厚度可按拋物線形或線性變化。

圖6-19單片變截面彈簧的一半二、扭桿彈簧

作為懸架彈性元件的一種——扭桿彈簧的兩端分別與車架(車身)和導(dǎo)向臂連接。工作時(shí)扭桿彈簧受扭轉(zhuǎn)力矩作用。扭桿彈簧在汽車上可以縱置、橫置或介于上述兩者之間。因扭桿彈簧單位質(zhì)量?jī)?chǔ)能量比鋼板彈簧大許多，所以扭桿彈簧懸架質(zhì)量小(簧下質(zhì)量得以減少)，目前在輕型客車、貨車上得到比較廣泛的應(yīng)用。除此之外，扭桿彈簧還有工作可靠、保養(yǎng)維修容易等優(yōu)點(diǎn)。扭桿彈簧可以按照斷面形狀或彈性元件數(shù)量的不同來(lái)分類。按照斷面形狀不同，扭桿彈簧分為圓形、管形、片形等幾種。按照彈性元件數(shù)量不同，扭桿可分為單桿式(圖6-20a、b)或組合式兩種。組合式扭桿又有并聯(lián)(圖6-20c、d)和串聯(lián)(圖6-20e)兩種。端部做成花鍵的圓形斷面扭桿，因工藝性良好和裝配容易而得到廣泛應(yīng)用，與管形扭桿比較材料利用不夠合理是它的缺點(diǎn)。管形斷面扭桿有制造工藝比較復(fù)雜的缺點(diǎn)，但它也有材料利用合理和能夠用來(lái)制作組合式扭桿的優(yōu)點(diǎn)。片形斷面扭桿在一片斷了以后仍能工作，所以工作可靠性好，除此之外還有工藝性良好、彈性好、扭角大等優(yōu)點(diǎn)。片形斷面扭桿的材料利用不夠合理。組合式扭桿能縮短彈性元件的長(zhǎng)度，有利于在汽車上布置。采用圓斷面組合式扭桿時(shí)，可以用2、4或6根組合形成的組合式扭桿。二、扭桿彈簧圖6—20扭桿斷面形狀及端部結(jié)構(gòu)a)圓形斷面扭桿，端部為花鍵b)圓形斷面扭桿，端部為六角形c)片形組合式扭桿d)圓形組合式扭桿e)串聯(lián)組合式扭桿

三、空氣彈簧（略）§6-5

主動(dòng)與半主動(dòng)懸架系統(tǒng)

1主動(dòng)懸架系統(tǒng)

主動(dòng)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?；驹硎强孔陨淼哪茉赐ㄟ^(guò)執(zhí)行元件對(duì)振動(dòng)進(jìn)行“主動(dòng)”干預(yù)。分類：根據(jù)執(zhí)行元件的響應(yīng)帶寬可分為寬帶主動(dòng)懸架和有限帶寬主動(dòng)懸架兩種，兩種懸架又分別稱為全主動(dòng)懸架和慢主動(dòng)懸架。主動(dòng)懸架動(dòng)畫1）全主動(dòng)懸架概念：全主動(dòng)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(duì)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0～15Hz，有的執(zhí)行元件響應(yīng)帶寬甚至高達(dá)100Hz。

全主動(dòng)懸架工作原理的示意圖(單個(gè)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(hào)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(hào)處理器和控制單元等組成。控制單元根據(jù)檢測(cè)到的各種信號(hào)判斷汽車的當(dāng)前狀態(tài)，并根據(jù)事先設(shè)定的控制策略決定執(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(shí)，還必須包括更多的傳感器以檢測(cè)必要的系統(tǒng)狀態(tài)量，比如轉(zhuǎn)向時(shí)與汽車運(yùn)動(dòng)相關(guān)的橫向加速度、方向盤角速度，還有汽車車速、發(fā)動(dòng)機(jī)油門開度、制動(dòng)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(guò)程主動(dòng)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主動(dòng)懸架的性能指標(biāo)可以用多個(gè)系統(tǒng)輸出變量的均方根值的加權(quán)和來(lái)表征。這些變量可以包括車身加速度、車輪與地面間的動(dòng)載、車輪相對(duì)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(dòng)懸架要多，并且參數(shù)的選擇范圍也更寬。主動(dòng)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(hào)因此，它為控制律的選擇提供了一個(gè)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(dòng)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(dòng)懸架

慢主動(dòng)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(dòng)以及汽車的轉(zhuǎn)向反應(yīng)，不考慮車輪剛度所對(duì)應(yīng)的頻率，也即帶寬降至3～4Hz。它與前述的主動(dòng)懸架在被測(cè)狀態(tài)量和控制實(shí)施等方面都有類似，唯一的差