汽车悬架造型流程设计

第0页共14页0目录序言....................................................1第一章我国悬架的现状与发展趋势..........................21.1我国悬架的现状与发展.........................................2第二章汽车悬架系统的概述................................52.1悬架系统的组成与功能.........................................52.1.1悬架的概念.............................................52.1.2悬架的组成.............................................52.1.3悬架的作用.............................................62.2悬架的分类...................................................72.2.1非独立悬架.............................................72.2.2独立悬架...............................................8第三章悬架设计流程......................................93.1悬架设计流程概述.............................................93.2钢板弹簧具体设计流程.........................................93.2.1钢板弹簧式悬架种类和结构...............................93.2.2钢板弹簧设计的已知参数................................113.2.3钢板弹簧设计步骤.....................................113.2.4钢板弹簧的导向特性...................................12参考文献................................................13第1页共14页1序言汽车悬架是是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。悬架结构一般有弹性原件，导向机构和减震器组成。弹性原件又有钢板弹簧，螺旋弹簧，扭杆弹簧，空气弹簧等形式。悬架又分独立悬架和非独立悬架。悬架是汽车中的一个重要总成，它把车架与车轮弹性地联系起来，关系到汽车的多种使用性能。因此，对汽车操纵稳定性﹑平顺性的提升成为了各大汽车厂商的共识。与此关系密切的悬架系统也被不断改进，主动半主动悬架等具有反馈的电控系统在高端车辆上的应用日趋广泛。无论定位高端市场，还是普通家庭的经济型轿车，没有哪个厂家敢忽视悬架系统及其在整车中的作用。这一切，都是因为悬架系统对乘员的主观感受密切联系。悬架系统的优劣，乘员在车上可以马上感受到。正因为悬架在现代汽车上的重要重要作用，应该重视汽车悬架的设计。只有认真，严谨的设计才能确保其与整车的完美匹配。目前，我国在汽车悬架系统方面，除了钢板弹簧悬架的设计及应用比较成熟以外，其他悬架技术的应用绝大部分还处于车型引进，仿制或直接购买产品阶段。悬架产品的设计开发滞后，一方面表现在设计手段落后，计算机应力分析，动态仿真在企业中应用还较少；另一方面没有建立一套完善的设计评价体系。在美国，由于空气悬架的普遍应用，已经成就了一批专门从事空气悬架设计，制造的悬架专业公司。我国交通行业标准《营运客车类型划分及等级评定》已经规定，高级大中型客车要采用空气悬架，但既没有一家整车厂能独立设计出空气悬架并成功地应用于整车，也没有一家悬架专业公司能够设计出并向市场提供成熟的空气悬架产品。虽然我国加入WTO之后，汽车及零部件产业会全面融入全国经济一体化，汽车行业可以实现全球采购，但是不能拥有悬架设计和制造的关键技术，整车的市场竞争力肯定会削弱。第2页共14页2第一章我国悬架的现状与发展趋势1.1我国悬架的现状与发展国内汽车悬架弹簧生产企业160余家，遍布全国各地，具有规模的专业生产企业(生产规模在0.8万吨以上)约80余家。产品质量水平已达到国外先进国家90年代水平。大部分企业规模较小，生产集中度低，散乱差问题较严重。其中真正形成大规模、大批量生产的企业为数不多，大多仍停留在简单生产工艺的水平上，产品成本较高，难以参与国际市场竞争。国内能够生产高档次汽车钢板悬架弹簧的企业只有4家：一汽集团辽阳汽车弹簧厂、东风汽车悬架弹簧有限公司、重庆红岩汽车弹簧厂、山东汽车弹簧厂，他们都具有生产多种叠片簧、渐变刚度弹簧、少片变截面钢板弹簧和双曲率半径及平直段的汽车钢板弹簧的能力。国内能够同时生产客车、货车、轿车悬架弹簧的厂家只有三个：一汽集团辽阳汽车弹簧厂、东风汽车悬架弹簧有限公司、山东汽车弹簧厂。在重卡领域，每家主机厂基本上都有自己的钢板弹簧配套厂家，一汽解放重卡板簧悬架主要是由一汽集团辽阳汽车弹簧厂配套；东风重卡板簧悬架主要由东风汽车悬架弹簧有限公司配套；中国重汽板簧悬架主要由山东汽车弹簧厂配套，上汽依维柯红岩板簧悬架主要由重庆红岩汽车弹簧厂与重庆红旗钢板弹簧厂配套，江淮与华菱重卡板簧悬架主要由安徽安簧机械股份有限公司配套。空气悬架弹簧是一种运用在高档客车和重型载货车上的悬架系统，是世界钢板弹簧发展趋势，空气悬架簧的最终发展趋势是不再需要或使用很少的弹簧扁钢。空气悬架在欧美发达国家已经有70多年的发展历史，二十世纪五十年代，空气悬架弹簧开始应用在载重车、小轿车、大客车及铁道车辆上。到六十年代，德国、美国等工业发达国家生产的大部分公共汽车中装有了空气弹簧悬架。目前欧、美地区95%的客车、80%的货车和40%的挂车都已使用空气悬架系统，而我国仍处于起步阶段，空气悬架系统只应用在一些豪华客车和少部分重型货车和挂车上。虽然重汽HOWO-A7、东风天龙、解放J6、华菱星凯马等各厂家上市的新产品高配中都有空气悬架，但仅是概念阶段，真正被市场接受，实现量产还需要一段时间。这主要与中国国情有关，国内虽然治理超载超限力度不断加强，但是用户超载现象仍然比较严重，空气悬架系统由于超载性不好，加之价格昂贵、国内物流业竞争激烈、利润微薄，所以一直不被客户接受，只能在精密仪器、电第3页共14页3子设备等特殊货物的运输中有所应用。电子控制空气悬架和橡胶悬架代表了目前汽车悬架系统的发展方向。在欧美汽车悬架的发展经历了“钢板弹簧→气囊复合式悬架→被动全空气悬架→主动全空气悬架(即ECAS系统)或橡胶悬架”过程。在欧美，橡胶悬架和空气悬架的价格相差不大，但是使用环境不同，空气悬架不能超载，因此在牵引车上应用广泛；橡胶悬架适应能力强，可用于超载环境，因此主要应用在非公路用车或使用工况恶劣、对车辆载荷要求大的汽车上。目前ECAS系统在欧洲部分大客车上已经开始应用，预计，随着车辆控制技术的发展，ECAS空气悬架系统将成为汽车悬架的一个发展方向。虽然空气悬架与橡胶悬架已经在我国重卡领域引入多年，为什么到现在还没有实现量产呢？我认为主要有以下原因：(1)国内用户超载超限现象严重。在相当长的一段时期内，国内重卡用户的营运模式都是以超载超限来创造利润，抑制了新型悬架的需求。从2005年开始国家加大了治超治限的力度，计重收费政策得到进一步落实，现在全国90%以上的高速公路已经开始实行计重收费，所以对于公路用车(如牵引车)来说，已经朝向轻量化、舒适性、经济性方向发展，目前空气悬架已经率先在某些运输特殊品(如精密仪器)的牵引车上引进。(2)购买与维修费用较高，维修不方便。国内物流业利润较低，导致重卡用户对价格敏感度高。虽然翰德森橡胶悬架超载能力强，但是价格昂贵、维修不方便，所以自卸车、搅拌车等工程车用户更加青睐工艺成熟的板簧悬架。(3)工艺、技术方面与还有一定的差距。重汽在展示HOWO-A7车的时候就有一辆是翰德森橡胶悬架，但是悬架底端的离地间隙仅为200mm，对于应用在建筑工地、矿区的工程车来说这个缺陷几乎是致命的。由于橡胶悬架铸件较多、结构复杂，目前国内的橡胶悬架也仅停留在概念阶段。虽然国内新型悬架的引进过程缓慢，但是在重型卡车技术发展方面，空气弹簧悬架和橡胶悬架都代表着我国重卡悬架未来发展方向，主要原因有如下两种:(1)重卡行业发展的需要。随着我国高等级公路的发展、运输量的增加、计重收费政策的普及以及重卡用户收入的提高，他们开始对汽车的操纵稳定性、平顺性、舒适性和安全性提出了更高的要求，因此符合以上要求的新型悬架开始为第4页共14页4越来越多的用户所关注；(2)政策的鼓励。由于空气悬架与橡胶悬架具有自重轻、对道路的损坏程度低等特点，国家颁发的《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》(GB1589-2004)中，对装有空气悬架或橡胶悬架的车辆轴载质量限值的规定，比装板簧悬架的车辆轴载质量提高15%。因此在政策层面国家也对新型悬架做了倾斜。未来5～10年，随着国内汽车工业的发展，重卡技术的提升，空气悬架与橡胶悬架必将会迎来一个快速发展期。第5页共14页5第二章汽车悬架系统的概述2.1悬架系统的组成与功能2.1.1悬架的概念悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总成。它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力（之承力）、纵向反力（驱动力和制动力）和侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架（或承载式车身）上，以保证车的正常行驶。悬架是汽车中的一个重要总成，它把车架与车轮弹性地联系起来，关系到汽车的多种使用性能。从外表上看，轿车悬架仅是由一些杆、筒以及弹簧组成，但千万不要以为它很简单，相反轿车悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成，这是因为悬架既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两方面又是互相对立的。比如，为了取得良好的舒适性，需要大大缓冲汽车的震动，这样弹簧就要设计得软些，但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及左右侧倾严重的不良倾向，不利于汽车的转向，容易导致汽车操纵不稳定等。2.1.2悬架的组成现代汽车的悬架尽管有各种不同的结构形式，但是一般都由弹性元件、减震器和导向机构三部分组成，个别结构还有缓冲块和横向稳定器等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。各元件功能：减震器功能:减振器是产生阻尼力的主要元件,其作用是迅速衰减汽车的振动,改善汽车的行驶平顺性,增强车轮和地面的附着力.另外,减振器能够降低车身部分的动载荷,延长汽车的使用寿命.目前在汽车上广泛使用的减振器主要是筒式液力减振器,其结构可分为双筒式,单筒充气式和双筒充气式三种。工作原理：在车轮上下跳过程中，减振器活塞在工作腔内往复运动，使减振器液体通过活塞上的节流孔，由于液体有一定的粘性和液体通过节流孔时与孔壁间产生摩擦，使动能转化成热能散发到空气中，从而达到衰减振动功能。第6页共14页6弹性元件功能：支撑垂直载荷,缓和和抑止不平路面引起的振动和冲击.弹性元件主要有钢板弹簧，螺旋弹簧,扭杆弹簧,气弹簧和橡胶弹簧等。原理：用具有弹性较高材料制成的零件，在车轮受到大的冲击时，动能转化为弹性势能储存起来，在车轮下跳或回复原行驶状态时释放出来。导向机构导向机构的作用是传递力和力矩,同时兼起导向作用。在汽车的行驶过程当中,能够控制车轮的运动轨迹。在多数轿车和客车上，为了防止车身在转向行驶等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架中还设有辅助弹性元件——横向稳定器。为限制弹簧的最大变形并防止弹簧直接撞击车架，在货车上铺设有缓冲块。在一些轿车上也设有缓冲块