汽车悬架设计

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悬架设计
一、悬架主要性能参数的确定
    悬架应首先保证整车有良好的行驶平顺性和操纵稳定性，这是确定悬架主要性能参数的重要依据
（一）、前、后悬架静挠度和动挠度的选择
1、偏频与静挠度
    （1）、 n1=12π c1/m 1    n2=12π c2/m 2              (1-1)
（2）、 fc1=m1g/ c1        fc2=m2g/ c2  （g=981cm/s2）     (1-2)
（3）、 n1≈5/fc1      n2≈5/fc2                     (1-3)
式中n1、n2—前、后悬架的偏频，单位Hz（偏频越低，行驶平顺
            性越好）；见表一
    fc1、fc2—前、后悬架在簧载质量m1、m2作用下的静挠度，单位cm；
    c1 、c1 —前、后悬架的刚度。
表一  偏频与挠度
车型        n/Hz        fc/cm        Fd/cm
货  车        1.5~2.2        5~11        6~9
轿  车        0.9~1.6        10~30        7~9
大客车        1.3~1.8        7~15        5~8
越野车        1.4~2.0        6~13        7~13
    根据分析，在n1/ n2＜1时的车身角振动要比n1/ n2＞1时小，因此推荐如下：
a、高速车  fc2=（0.8~0.9）fc1
b、货车    fc2=（0.6~0.8）fc1
c、微型轿车为了改善后座的舒适性，也有设计成后悬架的偏频低于前悬架的偏频，即n1/ n2＞1
   此时fc2＞fc1
   （注：对于纵置钢板弹簧组成的非独立悬架，悬架的静挠度与弹性元件的静挠度是一样的；对于螺旋弹簧的独立悬架，就有可能是不一样的）
2、静挠度与动挠度
悬架的动挠度是指由满载位置开始，压缩到结构允许的最大变形（通常指缓冲块压到其自由高度的1/2或1/3）时，车轮中心相对于车架（或车身）的相对位移。
悬架静挠度的选择通常按相应的静挠度值来选择，它与车型和经常使用的路况有密切关系。对于在好路面行驶的轿车来说，其fd/fc
应小些，对于在坏路行驶的越野车来说，其fd/fc应大一些。
（二）、货车后悬架主、副簧的刚度分配
第一种方法：是使副簧开始起作用时的悬架挠度fa，等于汽车空载时的悬架的挠度f0，；而使副簧开始起作用前一瞬间的挠度fk等于满载时的悬架挠度fc，可求得副簧开始起作用时的载荷Fk是等于空载与满载时悬架载荷F0和Fc的比例中项，即Fk=F0Fc ，而主、副簧的刚度比为Ca/Cm=λ –1（其中λ= F0/Fc）。该种方法可使空、满载悬架系统的振动频率变化不大，但副簧接触托架前、后的频率突变较大（一般采用副簧与前、后托架错开接触），主要适用于半载运输状态少的货车。
第二种方法：副簧开始起作用时的载荷Fk是等于空载与满载时悬架载荷F0和Fc的平均值，即Fk= 0.5（F0+Fc），而主、副簧的刚度比Ca/Cm=2λ–1/λ+3（其中λ= F0/Fc）。该种方法确定的副簧接触载荷，会使副簧接触托架前、后的频率突变小些，但却使全部载荷变化范围内的频率差变化大。主要适用于经常处于半载状态运输或主、副簧刚度比较小的车辆。
二、弹性元件的计算
（一）钢板弹簧的计算
1、钢板弹簧主要参数和尺寸的确定
（1）弹簧的载荷Fw—由总布置给定。
（2）弹簧长度L—推荐如下数值：轿车：L=（0.40—0.55）轴距；货车：前悬架的L=（0.26—0.35）轴距，后悬架的L=（0.35—0.45）轴距。
（3）静挠度fc和动挠度fd—根据偏频n，再根据公式1-3（n1≈5/fc1   n2≈5/fc2 ）确定fc，然后根据表一确定fd。
（4）满载弧高fa—一般希望为零，但考虑到弹簧的塑性变形，一般常取fa=10~20mm。
2、钢板弹簧的强度计算
（1）钢板弹簧的刚度c= Fw/ fc                             (2-1)
（2）总惯性距J0=δ(L-ks)3c48E (如果已知J0,可计算出板簧的自由刚度与夹紧刚度)   (2-2)
    J0—总惯性距，为各片板簧的惯性距之和；
    s—U形螺栓中心距，单位为mm；
    k—刚性夹紧取0.5，挠性夹紧取0；
   δ—挠度增大系数。先确定与主片等长的重叠片数n1，估计一个总片数n0，求得η= n1/ n0
       然后用下式确定                  δ=1.5/[1.04(1+0.5η)]，
       或者利用计算较精确的公式        δ=3（1-η）3 [0.5-2η+η2(1.5-lnη)]；
E—材料的弹性模量  E=205800N/mm2。
（3）钢板弹簧的强度，用应力公式计算
     σc=Fw(L-ks)4W0 ≤[σc]    （此时W0为已知）              (2-3)
    对于经应力喷丸处理的55SiMnVB或60Si2Mn等材料，推荐[σc]在下列范围内选取：前板簧—350~450N/mm2；后主簧—450~550 N/mm2；后副簧—220~250 N/mm2。对于静挠度大一些的弹簧，[σc]也取得大一些。
美国SAE推荐下列公式计算许用静应力（单位为N/mm2），即：
         σc=（1.39~1.55）fc+（245~315）            (2-4)
式中fc（单位为mm）值越大，相应的不确定数值也应取得大一些。
（4）板簧的厚度hp   由公式(2-4)确定的σc值，再根据公式(2-3)求出W0，然后代入以下公式hp=2J0W0 =δ(L-ks)2σc6EfC  (2-5)，求出板簧的平均厚度hp，(叶片厚度hp初选后要进行比应力与极限应力计算，如果比应力不合适，需进一步调整板簧的厚度以及片数)再通过表二选取板簧的叶片宽度b。
表二、热扎扁钢截面弹簧钢（GB1222-84）
  厚度宽度        5        6        (6.5)        7        8        9        (9.5)                11        12        (13)                16        18                25        30
45505560(63)657075(76)8090100120140160        +++        +++++++        ++++        +++++        ++++++++++++++        ++O+++        +++++        +++++++O+++++++        ++++O++++++        ++++++++        +++++        +++        +++        ++        +++        +++        +
    注：1、带圆括号的尺寸不推荐使用；   2、带O者为单面双槽弹簧扁钢尺寸
    在选取板簧叶片宽度时应遵循以下几条原则：①叶片宽度不可太宽，否则车身受侧向力时，扭曲应力会增大；②叶片宽度不可太窄，否则会因叶片增加，而增加各片的摩擦和板簧的高度；③通常推荐叶片宽度与厚度的比值为6＜b/hp＜10。
（5）比应力  对于不开槽的板簧比应力σ—=σc fc =6Ehp  δ(L-ks)2   (2-6)
             对于开槽的板簧比应力  σ—=12Ea δL2           (2-7)
                      [其中a为板簧叶片中性层到受拉表面的距离（单位mm）]
    比应力对板簧的疲劳寿命有显著影响，建议控制在以下范围内：货车的前、后簧σ—=45~55MPa/cm，平衡悬架σ—=65~80MPa/cm，后悬架副簧σ—=75~85MPa/cm。一般静应力较大的弹簧，比应力应取下限。
（6）极限应力   在板簧最大动行程时，可用以下两公式进行计算。
           δmax=σ—（fc+fd）                           (2-8)
           δmax=6Ehp (fc+fd) 8(L-ks)2 ≤900~1000N/mm2            (2-9)
3、钢板弹簧各参数的确定
    （1）片厚hp、总片数n0
    如果根据比应力公式(2-6)、(2-7)验算的结果超出规定范围，应修改片厚hp以及总片数n0，再根据公式求出δ，最后根据公式(2-2)、(2-3)或(2-4)、(2-5)计算出板簧的平均厚度hp。根据标准热扎扁钢的尺寸，理论计算直至达到表二的要求为止。

hanyan3448

1．
输入参数
选择片宽

满足应力要求?（是）
输出总片数、片宽、长度
圆整片长度

校验刚度、应力

计算各片应力
预应力校验
自由弧高计算

xiaold

搂主做得不错，学习了！
还请楼主把汽车设计作系列讲座吧，最好把如何合理选用参数的经验体会，作些详细解释。比如：哪些参数最关键，最好选多少？选大选小对制造使用成本或制造工艺技术难易程度方面有何影响？如何把握？等等。。。。。
记得有汽车专业刚入学的新生发过这样的疑问：“中国汽车业到底能不能造出世界上技术最尖端的汽车？为什么不做到最好？”我当时这么回答的：中国汽车业即使能设计出最尖端的汽车，恐怕也难以加工制造出来；也就是说，一是生产技术成本和用户接受市场等因素的影响，没人会去做这种尖端的研发；二是加工工艺水平、检测实验技术水平有限，要超过比我们先进二、三十年的发达汽车业仅从经验的积累上说恐怕确实都不容易。
搂主在介绍设计理论的同时，能否再附带给我们多介绍些汽车设计技术的先进经验技术和国内外尖端的技术设计思路方法？先真诚感谢！恭候。。。。。。:victory:

tianjinxiaoxu

朋友们你们好>我现在需要你们帮助,我是一个设计(移动用房),现在我接了移动别墅设计,我需要一份CAD版面图纸(车辆底盘)就想金龙大客车整套图纸,不要发动,不要电器,那位可以给我这样图纸,我谢谢

wangj

在超载要求高的车辆上,应严格控制极限应力,同时应控制前后悬架的偏频比,否则平顺性会不好,空车时会有较大的振动,操纵性变坏

janus

和书上一样，有些不适合实际应用，整车厂谁会把板簧单片长度、寿命强度都算出来啊，都是配套厂做的。板簧的反跳怎么去啊！求教！

cgq166

有麦弗逊悬架的图纸吗？我正在搞，有的话请帮忙发给我！cgq166@163.com谢谢

duff

（1）、 n1=12π c1/m 1    n2=12π c2/m 2              (1-1))

第一个公式就是错的，应该有个根号，而且系数是2
  （1）、 n1=2π*  sqrt( c1/m 1)

不知道前面说实用的人到底用了没，要是用这个设计车了，赶快去改！呵呵

lx2008

楼主在写这一段的时候，一定有很多收获吧！交流一下用此公式计算的心得吧，呵呵

多彩胡须

还是挺好的东东的，估计是lz写错了平方根了呵呵

piko926

能完全的做成文档的形式就更好了！

kevin21

想问问，悬架与车架的铰接点的相对位置尺寸怎么确定？能不能提供几个具体车型悬架的尺寸，谢谢！

hhhchina1983

个人建议：希望论坛不要有这种主题形式出现，完全是课本上的，提倡交流经验和解决问题！

xj5518977

整体感觉不错，但好象是汽车设计书上的模版

panxiaoyun10

做设计的人肯定用的到，我的毕业设计刚好是悬架设计，收藏了。谢谢楼主