汽车设计标准-悬架主要参数设计

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悬架主要参数的确定

一、悬架静挠度

c f 悬架静挠度，是指汽车满载静止时悬架上的载荷Fw与此时悬架刚度c之比， c f 即=Fw／c。

c f 汽车前、后悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一。因现代汽车的质量分配系数ε近似等于1，于是汽车前、后轴上方车身两点的振动不存在联系。因此，汽车前、后部分的车身的固有频率n1和n2(亦称偏频)可用下式表示

式中，c1、c2为前、后悬架的刚度(N／cm)；m1、m2为前、后悬架的簧上质量(kg)。 当采用弹性特性为线性变化的悬架时，前、后悬架的静挠度可用下式表示 111c g m f c = 222c g m f c =

式中，g为重力加速度(g=981cm／s 2

)。

将、 代入式(6—1)得到

1c f 2c

f

分析上式可知：悬架的静挠度直接影响车身振动的偏频n。因此，欲保证汽车有良好的行驶平顺性，必须正确选取悬架的静挠度。

c f 在选取前、后悬架的静挠度值和时，应当使之接近，并希望后悬架的静挠度比前悬架的静挠度小些，这有利于防止车身产生较大的纵向角振动。理论分析证明：若汽车以较高车速驶过单个路障，nl／n2<1时的车身纵向角振动要比n1/n2>1时小，故推 1c f 2c f 2c f 1c f 荐取 =(0．8～0．9) 。考虑到货车前、后轴荷的差别和驾驶员的乘坐舒适性，取前悬架的静挠度值大于后悬架的静挠度值，推荐=(0．6～0．8) 。为了改善微型轿车2c f 1c f 2c f 1c f

后排乘客的乘坐舒适性，有时取后悬架的偏频低于前悬架的偏频。

用途不同的汽车，对平顺性要求不一样。以运送人为主的轿车对平顺性的要求最高，大客车次之，载货车更次之。对普通级以下轿车满载的情况，前悬架偏频要求在1．00～1．45Hz，后悬架则要求在1．17～1．58Hz。原则上轿车的级别越高，悬架的偏频越小。对高级轿车满载的情况，前悬架偏频要求在0．80～1．15Hz，后悬架则要求在0．98～1．30Hz。货车满载时，前悬架偏频要求在1．50～2．10Hz，而后悬架则要求在1．70～2．17Hz。选定偏频以后，再利用式(6—2)即可计算出悬架的静挠度。

二、悬架的动挠度

d f 悬架的动挠度是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形(通常指缓冲块压缩到其自由高度的1／2或2／3)时，车轮中心相对车架(或车身)的垂直位移。要求悬架应有足够大的动挠度，以防止在坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块。对轿车，取7—9cm；对大客车, 取5～8cm；对货车取6～9cm。

d f d f d f d f 三、悬架弹性特性

悬架受到的垂直外力F与由此所引起的车轮中心相对于车身位移f(即悬架的变形)的关系曲线称为悬架的弹性特性。其切线的斜率是悬架的刚度。

悬架的弹性特性有线性弹性特性和非线性弹性特性两种。当悬架变形f与所受垂直外力F 之间呈固定比例变化时，弹性特性为一直线，称为线性弹性特性，此时悬架刚度为常数。当悬架变形f与所受垂直外力F之间不呈固定比例变化时，弹性特性如图6—9所示。此时，悬架刚度是变化的，其特点是在满载位置(图中点8)附近，刚度小且曲线变化平缓，因而平顺性良好；距满载较远的两端，曲线变陡，刚度增大。这样可在有限的动挠度范围内，得到比线性悬架更多的动容量。悬架的动容量系指悬架从静载荷的位置起，变形到结构允许的最大变形为止消耗的功。悬架的动容量越大，对缓冲块击穿的可能性越小。

d f 空载与满载时簧上质量变化大的货车和客车，为了减少振动频率和车身高度的变化，应当选用刚度可变的非线性悬架。轿车簧上质量在使用中虽然变化不大，但为了减少车轴对车架的撞击，减少转弯行驶时的侧倾与制动时的前俯角和加速时的后仰角，也应当采用刚度可变的非线性悬架。

钢板弹簧非独立悬架的弹性特性可视为线性的，而带有副簧的钢板弹簧、空气弹簧、油气弹簧等，均为刚度可变的非线性弹性特性悬架。

四、后悬架主、副簧刚度的分配

货车后悬架多采用有主、副簧结构的钢板弹簧。其悬架弹性特性曲线如图6—10所示。载荷小时副簧不工作，载荷达到一定值(图6—10中的F K )时，副簧与托架接触，开始与主簧共同

如何确定副簧开始参加工作的载荷F K 和主、副簧之间的刚度分配，受悬架的弹性特性和主、副簧上载荷分配的影响。原则上要求车身从空载到满载时的振动频率变化要小，以保证汽车有良好的平顺性，还要求副簧参加工作前、后的悬架振动频率变化不大。这两项要求不能同时满足。具体确定方法有两种：第一种方法是使副簧开始起作用时的悬架挠度等于汽车空载时悬架的挠度，而使副簧开始起作用前一瞬间的挠度等于满载时悬架的挠度。于是，可求得a f 0f k f c f W K F F F 0=

如。式中，Fo和Fw分别为空载与满载时的悬架载荷。副簧、主簧的刚度比为 1?=λm a c c W F F 0=λ (6--3)

式中，为副簧刚度；为主簧刚度。

a c m c 用此方法确定的主、副簧刚度比值，能保证在空、满载使用范围内悬架振动频率变化不大，但副簧接触托架前、后的振动频率变化比较大。

第二种方法是使副簧开始起作用时的载荷等于空载与满载时悬架载荷的平均值，即=0．5(Fo+Fw)，并使F。和F k F K 间的平均载荷对应的频率与F K 和Fw间平均载荷对应的频率相等，此时副簧与主簧的刚度比为

）

（）（322+?=λλm a c c (6—4)

图6—10 货车主、副簧为钢板弹簧结构的弹性特性

用此法确定的主、副簧刚度比值，能保证副簧起作用前、后悬架振动频率变化不大。对于经常处于半载运输状态的车辆，采用此法较为合适。

五、悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配

悬架侧倾角刚度系指簧上质量产生单位侧倾角时悬架给车身的弹性恢复力矩。它对簧上质量的侧倾角有影响；侧倾角过大或过小都不好。乘坐侧倾角刚度过小而侧倾角过大的汽车，乘员缺乏舒适感和安全感。侧倾刚度过大而侧倾角过小的汽车又缺乏汽车发生侧翻的感觉，同时使轮胎侧偏角增大，如果发生在后轮会使汽车增加了过多转向的可能。要求在侧向惯性力等于0．4倍车重时，轿车车身侧倾角在2．5°～4°，货车车身侧倾角不超过6°～7°。 此外，还要求汽车转弯行驶时，在0．4g的侧向加速度作用下，前、后轮侧偏角之差δ1-δ2应当在1°～3°范围内。而前、后悬架侧倾角刚度的分配会影响前、后轮的侧偏角大小，从而影响转向特性，所以设计时还应考虑悬架侧倾角刚度在前、后轴上的分配。为满足汽车稍有不足转向特性的要求，应使汽车前轴的轮胎侧偏角略大于后轴的轮胎侧偏角。为此，应该使前悬架具有的侧倾角刚度要略大于后悬架的侧倾角刚度。对轿车，前、后悬架侧倾角刚度比值一般为1．4～2．6。