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汽车悬架设计 第一节概述第二节悬架结构形式分析第三节悬架主要参数的确定第四节弹性元件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的结构元件 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 减少车身纵倾 转弯时车身侧倾角要合适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 第一节概述 四 分类 独立悬架 第二节悬架结构形式分析 一 非独立悬架和独立悬架 第二节悬架结构形式分析 二 独立悬架结构方式分析 第二节悬架结构形式分析 二 独立悬架结构方式分析 侧倾中心位置高 它到车身质心距离短 则侧倾力臂及力矩小 车身侧倾角小 侧倾中心位置高 车身侧倾时轮距变化大 轮胎磨损 主销后倾角变化大转向轮易摆振 外倾角变化大影响直线行驶稳定性和轮距变化 轮胎磨损速度 轮距变化影响轮胎磨损速度 悬架侧倾角刚度影响车厢侧倾角大小 悬架横向刚度小 转向轮容易摆振 占用空间大小影响发动机布置 拆装的方便性 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择1 前后悬架的匹配 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式1 前 后轮采用非独立悬架 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式1 前 后轮采用非独立悬架上述优缺点是指一副钢板弹簧而言 如果前后轴 桥 四个车轮都装有纵置钢板弹簧 对整车来说又有下述缺点 1 汽车转弯行驶有轴转向效应 对前轴增加不足转向趋势 对后桥增加过多转向趋势 为克服后者 轿车要求将后悬架的前吊耳位置布置低些 2 前悬架采用纵置钢板弹簧 前轮容易摆振 汽车操纵稳定性变坏 应用 中 重型货车 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式1 前 后轮采用非独立悬架 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式1 前 后轮采用非独立悬架 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式2 前轮独立 后轮非独立 1 目前轿车前轮多采用车轮上 下跳动时 车轮定位参数变化小的麦弗逊式悬架 因而可以保证前轮不易发生摆振现象 使汽车有良好的操纵稳定性 麦弗逊式悬架优 缺点见前述 除此之外 两前轮装上麦弗逊式悬架以后 当主销轴线的延长线与地面的交点位于轮胎胎冠印迹中心外侧时 具有负主销偏移距rs 有利于制动稳定性 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式2 前轮独立 后轮非独立 2 前悬架采用双横臂式独立悬架 后悬架采用纵置钢板弹簧非独立悬架时 可通过将双横臂中的上横臂支承轴销的轴线布置成前高后低状 使悬架的纵向运动瞬心位于能减少制动前俯角处 使制动时车身纵倾减少 达到保持车身有良好的稳定性能 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式3 前 后轮独立轿车前轮用麦弗逊式悬架 后轮用扭转梁随动臂式后悬架 用的非常广泛 第二节悬架结构形式分析 三 前后悬架方案的选择2 三种匹配方式3 前 后轮独立 橡胶衬套因橡胶衬套横截面方向上 按对角线方向开有楔形孔 结果在不同方向衬套的刚度不一样 即 在汽车纵轴线方向衬套的刚度小 衬套的纵向刚度大 衬套的总扭转刚度大b c两项大的原因是 转向行驶时 车轮与地面之间作用有侧向力FY1 FY2 简化作用到衬套上的力F1 F2和力矩M1 M2 在F1和F2作用下衬套内 外侧相对移动 同时处于橡胶衬套内径处的金属隔套突肩压紧橡胶衬套 使之纵向刚度 扭转刚度 减轻轴转向效应 操纵稳定性好 第二节悬架结构形式分析 四 弹性元件分析 第二节悬架结构形式分析 四 弹性元件分析 变厚少片簧比多片减少20 40 的质量 油气弹簧比多片钢板弹簧轻50 扭杆弹簧本身固定在车架上 簧下质量小 板簧轴销处要求每天或行驶500公里保养一次 即加注润滑脂 板簧在交变应力作用下 并有污泥 浊水腐蚀 易产生细而深裂纹 疲劳裂纹 板簧寿命好路10 15万Km坏路1 1 5万Km一般4 5万Km空气弹簧气囊寿命是板簧四倍 第二节悬架结构形式分析 五 辅助元件分析1 横向稳定器通过减小悬架垂直刚度 能降低车身振动固有频率 达到改善平顺性的目的 但因为悬架侧倾角刚度和悬架垂直刚度之间是正比关系 所以减小垂直刚度同时会减小侧倾角刚度 并使车厢侧倾角增加 使乘员不舒服和降低了行车安全感 因此设置横向稳定器 在不增大垂直刚度条件下增大悬架侧倾角刚度 汽车转弯行驶时前后轴车轮负荷转移大小 主要取决于前后悬架的侧倾角刚度 当前角刚度大于后角刚度时 前轴车轮负荷转移大于后轴 并使前轮侧偏角大于后轮侧偏角 以保证汽车有不足转向特性 第二节悬架结构形式分析 五 辅助元件分析2 缓冲块仅用来限制悬架最大行程的缓冲块 用半个椭圆形橡胶硫化到钢板上制成 兼有辅助弹性元件作用的缓冲块 用多孔聚氨脂制作 它的特点是强度高 耐磨 第三节悬架主要参数的确定 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 第三节悬架主要参数的确定 一 悬架静挠度fc3 选取原则1 对轿车应保证有良好的平顺性 即n低 大客车次之 载货汽车最后 2 级别越高的轿车n应越小 3 fc21时小 设计时应使n1 n2 即fc2 fc1 第三节悬架主要参数的确定 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 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确定 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确定 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确定 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确定 三 悬架弹性特性2 线性的弹性特性特点 1 定义 悬架变形f与所受垂直外力F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 超载等 引起n变化 空 半载时 n 平顺性变坏 超载时n 平顺性 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 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 hg 汽车稳定性 第三节悬架主要参数的确定 三 悬架弹性特性3 非线性的弹性特性特点 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 悬架的刚度C是变化的 要求C的变化规律如下 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2到点1 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 图中两端 2 1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确定 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确定 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 主簧仍是下凹状 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瞬间 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确定 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 作用到主副簧上的载荷与它们的刚度成正比分配 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确定 四 后悬架主副簧刚度的分配5 第一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Fo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确定 四 后悬架主副簧刚度的分配5 第一种分配方法 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 第三节悬架主要参数的确定 四 后悬架主副簧刚度的分配6 第二种分配方法 第三节悬架主要参数的确定 四 后悬架主副簧刚度的分配6 第二种分配方法 第三节悬架主要参数的确定 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确定 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 1 2 10 30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 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 一 布置方案对称式 钢板弹簧中部在车轴 桥 上固定中心至两端卷耳中心距离相等不对称式 钢板弹簧中部在车轴 桥 上固定中心至两端卷耳中心距离不相等 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定由总体布置给出的初始条件 G1 G2 满载静止时 汽车前 后轴 桥 负荷Gu1 Gu2 簧下部分荷重板簧载荷 Fw1 G1 Gu1 2 Fw2 G2 Gu2 2L 汽车轴距已选定的参数 fc fd 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定1 满载弧高fa1 定义 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 2 影响选取fa的因素3 fa的推荐值10 20mm 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定2 钢板弹簧长度L1 定义 钢板弹簧伸直后 两卷耳中心之间的距离 2 影响选取L的因素 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定2 钢板弹簧长度L纵向角刚度C 的定义 钢板弹簧产生单位纵向转角时 作用到钢板弹簧上的纵向力矩 T 值 分析上式可知 在垂直刚度不变的条件下 C L2所以L增加的同时C 也上升 结果因扭转力矩T引起的变形减少 即r角减少 导致扭转力矩T产生的应力减少 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定2 钢板弹簧长度L3 选取原则 在总布置允许的条件下 L尽可能选长些 4 推荐L的选取范围 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定3 钢板断面尺寸及片数的确定1 钢板断面宽度b 影响因素 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定3 钢板断面尺寸及片数的确定1 钢板断面宽度b 平均厚度hp 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定3 钢板断面尺寸及片数的确定1 钢板断面宽度b 推荐b 6 10 hp b应符合国标 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定3 钢板断面尺寸及片数的确定2 钢板弹簧片厚h 影响因素 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定3 钢板断面尺寸及片数的确定2 钢板弹簧片厚h 选取原则 h应当符合国家标准规格 h选用 1 0 1 h计算 厚度组数 三组 而且hmax hmin 1 5 相邻两组的厚度比 1 25 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定3 钢板断面尺寸及片数的确定3 钢板断面形状钢板断面形状不同的原因 图a示出的矩形断面钢板弹簧中性轴在对称位置处 工作时 上 下表面的拉 压应力绝对值相等 因为材料抗压能力大于抗拉能力 所以 受拉应力的上表面先行损坏 移动中性轴可以使拉应力下降 压应力上升 寿命提高 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定3 钢板断面尺寸及片数的确定4 钢板弹簧片数n 推荐范围 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 二 主要参数的确定3 钢板断面尺寸及片数的确定4 钢板弹簧片数n 影响因素 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 三 各片长度的确定 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 四 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 经验修正系数 0 90 0 94l1用主片的一半代入得到的是钢板弹簧总成自由刚度Cj l1 0 5ks 代入得到的是钢板弹簧总成夹紧刚度Cz 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 五 自由状态弧高及曲率半径计算1 弧高定义 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 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 五 自由状态弧高及曲率半径计算1 弧高计算公式 H0 fc fa f f 钢板弹簧总成用U形螺栓夹紧后引起的弧高变化量 2 曲率半径钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径Ro 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 五 自由状态弧高及曲率半径计算2 曲率半径 1 自由状态下曲率半径的特点 各片曲率半径不同 而且如图所示 主片附近的几片曲率半径比较大 片越短 曲率半径越小 装配夹紧之后 各片曲率半径相同 2 自由状态下曲率半径不同的原因 保证各片有相同的寿命由式可知 在承受垂直载荷作用时 片厚h厚的片应力 稍大 主片又承受其它力 故早于其它片损坏的机会多 当将各片曲率半径作成不一样时 装配后用U形螺栓夹紧 有些片产生负预应力 有些片则产生正的预应力 工作时产生的应力与之合成 使各片应力大致接近 寿命也接近 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 五 自由状态弧高及曲率半径计算2 曲率半径减轻主片的工作条件 a各片厚度一样 各片曲率半径也作成不同 目的是利用各片曲率半径不同 装配夹紧后各片之间贴合良好 当载荷小时 各片也能参加工作 减轻主片负荷 b若各片曲率半径相同 在车轮自由落下时 下面几片松脱 因为有U形螺栓 不会散开 车轮 车轴的质量由主片承担 不合理 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 五 自由状态弧高及曲率半径计算2 曲率半径 3 要求各片自由状态下具有的曲率半径 经装配夹紧后产生的预应力 能保证各片有相同的疲劳强度 4 各片自由状态下的曲率半径Ri的确定 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 五 自由状态弧高及曲率半径计算2 曲率半径 5 0i的确定原则1 装配前各片弹簧片间间隙相差不大 装配后贴合良好2 适当降低主片及相邻长片的应力 保证有足够的使用寿命 原则 各片厚度相同的钢板弹簧 0i不宜选取过大 各片厚度不同的钢板弹簧 厚片 0i可取大些 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 五 自由状态弧高及曲率半径计算2 曲率半径 6 推荐 0i的取值范围预应力从长片到短片由负值逐渐增至正值 1 4片长片叠加负的的预应力 短片叠加正的的预应力 主片根部的工作应力与预应力叠加后的合成应力要在300 350N mm2 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 六 钢板弹簧总成弧高的核算等厚叶片Ro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 如果相差甚多须从新选取 0i再核算 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 七 钢板弹簧强度验算 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 七 钢板弹簧强度验算 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 七 钢板弹簧强度验算 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 七 钢板弹簧强度验算 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 七 钢板弹簧强度验算卷耳和弹簧销的强度核算 第四节弹性元件的计算 一 钢板弹簧的设计 八 少片簧 第四节弹性元件的计算 二 扭杆弹簧分类 第四节弹性元件的计算 二 扭杆弹簧布置形式分析 第四节弹性元件的计算 二 扭杆弹簧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 第四节弹性元件的计算 二 扭杆弹簧材料40Cr 45CrNiMoVA 42CrMo 50CrV 经过预扭处理和喷丸处理端部形状 如用三角形花键 花键角度若取太小 载荷分布不均匀 花键角度若取太大 套管会因强度不足而裂开 一般应选用90 三角花键或渐开线花键 组合式用的多 第四节弹性元件的计算 二 扭杆弹簧端部尺寸 推荐 D 1 2 1 3 dL1 0 4D 过渡段尺寸推荐 端部到杆部用30 夹角椎体过渡 使之应力集中最小过渡段长 Lg D d 2tg15 过渡圆角 r 1 5d L Lo 2Le 第五节独立悬架导向机构的设计 一 设计要求1 对前轮独立悬架导向机构的要求1 悬架上载荷的变化 保证轮距变化 4 0mm2 悬架上载荷的变化 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 就能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 在0 4g侧向加速度作用下 车身侧倾角不大于6 7 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的设计 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 第五节独立悬架导向机构的设计 二 导向机构的布置参数1 侧倾中心位置的确定方法 第五节独立悬架导向机构的设计 二 导向机构的布置参数1 侧倾中心位置的确定方法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的设计 二 导向机构的布置参数1 侧倾中心位置的确定方法2 滑柱摆臂式独立悬架侧倾中心位置的确定 第五节独立悬架导向机构的设计 二 导向机构的布置参数1 侧倾中心位置的确定方法2 滑柱摆臂式独立悬架侧倾中心位置的确定首先 从E点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 式中 第五节独立悬架导向机构的设计 二 导向机构的布置参数1 侧倾中心位置的确定方法 1 侧倾中心的定义 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 2 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的设计 二 导向机构的布置参数2 侧倾中心1 侧倾轴线 汽车前后侧倾中心的连线称为侧倾轴线要求 1 侧倾轴线大致与地面平行 并尽可能离地面高些 侧倾轴线与地面平行 为的是在汽车转弯行驶时 汽车前 后轴上的轴荷变化接近相等 从而保证中性转向特性 侧倾轴线离地面高些 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 结果车身的侧倾角减少 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的设计 二 导向机构的布置参数2 侧倾中心2 推荐值 第五节独立悬架导向机构的设计 二 导向机构的布置参数3 纵倾中心定义确定方法 1 双横臂式悬架纵倾中心位置的确定 第五节独立悬架导向机构的设计 二 导向机构的布置参数3 纵倾中心确定方法 2 麦弗逊式悬架纵倾中心位置的确定 第五节独立悬架导向机构的设计 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的设计 二 导向机构的布置参数5 抗驱动纵倾性 后仰 求解方法与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 第五节独立悬架导向机构的设计 二 导向机构的布置参数6 悬架摆臂定位角 第五节独立悬架导向机构的设计 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的设计 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 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的设计 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 1 2角的匹配对主销后倾角的影响 1 2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的设计 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 1 2角的匹配对主销后倾角的影响 第五节独立悬架导向机构的设计 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的设计 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1 侧倾中心位置求解过程 1 首先求悬架的瞬时摆动中心 如图a O14 2 从瞬时摆动中心与车轮接地中心连线 3 左 右瞬时摆动中心与车轮接地中心连线交在O点 即为侧倾中心所在位置处 第五节独立悬架导向机构的设计 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2 图例特点根据已初步选定的侧倾中心位置高度尺寸和为保证此尺寸能准确实现 利用改变上 下横臂位置即可 第五节独立悬架导向机构的设计 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 1表示 上横臂轴NN与纵轴轴线夹角用 2表示 1与 2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的设计 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的设计 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 变化范围 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 不易增大 2 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 增大为好 要求 轿车的 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10 40 第五节独立悬架导向机构的设计 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 变化范围 第五节独立悬架导向机构的设计 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3 抗前俯角的确定 1 2的确定 图中a 为不同减速度时 车身下沉量f1与 d的关系 b 为 1不同时 主销后倾角变化率d df1与 d的关系 c 为不同球销距 d df与 2 1 之间的关系确定步骤 1 先定允许前俯角值 如0 4g时为1o 3o 再定f1并在a 图沿虚线求得 d 2 在b 图初选 1 求得主销后倾角变化率d df1 如不满足悬架每压缩10mm 后倾角变化范围10 40 则应重选 1 3 先在c 图上选定球销中心距 与前面定的d df1虚线相交 求得 2 1 经布置后确定 2 1角可行 即告结束 第五节独立悬架导向机构的设计 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 前轮定位参数变化小 保证汽车有良好的操纵稳定性 轮距变化小 减少轮胎的磨损 第五节独立悬架导向机构的设计 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2 上 下横臂长度的确定 第五节独立悬架导向机构的设计 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2 上 下横臂长度的确定l2 l1 0 6时 By曲线曲率半径最大 表明轮距变化最小 而 和 角变化曲线的曲率接近最小 和 变化大 l2 l1 1 0时 和 角变化曲线为一垂直线 表明车轮上 下跳动时 和 角没有变化 l2 l1 1 0 By变化很大 曲线曲率半径接近最小 满足By变化最小时 应选择l2 l1 0 6满足 和 变化最小时 应选择l2 l1 1 0因此同时满足By 和 都小是不可能的 推荐取l2 l1 0 66 0 7 第五节独立悬架导向机构的设计 四 滑柱摆臂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 第五节独立悬架导向机构的设计 四 滑柱摆臂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 1 分析 式可知 增加 c b 尺寸 可以减少F3 但增加 c b 尺寸 会导致悬架占用的高度空间增多 总体布置有困难 2 分析 式可知 减小尺寸a 可以减少F3 但减小尺寸a 在给出的图例 即将减振器倾斜角度增大 下部更靠近车轮 布置上也有难度 3 减振器轴线保持不变 仅将下端G点向车轮方向移 使主销轴线与减振器轴线不重合 既解决了布置上的困难 又减小了a 第五节独立悬架导向机构的设计 四 滑柱摆臂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 4 弹簧轴线与减振器轴线相互偏移s 如b 图所示 两轴线偏移后 由于有s的存在和弹簧轴向力F6的作用 使F3力用下式表示 增加s可以使F3 但受弹簧下部托盘与车轮有碰上的危险 s增加是有限的 麦弗逊式悬架减振器轴线 主销轴线 弹簧轴线三者不重合的根本原因即为上述 第五节独立悬架导向机构的设计 四 滑柱摆臂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 5 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 寿命 第五节独立悬架导向机构的设计 四 滑柱摆臂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 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 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的设计 四 滑柱摆臂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 车轮外倾角 主销后倾角 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 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的设计 四 滑柱摆臂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的设计 四 滑柱摆臂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 l1愈长 By变化愈小 l1愈长 车轮上跳时 变化愈小 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3 噪声低4 长度短 应用广泛 第六节减振器 一 分类3 对减振器的要求减振器应当满足的基本要求有 1 保证行驶平顺性性能稳定 2 工作可靠 有足够的寿命 第六节减振器 二 相对阻尼系数 1 阻尼系数及其特点定义 减振器中的振动阻力F与减振器的振动速度V之比称之为减振器阻尼系数 即 F v1 阻力 速度特性曲线由四段近似直线的线段组成 其中压缩行程和伸张行程各占两段2 有四个阻尼系数 各线段特性曲线的斜率为减振器的阻尼系数 F v 3 压缩行程阻尼系数为 Y FY VY 伸张行程阻尼系数为 s Fs Vs Y s 第六节减振器 二 相对阻尼系数 2 相对阻尼系数 汽车悬架系统装有减振器 有阻尼 簧上质量振动为周期衰减振动 振动衰减速度用相对阻尼系数 来评定1 的物理意义 的表达式 c为悬架垂直刚度 ms为簧上质量 的物理意义 减振器的阻尼作用在与不同刚度c和不同簧上质量ms的悬架系统匹配时 会产生不同的阻尼效果 第六节减振器 二 相对阻尼系数 2 相对阻尼系数 2 推荐 值 压缩行程时 Y取小些 即 取小些 伸张行程时 s取大些 即 取大些 且使 Y 0 25 0 50 s 第六节减振器 三 减振器阻尼系数 的确定1 不考虑布置特点 的确定 第六节减振器 三 减振器阻尼系数 的确定2 考虑减振器安装特点时 的确定 第六节减振器 四 最大卸荷力F0的确定伸张行程的最大卸荷力 Fo sVxVx为打开卸荷阀时 活塞运动速度称为卸荷速度 如b 所示安装减振器时 Vx 0 15 0 30m s A为车身振幅 取 40mm 为悬架系统固有振动频率减振器活塞振动速度达到一定值时 打开卸荷阀 可减少传到车身上的冲击力 第六节减振器 五 筒式减振器工作缸直径D的确定 p 许用压力 取3 4MPa 为连杆直径与缸筒直径之比D的系列 20 30 40 45 50 65mm 第七节悬架的结构元件 一 控制臂与推力杆1 控制臂与推力杆控制臂 独立悬架中的纵臂 横臂 斜臂统称为控制臂推力杆 车轮与车架之间用来传力 力矩 的杆件控制臂与推力杆用来在车轮与车架之间传递力或力矩 控制臂还决定了车轮跳动时的运动规律2 要求1 足够的纵向弯曲应力 用钢管制造 沿杆件轴线方向传递拉力或压力时 注意使之有足够的纵向弯曲应力2 足够的强度 刚度 如控制臂受力状态复杂 为了保证有足够的刚度可以用箱形断面结构 或用深冲压成型的构件3 能调节长度或者角度 如用螺纹连接即可改变长度 以方便安装 消除制造误差 第七节悬架的结构元件 二 接头1 分类2 要求1 摩擦阻力小2 使用期间不需要进行保养3 有少许弹性4 隔音 第七节悬架的结构元件 二 接头3 球销式接头球头销 球头碗 第七节悬架的结构元件 二 接头3 球销式接头壳体 第七节悬架的结构元件 二 接头4 轴销式接头