悬架的弹性特性
汽车悬架对整车性能的影响
郑州电子信息职业技术学院毕业论文课题名称：________________________作者：________________________学号：________________________系别：________________________专业：________________________指导教师：________________________2010年第四章汽车悬架设计悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统(车架或承载式车身)之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。
悬架最主要的功能是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩，并缓和汽车驶过不平路面时所产生的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车的行驶平顺性。
为此必须在车轮与车架或车身之间提供弹性联接，依靠弹性元件来传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂向载荷，并依靠其变形来吸收能量，达到缓冲的目的。
采用弹性联接后，汽车可以看作是由悬挂质量(即簧载质量)、非悬挂质量(即非簧载质量)和弹簧(弹性元件)组成的振动系统，承受来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。
为了迅速衰减不必要的振动，悬架中还必须包括阻尼元件，即减振器。
此外，悬架中确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩可靠传递并决定车轮相对于车架或车身的位移特性的连接装置统称为导向机构。
导向机构决定了车轮跳动时的运动轨迹和车轮定位参数的变化，以及汽车前后侧倾中心及纵倾中心的位置，从而在很大程度上影响了整车的操纵稳定性和抗纵倾能力。
在有些悬架中还有缓冲块和横向稳定杆。
尽管一百多年来汽车悬架从结构型式到作用原理一直在不断地演进，但从结构功能而言，它都是由弹性元件、减振装置和导向机构三部分组成。
在有些情况下，某一零部件兼起两种或三种作用，比如钢板弹簧兼起弹性元件及导向机构的作用，麦克弗逊悬架(McPherson strut suspension，或称滑柱摆臂式独立悬架)中的减振器柱兼起减振器及部分导向机构的作用，有些主动悬架中的作动器则具有弹性元件、减振器和部分导向机构的功能。
悬架特性参数实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本实验旨在通过实际测试和数据分析，了解汽车悬架系统的特性参数，包括弹簧刚度、阻尼系数、悬挂行程等，并分析这些参数对汽车行驶性能的影响。
通过实验，我们可以优化悬架系统设计，提高汽车的舒适性和操控稳定性。
二、实验原理汽车悬架系统是连接车轮与车架的部件，其主要功能是吸收和缓解道路不平引起的冲击，保证车身平稳，提高乘坐舒适性。
悬架系统的特性参数主要包括弹簧刚度、阻尼系数和悬挂行程等。
1. 弹簧刚度（k）：弹簧刚度是指弹簧单位变形量所需的力。
刚度越大，弹簧越难以变形，对冲击的吸收能力越强。
2. 阻尼系数（c）：阻尼系数是指阻尼器吸收能量的能力。
阻尼系数越大，阻尼器吸收能量越多，车身振动越小。
3. 悬挂行程（x）：悬挂行程是指车轮跳动时，悬挂系统相对车架的位移。
三、实验设备1. 汽车悬架测试台2. 力传感器3. 位移传感器4. 数据采集系统5. 计算机及软件四、实验步骤1. 搭建实验平台：将汽车悬架系统固定在测试台上，确保测试过程中的稳定。
2. 安装传感器：将力传感器和位移传感器分别安装在弹簧和悬挂行程上，用于测量弹簧刚度和悬挂行程。
3. 测试弹簧刚度：在汽车静止状态下，逐渐施加力，记录力传感器输出的力值和位移传感器输出的位移值，利用胡克定律计算弹簧刚度。
4. 测试阻尼系数：在汽车静止状态下，施加一定的频率和振幅的振动，记录力传感器输出的力值和位移传感器输出的位移值，利用阻尼比公式计算阻尼系数。
5. 测试悬挂行程：在汽车静止状态下，逐渐增加车轮跳动高度，记录悬挂行程。
五、实验结果与分析1. 弹簧刚度：实验结果表明，汽车悬架系统的弹簧刚度在1.5×10^5 N/m左右，符合一般汽车悬架系统的设计要求。
2. 阻尼系数：实验结果表明，汽车悬架系统的阻尼系数在0.1左右，符合一般汽车悬架系统的设计要求。
3. 悬挂行程：实验结果表明，汽车悬架系统的悬挂行程在20cm左右，符合一般汽车悬架系统的设计要求。
悬架主要参数的确定
悬架主要参数的确定第三节悬架主要参数的确定⼀、悬架静挠度c f悬架静挠度c f ，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，即c f =Fw ／c 。
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1c f 、 2c f 代⼊式(6—1)得到分析上式可知：悬架的静挠度c f 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。
在选取前、后悬架的静挠度值1c f 和2c f 时，应当使之接近，并希望后悬架的静挠度2c f ⽐前悬架的静挠度1c f 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，故推荐取2c f =(0．8～0．9) 1c f 。
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2c f =(0．6～0．8) 1c f 。
为了改善微型轿车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。
汽车悬架设计
第六章悬架设计悬架设计§1 概述§2 悬架结构形式分析§3 悬架主要参数的确定§4 弹性元件的计算§5 主动与半主动悬架系统§1 概述一主要作用传递车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩;缓和、抑制路面对车身的冲击和振动；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性。
保证汽车的操纵稳定性。
二对悬架提出的设计要求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，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。
2 悬架结构形式分析一、非独立悬架和独立悬架悬架非独立悬架独立悬架两类左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接左、右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接非独立悬架独立悬架1 非独立悬架优点纵置钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置结构简单制造容易 维修方便 工作可靠缺点汽车平顺性较差高速行驶时操稳性差轿车不利于发动机、行李舱的布置应用：货车、大客车的前、后悬架以及某些轿车的后悬架2 独立悬架优点 簧下质量小；悬架占用的空间小；可以用刚度小的弹簧，改善了汽车行驶平顺性；由于有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，可减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力。
缺点 结构复杂 成本较高 维修困难应用：轿车和部分轻型货车、客车及越野车二、独立悬架结构形式分析分类 双横臂式 单横臂式、 双纵臂式 单纵臂式 单斜臂式麦弗逊式和扭转梁随动臂式1 评价指标：1）侧倾中心高度侧倾中心位置高，它到车身质心的距离缩短，可使侧倾力臂及侧倾力矩小些，车身的侧倾角也会减小。
悬挂的弹性特性
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制造工艺
扭杆弹簧的高强度和疲劳寿命，还有严格的制 造工艺要求，要点如下： 1）顶锻 是为了获得晶体流线，避免棒材加工 切断流线，损伤强度。也有助于节省材料，减 少机械切削工时。 2）正火 3）校直 4）喷砂 5）铣两端面、打中心孔
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制造工艺
6）扩孔，攻螺纹（C型中心孔）
✓ 减振阀 串接在贮能器与动力缸间，它的限压
阀背面有气体传来的较大的背压，只有限压阀
门承压面积与背面面积比较接近，才能在压差
作用下，克服弹簧力使阀门开启。
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✓ 强度贮备 悬挂中装有负重轮行程限位器，弹 性元件不会超载，液一气悬挂连接管路短，一 般不会产生液压振荡，压力基本不超过许用压
强[pM]。
pa
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2固定缸体式液一气悬挂的特性
➢ 贮能器内气体的状态参数为：压力p，容积V和（绝对）温 度T，由气体状态方程有： pV n 常数 T
n—多变指数，液一气弹簧中n=1.2~1.3
✓ 动构（力，Dh缸用为是管活把道塞气与直体贮径传能）给器时液相，体连气的。体压当弹能活簧转塞的变面弹为积性外AFh作为s为用力Ah的执4行D机h2
❖ 从上面的步骤可以看出，各个参数是唯一确定， 扭杆悬挂优化设计应在确定R和 k j 之前。
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四 液—气悬挂
1．结构与工艺要点
✓ 密封 密封可靠是保证液一气弹簧正常工作的 首要条件。
✓ 控制工作温度 液一气弹簧的表层温度控制在 90C之内。固定缸体式有利于向车体的甲板传 热，如散热面积不够，可以加散热片和水套。
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油气弹簧
油气弹簧以气体（氮-惰性气体）作 为弹性介质，用油液作为传力介质。油气 弹簧类型有简单式油气弹簧，不带隔膜式 的油气弹簧。带隔膜式油气弹簧，带反压 气室式油气弹簧，它的气体腔压力大，可 达30多MPa，减振器可设计在油气弹簧 内部，目前此种弹簧多用于重型车和部分 客车上。
悬架设计
悬架设计三、设计要求：1）良好的行驶平顺性：簧上质量 + 弹性元件的固有频率低；前、后悬架固有频率匹配：乘：前悬架固有频率要低于后悬架尽量避免悬架撞击车架；簧上质量变化时，车身高度变化小。
2）减振性好：衰减振动、抑制共振、减小振幅。
3）操纵稳定性好：车轮跳动时，主销定位参数变化不大；前轮不摆振；稍有不足转向（δ1>δ2）4）制动不点头，加速不后仰，转弯时侧倾角合适5）隔声好6）空间尺寸小。
7）传力可靠、质量小、强度和寿命足够。
§6-2 悬架结构形式分析：一、非独立悬架和独立悬架：二、独立悬架结构形式分析：1、评价指标：1）侧倾中心高度：A、侧倾中心：车身在通过左、右车轮中心的横向垂直平面内发生侧倾时，相对于地面的瞬时转动中心，叫侧倾中心。
B、侧倾中心高度：侧倾中心到地面的距离。
C、侧倾中心位置影响：位置高：侧倾中心到质心的距离缩短，侧向力臂和侧倾力矩↓，车身侧倾角↓；过高：车身倾斜时轮距变化大，加速轮胎车轮外倾角α磨损。
2）车轮定位参数：车轮外倾角α，主销内倾角β，主销后倾角γ，车轮前束等会发生变化。
主销后倾角γ变化大→转向轮摆振车轮外倾角α化大→直线行驶稳定性；轮距变化，轮胎磨损3）悬架侧倾角刚度A、车厢侧倾角：车厢绕侧倾轴线转动的角度B、影响：车厢侧倾角与侧倾力矩和悬架总的侧倾角刚度有关，影响操纵稳定性和平顺性4）横向刚度：影响操纵稳定性转向轴上悬架横向刚度小，转向轮易摆振， 5）空间尺寸：占用横向尺寸→影响发动机布置和拆装；占用高度尺寸→影响行李箱大小和油箱布置。
2、不同形式悬架比较（表6-1）问：A、车轮跳动时，为什么α、β、γ如此变化？B、轮距为什么如此变化？C、应用？1）双横臂式：A、α、β均变，∵非平移，选择四杆结构，可小；B、四杆；C、应用：中高轿前悬，不用于微轿（空间）。
2）单横臂：A、α、β变化大，∵绕一点横向转动；B、绕一点横向转动；C、应用：后悬，少用于前悬。
双弹簧悬架系统特性分析
双弹簧悬架系统特性分析双弹簧悬架系统是一种基于弹簧和减振器的机械系统，广泛应用于各种车辆中。
它的特点是弹性好、阻尼大、稳定性高、减震效果好，能够适应各种路况和负载条件。
在这篇文章中，我们将进行双弹簧悬架系统的特性分析，以便更好地了解该系统的性能和优势。
1. 弹簧刚度弹簧刚度是指弹簧装载单位长度的变形量，通常表示为N/m。
在双弹簧悬架系统中，弹簧刚度越大，悬架系统的硬度就越大，车辆在行驶过程中就会更加稳定，防止因道路凹凸不平而产生的跳动和颠簸。
但是弹簧刚度过大也会导致乘坐舒适性下降，因此需要根据车辆的使用情况和负载条件来选择合适的弹簧刚度。
2. 减震器阻尼减震器阻尼是指减震器对弹簧变形的阻力，也是影响悬架系统调节性的重要指标。
在双弹簧悬架系统中，减震器阻尼过大会使车辆在行驶中过于硬朗，乘坐舒适性差，而阻尼过小则会导致车辆在高速行驶和悬架急剧起伏时产生“弹跳”的现象，影响车辆行驶的稳定性。
因此，减震器阻尼的设定应该结合车速、车辆负载以及行驶路况等因素来综合考虑。
3. 负载能力负载能力是指悬架系统的承载能力，也是衡量悬架系统强度的重要指标。
在考虑悬架系统的负载能力时，不仅需要考虑车辆本身的重量，还需要考虑道路条件、行驶速度、负载分配等因素。
双弹簧悬架系统的负载能力可以通过调节弹簧刚度来进行改变。
4. 自由长度自由长度是指弹簧在未受到载荷时的长度，也是双弹簧悬架系统中的重要参数之一。
自由长度受到弹簧的直径、圈数、材料和刚度等因素的影响。
在双弹簧悬架系统中，通过调节自由长度可以改变弹簧的钩力，从而影响悬架的刚度和阻尼。
总之，双弹簧悬架系统具有弹性好、阻尼大、稳定性高、减震效果好等优点。
要发挥其最佳性能，需要根据车辆使用情况和负载条件来选择合适的弹簧刚度和减震器阻尼，并在定期保养中进行检查和维护。
悬架特性参数
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。
比较重要的参数有：1.车轮外倾角前轮外倾角分零外倾角、正外倾角、负外倾角。
如果空车时车轮的安装正好垂直于路面，则满载时车桥因承载变形而可能出现车轮内倾，这样将加速车轮胎的磨损。
另外，路面对车轮的垂直反力沿轮毂的轴向分力将使轮毂压向外端的小轴承，加重了外端小轴承及轮毂紧固螺母的负荷，降低它们的寿命。
因此，前轮有一个外倾角，同时为防止车轮出现过大的不足转向或过度转向趋势，为防止车轮出现过大的不足转向或过度转向趋势，一般希望车轮从满载位置起上下跳动40mm的范围内，车轮外倾角变化在1度左右。
车轮外倾角的变化与悬架的形式有关，车轮外倾角的设置影响到汽车的转向操作性能和直线行驶稳定性能。
汽车作曲线行驶时，车轮随车身一起倾斜，即车身外侧车轮向正的外倾角方向变化，从而降低了其侧偏性能。
为保证轮胎的侧偏性能，悬架设计要求上跳时外倾角向负值变化，下落时向正值变化。
但是从操纵稳定性来讲，要求前悬架设计成上跳时外倾角向增大方向变化，下落时向减小方向变化，后悬架设计成上跳时向减小方向变化，下落时向增大方向变化。
2.主销后倾角主销后倾角是指在车身侧视图主销轴与垂直轴的夹角，正的主销后倾角是指主销顶部向后倾的角度。
主销后倾角的主要作用是使车轮复位以提高车辆直线行驶的稳定性。
当行驶中的汽车遇到外力产生偏离时，后倾角产生回正力矩使车轮自动回复到原来位置。
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悬架的弹性特性是指悬架变形与所受垂直载荷P之间的关系曲线。
当悬架变形与所受载荷P成固定比例时，称为“线性特性曲线”。
具有线性特性曲线悬架的汽车，难以获得令人满意的平顺性。
线性悬架的弹簧刚度C是个常数。
若选择C使得汽车的偏频n在满载情况下满足要求，则当空载时，偏频n 增大，平顺性变差。
若悬架刚度C能够随着汽车簧载质量m 而变化，就可以在满载时获得令人满意的平顺性。
悬架刚度可变的悬架称为非线性悬架。
首先研究在簧载质量一定的情况下，悬架应具有弹性特性。
如下图所示，A-a-b是一种非线性的弹性特性曲线，其特点是在静载荷F C附近（a点）曲线的斜率较小，而在离静载荷较远处曲线的斜率较大。
曲线上任意点的静挠度f c由该点的纵
坐标（载荷p）和斜率（刚度c）确定，即
F
f c=C
在满载负荷F c（a点）处的静挠度按照平顺性要求（偏频），由公式计算。
在a点额曲线斜率较小，并且在a点附近斜率变化也应该小，以使汽车在一般道路行驶条件下（悬架的变形比较小时）具有较好的平顺性。
而当悬架变形比较大（趋近曲线两端）时，刚度急剧增大，在有限的动挠度f d范围内
得到比线性悬架更多的动容量。
悬架的动容量是指悬架从静
载荷的位置起，变形到结构允许的最大变形为止所消耗的功。
悬架的动容量越大，对缓冲块击穿的可能性越小，对应相同情况，线性悬架则必须增大动挠度f d，从而增大车身高度和
质心高度，导致行驶稳定性差，使车轮的动载荷增大，接地性差。
因此采用非线性悬架非常重要。
在设计中，一般使动挠度f d所对应的载荷为3〜4倍静载荷（b点）；而在a点（静载荷）附近范围内（±0.6f d），悬架刚度变化应尽可能小（对于乘用车，一般要求不超过20%）。
但是，当上述非线性特性尚不能保证装载量不同时，偏频、
车身高度保持不变。
为了实现偏频和车身高度都不随装载量
发生变化，需要采用车身高度（悬架刚度）自动调节装置。
这意味着对应每个静载荷就应该有一条弹性特性曲线，悬架的弹性特性就由一束曲线组成上图中画出了有代表性的三条曲线：曲线1、2、3分别代表静载荷为满载F C、半载P K、空载F0时的情况。
为了是车身高度和静挠度f c都不随载荷变化，这三条曲线上a、a"、a‘点的斜率必须不同。
装有车身高度自动调节装置的空气悬架可以较容易的获得上述特性。