第7章行驶系设计.

1第七章行驶系设计一、功用1.将传动系统的转矩转化为驱动力2.支承整车，传递且承受各种反力及力矩3.缓冲、减振,保证汽车行驶的平顺性4.配合转向系统，控制汽车的行驶方向，并保证汽车的操纵稳定性5.配合制动系统，保证汽车的制动性二、分类三、组成§6-1概述2四、对行驶系的要求1、乘用车2、商用客车3、商用载货汽车4、重型商用车5、越野车第六章行驶系设计3§6-2车架的设计一、功用1.支承和连接汽车各零部件2.承受车内外的各种载荷（静载荷与动载荷）二、要求1.足够的强度、刚度、适当的扭转刚度2.结构简单、质量轻3.形状有利于减低重心、增大转向角三、类型1.边梁式2.中梁式（脊骨式）3.综合式第六章行驶系设计4四、车架形式的确定1、宽度前部宽度、后部宽度、整车宽度2、纵梁形式3、横梁形式商用货车横梁4-6根，乘用车或轻型商用货车采用X形4、纵梁与横梁连接方式乘用车：焊接货车：铆钉连接第六章行驶系设计5五、车架的受载分析（1）静载荷（2）对称的垂直动载荷平坦道路上以较高车速行驶时产生，与垂直振动加速度有关，使车架产生弯曲变形（3）斜对称的动载荷崎岖不平的道路上产生，使车架产生扭转变形（4）其他载荷侧向力、惯性力等第六章行驶系设计61概述2悬架结构形式分析3悬架主要参数的确定4弹性元件的计算5独立悬架导向机构的设计6减振器§6-3悬架设计第六章行驶系设计7概述一、主要作用传递车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩；缓和、抑制路面对车身的冲击和振动（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（操稳性）悬架：车架（或车身）与车桥（或车轮）之间的所有传力连接装置的总称8二、组成弹性元件——缓和冲击减振器——减振，使振动迅速衰减横向稳定器——防止车身产生过大侧倾导向装置——传递各种力和力矩，导向缓冲块——减轻车轴对车架（或车身）的直接冲撞9三、对悬架提出的设计要求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）保证汽车具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5）汽车转弯时，车身的侧倾角要合适10悬架结构形式分析一、非独立悬架和独立悬架悬架非独立悬架独立悬架左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接左、右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接111、非独立悬架车轮跳动时，轮距、前束变化小，故轮胎磨损小转向时，车身侧倾后车轮外倾角不变，故承受侧向力的能力不变侧倾中心位置高，有利于减小转向时车身的侧倾角汽车平顺性较差（非悬挂质量大）高速行驶时操稳性差（轮胎接地性差）乘用车不利于发动机、行李舱的布置应用：商用车的前、后悬架以及某些乘用车的后悬架122、独立悬架平顺性好质心高度下降，↑行驶稳定性车身倾斜和振动↓，地面附着能力↑悬架占用空间小结构复杂、维修困难成本较高轮距变化大，轮胎磨损严重应用：乘用车和部分轻型商用车13二、独立悬架结构形式分析不同悬架基本特性的评价角度：1）侧倾中心高度h↑→Φ↓；h↑↑→△B↑→轮胎磨损↑2）车轮定位参数的变化（、、、）→转向轮产生摆振；影响汽车直线行驶稳定性，且↑△B→轮胎磨损↑3）悬架侧倾角刚度4）横向刚度5）占用的空间尺寸cΦ↑→平顺性↓；cΦ↓→乘员安全与稳定↓影响操稳性；刚度↓→转向轮摆振发动机的布置与拆装14双横臂式（双叉式）独立悬架侧倾中心高度低轮距变化小，轮胎磨损速度慢横向刚度大车轮外倾角与主销内倾角均有变化悬架侧倾角刚度较小，需用横向稳定器空间尺寸占用较多结构复杂，前悬架用得较多15单横臂式独立悬架侧倾中心高度比较高悬架侧倾角刚度较大，可不需横向稳定器横向刚度大空间尺寸占用较少结构简单，成本低车轮外倾角与主销内倾角变化大轮距变化大，轮胎磨损速度快16单纵臂式独立悬架轮距不变几乎不占用高度空间结构简单，成本低侧倾中心高度比较低主销后倾角变化大悬架侧倾角刚度较小，需横向稳定器横向刚度小17斜臂式独立悬架几乎不占用高度空间结构简单，成本低轮距变化不大侧倾中心高度介于单横臂与单纵臂之间悬架侧倾角刚度介于单横臂与单纵臂之间横向刚度较小主销定位参数有变化18麦弗逊式侧倾中心高度比较高车轮定位参数的变化小轮距变化很小悬架侧倾角刚度较大，可不需横向稳定器横向刚度大空间尺寸占用较少结构简单，紧凑，乘用车用得较多19扭转梁随动臂式独立悬架侧倾中心高度比较低车轮定位参数在左右轮同时跳动时不变轮距不变悬架侧倾角刚度较大，不需横向稳定器横向刚度大占用空间小结构简单，用于FF乘用车的后悬架20三、前、后悬架方案的选择采用的方案前轮和后轮均采用非独立悬架前轮采用独立悬架，后轮采用非独立悬架前轮与后轮均采用独立悬架1.前轮和后轮均采用非独立悬架汽车的轴转向效应对前轴，这种偏转使汽车不足转向趋势增加对后桥，则增加了汽车过多转向趋势21改善措施：减小汽车的轴转向效应此外，采用纵置钢板弹簧非独立悬架时，因前轮容易发生摆振现象，影响操稳性，故乘用车多采用独立悬架222.前后轮均采用独立悬架FF型乘用车多采用麦弗逊式前悬架和扭转梁随动臂式后悬架结构紧凑制动稳定性好（负主销偏移距）前悬架23传统橡胶衬套及其产生的轴转向效应24在有侧向力作用下时，能使纵向刚度和总扭转刚度增大，减轻了轴转向效应，具有更好的操纵稳定性。扭转梁随动臂式悬架用橡胶衬套252.缓冲块1.横向稳定器↓c可↓n，但c↓→cΦ↓→乘员不舒适，没有安全感→横向稳定器四、辅助元件起限制悬架最大行程的作用cΦ↑→△Fz↑→↓→↑∴应使cΦ1cΦ2k11u1urr11ss1/)(BhFΦKhLbFFyyZ2u2u2rr22ss2/)(BhFΦKhLaFFyyZHi，好久不见，大家还记得我吗？26悬架主要参数的确定一、前后悬架的静挠度、动挠度的选择fc=Fw/c1、概念1)静挠度2)动挠度fd1）使悬架系统有较低的固有频率2、选择要求及方法2）n1与n2的匹配要合适3）fd要合适,根据不同的车型和不同路面条件选择272//2//222111mcnmcn汽车前、后部分的固有频率n1和n2（亦称偏频）1）悬架系统的固有频率n↓→az↓→平顺性↑当悬架弹性特性为线性时fc1=m1g/c1fc2=m2g/c2则↑fc→n↓→平顺性↑，但fc↑→c↓→经常撞击缓冲块，且俯仰角、侧倾角↑11/76.15cfn22/76.15cfn28fc1与fc2要接近，但不能相等（防止共振）fc1fc2(防止车身产生较大纵向角振动）2）n1与n2的匹配（即fc1与fc2的匹配）fc2=（0.8~0.9）fc1货车：fc2=（0.6~0.8）fc1有时为了↑乘用车后排乘客的乘坐舒适性，fc1fc2要求：取值：3）fd要合适，根据不同的车型和不同路面条件选择要求悬架有足够的动挠度乘用车：fd=7-9cm;客车：5-8cm;货车：6-9cmfc+fd≥160mm29二、悬架的弹性特性悬架受到的垂直外力F与悬架变形的关系曲线1)线性弹性特性定义：悬架变形f与所受垂直外力F之间呈固定比例变化，悬架刚度为常数线性弹性特性和非线性弹性特性两种1、定义2、分类特点：随载荷的变化，平顺性变化fF12scnm302)非线性弹性特性定义：当悬架变形f与所受垂直外力F之间不呈固定比例变化时特点：满载位置附近刚度小且变化平缓（平顺性好）；距满载较远的两端变陡，刚度增大，在一定动挠度范围内有更多的动容量（缓冲块被击穿的可能性↓）悬架所占空间小钢板弹簧为线性；带副簧的钢板弹簧、气体弹簧、扭杆弹簧*为非线性31三、货车后悬的主、副簧的刚度匹配理想情况：车身从空载到满载的振动频率变化小（良好的平顺性）副簧参加工作前、后的悬架振动频率变化不大但只能满足其一fFcfn76.15Fcn76.15（1）只有主簧工作时，c不变，↑F，n↓（2）副簧参与工作时,c↑↑,n↑,再↑F,n↓FknFWFF0n0nknanc32确定原则faFwfcFkKfkF0f0/1/amWoccFF0KWFFF能保证在空、满载使用范围内悬架振动频率变化不大，但副簧接触托架前后的振动频率变化大。适合要么半载，要么满载运输的车辆。FknFWFF0n0nknancn0，nc，nk，na相差不大0000kammaaakckckWkcmmaFFffcccnnffnnffFFffccc方法一：使fa=f0，且fK=fc，则于是，副簧、主簧的刚度比为33确定方法方法二：使FK=（F0+FW）/2，且nok=nac能保证副簧起作用前、后悬架振动频率变化不大。适合经常半载运输的车辆。FknFwFF0n0nknanc00002()3aWWmkWcFFFFcFFFF022()kkWmamFFFFccc则此时副簧与主簧的刚度比为ca/cm=（2λ-2）/（λ+3）令0/FFW34四、悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配侧倾角刚度的大小过小会使乘员缺乏安全感和舒适感；过大则缺乏汽车发生侧翻的感觉，且会使α↑侧倾角刚度应满足的条件cΦ1cΦ2乘用车cΦ1/cΦ2=1.4~2.635弹性元件的计算一、钢板弹簧的计算（一）钢板弹簧的布置布置的方案横置纵置对称式非对称式（改变轴距以改善轴荷分配）（结构复杂、质量大）36（二）钢板弹簧主要参数的确定满载静止时前后轴负荷G1、G2、簧下载重Gu1、Gu2单个钢板弹簧的载荷Fw1=(G1-Gu1)/2，Fw2=(G2-Gu2)/2fc，fd，U型螺栓中心距s轴距La计算所需的已知条件1、满载弧高fa影响车身高度为获得足够的动挠度，常取fa=10~20mm372、钢板弹簧长度L的确定指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离L影响的因素：↑L→↓σc→↑使用寿命()↑L→↓c→↑平顺性↑L→↑纵向角刚度Cr→↓弹簧变形()↑↑L→布置困难原则上在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长一些2)(6ksLEhfcc42cLCr乘用车:L=(0.40~0.55)轴距商用货车：前悬L=(0.26~0.35)轴距后悬L=(0.35~0.45)轴距383、钢板断面尺寸及片数的确定1）钢板断面宽度b的确定（1）根据简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯性矩J0J0=[（L-ks）3cδ]/48E（2）钢板弹簧总截面系数W0W0=[FW（L-ks）]/4[σW]cWpEfksLWJh6][)(/2200（3）计算钢板弹簧的平均厚度hp（4）根据hp，选钢板弹簧的片宽b推荐b/hp=6~10b↑→卷耳强度↑但车身侧倾时σ扭↑；前悬架，影响δmaxb↓→需↑n→摩擦↑、↑ih392）钢板弹簧片厚h的选择参数h影响因素要求h取备注减少薄Jo影响C减少薄C影响平顺性减少片数n厚加强主片强度厚制造工艺厚度组数少不超过三组各片寿命相近厚度差别小maxmin1.5hh1230/)(nbhJ3048)/()(KSLEJC403）钢板弹簧片数nn↓→↑制造和装配、↓干摩擦、↑平顺性；但n↓→与等强度梁的差别↑、材料利用率↓多片钢板弹簧：n=6~14少片弹簧：n=1~4（三）钢板弹簧各片长度的确定41将各片厚度hi的立方值hi3按同一比例尺沿纵坐标绘制在图上；沿横坐标量出主片长度的一半L/2和U形螺栓中心距的一半s/2，得到A、B两点，连接A、B即得到三角形的钢板弹簧展开图；AB线与各叶片上侧边的交点即为各片长度，如果存在与主片等长的重叠片，就从B点到最后一个重叠片的上侧边端点一直线，此直线与各片上侧边的交点即为各片长度；各片实际长度尺寸需经圆整后确定。作图法：AB42为什么用hi3作图？剪开前等应力梁的惯性矩剪开后叠放的多片板簧惯性矩不变即B=b•n若各片厚度不等，有三组(h1、h2、h3)，每组各有n1、n2、n3片，则3121BhJ3121bnhJ43可见：B和