第7章行駛系設(shè)計(jì)

第七章行駛系設(shè)計(jì)一、功用

1.將傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)力2.支承整車，傳遞且承受各種反力及力矩3.緩沖、減振,保證汽車行駛的平順性

4.配合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，控制汽車的行駛方向，并保證汽車的操縱穩(wěn)定性5.配合制動(dòng)系統(tǒng)，保證汽車的制動(dòng)性二、分類三、組成

§6-1概述1四、對(duì)行駛系的要求1、乘用車2、商用客車3、商用載貨汽車4、重型商用車5、越野車第六章行駛系設(shè)計(jì)2§6-2車架的設(shè)計(jì)一、功用1.支承和連接汽車各零部件2.承受車內(nèi)外的各種載荷（靜載荷與動(dòng)載荷）二、要求1.足夠的強(qiáng)度、剛度、適當(dāng)?shù)呐まD(zhuǎn)剛度2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕3.形狀有利于減低重心、增大轉(zhuǎn)向角三、類型1.邊梁式2.中梁式（脊骨式）3.綜合式第六章行駛系設(shè)計(jì)3四、車架形式的確定1、寬度前部寬度、后部寬度、整車寬度2、縱梁形式3、橫梁形式商用貨車橫梁4-6根，乘用車或輕型商用貨車采用X形4、縱梁與橫梁連接方式乘用車：焊接貨車：鉚釘連接第六章行駛系設(shè)計(jì)4五、車架的受載分析

（1）靜載荷（2）對(duì)稱的垂直動(dòng)載荷平坦道路上以較高車速行駛時(shí)產(chǎn)生，與垂直振動(dòng)加速度有關(guān)，使車架產(chǎn)生彎曲變形（3）斜對(duì)稱的動(dòng)載荷崎嶇不平的道路上產(chǎn)生，使車架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形（4）其他載荷側(cè)向力、慣性力等第六章行駛系設(shè)計(jì)51概述2懸架結(jié)構(gòu)形式分析3懸架主要參數(shù)的確定4彈性元件的計(jì)算5獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)6減振器§6-3懸架設(shè)計(jì)第六章行駛系設(shè)計(jì)6概述

一、主要作用

傳遞車輪和車架（或車身）之間的一切力和力矩；緩和、抑制路面對(duì)車身的沖擊和振動(dòng)（平順性）；保證車輪在路面不平和載荷變化時(shí)有理想的運(yùn)動(dòng)特性（操穩(wěn)性）懸架：車架（或車身）與車橋（或車輪）之間的所有傳力連接 裝置的總稱7二、組成彈性元件——緩和沖擊減振器——減振，使振動(dòng)迅速衰減橫向穩(wěn)定器——防止車身產(chǎn)生過(guò)大側(cè)傾

導(dǎo)向裝置——傳遞各種力和力矩，導(dǎo)向緩沖塊——減輕車軸對(duì)車架（或車身）的直接沖撞8三、對(duì)懸架提出的設(shè)計(jì)要求

1）保證汽車有良好的行駛平順性2）具有合適的衰減振動(dòng)能力3）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性4）汽車制動(dòng)或加速時(shí)要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾5）汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，車身的側(cè)傾角要合適9懸架結(jié)構(gòu)形式分析一、非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架

懸架

非獨(dú)立懸架獨(dú)立懸架左、右車輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過(guò)懸架與車架（或車身）連接左、右車輪通過(guò)各自的懸架與車架（或車身）連接101、非獨(dú)立懸架

車輪跳動(dòng)時(shí)，輪距、前束變化小，故輪胎磨損小轉(zhuǎn)向時(shí)，車身側(cè)傾后車輪外傾角不變，故承受側(cè)向力的能力不變側(cè)傾中心位置高，有利于減小轉(zhuǎn)向時(shí)車身的側(cè)傾角汽車平順性較差（非懸掛質(zhì)量大）高速行駛時(shí)操穩(wěn)性差（輪胎接地性差）乘用車不利于發(fā)動(dòng)機(jī)、行李艙的布置應(yīng)用：商用車的前、后懸架以及某些乘用車的后懸架112、獨(dú)立懸架

平順性好質(zhì)心高度下降，↑行駛穩(wěn)定性車身傾斜和振動(dòng)↓，地面附著能力↑懸架占用空間小結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修困難成本較高輪距變化大，輪胎磨損嚴(yán)重應(yīng)用

：乘用車和部分輕型商用車12二、獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式分析

不同懸架基本特性的評(píng)價(jià)角度：

1）側(cè)傾中心高度

h↑→Φ↓；h↑↑→△B↑→輪胎磨損↑2）車輪定位參數(shù)的變化

→轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生擺振；影響汽車直線行駛穩(wěn)定性，且↑△B→輪胎磨損↑3）懸架側(cè)傾角剛度4）橫向剛度5）占用的空間尺寸cΦ↑→平順性↓；cΦ↓→乘員安全與穩(wěn)定↓影響操穩(wěn)性；剛度↓→轉(zhuǎn)向輪擺振發(fā)動(dòng)機(jī)的布置與拆裝13雙橫臂式（雙叉式）獨(dú)立懸架側(cè)傾中心高度低輪距變化小，輪胎磨損速度慢橫向剛度大車輪外傾角與主銷內(nèi)傾角均有變化懸架側(cè)傾角剛度較小，需用橫向穩(wěn)定器空間尺寸占用較多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，前懸架用得較多14單橫臂式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心高度比較高懸架側(cè)傾角剛度較大，可不需橫向穩(wěn)定器橫向剛度大空間尺寸占用較少結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低車輪外傾角與主銷內(nèi)傾角變化大輪距變化大，輪胎磨損速度快15單縱臂式獨(dú)立懸架輪距不變幾乎不占用高度空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低側(cè)傾中心高度比較低主銷后傾角變化大懸架側(cè)傾角剛度較小，需橫向穩(wěn)定器橫向剛度小16斜臂式獨(dú)立懸架幾乎不占用高度空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低輪距變化不大側(cè)傾中心高度介于單橫臂與單縱臂之間懸架側(cè)傾角剛度介于單橫臂與單縱臂之間橫向剛度較小主銷定位參數(shù)有變化17麥弗遜式側(cè)傾中心高度比較高車輪定位參數(shù)的變化小輪距變化很小懸架側(cè)傾角剛度較大，可不需橫向穩(wěn)定器橫向剛度大空間尺寸占用較少結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，乘用車用得較多18扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心高度比較低車輪定位參數(shù)在左右輪同時(shí)跳動(dòng)時(shí)不變輪距不變懸架側(cè)傾角剛度較大，不需橫向穩(wěn)定器橫向剛度大占用空間小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于FF乘用車的后懸架19三、前、后懸架方案的選擇采用的方案

前輪和后輪均采用非獨(dú)立懸架前輪采用獨(dú)立懸架，后輪采用非獨(dú)立懸架前輪與后輪均采用獨(dú)立懸架1.前輪和后輪均采用非獨(dú)立懸架汽車的軸轉(zhuǎn)向效應(yīng)對(duì)前軸，這種偏轉(zhuǎn)使汽車不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)增加對(duì)后橋，則增加了汽車過(guò)多轉(zhuǎn)向趨勢(shì)

20改善措施：減小汽車的軸轉(zhuǎn)向效應(yīng)此外，采用縱置鋼板彈簧非獨(dú)立懸架時(shí)，因前輪容易發(fā)生擺振現(xiàn)象，影響操穩(wěn)性，故乘用車多采用獨(dú)立懸架212.前后輪均采用獨(dú)立懸架FF型乘用車多采用麥弗遜式前懸架和扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式后懸架結(jié)構(gòu)緊湊制動(dòng)穩(wěn)定性好（負(fù)主銷偏移距）前懸架22傳統(tǒng)橡膠襯套及其產(chǎn)生的軸轉(zhuǎn)向效應(yīng)23在有側(cè)向力作用下時(shí)，能使縱向剛度和總扭轉(zhuǎn)剛度增大，減輕了軸轉(zhuǎn)向效應(yīng)，具有更好的操縱穩(wěn)定性。

扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式懸架用橡膠襯套

242.緩沖塊

1.橫向穩(wěn)定器↓c可↓n，但c↓→cΦ↓→乘員不舒適，沒(méi)有安全感→橫向穩(wěn)定器四、輔助元件起限制懸架最大行程的作用cΦ↑→△Fz↑→↓→↑∴應(yīng)使cΦ1>cΦ2Hi，好久不見(jiàn)，大家還記得我嗎？

25懸架主要參數(shù)的確定

一、前后懸架的靜撓度、動(dòng)撓度的選擇fc=Fw/c1、概念1)靜撓度2)動(dòng)撓度f(wàn)d1）使懸架系統(tǒng)有較低的固有頻率2、選擇要求及方法2）n1與n2的匹配要合適3）fd要合適,根據(jù)不同的車型和不同路面條件選擇26汽車前、后部分的固有頻率n1和n2（亦稱偏頻）1）懸架系統(tǒng)的固有頻率n↓→az↓→平順性↑當(dāng)懸架彈性特性為線性時(shí)fc1=m1g/c1fc2=m2g/c2

則↑fc→n↓→平順性↑，但fc↑→c↓→經(jīng)常撞擊緩沖塊，且俯仰角、側(cè)傾角↑27fc1與fc2要接近，但不能相等（防止共振）fc1>fc2(防止車身產(chǎn)生較大縱向角振動(dòng)）2）n1與n2的匹配（即fc1與fc2的匹配）fc2=（0.8~0.9）fc1貨車：fc2=（0.6~0.8）fc1有時(shí)為了↑乘用車后排乘客的乘坐舒適性，fc1<fc2要求：取值：3）

fd要合適，根據(jù)不同的車型和不同路面條件選擇要求懸架有足夠的動(dòng)撓度乘用車：fd=7-9cm;

客車：5-8cm;

貨車：6-9cmfc+fd≥160mm28二、懸架的彈性特性懸架受到的垂直外力F與懸架變形的關(guān)系曲線

1)線性彈性特性定義：懸架變形f與所受垂直外力F之間呈固定比例變化，懸架 剛度為常數(shù)

線性彈性特性和非線性彈性特性兩種1、定義2、分類特點(diǎn)：隨載荷的變化，平順性變化fF292)非線性彈性特性定義：當(dāng)懸架變形f與所受垂直外力F之間不呈固定比例變化時(shí)

特點(diǎn)：滿載位置附近剛度小且變化平緩（平順性好）；距滿載較遠(yuǎn)的兩端變陡，剛度增大，在一定動(dòng)撓度范圍內(nèi)有更多的動(dòng)容量（緩沖塊被擊穿的可能性↓）懸架所占空間小鋼板彈簧為線性；帶副簧的鋼板彈簧、氣體彈簧、扭桿彈簧*為非線性30三、貨車后懸的主、副簧的剛度匹配理想情況：車身從空載到滿載的振動(dòng)頻率變化?。己玫钠巾樞裕└被蓞⒓庸ぷ髑?、后的懸架振動(dòng)頻率變化不大

但只能滿足其一（1）只有主簧工作時(shí)，c不變，↑F，n↓（2）副簧參與工作時(shí),c↑↑,n↑,再↑F,n↓FknFWFF0n0nknanc31確定原則

faFwfcFkKfkF0f0能保證在空、滿載使用范圍內(nèi)懸架振動(dòng)頻率變化不大，但副簧接觸托架前后的振動(dòng)頻率變化大。適合要么半載，要么滿載運(yùn)輸?shù)能囕v。FknFWFF0n0nknancn0，nc，nk，na相差不大方法一：使fa=f0，且fK=fc

，則于是，副簧、主簧的剛度比為

32確定方法

方法二：使FK=（F0+FW）/2，且nok=nac能保證副簧起作用前、后懸架振動(dòng)頻率變化不大。適合經(jīng)常半載運(yùn)輸?shù)能囕v。FknFwFF0n0nknanc則此時(shí)副簧與主簧的剛度比為ca/cm=（2λ-2）/（λ+3）

令33四、懸架側(cè)傾角剛度及其在前、后軸的分配

側(cè)傾角剛度的大小過(guò)小會(huì)使乘員缺乏安全感和舒適感；過(guò)大則缺乏汽車發(fā)生側(cè)翻的感覺(jué)，且會(huì)使α↑側(cè)傾角剛度應(yīng)滿足的條件cΦ1>cΦ2乘用車cΦ1/cΦ2=1.4~2.634彈性元件的計(jì)算

一、鋼板彈簧的計(jì)算（一）鋼板彈簧的布置布置的方案橫置縱置對(duì)稱式非對(duì)稱式（改變軸距以改善軸荷分配）（結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大）35（二）鋼板彈簧主要參數(shù)的確定滿載靜止時(shí)前后軸負(fù)荷G1、G2、簧下載重Gu1、Gu2

單個(gè)鋼板彈簧的載荷Fw1=(G1-Gu1)/2，F(xiàn)w2=(G2-Gu2)/2fc，fd，U型螺栓中心距s軸距La計(jì)算所需的已知條件1、滿載弧高fa

影響車身高度為獲得足夠的動(dòng)撓度，常取fa=10~20mm362、鋼板彈簧長(zhǎng)度L的確定指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離L影響的因素：↑L→↓σc→↑使用壽命()↑L→↓c→↑平順性↑L→↑縱向角剛度Cr

→↓彈簧變形()↑↑L→布置困難原則上在總布置可能的條件下，應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長(zhǎng)一些乘用車:L=(0.40~0.55)軸距商用貨車：前懸L=(0.26~0.35)軸距后懸L=(0.35~0.45)軸距373、鋼板斷面尺寸及片數(shù)的確定1）鋼板斷面寬度b的確定

（1）根據(jù)簡(jiǎn)支梁公式計(jì)算鋼板彈簧所需要的總慣性矩J0

J0=[（L-ks）3cδ]/48E（2）鋼板彈簧總截面系數(shù)W0

W0=[FW（L-ks）]/4[σW]

（3）計(jì)算鋼板彈簧的平均厚度hp（4）根據(jù)hp，選鋼板彈簧的片寬b推薦b/hp=6~10b↑→卷耳強(qiáng)度↑但車身側(cè)傾時(shí)σ扭↑；前懸架，影響δmaxb↓→需↑n→摩擦↑、↑382）鋼板彈簧片厚h的選擇

393）鋼板彈簧片數(shù)n

n↓→↑制造和裝配、↓干摩擦、↑平順性；但n↓→與等強(qiáng)度梁的差別↑、材料利用率↓多片鋼板彈簧：n=6~14少片彈簧：n=1~4（三）鋼板彈簧各片長(zhǎng)度的確定40將各片厚度hi的立方值hi3按同一比例尺沿縱坐標(biāo)繪制在圖上；沿橫坐標(biāo)量出主片長(zhǎng)度的一半L/2和U形螺栓中心距的一半s/2，得到A、B兩點(diǎn)，連接A、B即得到三角形的鋼板彈簧展開(kāi)圖；AB線與各葉片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長(zhǎng)度，如果存在與主片等長(zhǎng)的重疊片，就從B點(diǎn)到最后一個(gè)重疊片的上側(cè)邊端點(diǎn)一直線，此直線與各片上側(cè)邊的交點(diǎn)即為各片長(zhǎng)度；各片實(shí)際長(zhǎng)度尺寸需經(jīng)圓整后確定。作圖法：AB41為什么用hi3作圖？

剪開(kāi)前等應(yīng)力梁的慣性矩剪開(kāi)后疊放的多片板簧慣性矩不變即B=b?n若各片厚度不等，有三組(h1、h2、h3)，每組各有n1、n2、n3片，則

42可見(jiàn)：B和h1/h、h2/h、h3/h是三次方關(guān)系寬度B是不等厚板簧的換算寬度，所以要用換算后的寬度B去作圖h——為h1、h2、h3的平均厚度所以43（四）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計(jì)算1）鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高H0

及曲率半徑R0H0：鋼板彈簧各片裝配后，在預(yù)壓縮和U形螺栓夾緊前，其主片上表面與兩端（不包括卷耳孔半徑）連線間的最大高度差H0=（fc+fa+△f）fc為靜撓度；fa為滿載弧高；

△f為鋼板彈簧總成用U形螺栓夾緊后引起的弧高變化。R0

：裝配后總成主片的曲率半徑R0=（L-Ls)2/8H0

Ls-彈簧無(wú)效長(zhǎng)度，Ls=ks442）鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑Ri的確定

將各片彈簧自由曲率半徑做成不等的目的：使各片鋼板彈簧裝配后能很好地貼緊，減少主片的工作應(yīng)力，使各片壽命接近45矩形斷面鋼板彈簧在裝配前各片曲率半徑：Ri=R0/[1+(2σ0iR0)/Ehi]各片彈簧預(yù)應(yīng)力σ0i怎么選取？（a）保證裝配前各片彈簧片間間隙相差不大，且裝配后各片能很好貼和；（b）為保證主片及與其相鄰的長(zhǎng)片有足夠的使用壽命，應(yīng)適當(dāng)降低主片及與其相鄰的長(zhǎng)片的應(yīng)力。（c）滿足各片彈簧在根部處預(yù)應(yīng)力所造成的彎矩的代數(shù)和等于零。3）自由狀態(tài)下各片的弧高Hi的確定

Hi≈Li2/8Ri

46（五）鋼板彈簧總成弧高的核算

◎核算鋼板彈簧總成的弧高的目的：由于鋼板彈簧葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力后計(jì)算的，裝配后鋼板彈簧總成的弧高與之前計(jì)算的結(jié)果會(huì)不同。◎等厚葉片彈簧的曲率半徑R0的計(jì)算

鋼板彈簧總成弧高注意：用上式與用式H0=（fc+fa+△f）計(jì)算的結(jié)果應(yīng)相近，如相差較多，可經(jīng)重新選用各片預(yù)應(yīng)力再行核算。

47（六）鋼板彈簧剛度驗(yàn)算

其中式中，α為經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，α=0.90~0.94；E為材料彈性模量；l1、lk+1為主片、第（k+1）片的一半長(zhǎng)度共同曲率法假設(shè)：1）同一截面各片曲率半徑變化值相同2）各片承受的彎矩正比于其慣性矩3）截面上各片的彎矩和等于外力所引起的力矩48（七）鋼板彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算（分兩種工況）1、緊急制動(dòng)時(shí)

前鋼板彈簧承受的載荷最大，其后半段出現(xiàn)最大應(yīng)力

σmax=[G1m1′l2（l1+φc）]/[（l1+l2）W0]49σmax=[G2m2′l1（l2+φc）]/[（l1+l2）W0]+G2m2′φ/bh1

2、汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)后鋼板彈簧承受的載荷最大，在其前半段出現(xiàn)最大應(yīng)力503、鋼板彈簧卷耳和彈簧銷的強(qiáng)度核算

（1）卷耳強(qiáng)度計(jì)算卷耳所受應(yīng)力σ由彎曲應(yīng)力和拉（壓）應(yīng)力合成σ=[3Fx（D+h1）]/bh12+Fx/bh1

鋼板彈簧主片卷耳受力（2）鋼板彈簧銷的強(qiáng)度計(jì)算鋼板彈簧銷受到擠壓應(yīng)力

σz=Fs/bd其中，F(xiàn)s—滿載靜止時(shí)鋼板彈簧端部的載荷；d—鋼板彈簧銷直徑

51（八）少片彈簧特點(diǎn)：1）片數(shù)n少，1≤n≤32）等長(zhǎng)，等寬，變厚3）質(zhì)量比多片少20%~40%4）BC段可按拋物線、線性變化52二、扭桿彈簧特點(diǎn)：?jiǎn)挝毁|(zhì)量?jī)?chǔ)能量大，且質(zhì)量小1.分類：按斷面形狀不同：圓形、管型、片型按彈性元件數(shù)量：?jiǎn)螚U式、組合式2.設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1）直徑d2）有效長(zhǎng)度L↑d→cn↑→平順性變差；↑L→cn↓→平順性↑，但↑↑L→布置困難53三、空氣彈簧1.分類：囊式、膜式、復(fù)合式2.空氣彈簧特點(diǎn)：擁有較理想的非線性彈性特性：fc↑→n↓→平順性↑；滿載附近c(diǎn)↓，有沖擊載荷時(shí)c↑→↓碰撞車架的機(jī)會(huì)單位質(zhì)量?jī)?chǔ)能大，質(zhì)量小，無(wú)噪聲，壽命長(zhǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密封要求高、成本高3.空氣彈簧懸架：高度可根據(jù)載荷、路面狀況調(diào)節(jié)54獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

載荷變化時(shí)，△B↓;轉(zhuǎn)向時(shí)，Φ↓；制動(dòng)、加速時(shí)俯仰角↓一、設(shè)計(jì)要求二、布置參數(shù)1.側(cè)傾中心55W不等長(zhǎng)雙橫臂式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心橫臂相互平行的雙橫臂式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心W56W麥弗遜式獨(dú)立懸架側(cè)傾中心2.側(cè)傾軸線要求：大致與地面平行曲線行駛時(shí)前、后軸上軸荷變化相等，避免過(guò)多轉(zhuǎn)向離地盡可能高側(cè)傾角小前懸架0~120mm后懸架80~150mm573.縱傾中心雙橫臂式麥弗遜式584．抗制動(dòng)縱傾性(抗制動(dòng)前俯角)

可減小制動(dòng)時(shí)汽車車頭的下沉量和車尾的抬高量只有當(dāng)前后懸架的縱傾中心位于兩車軸之間時(shí)才可實(shí)現(xiàn)

不考慮汽車靜止時(shí)受到的重力作用前后輪的負(fù)荷增減量△G=Fjh/L；總制動(dòng)力FB=FjFj引起前簧壓縮Δf1，后簧伸長(zhǎng)Δf2附加力ΔF1=C1Δf1ΔF2=C2Δf259由對(duì)瞬心O1、O2的力矩平衡條件：

得Δf1主要取決于縱傾中心位置，e1↑→（Δf1↓）前俯角↓當(dāng)前俯角=0時(shí)

表征抗制動(dòng)前俯的指標(biāo)—抗前俯率ηd乘用車ηd＝50％～70％605．抗