吉林大学汽车设计课件第六章

汽车工程系第六章悬架设计第一节概述第二节悬架结构形式分析第三节悬架主要参数的确定第四节弹性元件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第六章悬架设计汽车工程系第一节概述一、功用弹性连接车架（车身）与车轴（车轮）传递作用在车轮与车架（车身）之间的一切力和力矩缓和路面传给车架（车身）的冲击载荷，缓和振动，保证行驶平顺性保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力第六章悬架设计汽车工程系第一节概述二、组成弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器二．组成弹性元件导向装置减振器缓冲块横向稳定器悬架弹性元件缓冲块横向稳定器减振装置导向装置钢板弹簧螺旋弹簧扭杆弹簧空气弹簧油气弹簧橡胶弹簧非独立悬架独立悬架平衡式悬架交联式悬架主动式悬架二．组成弹性元件导向装置减振器缓冲块横向稳定器悬架弹性元件缓冲块横向稳定器减振装置导向装置钢板弹簧螺旋弹簧扭杆弹簧空气弹簧油气弹簧橡胶弹簧非独立悬架独立悬架平衡式悬架交联式悬架主动式悬架悬架弹性元件缓冲块缓冲块横向稳定器横向稳定器减振装置减振装置导向装置钢板弹簧钢板弹簧螺旋弹簧螺旋弹簧扭杆弹簧扭杆弹簧空气弹簧空气弹簧油气弹簧油气弹簧橡胶弹簧橡胶弹簧非独立悬架非独立悬架独立悬架独立悬架平衡式悬架平衡式悬架交联式悬架交联式悬架主动式悬架主动式悬架第六章悬架设计汽车工程系第一节概述三、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第六章悬架设计汽车工程系第一节概述四、分类三．分类1．悬架的分类分类非独立悬架独立悬架简图结构特点左右车轮用一根整体轴连接，再经悬架与车架（身）连接左右车轮用各自的轴和悬架再经悬架与车架（身）连接三．分类1．悬架的分类分类非独立悬架独立悬架简图结构特点左右车轮用一根整体轴连接，再经悬架与车架（身）连接左右车轮用各自的轴和悬架再经悬架与车架（身）连接分类非独立悬架独立悬架简图结构特点左右车轮用一根整体轴连接，再经悬架与车架（身）连接左右车轮用各自的轴和悬架再经悬架与车架（身）连接第六章悬架设计汽车工程系第一节概述四、分类——独立悬架2．独立悬架的分类横臂式纵臂式双横臂式单横臂式单纵臂式双纵臂式单斜臂式麦弗逊式扭转梁随动臂式2．独立悬架的分类横臂式纵臂式双横臂式单横臂式单纵臂式双纵臂式单斜臂式麦弗逊式扭转梁随动臂式第六章悬架设计汽车工程系第二节悬架结构形式分析一、非独立悬架和独立悬架第二节悬架结构分析一．非独立悬架和独立悬架形式特点非独立悬架独立悬架备注结构简单复杂制造容易稍难工作可靠维修方便困难汽车平顺性较差好簧下质量大小于不平路段，车身倾斜大小轴转向特性有没有占用空间大小成本低高应用货客前后悬架轿车后悬架轿车轻货客越野车非独立悬架指纵置钢板弹簧而言钢板弹簧长度短，刚度大，独立悬架弹性元件只受垂直力，刚度小钢板弹簧在不平路段或转弯行驶都有轴转向，并使汽车有过多转向第二节悬架结构分析一．非独立悬架和独立悬架形式特点非独立悬架独立悬架备注结构简单复杂制造容易稍难工作可靠维修方便困难汽车平顺性较差好簧下质量大小于不平路段，车身倾斜大小轴转向特性有没有占用空间大小成本低高应用货客前后悬架轿车后悬架轿车轻货客越野车非独立悬架指纵置钢板弹簧而言钢板弹簧长度短，刚度大，独立悬架弹性元件只受垂直力，刚度小钢板弹簧在不平路段或转弯行驶都有轴转向，并使汽车有过多转向第六章悬架设计汽车工程系第二节悬架结构形式分析二、独立悬架结构方式分析二、不同形式独立悬架方案分析导向机构形式特性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轻中心高度①、比较低比较高比较低居中比较高比较低车轮相对车身跳动时，车轮定位参数的变化②车轮外倾角，主销内倾角都变化车轮外倾角，主销内倾角变化大主销后倾角变化大有变化变化小两轮同时跳动不变轮距③变化小变化大不变变化不大变化很小不变悬架侧倾角刚度④较小，要横稳器较大较小，要横稳器居中较大较大横向刚度⑤大大小较小大大占用空间尺寸⑥多少几乎不占高度空间尺寸小小结构稍复杂简单简单简单简单紧凑简单成本稍高低低低轴距不变不变变变化很小不变变二、不同形式独立悬架方案分析导向机构形式特性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轻中心高度①、比较低比较高比较低居中比较高比较低车轮相对车身跳动时，车轮定位参数的变化②车轮外倾角，主销内倾角都变化车轮外倾角，主销内倾角变化大主销后倾角变化大有变化变化小两轮同时跳动不变轮距③变化小变化大不变变化不大变化很小不变悬架侧倾角刚度④较小，要横稳器较大较小，要横稳器居中较大较大横向刚度⑤大大小较小大大占用空间尺寸⑥多少几乎不占高度空间尺寸小小结构稍复杂简单简单简单简单紧凑简单成本稍高低低低轴距不变不变变变化很小不变变第六章悬架设计汽车工程系第二节悬架结构形式分析二、独立悬架结构方式分析①侧倾中心位置高，它到车身质心距离短，则侧倾力臂及力矩小，车身侧倾角小。侧倾中心位置高，车身侧倾时轮距变化大，轮胎磨损↑②主销后倾角变化大转向轮易摆振；外倾角变化大影响直线行驶稳定性和轮距变化，轮胎磨损速度↑③轮距变化影响轮胎磨损速度④悬架侧倾角刚度影响车厢侧倾角大小⑤悬架横向刚度小，转向轮容易摆振⑥占用空间大小影响发动机布置、拆装的方便性第六章悬架设计汽车工程系第二节悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择1.前后悬架的匹配三、前、后悬架方案的选择1．前后悬架的匹配方案悬架方案前悬架后悬架备注Ⅰ非独立悬架Ⅱ独立悬架非独立悬架Ⅲ独立悬架纵置钢板弹簧三、前、后悬架方案的选择1．前后悬架的匹配方案悬架方案前悬架后悬架备注Ⅰ非独立悬架Ⅱ独立悬架非独立悬架Ⅲ独立悬架纵置钢板弹簧第六章悬架设计汽车工程系第二节悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2.三种匹配方式1）前、后轮采用非独立悬架纵置钢板弹簧优点：1)悬架结构简单2)维修保养方便3)在车上布置容易4)制造容易5)可传递各种力和力矩纵置钢板弹簧缺点：1)质量大2)簧下质量大3)悬架弹性特性是线形的4)寿命短5)长度短，刚度大，平顺性差第六章悬架设计汽车工程系第二节悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2.三种匹配方式1）前、后轮采用非独立悬架上述优缺点是指一副钢板弹簧而言，如果前后轴（桥）四个车轮都装有纵置钢板弹簧，对整车来说又有下述缺点：（1）汽车转弯行驶有轴转向效应：对前轴增加不足转向趋势；对后桥增加过多转向趋势。为克服后者，轿车要求将后悬架的前吊耳位置布置低些。（2）前悬架采用纵置钢板弹簧，前轮容易摆振，汽车操纵稳定性变坏。应用：中、重型货车第六章悬架设计汽车工程系第二节悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2.三种匹配方式1）前、后轮采用非独立悬架第六章悬架设计汽车工程系第二节悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2.三种匹配方式1）前、后轮采用非独立悬架第六章悬架设计汽车工程系第二节悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2.三种匹配方式2）前轮独立、后轮非独立（1）目前轿车前轮多采用车轮上、下跳动时，车轮定位参数变化小的麦弗逊式悬架，因而可以保证前轮不易发生摆振现象，使汽车有良好的操纵稳定性。麦弗逊式悬架优、缺点见前述。除此之外，两前轮装上麦弗逊式悬架以后，当主销轴线的延长线与地面的交点位于轮胎胎冠印迹中心外侧时，具有负主销偏移距rs，有利于制动稳定性第六章悬架设计汽车工程系第二节悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2.三种匹配方式2）前轮独立、后轮非独立（2）前悬架采用双横臂式独立悬架、后悬架采用纵置钢板弹簧非独立悬架时，可通过将双横臂中的上横臂支承轴销的轴线布置成前高后低状，使悬架的纵向运动瞬心位于能减少制动前俯角处，使制动时车身纵倾减少，达到保持车身有良好的稳定性能。第六章悬架设计汽车工程系第二节悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2.三种匹配方式3）前、后轮独立轿车前轮用麦弗逊式悬架，后轮用扭转梁随动臂式后悬架。用的非常广泛。（2）前悬架采用双横臂式独立悬架、后悬架采用纵置钢板弹簧非独立悬架时，可通过将双横臂中的上横臂支承轴销的轴线布置成前高后低状，使悬架的纵向运动瞬心位于能减少制动前俯角处，使制动时车身纵倾减少，达到保持车身有良好的稳定性能。3）前、后轮采用独立悬架轿车前轮用麦弗逊式悬架，后轮用扭转梁随动臂式后悬架。用的非常广泛。衬套形式特点传统橡胶衬套各向异性橡胶衬套隔振性能良好良好隔声性能良好良好衬套特性各向同性各向异性对转向特性影响过多转向而且较大可防止产生过多转向①安装衬套位置要求没有有（方向不能错）（2）前悬架采用双横臂式独立悬架、后悬架采用纵置钢板弹簧非独立悬架时，可通过将双横臂中的上横臂支承轴销的轴线布置成前高后低状，使悬架的纵向运动瞬心位于能减少制动前俯角处，使制动时车身纵倾减少，达到保持车身有良好的稳定性能。3）前、后轮采用独立悬架轿车前轮用麦弗逊式悬架，后轮用扭转梁随动臂式后悬架。用的非常广泛。衬套形式特点传统橡胶衬套各向异性橡胶衬套隔振性能良好良好隔声性能良好良好衬套特性各向同性各向异性对转向特性影响过多转向而且较大可防止产生过多转向①安装衬套位置要求没有有（方向不能错）第六章悬架设计汽车工程系第二节悬架结构形式分析三、前后悬架方案的选择2.三种匹配方式3）前、后轮独立——橡胶衬套因橡胶衬套横截面方向上，按对角线方向开有楔形孔。结果在不同方向衬套的刚度不一样。即：在汽车纵轴线方向衬套的刚度小；衬套的纵向刚度大；衬套的总扭转刚度大b、c两项大的原因是：转向行驶时，车轮与地面之间作用有侧向力FY1、FY2→简化作用到衬套上的力F1、F2和力矩M1、M2→在F1和F2作用下衬套内、外侧相对移动，同时处于橡胶衬套内径处的金属隔套突肩压紧橡胶衬套，使之纵向刚度↑，扭转刚度↑。→减轻轴转向效应，操纵稳定性好。第六章悬架设计汽车工程系第二节悬架结构形式分析四、弹性元件分析四．弹性元件结构分析钢板弹簧形式特点多片变厚少片螺旋弹簧扭杆弹簧空气弹簧油气弹簧橡胶弹簧单位质量贮能量最小←—较小←—最大较大←—质量大较小①←—←—小较小①小簧下质量大较小小小②小较大小悬架弹性特性线性←—非线性←—←—←—←—悬架结构简单←—复杂←—←—←—←—维修与保养方便③←—③←—③←—③困难←—寿命④短←—较长长←—←—易老化制造要求不高←—高←—密封好←—车身高度可调←—车上布置容易←—←—←—困难←—四．弹性元件结构分析钢板弹簧形式特点多片变厚少片螺旋弹簧扭杆弹簧空气弹簧油气弹簧橡胶弹簧单位质量贮能量最小←—较小←—最大较大←—质量大较小①←—←—小较小①小簧下质量大较小小小②小较大小悬架弹性特性线性←—非线性←—←—←—←—悬架结构简单←—复杂←—←—←—←—维修与保养方便③←—③←—③←—③困难←—寿命④短←—较长长←—←—易老化制造要求不高←—高←—密封好←—车身高度可调←—车上布置容易←—←—←—困难←—第六章悬架设计汽车工程系第二节悬架结构形式分析四、弹性元件分析①变厚少片簧比多片减少20%～40%的质量；油气弹簧比多片钢板弹簧轻50%②扭杆弹簧本身固定在车架上，∴簧下质量小。③板簧轴销处要求每天或行驶500公里保养一次，即加注润滑脂。④板簧在交变应力作用下，并有污泥、浊水腐蚀，易产生细而深裂纹→疲劳裂纹。板簧寿命好路10～15万Km坏路1～1.5万Km一般4～5万Km空气弹簧气囊寿命是板簧四倍.第六章悬架设计汽车工程系第二节悬架结构形式分析五、辅助元件分析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，达到改善平顺性的目的。但因为悬架侧倾角刚度和悬架垂直刚度之间是正比关系，所以减小垂直刚度同时会减小侧倾角刚度，并使车厢侧倾角增加，使乘员不舒服和降低了行车安全感。因此设置横向稳定器，在不增大垂直刚度条件下增大悬架侧倾角刚度。汽车转弯行驶时前后轴车轮负荷转