浅谈车辆悬架系统的结构与分析

刘全 伏军

摘要：本次设计题目是EQ1092货车的前后悬架系统的设计。所设计悬架系统的前悬架采用钢板弹簧非独立式悬架。后悬是由主副簧组成，也是非独立悬架。首先确定悬架的主要结构形式，然后对主要性能参数进行确定。在前悬的设计中首先设计了钢板弹簧，材料和许用应力，和方案布置的设计；还有减振器的选择。

关键词：悬架设计；钢板弹簧；平顺性

1、悬架的作用和组成

悬架系统的作用：

（1）传递作用在车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩；

（2）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振动，保证汽车的行驶平顺性；

（3）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，使汽车获得高速行驶能力。

典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定器等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式。

2、汽车悬架的分类

根据汽车导向机构不同悬架种类又可分为独立悬架，非独立悬架。

非独立悬架特点是左，右车轮用一根整体轴连接，在经过悬架与车架（或车身）连接，当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上，当车轮上下跳动时定位参数变化小。若采用钢板弹簧作弹性元件，它可兼起导向作用，使结构大为简化，降低成本。目前广泛应用于货车和大客車上，有些轿车后悬架也有采用的。非独立悬架由于非簧载质量比较大，高速行驶时悬架受到冲击载荷比较大，平顺性较差。 其主要特点是：

（4）组成悬架的构件少，结构简单，便于维修。

（5）坚固耐用，适合重载。

（6）转弯时车身倾斜度小。

（7）车轮定位几乎不因其上下运动而改变，所以轮胎磨损较少。

（8）由于非悬挂重量大，故乘坐欠舒适。

（9）由于左右车轮的运动相互影响，很容易产生颤动和摇摆现象。

综上EQ1092中型货车选用的是非独立悬架。

3、悬架的设计要求

悬架与汽车的多种使用性能有关，在悬架的设计中应该满足这些性能的要求：

（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）汽车制动或加速时能保证车身稳定，减少车身纵倾，即点头或后仰；转弯时车身侧倾角要合适。

（5）结构紧凑、占用空间小。

（6）可靠的传递车身与车轮之间的各种力和力矩。在满足零部件质量小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。

4、悬架主要参数

根据悬架在整车中的作用和整车的性能要求，悬架首先应保证有良好的行驶平顺性，这是确定悬架主要性能参数的重要依据。

汽车的前、后悬架与簧载质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车行驶平顺性主要参数之一。悬架固有频率选取的主要依据是“ISO2631《人体承受全身振动的评价指南》”，固有频率取值与人步行时身体上下运动的频率接近。此外，前后悬架的固有频率接近可以避免产生较大的车身角振动，n1n2的汽车。故本次设计选取的汽车前后部分的车身固有频率n1、n2分别为n1=1.9Hz，n2=2Hz。

4.1 悬架的静挠度

悬架的静挠度 是指满载静止时悬架上的载荷Fw与此时悬架刚度c之比，即fc=Fw/c。

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、后部分车身的固有频率n1和n2可用下式表示

n1= ；n2=

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）。

悬架的弹性特性为线性变化时，前、后悬架的静挠度可用下式表示：fc1=m1g/c1；fc2=m2g/c2

式中，g为重力加速度，g=981cm/s2 。将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 悬架的动挠度 fd

悬架的动挠度fd是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允的最大变形时，车轮中心相对车架（或车身）的垂直位移。要求悬架应有足够大的动挠度，以防止在坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块。所以，对于货车，fd取62mm。

4.3 悬架弹性特性

悬架受到的垂直外力F与由此所引起的车轮中心相对于车身位移f（即悬架的变形）的关系曲线，称为悬架的弹性特性。

悬架的弹性特性有线性弹性特性和非线性弹性特性两种。当悬架变形f与所受垂直外力F之间成固定的比例变化时，弹性特性为一直线，称为线性弹性特性，此时悬架刚度为常数。钢板弹簧非独立悬架的弹性特性可视为线性的。

4.4 后悬架主、副簧刚度的分配

EQ1092中型货车后悬架采用主、副簧结构的钢板弹簧。其悬架的弹性特性曲线

图2-1 主、副簧为钢板弹簧结构的弹性特性曲线

如图2-1所示。载荷小时副簧不工作，载荷达到一定值时副簧与主簧共同工作。

4.5 悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配

悬架侧倾角刚度系指簧上质量产生单位侧倾角时，悬架给车身的弹性恢复力矩。它对簧上质量的侧倾角有影响。侧倾角过大或过小都不好。EQ1092中型货车车身侧倾角选为6o。

此外，还要求汽车转弯行驶时，在0.4g的侧向加速度作用下，前、后轮侧偏角之差δ1-δ2应当在1o～3o范围内。而前、后悬架侧倾角刚度的分配会影响前、后轮的侧偏角大小，从而影响转向特性，设计还要考虑悬架侧倾角刚度在前、后轴上的分配。所以前、后悬架侧倾角刚度的比值为2.4。

参考文献

[1] 细川武志编.魏朗译.汽车构造图册.北京：人民交通出版社，2004

作者简介：

刘全，出生日期：1995年，民族：土家族，学历：本科在读，籍贯：湖南湘西自治州人，学校：邵阳学院，专业：车辆工程，指导老师：伏军。