淺談車輛懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與分析

劉全 伏軍

摘要：本次設計題目是EQ1092貨車的前后懸架系統(tǒng)的設計。所設計懸架系統(tǒng)的前懸架采用鋼板彈簧非獨立式懸架。后懸是由主副簧組成，也是非獨立懸架。首先確定懸架的主要結(jié)構(gòu)形式，然后對主要性能參數(shù)進行確定。在前懸的設計中首先設計了鋼板彈簧，材料和許用應力，和方案布置的設計；還有減振器的選擇。

關(guān)鍵詞：懸架設計；鋼板彈簧；平順性

1、懸架的作用和組成

懸架系統(tǒng)的作用：

（1）傳遞作用在車輪和車架（或車身）之間的一切力和力矩；

（2）緩和路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，保證汽車的行駛平順性；

（3）保證車輪在路面不平和載荷變化時有理想的運動特性，保證汽車的操縱穩(wěn)定性，使汽車獲得高速行駛能力。

典型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、導向機構(gòu)以及減震器等組成，個別結(jié)構(gòu)則還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定器等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式。

2、汽車懸架的分類

根據(jù)汽車導向機構(gòu)不同懸架種類又可分為獨立懸架，非獨立懸架。

非獨立懸架特點是左，右車輪用一根整體軸連接，在經(jīng)過懸架與車架（或車身）連接，當一側(cè)車輪受沖擊力時會直接影響到另一側(cè)車輪上，當車輪上下跳動時定位參數(shù)變化小。若采用鋼板彈簧作彈性元件，它可兼起導向作用，使結(jié)構(gòu)大為簡化，降低成本。目前廣泛應用于貨車和大客車上，有些轎車后懸架也有采用的。非獨立懸架由于非簧載質(zhì)量比較大，高速行駛時懸架受到?jīng)_擊載荷比較大，平順性較差。 其主要特點是：

（4）組成懸架的構(gòu)件少，結(jié)構(gòu)簡單，便于維修。

（5）堅固耐用，適合重載。

（6）轉(zhuǎn)彎時車身傾斜度小。

（7）車輪定位幾乎不因其上下運動而改變，所以輪胎磨損較少。

（8）由于非懸掛重量大，故乘坐欠舒適。

（9）由于左右車輪的運動相互影響，很容易產(chǎn)生顫動和搖擺現(xiàn)象。

綜上EQ1092中型貨車選用的是非獨立懸架。

3、懸架的設計要求

懸架與汽車的多種使用性能有關(guān)，在懸架的設計中應該滿足這些性能的要求：

（1）保證汽車有良好的行駛平順性。

（2）具有合適的衰減振動能力。

（3）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。

（4）汽車制動或加速時能保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾，即點頭或后仰；轉(zhuǎn)彎時車身側(cè)傾角要合適。

（5）結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小。

（6）可靠的傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩。在滿足零部件質(zhì)量小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。

4、懸架主要參數(shù)

根據(jù)懸架在整車中的作用和整車的性能要求，懸架首先應保證有良好的行駛平順性，這是確定懸架主要性能參數(shù)的重要依據(jù)。

汽車的前、后懸架與簧載質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性主要參數(shù)之一。懸架固有頻率選取的主要依據(jù)是“ISO2631《人體承受全身振動的評價指南》”，固有頻率取值與人步行時身體上下運動的頻率接近。此外，前后懸架的固有頻率接近可以避免產(chǎn)生較大的車身角振動，n1n2的汽車。故本次設計選取的汽車前后部分的車身固有頻率n1、n2分別為n1=1.9Hz，n2=2Hz。

4.1 懸架的靜撓度

懸架的靜撓度 是指滿載靜止時懸架上的載荷Fw與此時懸架剛度c之比，即fc=Fw/c。

因現(xiàn)代汽車的質(zhì)量分配系數(shù)ε近似等于1，于是汽車前、后軸上方車身兩點的振動不存在聯(lián)系。因此，汽車前、后部分車身的固有頻率n1和n2可用下式表示

n1= ；n2=

式中，c1、c2為前、后懸架的剛度（N/cm）；m1、m2為前、后懸架的簧上質(zhì)量（kg）。

懸架的彈性特性為線性變化時，前、后懸架的靜撓度可用下式表示：fc1=m1g/c1；fc2=m2g/c2

式中，g為重力加速度，g=981cm/s2 。將fc1、fc2代入式（2-1）得到 =5/ ； =5/

所以fc1=（5/n1）2=（5/1.9）2=69mm fc2=（5/n2）2=（5/2）2=62mm

4.2 懸架的動撓度 fd

懸架的動撓度fd是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允的最大變形時，車輪中心相對車架（或車身）的垂直位移。要求懸架應有足夠大的動撓度，以防止在壞路面上行駛時經(jīng)常碰撞緩沖塊。所以，對于貨車，fd取62mm。

4.3 懸架彈性特性

懸架受到的垂直外力F與由此所引起的車輪中心相對于車身位移f（即懸架的變形）的關(guān)系曲線，稱為懸架的彈性特性。

懸架的彈性特性有線性彈性特性和非線性彈性特性兩種。當懸架變形f與所受垂直外力F之間成固定的比例變化時，彈性特性為一直線，稱為線性彈性特性，此時懸架剛度為常數(shù)。鋼板彈簧非獨立懸架的彈性特性可視為線性的。

4.4 后懸架主、副簧剛度的分配

EQ1092中型貨車后懸架采用主、副簧結(jié)構(gòu)的鋼板彈簧。其懸架的彈性特性曲線

圖2-1 主、副簧為鋼板彈簧結(jié)構(gòu)的彈性特性曲線

如圖2-1所示。載荷小時副簧不工作，載荷達到一定值時副簧與主簧共同工作。

4.5 懸架側(cè)傾角剛度及其在前、后軸的分配

懸架側(cè)傾角剛度系指簧上質(zhì)量產(chǎn)生單位側(cè)傾角時，懸架給車身的彈性恢復力矩。它對簧上質(zhì)量的側(cè)傾角有影響。側(cè)傾角過大或過小都不好。EQ1092中型貨車車身側(cè)傾角選為6o。

此外，還要求汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，在0.4g的側(cè)向加速度作用下，前、后輪側(cè)偏角之差δ1-δ2應當在1o～3o范圍內(nèi)。而前、后懸架側(cè)傾角剛度的分配會影響前、后輪的側(cè)偏角大小，從而影響轉(zhuǎn)向特性，設計還要考慮懸架側(cè)傾角剛度在前、后軸上的分配。所以前、后懸架側(cè)傾角剛度的比值為2.4。

參考文獻

[1] 細川武志編.魏朗譯.汽車構(gòu)造圖冊.北京：人民交通出版社，2004

作者簡介：

劉全，出生日期：1995年，民族：土家族，學歷：本科在讀，籍貫：湖南湘西自治州人，學校：邵陽學院，專業(yè)：車輛工程，指導老師：伏軍。