第五节第五节 独立悬架导向机构的设计独立悬架导向机构的设计一、设计要求一、设计要求对前轮独立悬架导向机构的要求：对前轮独立悬架导向机构的要求：1）悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过）悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过±4．．0mm，轮距，轮距变化大会引起轮胎早期磨损变化大会引起轮胎早期磨损2）悬架上载荷变化时，前轮定位参数要有合理的变化特性，车）悬架上载荷变化时，前轮定位参数要有合理的变化特性，车轮不应产生纵向加速度轮不应产生纵向加速度3）汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小在）汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小在0.4g侧向加速度作侧向加速度作用下，车身侧倾角用下，车身侧倾角≤≤6º－－7º，， 并使车轮与车身的倾斜同向，以并使车轮与车身的倾斜同向，以增强不足转向效应增强不足转向效应4）制动时，应使车身有抗前俯作用；加速时，有抗后仰作用制动时，应使车身有抗前俯作用；加速时，有抗后仰作用 对后轮独立悬架导向机构的要求：对后轮独立悬架导向机构的要求：1）） 悬架上载荷变化时，轮距无显著变化悬架上载荷变化时，轮距无显著变化2）汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小，并使车轮与车身）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，以减小过多转向效应。
的倾斜反向，以减小过多转向效应 还应有足够强度，并可靠地传递除垂直力以外的各种还应有足够强度，并可靠地传递除垂直力以外的各种力和力矩力和力矩 目前，汽车上广泛采用的双横臂式独立悬架和麦弗逊目前，汽车上广泛采用的双横臂式独立悬架和麦弗逊式独立悬架式独立悬架 以这两种悬架为例，分别讨论独立悬架导向机构参数以这两种悬架为例，分别讨论独立悬架导向机构参数的选择方法，分析导向机构参数对前轮定位参数和轮距的的选择方法，分析导向机构参数对前轮定位参数和轮距的影响 2．侧倾轴线．侧倾轴线 在独立悬架中，汽车前部与后部侧倾中心的连线称为在独立悬架中，汽车前部与后部侧倾中心的连线称为侧倾侧倾轴线l侧倾轴线应大致与地面平行，为了使得在曲线行驶时前、侧倾轴线应大致与地面平行，为了使得在曲线行驶时前、后轴上的轴荷变化接近相等，从而保证中性转向特性；后轴上的轴荷变化接近相等，从而保证中性转向特性；l且尽可能离地面高些为了使车身的侧倾限制在允许范围且尽可能离地面高些为了使车身的侧倾限制在允许范围内侧倾中心高度为：侧倾中心高度为：（纵臂式悬架除外）（纵臂式悬架除外）前悬架前悬架 hw =0－－120 mm后悬架后悬架 hw = 80－－150mm 4.抗制动纵倾性（抗制动前俯角）抗制动纵倾性（抗制动前俯角） 抗制动纵倾性可使制动过程中汽车车头的下沉量及车抗制动纵倾性可使制动过程中汽车车头的下沉量及车尾的抬高量减小。
尾的抬高量减小 5．抗驱动纵倾性（抗驱动后仰角）．抗驱动纵倾性（抗驱动后仰角） 抗驱动纵倾性可减小后轮驱动汽车车尾的下沉量或前抗驱动纵倾性可减小后轮驱动汽车车尾的下沉量或前轮驱动汽车车头的抬高量与抗制动纵倾性不同的是，只轮驱动汽车车头的抬高量与抗制动纵倾性不同的是，只有当汽车为单桥驱动时，该性能才起作用对于独立悬架有当汽车为单桥驱动时，该性能才起作用对于独立悬架而言，当纵倾中心位置高于驱动桥车轮中心时，这一性能而言，当纵倾中心位置高于驱动桥车轮中心时，这一性能方可实现方可实现6．悬架横臂的定位角．悬架横臂的定位角 独立悬架中的横臂铰链轴大多为空间倾斜布置独立悬架中的横臂铰链轴大多为空间倾斜布置 横臂空间定位角：横臂空间定位角： 横臂轴的水平斜置角横臂轴的水平斜置角 α′′，， 悬架抗前俯角悬架抗前俯角β′β′，， 悬架斜置初始角悬架斜置初始角θ′θ′ 7．上、下横臂长度的确定．上、下横臂长度的确定 双横臂式悬架上、下横臂的长度对车轮上、下跳动时双横臂式悬架上、下横臂的长度对车轮上、下跳动时的定位参数影响很大。
现代乘用车所用的双横臂式前悬架，的定位参数影响很大现代乘用车所用的双横臂式前悬架，一般设计成上横臂短、下横臂长这一方面是考虑到布置一般设计成上横臂短、下横臂长这一方面是考虑到布置发动机方便，另一方面也是为了得到理想的悬架运动特性发动机方便，另一方面也是为了得到理想的悬架运动特性 l设计汽车悬架时，希望轮距变化要小，以减少轮胎磨损，设计汽车悬架时，希望轮距变化要小，以减少轮胎磨损，提高其使用寿命，因此应选择提高其使用寿命，因此应选择l2／／ l1 在在0．．6附近；附近；l为保证汽车具有良好的操纵稳定性，希望前轮定位角度的为保证汽车具有良好的操纵稳定性，希望前轮定位角度的变化要小，这变化要小，这 时应选择时应选择l2／／ l1在在1．．0附近l综上分析，悬架的综上分析，悬架的l2／／ l1应在应在0．．6－－1．．0范围内美国克范围内美国克莱斯勒和通用汽车公司分别认为，上、下横臂长度之比取莱斯勒和通用汽车公司分别认为，上、下横臂长度之比取0．．70和和0．．66为最佳根据我国乘用车设计的经验，在为最佳根据我国乘用车设计的经验，在初选尺寸时，初选尺寸时， l2／／ l1取取0．．65为宜 四、麦弗逊式独立悬架导向机构设计四、麦弗逊式独立悬架导向机构设计1．导向机构受力分析．导向机构受力分析作用在导向套上的横向力作用在导向套上的横向力 F3F1为前轮上的静载荷为前轮上的静载荷 F1‘减去前轴簧下质量的减去前轴簧下质量的1/2。
l 横向力横向力F3越大，则作用在导向套上的摩擦力越大，则作用在导向套上的摩擦力F3f越大，这对汽车平顺性有不良影越大，这对汽车平顺性有不良影响为了减小摩擦力，在导向套和活塞表面应用了减磨材料和特殊工艺为了减小摩擦力，在导向套和活塞表面应用了减磨材料和特殊工艺l为了减小为了减小 F3要求尺寸要求尺寸c＋＋b越大越好，或者减小尺寸越大越好，或者减小尺寸a增大c＋＋b使悬架占用空使悬架占用空间增加，在布置上有困难；间增加，在布置上有困难；l若采用增加减振器轴线倾斜度的方法，可达到减小若采用增加减振器轴线倾斜度的方法，可达到减小a的目的，的目的， 但也存在布置困难但也存在布置困难的问题为此，在保持减振器轴线不变的条件下，常将的问题为此，在保持减振器轴线不变的条件下，常将G点外伸车轮内部点外伸车轮内部 2．横臂轴线布置方式的选择．横臂轴线布置方式的选择 麦弗逊式独立悬架的横臂轴线与主销后倾角的匹配，影响汽车的纵倾麦弗逊式独立悬架的横臂轴线与主销后倾角的匹配，影响汽车的纵倾稳定性 3．横臂长度的确定．横臂长度的确定l横臂越长，横臂越长，By曲线越平缓，即车轮跳动时轮距变曲线越平缓，即车轮跳动时轮距变化越小，有利于提高轮胎寿命。
化越小，有利于提高轮胎寿命l主销内倾角主销内倾角ββ、、车轮外倾角车轮外倾角α和主销后倾角和主销后倾角γγ曲线曲线的变化规律也都与的变化规律也都与By类似，说明摆臂越长，前轮类似，说明摆臂越长，前轮定位角度的变化越小，将有利于提高汽车的操纵定位角度的变化越小，将有利于提高汽车的操纵稳定性l具体设计时，在满足布置要求的前提下，应尽量具体设计时，在满足布置要求的前提下，应尽量加长横臂长度加长横臂长度 第六节第六节 减减 振振 器器 一、分类一、分类 悬架中用得最多的减振器是内部充有液体的液力式减悬架中用得最多的减振器是内部充有液体的液力式减振器汽车车身和车轮振动时，减振器内的液体在流经阻振器汽车车身和车轮振动时，减振器内的液体在流经阻尼孔时的摩擦和液体的粘性摩擦形成了振动阻力，将振动尼孔时的摩擦和液体的粘性摩擦形成了振动阻力，将振动能量转变为热能，并散发到周围的空气中去，达到迅速衰能量转变为热能，并散发到周围的空气中去，达到迅速衰减振动的目的减振动的目的 如果能量的耗散仅仅是在压缩行程或者是在伸张行程如果能量的耗散仅仅是在压缩行程或者是在伸张行程进行，则把这种减振器称为进行，则把这种减振器称为单向作用式单向作用式减振器；反之称为减振器；反之称为双向作用式双向作用式减振器。
减振器 双向作用式减振器得到广泛应用双向作用式减振器得到广泛应用 根据结构形式不同，根据结构形式不同，摇臂式摇臂式 筒式筒式l摇臂式减振器能在比较大的工作压力摇臂式减振器能在比较大的工作压力10—20MP的条件下工作，但由的条件下工作，但由于它的工作特性受活塞磨损和工作温度变化的影响大而遭淘汰于它的工作特性受活塞磨损和工作温度变化的影响大而遭淘汰l筒式减振器工作压力虽然仅为筒式减振器工作压力虽然仅为 2．．5－－5 MPa，， 但是因为工作性能稳但是因为工作性能稳定而在现代汽车上得到广泛的应用定而在现代汽车上得到广泛的应用筒式减振器筒式减振器 单筒式单筒式 双筒式双筒式 充气筒式充气筒式l双筒充气液力减振器具有工作性能稳定、干摩擦阻力小、噪声低、总双筒充气液力减振器具有工作性能稳定、干摩擦阻力小、噪声低、总长度短等优点，在乘用车上得到越来越多的应用长度短等优点，在乘用车上得到越来越多的应用 减振器设计基本要求减振器设计基本要求 在使用期间保证汽车的行驶平顺性的性能稳定；有足够的使用寿命。
在使用期间保证汽车的行驶平顺性的性能稳定；有足够的使用寿命 二、相对阻尼系数中二、相对阻尼系数中 在减振器卸荷阀打开前，其中的阻力在减振器卸荷阀打开前，其中的阻力F与减振器振动速度与减振器振动速度v之间的关系之间的关系为为 F＝＝δvδ为减振器阻尼系数为减振器阻尼系数特点：特点：l阻力阻力—速度特性由四段近似直线线段组成，其中压缩行程和伸张行程速度特性由四段近似直线线段组成，其中压缩行程和伸张行程的阻力的阻力—速度特性各占两段；速度特性各占两段；l各段特性线的斜率是减振器的阻尼系数各段特性线的斜率是减振器的阻尼系数 δ＝＝F/v ，所以减振器有四个，所以减振器有四个阻尼系数阻尼系数l在没有特别指明时，减振器的阻尼系数是指卸荷阀开启前的阻尼系数在没有特别指明时，减振器的阻尼系数是指卸荷阀开启前的阻尼系数l通常压缩行程的阻尼系数通常压缩行程的阻尼系数 δy＝＝Fy/vy与伸张行程的阻尼系数与伸张行程的阻尼系数δs＝＝Fs/vs不等 汽车悬架有阻尼以后，簧上质量的振动是周期衰减振动，用相对汽车悬架有阻尼以后，簧上质量的振动是周期衰减振动，用相对阻尼系数中的大小来评定振动衰减的快慢程度。
阻尼系数中的大小来评定振动衰减的快慢程度 相对阻尼系数相对阻尼系数ψψ的物理意义：的物理意义： 减振器的阻尼作用在与不同刚度减振器的阻尼作用在与不同刚度C和不同簧上质量和不同簧上质量ms的悬架系统匹的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效果配时，会产生不同的阻尼效果ψψ值大，振动能迅速衰减，同时又能将较大的路面冲击力传到车身；值大，振动能迅速衰减，同时又能将较大的路面冲击力传到车身；ψψ值小则反之值小则反之l压缩行程时的相对阻尼系数压缩行程时的相对阻尼系数ψ y，取得小些，，取得小些，l伸张行程时的相对阻尼系数伸张行程时的相对阻尼系数ψ s取得大些取得大些 ψ y＝（＝（0．．25－－0．．50）） ψ s 设计时，先选取设计时，先选取ψ y与与ψ s的平均值的平均值ψl对于无内摩擦的弹性元件悬架，取对于无内摩擦的弹性元件悬架，取ψ =0．．25－－0．．35；； 对于有内摩擦的弹性元件悬架，对于有内摩擦的弹性元件悬架， ψ 值取小些值取小些 对于行驶路面条件较差的汽车，对于行驶路面条件较差的汽车， ψ 值应取大些，值应取大些， 一般取一般取ψ s ＞＞0．．3；；l为避免悬架碰撞车架，为避免悬架碰撞车架， ψ y ＝＝0．．5 ψ s 、最大卸荷力、最大卸荷力F0的确定的确定 为减小传到车身上的冲击力，当减振器活塞振动速度达为减小传到车身上的冲击力，当减振器活塞振动速度达到一定值时，减振器打开卸荷阀。
此时的活塞速度称为卸到一定值时，减振器打开卸荷阀此时的活塞速度称为卸荷速度荷速度vx 取：取： vx =0．．15－－0．．30m/s；； A为车身振幅，取为车身振幅，取± 40mm；； 五、筒式减振器工作缸直径五、筒式减振器工作缸直径D的确定的确定 根据根据伸张行程伸张行程的最大卸荷力的最大卸荷力F0计算工作缸直径计算工作缸直径D为为[p]—工作缸最大允许压力，取工作缸最大允许压力，取[p]= 3－－4MPaλ—连杆直径与缸筒直径之比，双筒式减振器取连杆直径与缸筒直径之比，双筒式减振器取 λ=0．．40－－0．．50，， 单筒式减振器取单筒式减振器取 λ=0．．30－－0．．35 减振器的工作缸直径减振器的工作缸直径D有有20mm、、30mm、、40mm、（、（45mm）、）、50mm、、65mm等几种应按标准选用，详见等几种应按标准选用，详见 QC／／T491一一1999《《汽车筒汽车筒式减振器式减振器 尺寸系列及技术条件尺寸系列及技术条件》》 贮油筒直径贮油筒直径Dc=（（1.35—1.50））D，壁厚取为，壁厚取为2mm，材料可选，材料可选20钢。
钢 一、思路•结合车辆的使用场所和要求选择合适的悬架类型•结合车架的尺寸、结构和安装要求，初步确定悬架各部件的基本尺寸•运用动力学仿真分析软件对悬架的动力学和运动学进行分析，得到运动曲线，为悬架的进一步开发提供了可靠的依据和预测•基于仿真结果对悬架主要部件进行静强度分析，并结合正交试验法对机构进行优化悬架的研究开发 二、操作流程 独立悬架导向机构独立悬架导向机构 独立悬架三维实体装配图独立悬架三维实体装配图 独立悬架导向机构虚拟样机独立悬架导向机构虚拟样机 独立悬架虚拟样机独立悬架虚拟样机 仿真分析结果（动画）仿真分析结果（动画） 双摆臂联动悬架 双摆臂联动悬架工作原理•双摆臂联动悬架的工作原理是：当路面不平时，若一端悬架中的车轮2向上运动，车轮2带动套筒支架5向上运动，套筒支架5通过下摆臂销轴3带动L形下摆臂1绕下摆臂轴9转动，L形下摆臂1的下端通过连杆销轴11带动连杆10水平移动，连杆10通过连杆销轴11带动另一端悬架中的L形下摆臂1转动，使该端的车轮2向下运动，由于两悬架杆件的对称性，使两端车轮上跳和下跳的距离相等，从而保证在不平路面上行驶时四个车轮同时着地，以保证车辆行驶稳定性、较高的附着力和牵引性能。
双摆臂联动悬架三维实体模型 全轮转向侧面叉车实体模型 全轮转向侧面叉车虚拟样机 静强度分析 •三维实体处理•生成有限元模型•后处理分析•结构优化 有限元模型 处理结果 。