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第六章悬架设计第六章悬架设计第一节概述第二节悬架结构型式分析第三节悬架主要性能参数的确定第四节弹性元件的计算第五节独立悬架导向机构设计第六节减振器§6-1概述一、组成弹性元件：传递垂直载荷、缓和冲击与振动，保证平顺性导向装置：决定车轮运动规律、传递力和力矩减振装置：衰减车轮、车身的振动横向稳定杆：防止转向时侧倾过大，减少横向角振动。缓冲块：限制弹簧过大变形,减轻车轴对车架（或车身）的直接冲撞。悬架的组成（弹性元件、减振器、导向机构）弹性元件减振器减振器纵向推力杆横向推力杆纵向推力杆弹性元件二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；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性。保证汽车的操纵稳定性。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；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）可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，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。§6-2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）连接非独立悬架独立悬架双叉式独立悬架斜臂式独立悬架1非独立悬架纵置钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置优点结构简单制造容易维修方便工作可靠应用：货车、大客车的前、后悬架以及某些轿车的后悬架缺点非簧载质量大，汽车平顺性较差;高速行驶时操稳性差;轿车不利于发动机、行李舱的布置;左右车轮互相影响；前悬架易发生摆振；易产生轴转向特性；2独立悬架优点簧下质量小；悬架占用的空间小；可以用刚度小的弹簧，改善了汽车行驶平顺性；由于有可能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，又改善了汽车的行驶稳定性；左、右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力。缺点结构复杂成本较高维修困难应用：轿车和部分轻型货车、客车及越野车在道路条件和车速相同时，非簧载质量越少，则悬架受到的冲击载荷也越小，故采用独立悬架可提高平均车速。二、独立悬架结构形式分析（参表6-1）分类双横臂式单横臂式双纵臂式单纵臂式单斜臂式麦弗逊式和扭转梁随动臂式•1.横臂式独立悬架•分为单横臂(b)和双横臂式两种(a)。ab双横臂式独立悬架单横臂式独立悬架双横臂式独立悬架球副球副•单横臂式：•当悬架变形时，车轮平面产生倾斜而改变两侧车轮与路面的接触点距离——轮距，致使产生侧向滑移，破坏轮胎和地面的附着。当用于转向轮时，会使主销内倾角和车轮外倾角发生较大变化，影响操稳性，现采用不多。•双横臂式：•两摆臂长度可以相等，也可以不等。不等长的双横臂式独立悬架在轿车前轮上，应用较广泛。上下两摆臂不等长，选择长度比例合适，可使车轮和主销的角度及轮距变化不大。不等臂双横臂上臂比下臂短。当汽车车轮上下运动时，上臂比下臂运动弧度小。这将使轮胎上部轻微地内外移动，而底部影响很小。这种结构有利于减少轮胎磨损，提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。这种独立悬架被广泛应用在轿车前轮上,如红旗CA7560。双横臂的臂有做成A字形或V字形，V形臂的上下2个V形摆臂以一定的距离，分别安装在车轮上，另一端安装在车架上。上横臂下横臂横向平面图扭杆弹簧纵臂车轮2.纵臂式独立悬架分为单纵臂式和双纵臂式两种（P177表6-1）用于转向轮时，车轮上下跳动将使主销后倾角产生很大变化，故多用于不转向的后轮上,如雷诺-5、国产富康、桑塔纳、捷达等轿车的后悬架。双纵臂式独立悬架双纵臂式独立悬架的两个纵臂长度一般制成相等，形成平行四连杆机构。这样可使车轮上下跳动时，主销后倾角不变，因而这种形式的悬架适用于转向轮。•3.麦弗逊式（滑柱摆臂式）悬架：•车轮沿摆动的主销上下移动。这种悬架构造简单，布置紧凑，前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性。所以，目前轿车使用最多的独立悬架是麦弗逊式悬架，堪称是最被广泛运用者（如MAZDA、FORD、TOYOTA、NISSAN车系；富康、桑塔纳、捷达、高尔夫、奥迪100、红旗CA7220等轿车的前悬架）。•在独立悬架中，麦弗逊悬架被行家誉为结构最简单、设计最经典、应用最广泛、性价比最高、最经济的悬架。横摆臂（联车身）下铰链（转向节与横摆臂连接）转向节转向拉杆螺旋弹簧、减振器橡胶支承（相当于上球铰的作用）麦弗逊式悬架一汽奥迪100型轿车前悬架摆臂弹性元件减振器转向节4斜置单臂式悬架（简介）这种悬架是单横臂和单纵臂独立悬架的折衷方案。其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角的轴线摆动，选择合适的交角可以满足汽车操纵稳定性要求。这种悬架适于做后悬架。摇臂轴线•1.前悬架横梁2-前稳定杆3-拉杆支架4-粘滞式拉杆5-下连杆6-轮毂转向节总成7-第三连杆8-减振器9-上连杆10-螺旋弹簧11-上连杆支架12-减振器隔振块上连杆第三连杆下连杆多杆式独立悬架（斜臂式）斜臂轴•5各种悬架对比小结•目前采用较多的悬架是：双横臂式，麦弗逊式，斜置单臂式。现在最流行的悬架是：麦弗逊式，双横臂式和多连杆式。•按照悬架的档次和乘坐舒适性来排名是：多连杆、双横臂、麦弗逊。•在这三种悬架中，麦弗逊式是结构最简单的，也是制造成本最低的。它主要用在大多数中小型车的前悬架，它以简单独霸天下，也正是因为他简单所以它重量轻，响应速度快。•具有高性能的悬架是多连杆和双横臂式独立悬架。结构最复杂实现性能最多的是多连杆。但由于两者在结构上使其质量较重所以为了达到更快的响应速度常用铝合金制造。1）侧倾中心高度侧倾中心位置高，它到车身质心的距离缩短，可使侧倾力臂及侧倾力矩小些，车身的侧倾角也会减小。但侧倾中心过高，会使车身倾斜时轮距变化大，加速轮胎的磨损。6悬架基本特性评价指标常用独立悬架结构的侧倾中心位置见：刘惟信，汽车设计，清华大学出版社，2001.P457，图13-34侧倾中心求法示例单横臂悬架的侧倾中心车厢相对地面转动时的瞬时轴线称为车厢侧倾轴线，该轴线通过车厢在前、后轴处横断面上的瞬时转动中心，这两个瞬时中心称为侧倾中心。用图解法求车厢的侧倾中心常利用可逆原理，即假设车厢不动，让地面相对于车厢发生转动，求出地面相对于车厢的瞬时转动中心，显然，它就是车厢的侧倾中心。单横臂悬架的侧倾中心用图解法求车厢的侧倾中心常利用可逆原理，即假设车厢不动，让地面相对于车厢发生转动，求出地面相对于车厢的瞬时转动中心，显然，它就是车厢的侧倾中心。（注意：刚化车轮！！！）GDL反转时，地面上有两点D，G的速度方向已知，故不难推出地面的转动中心！双横臂悬架的侧倾中心1）复习铰链四杆机构顺心求取(辅助四边形)及其物理意义GDOlOrOr的物理意义：AB杆与车厢（假设静止）的瞬心，当右轮胎与AB杆刚化后，此点也是右轮胎的瞬时转动中心！GDOlOrABOl的物理意义：该点也是左轮胎的瞬时转动中心！L麦弗逊式悬架的侧倾中心1）复习曲柄滑块机构顺心求取(辅助四边形)及其物理意义GP14P34P12P23∞P23∞P24麦弗逊式悬架的侧倾中心P24的物理意义：车厢4静止，右轮的瞬时转动中心！GOrP14P34P12P23∞P23∞P24麦弗逊式悬架的侧倾中心P24的物理意义：车厢4静止，右轮的瞬时转动中心！P24GDP2’4’LP2’4’的物理意义：车厢4静止，左轮的瞬时转动中心！2）车轮定位参数的变化若主销后倾角变化大，容易使转向轮产生摆振；若车轮外倾角变化大，会影响汽车直线行驶稳定性，同时也会影响轮距的变化和轮胎的磨损速度。6悬架基本特性评价指标：3）悬架侧倾角刚度当汽车作稳态圆周行驶时，在侧向力作用下，车厢绕侧倾轴线转动，并将此转动角度称之为车厢侧倾角。侧倾角刚度是指侧倾时，单位车厢转角下，悬架系统给车厢总弹性恢复力偶矩。车厢侧倾角与侧倾力矩和悬架总的侧倾角刚度大小有关，并影响汽车的操纵稳定性和平顺性。5）悬架占用的空间尺寸占用横向尺寸大的悬架影响发动机的布置和从车上拆装发动机的困难程度；占用高度空间小的悬架，则允许行李箱宽敞，而且底部平整，布置油箱容易。4）横向刚度悬架的横向刚度影响操纵稳定性。若用于转向轴上的悬架横向刚度小，则容易造成转向轮发生摆振现象。悬架双横臂式单横臂式单纵臂式单斜臂式麦弗逊式扭转梁随动臂式侧倾中心高比较低比较高比较低居单横臂和单纵臂之间比较高比较低车轮定位参数的变化车轮外倾角与主销内倾角均有变化车轮外倾角与主销内倾角变化大主销后倾角变化大有变化变化小左、右轮同时跳动时不变轮距变化小，轮胎磨损速度慢变化大，轮胎磨损速度快不变变化不大变化很小不变悬架侧倾角刚度较小，需用横向稳定器较大，可不装横向稳定器较小，需用横向稳定器居单横臂式和单纵臂式之间较大，可不装横向稳定器横向刚度横向刚度大横向刚度小横向刚度较小横向刚度大占用空间尺寸占用较多占用较少几乎不占用高度空间占用的空间小其它结构复杂前悬架用得较多结构简单、成本低，前悬架上用得少结构简单、成本低结构简单、紧凑，轿车上用得较多结构简单，用于发动机前置前轮驱动轿车后悬架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。三、前、后悬架方案的选择轴转向效应：当前后悬架均采用纵置板簧非独立悬架时，若汽车转向行驶，内侧悬架处于减载而外侧悬架处于加载状态，于是内侧悬架缩短，外侧悬架因受压而伸长，结果与悬架固定连接的车桥（轴）的轴线相对汽车纵向中心线偏转一角度。对前轴，这种偏转使汽车不足转向趋势增加；对后轴，则增加了过多转向趋势，这种现象即轴转向效应。轴转向效应：当前后悬架均采用纵置板簧非独立悬架时，若汽车转向行驶，内侧悬架处于减载而外侧悬架处于加载状态，于是内侧悬架缩短，外侧悬架因受压而伸长，结果与悬架固定连接的车桥（轴）的轴线相对汽车纵向中心线偏转一角度。对前轴，这种偏转使汽车不足转向趋势增加；对后轴，则增加了过多转向趋势，这种现象即轴转向效应。弹性元件的选择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n，达到改善汽车平顺性的目的。但悬架的侧倾角刚度C和悬架垂直刚度c之间是正比关系，所以减小垂直刚度使侧倾刚度也减小，必使车厢侧倾角增加，结果车厢中乘员会感到不舒适并降低了行车安全感。2//smcn四、辅助元件解决这一矛盾的主要方法就是在汽车上设置横向稳定器。2.缓冲块橡胶制造，通过硫化将橡胶与钢板连接为一体，再经焊在钢板上的螺钉将缓冲块固定到车架（车身）或其它部位上，起到限制悬架最大行程的作用缓冲块用来减轻车轴对车架（或车身）的直接冲撞，防止弹性元件产生过大的变形。橡胶缓冲块多孔聚氨脂制成，它兼有辅助弹性元件的作用。这种材料起泡时就形成了致密的耐磨外层，它保护内部的发泡部分不受损伤。由于在该材料中有封闭的气泡，在载荷作用下弹性元件被压缩，但其外廓尺寸增加却不大，这点与橡胶不同。有些汽车的缓冲块装在减振器上。多孔聚氨脂缓冲块§6-3悬架主要参数的确定一、前后悬架的静挠度、动挠度的选择1、基本概念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/c。1)静挠度指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形（通常指缓冲块压缩到其自由高度的1/2或2/3）时，车轮中心相对车架（或车身）的垂直位移2)动挠度fd独立悬架:f悬≠f弹悬架静挠度与弹性元件静挠度关系：非独立悬架:f悬=f弹汽车前、后悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一因现代汽车的质量分配系数ε近似等于1，于是汽车前、后轴上方车身两点的振动不存在联系式中，c1、c2为前、后悬架的刚度（N/cm）；m1、m2为前、后悬架的簧上质量（kg）。2//2//222111mcnmcn汽车前、后部分的车身的固有频率n1和n2（亦称偏频）可用下式表示2、选择要求及方法1)、使悬架系统有较低的固有频