汽車懸架造型流程設計

1、目 錄序 言1第一章 我國懸架的現狀與發展趨勢21.1我國懸架的現狀與發展2第二章 汽車懸架系統的概述52.1懸架系統的組成與功能52.1.1懸架的概念52.1.2懸架的組成52.1.3懸架的作用62.2懸架的分類72.2.1非獨立懸架72.2.2獨立懸架8第三章 懸架設計流程93.1懸架設計流程概述93.2鋼板彈簧具體設計流程93.2.1 鋼板彈簧式懸架種類和結構93.2.2 鋼板彈簧設計的已知參數113.2.3鋼板彈簧設計步驟113.2.4鋼板彈簧的導向特性12參考文獻13序 言汽車懸架是是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且

2、緩沖由不平路面傳給車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的震動，以保證汽車能平順地行駛。 懸架結構一般有彈性原件，導向機構和減震器組成。彈性原件又有鋼板彈簧，螺旋彈簧，扭桿彈簧，空氣彈簧等形式。懸架又分獨立懸架和非獨立懸架。懸架是汽車中的一個重要總成，它把車架與車輪彈性地聯系起來，關系到汽車的多種使用性能。 因此，對汽車操縱穩定性平順性的提升成為了各大汽車廠商的共識。與此關系密切的懸架系統也被不斷改進，主動半主動懸架等具有反饋的電控系統在高端車輛上的應用日趨廣泛。無論定位高端市場，還是普通家庭的經濟型轎車， 沒有哪個廠家敢忽視懸架系統及其在整車中的作用。這一切，都是因為懸架系統對乘員的主觀感受密切

3、聯系。懸架系統的優劣，乘員在車上可以馬上感受到。正因為懸架在現代汽車上的重要重要作用，應該重視汽車懸架的設計。只有認真，嚴謹的設計才能確保其與整車的完美匹配。目前，我國在汽車懸架系統方面，除了鋼板彈簧懸架的設計及應用比較成熟以外，其他懸架技術的應用絕大部分還處于車型引進，仿制或直接購買產品階段。懸架產品的設計開發滯后，一方面表現在設計手段落后，計算機應力分析，動態仿真在企業中應用還較少；另一方面沒有建立一套完善的設計評價體系。在美國，由于空氣懸架的普遍應用，已經成就了一批專門從事空氣懸架設計，制造的懸架專業公司。我國交通行業標準營運客車類型劃分及等級評定已經規定，高級大中型客車要采用空氣懸架，

4、但既沒有一家整車廠能獨立設計出空氣懸架并成功地應用于整車，也沒有一家懸架專業公司能夠設計出并向市場提供成熟的空氣懸架產品。雖然我國加入WTO之后，汽車及零部件產業會全面融入全國經濟一體化，汽車行業可以實現全球采購，但是不能擁有懸架設計和制造的關鍵技術，整車的市場競爭力肯定會削弱。第一章 我國懸架的現狀與發展趨勢1.1我國懸架的現狀與發展國內汽車懸架彈簧生產企業160余家，遍布全國各地，具有規模的專業生產企業(生產規模在0.8萬噸以上)約80余家。產品質量水平已達到國外先進國家90年代水平。大部分企業規模較小，生產集中度低，散亂差問題較嚴重。其中真正形成大規模、大批量生產的企業為數不多，大多仍停

5、留在簡單生產工藝的水平上，產品成本較高，難以參與國際市場競爭。國內能夠生產高檔次汽車鋼板懸架彈簧的企業只有4家：一汽集團遼陽汽車彈簧廠、東風汽車懸架彈簧有限公司、重慶紅巖汽車彈簧廠、山東汽車彈簧廠，他們都具有生產多種疊片簧、漸變剛度彈簧、少片變截面鋼板彈簧和雙曲率半徑及平直段的汽車鋼板彈簧的能力。國內能夠同時生產客車、貨車、轎車懸架彈簧的廠家只有三個：一汽集團遼陽汽車彈簧廠、東風汽車懸架彈簧有限公司、山東汽車彈簧廠。 在重卡領域，每家主機廠基本上都有自己的鋼板彈簧配套廠家，一汽解放重卡板簧懸架主要是由一汽集團遼陽汽車彈簧廠配套；東風重卡板簧懸架主要由東風汽車懸架彈簧有限公司配套；中國重汽板簧懸

6、架主要由山東汽車彈簧廠配套，上汽依維柯紅巖板簧懸架主要由重慶紅巖汽車彈簧廠與重慶紅旗鋼板彈簧廠配套，江淮與華菱重卡板簧懸架主要由安徽安簧機械股份有限公司配套。 空氣懸架彈簧是一種運用在高檔客車和重型載貨車上的懸架系統，是世界鋼板彈簧發展趨勢，空氣懸架簧的最終發展趨勢是不再需要或使用很少的彈簧扁鋼。空氣懸架在歐美發達國家已經有70多年的發展歷史，二十世紀五十年代，空氣懸架彈簧開始應用在載重車、小轎車、大客車及鐵道車輛上。到六十年代，德國、美國等工業發達國家生產的大部分公共汽車中裝有了空氣彈簧懸架。 目前歐、美地區95%的客車、80%的貨車和40%的掛車都已使用空氣懸架系統，而我國仍處于起步階段，

7、空氣懸架系統只應用在一些豪華客車和少部分重型貨車和掛車上。雖然重汽HOWO-A7、東風天龍、解放J6、華菱星凱馬等各廠家上市的新產品高配中都有空氣懸架，但僅是概念階段，真正被市場接受，實現量產還需要一段時間。這主要與中國國情有關，國內雖然治理超載超限力度不斷加強，但是用戶超載現象仍然比較嚴重，空氣懸架系統由于超載性不好，加之價格昂貴、國內物流業競爭激烈、利潤微薄，所以一直不被客戶接受，只能在精密儀器、電子設備等特殊貨物的運輸中有所應用。電子控制空氣懸架和橡膠懸架代表了目前汽車懸架系統的發展方向。在歐美汽車懸架的發展經歷了“鋼板彈簧氣囊復合式懸架被動全空氣懸架主動全空氣懸架(即ECAS系統)或橡

8、膠懸架”過程。在歐美，橡膠懸架和空氣懸架的價格相差不大，但是使用環境不同，空氣懸架不能超載，因此在牽引車上應用廣泛；橡膠懸架適應能力強，可用于超載環境，因此主要應用在非公路用車或使用工況惡劣、對車輛載荷要求大的汽車上。目前ECAS系統在歐洲部分大客車上已經開始應用，預計，隨著車輛控制技術的發展，ECAS空氣懸架系統將成為汽車懸架的一個發展方向。 雖然空氣懸架與橡膠懸架已經在我國重卡領域引入多年，為什么到現在還沒有實現量產呢？我認為主要有以下原因：(1)國內用戶超載超限現象嚴重。在相當長的一段時期內，國內重卡用戶的營運模式都是以超載超限來創造利潤，抑制了新型懸架的需求。從2005年開始國家加大了

9、治超治限的力度，計重收費政策得到進一步落實，現在全國90%以上的高速公路已經開始實行計重收費，所以對于公路用車(如牽引車)來說，已經朝向輕量化、舒適性、經濟性方向發展，目前空氣懸架已經率先在某些運輸特殊品(如精密儀器)的牽引車上引進。 (2)購買與維修費用較高，維修不方便。國內物流業利潤較低，導致重卡用戶對價格敏感度高。雖然翰德森橡膠懸架超載能力強，但是價格昂貴、維修不方便，所以自卸車、攪拌車等工程車用戶更加青睞工藝成熟的板簧懸架。 (3)工藝、技術方面與還有一定的差距。重汽在展示HOWO-A7車的時候就有一輛是翰德森橡膠懸架，但是懸架底端的離地間隙僅為200mm，對于應用在建筑工地、礦區的工

10、程車來說這個缺陷幾乎是致命的。由于橡膠懸架鑄件較多、結構復雜，目前國內的橡膠懸架也僅停留在概念階段。 雖然國內新型懸架的引進過程緩慢，但是在重型卡車技術發展方面，空氣彈簧懸架和橡膠懸架都代表著我國重卡懸架未來發展方向，主要原因有如下兩種: (1)重卡行業發展的需要。隨著我國高等級公路的發展、運輸量的增加、計重收費政策的普及以及重卡用戶收入的提高，他們開始對汽車的操縱穩定性、平順性、舒適性和安全性提出了更高的要求，因此符合以上要求的新型懸架開始為越來越多的用戶所關注； (2)政策的鼓勵。由于空氣懸架與橡膠懸架具有自重輕、對道路的損壞程度低等特點，國家頒發的道路車輛外廓尺寸、軸荷及質量限值(GB1

11、589-2004)中，對裝有空氣懸架或橡膠懸架的車輛軸載質量限值的規定，比裝板簧懸架的車輛軸載質量提高15%。因此在政策層面國家也對新型懸架做了傾斜。未來510年，隨著國內汽車工業的發展，重卡技術的提升，空氣懸架與橡膠懸架必將會迎來一個快速發展期。 第二章 汽車懸架系統的概述2.1懸架系統的組成與功能2.1.1懸架的概念懸架是車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間的一切傳力連接裝置的總成。它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力（之承力）、縱向反力（驅動力和制動力）和側向反力以及這些反力所造成的力矩傳遞到車架（或承載式車身）上，以保證車的正常行駛。懸架是汽車中的一個重要總成，它把車架與車輪彈性

12、地聯系起來，關系到汽車的多種使用性能。從外表上看，轎車懸架僅是由一些桿、筒以及彈簧組成，但千萬不要以為它很簡單，相反轎車懸架是一個較難達到完美要求的汽車總成，這是因為懸架既要滿足汽車的舒適性要求，又要滿足其操縱穩定性的要求，而這兩方面又是互相對立的。比如，為了取得良好的舒適性，需要大大緩沖汽車的震動， 這樣彈簧就要設計得軟些，但彈簧軟了卻容易使汽車發生剎車“點頭”、加速“抬頭”以及左右側傾嚴重的不良傾向，不利于汽車的轉向，容易導致汽車操縱不穩定等。2.1.2懸架的組成現代汽車的懸架盡管有各種不同的結構形式，但是一般都由彈性元件、減震器和導向機構三部分組成，個別結構還有緩沖塊和橫向穩定器等。彈性

13、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，而現代轎車懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，個別高級轎車則使用空氣彈簧。各元件功能：減震器 功能: 減振器是產生阻尼力的主要元件,其作用是迅速衰減汽車的振動,改善汽車的行駛平順性,增強車輪和地面的附著力.另外,減振器能夠降低車身部分的動載荷,延長汽車的使用壽命.目前在汽車上廣泛使用的減振器主要是筒式液力減振器,其結構可分為雙筒式,單筒充氣式和雙筒充氣式三種。 工作原理：在車輪上下跳過程中，減振器活塞在工作腔內往復運動，使減振器液體通過活塞上的節流孔，由于液體有一定的粘性和液體通過節流孔時與孔壁間產生摩擦，使動能轉化成熱能散發到空氣中，從而達到

14、衰減振動功能。 彈性元件 功能：支撐垂直載荷,緩和和抑止不平路面引起的振動和沖擊.彈性元件主要有鋼板彈簧，螺旋彈簧,扭桿彈簧,氣彈簧和橡膠彈簧等。 原理：用具有彈性較高材料制成的零件，在車輪受到大的沖擊時，動能轉化為彈性勢能儲存起來，在車輪下跳或回復原行駛狀態時釋放出來。導向機構 導向機構的作用是傳遞力和力矩,同時兼起導向作用。在汽車的行駛過程當中,能夠控制車輪的運動軌跡。在多數轎車和客車上，為了防止車身在轉向行駛等情況下發生過大的橫向傾斜，在懸架中還設有輔助彈性元件橫向穩定器。為限制彈簧的最大變形并防止彈簧直接撞擊車架，在貨車上鋪設有緩沖塊。在一些轎車上也設有緩沖塊，以限制懸架的最大變形。2

15、.1.3懸架的作用汽車懸架盡管有各中不同的結構形式，但一般都是由彈性元件，減震器和導向機構三部分組成。由于汽車行駛的路面不可能絕對平坦，路面作用于車輪上的垂直反力往往是沖擊性的，特別是在壞路面上告訴行駛時這種沖擊力將達到很大的數值。沖擊力傳到車身時，可能引起汽車機件的早期損壞；傳給乘員和貨物時，將使乘員感到極不舒適，貨物也可能受到損傷。為了緩和沖擊，在汽車行駛系中，除了采用彈性的充氣輪胎之外，將產生振動。持續的振動易使乘員感到不舒適和疲勞。故懸架系統還應具有減振作用，以使振動速度衰減，振幅速度減小，為此，在許多形式的懸架系統中都設有專門的減振器。 懸架系統只要求具備上述各個功能，在結構上并非一

16、定要設置這些單獨的裝置，例如常見的鋼板彈簧，除了作為彈性元件起緩沖作用外，當他在汽車上縱向安置，并且一端與車架做固定鉸鏈連接時，就可擔負起決定車輪運動軌跡的任務，因而就沒有必要再設置其它導向機構，此外，一般鋼板彈簧是多片疊成的，它本身即具有一定的減震能力，因而對減震要求不高時，在采用鋼板彈簧作為彈性元件的懸架系統中，就可以不裝減震器（一般中型貨車的后懸架和重型貨車懸架中都不裝減震器）。2.2懸架的分類汽車懸架的形式分為非獨立懸架和獨立懸架兩種。2.2.1非獨立懸架非獨立懸架的車輪裝在一根整體車軸的兩端，當一邊車輪跳動時，影響另一側車輪也作相應的跳動，使整個車身振動或傾斜，汽車的平穩性和舒適性較

17、差，但由于構造較簡單，承載力大，目前仍有部分轎車的后懸架采用這種型式。非獨立懸架根據彈性原件的不同可分為鋼板彈簧非獨立懸架、螺旋彈簧非獨立懸架、空氣彈簧非獨立懸架和油氣彈簧非獨立懸架。鋼板彈簧非獨立懸架鋼板彈簧被用做非獨立懸架的彈性元件，由于它兼起導向機構的作用，使得懸架系統大為簡化。這種懸架廣泛用于貨車的前、后懸架中。SUV的后懸架也使用鋼板彈簧非獨立懸架。它中部用U型螺栓將鋼板彈簧固定在車橋上。懸架前端為固定鉸鏈，也叫死吊耳。它由鋼板彈簧銷釘將鋼板彈簧前端卷耳部與鋼板彈簧前支架連接在一起，前端卷耳孔中為減少摩損裝有襯套。后端卷耳通過鋼板彈簧吊耳銷與后端吊耳與吊耳架相連，后端可以自由擺動，形

18、成活動吊耳。當車架受到沖擊彈簧變形時兩卷耳之間的距離有變化的可能。螺旋彈簧非獨立懸架螺旋彈簧非獨立懸架是一種復合式懸架，裝有該類后懸架的轎車，其后橋的結構形式對后懸架的剛度特性有重要影響。因為螺旋彈簧作為彈性元件，只能承受垂直載荷，所以其懸架系統要加設導向機構和減振器。螺旋彈簧非獨立懸架是一種復合式懸架,裝有該類后懸架的轎車,其后橋的結構形式對后懸架的剛度特性有重要影響。因為螺旋彈簧作為彈性元件，只能承受垂直載荷，所以其懸架系統要加設導向機構和減振器，因此螺旋彈簧一般只用于轎車后懸架。空氣彈簧非獨立懸架汽車在行駛時由于載荷和路面的變化，要求懸架剛度隨著變化。當空車時車身被抬高，滿載時車身則被壓

19、得很低，會出現撞擊緩沖塊的情況。因而對于不同類型汽車提出不同的要求，礦山及大型客車要求 其空車與滿載時的車身高度變化不大；對于轎車要求在好路上降低車身高度，提高車速行駛；在壞路上提高車身，可以增大通過能力。因而要求車身高度隨使用要求可以調節。空氣彈簧非獨立懸架可以滿足要求。空氣彈簧只承受垂直載荷，因而必加設減振器，其縱向力和橫向力及其力矩由懸架中的縱向推力桿和橫向推力桿來傳遞。 油氣彈簧非獨立懸架大噸位的自卸汽車采用的油氣彈簧懸架與鋼板彈簧懸架相比有一下特點：油氣懸架具有變剛度特性，可保證汽車具有良好的形式平順性，特別是工地和礦山用車，其道路條件和裝載條件都很惡劣（用大型電鏟將礦石從空中往車箱

20、里傾裝時，會產生很大的沖擊）。采用油氣懸架后，可顯著地緩和沖擊，減少顛簸，從而改善駕駛員的勞動條件和提高平均車速；油氣彈簧縱向尺寸小，對整車總布置有力，有的自卸汽車采用了燭式獨立懸架，能使轉向輪偏角達45度，大大減小了汽車的轉向直徑；改變缸筒工作腔的油量和氣室的充氣壓力，可得到不同的變剛度特性，從而使油氣彈簧的主要部件可以在不同噸位的汽車上通用。基于以上特點，油氣懸架越來越廣泛地被應用在大型礦用自卸汽車上。2.2.2獨立懸架獨立懸架的車軸分成兩段，每只車輪用螺旋彈簧獨立地安裝在車架(或車身)下面，當一邊車輪發生跳動時，另一邊車輪不受波及，汽車的平穩性和舒適性好。但這種懸架構造較復雜，承載力小。

21、現代轎車前后懸架大都采用了獨立懸架，并已成為一種發展趨勢。獨立懸架的結構可分有燭式、麥弗遜式、連桿式等多種，其中燭式和麥克弗遜式形狀相似，兩者都是將螺旋彈簧與減振器組合在一起，但因結構不同又有重大區別。燭式采用車輪沿主銷軸方向 移動的懸架形式，形狀似燭形而得名。特點是主銷位置和前輪定位角不隨車輪的上下跳動而變化，有利于汽車的操縱性和穩定性。麥克弗遜式是絞結式滑柱與下橫臂組成的懸架形式，減振器可兼做轉向主銷，轉向節可以繞著它轉動。特點是主銷位置和前輪定位角隨車輪的上下跳動而變化，這點與燭式懸架正好相反。這種懸架構造簡單，布置緊湊，前輪定位變化小，具有良好的行駛穩定性。所以，目前轎車使用最多的獨立

22、懸架是麥弗遜式懸架。第三章 懸架設計流程3.1懸架設計流程概述懸架設計流程的步驟主要分一下幾種，如圖3-1所示。 選擇懸架類型 選擇參考車型 收集整車數據資料 導向機構設計 彈性元件設計 減震器設計 實現動態仿真 圖3-1懸架設計流程3.2鋼板彈簧具體設計流程3.2.1 鋼板彈簧式懸架種類和結構 汽車鋼板彈簧除了起彈性元件作用之外，還兼起導向作用，而多片彈簧片間磨擦還起系統阻尼作用。由于鋼板彈簧結構簡單，使用維修、保養方便，長期以來鋼板彈簧在汽車上得到廣泛應用。目前汽車使用的鋼板彈簧常見的有以下幾種。通多片鋼板彈簧，如圖3-2中a所示，這種彈簧主要用在載貨汽車和大型客車上，彈簧彈性特性如圖3-

23、3中a所示，呈線性特性。少片變截面鋼板彈簧，如圖 3-2 中b所示，為減少彈簧質量，彈簧厚度沿長度方向制成等厚，其彈性特性如一般多片鋼板彈簧一樣呈線性特性圖 3-3中a。這種彈簧主要用于輕型貨車及大、中型載貨汽車前懸架。兩級變剛度復式鋼板彈簧，如圖 3-2中c所示，這種彈簧主要用于大、中型載貨汽車后懸架。彈性特性如圖3-3中b所示，為兩級變剛度特性，開始時僅主簧起作用，當載荷增加到某值時副簧與主簧共同起作用，彈性特性由兩條直線組成。漸變剛度鋼板彈簧，如圖3-2中d所示，這種彈簧多用于輕型載貨汽車與廂式客車后懸架。副簧放在主簧之下，副簧隨汽車載荷變化逐漸起作用，彈簧特性呈非線性特性，如圖3-3中

24、c所示。 圖3-2 鋼板彈簧 圖3-3 彈簧特性鋼板彈簧計算實質上是在已知彈簧負荷情況下，根據汽車對懸架性能（頻率）要求，確定彈簧剛度，求出彈簧長度、片寬、片厚、片數。并要求彈簧尺寸規格滿足彈簧的強度要求。3.2.2 鋼板彈簧設計的已知參數1)彈簧負荷通常新車設計時，根據整車布置給定的空、滿載軸載質量減去估算的非簧載質量，得到在每副彈簧上的承載質量。一般將前、后軸，車輪，制動鼓及轉向節、傳動軸、轉向縱拉桿等總成視為非簧載質量。如果鋼板彈簧布置在車橋上方，彈簧 3/4 的質量為非簧載質量，下置彈簧，1/4 彈簧質量為非簧載質量。 2)彈簧伸直長度根據不同車型要求，由總布置給出彈簧伸直長度的控制尺寸。在布置可能的情況下，盡量增加長度，這主要是考慮以下幾個方面原因。由于彈簧剛度與彈簧長度的三次方成反比，因此從改善汽車平順性角度看，希望彈簧長度長些好。在彈簧剛度相同情況下，長的彈簧在車輪上下跳動時，彈簧兩卷耳孔距離變化相對較小，對前懸架來說，主銷后傾角變化小，有利于汽車行駛穩定性。增加彈