第二章 独立悬架及弹性元件的结构形式与分析
2.1 独立悬架的结构型式与分析
根据导向机构不同的结构特点，独立悬架可分为：双横臂，单横臂，纵臂式，单斜臂，
多杆式及滑柱(杆)连杆(摆臂)式等等。按目前采用较多的有以下三种形式：(1) 双横臂式，(2) 滑柱连杆式，(3)斜置单臂式。按弹性元件采用不同分为：螺旋弹簧式，钢板弹簧式，扭杆弹簧式，气体弹簧式。采用更多的是螺旋弹簧。
1、双横臂独立悬架 如图2-1所示为双横臂式独立悬架。上下两摆臂不等长，选择长度比例合适，可使车轮和主销的角度及轮距变化不大。这种独立悬架被广泛应用在轿车前轮上。双横臂的臂有做成A字形或V字形，如图2-2所示。V形臂的上下2个V形摆臂以一定的距离，分别安装在车轮上，另一端安装在车架上。
图 2-1 双横臂式独立悬架
不等臂双横臂上臂比下臂短。当汽车车轮上下运动时，上臂比下臂运动弧度小。这将使轮胎上部轻微地内外移动，而底部影响很小。这种结构有利于减少轮胎磨损，提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。
图 2-2 不等臂式悬架
2、纵臂式独立悬架 其摆臂在汽车纵向平面内摆动。当车轮跳动时，车轮倾角和轮距保持不变，轴距有明显变化。这种悬架又分为双纵臂式和单纵臂式两种。双纵臂式独立悬
架的 两个摆臂长度相等。当车轮跳动时，可保持主销后倾角不变，故适用于转向轮。但由于横向刚度低，易产生摆头现象。单纵臂独立悬架，由于车轮跳动时主销后倾角变化大，故转向轮不宜采用，但其结构较简单，可用于非转向的后轮。
3、滑柱摆臂式独立悬架(麦弗逊式或叫支柱式等) 这种悬架目前在轿车中采用很多。如图2-3 所示。滑柱摆臂式悬架将减振器作为引导车轮跳动的滑柱，螺旋弹簧与其装于一体。这种悬架将双横臂上臂去掉并以橡胶做支承，允许滑柱上端作少许角位移。内侧空间大，有利于发动机布置，并降低车子的重心。车轮上下运动时，主销轴线的角度会有变化，这是因为减振器下端支点随横摆臂摆动。以上问题可通过调整杆系设计布置合理得到解决。
图 2-3 麦弗逊式悬架
4、斜置单臂式独立悬架 这种悬架是单横臂和单纵臂独立悬架的折衷方案。其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角的轴线摆动，选择合适的交角可以满足汽车操纵稳定性要求。这种悬架适于做后悬架。
5、多杆式独立悬架 独立悬架中多采用螺旋弹簧，因而对于侧向力，垂直力以及纵向力需加设导向装置即采用杆件来承受和传递这些力。因而一些轿车上为减轻车重和简化结构采用多杆式悬架。
2.2 弹性元件的特定分析比较
悬架的弹性元件的种类繁多，如钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧(空气弹簧、油气弹簧)、橡胶弹簧等，在此不作一一介绍。
弹性元件的选择主要是根据悬架的结构和性能的要求进行。选用不同的弹性元件可以具有不同的悬架结构形式。同一种悬架结构中也可以采用不同的弹性元件。同一种弹性元件又可以与不同的导向机构组合成非独立悬架和独立悬架。
本次商务车悬架结构为前独立悬架，前悬架采用双横臂式独立悬架，圆截面螺旋弹簧，带横向稳定杆。主要结构如图2-4
图 2-4 双横臂螺旋弹簧独立悬架
该悬架上下横臂均采用V型结构，这样便于前置发动机的安装及车身的布置。其主要特点是主销内倾角(前轮胎外倾角)及前束在车轮上下运动时是随时间变化的，而主销后倾角在运动中是保持不变的。主销后倾角在运动中保持不变可以使汽车在制动时保持适当的抗前俯率，另外也可避免前轮摆振及减小转向盘上的变化。
第三章 螺旋弹簧悬架设计
3.1 悬架基本参数的选定
3.1.1 悬架静挠度
悬架静挠度是指汽车满载时悬架上的载荷与此时悬架刚度之比。汽车前后悬架与其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的主要参数之一。因现代汽车的质量分配系数接近1，于是汽车前后轴上方车身两点的振动不存在联系。因此，前后部分的车身的固有频率为：
n=
12?cm
(3-1)
此处c为悬架的刚度(N/cm)；m为簧上质量(kg)。采用悬架弹性特性为线性变化的悬架时，前后悬架的静挠度可用下式表示
fc=mgc (3-2) 式中，g为重力加速度(g=981cm/s2)。 将式3-2代入式3-1得
n=
5fc (3-3)
由上式可知，悬架的静挠度直接影响车身振动的偏频。因此，欲保证汽车有良好的行驶平顺性，必须正确的选取悬架的静挠度。
对乘用车，一般前悬架要求偏频为1～1.45Hz，后悬架为1.17～1.58Hz，且汽车的级别越高，则n越小。此处取n1=1.2，则fc1=174mm。在选择前、后悬架的静挠度时，应当使之接近，并希望后悬架的静挠度比前悬架的静挠度小些，这有利于防止车身产生较大的纵向角振动。对乘用车，一般fc2=(0.8～0.9)fc1。此处取fc2=0.8 fc1=139mm。
一般情况下动挠度fd=(0.5～0.7)fc，取fd=90mm。
降低悬架系统的振动频率和增大悬架的静挠度可以提高汽车行驶的平顺性，但需要说明的是，增大悬架的静挠度会带来一些新的矛盾，主要有以下几点：
1、静挠度增大后，为使汽车不经常碰撞缓冲块，就要求相应地增加动挠度，这就势必抬高车架上各总成的高度，提高汽车的重心，同时，在汽车振动时和载荷增减时，汽车高度将会显著的变化，这些都对汽车行驶稳定性产生不利影响。
2、静挠度增大后，弹簧显得很软，在紧急制动时会产生严重的汽车“点头”现象；在转弯时，由于悬架侧倾刚度的降低，会使车身产生较大的侧倾角，这些对乘坐舒适性都是不利的。
3、静挠度和动挠度增大后，车轮垂直位移增大，对行驶稳定性不利。
4、增大静挠度对纵置钢板弹簧而言，要增大弹簧长度，使布置发生困难，同时增加弹簧重量。
3.1.2 上下横臂长度的确定
双横臂式独立悬架的上、下臂长度对车轮上、下跳动时前轮的定位参数影响很大。现代轿车所用的双横臂式前悬架，一般设计成上横臂短、下横臂长。这一方面考虑到布置发动机方便，另一方面也是为了得到理想的悬架特性。现代轿车设计时，l2/l1取为0.6～1.0之间。美国克莱斯勒和通用汽车公司分别认为，上下横臂长度之比取0.7和0.66为最佳。根据我国汽车设计经验，在初选尺寸时，l2/l1取0.65为宜。
下表是国外一些轿车的上下臂长及球销距的尺寸：
表3-1 国外轿车独立悬架的一些参数
车牌名 奔驰600(西德) 伏尔加(苏) 雷诺(法) 王子(日) 伏克斯豪尔(英) 雪佛兰(美) 上臂长 A，mm 330 200 215 245 250 190 下臂长 C，mm 479 445 350 305 380 330 球销距 B，mm 256 250 200 200 200 215 A CA B0.702 0.45 0.61 0.80 0.66 0.60 1.29 0.8 1.07 1.22 1.25 0.89 由同类汽车类比，此处取l1=326mm，l2=212mm。上下横臂铰点间距离为200mm。 3.1.3 簧载质量的确定
按照本次设计汽车的参数知：汽车总质量为1430kg，参照《汽车设计》 刘惟信主编 簧载质量取82% ，约为1172kg.发动机前置前轮驱动的轴荷分配满载时，前轴约占总质量的45%~50%，本设计中取48%约563千克。 3.1.4 其他参数的确定
主销内倾角β是主销轴线和地面垂直线在汽车横向断面内的夹角，如图3-1所示。主销内倾角的作用能使前轮自动回正、转向操纵轻便和减小作用在转向盘上的冲击力。过去规定，一般主销内倾角不大于8°，取值范围6～8°，主销偏移距c一般为40～60mm。而现代汽车这两个参数的数值变化很大，研究表明，主销偏移距为零或少量的负值是可取的。所以主销内倾角变化范围有明显增大的趋势，一般取值为2～12°。本文采用的主销内倾