第六章懸架設計第六章懸架設計§6-1概述§6-2懸架構造方式分析§6-3懸架主要參數確實定§6-4彈性元件的計算§6-5自動與半自動懸架系統§6-1概述一主要作用傳送車輪和車架〔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。保證汽車的支配穩定性。二對懸架提出的設計要求1〕保證汽車有良好的行駛平順性。2〕具有適宜的衰減振動才干。3〕保證汽車具有良好的支配穩定性。4〕汽車制動或加速時要保證車身穩定，減少車身縱傾；轉彎時車身側傾角要適宜。5〕有良好的隔聲才干。6〕構造緊湊、占用空間尺寸要小。7〕可靠地傳送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。§6-2懸架構造方式分析一、非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銜接，再經過懸架與車架〔或車身〕銜接左、右車輪經過各自的懸架與車架〔或車身〕銜接非獨立懸架獨立懸架1非獨立懸架優點縱置鋼板彈簧為彈性元件兼作導向安裝構造簡單制造容易維修方便任務可靠缺陷汽車平順性較差高速行駛時操穩性差轎車不利于發動機、行李艙的布置運用：貨車、大客車的前、后懸架以及某些轎車的后懸架2獨立懸架優點簧下質量小；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；由于有能夠降低發動機的位置高度，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才干。缺陷構造復雜本錢較高維修困難運用：轎車和部分輕型貨車、客車及越野車二、獨立懸架構造方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改動梁隨動臂式1評價目的：1〕側傾中心高度側傾中心位置高，它到車身質心的間隔縮短，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假設主銷后傾角變化大，容易使轉向輪產生擺振；假設車輪外傾角變化大，會影響汽車直線行駛穩定性，同時也會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動機的布置和從車上拆裝發動機的困難程度；占用高度空間小的懸架，那么允許行李箱寬闊，而且底部平整，布置油箱容易。3〕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，并影響汽車的支配穩定性和平順性。4〕橫向剛度懸架的橫向剛度影響支配穩定性。假設用于轉向軸上的懸架橫向剛度小，那么容易呵斥轉向輪發生擺振景象。懸架雙橫臂式單橫臂式單縱臂式單斜臂式麥弗遜式扭轉梁隨動臂式側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的變化車輪外傾角與主銷內傾角均有變化車輪外傾角與主銷內傾角變化大主銷后傾角變化大有變化變化小左、右輪同時跳動時不變輪距變化小，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傾角剛度較小，需用橫向穩定器較大，可不裝橫向穩定器較小，需用橫向穩定器居單橫臂式和單縱臂式之間較大，可不裝橫向穩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構復雜前懸架用得較多結構簡單、成本低，前懸架上用得少結構簡單、成本低結構簡單、緊湊，轎車上用得較多結構簡單，用于發動機前置前輪驅動轎車后懸架三、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。1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形狀，于是內側懸架受拉抻，外側懸架受緊縮，結果與懸架固定銜接的車軸〔橋〕的軸線相對汽車縱向中心線偏轉一角度α。如圖a對前軸，這種偏轉使汽車缺乏轉向趨勢添加對后橋，那么添加了汽車過多轉向趨勢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，于是懸架的瞬時運動中心位置降低，與懸架銜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銜接處的運動軌跡是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.橫向穩定器經過減小懸架垂直剛度，能降低車身振動固有頻率n，到達改善汽車平順性的目的。四、輔助元件2.緩沖塊橡膠制造，經過硫化將橡膠與鋼板銜接為一體，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。這種資料起泡時就構成了致密的耐磨外層，它維護內部的發泡部分不受損傷。由于在該資料中有封鎖的氣泡，在載荷作用下彈性元件被緊縮，但其外廓尺寸添加卻不大，這點與橡膠不同。有些汽車的緩沖塊裝在減振器上。§6-3懸架主要參數確實定一、前后懸架的靜撓度、動撓度的選擇汽車滿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1)靜撓度指從滿載靜平衡位置開場懸架緊縮到構造允許的最大變形〔通常指緩沖塊緊縮到其自在高度的1/2或2/3〕時，車輪中心相對車回〔或車身〕的垂直位移2)動撓度1、使懸架系統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ε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絡式中，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〕。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下式表示fc1=m1g/c1fc2=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(從加速性思索，假設fc2大，車身的振動大〕2、n1與n2的匹配要適宜假設汽車以較高車速駛過單個路障，n1/n2＜1時的車身縱向角振動要比n1/n2＞1時小，故引薦取fc2=〔0.8~0.9〕fc1。思索到貨車前、后軸荷的差別和駕駛員的乘坐溫馨性，取前懸架的靜撓度值大于后懸架的靜撓度值，引薦fc2=〔0.6~0.8〕fc1。為了改善微型轎車后排乘客的乘坐溫馨性，有時取后懸架的偏頻低于前懸架的偏頻。要求：方法：3、fd要適宜,根據不同的車在不同路面條件造以運送人為主的轎車對平順性的要求最高，大客車次之，載貨車更次之。對普通級以下轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求1.00~1.45Hz，后懸架那么要求在1.17~1.58Hz。原那么上轎車的級別越高，懸架的偏頻越小。對高級轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求在0.80~1.15Hz，后懸架那么要求在0.98~1.30Hz。貨車滿載時，前懸架偏頻要求在1.50~2.10Hz，而后懸架那么要求在1.70~2.17Hz。選定偏頻以后，再利用上式即可計算出懸架的靜撓度。二、懸架的彈性特征懸架遭到垂直外力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，彈性特性為不斷線，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、定義2、分類特點：隨載荷的變化，平順性變化2)非線性彈性特性定義：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—緊縮行程6—緩沖塊緊縮期懸架彈性特性曲線7—緩沖塊緊縮時開場接觸彈性支架8—額定載荷特點在滿載位置〔圖中點8〕附近，剛度小且曲線變化平緩，因此平順性良好距滿載較遠的兩端，曲線變陡，剛度增大作用在有限的動撓度fd范圍內，得到比線性懸架更多的動容量懸架的運容量系指懸架從靜載荷的位置起，變形到構造允許的最大變形為止耗費的功〔懸架的運容量越大，對緩沖塊擊穿的能夠性越小〕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與任務前、后的懸架振動頻率變化不大確定方法使副簧開場起作用時的懸架撓度fa等于汽車空載時懸架的撓度f0，而使副簧開場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場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，此時副簧與主簧的剛度比為ca/cm=〔2λ-2〕〔λ+3〕

四、懸架側傾角剛度及其在前、后軸的分配重點，結論不好下§6-4彈性元件的計算一、鋼板彈簧的計算1、鋼板彈簧主要參數確實定1〕滿載弧高fa滿載弧同fa是指鋼板彈簧裝到車軸〔橋〕上，汽車滿載時鋼板彈簧主片上外表與兩端〔不包括卷耳半徑〕連線間的最大高度差fa用來保證汽車具有給定的高度當fa=0時，鋼板彈簧在對稱位置上任務，為了在車架高度已限定時能得到足夠的支撓度值，常fa=10~20mm。2〕鋼板彈簧長度L確實定鋼板彈簧長度L是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的間隔在總布置能夠的條件下，應盡能夠將鋼板彈簧取長些。引薦在以下范圍內選用鋼板彈簧的長度：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：應盡能夠將鋼板彈簧取長些的緣由添加鋼板彈簧長度L能顯著降低彈簧應力，提高運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，又能明顯添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生單位縱向轉角時，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，能減少車輪改動力矩所引起的彈簧變形3〕鋼板斷面尺寸及片數確實定a.鋼板斷面寬度b確實定有關鋼板彈簧的剛度、強度等，可按等截面簡支梁的計算公式計算，但需引入撓度增大系數δ加以修正。因此，可根據修正后的簡支梁公式計算鋼板彈簧所需求的總慣性矩J0。對于對稱鋼板彈簧J0=[〔K-ks〕3cδ]/48E式中，s為U形螺栓中心距〔mm〕；k為思索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；鋼板彈簧總截面系數W0用下式計算W0≥[FW〔L-ks〕]/4[σW]式中，[σW]為許用彎曲應力。對于55SiMnVB或60Si2Mn等資料，外表經噴丸處置后，引薦[σW]在以下范圍內選取；前彈簧和平衡懸架彈簧為350-450N/mm2；后副簧為220-250N/mm2。δ為撓度增大系數〔先確定與主片等長的重疊片數n1，再估計一個總片數n0,求得η=n1/m0，然后用δ=1.5/[1.04〔1+0.5η〕]初定δ〕E為資料的彈性模量。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。片寬b對汽車性能的影響增大片寬，能添加卷耳強度，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，又得添加片數，從而添加片間的摩擦彈簧的總厚引薦片寬與片厚的比值b/hp在6~10范圍內選取。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用下式計算J0=nbh3/12式中，n為鋼板彈簧片數。闡明：1、改動片數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的改動又會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變化對鋼板彈簧總慣性矩J0影響最大。片厚h選擇的要求添加片厚h，可以減少片數n鋼板彈簧各片厚度能夠有一樣和不同兩種情況，希望盡能夠采用前者但由于主片任務條件惡劣，為了加強主片及卷耳，也常將主片加厚，其他各片厚度稍薄。此時，要求一副鋼板彈簧的厚度不宜超越三組。為使各片壽命接近又要求最厚片與最薄片厚度之比應小于1.5。鋼板斷面尺寸b和h應符合國產型材規格尺寸。2、鋼板彈簧各片長度確實定將各片厚度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，銜接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，假設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不斷線，此直線與各片上側邊的交點即為各片長度。各片實踐長度尺寸需經圓整后確定。3、鋼板彈簧剛度驗算剛度驗算公式為其中式中，a為閱歷修正系數，a=0.90~0.94；E為資料彈性模量；l1、lk+1為主片為第〔k+1〕片的一半長度。用共同曲率法計算剛度的前提假定同一截面上各片曲率變化值一樣各片的接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、鋼板彈簧總成在自在形狀下的弧高及曲率半徑計算1〕鋼板彈簧總成在自在形狀下的弧高H0定義：鋼板彈簧各片裝配后，在預緊縮和U形螺栓夾緊前，其主片上外表與兩端〔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在形狀下的弧高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.s為U形螺栓中心距；L為鋼板彈簧主片長度。鋼板彈簧總成在自在形狀下的曲率半徑R0=L2/8H0〔2〕鋼板彈簧各片自在形狀下曲率半徑確實定原那么：因鋼板彈簧各片在自在形狀下和裝配后的曲率半徑不同，裝配后各片產生預應力，其值確定了自在形狀下的曲率半徑Ri。各片自在形狀下做成不同曲率半徑的目的是：使各片厚度一樣的鋼板彈簧裝配后能很好地貼緊，減少主片任務應力，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片彈簧自在形狀下的曲率半徑〔mm〕；R0為鋼板彈簧總成在自在形狀下的曲率半徑〔mm〕；σ0i為各片彈簧的預應力〔N/mm2〕；E為資料彈性模量〔N/mm2〕，取E=2.1×105N/mm2；hi為第i片的彈簧厚度〔mm〕。原那么：在知鋼板彈簧總成自在形狀下曲率半徑R0和各片彈簧預加應力σ0i的條件下，計算出各片彈簧自在形狀下的曲率半徑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運用壽命，應適當降低主片及與其相鄰的長片的應力。這此，選取各片預應力時，可分為以下兩種情況：對于片厚一樣的鋼板彈簧，各片預應力值不宜選取過大；對于片厚不一樣的鋼板彈簧，厚片預應力可取大些。引薦主片在根部的任務應力與預應力疊加后的合成應力在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。在確定各片預應力時，實際上應滿足各片彈簧在根部處預應力所呵斥的彎矩Mi之代數和等于零，即或假設第i片的片長為Li，那么第i片彈簧的弧高為Hi≈Li2/8Ri5、鋼板彈簧強度驗算〔1〕緊急制動時前鋼板彈簧接受的載荷最大，在它的后半段出現的最大應力σmax用下式計算σmax=[G1m1′l2〔l1+φc〕]/[〔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′=1.2~1.4，貨車：m1′=1.4~1.6；l1、l2為鋼板彈簧前、后段長度；φ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間隔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荷；m2′為驅動時后軸負荷轉移系數，轎車：m2′=1.25~1.30，貨車：m2′=1.1~1.2；φ為道路附著系數；b為鋼板彈簧片寬；h1為鋼板彈簧主片厚寬。〔2〕汽車驅動時后鋼板彈簧接受的載荷最大，在它的前半段出現最大應力σmax用下式計算〔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σ是由彎曲應力和拉〔壓〕應力合成的應力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為卷耳內徑；b為鋼板彈簧寬度；h1為主片厚度。許用應力[σ]取為350N/mm2。對鋼板彈簧銷要驗算鋼板彈簧受靜載荷時鋼板彈簧銷遭到擠壓應力σz=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。用30鋼或40鋼經液體碳氮共滲處置時，彈簧銷許用擠壓應力[σz]取為3-4N/mm2；用20鋼或20Cr鋼經滲碳處置或用45鋼經高頻淬火后，其許用應力[σz]≤7-9N/mm2。鋼板彈簧多數情況下采用55SiMnVB鋼或60Si2Mn鋼制造。常采用外表噴丸處置工藝和減少外表脫碳層深度的措施來提高鋼板彈簧的壽命。外表噴丸處置有普通噴丸和應力噴丸兩種，后者可使鋼板彈簧外表的剩余應力比前者大很多。§6-5自動與半自動懸架系統1自動懸架系統自動懸架中不再有傳統意義上的“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行元件所取代。根本原理是靠本身的能源經過執行元件對振動進展“自動〞干涉。分類：根據執行元件的呼應帶寬可分為寬帶自動懸架和有限帶寬自動懸架兩種，兩種懸架又分別稱為全自動懸架和慢自動懸架。自動懸架動畫1〕全自動懸架概念：全自動懸架系統所采用的執行元件具有較寬的呼應頻帶，以便對車輪的高頻共振也加以控制。執行元件多采用電液或液氣伺服系統，控制帶寬普通應至少覆蓋0～15Hz，有的執行元件呼應帶寬甚至高達100Hz。全自動懸架任務原理的表示圖(單個車輪)A-執行元件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-信號處置器4-控制單元5-進油6-出油7-非懸掛質量8-路面輸入系統主要由執行元件、各種必要的傳感器、信號處置器和控制單元等組成。控制單元根據檢測到的各種信號判別汽車的當前形狀，并根據事先設定的控制戰略決議執行元件該輸出多大的力。系統內部靠力閉環控制保證執行元件輸出的力滿足指令要求。實踐運用時，還必需包括更多的傳感器以檢測必要的系統形狀量，比如轉向時與汽車運動相關的橫向加速度、方向盤角速度，還有汽車車速、發動機油門開度、制動踏板位置以及汽車車身高度等系統形狀量。系統任務原理及過程自動懸架布置圖1-懸架位移傳感器2-后懸架執行元件3-車門開關傳感器4-隔離閥5-前懸架執行元件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-中央控制單元性能目的評價規范自動懸架的性能目的可以用多個系統輸出變量的均方根值的加權和來表征。這些變量可以包括車身加速度、車輪與地面間的動載、車輪相對于車身的位移以及執行元件的作用力等。系統的控制變量也比傳統的被動懸架要多，并且參數的選擇范圍也更寬。自動懸架特點要求執行元件所產生的力可以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寬廣的設計空間，即如何確定控制律以使系統可以讓車輛到達最正確的總體性能。研討闡明，自動懸架可以在不同路面及行駛條件下顯著地提高車輛性能。2〕慢自動懸架慢自動懸架將執行元件的頻響帶寬降低到只思索車身的垂直、俯仰和側傾振動以及汽車的轉向反響，不思索車輪剛度所對應的頻率，也即帶寬降至3～4Hz。它與前述的自動懸架在被測形狀量和控制實施等方面都有類似，獨一的差別就是執行元件帶寬的降低。一類為當其不起作用(鼓勵頻率超越呼應帶寬)時可以像普通彈簧一樣任務，比如氣壓執行元件，在這種情況下由于執行元件可以支持車身的分量，所以系統中可以不加彈簧或并聯一個彈簧。另一類為不起作用時變為剛性體的執行元件，如滑閥控制的液力作動器，在這種情況下系統中必需串聯彈性元件在慢自動懸架中，可以選用兩類執行元件轎車用慢自動懸架原理圖1-懸掛質量2-空氣彈簧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-執行元件慢自動懸架特點由于慢自動懸架執行元件僅需在一窄帶頻率范圍內任務，降低了系統的本錢及復雜程度。比全自動懸架廉價得多。它的自動控制依然覆蓋了主要的車身振動，包