汽车设计-悬架设计

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1、汽汽 车车 设设 计计第5章 悬架设计汽车设计 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 独立悬架导向机构的设计第六节 减振器* 第七节 悬架的结构元件汽车设计 第六章 悬架设计 6-1 概 述一、悬架的作用三、对悬架提出的设计要求二、悬架的组成汽车设计 第六章 悬架设计 6-1 概 述 悬架装置把车架(或车身)与车轴(或车轮)弹性地连接起来的装置。 功用：（1）连接车轮和车身，以适当的刚性支撑车身（传递车轮或车轴和车架或车身之间的一切力和力矩）（2）吸收来自路面的冲击、衰减由此引起的承载系统振动，改善汽车行驶平

2、顺性（乘坐舒适性）；（3）保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，稳定车身姿态，保证汽车的操纵稳定性。一、悬架的作用汽车设计 第六章 悬架设计 6-1 概 述二、悬架的组成 q弹性元件：传递垂直载荷、缓和冲击与振动，保证平顺性q导向装置：决定车轮运动规律、传递除弹性元件力以外的各种力和力矩q减振器：衰减车轮、车身的振动q缓冲器：限制悬架弹簧的变形量q稳定器：防止转向时侧倾过大汽车设计 第六章 悬架设计二、悬架的组成 6-1 概 述汽车设计 第六章 悬架设计 6-1 概 述汽车设计 第六章 悬架设计二、悬架的组成 6-1 概 述前独立悬架断开式转向驱动桥汽车设计 第六章 悬架设计二、悬架

3、的组成 6-1 概 述断开式从动桥后独立悬架汽车设计 第六章 悬架设计二、悬架的组成 6-1 概 述汽车设计 第六章 悬架设计二、悬架的组成 6-1 概 述橡胶衬套副车架汽车设计 第六章 悬架设计二、悬架的组成6-1 概 述主动悬架汽车设计 第六章 悬架设计钢板弹簧纵置 横置对称式 不对称式 6-1 概 述 二、悬架的组成汽车设计 第六章 悬架设计 6-1 概 述 二、悬架的组成汽车设计 第六章 悬架设计 6-1 概 述三、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

4、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汽车设计 第六章 悬架设计 6-1 概 述n 保证良好的行驶平顺性(1) 悬架应具有较低的固有频率(0.92.2Hz)。(2) 具有合适的减振性能(良好的阻尼特性)，与悬 架的弹性特性匹配，减小车身和车轮在共振区的振 幅，快速衰减振动。(3) 保证转向时，车身具有较小的侧倾角。三、对悬架提出的设计要求汽车设计 第六章 悬架设计 6-1 概 述n 保证良好的操纵稳定性(1) 保证汽车转向时，具有一定的不足转向特性 。(2) 在车轮

5、跳动时，避免车轮定位参数变化过大 。(3) 使转向杆系与悬架导向机构的运动相协调， 避免车轮摆振。(4) 在汽车制动和加速时，保证车身稳定(减小俯 仰角位移)。三、对悬架提出的设计要求汽车设计 第六章 悬架设计 6-1 概 述n 保证良好的传力性能 (1) 能可靠传递车身与车轮之间的力和力矩(2) 悬架占用的空间以及零部件质量尽量小， 并且具有足够的强度和寿命 三、对悬架提出的设计要求汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析一、非独立悬架和独立悬架三、 前、后悬架方案的选择 typical suspension types as passive, semi-active, acti

6、ve, and load leveling suspensions二、悬架悬架结构形式分析四、辅助元件（稳定杆、缓冲器）passive suspensions are extremely competitive compared with actively controlled suspensions, as they are simple, reliable and economical.汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析独立悬架 非独立悬架一、非独立悬架和独立悬架左右车轮各自通过悬架 和车架(或车身)相连左右车轮用一根刚性车轴 连接，再通过悬架与车架 (或车身)相连汽车设

7、计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析1.非独立悬架 q优点：结构简单可靠、制造成本低、承载强度高、耐久性好、维修方便 q缺点非簧载质量大，平顺性差，不利于乘坐舒适性；左右车轮互相影响、前悬架易发生摆振、易产生轴转向特性，不利于操纵稳定性q用途：主要用于货车、大客车的前后悬架及某些 轿车、越野车的后悬架一、非独立悬架和独立悬架汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析一、非独立悬架和独立悬架1.非独立悬架钢板弹簧兼做悬架的导向机构（刚性要好）螺旋弹簧牵引杆导向机构（刚性轴后悬架）汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析2. 独立悬架特点：q非簧载质量小，有助于消除

8、前轮摆振现象，且悬架 传给车身的冲击载荷小；q设计自由度大；可用小刚度弹簧（平顺性好）；q提高稳定性；占用空间小；左右车轮互不影响可减 少车身侧倾和振动；q结构复杂、成本高，维修困难q用途：由于独立悬架能较好地保持车轮与路面的接触 ，提高离地间隙，改善通过性，多用于轿车、部分轻微 型货车、客车及越野车一、非独立悬架和独立悬架汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析独 立 悬 架 类 型二、独立悬架结构形式分析（按照悬架导向机构结构分类） 双横臂式 单横臂式、 双纵臂式 单纵臂式 单斜臂式 麦弗逊式 扭转梁随动臂式三维空间机构二维投影简图柔性连接多刚体 汽车设计 第六章 悬架设计常见

9、悬架机构的二维运动学 6-2 悬架结构形式分析二、独立悬架结构形式分析悬架导向机构的运动学基本 要求：在悬架变形期间，引 导车轮相对于车身沿垂直轨 迹运动，且车轮定位参数没 有明显变化。即研究悬架在 左右车轮中心面内的二维运 动学（悬架机构的自由度、 铰链数、约束类型之间的关 系）。汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析二、独立悬架结构形式分析汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析二、独立悬架结构形式分析汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析 二、独立悬架结构形式分析汽车设计 第六章 悬架设计常见悬架机构的二维运动学运动副 6-2 悬架结构形式分析二、

10、独立悬架结构形式分析汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析 二、独立悬架结构形式分析汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析二、独立悬架结构形式分析等长双横臂不等长双横臂单横臂麦弗逊式（滑柱摆臂）汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析二、独立悬架结构形式分析不等长双横臂单斜臂（单、双、复合）纵臂式半独立悬架汽车设计 第六章 悬架设计比较内容等双横 臂式不等双 横臂式单单横 臂式单纵单纵 臂 式双纵纵 臂式斜置单单 臂麦弗逊逊 式轮轮距变化大变化小变不变不变变化小变化小轴轴距不变不变不变变化变化变化小不变轮轮胎磨损损快慢快慢慢慢慢主销倾销倾 角 变变化不变

11、变变化大后倾角 变大不变变化小变化小 6-2 悬架结构形式分析二、独立悬架结构形式分析独立悬架导向机构比较汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析二、独立悬架结构形式分析独立悬架导向机构比较比较内容等双横 臂式不等双 横臂式单单横臂 式单纵单纵 臂式双纵纵 臂式斜置 单单臂麦弗 逊逊式机构形式复杂复杂简单简单复杂一般 一般 布置发动发动 机困难困难较容易容易容易较易容易车车身受力点集中集中 集中 分散横向刚刚度大大较大小小较大较大汽车设计 第六章 悬架设计汽车设计 第六章 悬架设计1）侧倾中心高度 6-2 悬架结构形式分析二、 独立悬架结构形式分析_ 评价指标 侧倾中心位置高，它到

12、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。汽车在侧向力作用下，车身在通过左、右车轮中 心的横向垂直平面内发生侧倾时，相对于地面的瞬 时转动中心称之为侧倾中心。侧倾中心到地面的距 离称为侧倾中心高度。 按SAE J670e的定义：侧倾中心为通过左右车轮中 心的垂直横断面上的一点，在该点向悬挂质量施加 一个横向力不会引起悬架的侧倾变形。汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析二、 独立悬架结构形式分析_ 评价指标 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

13、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。车轮相对车身上、下跳动时，主销内倾角、 主销后倾角、车轮外倾角及车轮前束等定位参数 会发生变化。 汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析二、独立悬架结构形式分析_ 评价指标 3）悬架侧倾角刚度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。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。 汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析二、 独立悬架结构形式分析_ 评价指标 4）横向刚度悬架的横向刚度影响操纵稳定性。若用

14、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。汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析二、 独立悬架结构形式分析_ 评价指标 5）悬架占用的空间尺寸 不同形式的悬架占用的空间尺寸不同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。 汽车设计 第六章 悬架设计 6-2 悬架结构形式分析三、 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 汽车设计 第六章 悬架设计前、后悬架均采用纵置 钢板弹簧非独立悬架的 汽车转向行驶时，内侧 悬架处于减载而外侧悬 架处于加载状态，于是 内侧悬架受拉抻，外侧 悬架受压缩，结果与悬 架固定连接的车轴（桥 ）的轴线相对汽车纵向 中心线偏转一角度。 6-2