悬架设计说明书

汽车设计课程设计说明书

设计题目：桑塔纳志俊汽车悬架设计

姓名车胜男

学院交通学院

专业机械设计制造及其自动化

班级机械本1105

学号20112814545

指导教师孙宏图王昕彦

2013年11月25日

5 悬架设计

5. 1悬架的结构形式 (1)

/ 15

5.2悬架弹性元件的设计与计算 (2)

5. 2. 1布置方案 (2)

5. 2.2钢板弹簧主要参数的确定 (3)

5. 3悬架对汽车主要性能的影响 (11)

5.3.1 悬架对汽车平顺性的影响 (11)

5.3.2 悬架对汽车操纵稳定性的影响 (12)

参考文献 (13)

第五章

悬架设计

5.1悬架的结构形式

悬架可分为非独立悬架和独立悬架两类

5.1.1独立悬架

独立悬架的优点是：簧下质量小；悬架占用的空间小；弹性元件只承受垂直力，所以可以用刚度小的弹簧，使车身振动频率降低，改善的汽车行驶的平顺性；由于可能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，又改善了汽车的行驶稳定性；左右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身的震动和倾斜，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力。独立悬架的缺点是结构复杂，成本较高，维修困难。这种悬架主要用于轿车和部分轻型货车、客车及越野车上。

5.1.2非独立悬架

以纵置钢板弹簧为弹性元件兼做导向装置的非独立悬架，其主要优点是结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。缺点是由于整车布置上的限制，钢板弹簧不可能有足够长度（特别是前悬架），使之刚度较大，所以汽车平顺性较差；簧下质量大；；在不平路面上行驶时，左右车轮相互影响，并使车轴（桥）和车身倾斜；当汽车直线行驶在凹凸不平的路面上时，由于左右两侧车轮反向跳动或只有一侧车轮跳动时，会产生不利的轴转向特性；汽车转弯行驶时，离心力也会产生不利的轴转向特性；车轴（桥）上方要求有与弹簧行程相适应的空间。这种悬架主要用在货车、大客车的前后悬架以及某些轿车的后悬架上。

目前汽车的前后悬架采用的方案有：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；前后轮均采用独立悬架几种 ⑷⑸。

非独立悬架的结构特点是左右车轮用一跟整体轴连接，再经过悬架与车身（或车身）连接，如图5.1（a ）所示；独立悬架的结构特点是左右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接，如图5.1 （b ）所示⑷。

图5.1悬架结构形式

a ）

要正确的选择悬架方案和参数，在车轮上下跳动时，使主销的定位角变化不大、车轮运动与导向机构运动压迫协调，避免前轮摆振；汽车转向时应使之稍有不足转向特性。

此桑塔纳轿车悬架部分结构形式选定为：

（1）前悬采用麦弗逊式独立悬架

（2）后悬采用复合扭转梁式非独立悬架

5.2 悬架弹性元件的设计与计算

5.2.1 布置方案

悬架的主要任务是传递作用在车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩，并且缓和路面传给车架（或车身）的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的震动，保证汽车行驶的平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特征；保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。

悬架由弹性元件、导向装置、减震器、缓冲块和横向稳定器等组成。

导向装置由导向杆系组成，用来决定车轮相对于车架（或车身）的运动特性，并传递出弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩。当用纵置钢板弹簧弹性元件时，它兼起到导向装置的作用。缓冲块用来减轻车轴对车架（或车身）的直接冲撞，防止弹性元件产生过大的变形。装有横向稳定器的汽车，能减少转弯行驶时车身的侧倾角和横向角所引起的震动[2]。

在对此桑塔纳轿车的设计中，对其悬架提出的设计要求有：

（1）保证汽车有良好的行驶平顺性[3]；

（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。

本设计是桑塔纳轿车的悬架设计，故采用：

（1）前悬：麦弗逊式独立悬架

（2）后悬：复合扭转梁式非独立悬架

（3）辅助元件：减震器、缓冲块

桑塔纳志俊轿车弗逊式前悬架

通过减小悬架垂直刚度c，能降低车身震动固有频率n （n =；c/m s/2冗），达到改

善汽车平顺性的目的。但因为悬架的侧倾角刚度C和悬架垂直刚度c之间是正比例关系，所以减少垂直刚度c的同时使侧倾角刚度C也减小，并使车厢侧倾角增加，结果车厢中的乘员会感到不舒服和降低了行车安全感。解决这一矛盾的主要方法是在汽车上设置横向稳定器。有了横向稳定器，就可以做到在不增大悬架垂直刚度c的条件下，增大悬架的侧倾角刚度C。

钢板弹簧在汽车上可以纵置或者横置。后者因为要传递纵向力，必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂，质量加大所以在在少数轻、微型车上应用。纵置钢板弹簧能传递各种力和力矩，并且结构简单，故在汽车上得到广泛应用。本设计采用纵置钢板弹簧。纵置钢板弹簧又分对称式和不对称式。钢板弹簧中部在车轴（桥）上的固定中心至钢板弹簧两端卷耳中心之间的距离若相等，则为对称式钢板弹簧；若不相等为不对称式钢板弹簧。多数情况下汽车采用对称式钢板弹簧，故本设计采用对称式钢板弹簧。

5.2.2钢板弹簧主要参数的确定

60Si2Mn热轧弹簧钢加热成形，而后淬火、回火，还要经过实效处理，以消除内应力材料的参数：

弯曲应力：P 445MP a G 79 10

弹性模量：3

E 206 10

使用温度：40 : 2000C

剪切应力：b 1569MPa

据《机械零件设计手册》

冶金工业出版社表25 —5

钢板弹簧主要参数的确定

在进行钢板弹簧计算之前，应当知道下列初始条件：满载静止时汽车前后轴（桥）符合G1、

2和簧下部分荷重G ul、G u2，并根据此计算出单个钢板弹簧的载荷：F w,:（Gl - G u1）12和F w2=（G2-G U2）12，悬架的静扰度f c和动扰度f d，汽车的轴距等。

满载弧高f a

满载弧高f a是指钢板弹簧装带轴（桥）上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差，如图6.1所示：f a用来保证汽车具有给顶的高度。当f a为0时，钢板弹簧在对称位置上工作。为了在车架高度已限定时能得到足够的动扰度值，常取f a =10-20mm本设计取f a=20mm

图6.1钢板弹簧弧高示意图

钢板弹簧长度L的确定

钢板弹簧长度L是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。增加钢板弹簧长度L能显著降低弹簧应力，提高使用寿命；降低弹簧刚度，改善汽车平顺性；在垂直刚度c给定的条件下，又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度。钢板弹簧的纵向角刚度系指钢板弹簧产生单位纵向转角时，作用到钢板弹簧上的纵向力矩值。增大钢板弹簧纵向角刚度的同

5 / 15

时，能减少轮扭转力矩所引起的弹簧变形；选用长些的钢板弹簧，会在汽车上布置时产生困难。原则上在总布置可能的条件下，应尽可能将钢板弹簧取长一些。本设计采用 L=0.43 X 轴距。

L=1600X 0.437=668mm

钢板断面尺寸及片数的确定 ⑴钢板断面宽度b 的确定

有关钢板弹簧的刚度、强度等，可按等截面简支梁啊计算公式计算，但需要引入扰度增大系数S 加以修正。

由于钢板弹簧的主片有一部分要用着卷耳 L = L-Ks

因此，可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯性矩

[(L kS)3 4 5 6 7 8c ]

48E

[(1086 0.5 76)3 59.37 1.282]

S = 76 mm （ U 型螺旋中心距）

n1 ........ 与主片长度相等的片数 n 0 ......... 总片数

E=206 10 N/mm (弹性模量)

钢板弹簧总截面系数W 用下式计算

1421 (688 0.5 76)

48 206 10

8911.205

4 450

513.13

_ _ 2

对于55SiMnVB 或60Si2Mn 等材料，表面经喷丸处理后，推荐［w ］在400?550N/mm ，本设计选取[w ]=450 N/mm

F w 3562.5 N

59.37 N / mm 1.5 (1.04 0.5 ) n_ 1 n ° 4

1.5

r 1.04 (1 -)

1.282

（为挠度增大系数）

F w (L ks) 4[ w

]

取 w 0

514

60mm